專利名稱：永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型直流電動(dòng)機(jī)，屬動(dòng)力電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
目前，通用的永磁直流電動(dòng)機(jī)，采用永磁定子式結(jié)構(gòu)，例如目前中國(guó)生產(chǎn)的FC－1、SYL、LY、CYD等系列的永磁直流電動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)中永磁體磁極位于機(jī)座上，旋轉(zhuǎn)的電樞即轉(zhuǎn)子，通過換向器和其表面用彈簧壓合的電刷與直流電源連接，因此很難實(shí)現(xiàn)無刷化。由于電刷與換向器表面的換向片滑動(dòng)接觸，產(chǎn)生機(jī)械磨損和電火花，因此，經(jīng)過一段使用后，換向器表面氧化，光潔度下降，使換向器與電刷之間的接觸電阻增大、溫升增加，容易損壞，而換向器的修復(fù)很困難，影響正常使用。而且這種結(jié)構(gòu)會(huì)增大電機(jī)的外形尺寸，不能充分發(fā)揮永磁材料的優(yōu)良特性、運(yùn)行和控制性能較差。
本實(shí)用新型的目的在于，在保證直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)的前提下提供一種永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，采用一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、永磁材料用量少，成本價(jià)格低廉、能有效防止永磁材料氧化的組裝式永磁轉(zhuǎn)子，以及一種由轉(zhuǎn)子位置傳感器和開關(guān)電路控制的電子換向式無刷直流電動(dòng)機(jī)，能任意位置啟動(dòng)，以代替目前由若干個(gè)換向片組成的機(jī)械式換向的普通直流電動(dòng)機(jī)。
本實(shí)用新型的內(nèi)容是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，由主永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、定子電樞、副永磁轉(zhuǎn)子、觸發(fā)電極和轉(zhuǎn)子位置傳感器組成。主永磁轉(zhuǎn)子包括永磁鐵芯、轉(zhuǎn)子軸和左右端蓋。永磁鐵芯由硅鋼片和長(zhǎng)條形永磁體組成，硅鋼片為內(nèi)部帶有成對(duì)均勻布置的細(xì)槽的整體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)條形永磁體插入硅鋼片的細(xì)槽中，永磁鐵芯緊裝在轉(zhuǎn)子軸上，左右端蓋將其壓緊、固定并密封。轉(zhuǎn)子位置傳感器的夾角β與定子電樞的相數(shù)m和主永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)P之間的關(guān)系是β＝2π／mp，觸發(fā)磁極的張角α比傳感器的夾角β大9％～11％。由于正副永磁轉(zhuǎn)子同軸布置，位于副永磁轉(zhuǎn)子上的觸發(fā)磁極觸發(fā)電動(dòng)機(jī)機(jī)座上的轉(zhuǎn)子位置傳感器，并由傳感器產(chǎn)生連續(xù)的或脈沖信號(hào)，開關(guān)電路將此信號(hào)放大后輸出，得到的輸出信號(hào)使相應(yīng)的定子電樞通過直流電流，使永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。



圖1為整體結(jié)構(gòu)的硅鋼片。
圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為觸發(fā)磁極和傳感器位置關(guān)系圖。
圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的工作過程。
圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)任意位置起動(dòng)的傳感器布置圖。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的內(nèi)容。
圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是硅鋼片，2是長(zhǎng)條形永磁鐵，3是轉(zhuǎn)子軸，4是軸套(當(dāng)轉(zhuǎn)子軸為導(dǎo)磁材料時(shí)，必須用不導(dǎo)磁的軸套，而當(dāng)轉(zhuǎn)子軸本身為不導(dǎo)磁材料時(shí)，就可以取消軸套)，5、6分別為左右端蓋，7是轉(zhuǎn)子位置傳感器，8是觸發(fā)磁極，9是 副永磁轉(zhuǎn)子，10是電動(dòng)機(jī)機(jī)座，11是定子電樞，12是定子鐵芯。把預(yù)先切向充磁的長(zhǎng)條形永磁體2插入部分重疊的硅鋼片1的細(xì)槽中，以長(zhǎng)條形永磁體兼作定位條，再依次把其余的硅鋼片緊裝在轉(zhuǎn)子軸3或軸套4上，最后用左右端蓋5、6將重疊的硅鋼片壓緊、固定并密封，制成永磁轉(zhuǎn)子。觸發(fā)磁極8位于副永磁轉(zhuǎn)子9上，傳感器7位于機(jī)座10上。
圖3是觸發(fā)磁極和轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置關(guān)系圖。圖中，α是觸發(fā)磁極的張角，β是傳感器之間的夾角。在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，一旦選定了定子電樞的相數(shù)m和主永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)p，那末轉(zhuǎn)子位置傳感器的夾角β與二者的關(guān)系必須滿足式β＝2π／mp，式中，m可以為2、3、4、5，P可以為2、4、6、8、10中的任意一個(gè)數(shù)。當(dāng)傳感器的位置確定后，觸發(fā)磁極的張角α比β大9％～10％。
圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。采用釹鐵硼作永磁體材料，用霍耳片作轉(zhuǎn)子位置傳感器，霍耳片H1、H2、H3用粘接方法固定在機(jī)座10上，M1、M2為觸發(fā)磁極。取定子電樞相數(shù)為三相，主永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)為2?；舳g的夾角β為60°，觸發(fā)磁極的張角為66°。觸發(fā)磁極M1、M2與一對(duì)主磁極N－N的中心位于轉(zhuǎn)子的同一條母線上。設(shè)電機(jī)定子電樞11、霍耳片、觸發(fā)磁極和主永磁轉(zhuǎn)子的初始位置如圖4a、a′、a″所示。由于觸發(fā)磁極張角α正好與霍耳片H1相對(duì)(圖a″)，即觸發(fā)磁極M1感應(yīng)霍耳片H1，使之產(chǎn)生霍耳電勢(shì)UA，經(jīng)過電子放大電路，產(chǎn)生足以啟動(dòng)開關(guān)元件T1的信號(hào)電壓UA′，因而線圈繞組AA′導(dǎo)通，并在AA′繞組中產(chǎn)生磁勢(shì)FS。此時(shí)永磁轉(zhuǎn)子的二對(duì)極位置如圖a′a所示，磁勢(shì)FS與二對(duì)極磁勢(shì)相互作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向開始轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖4b所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過π／3時(shí)，由于副永磁轉(zhuǎn)子的觸發(fā)磁極M1也轉(zhuǎn)過π／3，正好與H2相對(duì)，使之產(chǎn)生霍耳電熱UB，經(jīng)過電子線路，產(chǎn)生足以啟動(dòng)開關(guān)元件T2的信號(hào)電壓UB′，使線圈繞阻BB′導(dǎo)通。由于觸發(fā)磁極M1與H2相對(duì)，從而脫離H1，因而UA控制的線圈AA′自動(dòng)斷開，處于截止?fàn)顟B(tài)，沒有磁勢(shì)產(chǎn)生。而BB′中由于線圈導(dǎo)通，產(chǎn)生如磁勢(shì)FS。與此同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子主磁極。N－N與觸發(fā)磁極M1同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩對(duì)主磁極N－S也轉(zhuǎn)過π／3而與線圈BB′相對(duì)，在排斥力的作用下，使電機(jī)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖4C所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過π／3時(shí)，觸發(fā)磁極M1正好與H3相對(duì)，而脫離H2，根據(jù)同樣道理，T3所控制的線圈繞組CC′導(dǎo)通，產(chǎn)生磁勢(shì)FS，使電機(jī)按順時(shí)針方向不斷轉(zhuǎn)動(dòng)下去。
在本實(shí)施例中，采取以下三個(gè)措施解決電機(jī)的任意位置啟動(dòng)問題。
(1)使觸發(fā)磁極(8)所覆蓋的圓心角略大于60°，在60°～70°之間尋找最佳值。
(2)盡量增加每相繞組的匝數(shù)及覆蓋面積。
(3)保證霍耳片傳感器、觸發(fā)磁極、繞組、轉(zhuǎn)子兩對(duì)主磁極的對(duì)稱軸線完全重合，簡(jiǎn)稱“四對(duì)齊”。
如圖5所示，其中H1與AA′為一組，H2與BB′為一組，H3與CC′為一組。同時(shí)觸發(fā)磁極M1、M2與兩對(duì)主磁極中的N－N極相對(duì)應(yīng)。這樣，無論兩對(duì)極轉(zhuǎn)子的N－N極處于什么位置，由于M1(或M2)與之在同一條軸線上，M1(或M2)可與某一霍耳片相對(duì)，從而激發(fā)霍耳電勢(shì)，該霍耳片控制的定子繞組正好也在同一軸線上，其產(chǎn)生的磁勢(shì)FS正好與轉(zhuǎn)子的N－N極作用，使電機(jī)立刻啟動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，由主永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、定子電樞、副永磁轉(zhuǎn)子、觸發(fā)電極和轉(zhuǎn)子位置傳感器組成，其特征在于其中的主永磁轉(zhuǎn)子包括永磁鐵芯、轉(zhuǎn)子軸和左右端蓋，永磁鐵芯由硅鋼片和長(zhǎng)條形永磁體組成，硅鋼片為整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部帶有成對(duì)均勻布置的細(xì)槽，長(zhǎng)條形永磁體插入硅鋼片的細(xì)槽中，永磁鐵芯緊裝在轉(zhuǎn)子軸上，左右端蓋將其壓緊，固定并密封。
2.一種如權(quán)利要求1所述的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于其中所述的轉(zhuǎn)子位置傳感器的夾角與定子電樞的相數(shù)m和主永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)p是之間的關(guān)系是β＝2π／mp，所述的觸發(fā)磁極的張角比傳感器的夾角大9％～11％。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型直流電動(dòng)機(jī)，屬動(dòng)力電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型主要由整體組裝式主永磁轉(zhuǎn)子、副永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、定子電樞、觸發(fā)磁極和轉(zhuǎn)子位置傳感器組成。通過控制主永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)、定子電樞的繞組數(shù)和傳感器張角之間的位置關(guān)系，保護(hù)電動(dòng)機(jī)能在任意位置啟動(dòng)。本實(shí)用新型可用于無刷直流無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和可編程電動(dòng)機(jī)等。
文檔編號(hào)H02K29/06GK2099411SQ9121928
公開日1992年3月18日 申請(qǐng)日期1991年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月3日
發(fā)明者田民波 申請(qǐng)人:清華大學(xué)