自激磁阻電動機的製作方法
2023-10-17 17:11:09 2
專利名稱：自激磁阻電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關式磁阻電動機(SRM)，尤其是涉及一種能用一個簡單的換向器(該換向器是基於經典的換向理論)、而不用電路的換向邏輯或對傳統的SRM的特性做任何改變而產生旋轉力的自激磁阻電動機。
一般地，與感應電動機相比，開關式磁阻電動機(SRM)以一種簡單的結構和相對主的速度旋轉。而且，通過把一個半導體元件作為控制電源的切換開關，SRM不僅可以對各項功能進行精確的控制，而且效率也很高。對於SRM的這樣的優點，已經對SRM進行了很多的研究與開發。
如
圖1所示，該SRM僅包括一個定子1和轉子2，而沒有換向器。該SRM具有雙極結構，分別為定子極2和轉子極4。轉子3由矽鋼板構成，這些矽鋼板可以堅固地彼此疊放在一起。在轉子1中，兩個相對的定子極2通過一條導線並行或串行地連接在一起，以便產生同一方向的磁通。
該SRM主要包括一個6/4磁極SRM，其具有六個定子磁極和四個轉子磁極，一個12/8磁極SRM，其具有12個定子磁極和8個轉子磁極，以及一個24/16磁極SRM，其具有24個定子磁極和16個轉子磁極。
下面參照一個3相12/8磁極SRM描述SRM的驅動原理與方法。
首先，參照圖1和2描述SRM的驅動原理。圖1是傳統的3相12/8磁極SRM的截面視圖。僅管為了便於說明，圖1中僅給出了被線圈纏繞的某一定子電極2，本技術領域的人會明白，其它的定子磁極2也可以被A相、B相和C相線圈以同樣的方式纏繞。
當把電壓施加給纏繞定子磁極2a和2a』的導線(a-a』)時，定子電極2a和2a』被激發，並且相鄰的轉子磁極4沿著圖1的箭頭方向旋轉以便與被激發的定子磁極2a和2a』對齊。在被激發的定子磁極2a和2a』與相鄰的轉子磁極4對齊前，加級導線(a-a』)的電壓被取消。下一步，電壓被加給相鄰的定子導線(b-b』)，於是定子磁極2b和2b』被激發。因此，與上面描述同樣的方式，新激發的定子磁極2b和2b』的相鄰的轉子磁極4沿著圖1的箭頭方向旋轉，以便與新被激發的定子磁極2b和2b』對齊。隨著定子磁極2a和2a』、2b和2b』以及2c和2c』被順序地按照上面的方式激發，轉子3就連續地旋轉起來。
圖2a至2b是用於表示12/8磁極SRM的轉子磁極4相對於被激發的定子磁極2的位置的截面圖。如圖2a所示，當轉子磁極4b與被激發的定子磁極2a和2a』一條直線處(在此也稱為對齊位置)對齊時，即使是當電流在定子導線(a-a』)中流動時也不會產生力矩。同時如圖2(c)和2(d)所示，當轉子磁極4b脫離與定子磁極2a和2a』的對齊位置時，轉子3就會產生力矩以便到達對齊位置。
如圖2b所示，當轉子3的相鄰的磁極4a和4b、4c和4d的中間點與被激發的定子磁極2a和2a』在直線處對齊(非對齊位置)時，如同在對齊狀態，即使當電流在定子導線(a-a』)中流動時，也不會產生力矩。如果轉子磁極4脫離對齊位置即便一個很小多角度，被激發的定子磁極2就會產生一個力矩，吸引最近的轉子磁極4到達一個新的對齊位置。
如圖2c和2d所示，當轉子磁極4不處於對齊或非對齊位置時，當定子磁極2a和2a』、2b和2b』或2c和2c』的定子導線(a-a』,b-b』或c-c』)中有電流時，就會產生力矩以便使轉子3到達圖2a所示的對齊位置。
下面將描述驅動3相12/8磁極SRM的驅動電路。為了驅動SRM，要求有一個驅動變換器。一般地，該驅動變換器必須ⅰ)提供電壓到對應轉子磁極4的定子磁極2的導線，ⅱ)控制或保持該電流在一個合適的值以便激發定子磁極2，ⅲ)提供一個反向電壓來消除在激發階段的電流。要求ⅲ)主要由二極體來管理。
目前，已研究了很多的變換器拓撲圖以控制SRM，通過減少多個切換元件來減少變換器的製造成本，並可以改善控制性能。
作為一個驅動變換器，當前可用的主要有非對稱橋式變換器，雙線無感繞組變換器、分裂源變換器、電容-轉儲(dump)變換器、電阻轉儲變換器和交換共享式變換器。在這些變換器當中，驅動變換器的驅動方法將在下面參照非對稱橋式變換器進行簡要的描述。
圖3是表示傳統的非對稱橋式變換器的電路圖，尤其是表示驅動3相12/8磁極SRM的電路。如圖3所示，非對稱橋式變換器包括多對開關(電晶體元件T1和T2,T3和T4,T5和T6)以二極體(D1和D2,D3和D4,D5和D6)。
在電路中，通過打開電源並把直流電壓提供給連接到A相、B相或C相的開關對T1和T2，或T3和T4，或T5和T6，相應的定子磁極2被激發。當電流在定子導線中流動時，其中電流值可以通過有選擇地打開或關閉開關對T1或/和T2、或者T3或/和T4、或者T5或/和T6中的一個或兩個而進行控制。因此，電流通過一個二極體D1或D2和一個開關T1或T2進行循環，或通過兩個二極體D1和D2進行循環，對一個電容器充電。然後，當開關對T1和T2被關閉時，電流消失。在此，在相應的相位感應能畫出一個負的斜率前，電流應被減少到消失或者是可忽略的程度。
由於傳統的變換器是由多個電子元件構成的，其結構很複雜，製造成本增加。因此，在低價設備中幾乎不可能使用該變換器。而且，為了控制開關T1和T2,T3和T4，以及T5和T6，要求有一個獨立的控制裝置，如微型計算機。由於要開發出一個控制算法，因此，很難使用該變換器控制SRM。
本發明致力於克服上面提到的相關技術中的問題，因此，本發明的一個目標是提供一個能用簡單的換向器而不必使用高價的電路產生旋轉力的自激磁阻電動機。
上述的目標是通過按照本發明的自激磁阻電動機來完成的，包括具有多個分別被不同相的導線纏繞的定子磁極的定子；具有多個形成在其外圓周上的轉子磁極的轉子，該轉子可旋轉地插進該定子；和一個換向器。該換向器包括一個與該轉子共軸配置的體，該體是由絕緣材料製成；一個形成在該換向器體的處圓周上的電極；彼此成一預定距離地形成在該換向器體的外圓周上的多個切換部份，並與該電極進行連接；電氣地連接到不同相的定子導線和多個切換部份的多個切換刷，用於使得電流流過各自的定子導線；以及一個電氣地連接到外部電源和電極的電極刷。
根據本發明，該切換部份彼此間隔一定的角度，該角度是定子從某一定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點旋轉到下一個定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點的角度。該切換部份成對地對稱形成在該換向器體的外圓周上。
而且，該電極也包括一個正電極和一個負電極。該正電極電氣地連接到一個切換部份並通過該換向器體的內部，而該負電極電氣地連接到另一個切換部份並通過該換向器的內部。
按照本發明的另一個方面，形成在該換向器體的外圓周上的多個切換部份對應於定子磁極與轉子磁極彼此對齊的多個位置。
該切換刷彼此間隔一定的角度，該角度是定子從某一定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點旋轉到下一個定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點的角度。該切換部份形成在該換向器體的外圓周上，並彼此間隔90°。
按照本發明，在換向器體與轉子旋轉期間，該切換部份與切換刷相對於各相定子導線重複地進行電流的供應與切斷，因此在轉子上產生力矩，該轉子連續地旋轉。
因此，相對於各相，不需要電路元件的切換操作，由連接到該轉子的換向器裝置連續轉動該轉子，因此，該電動機也連續地旋轉。
通過參照附圖以及下面的詳細描述，本發明的上述及其它目標和優點將變得更清晰，其中，圖1是傳統的3相12/8磁極SRM的截面圖；圖2(a)-2(b)是表示3相12/8磁極SRM的轉子磁極相對於激發的定子磁極的位置的截面圖；圖3是傳統的非對稱橋式變換器的電路圖，用於表示驅動3相12/8磁極SRM的電路；圖4是用於示意性表示按照本發明的優選實施例的自激磁阻電動機的透視圖，其中一個換向器放置在轉子的一個軸上；圖5是圖4的自激磁阻電動機的等效電路圖；圖6是用於示意性表示按照本發明的另一個優選實施例的自激磁阻電動機的透視圖，其中一個換向器放置在轉子的一個軸上；以及圖7是圖6的自激磁阻電動機的等效電路圖。
實施例1和2分別描述了將不同類型的換向器用於驅動電動機。
實施例1圖4是用於示意性表示按照本發明的優選實施例的自激磁阻電動機的透視圖，其中一個換向器放置在轉子的一個軸上，圖5是圖4的自激磁阻電動機的等效電路圖。在本實施例中，使用了一個3相12/8磁極SRM。在圖4中參考號1指一定子，2是指定子磁極，3是轉子，4是轉子磁極，5是轉子軸。除了所使用的換向器的類型外，該自激磁阻電動機的結構與上面參照圖1所描述的SRM的結構是相同的，因此僅詳細描述該換向器。
在圖4中，參考號6是換向器體，參考號10a、10b和10c是用於提供或切斷給各A相、B相和C相定子導線電流的A相、B相或C相切換部份。參考號7a、7b和7c是連接到A相、B相和C相定子導線接線端的第一A相、B相和C相切換刷，而7a』、7b』和7c』是連接到另外A相、B相和C相定子導線接線端的第二A相、B相和C相切換刷。雖然沒有示出，A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c是成對地形成的，在換向器體6的外圓周上彼此相對。
如圖4所示，按照本發明的換向器是放置在轉子3的軸5上，在換向器體6內形成一對導體(未示出)，同時一個圓筒形絕緣材料形成在該換向器體6的外表面上。該對導體由該絕緣材料彼此絕緣開。該換向器體6的直徑與該轉子3的直徑相同，換向器體6是整體地固定在轉子3的軸5上，以便與轉子3一起旋轉。
換向器體6的外圓周被分成多段，在這些段上部份地形成A相、B相和C相切換部份10a、10b和10c對和導電材料電極9a和9b。最好，該導電材料可以由成型或任何象塗覆這樣的正確方法來形成。
電極9a和9b包括一個正電極9a和負電極9b，它們是隨著把導電材料施加到換向器體6的低端的整個外圓周而形成的。由於在正負電極9a和9b之間存在著一個絕緣帶，所以該對電極被垂直地分開一預定的距離，該正負電極對9a和9b彼此並不接觸，但是與連接到外部電源的電極刷8接觸。
在電極9a和9b之上，在換向器體6的外圓周上，形成了導電材料的切換部份，其對應於電動機的相數。因此，在3相電動機中，三個導電相A相、B相和C相切換部份是部份地形成在位於換向器體6的外圓周上的三個絕緣材料帶。切換部份10a、10b和10c由於該絕緣材料的存在而彼此間隔開一預定的距離。
而且，通過按環形方向將A相、B相和C相切換部份以一預定距離地布置在換向器體6的外圓周上，相應的相被按一預定間隔地彼此分開，A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c之一和正電極9a與換向器體6內的導體整體地形成在一起，而A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c中的另一個和負電極與該換向器體6內的另一個導體整體地形成在一起。
在3相12/8磁極SRM中，其中轉子3從非對齊位置旋轉15°到對齊位置，最好，A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c被絕緣材料間隔15°角。
圖4僅給出了形成在換向器體6的外圓周上的A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c對中的一些，而A相、B相和C相切換部份10a、10b、10c對中另一些則形成在該換向器體6的外圓周的相反部份上。
而且，A相切換部份10a中的一個和第一A相切換刷7a形成一個第一A相開關SW1，而A相切換部份10a中的另一個與第二A相切換刷7a』形成一個第二A相切換開關SW1』。而且，B相切換部份對10b和B相切換刷對7b和7b』形成第一和第二B相開關SW2和SW2』，而C相切換部份對10c和C相切換刷對7c與7c』形成第一與第二C相開關SW3和SW3』。
在如上所建立的換向器中，電流是通過電極刷8與電極9a與9b的接觸而施加的。通過使換向器體6的A相切換部份對10a與第一和第二及A相切換刷7a與7a』接觸，第一與第二A相開關SW1和SW1』合上(見圖5)，允許電流僅流通過A相定子導線。相應地，A相定子磁極2被激發，相鄰的轉子磁極4旋轉到與被激發的定子磁極2對齊(即到達對齊位置)。
換向器體6與轉子3一起旋轉，通過該對齊位置。結果，A相切換部份對10a與第一和第二A相切換刷7a和7a』不再接觸。第一與第二A相SW1和SW1』被斷開，而B相切換部份對10b與第一和第二及B相切換刷7b與7b』接觸。因此，第一與第二B相開關SW2和SW2』合上，允許電流僅流通過B相定子導線。B相定子磁極2被激發，相鄰的轉子磁極4旋轉到與被激發的定子磁極2對齊。以該方式，轉子3和換向器體6連續地旋轉起來。
如上面所述的，通過A相、B相、C相切換部份10a、10b、10c與A相、B相、C相切換刷7a和7a』、7b和7b』、7c和7c』的順序接觸，轉子3與換向器體6連續地旋轉起來。
實施例2圖6是用於示意性表示按照本發明的另一個優選實施例的自激磁阻電動機的透視圖，其中一個換向器放置在轉子的一個軸上，圖7是圖6的自激磁阻電動機的等效電路圖。在本實施例的整個描述中，相似的元件給與同一參考號，而相同的元件的描述將被省略。
在圖6中，參考號16是換向器體，參考號17a、17b和17c是連接到A相、B相和C相定子導線的切換刷。參考號18是電極刷。
如圖6所示，按照本發明的換向器被放置在轉子3的軸5上，換向器體16是由圓筒形絕緣材料形成的，換向器體16的直徑與轉子的直徑相同，換向器體16與轉子3一起旋轉。
換向器體16的外圓周被分成多個帶，如兩個帶。電極導電部份13沿著該低帶的外圓周環形形成，而多個切換部份12形成在頂帶的外圓周上，電氣地與電極導電部份13相對應。在3相12/8磁極SRM中，共有四個點，在此四個點處定子磁極2與轉子磁極4彼此對齊。因此，最好該四個切換部份是以90°的方式形成在該換向器體6的外圓周上。在此，在此最好每個切換部份12的寬度小於或等於15。
電極導電部份13與切換部份12是由導電材料如銅通過成型或象塗覆這樣的正確方法形成的。
電極導電部份13與電極刷18相接觸，該電極刷與一個外部電源的正端連接在一起。該電極導電部份13也通過形成在該換向器體16內的導體電氣地連接到切換部份12，最好該電極導電部份13是與該切換部份12整體形成的。
切換部份12與切換刷17a、17b和17c相接觸。在3相12/8磁極SRM中，每個切換刷17a、17b和17c的寬度小於或等於15。各個切換刷17a、17b和17c是以30度的角進行安裝的，並且彼此間隔15。例如，A相切換刷17a的中間點、電動機軸5和B相切換刷17應處於30度，而A相切換刷17a和B相切換刷17b的另一面應彼此間隔15度。由於切換部份12是以90度形成在換向器體16上，A相切換刷17a的一面與B相切換刷17b的另一面可以處於105度。三個切換刷17a、17b與17c與四個切換部份12之一在換向器體16的旋轉期間以順序方式相接觸，順序地接通A相、B相和C相定子導線。
下面描述按照本發明的SRM的換向器的操作。
首先，通過電極刷18施加電流，然後，切換部份12與切換刷17a、17b和17c之一(如與A相切換刷17a)進行接觸。如圖7所示，A相開關SWa在其它的相開關SWb和SWc打開時是關閉的。然後，電流在A相定子導線流動，激發相應的定子磁極2，因此就會在轉子3上產生力矩，於是轉子3旋轉。
與該轉子3一起，換向器體16也旋轉，因此A相切換刷17a與切換部份12脫離接觸，而B相切換刷17b與切換部份12進行接觸。因此，A相開關SWa被斷開，而B相開關SWb則合上。結果，電流在B相定子導線中流動，激發相應的定子磁極2。通過該激發的定子磁極2，在轉子3上產生力矩，連續地轉動該轉子3和換向器體16。
轉子3與換向器體16旋轉直到B相切換刷17b與切換部份12脫離接觸，C相切換刷17c與切換部份12進行接觸。因此，B相開關SWb被關斷，而C相開關SWc被接通。因此，電流僅在C相定子導線中流動，激發相應的定子磁極2。再一次，由於被激發的定子磁極2而在轉子3上產生力矩，轉子3與換向器體16旋轉起來。
如上面所述的，在按照本發明的自激磁阻電動機中，轉子3通過換向器體16的轉動，順序地與切換刷17a、17b、17c進行接觸。因此，在非力矩產生區域，開關SWa、SWb和SWc接通，順序地激發各相的定子磁極2。因此，在轉子3上連續地產生力矩，轉子3也就連續地旋轉。
因此，不用分開電路元件的切換操作，轉子3可以被換向器連續地轉動，因此驅動電動機。
雖然上面描述的實施例使用了3相12/8磁極SRM，本發明也可以用於其它類型的SRM，如4相，6/4磁極，24/16磁極SRM等。
如上所述，描述了本發明的優選實施例，僅管描述的是本發明的優選實施例，應明白本發明並不限於此優選實施例，而是可以在下面權利要求所聲明的精神和範圍內由本技術人員可以做出各種改變和修改。
權利要求
1.一種自激磁阻電動機，包括定子，具有多個分別被不同相的導線纏繞的定子磁極；轉子，具有多個形成在其外圓周上的轉子磁極，該轉子可旋轉地插進該定子；以及換向器，具有換向器體，與該轉子同軸地進行布置，並由一種絕緣材料形成；電極，形成在換向器體的外圓周上；多個切換部份，彼此以一預定間距地形成在該換向器體的外圓周上，並與該電極進行電氣連接；多個切換刷，電氣地連接到不同相的定子導線和該多個切換部份，允許電流流過各自的定子導線；以及電極刷，連接到一個外部電源和該電極。
2.如權利要求1所述的自激磁阻電動機，其中切換部份是彼此以一角度地間隔開，該角度是定子從某一定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點旋轉到下一個定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點的角度。
3.如權利要求1所述的自激磁阻電動機，其中切換部份是對稱地成對地形成在換向器體的外圓周上。
4.如權利要求3所述的自激磁阻電動機，其中該電極包括一個正電極和一個負電極，正電極電氣地連接到切換部份之一併通過換向器體的內部，而負電極電氣地連接到該切換部份的另一個上，並通過該換向器的內部。
5.如權利要求4所述的自激磁阻電動機，其中該換向器體具有一個形成在其外圓周上並介於成15度角的兩個切換部份間的絕緣部份。
6.如權利要求1所述的自激磁阻電動機，其中形成在該換向器體的外圓周上的多個切換部份對應於定子磁極與轉子磁極彼此對齊的多個位置。
7.如權利要求6所述的自激磁阻電動機，其中切換刷彼此以一個角度相互間隔開，該角度是定子從某一定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點旋轉到下一個定子磁極與轉子磁極彼此對齊的點的角度。
8.如權利要求7所述的自激磁阻電動機，其中一些切換部份是彼此以15度角間隔開的。
9.如權利要求6所述的自激磁阻電動機，其中該切換部份以90度角形成在該換向器體的外圓周上。
全文摘要
能用換向器驅動電動機而不必使用供電電路的換向器邏輯的自激磁阻電動機,包括具有多個分別被不同相的導線纏繞的定子磁極的定子;具有多個形成在其中的外圓周上的轉子磁極的轉子,該轉子可旋轉地插進該定子;和一個換向器。該換向器包括一個與該轉子共軸配置的體,該體是由絕緣材料製成;一個形成在該換向器體的處圓周上的電極;彼此成一預定距離地形成在該換向器體的外圓周上的多個切換部份,並用該電極進行連接;電氣地連接到不同相的定子導線和多個切換部份的多個切換刷,用於使得電流流通過各自的定子導線;以及一個電氣地連接到外部電源和電極的電極刷。
文檔編號H02K19/10GK1303165SQ00132139
公開日2001年7月11日 申請日期2000年12月8日 優先權日1999年12月8日
發明者崔有永 申請人:三星光州電子株式會社