專(zhuān)利名稱(chēng)：在轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極之間具有不均勻氣隙的磁阻機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種磁阻機(jī)構(gòu)，更具體地說(shuō)，涉及一種在該磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極之間具有不均勻氣隙的磁阻機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)(switched reluctance motor)是一種包括轉(zhuǎn)子和定子的電動(dòng)馬達(dá)。磁阻馬達(dá)中的轉(zhuǎn)矩是通過(guò)轉(zhuǎn)子總是趨于移動(dòng)到相對(duì)于定子的特定位置產(chǎn)生的，該位置使得磁路的磁阻最小，即，使得勵(lì)磁定子繞組的電感最大。在開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)里設(shè)置有用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子角位置以及根據(jù)轉(zhuǎn)子位置依次激勵(lì)定子繞組各相的電路。
開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)為在定子和轉(zhuǎn)子上均設(shè)有磁極的雙凸極馬達(dá)，其中只在定子磁極上設(shè)有繞組。開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)子不包括換向器、永磁體或者繞組。開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)具有多種用途，例如包括用于真空清潔器。
可以通過(guò)針對(duì)與某個(gè)相位相關(guān)的定子磁極的定子繞組以預(yù)定的順序激勵(lì)或者施加電流而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組的勵(lì)磁一般與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置同步。磁吸引力產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子磁極和與某個(gè)相位相關(guān)的勵(lì)磁定子磁極之間，從而使得轉(zhuǎn)子磁極對(duì)準(zhǔn)勵(lì)磁定子磁極移動(dòng)。
在一般的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的定子繞組每次被勵(lì)磁的時(shí)候，磁通從與某個(gè)相位相關(guān)的勵(lì)磁定子磁極，經(jīng)由定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙，然后流通到轉(zhuǎn)子磁極。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極之間的氣隙而產(chǎn)生的磁通在該氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使得轉(zhuǎn)子磁極和與某個(gè)相位相關(guān)的勵(lì)磁定子磁極對(duì)準(zhǔn)地移動(dòng)，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。磁通的大小，以及開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)由此而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的大小取決于很多變量，舉例而言，例如轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極的材料的電磁屬性，轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極之間的氣隙長(zhǎng)度。
產(chǎn)生的磁通可以分為生成轉(zhuǎn)矩的主磁通以及漏磁通。主磁通是流經(jīng)轉(zhuǎn)子磁極和激勵(lì)定子磁極的磁通。所述主磁通產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩趨向于將磁通流經(jīng)的轉(zhuǎn)子磁極和勵(lì)磁定子磁極對(duì)準(zhǔn)。開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)中的漏磁通是不希望的，因?yàn)樗苯訙p小了所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。更具體地，漏磁通使得馬達(dá)產(chǎn)生方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，也稱(chēng)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。眾所周知，對(duì)轉(zhuǎn)子極面的改造可能影響開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。


圖1為包括定子和轉(zhuǎn)子的開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的透視圖；圖2為圖1所示的馬達(dá)的截面圖；圖3為圖1所示的馬達(dá)的定子鐵心的剖視圖；圖4為與圖1所示的馬達(dá)的定子相關(guān)的多個(gè)繞線管的透視圖，其中所述繞線管包括位于多個(gè)繞線管中的每一個(gè)的上部的多個(gè)導(dǎo)線保持器；圖5為所述馬達(dá)的上殼體單元的俯視圖，所述馬達(dá)包括用于承接定子的多個(gè)繞線管中的每一個(gè)的上部的多個(gè)第二安裝元件；圖6為圖5所示的多個(gè)第二安裝元件中的一個(gè)的放大透視圖；圖7為定子和上殼體單元在裝配之前的分解透視圖；圖8為裝配后的安裝于上殼體單元的定子的透視圖；圖9為圖1所示的馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的視圖；圖10為置于定子鐵心內(nèi)部區(qū)域中的圖1所示的馬達(dá)轉(zhuǎn)子的剖視圖；圖11為現(xiàn)有技術(shù)的靠近定子磁極的轉(zhuǎn)子磁極的局部放大視圖；圖12為圖1所示的馬達(dá)的靠近定子磁極的轉(zhuǎn)子磁極的局部放大視圖；圖13A-13B為圖1所示的馬達(dá)的轉(zhuǎn)子磁極在其以順時(shí)針?lè)较蚩拷ㄗ哟艠O時(shí)的局部視圖；圖14為圖1所示的馬達(dá)的下殼體單元的俯視圖，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述下殼體單元包括用于承接所述定子的多個(gè)繞線管中的每一個(gè)的下部的多個(gè)第一安裝元件；圖15為安裝于下殼體單元的圖1所示的馬達(dá)的定子的俯透視圖；圖16為安裝于下殼體單元的圖1所示的馬達(dá)的定子和轉(zhuǎn)子的俯視圖；圖17為絕緣構(gòu)件的透視圖，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該絕緣構(gòu)件包括用于承接定子的多個(gè)繞線管中的每一個(gè)的下部的多個(gè)第一安裝元件；圖18為圖17所示的絕緣構(gòu)件的俯視圖；圖19為圖17所示的絕緣構(gòu)件的仰視圖；圖20為圖17所示的絕緣構(gòu)件的側(cè)視圖；圖21為圖1所示的馬達(dá)的多個(gè)繞線管中的一個(gè)的透視圖，該繞線管置于圖17所示的絕緣構(gòu)件的多個(gè)第一安裝元件中的一個(gè)內(nèi)；圖22示出用于開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的控制電路的方框圖；圖23示出對(duì)應(yīng)于圖22所示的方框圖的控制電路的電路圖；圖24示出用于圖22所示的控制電路的光傳感組件的電路圖；圖25示出用于圖22所示的控制電路的電壓調(diào)節(jié)器的電路圖；圖26示出使用圖22所示的控制電路來(lái)操縱無(wú)刷馬達(dá)的流程圖；圖27A和27B示出用來(lái)對(duì)向定子繞組的電力供給的開(kāi)關(guān)和換向進(jìn)行同步的一些步驟；圖28示出開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)在開(kāi)始的1.5轉(zhuǎn)時(shí)的低速模式中的啟動(dòng)波形；圖29還示出低速模式例行程序下的多個(gè)波形；圖30和31示出高速模式例行程序下的波形；圖32示出用于確保接收自開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)中轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)的正確性的某些步驟；圖33示出從開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器接收到的三個(gè)波形。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1-2，開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)10可以構(gòu)造為多個(gè)子組件的封裝或者單元，每個(gè)子組件可以單獨(dú)預(yù)裝配，然后在制造過(guò)程期間再組裝到一起。更具體地說(shuō)，馬達(dá)10可以包括上殼體單元12、下殼體單元13、定子14、轉(zhuǎn)子16、驅(qū)動(dòng)組件18、第一端蓋20以及第二端蓋22。上殼體單元12和下殼體單元13均可以為環(huán)形形狀，其中第一端蓋20和上殼體單元12相連接，第二端蓋22和下殼體單元13相連接。如圖1-2所示，上殼體單元12、下殼體單元13、定子14、轉(zhuǎn)子16、驅(qū)動(dòng)組件18、第一端蓋20和第二端蓋22中的每一個(gè)都可以被組裝成單一的封裝或者單元。
上殼體單元12可包括多個(gè)孔24，其用于承接多個(gè)緊固件26，從而在裝配期間將上殼體單元12固定到定子14。但是可以理解的是，上殼體單元12可以采用任何其它合適的方式固定于定子14，舉例而言，例如通過(guò)夾具、安裝支架/凸緣，或者類(lèi)似。
參見(jiàn)圖3，定子14可以構(gòu)造為正方形結(jié)構(gòu)，在定子14的四個(gè)角處設(shè)有斜置部分或者斜切部分27。但是可以理解的是，定子14還可以具有其它的結(jié)構(gòu)，舉例而言，例如圓形結(jié)構(gòu)、橢圓形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié)構(gòu)，或者類(lèi)似。
定子14包括一定子鐵心(stator core)28、多個(gè)等間隔的定子磁極30以及置于定子鐵心28上的定子繞組32(圖7-8和10)。定子鐵心28包括限定中心孔34的內(nèi)表面。定子鐵心28可以通過(guò)由諸如鋼的鐵磁性材料制成的多個(gè)疊片或者疊片結(jié)構(gòu)而模壓或形成。在定子鐵心28中可使用疊片來(lái)控制渦流，從而避免定子鐵心28過(guò)熱。定子疊片結(jié)構(gòu)可以以傳統(tǒng)的方式疊放并被布置成背對(duì)背的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，多個(gè)等間隔的定子磁極30圍繞定子鐵心28沿著周界路徑布置?？梢岳斫獾氖?，定子磁極30和定子鐵心28可以作為一個(gè)整體部件形成。在如圖3所示的實(shí)施例中，定子14包括從定子鐵心28朝著中心孔34向內(nèi)凸出并且沿著周界間隔開(kāi)的四個(gè)定子磁極30a、30b、30c和30d。定子磁極30a-d可以協(xié)作以限定向內(nèi)開(kāi)口的槽36，每個(gè)所述開(kāi)口槽36在定子繞制操作期間承接導(dǎo)線線圈。每個(gè)定子磁極30a-d包括在其向中心孔34突出的端部處的定子極面38。定子極面38可以大致為凸面形狀。
定子繞組32是傳統(tǒng)的并且例如可以為預(yù)繞制成線圈并置于繞線管39(圖4)上的涂覆聚酯的導(dǎo)線或者磁性導(dǎo)線。
參見(jiàn)圖4，可置于每個(gè)定子磁極30上的繞線管39包括前板40a和與前板40a間隔開(kāi)的后板40b。前板40a和后板40b通過(guò)連接構(gòu)件41連接在一起，從而限定延伸穿過(guò)繞線管39的開(kāi)口42。在定子繞組操作期間，可以圍繞多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)的前板40a和后板40b之間的連接構(gòu)件41來(lái)繞制定子繞組32。繞線管39用作定子繞組32和定子鐵心28之間的絕緣屏障。然后，包括每定子磁極30大約95匝導(dǎo)線的每個(gè)預(yù)繞制的繞線管39圍繞單獨(dú)的定子磁極30而放置，從而使每個(gè)定子磁極30延伸穿過(guò)繞線管39的開(kāi)口42，同時(shí)定子極面38與前板40a的外側(cè)43齊平。結(jié)果，多個(gè)預(yù)繞制的繞線管39中的每一個(gè)的前板40a和后板40b的側(cè)面均徑向向外延伸進(jìn)入定子14的槽36。
多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)可以進(jìn)一步包括位于多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)的后板40b上部處的導(dǎo)線保持器44。如圖4所示，每個(gè)導(dǎo)線保持器44可包括位于多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)的后板40b上部對(duì)側(cè)的叉狀結(jié)構(gòu)45。每個(gè)叉狀結(jié)構(gòu)45包括凹槽46，其用于在定子繞組操作期間，承接置于多個(gè)繞線管39的每一個(gè)上的定子繞組32的端48。
每個(gè)叉狀結(jié)構(gòu)45可進(jìn)一步包括外部分50和置于外部分50之內(nèi)的內(nèi)部分52。外部分50可以由舉例而言諸如塑料的非導(dǎo)電材料構(gòu)成?？砂ò疾?6的內(nèi)部分52可以由舉例而言諸如金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成。內(nèi)部分52的導(dǎo)電材料用于在導(dǎo)電的內(nèi)部分52和置于多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)上的定子繞組38的端頭48之間提供電連接。
參照?qǐng)D5-8，示出了馬達(dá)10的上殼體單元12。上殼體單元12包括置于上殼體單元12的內(nèi)部區(qū)域55中的多個(gè)上安裝元件54。在裝配期間，多個(gè)上安裝元件54中的每一個(gè)與置于定子磁極30上的繞線管39的上部接合。多個(gè)上安裝元件54用來(lái)緊固多個(gè)繞線管39中的每一個(gè)的上部，以防止其在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間移位。如圖5所示，導(dǎo)線引線56a-d置于多個(gè)上安裝元件54的每一個(gè)中，并通過(guò)連接端子57電連接在一起。更具體地說(shuō)，導(dǎo)線引線56a通過(guò)連接端子57連接到導(dǎo)線引線56c。同樣地，導(dǎo)線引線56b通過(guò)連接端子57連接到導(dǎo)線引線56d。如下面將更為詳細(xì)討論的，連接導(dǎo)線引線56a-d的方式使得當(dāng)定子14在裝配期間被安裝于上殼體單元12時(shí)，置于定子磁極30a上的定子繞組32與置于定子磁極30c上的定子繞組32并聯(lián)地電連接。同樣地，當(dāng)定子14在裝配期間被安裝于上殼體單元12時(shí)，置于定子磁極30b上的定子繞組32與置于定子磁極30d上的定子繞組32并聯(lián)地電連接。
參照?qǐng)D6，示出了多個(gè)上安裝元件54的其中一個(gè)的放大透視圖。如圖6所示，圖5中的每一個(gè)導(dǎo)線引線56置于上安裝元件54的導(dǎo)體砧座58之中，并被牢固地固定于適當(dāng)位置。導(dǎo)體砧座58在本領(lǐng)域中是眾所周知的，所以在此不作進(jìn)一步的討論。
圖7為定子14和上殼體單元12在裝配前的分解透視圖。如圖7所示，當(dāng)在裝配期間將定子14安裝到上殼體單元12時(shí)，與置于定子磁極30上的繞線管39相關(guān)的多個(gè)導(dǎo)線保持器44與多個(gè)上安裝元件54相接合。更具體地說(shuō)，當(dāng)在裝配期間將上殼體單元12安裝到定子14上時(shí)，對(duì)于與置于每個(gè)定子磁極30上的繞線管39相關(guān)的每個(gè)導(dǎo)線保持器44，其所關(guān)聯(lián)的叉狀結(jié)構(gòu)45適于匹配地與上殼體單元12的多個(gè)上安裝元件54中的每一個(gè)接合。采用這種方式，與繞線管39的每個(gè)導(dǎo)線保持器44相關(guān)的叉狀結(jié)構(gòu)45與多個(gè)上安裝元件54中的每一個(gè)接合，從而緊固繞線管39以防止其在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間移位，并且由此消除或者減少了在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間為使繞線管39固定在合適位置而對(duì)額外硬件的需要。
在上殼體單元12被安裝到定子14之后，置于多個(gè)上安裝元件54中的導(dǎo)線引線56a-d電連接到置于定子磁極30a-d上的定子繞組32。因?yàn)閷?dǎo)線引線56a和導(dǎo)線引線56c并聯(lián)地電連接，置于定子磁極30a上的定子繞組32和置于定子磁極30c上的定子繞組32并聯(lián)地電連接，以形成一相。同樣地，因?yàn)閷?dǎo)線引線56b和導(dǎo)線引線56d并聯(lián)地電連接，置于定子磁極30b上的定子繞組32和置于定子磁極30d上的定子繞組32并聯(lián)地電連接，從而形成另外一相。圖8為裝配后的安裝于定子14的上殼體單元12的透視圖。
參見(jiàn)圖9-10，轉(zhuǎn)子16可包括轉(zhuǎn)子鐵心60和多個(gè)等間隔的疊片式轉(zhuǎn)子磁極62。轉(zhuǎn)子鐵心60置于中心孔34內(nèi)并與軸64相連(圖1-2)。軸64通過(guò)軸承66安裝，用于與定子14同心地旋轉(zhuǎn)。軸64延伸穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵心60并與槽盤(pán)71相連接。如下文將更詳盡論述的，當(dāng)槽盤(pán)71旋轉(zhuǎn)時(shí)，就可以確定轉(zhuǎn)子16的角位置。軸64也連接到負(fù)載，例如真空清潔器(未示出)或者其它被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的扇頁(yè)。轉(zhuǎn)子鐵心60可以由諸如鋼的鐵磁性材料制成的多個(gè)疊片或者疊片結(jié)構(gòu)模壓或形成。轉(zhuǎn)子疊片結(jié)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)的方法疊放在一起并被布置成背對(duì)背的結(jié)構(gòu)。
如圖9-10所示，多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極62沿著圍繞轉(zhuǎn)子鐵心60的周界路徑布置。轉(zhuǎn)子磁極62從軸64徑向地向外突出，以便于轉(zhuǎn)子16在定子14的中心孔34中旋轉(zhuǎn)。
公知的是，穿過(guò)馬達(dá)10的被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的氣隙而產(chǎn)生的磁通量，導(dǎo)致被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的吸引力。該吸引力的大小取決于許多變量，舉例而言，例如，定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62的材料的電磁屬性，以及被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的氣隙的大小。進(jìn)一步公知的是，隨著由被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62形成的磁路的磁阻(相當(dāng)于電阻)減小，被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的吸引力增大。換句話說(shuō)，與磁路的氣隙相關(guān)的低磁導(dǎo)率屬性代替了與轉(zhuǎn)子鐵心60相關(guān)的鐵磁材料的高磁導(dǎo)率屬性。通過(guò)減小被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的氣隙尺寸而減小氣隙的磁阻，接著，就可以增大了氣隙中的磁通量密度，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的角度。此外，通過(guò)將氣隙的一部分(即低磁導(dǎo)率介質(zhì))替換為鋼(即高磁導(dǎo)率介質(zhì))，并保持磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，就增加了被激勵(lì)定子磁極30和轉(zhuǎn)子磁極62之間的氣隙的磁通量密度，這是基于以下方程B＝Hμ(方程1)其中，B為磁通量密度；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及
μ為磁導(dǎo)率屬性。
增加氣隙中的磁通量密度(也即增大所述力)就增大了轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)矩，這是基于以下方程轉(zhuǎn)矩＝力×離開(kāi)軸線的距離(方程2)參照?qǐng)D11，示出了現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)子74的轉(zhuǎn)子極面72當(dāng)其以順時(shí)針?lè)较蚪咏ㄗ哟艠O30時(shí)的局部放大視圖。如圖11所示，轉(zhuǎn)子極面72可包括第一部分72a和相對(duì)于第一部分72a而徑向向內(nèi)形成臺(tái)階或者下陷的第二部分72b。在現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子74旋轉(zhuǎn)期間，臺(tái)階狀的第二部分72b就在現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子74的轉(zhuǎn)子極面72和相應(yīng)的與被激勵(lì)定子磁極30相關(guān)聯(lián)的定子極面38之間，形成不均勻的或者臺(tái)階狀的氣隙76。轉(zhuǎn)子極面72的第二部分72b相對(duì)于第一部分72a的臺(tái)階狀或者下陷特征，通過(guò)增大所期望旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)距，使得轉(zhuǎn)子10易于沿著一個(gè)方向啟動(dòng)?？梢岳斫獾氖牵ㄟ^(guò)改變臺(tái)階狀或者下陷部分的朝向，就可以使得馬達(dá)10易于沿著相反方向啟動(dòng)。例如，如果第一部分72a相對(duì)于第二部分72b形成臺(tái)階或者下陷，馬達(dá)10就朝著相反方向啟動(dòng)。
參照?qǐng)D12，示出了根據(jù)本公開(kāi)的轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)子磁極62當(dāng)其以順時(shí)針?lè)较蚪咏ㄗ哟艠O30時(shí)的局部放大視圖。如圖12所示，轉(zhuǎn)子磁極62包括轉(zhuǎn)子極面78，該轉(zhuǎn)子極面78包括第一部分78a和相對(duì)于第一部分78a徑向向內(nèi)形成臺(tái)階狀或者下陷的第二部分78b。在轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)期間，轉(zhuǎn)子極面78的臺(tái)階狀的或者凹陷的第二部分78b，在轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b和相應(yīng)的與被激勵(lì)定子磁極30相關(guān)的定子極面38之間，形成不均勻的或者臺(tái)階狀的氣隙。結(jié)果是，轉(zhuǎn)子極面78的臺(tái)階狀或者下陷的第二部分78b與定子極面38之間的氣隙80大于轉(zhuǎn)子極面78的第一部分78a和定子極面38之間的氣隙80。
因?yàn)檗D(zhuǎn)子16趨向于朝向使氣隙80最小并進(jìn)而使電感最大的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b與定子極面38之間的氣隙80(大于轉(zhuǎn)子極面78的第一部分78a與定子極面38之間的氣隙80)確保了轉(zhuǎn)子極面78的前緣總是被吸引到被激勵(lì)定子磁極30。
此外，轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b與定子極面38之間的氣隙80(大于轉(zhuǎn)子極面78的第一部分78a與定子極面38之間的氣隙80)確保了轉(zhuǎn)子16只沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，即，轉(zhuǎn)子16趨向于朝著臺(tái)階狀或者下陷部分的方向旋轉(zhuǎn)。例如，如果臺(tái)階狀或者下陷部分位于轉(zhuǎn)子極面78的右側(cè)，轉(zhuǎn)子16將趨向于向右或者沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。另一方面，如果所述臺(tái)階狀或者下陷部分位于轉(zhuǎn)子極面78的左側(cè)，轉(zhuǎn)子16將趨向于向左或者沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子極面78和定子極面38中的每一個(gè)可以限定成弧形，并且轉(zhuǎn)子極面78大約為定子極面38的兩倍大。
根據(jù)本公開(kāi)的一方面，凸起82位于轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b的前緣，該凸起82離轉(zhuǎn)子極面78的第一部分78a較遠(yuǎn)。凸起82使得轉(zhuǎn)子磁極62的第二部分78b的邊緣處用于磁通量流動(dòng)的氣隙80最小，從而優(yōu)化了馬達(dá)10的轉(zhuǎn)矩特性。凸起82的構(gòu)成材料和轉(zhuǎn)子16的其余部分相同或者相似，并且凸起82包括第一側(cè)面84和第二側(cè)面86。凸起82的第一側(cè)面84和第二側(cè)面86中的每一個(gè)朝著凸起82的端點(diǎn)88漸縮。如圖12所示，凸起82的端點(diǎn)88可以和轉(zhuǎn)子極面78的第一部分78a的周界90相切。更具體地說(shuō)，凸起82的第一側(cè)面84可以朝向端點(diǎn)88漸縮，從而使第一側(cè)面84略微凹進(jìn)。作為選擇地，凸起82的第一側(cè)面84可朝向端點(diǎn)88漸縮，從而使第一側(cè)面84呈大致的直線形。
參照?qǐng)D13A-13B，示出了圖9中的轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)子磁極62在一個(gè)相位周期中處于多個(gè)角位置時(shí)的局部視圖。更具體地說(shuō)，圖13A-13B表示當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極62以箭頭92所示的順時(shí)針?lè)较蚪咏ㄗ哟艠O30時(shí)，轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)子磁極62的局部視圖。為了便于討論，圖13A-13B示出了定子磁極參照線93。
圖13A表示處于相位周期起始點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)子16的位置。如圖13A所示，在該位置處，位于轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b邊緣處的凸起82和定子極面38之間的氣隙80，小于轉(zhuǎn)子極面78的第二部分78b的其余部分與定子極面38之間的氣隙。結(jié)果是，凸起82和定子極面38之間的氣隙80處的磁通量密度在該位置處具有最大值，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子16沿箭頭92所指的方向被拉向被激勵(lì)定子磁極30。
磁通量尋求使磁阻最小的路徑。所以，由于轉(zhuǎn)子磁極62由磁阻低于空氣的鐵磁性材料構(gòu)成，因此磁通量流經(jīng)轉(zhuǎn)子磁極62和定子磁極30比流經(jīng)氣隙80更加容易。
圖13B示出了，當(dāng)轉(zhuǎn)子16已經(jīng)沿箭頭92所指的方向旋轉(zhuǎn)從而使凸起82的端點(diǎn)88對(duì)準(zhǔn)定子磁極參照線93時(shí)，轉(zhuǎn)子16的位置。在凸起82經(jīng)過(guò)定子磁極參照線93之后，轉(zhuǎn)子16將趨向于被拉向相反的旋轉(zhuǎn)方向，即本實(shí)施例中的逆時(shí)針?lè)较?。但是，轉(zhuǎn)子磁極78的第一部分78a產(chǎn)生的正電動(dòng)轉(zhuǎn)矩(positive motoring torque)抵消了這種沿相反旋轉(zhuǎn)方向的拉動(dòng)。因此，轉(zhuǎn)子16繼續(xù)被沿箭頭92所指的方向拉向被激勵(lì)定子磁極30。
參照?qǐng)D14，示出了馬達(dá)10的下殼體單元13的俯視圖。如上所述，下殼體單元13具有大致的圓形形狀。但是可以理解的是，下殼體單元13可以呈其它形狀，舉例而言，例如矩形、正方形或者類(lèi)似。下殼體單元13包括環(huán)形結(jié)構(gòu)87以及多個(gè)下安裝元件96。環(huán)形結(jié)構(gòu)87位于下殼體單元13的內(nèi)區(qū)域98中。如圖14所示，環(huán)形結(jié)構(gòu)87可沿著下殼體單元13的周界走行。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)定子14被安裝到下殼體單元13時(shí)，多個(gè)下安裝元件96的每一個(gè)接合一個(gè)繞線管39的底部。多個(gè)下安裝元件96中的每一個(gè)用于緊固繞線管39的底部，以防止其在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)移位。
圖15為安裝于下殼體單元13的定子14的俯視透視圖。圖16為安裝于下殼體單元13的定子14的俯視圖，定子14包括帶有預(yù)繞制的定子繞組32的繞線管39。圖16進(jìn)一步示出了置于定子14的中心孔34中的轉(zhuǎn)子16。
參照?qǐng)D17-21，示出了一個(gè)作為替代的實(shí)施例，其中示出了多個(gè)下安裝元件96置于絕緣構(gòu)件100之中。在本實(shí)施例中，絕緣構(gòu)件100安裝于下殼體單元13。如圖所示，絕緣構(gòu)件100包括環(huán)形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)102，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)102具有從其底側(cè)延伸的支件104。但是可以理解的是，環(huán)狀結(jié)構(gòu)102還可以具有其它結(jié)構(gòu)，舉例而言，例如正方形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié)構(gòu)之類(lèi)。環(huán)狀結(jié)構(gòu)102的每一個(gè)支件104在裝配期間接合與下殼體單元13相關(guān)聯(lián)的插座(未示出)。裝配后，每個(gè)下安裝元件96接合繞線管39的底部，從而緊固繞線管39的底部以防止其在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間移位。
控制電路的運(yùn)轉(zhuǎn)用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)10的驅(qū)動(dòng)組件18包括控制電路500，下文中將在圖22中對(duì)其予以進(jìn)一步敘述。更具體地，圖22圖示了控制電路500的方框圖，該控制電路500用于通過(guò)控制向定子繞組32的電力供給來(lái)控制馬達(dá)10的運(yùn)行?？刂齐娐?00包括將AC輸入功率轉(zhuǎn)換為未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC功率V1的整流器電路502，如下所述，該DC功率V1通過(guò)開(kāi)關(guān)器件518饋入定子繞組32。該DC功率V1還被饋入降壓電路504。所述降壓電路通過(guò)光傳感組件508向電壓調(diào)節(jié)器電路506以及微控制器512提供未經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓V2。
光傳感組件508和隨著轉(zhuǎn)子16一起旋轉(zhuǎn)的槽盤(pán)71協(xié)同工作，從而監(jiān)控馬達(dá)10的轉(zhuǎn)速。光傳感組件508產(chǎn)生被微控制器512用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子16速度的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。微控制器512包括一個(gè)或者多個(gè)熟知的部件，例如存儲(chǔ)器、CPU、多個(gè)寄存器、多個(gè)計(jì)時(shí)器等等。
電壓調(diào)節(jié)器506產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓V4，其被輸入到控制開(kāi)關(guān)器件518的開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516。開(kāi)關(guān)器件518用于控制向定子繞組32輸入的電壓。開(kāi)關(guān)器件518可以由多種電子開(kāi)關(guān)機(jī)制實(shí)現(xiàn)，例如晶體管、晶閘管等。下文中，圖23進(jìn)一步詳細(xì)地圖示了采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件518。開(kāi)關(guān)器件518接收來(lái)自于整流器電路502的功率V1，并且根據(jù)從開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516接收的控制信號(hào)向定子繞組32進(jìn)行電力供給。開(kāi)關(guān)器件518的控制定子繞組32的功能對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周知的。下文中，圖23進(jìn)一步詳細(xì)地圖示了控制電路500的不同部件，同時(shí)圖25進(jìn)一步詳細(xì)地闡釋了電壓調(diào)節(jié)器506的運(yùn)轉(zhuǎn)。
雖然控制電路500接收120V的AC輸入功率，但是在作為替代的實(shí)現(xiàn)中，也可以選擇不同電平的輸入功率。整流器電路502可以是將AC輸入功率轉(zhuǎn)換為未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出功率的任何一種常用類(lèi)型的整流器電路，比如橋式整流器。
降壓電路504是傳統(tǒng)的，并可以采用一組降壓電阻器、齊納二極管和電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。降壓電路504的輸出V2連接到電壓調(diào)節(jié)器506，并且通過(guò)光傳感電路508連接到微控制器512。因?yàn)樗鼋祲弘娐返妮敵鯲2是未經(jīng)調(diào)節(jié)的，可以使用另外一個(gè)常見(jiàn)的電壓調(diào)節(jié)器(未示出)將所述未經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓V2轉(zhuǎn)換為輸入到微控制器512的經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓。微控制器512可以采用多種微控制器集成電路中的任何一種實(shí)現(xiàn)，比如Z86型的集成電路。
電壓調(diào)節(jié)器506產(chǎn)生15V的DC輸出電壓，用來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516。通過(guò)光傳感組件508獲得(source)降壓電路504的輸出。采用這種方式，流向光傳感組件508的供給電流不直接消耗在降壓電路504的降壓電阻中。因此，光傳感組件508還用作最終被輸入到微控制器512的電流的導(dǎo)體。
圖23圖示了控制電路500的一個(gè)實(shí)現(xiàn)形式，其中開(kāi)關(guān)器件518由IGBT562-568來(lái)實(shí)現(xiàn)。IGBT 562-568控制流過(guò)定子繞組32的第一相580和第二相582的電流。IGBT 562和564分別連接于第一相580和第二相582的高壓端，并被稱(chēng)為高壓側(cè)IGBT，而IGBT 566和568分別連接于第一相580和第二相582的低壓端，并被稱(chēng)為低壓側(cè)IGBT。IGBT 562-568各自接收來(lái)自于開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516的控制輸入信號(hào)AHG、ALG、BLG和BHG。在采用IGBT 562-568實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件518的控制電路的實(shí)現(xiàn)中，開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516可以通過(guò)采用多種眾所周知的集成IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的一種來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如International Rectifiers，Inc生產(chǎn)的IR2101S集成電路。
第一開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514產(chǎn)生高壓側(cè)輸出AHG和低壓側(cè)輸出ALG以驅(qū)動(dòng)第一相580。更具體地說(shuō)，高壓側(cè)輸出AHG用來(lái)驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)IGBT 562，而低壓側(cè)輸出ALG用來(lái)驅(qū)動(dòng)低壓側(cè)IGBT 566。第二開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器516產(chǎn)生高壓側(cè)輸出BHG和低壓側(cè)輸出BLG以驅(qū)動(dòng)第二相582。更具體地說(shuō)，高壓側(cè)輸出BHG用來(lái)驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)IGBT 564，而低壓側(cè)輸出BLG用來(lái)驅(qū)動(dòng)低壓側(cè)IGBT568。
在控制電路的實(shí)現(xiàn)形式中，控制IGBT 562-568的導(dǎo)通和截止的方式允許定子繞組32中由于定子繞組32的磁場(chǎng)衰減引起的電流有足夠的時(shí)間釋放掉。例如，對(duì)于第一相580來(lái)說(shuō)，當(dāng)IGBT 562截止時(shí)，IGBT566仍然要保持足夠時(shí)間期間的導(dǎo)通以允許第一相580中的磁場(chǎng)衰減引起的感應(yīng)電流通過(guò)IGBT566釋放到地，而不是讓IGBT 562和566同時(shí)截止。類(lèi)似地，對(duì)于第二相582，當(dāng)IGBT 564截止時(shí)，IGBT568仍然要保持足夠時(shí)間周期的導(dǎo)通以允許第二相582中的磁場(chǎng)衰減引起的感應(yīng)電流通過(guò)IGBT 568釋放到地而不是讓IGBT564和568同時(shí)截止。
輸出526包含AC紋波，其優(yōu)選在被施加到定子繞組32之前被濾波。因此，如圖23所示，輸出526的第一支路被施加于DC總線濾波網(wǎng)絡(luò)560。濾波網(wǎng)絡(luò)560包括二極管DS1、DS2、DS3以及電容器C1A和C1B。濾波網(wǎng)絡(luò)560從輸出功率526的第一支路的正電壓和負(fù)電壓返回支路濾出AC紋波。濾波網(wǎng)絡(luò)560輸出的經(jīng)過(guò)濾波的作為結(jié)果的電壓在負(fù)載情況下為120V，并且可以提供大約15安培的持續(xù)電流。
如圖23所示，從濾波網(wǎng)絡(luò)560輸出的作為結(jié)果的DC總線電壓被直接施加于系列開(kāi)關(guān)(series switching)IGBT 562和564的集電極以及IGBT 566和568的發(fā)射極上。IGBT 562-568接收其各自的來(lái)自開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器514和516的柵極輸入。
圖24圖示光傳感組件508的電路原理圖，光傳感組件508可以由傳統(tǒng)的光傳感器組件實(shí)現(xiàn)，比如Honeywell，Inc生產(chǎn)的Honeywell P/N HOA1887-011或者Optek，Inc生產(chǎn)的Optek P/N OPB830W11。光傳感器組件508包括發(fā)光二極管(LED)602和硅光電晶體管604，其中LED602接收來(lái)自于降壓電路504的DC輸出電壓。LED 602和光電晶體管604被放置于槽盤(pán)71的相反兩側(cè)，該槽盤(pán)71與轉(zhuǎn)子16相連接并因此以轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
每次當(dāng)槽盤(pán)71的邊緣穿過(guò)LED 602和光電晶體管604之間的時(shí)候，光電晶體管604產(chǎn)生的信號(hào)就從一個(gè)電平或狀態(tài)變化到另外一個(gè)電平或狀態(tài)。從光電晶體管604輸出的信號(hào)被輸入到微控制器512。微控制器512基于計(jì)算出的周期計(jì)算轉(zhuǎn)子16的速度和位置。利用轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間周期來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子速度是很常見(jiàn)的，在此不作進(jìn)一步的描述。
圖25圖示了電壓調(diào)節(jié)器506的一個(gè)示例性的實(shí)現(xiàn)，在該圖示中，電壓調(diào)節(jié)器506采用Philips Semiconductor生產(chǎn)的集成電路TDA3661來(lái)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)在作為替代的實(shí)現(xiàn)中，也可以采用其它類(lèi)似的電壓調(diào)節(jié)器。電壓調(diào)節(jié)器506被供給的電壓來(lái)自于降壓電路504的輸出。電壓調(diào)節(jié)器506的輸出電壓可以通過(guò)由電阻器612和614組成的外部電阻分壓器予以調(diào)節(jié)。
由于馬達(dá)10的運(yùn)行以及控制電路500的持續(xù)工作，控制電路500的溫度非?？赡艽蠓摺榱吮苊鈱?duì)控制電路500及其上的各個(gè)部件的任何損壞，控制電路500設(shè)計(jì)有過(guò)熱關(guān)斷特性(thermal shutdown feature)。電壓調(diào)節(jié)器506包括過(guò)熱保護(hù)裝置616，其測(cè)量電壓調(diào)節(jié)器506的溫度，并且當(dāng)溫度一旦達(dá)到諸如150℃的門(mén)限水平時(shí)就關(guān)斷電壓調(diào)節(jié)器506的輸出電壓。
為了利用電壓調(diào)節(jié)器506的主動(dòng)過(guò)熱關(guān)斷特性，采用一個(gè)圓形銅針將電壓調(diào)節(jié)器506的襯底和控制電路500的電路板熱連接。這樣，電壓調(diào)節(jié)器506的襯底密切地跟蹤控制電路500的溫度。IGBT 562-568能夠在高達(dá)175℃的溫度下工作。為了防止過(guò)熱，它們被放置得使得它們可以被由馬達(dá)10循環(huán)的空氣所冷卻。但是，如果由于某種原因，例如阻塞、殼體損壞等，流向IGBT 562-568的冷卻空氣喪失，則控制電路的溫度就可能升高到150℃。在這種情況下，電壓調(diào)節(jié)器506就將在過(guò)熱保護(hù)裝置616的作用下截止。一旦電壓調(diào)節(jié)器506被熱關(guān)斷，給IGBT驅(qū)動(dòng)器514和516的功率被關(guān)斷，從而給定子繞組32的功率也被關(guān)斷。但是，如下所述，給微控制器512的功率仍然保持導(dǎo)通。
圖26的流程圖650進(jìn)一步闡釋了在這種過(guò)熱關(guān)斷的情況下馬達(dá)10的重啟動(dòng)。方框652和654表示由過(guò)熱保護(hù)裝置616對(duì)電壓調(diào)節(jié)器506的襯底溫度進(jìn)行的持續(xù)監(jiān)控。只要門(mén)限溫度低于門(mén)限水平，過(guò)熱保護(hù)裝置616就不間斷地監(jiān)控該溫度。
當(dāng)檢測(cè)到電壓調(diào)節(jié)器506的襯底溫度處于或者高于門(mén)限水平時(shí)，過(guò)熱保護(hù)裝置616就關(guān)斷電壓調(diào)節(jié)器506，進(jìn)而關(guān)斷馬達(dá)10。一般來(lái)說(shuō)，如果馬達(dá)10的供電開(kāi)關(guān)保持導(dǎo)通，則一旦過(guò)熱保護(hù)裝置616檢測(cè)到電壓調(diào)節(jié)器506的襯底溫度低于門(mén)限時(shí)，馬達(dá)10就可以不期望地重啟動(dòng)。但是，在本系統(tǒng)中，因?yàn)槲⒖刂破?12從未關(guān)斷，微控制器512將不會(huì)處于正確的啟動(dòng)模式，從而造成馬達(dá)10的這種不期望的重啟動(dòng)。
為了防止馬達(dá)10的這種不期望的重啟動(dòng)，微控制器512持續(xù)地監(jiān)控馬達(dá)10的速度，并且如果微控制器512檢測(cè)到馬達(dá)10的速度不期望地降低，就指示出現(xiàn)了過(guò)熱關(guān)斷，那么在方框658中，微控制器512產(chǎn)生一關(guān)斷錯(cuò)誤例行程序。接下來(lái)，在方框660中，微控制器512停止向開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器提供輸出信號(hào)。在方框662中，微控制器512產(chǎn)生故障診斷錯(cuò)誤代碼，以供馬達(dá)10的制造商或者操作人員隨后進(jìn)行故障診斷。接下來(lái)，如方框664所示，直到馬達(dá)10的整個(gè)運(yùn)行進(jìn)入下一循環(huán)，即馬達(dá)10的開(kāi)啟/關(guān)閉開(kāi)關(guān)先被關(guān)閉再被接通，微控制器512才重新啟動(dòng)。在方框666，一旦檢測(cè)到馬達(dá)10進(jìn)入下一循環(huán)，微控制器512就以正常的啟動(dòng)模式恢復(fù)馬達(dá)10的工作，這將在下文中予以進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
馬達(dá)代碼的運(yùn)行傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)采用微控制器來(lái)控制提供給定子繞組的電力的換向，一旦電路上電，該馬達(dá)都會(huì)執(zhí)行同樣的啟動(dòng)例行程序。但是，如果在馬達(dá)正在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候切斷馬達(dá)電力，然后再快速返回上電狀態(tài)(即，快速循環(huán))，則執(zhí)行同樣的啟動(dòng)例行程序經(jīng)常會(huì)損壞馬達(dá)中的電氣部件。典型地，如果在轉(zhuǎn)速降低到門(mén)限轉(zhuǎn)速之前，馬達(dá)沒(méi)有被允許慣性滑行一段時(shí)間，電路中的IGBT就非常容易損壞。下面將敘述一種運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序，該例行程序檢測(cè)上述電力的快速循環(huán)，并允許轉(zhuǎn)子慣性滑行直到轉(zhuǎn)速降到低于門(mén)限速度，以防止損壞IGBT。
如前所述，開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的運(yùn)行是基于轉(zhuǎn)子16運(yùn)動(dòng)到這樣一個(gè)位置的趨勢(shì)，在該位置一個(gè)或多個(gè)被激勵(lì)定子繞組32的電感最大。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)子16將趨向于朝著磁路最完整的位置運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子16沒(méi)有換向器和繞組，僅僅由具有多個(gè)不同極性的極面的一疊電學(xué)鋼片組成。但是，有必要知道轉(zhuǎn)子的位置，以接下來(lái)用開(kāi)關(guān)直流電(DC)激勵(lì)子繞組32的各相，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和扭矩。
為了使馬達(dá)10正確運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地和轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度同步。開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的性能部分地取決于相位激勵(lì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置的精確定時(shí)。在本實(shí)施例中，采用光傳感組件或者光學(xué)斷續(xù)器508形式的轉(zhuǎn)子位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。
下面結(jié)合圖27和32描述示例性系統(tǒng)的一種可能的工作方式，圖27和32代表一個(gè)或者更多個(gè)計(jì)算機(jī)程序的多個(gè)部分或者例行程序。用于實(shí)現(xiàn)這些例行程序的軟件的主要部分被存儲(chǔ)到控制器512的一個(gè)或者多個(gè)存儲(chǔ)器中，并且可以采用諸如C、C++、C#、Java等任何高級(jí)語(yǔ)言、或者任何低級(jí)的匯編或機(jī)器語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。通過(guò)將計(jì)算機(jī)程序部分存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器的各個(gè)部分在物理上和/或結(jié)構(gòu)上根據(jù)計(jì)算機(jī)程序指令予以配置。但是軟件的各部分可以在分開(kāi)的存儲(chǔ)位置被存儲(chǔ)并運(yùn)行。由于執(zhí)行這些步驟的精確位置可以變化而不超出本發(fā)明的范圍，所以下面的附圖沒(méi)有提到執(zhí)行相同功能的計(jì)算機(jī)。
圖27A和27B為流程圖700的兩個(gè)部分，該流程圖700描述用于同步供給定子繞組32的電力的開(kāi)關(guān)或者換向的某些步驟。流程圖700所示的某些或者所有步驟可以被存儲(chǔ)到控制器512的存儲(chǔ)器中。
參見(jiàn)圖27A，流程圖700可以在控制電路上電(方框702)之時(shí)開(kāi)始。接著啟動(dòng)初始化階段，其中包括初始化硬件、固件和啟動(dòng)定時(shí)器(方框704)。更具體地說(shuō)，初始化包括每次上電時(shí)執(zhí)行的一系列內(nèi)嵌初始化指令。初始化可以進(jìn)一步可以分為硬件初始化、變量初始化和上電延遲。
一旦上電，則從控制器512內(nèi)的某個(gè)特定存儲(chǔ)器位置開(kāi)始執(zhí)行程序。一般說(shuō)來(lái)，硬件初始化包括一系列指令，這些指令通過(guò)分配和配置I/O，定位處理器堆棧、配置中斷的數(shù)量并且啟動(dòng)多個(gè)周期定時(shí)器來(lái)配置控制器512。變量初始化包括將合理的默認(rèn)值賦值給多個(gè)變量，所述變量中的一個(gè)為由速度決定的校正變量。此外還存在100ms的上電延遲(方框706)，目的是在驅(qū)動(dòng)器開(kāi)通之前給多個(gè)電源電容器提供充電的時(shí)間。這防止IGBT驅(qū)動(dòng)器514和516在啟動(dòng)期間將低壓電源拉低。在該時(shí)間延遲期間，IGBT驅(qū)動(dòng)器的低壓側(cè)被開(kāi)通并且給自舉電容器充電(方框710)。
在運(yùn)行中，控制器512使用三個(gè)不同的速度例行程序，即低速模式、高速躍變模式和高速模式。但是，一旦初始化完成，控制器512將通過(guò)查詢光傳感組件508來(lái)確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速，以便判斷在激活低速模式之前是否需要運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序(方框712)。如果在方框714中測(cè)定出轉(zhuǎn)子速度大于預(yù)定值S1，舉例而言，例如6800 RPM，則例行程序700將跳轉(zhuǎn)到運(yùn)行重啟動(dòng)模式，該模式用于防止在供給馬達(dá)10的電流快速循環(huán)變化后損壞IGBT驅(qū)動(dòng)器。給馬達(dá)10的電力的快速循環(huán)變化實(shí)質(zhì)上是在馬達(dá)10正在運(yùn)轉(zhuǎn)之時(shí)的快速截止/導(dǎo)通(off/on)。運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序用來(lái)防止損壞IGBT驅(qū)動(dòng)器514、516，因?yàn)橐愿哂谀硞€(gè)速度對(duì)電力進(jìn)行循環(huán)可能使得低速模式例行程序發(fā)生混亂(下面將予以敘述)，并可能燒毀一個(gè)或者多個(gè)IGBT 514、516。運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序用于在電力的快速循環(huán)之后開(kāi)始一段延遲，這段延遲允許馬達(dá)的轉(zhuǎn)速降低到由控制器512計(jì)算出的觸發(fā)角度(firing angle)為固定的那一點(diǎn)，。
從運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序開(kāi)始，如果在上電之后在方框714中確定速度大于6800RMP，則例如設(shè)置重試計(jì)數(shù)器(方框716)。應(yīng)該注意到的是，作為替換地，可以在初始化時(shí)設(shè)置重試計(jì)數(shù)器，或者可以在運(yùn)行重啟動(dòng)例行程序的另一點(diǎn)處設(shè)置重試計(jì)數(shù)器。接著，可以啟動(dòng)諸如500mS的預(yù)定時(shí)間延遲(方框720)。然后轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速被重新采樣(方框722)。如果在方框724中確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速仍大于預(yù)定門(mén)限S1，那么例行程序?qū)⒃诜娇?30中檢查以確定重試計(jì)數(shù)器的值。
如果在方框730中確定重試計(jì)數(shù)器不大于1，則可以產(chǎn)生一錯(cuò)誤信號(hào)(方框732)，并且系統(tǒng)可以被關(guān)斷。換句話說(shuō)，當(dāng)重試計(jì)數(shù)器已經(jīng)依序地從20向下計(jì)數(shù)到1，將會(huì)發(fā)生上述情況。這表明已經(jīng)經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間周期。如果在方框730中確認(rèn)重試計(jì)數(shù)器大于1，則重試計(jì)數(shù)器將被遞減(方框734)，并且例行程序返回方框720，在該處開(kāi)始另一段延遲。
如果方框724測(cè)定出轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速低于門(mén)限S1，那么例行程序?qū)⑻D(zhuǎn)以激活低速模式例行程序(方框740)。換句話說(shuō)，在所公開(kāi)的實(shí)施例中，如果轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速持續(xù)超過(guò)門(mén)限S1，那么在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速被持續(xù)地重采樣。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易理解的是，可以實(shí)現(xiàn)作為替換的檢查方法，以確保在向低速模式跳轉(zhuǎn)之前轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速已經(jīng)降低到了安全的水平。例如，可以執(zhí)行較長(zhǎng)的延遲，在該較長(zhǎng)延遲中沒(méi)有必要使用重試計(jì)數(shù)器。也可以采用其它各種技術(shù)。
當(dāng)在方框740中激活低速模式例行程序時(shí)，控制器512在啟動(dòng)期間提供脈寬調(diào)制(PWM)使得定子繞組32的相總是位于轉(zhuǎn)子極面48前面，從而避免隨著轉(zhuǎn)子16的提速而產(chǎn)生大的電流尖峰。一般來(lái)說(shuō)，從來(lái)自于編碼器/光傳感器510的信號(hào)的狀態(tài)就可以得知啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。有效地，提供給定子繞組32的每個(gè)電流脈沖被斬波為許多短(持續(xù)時(shí)間)的電流脈沖，直到轉(zhuǎn)子速度達(dá)到預(yù)定速度。在該點(diǎn)處，完整的脈沖被施加于定子繞組32。在經(jīng)過(guò)之前的躍變后，光傳感器躍變?cè)谧疃痰臅r(shí)間周期內(nèi)被查詢、三次去抖(triple debounced)并失效，以便減小輸出信號(hào)上產(chǎn)生噪聲的機(jī)會(huì)。這種技術(shù)將參照?qǐng)D32將予以更加詳盡的描述。
在低速模式中，電流輸入是按照一定的占空比循環(huán)的，從而在所有情況下限制最大IGBT導(dǎo)通時(shí)間(maximum IGBT on time)。此外，存在兩種獨(dú)特的換向狀態(tài)來(lái)反映光傳感器的當(dāng)前狀態(tài)。
圖28描述了在低速模式下針對(duì)轉(zhuǎn)子最初1.5轉(zhuǎn)的啟動(dòng)波形。波形802表示了來(lái)自于光傳感器510的信號(hào)。波形804表示相‘A’的高壓側(cè)，波形806表示相‘A’的低壓側(cè)。波形810表示相‘B’的高壓側(cè)，波形812表示相‘B’的低壓側(cè)。圖上進(jìn)一步描述了了在點(diǎn)814處，給馬達(dá)10的電力被接通。圖27A中的方框706描述的預(yù)定的上電延遲在時(shí)刻814和818之間示出。如波形所見(jiàn)，在電力接通的點(diǎn)814處，相‘A’和相‘B’的低壓側(cè)均被導(dǎo)通從而向自舉電容充電。應(yīng)該注意的是，只有在給定相位的低壓側(cè)和高壓側(cè)均被導(dǎo)通的時(shí)候，才向相應(yīng)的定子繞組供給全部電流。
圖29也表示了低速模式例行程序下的多個(gè)波形。和圖28類(lèi)似，波形822表示來(lái)自光傳感組件508的輸出。波形822表示相‘A’的高壓側(cè)，波形826表示相‘A’的低壓側(cè)。波形830表示相‘B’的高壓側(cè)，波形832表示相‘B’的低壓側(cè)。圖29也表示當(dāng)某相的電力接通時(shí)，實(shí)際上接通的是一個(gè)占空比為36％的脈寬調(diào)制信號(hào)。同時(shí)調(diào)制高壓側(cè)和低壓側(cè)開(kāi)關(guān)被稱(chēng)為硬斬波。軟斬波為兩側(cè)中的其中一個(gè)的切換。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，硬斬波被用來(lái)最小化上電時(shí)的電流突變。從圖29也可以看出，波形的周期長(zhǎng)度由于加速而減小。
返回圖27A，在方框740中啟動(dòng)低速模式例行程序之后，該例行程序接著將檢查以觀察光躍變是否已經(jīng)發(fā)生(方框742)。如果還沒(méi)有記錄光躍變，那么產(chǎn)生一個(gè)指示啟動(dòng)問(wèn)題的錯(cuò)誤(方框744)。如果在方框742中確定光躍變已經(jīng)發(fā)生，則所述例行程序可以檢查轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速(方框746)。如果在方框748中確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速低于預(yù)定門(mén)限S1，則所述例行程序返回方框740以繼續(xù)執(zhí)行低速模式例行程序。但是，如果在方框748中確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速大于預(yù)定門(mén)限S1，則如圖27B所示的例行程序?qū)⒁苿?dòng)以激活高速躍變模式例行程序(方框750)。
在所公開(kāi)的實(shí)施例中，預(yù)定的速度門(mén)限S1大約為7000 RMP。通過(guò)保持和低速模式一致的相導(dǎo)通時(shí)間，但是以包括相的預(yù)觸發(fā)在內(nèi)的方式進(jìn)行切換，高速躍變例行程序就完成了從低速到高速的躍變。加速由于預(yù)觸發(fā)而持續(xù)進(jìn)行，但是由于固定的導(dǎo)通時(shí)間而趨緩，在所公開(kāi)的實(shí)施例中該固定的導(dǎo)通時(shí)間大約800uS。截止時(shí)間是根據(jù)速度可變的。因?yàn)檗D(zhuǎn)子16由于預(yù)觸發(fā)而不斷加速，所以截止時(shí)間變得越來(lái)越短，從而產(chǎn)生占空比更大的周期，這又接著加劇了加速。最終的結(jié)果是，由于加速在緩緩進(jìn)行，所以失控情況得到控制，同時(shí)電流尖峰和轉(zhuǎn)矩尖峰即使沒(méi)有消除，也被降低到最小程度。
在方框750中的高速躍變模式之后，所述例行程序然后可以檢查轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速(方框752)。如果在方框754中確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速低于第二預(yù)定速度門(mén)限S2，則所述例行程序?qū)⒎祷胤娇?50，在該處繼續(xù)執(zhí)行高速躍變模式。如果在方框754中確定轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速大于預(yù)定速度門(mén)限S2，所述例行程序?qū)⒓せ罡咚倌Ｊ嚼谐绦?方框760)。
圖30和31示出了描述高速模式例行程序的波形。高速模式例行程序通過(guò)預(yù)觸發(fā)算法而被分類(lèi)，以獲得最大的轉(zhuǎn)速。預(yù)觸發(fā)值可以從經(jīng)驗(yàn)中獲得，從而在不同的負(fù)載和速度情況下，針對(duì)給定的最大目標(biāo)電流提供最大的RPM，例如針對(duì)120V AC輸入處的13.8安培。高速模式中的預(yù)觸發(fā)算法可包括一查詢表，該查詢表包含針對(duì)三級(jí)光傳感器盤(pán)超前(three level opticalsensor disk advance)，其有助于啟動(dòng)的校正。
高速模式例行程序和高速躍變模式之間的基本區(qū)別在于高速躍變模式限制相導(dǎo)通時(shí)間，在本公開(kāi)實(shí)施例中大約為800uS。但是，在高速模式中，相導(dǎo)通時(shí)間保持為整個(gè)周期，其可能到達(dá)大約830uS。切換到100％的占空比引起進(jìn)一步的加速，其不受檢查并且有可能導(dǎo)致失控。但是存在兩個(gè)明顯的穩(wěn)定因素。首先，在高速下難以泵浦和移除通過(guò)定子繞組32的電流，從而限制了電力向轉(zhuǎn)子16傳遞。繞組充電時(shí)間開(kāi)始成為周期中的主要部分。其次，負(fù)載隨著轉(zhuǎn)子速度的立方而增大。這對(duì)緩和失控狀況具有顯著的效果。所以，當(dāng)高速模式被激活時(shí)，只有極小的速度提升或者波動(dòng)。
圖30示出了與上文所討論的預(yù)觸發(fā)所對(duì)應(yīng)的波形。波形840表示從光傳感組件508接收到的信號(hào)。波形842表示相‘A’，波形844表示相‘B’。如圖30進(jìn)一步所示，中斷846產(chǎn)生在光傳感器的下降沿上，并持續(xù)大約200到300uS。圖30中的由850代表的時(shí)間可以通過(guò)取決于速度的查詢表(SDT)再加一個(gè)預(yù)觸發(fā)值獲得。時(shí)間周期850還可以代表所謂的相定時(shí)超前。SDT優(yōu)化了應(yīng)用中的全程負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)矩。
圖31表示了在高速模式下的高壓側(cè)和低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)事件的詳細(xì)情況。和圖29相似，波形860表示從光傳感組件508接收到的信號(hào)。波形862表示相‘A’的高壓側(cè)，波形864表示相‘A’的低壓側(cè)。波形866表示相‘B’的高壓側(cè)，波形870表示相‘B’的低壓側(cè)。如圖30所示，時(shí)間間隔850代表相定時(shí)超前。圖31還圖示了時(shí)間周期852，在該時(shí)間周期中，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)保持開(kāi)通一段額外的時(shí)間，以易于從定子繞組釋放在電流關(guān)斷之時(shí)由定子繞組的磁場(chǎng)衰減產(chǎn)生的電流。在本示例性的實(shí)施例中，時(shí)間周期852大約為41uS。如圖31所示，在相‘A’和相‘B’中，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)都保持開(kāi)通一個(gè)額外的時(shí)間周期852。
在微控制器設(shè)計(jì)的背景當(dāng)中，中斷是一個(gè)非同步的事件，它使得用戶程序從其當(dāng)前的執(zhí)行回路中立即轉(zhuǎn)換至中斷服務(wù)例行程序(ISR)。中斷的目的在于提供對(duì)外部事件進(jìn)行快速且確定的響應(yīng)，而無(wú)需不斷地查詢主前臺(tái)程序例行程序。ISR相當(dāng)于操作指令的帶有一個(gè)例外的普通子例行程序。也就是說(shuō)，因?yàn)镮SR幾乎可以在任何時(shí)候被訪問(wèn)或者調(diào)用，而不依賴(lài)于當(dāng)前前臺(tái)執(zhí)行回路，所以應(yīng)該特別注意保證它不會(huì)反過(guò)來(lái)影響主程序。
如圖31所示，一旦接收到來(lái)自于光傳感組件508的信號(hào)的下降沿，周期計(jì)時(shí)器可以結(jié)合中斷例行程序使用。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，周期計(jì)時(shí)器是一個(gè)8位的倒數(shù)計(jì)時(shí)器，其從0(256)計(jì)數(shù)到1，并且自動(dòng)重載。計(jì)時(shí)器的分辨率對(duì)應(yīng)于中央處理單元582的晶振，近似為10MHz晶振。周期計(jì)時(shí)器中的一個(gè)可以為標(biāo)志計(jì)時(shí)器1(T1)，它為8位倒數(shù)計(jì)時(shí)器，從％FF(255)計(jì)數(shù)到1，然后停止。T1通過(guò)一個(gè)64位的預(yù)定標(biāo)器初始化。這樣，其分辨率為51.2uS。表1表示了周期定時(shí)器值的一部分。


表1還應(yīng)該注意的是，周期定時(shí)器是遞減計(jì)數(shù)，而不是遞增的。此外，T0的前兩位含有冗余信息。兩個(gè)8位值被合并或者交迭以產(chǎn)生一個(gè)真正的14位周期。應(yīng)該理解的是，為了計(jì)算周期，T0中的“00”相當(dāng)于256，而不是0。所以最大的計(jì)數(shù)大約為13,107uS。計(jì)時(shí)器有幾毫秒是不運(yùn)行的，這個(gè)時(shí)間在計(jì)算周期的時(shí)候應(yīng)該被考慮進(jìn)去。
在針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)的控制電路中存在一個(gè)共同的問(wèn)題，即，噪音被引入電子部件。噪聲問(wèn)題特別嚴(yán)重的一個(gè)地方是在光傳感組件508中。在這里，噪聲是非常不希望出現(xiàn)的，因?yàn)樗梢詫?dǎo)致錯(cuò)誤地觸發(fā)對(duì)供給相繞組的電力進(jìn)行換向。因?yàn)樵肼暫茈y消除，因此有必要確保從光傳感組件508接收到的躍變信號(hào)的精確性和合法性。
圖32表示的流程圖900描述了確保從馬達(dá)10中的轉(zhuǎn)子位置傳感器510接收到的信號(hào)的合法性的一些步驟。流程圖900所示的某些步驟可以存儲(chǔ)到控制器512的存儲(chǔ)器584中。例行程序900可以用于上述任何速度模式中。
參見(jiàn)圖32，在開(kāi)啟換向電路中的控制器512和其它任何元件以后，例行程序900可能激活低速模式、高速躍變模式或高速模式中的任意一種(方框901)。例行程序900接下來(lái)可以查詢轉(zhuǎn)子位置傳感器(方框902)以確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的第一狀態(tài)。如果方框904中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器510的狀態(tài)為真(即，高亮/清晰)，那么就可以啟動(dòng)時(shí)間延遲(方框906)。通過(guò)從存儲(chǔ)器584中提取一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間常數(shù)可以實(shí)現(xiàn)該時(shí)間延遲。所述一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間常數(shù)中的每一個(gè)代表不同數(shù)量的單位，并且每個(gè)單位代表一個(gè)預(yù)定的時(shí)間值。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，每個(gè)時(shí)間單位大約25uS。時(shí)間常數(shù)TD1-TD7如表2所示TD1為20個(gè)單位TD2為32個(gè)單位TD3為28個(gè)單位TD4為1個(gè)單位TD5為26個(gè)單位TD6為32個(gè)單位TD7為29個(gè)單位表2再次參見(jiàn)圖32，在方框906中啟動(dòng)時(shí)間延遲之后，例行程序900查詢轉(zhuǎn)子位置傳感器或者光傳感組件508(方框910)。如果在方框912中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器508為假，所述例行程序?qū)⒎祷胤娇?01中當(dāng)前正在運(yùn)行的速度例行程序。如果方框912中確定轉(zhuǎn)子位置512的狀態(tài)為真，就可以啟動(dòng)另外一個(gè)延遲(方框914)。接下來(lái)，所述例行程序可以查詢轉(zhuǎn)子位置傳感器508(方框916)。如果在方框920中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的第三個(gè)狀態(tài)為假，所述例行程序返回方框900并返回活動(dòng)的速度例行程序。
但是，如果在方框920中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器920的第三個(gè)狀態(tài)為真，那么所述例行程序?qū)⒄J(rèn)為轉(zhuǎn)子位置傳感器的真值狀態(tài)為合法的真值信號(hào)(方框922)。所述例行程序?qū)⑹瓜唷瓵’導(dǎo)通，使相‘B’關(guān)斷(方框924)。接下來(lái)，活動(dòng)的速度例行程序?qū)⒗^續(xù)運(yùn)行，并檢查轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速(方框926)。還應(yīng)該注意的是，在前面的防抖躍變被識(shí)別(recognize)之后，在時(shí)間TD1+TD2+TD3期間所產(chǎn)生的所有光信號(hào)的變化都被忽略。這給了光傳感器508時(shí)間，從而在另外一個(gè)傳感信號(hào)被識(shí)別之前完全改變狀態(tài)。所有最終被識(shí)別的躍變均經(jīng)過(guò)三次防抖。這個(gè)強(qiáng)制性的防抖算法的結(jié)果是限制了上電重啟速度，該速度通過(guò)之前討論過(guò)的運(yùn)行重啟動(dòng)算法而被修正。
如果在方框904中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的第一狀態(tài)為假，則在光傳感器被重新查詢(方框932)之前可以啟動(dòng)一個(gè)延遲(方框930)。如果在方框934中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器在第一延遲之后的狀態(tài)為真，流程圖900將返回方框901曾經(jīng)啟動(dòng)的一個(gè)速度例行程序。如果在方框934中確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的狀態(tài)為假，所述例行程序?qū)?dòng)第二延遲(方框936)。然后，轉(zhuǎn)子位置傳感器508被第三次查詢(方框940)。如果確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的第三狀態(tài)為真，所述例行程序?qū)⒎祷胤娇?01中的活動(dòng)的速度例行程序。
但是，如果確定轉(zhuǎn)子位置傳感器的第三狀態(tài)為假，所述例行程序?qū)⒄J(rèn)為轉(zhuǎn)子位置傳感器的假狀態(tài)為合法的假信號(hào)(方框944)。接著，定子繞組32的相‘A’將被關(guān)斷，定子繞組32的相‘B’將被導(dǎo)通(方框946)。然后，活動(dòng)的速度例行程序?qū)⒗^續(xù)運(yùn)行，并可以檢測(cè)轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速(方框926)。
圖33表示了從轉(zhuǎn)子位置傳感器508接收到的三個(gè)波形。波形950表示光電路上的亂真的電噪聲尖峰。波形952表示沒(méi)有防抖例行程序的相‘A’和相‘B’的相信號(hào)。波形954表示具有防抖例行程序的相‘A’和相‘B’的相信號(hào)。
如波形950所示，控制器512記錄多個(gè)噪聲峰值956。在波形952中，在958處圖示了多個(gè)不期望的相觸發(fā)。發(fā)生這種情況的原因是防抖例行程序未被激活，或者沒(méi)有和該相信號(hào)一起使用。相反地，波形954圖示了沒(méi)有受到來(lái)自波形950的、光電路上的噪聲沖擊的干凈的相信號(hào)，這是圖32中描述的防抖例行程序作用的結(jié)果。
圖32所示的防抖例行程序900幫助確保任何感測(cè)事件不包含任何已經(jīng)被施加于傳感器電路的亂真的電噪聲尖峰。噪聲尖峰一般來(lái)說(shuō)在長(zhǎng)度上比三次傳感器讀取的完整周期要短得多，這樣消除了在不止一個(gè)讀取事件中讀取到的噪聲。如流程圖900所示，必須連續(xù)檢測(cè)到三次真(TRUE)讀取或者三次假(FALSE)讀取，控制器512才能認(rèn)為所讀取的狀態(tài)為合法的。
雖然上述文字詳盡地?cái)⑹隽吮景l(fā)明的若干不同的實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的范圍由本專(zhuān)利末尾所闡述的權(quán)利要求書(shū)限定。這里的詳盡敘述僅僅是示例性的，并不代表本發(fā)明所有可能的實(shí)施例，因?yàn)槊枋鏊械膶?shí)施例即使不是不可能也是不現(xiàn)實(shí)的?；蛘卟捎帽炯夹g(shù)，或者采用本專(zhuān)利提交日之后新發(fā)展的技術(shù)，可以實(shí)施多個(gè)作為替代的實(shí)施例，這仍然有可能會(huì)落入本發(fā)明限定的權(quán)利要求書(shū)的范圍。
因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以采用在此描述和圖示的技術(shù)和結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行多種改造和變化。相應(yīng)地，可以理解的是，這里描述的方法和裝置只是用于示例，而并非意在限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁阻機(jī)構(gòu)，其包括具有定子鐵心的定子，所述定子鐵心包括中心孔和從所述定子鐵心向內(nèi)延伸的多個(gè)定子磁極，每個(gè)所述定子磁極具有定子極面；和具有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的轉(zhuǎn)子，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁極具有轉(zhuǎn)子極面，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子極面具有第一部分；第二部分，其相對(duì)于所述第一部分徑向向內(nèi)成臺(tái)階狀凹進(jìn)，從而在所述轉(zhuǎn)子極面和對(duì)應(yīng)的定子極面之間形成不均勻的氣隙；和凸起，其位于所述轉(zhuǎn)子極面的第二部分的邊緣處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中所述凸起位于所述轉(zhuǎn)子極面第二部分的遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子極面第一部分的邊緣處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子極面大約為所述定子極面的兩倍大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子極面和所述定子極面中的每一個(gè)限定一弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中所述凸起包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述凸起的第一側(cè)面和第二側(cè)面中的每一個(gè)朝向所述凸起的端點(diǎn)漸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述凸起的端點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)子極面的第一部分的周界相切。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述凸起的第二側(cè)面為凹面或者線形面中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述凸起由具有高磁導(dǎo)性的鐵磁性材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述凸起由鋼構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述多個(gè)定子磁極包括四個(gè)定子磁極，并且所述多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)子和所述定子中的每一個(gè)包括多個(gè)層疊的疊片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻機(jī)構(gòu)，其中，所述磁阻機(jī)構(gòu)為開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)。
13.一種用于磁阻機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心；以及從所述轉(zhuǎn)子鐵心向外延伸的多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁極具有轉(zhuǎn)子極面，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子極面具有第一部分；第二部分，其相對(duì)于所述第一部分徑向向內(nèi)成臺(tái)階狀凹進(jìn)，從而在所述轉(zhuǎn)子極面和相應(yīng)的定子極面之間形成不均勻的氣隙；和凸起，其位于所述轉(zhuǎn)子極面的第二部分的邊緣處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起位于所述轉(zhuǎn)子極面第二部分的遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子極面第一部分的邊緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子極面大約為所述定子極面的兩倍大。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子極面和所述定子極面中的每一個(gè)限定一弧形。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面中的每一個(gè)朝向所述凸起的端點(diǎn)漸縮。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起的端點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)子極面的第一部分的周界相切。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起的第二側(cè)面為凹面或者線形面中的一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起由具有高磁導(dǎo)性的鐵磁性材料構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起由鋼構(gòu)成。
22.一種磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其包括真空清潔器；和安裝于所述真空清潔器中的磁阻機(jī)構(gòu)，所述磁阻機(jī)構(gòu)包括具有定子鐵心的定子，所述定子鐵心包括中心孔和多個(gè)定子磁極，所述定子磁極從所述定子鐵心向內(nèi)延伸，每個(gè)所述定子磁極具有定子極面；以及安裝于所述中心孔中的轉(zhuǎn)子，其用于相對(duì)于所述定子圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子鐵心以及從所述轉(zhuǎn)子鐵心向外延伸的多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁極具有轉(zhuǎn)子極面，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子極面具有第一部分；第二部分，其相對(duì)于所述第一部分徑向向內(nèi)成臺(tái)階狀凹進(jìn)，從而在所述轉(zhuǎn)子極面和對(duì)應(yīng)的定子極面之間形成不均勻的氣隙；和凸起，其位于所述轉(zhuǎn)子極面的第二部分的邊緣處。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起位于所述轉(zhuǎn)子極面第二部分的遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子極面第一部分的邊緣處。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)子極面大約為所述定子極面的兩倍大。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)子極面和所述定子極面中的每一個(gè)限定一弧形。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面中的每一個(gè)朝向所述凸起的端點(diǎn)漸縮。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起的端點(diǎn)和所述轉(zhuǎn)子極面的第一部分的周界相切。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起的第二側(cè)面為凹面或者線形面中的一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起由具有高磁導(dǎo)性的鐵磁性材料構(gòu)成。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述凸起由鋼構(gòu)成。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)定子磁極包括四個(gè)定子磁極，并且所述多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)定子磁極和所述多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極中的每一個(gè)包括多個(gè)層疊的疊片。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的磁阻機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其中，所述磁阻機(jī)構(gòu)為開(kāi)關(guān)磁阻馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁阻機(jī)構(gòu)，其包括具有定子鐵心的定子。所述定子鐵心包括中心孔以及多個(gè)從定子鐵心向內(nèi)延伸的定子磁極(30)。每個(gè)定子磁極(30)包括定子極面(38)。所述磁阻機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括具有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極(62)的轉(zhuǎn)子。每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極包括轉(zhuǎn)子極面(78)。每個(gè)轉(zhuǎn)子極面包括第一部分(78a)；第二部分(78b)，其相對(duì)于第一部分徑向上向內(nèi)成臺(tái)階狀，從而在轉(zhuǎn)子極面(78)和對(duì)應(yīng)的定子極面(38)之間形成不均勻的氣隙(80)；和凸起(82)，其位于轉(zhuǎn)子極面(78)的第二部分(78b)的邊緣。
文檔編號(hào)A47L5/12GK101015111SQ200580029176
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者尼爾·N·諾雷爾, 馬克·E·貝克 申請(qǐng)人:肖普瓦克公司