專(zhuān)利名稱(chēng)：具有不對(duì)稱(chēng)磁極的直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對(duì)具有改進(jìn)的定子磁極的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)被用于眾多的應(yīng)用之中，包括但不限于其中所希望的動(dòng)作是 響應(yīng)于一個(gè)命令信號(hào)將多個(gè)部件定位的應(yīng)用。用于這些應(yīng)用的裝置被歸 類(lèi)為電致動(dòng)器，它們可以結(jié)合某種形式的機(jī)械優(yōu)勢(shì)(例如齒輪減速)以 增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。另外，當(dāng)沒(méi)有施加電流時(shí)，經(jīng)常使用一個(gè)復(fù)位彈簧 將致動(dòng)器定位于一個(gè)默認(rèn)位置。這些致動(dòng)器典型地使用直流電動(dòng)機(jī)，它 在轉(zhuǎn)動(dòng)的或固定的部件上具有永磁鐵以提供一個(gè)磁場(chǎng)，其中電動(dòng)機(jī)帶電 流繞組可以起作用以產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩和動(dòng)作。
電動(dòng)機(jī)具有幾個(gè)影響它們運(yùn)轉(zhuǎn)的特性。第一個(gè)特性是可以實(shí)體上用 于一臺(tái)給定電動(dòng)機(jī)大小的導(dǎo)體材料(通常是銅)的量值。典型地一臺(tái)電 動(dòng)機(jī)將具有纏繞在一個(gè)定子周?chē)膶?dǎo)體材料的幾個(gè)區(qū)域。 一般而言增加 的繞組質(zhì)量減少電熱損失并且該電動(dòng)才幾可以提供更大的轉(zhuǎn)矩。定義電動(dòng) 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第二個(gè)因素是非勵(lì)磁或者啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這是沒(méi)有電流時(shí)使電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)所要求的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)轉(zhuǎn)矩是由作為角位置的一個(gè)函數(shù)在轉(zhuǎn)子的這些 單獨(dú)的磁極的磁力與定子的磁極之間的相互作用所引起的。 一個(gè)低啟動(dòng) 轉(zhuǎn)矩將使轉(zhuǎn)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)所要求的電磁的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最小化。在實(shí)際應(yīng)用 中這能夠允許減小一個(gè)復(fù)位彈簧的力矩，它會(huì)增加有用的轉(zhuǎn)矩并使電動(dòng) 機(jī)發(fā)熱最小化。


圖1是先有技術(shù)中已知的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)10的一個(gè)橫剖平面圖。該電 動(dòng)機(jī)10具有一個(gè)定子12,該定子包含電動(dòng)才幾IO一皮致動(dòng)的部分。在定子 12的內(nèi)部是一個(gè)可移動(dòng)的轉(zhuǎn)子14,它在定子12的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子14 具有沿它的外部圓周間隔開(kāi)的多個(gè)磁極16。定子12的功能是與轉(zhuǎn)子14上的這些；茲極16相互作用。如圖1所示，存在著具有交^辜的外部繞組
磁極22的三個(gè)線圏中心磁極20。 一個(gè)氣隙26位于每一線圏中心磁極 20與轉(zhuǎn)子14的磁極16之間以及每一外部繞組磁極22與轉(zhuǎn)子14的》茲極 16之間。該線圈中心磁極20被配置為接收一個(gè)線圈架21,該線圈架21 具有繞在其上的一個(gè)電磁線圈23。該線圏架21被配置為滑過(guò)并且環(huán)繞 每一中心線圈磁極20。每一外部繞組磁極具有一個(gè)齒24,它的功能是 用來(lái)平衡由線圈中心磁極20產(chǎn)生的J茲力。該設(shè)計(jì)的問(wèn)題是齒24約束了 可置于線圈中心磁極20周?chē)木€圈架21和電磁線圈23的寬度。因此 希望有一種電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)將允許使用一個(gè)更寬的線圏架21以及線圈23。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，它具有一個(gè)定子，而該定子帶有可旋轉(zhuǎn)地 置于其中的一個(gè)磁化的轉(zhuǎn)子。該定子和轉(zhuǎn)子各自具有至少兩個(gè)磁極。該 定子的至少一個(gè)磁極具有不同于另一個(gè)定子磁極的、面對(duì)該轉(zhuǎn)子磁極的 一個(gè)寬度和面積。 一個(gè)氣隙置于至少兩個(gè)定子磁極的每一個(gè)與至少兩個(gè) 轉(zhuǎn)子磁極的每一個(gè)之間。在每一定子》茲才及與每一轉(zhuǎn)子》茲才及之間的該氣隙 的距離是不同的。 一個(gè)線圈繞在一個(gè)線圈架上，該線圈架置于至少一個(gè) 定子磁極的周?chē)?。改變定子磁極的面對(duì)的面積允許將一個(gè)更寬的線圈架 和線圈置于在定子磁極的周?chē)?br> 從以下提供的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明更多的應(yīng)用區(qū)域?qū)⑹秋@而易見(jiàn) 的。應(yīng)當(dāng)理解該詳細(xì)說(shuō)明和明確的實(shí)例盡管指示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例，它們只是出于展示的目的而并非有意限定本發(fā)明的范圍。
附圖筒要說(shuō)明
從詳細(xì)說(shuō)明以及附圖中將能更全面地理解本發(fā)明，在附圖中 圖1是一種先有技術(shù)的電磁電動(dòng)機(jī)的一個(gè)橫剖平面圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的 一 臺(tái)電磁電動(dòng)機(jī)的 一 個(gè)橫剖平面圖； 圖3是根據(jù)圖2所示的本發(fā)明的定子的線圈中心磁極以及外部繞組 石茲才及的一個(gè)近距離圖；以及
圖4是本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例一個(gè)平面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施方式
以下優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明僅為示例性質(zhì)并且決非有意限制本發(fā)明、其 應(yīng)用、或用途。
圖2描繪了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出一臺(tái)電動(dòng)機(jī)100。該電動(dòng)機(jī) 100具有一個(gè)電動(dòng)才幾殼體101,該電動(dòng)才幾殼體容納了一個(gè)電動(dòng)機(jī)定子102 以及一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的磁化的轉(zhuǎn)子104。該磁化轉(zhuǎn)子104具有五個(gè)》茲才及對(duì) 106,它們配置在該;茲化轉(zhuǎn)子104的外部表面的周?chē)＿@些^茲才及對(duì)106 以一種交替的方式安排這樣使一個(gè)北極毗鄰一個(gè)南極。然而，具有較少 的或更多的；茲極對(duì)數(shù)量和/或這些北才及和南極的一個(gè)不同的配置仍是在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，有有可能使每一磁極的表面積的量值不同。 例如，有可能使南極比北極更寬，或反之亦然。
該定子102 ,皮配置為在轉(zhuǎn)子104旋轉(zhuǎn)時(shí)與》茲化轉(zhuǎn)子104的；茲4及對(duì) 106相互作用。如圖2所示，定子102具有三個(gè)線圈中心；茲;fe 110連同 六個(gè)外部繞組;茲才及112。這些外部繞組》茲才及112以及線圈中心；茲才及110 是以一種交替的方式進(jìn)行安排。這些線圈中心磁極110等距離地圍繞磁 化轉(zhuǎn)子104的圓周進(jìn)行定位。這些磁極對(duì)106被定位為直接地毗鄰或者 毗鄰于線圈中心磁極110以及外部繞組磁極112。在磁化轉(zhuǎn)子104的這 些磁極對(duì)106與每一單獨(dú)的線圈中心磁極110以及每一單獨(dú)的外部繞組 磁極112之間有一個(gè)氣隙114。
帶有一個(gè)電》茲線圈118的線圈架116圍繞每一線圈中心》茲極110而 放置，該電^f茲線圈纏繞在線圏架116的周?chē)１景l(fā)明的這個(gè)特別的實(shí)施 例不具有一個(gè)齒24 (在圖l中示出)；因此，纏繞在線圈架116周?chē)?電；茲線圏118可以更寬，因?yàn)橛懈嗟拈g隙用于將線圏架116以及電》茲 線圏118》文置在該線圈中心;茲才及110的周?chē)?br> 通過(guò)改變定子102的構(gòu)型，有可能容納一個(gè)更寬的電磁線圈118。 圖3示出了該線圈中心》茲極110以及一個(gè)外部繞組;茲極112的一個(gè)展開(kāi) 圖。線圈中心磁極110與外部繞組磁極112的寬度之間存在著差別，因 此將允許裝入一個(gè)更寬的電磁線圈，然而，這兩個(gè)磁極間寬度的差別使 外部繞組磁極112與線圏中心磁極110的磁力失去平衡。這些不平衡的 磁力可以通過(guò)調(diào)整在線圏中心,茲極110的氣隙114以及在該外部繞組磁 極112的氣隙114來(lái)進(jìn)^t控制。在如圖3所示的實(shí)例中，該外部繞組;茲 極112具有小于該線圈中心磁極110的一個(gè)寬度，這樣每個(gè)相應(yīng)的磁極 之間的氣隙114是不同的。這也改變了磁力，并且在處理得當(dāng)時(shí)將平衡每個(gè)對(duì)應(yīng)的線圈中心磁極110以及外部繞組磁極112的磁力。另一個(gè)用于控制轉(zhuǎn)子104的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的構(gòu)型是通過(guò)調(diào)整磁極對(duì)106 的表面積或它們的安排而實(shí)現(xiàn)的。因此，也有可能使每個(gè)單獨(dú)的^ 茲極具 有一個(gè)不同的表面積。例如，北才及可以具有一個(gè)比南才及更大的表面積以 產(chǎn)生該啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明提供了將電動(dòng)機(jī)定子占有的空間量最小化的優(yōu)點(diǎn)。另外，使 用一個(gè)更大的電磁線圈118將增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和/或減小在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 過(guò)程中遇到的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱以及磨損。參見(jiàn)圖4，示出了本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例。描述了一個(gè)電動(dòng)機(jī)200 具有一個(gè)定子202，該定子202具有可旋轉(zhuǎn)地置于其內(nèi)部的一個(gè)轉(zhuǎn)子 204。轉(zhuǎn)子204具有可旋轉(zhuǎn)地置于該轉(zhuǎn)子204上的多個(gè)》茲極對(duì)206。定子 202具有一個(gè)線圈中心磁極210以及外部繞組^茲極212。與圖4所示相 比，具有一個(gè)較小的或較大的定子或轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量是在本實(shí)施例的范圍 之內(nèi)。 一個(gè)氣隙214一皮定位于轉(zhuǎn)子204的這些》茲才及對(duì)206與定子202的 這些石茲才及210, 212之間。本實(shí)施例與其他的實(shí)施例的不同之處在于線圏中心磁極210與外部 繞組磁極212的寬度不是更寬，而是它們?cè)诟叨壬喜煌@樣線圈中心 磁極210高于外部繞組磁極212。因此，定子磁極210的整體高度是更 長(zhǎng)，這不同于在先前實(shí)施例中所描繪的更寬。這允許在定子;茲極210, 212與轉(zhuǎn)子204的這些》茲才及206之間實(shí)現(xiàn)相同的面對(duì)的面積，如在先前 的實(shí)施例所能發(fā)現(xiàn)的。然而，本實(shí)施例提供的優(yōu)點(diǎn)是使定子磁極210更 長(zhǎng)而不是更厚，同時(shí)仍允許一個(gè)更大的電^茲線圈218繞在線圈中心石茲才及 210的周?chē)?。本發(fā)明的說(shuō)明是用于一種電動(dòng)機(jī)，它具有在定子上的一個(gè)纏繞線 圈，然而，將其應(yīng)用于具有位于轉(zhuǎn)子上的線圈的一種電動(dòng)機(jī)也仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種電動(dòng)機(jī)使用了 一種方法以便將電驅(qū)動(dòng)施加到轉(zhuǎn)子上 安裝的線圈上。這樣的一種方法將會(huì)使用電刷和換向器。本發(fā)明的描述僅位示例性質(zhì)，并且因此，不脫離本發(fā)明的主旨的變 化例應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此類(lèi)變化例不應(yīng)被看作是背離了本發(fā)明的 范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，包括具有至少兩個(gè)磁性定子磁極的一個(gè)定子；可旋轉(zhuǎn)地安排在所述定子中的一個(gè)轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子具有至少兩個(gè)磁性轉(zhuǎn)子磁極，其中所述至少兩個(gè)定子磁極各自具有面對(duì)所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的一個(gè)不同的面積；在每一所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極和所述至少兩個(gè)定子磁極之間的一個(gè)氣隙；其中在每一所述至少兩個(gè)定子磁極和所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極之間的所述氣隙的距離是不同的；以及圍繞著選自下組中的一個(gè)磁極的一個(gè)線圈，該組包括所述兩個(gè)定子磁極的所述至少一個(gè)或所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的至少一個(gè)。
2. 權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中所述氣隙的距離取決于所迷定子磁 極之一 面對(duì)的面積與所有其他定子磁極的差別。
3. 權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中所述線圈的寬度取決于毗鄰所述線 圈的定子磁極的寬度。
4. 權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中每一所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極具有至 少一個(gè)北極和至少一個(gè)南極，其中所述至少一個(gè)北極的一個(gè)轉(zhuǎn)子表面積 不同于所述至少一個(gè)南極的轉(zhuǎn)子表面積。
5. —種電動(dòng)機(jī)，包4舌 一個(gè)殼體；可旋轉(zhuǎn)地置于所述殼體中的一個(gè)磁化的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子具有至 少一對(duì)相反的；茲才及；在所述殼體中形成的一個(gè)定子，該定子具有至少一個(gè)線圈中心磁極 以及至少兩個(gè)外部繞紐J茲才及；纏繞在一個(gè)線圏架上的一個(gè)線圈，其中所述線圏和所述線圈架包圍 所述至少一個(gè)線圈中心；以及在所述每 一 線圈中心i茲極與所述^茲化的轉(zhuǎn)子之間以及所述外部繞 組磁極與所述磁化的轉(zhuǎn)子之間的 一 個(gè)氣隙，其中所述氣隙的尺寸取決于 線圈中心；茲才及與一個(gè)所述外部繞組》茲才及之間的面積之差。
6. 權(quán)利要求5的電動(dòng)機(jī)，其中每一所述至少一個(gè)中心磁極的寬度 大于每 一 所述至少兩個(gè)外部繞組^茲極的面積。
7. 權(quán)利要求6的電動(dòng)機(jī)，其中纏繞于所述線圏架上的所述線圈的寬度取決于所述外部繞組;茲極的面積。
8. 權(quán)利要求5的電動(dòng)機(jī)，其中每一所述磁極對(duì)具有一個(gè)北極和一 個(gè)南極，其中所述北極的一個(gè)轉(zhuǎn)子表面積不同于所述南極的轉(zhuǎn)子表面積。
9. 權(quán)利要求5的電動(dòng)機(jī)，其中所述氣隙的尺寸取決于所述至少一個(gè)線圈中心；茲才及的面積以及所述至少兩個(gè)定子^茲才及的面積。
10. 權(quán)利要求9的電動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)線圏中心磁極與所述 至少兩個(gè)定子磁極是在不同的高度。
11. 一種電動(dòng)才幾，包括 一個(gè)電動(dòng)才幾定子；可旋轉(zhuǎn)地置于所述定子中的一個(gè)磁化的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子具有至 少、一，于才目A^;茲雙；具有三個(gè)線圈中心;茲極和六個(gè)外部繞組^茲才及的一個(gè)定子，其中所述 線圈中心磁極圍繞所述轉(zhuǎn)子的圓周進(jìn)行定位，并且圍繞所述轉(zhuǎn)子圓周的 每一所述線圈中心磁極之間的距離是相等的，形成在該定子中每一所述線圏中心磁極之間的兩個(gè)所述外部繞組 》茲極，其中每一所述線圈中心》茲才及的寬度大于每一所述外部繞組;茲極的 寬度；以及在每一所述線圈中心；茲極與所述》茲化的轉(zhuǎn)子之間以及每一所述外 部繞組磁極與磁化的轉(zhuǎn)子間的 一個(gè)氣隙。
12. 權(quán)利要求11的電動(dòng)機(jī)，其中在所述轉(zhuǎn)子與每一所述線圈中心 磁極之間以及所述轉(zhuǎn)子與每 一 所述外部繞組磁極間的所述氣隙的尺寸 取決于所述線圈中心磁極之一與所述外部繞組磁極之一的寬度之差。
13. 權(quán)利要求11的電動(dòng)機(jī)，其中纏繞于所述線圈架上的所述線圈的寬度取決于每一所述外部繞組磁極的寬度。
14. 權(quán)利要求11的電動(dòng)機(jī)，其中所述磁化的轉(zhuǎn)子具有以一種交替 方式圍繞所述轉(zhuǎn)子配置的5個(gè)磁極對(duì)。
15. 權(quán)利要求14的電動(dòng)機(jī)，其中每一所述》茲極對(duì)具有一個(gè)北極和 一個(gè)南極，二者具有一個(gè)相等的表面積。
16. 權(quán)利要求14的電動(dòng)機(jī)，其中每一所述萬(wàn)茲極對(duì)具有一個(gè)北4及和 一個(gè)南極，其中所述北極的一個(gè)轉(zhuǎn)子表面積不同于所迷南極的轉(zhuǎn)子表面 積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，它具有一個(gè)定子連同可轉(zhuǎn)動(dòng)地置于該定子中的一個(gè)磁化的轉(zhuǎn)子。該定子和轉(zhuǎn)子各自具有至少兩個(gè)磁極。至少一個(gè)定子磁極具有與其他定子磁極不同的一個(gè)面對(duì)轉(zhuǎn)子磁極的面積。一個(gè)氣隙被置于每一至少兩個(gè)定子磁極與至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極之間。在每一定子磁極和每一轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙的距離是不同的。一個(gè)線圈纏繞在一個(gè)線圈架上，該線圈架置于至少一個(gè)定子磁極的周?chē)Ｍㄟ^(guò)改變?cè)摱ㄗ哟艠O面對(duì)的面積允許將一個(gè)更大的線圈架和線圈置于定子磁極的周?chē)?br> 文檔編號(hào)H02K37/14GK101278465SQ200680036532
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日
發(fā)明者R·D·基富弗, R·J·特勒 申請(qǐng)人:博格華納公司