專利名稱:轉(zhuǎn)矩電動機的制作方法
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)矩電動機。
在日本專利公告NO25853/1983和日本早期公開專利NO145867/1980中，揭示了一種用于“開”“閉”汽車內(nèi)燃機的進油節(jié)流閥的電動機。然而，對這種節(jié)流閥的反應(yīng)不靈活并未加以特殊考慮。這種不靈活乃由于灰塵或類似物粘附到閥上所引起，主要表現(xiàn)在當其從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)到打開狀態(tài)的動作中，(即，當其開始打開時)。這樣，當考慮到上述反應(yīng)遲緩問題時，就需采用大電動機，從而導(dǎo)致不適當?shù)厥褂么篑R達。因此，我們希望研制這樣一種電動機在不增大體積的情況下，它直接聯(lián)于上述節(jié)流閥上，便于開啟與關(guān)閉閥的轉(zhuǎn)矩，即一種轉(zhuǎn)矩電動機。
本發(fā)明的一個目的是為提供一種高轉(zhuǎn)矩電動機它能很好地控制節(jié)流閥，使之克服由于性能隨使用時間增加而下降所引起的動作遲緩。
本發(fā)明的特征在于對一個轉(zhuǎn)矩電動機，配備一個具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，一個支承該轉(zhuǎn)子的固定外殼和由此固定外殼支撐的固定電磁鐵，而且該轉(zhuǎn)子的永久磁鐵與固定電磁鐵相對安置，并留有一定間隙，所述轉(zhuǎn)子呈園盤狀，該永久磁鐵裝在“盤”內(nèi)，以使它們產(chǎn)生軸向磁場，該固定電磁鐵的結(jié)構(gòu)也使其產(chǎn)生軸向磁場，并在這些固定電磁鐵上施加一個規(guī)定的控制電壓?？傊?，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子呈盤狀，永久磁鐵裝在盤狀轉(zhuǎn)子內(nèi)，以使它們產(chǎn)生軸向磁場，此外，固定電磁鐵在構(gòu)造上也要使之產(chǎn)生軸向磁場，而一個規(guī)定的控制電壓則加在這些固定電磁鐵上。
現(xiàn)對附圖簡要說明如下圖1是本發(fā)明轉(zhuǎn)矩電動機的一個實施方案的縱向側(cè)視圖;
圖2表示沿著圖1的Ⅰ-Ⅰ線所取的一個剖面。
圖3表示同一實施方案的節(jié)流閥控制系統(tǒng);
圖4是同一實施方案中，轉(zhuǎn)子的縱向側(cè)視圖;
圖5是沿著圖4箭頭P所見到的視圖。
圖6是一個極性圖，表示同一實施方案中，固定電磁鐵的極性。
圖7是一平面圖，表示同一實施方案中轉(zhuǎn)子的永久磁鐵和固定電磁鐵之間的位置關(guān)系;
圖8是闡明本發(fā)明同一實施方案的轉(zhuǎn)矩電動機的工作的圖解。
圖9到圖11是特性圖為同一實施方案，表現(xiàn)時間與控制電壓之間關(guān)系的“彼此不同”的特性圖。
圖12是電路接線圖，表示同一實施方案中固定電磁鐵的電路連接。
圖13是本發(fā)明轉(zhuǎn)矩電動機的另一個實施方案的轉(zhuǎn)子縱向側(cè)視圖;
圖14是本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩電動機又一實施方案的轉(zhuǎn)子縱向側(cè)視圖;
圖15表示圖14中的轉(zhuǎn)子的磁場;
圖16是本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩電動機又一實施方案的側(cè)視圖;
圖17是一個縱向側(cè)視圖一表示一種磁偶合的結(jié)構(gòu)。
圖18是此種磁偶合的一個極的磁通密度分布圖;
圖19是此種磁偶合的轉(zhuǎn)矩特性圖;
在說明本發(fā)明的實施方案之前，首先闡明本發(fā)明的一個概念。
為解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明者們對怎樣獲得大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電動機已作了研討，并明確了這樣一點采用一種能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的磁場吸力和斥力的裝置，對實現(xiàn)前述目的是有效的。如圖17所示的一種磁偶合，就是關(guān)于此種磁偶合，它包括一個外鐵芯1，固定在這外鐵芯1上的永久磁鐵2a到2d;一個內(nèi)鐵芯3-置于外鐵芯1內(nèi)側(cè)并與其相對且留有一定間隙;永久磁鐵4a到4d-它們固定在所述內(nèi)鐵芯3上，面對該永久磁鐵2a到2d，并與其相距一定的間隙。
實際上，永久磁鐵(2a…2d，4a…4d)中的每一個磁偶合的間隙磁密是以圖18所示的不規(guī)則四邊形形式分布，該圖表示間隙中磁通密度Bg隨每個永久磁鐵到磁偶合中心的角度θ，而變化的情形，其中，縱軸表示磁通密度Bg，橫軸表示θ角。圖中，P代表極對數(shù)，由于在本例中，P為2，故π/P＝90°。換言之，圖18表示永久磁鐵(2a～2d，4a～4d)中的一個，在90°范圍內(nèi)的磁密分布特性。圖19所示的轉(zhuǎn)矩特性是從該磁密分布特性得來的。圖19表示轉(zhuǎn)矩隨磁極對數(shù)乘以旋轉(zhuǎn)角(即芯3相對于外鐵總1的位移角)之積的變化特性，用縱軸表示轉(zhuǎn)矩，橫軸表示極對數(shù)P乘旋轉(zhuǎn)角θ。正如從此圖可見，在一個很寬的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩曲線是平的，而且通過這種磁偶合，可獲得大的轉(zhuǎn)矩。
考慮到用如上所述的磁偶合來產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩時，外鐵芯1的永久磁鐵2a～2d是用作固定電磁鐵，而外鐵芯1和內(nèi)芯3間的位置關(guān)系是由徑向偏向軸向。此外，由于考慮到大轉(zhuǎn)矩僅在節(jié)流閥從關(guān)到開狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一瞬間才是必需的，故對固定電磁鐵施加大轉(zhuǎn)矩的時間，設(shè)計得很短。具體地說，在一個由具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子和固定電磁鐵組成的轉(zhuǎn)矩電動機里，轉(zhuǎn)子呈盤狀，根據(jù)本發(fā)明，永久磁鐵裝在此盤狀轉(zhuǎn)子內(nèi)以產(chǎn)生軸向磁場。再者，固定電磁鐵的結(jié)構(gòu)使其也產(chǎn)生軸向磁場，同時在這些固定電磁鐵上施加一個規(guī)定的控制電壓，這種結(jié)構(gòu)能使轉(zhuǎn)矩電動機產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩，從而使反應(yīng)已變得遲緩的節(jié)流閥仍能實現(xiàn)良好的控制。
以下參照附圖所示的實施方案來描述本發(fā)明。本發(fā)明的一個實施方案示于圖1到圖12。如圖3所示，節(jié)流閥5的控制系統(tǒng)以如下方式構(gòu)成節(jié)流閥5配備有轉(zhuǎn)矩電動機6，該電動機通過傳送控制信號的電纜8連到一個馬達控制器7。節(jié)流閥5還裝配了一個位置探測器9以便將該節(jié)流閥5的位置信號傳到控制器7?？刂破?對來自位置探測器9的信號進行判定以控制轉(zhuǎn)矩電動機6，這樣，節(jié)流閥5便可根據(jù)一個來自計算機10的指令，找到與其對應(yīng)的操作位置。設(shè)置安全設(shè)備11乃專為克服轉(zhuǎn)矩電動機6當控制器7或控制信號傳輸電纜8等處出現(xiàn)任何故障時可能接受非信號(no Signal)的情況，在節(jié)流閥5的控制系統(tǒng)中(其結(jié)構(gòu)如上述)，轉(zhuǎn)矩電動機6配備有一個轉(zhuǎn)子13，該轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵12，一個定位殼14支承該轉(zhuǎn)子，由該定位殼14支承的固定電磁鐵15裝在轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12的對面，并相隔一定的間隙等等，再者，所述轉(zhuǎn)子13呈盤狀，永久磁鐵被置于該盤13a中以產(chǎn)生軸向磁場，固定電磁鐵15的構(gòu)成也使其產(chǎn)生軸向磁場，同時，在所述固定電磁鐵15上施加一個規(guī)定的控制電壓V(見圖1和2及圖4至12。這樣，可得到一個具有下述性能的高轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電動機6;它能對由于時間等因素而變得動作反應(yīng)已不靈敏的節(jié)流閥，進行良好的控制。
詳細地說，將兩對(四塊)固定電磁鐵15固定在定位殼14的內(nèi)部，以使它們沿軸向兩兩相對。固定電磁鐵15的每一個均通過把繞組線15a繞在鐵芯15b上制成，而轉(zhuǎn)子13則裝配在這些鐵芯15b之間(它們每對彼此相對)，并由軸承16支承(參見圖1)。固定電磁鐵15的每一個鐵芯15b呈半園形，而導(dǎo)線15a則繞在它的外緣上(參見圖2)。
轉(zhuǎn)子13由盤13a和軸13b制成，永久磁鐵12裝入盤13a的兩個端部，永久磁鐵12和盤13a則夾持在兩個盤狀側(cè)板17之間(參見圖4和5)。
固定電磁鐵15和轉(zhuǎn)子13是這樣安排的使固定電磁鐵15通電產(chǎn)生的磁場相對于轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12的磁場在園周方向上偏離電角度90°。(參見圖6和7)。在固定電磁鐵15上，以圖9至圖11所示方式施加一個予定控制電壓V，這些圖都表示時間和控制電壓V之間的關(guān)系，縱軸表示控制電壓V，橫軸表示時間t，同時還顯示控制電壓V是具有時間寬度為b，周期為A的矩形波電壓(參見圖9)。為設(shè)該控制電壓V的幅值和時間寬度b為恒定，而令周期A可變，這樣，周期A可變得比圖9中的周期A更長(參見圖10)。通過調(diào)節(jié)這個周期A，可控制由轉(zhuǎn)矩電動機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。再者，可使控制電壓V在正，負兩個數(shù)域內(nèi)變化(參見圖11)。雖然控制電壓V的時間寬度b被設(shè)成常數(shù)-本例中如圖9所示，轉(zhuǎn)矩電動機所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方向，是可以由這種結(jié)構(gòu)來控制的。
當轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12a和12b與固定電磁鐵15c，15d，15e和15g分別位于如圖8所示位置時，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，每個固定電磁鐵15c帶電后，產(chǎn)生如該圖所示的N和S極，在此情況下，固定電磁鐵15c和15d與轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12a相吸，同時固定電磁鐵15e和15f與轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12b也相吸。反之，固定電磁鐵15c和15d與轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12b相斥，同時固定電極15e015d與轉(zhuǎn)子13的永久磁鐵12a也相斥。根據(jù)這一力的關(guān)系，轉(zhuǎn)子13向著該圖的右方向產(chǎn)生一個力，而這個力，當如圖7那樣看作一個園時，乃是一個轉(zhuǎn)矩。當固定電磁鐵15c，15d，15e，15f中每一個的通電方向與上述相反時，則固定電磁鐵15c，15b，15e和15f中每一個的N，S極性也將與圖8所示的極性相反，因此，轉(zhuǎn)子13轉(zhuǎn)而朝該圖的左邊方向上產(chǎn)生一個力，這樣，以這種方式，通過控制通電方向而產(chǎn)生正，反轉(zhuǎn)矩。在本實施方案中，由于兩個磁場是在360°角度范圍內(nèi)形成，故旋轉(zhuǎn)控制能在180°范圍內(nèi)起作用，特別是在90°范圍內(nèi)可產(chǎn)生一個如此高的轉(zhuǎn)矩它能平滑控制節(jié)流閥僅在90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。圖12表示固定電磁鐵的連接。如圖中所示，固定電磁鐵15c，15d，15e，和15f并聯(lián)，并分別備有保險絲18，19，20和21，以便通過它們施加控制電壓V，甚至當這些固定電磁鐵(15c，15d，15e和15f)中的任一個，例如15c被斷開時，上述固定電磁鐵的并聯(lián)連接，也能確保其它三個電磁鐵的通電，從而使其仍能工作。再者，設(shè)置保險絲18，19，20和21可使控制器等設(shè)備受到保護，因為，即使固定電磁鐵(例如15c)短路，流過的過電流使接到該固定電磁鐵15c的保險絲突然熔斷，從而中斷了過電流，用自動斷路器來代替保險絲18～21，也能獲得相同效果。
如上所述，根據(jù)本實施方案，由于固定電磁鐵15a置于轉(zhuǎn)子13的兩側(cè)，偏離永久磁鐵12的角度為90°，所以即使一個小的轉(zhuǎn)矩電動機也會產(chǎn)生一個大的轉(zhuǎn)矩。這就使節(jié)流閥5盡管因時間等因素發(fā)生了變化而導(dǎo)致其活動不靈時，也能得到極好的控制。
圖13表示發(fā)明的另一實施方案，在此實施方案中，盤狀轉(zhuǎn)子22是由一種澆鑄材料23和嵌入澆鑄材料23的永久磁鐵12制成。并采用塑料作為澆鑄材料23。由于塑料是一種非磁性材料，可避免磁路的短路。因此，這種結(jié)構(gòu)較之前面所述的結(jié)構(gòu)，能更有效地利用永久磁鐵的磁力。
圖14和15表示本發(fā)明的又一實施方案。在此實施方案中，盤狀轉(zhuǎn)子24是由粉末狀澆鑄材料25同永久磁鐵粉混合制成。在此情況下，由磁化作用產(chǎn)生的磁場，如圖15所示。采用澆鑄材料25粉末同永久磁鐵粉末的混合物，使永久磁鐵不必經(jīng)過機加工，這就根前述圖13中永久磁鐵12的情況不同，而且，由于轉(zhuǎn)子24是由一種均勻的材料制成，因而能排除由于熱脹或熱縮引起磁鐵的裂縫，變形等等的可能性。
圖16表示轉(zhuǎn)矩電動機的另一實施方案。正如圖中所示，轉(zhuǎn)矩電動機6a在使用時備有散熱肋26。該轉(zhuǎn)矩電動機6a用于發(fā)動機室內(nèi)，因而其周圍溫度有時竟高達130度左右。這些散熱肋26的配置，有助于熱輻射，從而與前述轉(zhuǎn)矩電動機相比能延長其壽命。
如上所述，本發(fā)明能在節(jié)流閥已不能靈活動作的情況下，出色地完成對它的控制，這是因為本發(fā)明能獲得如此之高轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電動機;它能極好地控制節(jié)流閥-即使當它由于時間等因素而已變得動作遲緩時，也如此。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)矩電動機，備有一個轉(zhuǎn)子；該轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵，一個支承此轉(zhuǎn)子的定位殼；和由此定位殼支承的固定電磁鐵-它們與所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵相對并相矩-予定間隙；轉(zhuǎn)矩電動機的特征在于所述轉(zhuǎn)子呈園盤狀，所述永久磁鐵排列在此園盤中-以使它們在軸向產(chǎn)生磁場，所述固定電磁鐵的結(jié)構(gòu)也使其產(chǎn)生軸向磁場，在這些定子電磁鐵上，施加了一個予定控制電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)矩電動機，其中所述固定電磁鐵裝在所述盤狀轉(zhuǎn)子的軸向兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)矩電動機，其中所述固定電磁鐵這樣排列，以使它們相對于前述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵，移相電角度90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)矩電動機，其中所述的予定控制電壓是一個頻率變化的矩形波電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)矩電動機，其中所述盤狀轉(zhuǎn)子是永久磁鐵粉與一種澆鑄材料粉混合制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)矩電動機，其中該盤狀轉(zhuǎn)子是在一種澆鑄材料中嵌入上述永久磁鐵而制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的轉(zhuǎn)矩電動機，其中所述澆鑄材料是塑料。
專利摘要
一種轉(zhuǎn)矩電動機包括一個具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子 和固定電磁鐵。該轉(zhuǎn)子呈盤狀，永久磁鐵被置于該盤 中以便由此產(chǎn)生軸向磁場，固定電磁鐵的結(jié)構(gòu)也使 其產(chǎn)生軸向磁場，并在這些固定電磁鐵上施加預(yù)定 控制電壓。這種結(jié)構(gòu)能使轉(zhuǎn)矩電動機獲得高的轉(zhuǎn)矩， 從而能對即使由于時間等因素而變得難以動作的節(jié) 流閥實現(xiàn)極好的控制。
文檔編號H02K1/02GK85106425SQ85106425
公開日1987年4月29日 申請日期1985年8月26日
發(fā)明者江尻裕城, 上藤博司, 伊藤友雄 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan