專利名稱：軸向繞組直流無刷電動機的制作方法
技術領域：
本發明軸向繞組直流無刷電動機是一種全新的直流無刷電動機，它的繞組為固定于定子上的兩個帶有骨架的軸向螺旋線管。該軸向繞組通電后使轉子上的管狀軟磁材料磁體產生磁通，該磁通使轉子上的與定子永磁體相對的齒變為磁極，這些磁極與定子相互產生磁作用而使轉子旋轉。轉子上有帶永磁體的傳感轉子。而后端蓋上有傳感定子。傳感定子上的霍爾開關元件作為位置傳感器檢測轉子的位置。控制電路按傳感定子上檢測得到的轉子位置信號在轉子處于一定位置時對軸向繞組通以對應的定方向的電流。兩個軸向繞組輪流通以正反兩個方向的電流，構成四拍運轉電機。通常將定子做成偶數極對數，如二對極、四對極等。本實施例中舉出的是四對極電機。對于中小型電機，四對極實施方案為最佳方案。
下面結合本發明軸向繞組直流無刷電動機的一個實施例的附圖，對該電機作進一步說明。

圖1為軸向繞組直流無刷電機的結構示意圖，它的外部結構件為非導磁體機殼9、前端板1、后端板10。前后各一個軸承3。電機的轉子外緣為管狀軟磁體7和22，中部有非磁性隔離管18，該管一般用無磁不銹鋼管制成。轉子中心為鋼軸2，它支撐于軸承3上，軸承3裝置于前端板1和后端板10上。定子由永磁體4和21、瓦形支架5和20、以及軸向繞組6和19組成，分成前后完全相同的兩段，兩段間有無磁的隔環8隔開。兩個繞組的引線13通過磁體4和21與機殼9、瓦形支架5和20與機殼9間的槽縫以及后端蓋10上的圓孔、通路套管12、通過尾罩11后壁引到外部，與控制電路(未標)連接。在后端蓋10上裝置有傳感定子17。在電機軸的尾部裝置有轉感轉子16。傳感定子的引線14通過通路套管15穿過尾罩11的后壁引到外部，與控制電路(未標)連接。
圖2為本發明軸向繞組直流無刷電動機的定子與轉子磁極部分橫面圖。該實施例中，永磁體采用瓦形結構。在本實施例圖2中，瓦狀釹鐵硼永磁體2與軟磁體1相貼，呈如圖示的極性相間的排列，其極對數為4，即有4個N極和4個S極。相鄰磁極用鋁塊6隔開。如圖1所示，定子和轉子都分為相同的兩段。設圖中左邊的為第一段，右邊的為第二段。第一段左邊的N性磁極通過軟磁體1緊貼處于第一段中部的瓦形支架5的一端，瓦形支架5的另一端又與右邊的軟磁體1相貼。到達右邊的S極磁極。磁力線從N極出發，經過瓦形支架5到達S極。若左邊的磁極為S極，磁力線從右邊的N極出發，經過另一個瓦形支架到達左邊的S極，再通過轉子管狀軟磁體7閉合。
在相鄰的瓦形支架間有寬度與瓦形支架寬度相當的大的間隙，增大間隙的目的是增加兩個瓦形支架間磁阻，以減少漏磁。其中的一條間隙槽縫被用來引出定子繞組引線。
如圖2所示，轉子的管狀軟磁體在對著定子永磁體的一段形成4個齒，齒和槽所占的圓周角度大體相等。轉子中部為厚不銹鋼管4和電機軸5。若用不銹鋼軸，就可以去掉不銹鋼管。定子的兩段制成磁極的周向位置相同的結構，而將轉子的兩段齒的周向位子相互錯開1/4極距，即錯開半個齒寬22.5°機械角。也可以使轉子齒周向位置一致而使定子磁極錯開1/4極距。
傳感轉子是一個鋁質圓盤，在對著傳感定子上霍爾開關元件的徑向位置上有一道環形槽，槽中均勻分布著4塊弧度稍大于22.5°的弧形磁片。傳感定子是一塊半圓形中間有半圓孔的印制板，上面均勻分布著4個間距為22.5°的霍爾開關元件，呈弧形分布。印制板上的電路將這些元件連接起來，并用導線引出電機本體，與控制電路連接。它固定在電機的后端蓋上，與電機二定子的相對周向位置不變。霍爾元件就是電機轉子位置傳感器。
電機的工作原理是當電機的一個繞組通以一定方向電流時，轉子的這一段軟磁體其一端的齒為S極，另一端的齒為N極，這兩端的磁極與定子上兩端的磁極相互作用，產生切向力使電機轉動。
設在初始狀態時，對應于A相驅動電路的霍爾傳感器處于傳感轉子磁極之下，受到傳感的霍爾傳感器將這一信號送到A相驅動電路，激發電路工作，向第一段的繞組通以正向電流，這時轉子的第一段上，左邊的齒為S極，右邊的齒為N極，它的位置與定子上相近的N極和S極有一個周向角度差，磁極相互作用產生切向力，使轉子順時針轉動，直至轉子齒左邊的S極對準定子左邊磁極N極，轉子達到穩定位置，才停止轉動。
在這一位置下，A相的位置傳感器停止作用，A相電流斷。B相的位置傳感器開始作用，B相通電，第二段的定子繞組通以正方向電流。由于第二段轉子錯開22.5°，右邊的轉子齒要達到穩定位置，還需順時針轉動22.5°，故在B相電流驅動下，轉子順時針轉動22.5°，達到第二個穩定位置。
在第二個穩定位置下，B相霍爾傳感器停止作用，B相電流斷。C相傳感器開始作用，C相電流通，第一個繞組通以反相電流。由于兩段轉子錯開22.5°，故轉子又順時針轉動22.5°，達到第三個穩定位置。
在第三個穩定位置下，C相傳感器停止作用，D相傳感器開始作用，D相電流通，第二個繞組通以反向電流，仍因兩段轉子齒錯開22.5°，轉子又順時針轉子22.5°，到達第四個穩定位置。
在第四個穩定位置下，D相傳感器停止作用，A相傳感器開始傳感，使A相導通，電機順時針旋轉，重復開始的過程，這樣驅動電路以四拍方式輪流對電機繞組供電，電機就不停地沿同一方向運轉。
電機在實際工作中，不等到達到穩定位置就換路，這靠調節傳感轉子的位置來實現。一次性固定地改變方向，也可以用調節傳感轉子位置來實現。若電機作伺服電機使用，要隨機地反復改變電機的轉向，就要用方向控制電路來實現。
本發明軸向繞組直流無刷電動機與傳統的徑向繞組、永磁體為轉子的直流無刷電動機相比，它除了具有直流無刷電動機的無觸點、無火花、無電磁干擾的共同優點外，還具有如下優點1.繞組為軸向繞組，工藝極為簡單，繞制和拆裝都很容易。
2.繞組導體利用率高，全部繞組在通電時均產生磁通，不存在徑向繞組電機兩端有一段無效導體的情況，故導體利用率比一般電機提高30％左右。
3.軸向繞組繞在骨架上，絕緣性好。又因骨架緊貼瓦形支架，靠近機殼，散熱也較容易。
4.永磁體固定，成為定子的一部分。這一點不同于其它的所有直流無刷電動機。固定的永磁體更容易制作。由于磁體固定不動，不受離心力影響，就不會帶來強度上的問題，固定也較容易，比在轉子上用永磁體簡單可靠。
5.比起一般徑向繞組直流無刷電動機來，本發明軸向繞組直流無刷電動機在同樣機殼尺寸的條件下，定子的內徑相對較大，故能產生較大的力矩。
本發明軸向繞組直流無刷電動機驅動電路采用雙H橋電路，為調速的需要，驅動電路采用PWM調制電路進行調速。
權利要求
1.一種軸向繞組直流無刷電動機，其結構由機殼、端蓋、軸承、定子、轉子、傳感定子、傳感轉子、驅動電路等構成。其特征是永磁體裝置在定子上，固定不轉動，定子中部為兩個軸向螺旋線管繞組，螺旋線管繞組兩端為偶數極對的永磁體，定子外緣是軟磁的瓦形支架，轉子外緣為兩個管狀的軟磁體，每個軟磁體兩端與定子永磁體相對部分有與定子極對數相同的齒，轉子中心有非磁性材料隔離管，管中心裝置電機軸。電機軸支于二軸承上，軸承裝置在二端的端蓋上，端蓋與機殼相連。
2.根據權利要求1所述的軸向繞組直流無刷電動機，其特征是轉子齒所占的周向角度與槽所占的周向角度大體相同。
3.根據權利要求1所述的軸向繞組直流無刷電動機，其特征是其定子和轉子具有相同的兩段，其定子的每段中各有一個軸向螺線管繞組以及各自的永磁體和導磁瓦形支架。若兩段的轉子齒周向位置相同，則兩端定子磁極就要在周向錯開1/4極距。也可以使定子磁極周向位置一致，而使兩段轉子齒周向錯開1/4極距。
4.根據權利要求1所述的軸向繞組直流無刷電動機，其特征是控制電路在位置傳感器的控制下分別在不同時間向兩個軸向繞組供給正向或反向的電流，構成電機的四拍運轉。
全文摘要
本發明軸向繞組直流無刷電動機,其結構由機殼、端蓋、軸承、定子、轉子、傳感定子、傳感轉子、驅動電路等構成。其特征是永磁體裝置在定子上,固定不動,定子中部為兩個軸向螺旋線管繞組,每個繞組兩端有偶數對極的永磁體,外緣是導磁的瓦形支架。轉子外緣為兩個管狀軟磁體,每個軟磁體兩端與定子永磁體相對部分有與定子極對數相同的齒,轉子中心有非磁性隔離管,管中心裝置電機軸,電機軸支于二軸承上,軸承安裝置在二端的端蓋上,端蓋與機殼相連。兩個繞組正反向輪流通電,構成四拍運轉電機。本發明軸向繞組直流無刷電動機具有工藝結構簡單、牢固,繞組導體利用率高、力矩大的優點。
文檔編號H02K29/08GK1363979SQ0211081
公開日2002年8月14日 申請日期2002年2月8日 優先權日2002年2月8日
發明者董玲生 申請人:董玲生