CN101278465B - 具有不对称磁极的直流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机，它具有一个定子连同可转动地置于该定子中的一个磁化的转子。该定子和转子各自具有至少两个磁极。至少一个定子磁极具有与其他定子磁极不同的一个面对转子磁极的面积。一个气隙被置于每一至少两个定子磁极与至少两个转子磁极之间。在每一定子磁极和每一转子磁极之间的气隙的距离是不同的。一个线圈缠绕在一个线圈架上，该线圈架置于至少一个定子磁极的周围。通过改变该定子磁极面对的面积允许将一个更大的线圈架和线圈置于定子磁极的周围。

Description

具有不对称磁极的直流电动机

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年10月6日提交的美国申请号11/245,340的权益。以上申请的公开内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明是针对具有改进的定子磁极的无刷直流电动机。

发明背景

电动机被用于众多的应用之中，包括但不限于其中所希望的动作是响应于一个命令信号将多个部件定位的应用。用于这些应用的装置被归类为电致动器，它们可以结合某种形式的机械优势(例如齿轮减速)以增加电动机的转矩。另外，当没有施加电流时，经常使用一个复位弹簧将致动器定位于一个默认位置。这些致动器典型地使用直流电动机，它在转动的或固定的部件上具有永磁铁以提供一个磁场，其中电动机带电流绕组可以起作用以产生有用的转矩和动作。

电动机具有几个影响它们运转的特性。第一个特性是可以实体上用于一台给定电动机大小的导体材料(通常是铜)的量值。典型地一台电动机将具有缠绕在一个定子周围的导体材料的几个区域。一般而言增加的绕组质量减少电热损失并且该电动机可以提供更大的转矩。定义电动机运转的第二个因素是非励磁或者启动转矩。这是没有电流时使电动机旋转所要求的转矩。这个转矩是由作为角位置的一个函数在转子的这些单独的磁极的磁力与定子的磁极之间的相互作用所引起的。一个低启动转矩将使转动该电动机所要求的电磁的电动机转矩最小化。在实际应用中这能够允许减小一个复位弹簧的力矩，它会增加有用的转矩并使电动机发热最小化。

图1是先有技术中已知的一台电动机10的一个横剖平面图。该电动机10具有一个定子12，该定子包含电动机10被致动的部分。在定子12的内部是一个可移动的转子14，它在定子12的内部转动。转子14具有沿它的外部圆周间隔开的多个磁极16。定子12的功能是与转子14上的这些磁极16相互作用。如图1所示，存在着具有交替的外部绕组磁极22的三个线圈中心磁极20。一个气隙26位于每一线圈中心磁极20与转子14的磁极16之间以及每一外部绕组磁极22与转子14的磁极16之间。该线圈中心磁极20被配置为接收一个线圈架21，该线圈架21具有绕在其上的一个电磁线圈23。该线圈架21被配置为滑过并且环绕每一中心线圈磁极20。每一外部绕组磁极具有一个齿24，它的功能是用来平衡由线圈中心磁极20产生的磁力。该设计的问题是齿24约束了可置于线圈中心磁极20周围的线圈架21和电磁线圈23的宽度。因此希望有一种电动机设计将允许使用一个更宽的线圈架21以及线图23。

发明概述

本发明涉及一种电动机，它具有一个定子，而该定子带有可旋转地置于其中的一个磁化的转子。该定子和转子各自具有至少两个磁极。该定子的至少一个磁极具有不同于另一个定子磁极的、面对该转子磁极的一个宽度和面积。一个气隙置于至少两个定子磁极的每一个与至少两个转子磁极的每一个之间。在每一定子磁极与每一转子磁极之间的该气隙的距离是不同的。一个线圈绕在一个线圈架上，该线圈架置于至少一个定子磁极的周围。改变定子磁极的面对的面积允许将一个更宽的线圈架和线圈置于在定子磁极的周围。

从以下提供的详细说明中，本发明更多的应用区域将是显而易见的。应当理解该详细说明和明确的实例尽管指示了本发明的优选实施例，它们只是出于展示的目的而并非有意限定本发明的范围。

附图简要说明

从详细说明以及附图中将能更全面地理解本发明，在附图中：

图1是一种先有技术的电磁电动机的一个横剖平面图；

图2是根据本发明的一台电磁电动机的一个横剖平面图；

图3是根据图2所示的本发明的定子的线圈中心磁极以及外部绕组磁极的一个近距离图；以及

图4是本发明的一个替代实施例一个平面侧视图。

具体实施方式

以下优选实施例的说明仅为示例性质并且决非有意限制本发明、其应用、或用途。

图2描绘了本发明的一个实施例，示出一台电动机100。该电动机100具有一个电动机壳体101，该电动机壳体容纳了一个电动机定子102以及一个可转动的磁化的转子104。该磁化转子104具有五个磁极对106，它们配置在该磁化转子104的外部表面的周围。这些磁极对106以一种交替的方式安排这样使一个北极毗邻一个南极。然而，具有较少的或更多的磁极对数量和/或这些北极和南极的一个不同的配置仍是在本发明的范围之内。另外，有有可能使每一磁极的表面积的量值不同。例如，有可能使南极比北极更宽，或反之亦然。

该定子102被配置为在转子104旋转时与磁化转子104的磁极对106相互作用。如图2所示，定子102具有三个线圈中心磁极110连同六个外部绕组磁极112。这些外部绕组磁极112以及线圈中心磁极110是以一种交替的方式进行安排。这些线圈中心磁极110等距离地围绕磁化转子104的圆周进行定位。这些磁极对106被定位为直接地毗邻或者毗邻于线圈中心磁极110以及外部绕组磁极112。在磁化转子104的这些磁极对106与每一单独的线圈中心磁极110以及每一单独的外部绕组磁极112之间有一个气隙114。

带有一个电磁线圈118的线圈架116围绕每一线圈中心磁极110而放置，该电磁线圈缠绕在线圈架116的周围。本发明的这个特别的实施例不具有一个齿24(在图1中示出)；因此，缠绕在线圈架116周围的电磁线圈118可以更宽，因为有更多的间隙用于将线圈架116以及电磁线圈118放置在该线圈中心磁极110的周围。

通过改变定子102的构型，有可能容纳一个更宽的电磁线圈118。图3示出了该线圈中心磁极110以及一个外部绕组磁极112的一个展开图。线圈中心磁极110与外部绕组磁极112的宽度之间存在着差别，因此将允许装入一个更宽的电磁线圈，然而，这两个磁极间宽度的差别使外部绕组磁极112与线圈中心磁极110的磁力失去平衡。这些不平衡的磁力可以通过调整在线圈中心磁极110的气隙114以及在该外部绕组磁极112的气隙114来进行控制。在如图3所示的实例中，该外部绕组磁极112具有小于该线圈中心磁极110的一个宽度，这样每个相应的磁极之间的气隙114是不同的。这也改变了磁力，并且在处理得当时将平衡每个对应的线圈中心磁极110以及外部绕组磁极112的磁力。

另一个用于控制转子104的启动转矩的构型是通过调整磁极对106的表面积或它们的安排而实现的。因此，也有可能使每个单独的磁极具有一个不同的表面积。例如，北极可以具有一个比南极更大的表面积以产生该启动转矩。

本发明提供了将电动机定子占有的空间量最小化的优点。另外，使用一个更大的电磁线圈118将增加电动机转矩和/或减小在电动机运转过程中遇到的电动机发热以及磨损。

参见图4，示出了本发明的一个替代实施例。描述了一个电动机200具有一个定子202，该定子202具有可旋转地置于其内部的一个转子204。转子204具有可旋转地置于该转子204上的多个磁极对206。定子202具有一个线圈中心磁极210以及外部绕组磁极212。与图4所示相比，具有一个较小的或较大的定子或转子磁极数量是在本实施例的范围之内。一个气隙214被定位于转子204的这些磁极对206与定子202的这些磁极210，212之间。

本实施例与其他的实施例的不同之处在于线圈中心磁极210与外部绕组磁极212的宽度不是更宽，而是它们在高度上不同，这样线圈中心磁极210高于外部绕组磁极212。因此，定子磁极210的整体高度是更长，这不同于在先前实施例中所描绘的更宽。这允许在定子磁极210，212与转子204的这些磁极206之间实现相同的面对的面积，如在先前的实施例所能发现的。然而，本实施例提供的优点是使定子磁极210更长而不是更厚，同时仍允许一个更大的电磁线圈218绕在线圈中心磁极210的周围。

本发明的说明是用于一种电动机，它具有在定子上的一个缠绕线圈，然而，将其应用于具有位于转子上的线圈的一种电动机也仍在本发明的范围之内。这种电动机使用了一种方法以便将电驱动施加到转子上安装的线圈上。这样的一种方法将会使用电刷和换向器。

本发明的描述仅位示例性质，并且因此，不脱离本发明的主旨的变化例应在本发明的范围之内。此类变化例不应被看作是背离了本发明的范围和精神。

Claims (10)

1.一种电动机，包括：

具有至少两个磁性定子磁极的一个定子；

可旋转地安排在所述定子中的一个转子，其中所述转子具有至少两个磁性转子磁极，其中所述至少两个定子磁极各自具有一个与部分地由所述至少两个转子磁极的高度来限定的面对的面积不同的、部分地由所述定子磁极的高度来限定的面对的面积，所述面对的面积是面对所述至少两个转子磁极的面积；

在每一所述至少两个转子磁极和所述至少两个定子磁极之间的一个气隙；其中在每一所述至少两个定子磁极和所述至少两个转子磁极之间的所述气隙的距离是不同的；以及

围绕着选自下组中的一个磁极的一个线圈，该组包括所述两个定子磁极的所述至少一个或所述至少两个转子磁极的至少一个。

2.权利要求1的电动机，其中所述气隙的距离取决于所述定子磁极之一的所述面对的面积与所有其他定子磁极的差别。

3.权利要求1的电动机，其中所述线圈的宽度取决于毗邻所述线圈的定子磁极的宽度。

4.权利要求1的电动机，其中每一所述至少两个转子磁极具有至少一个北极和至少一个南极，其中所述至少一个北极的一个转子表面积不同于所述至少一个南极的转子表面积。

5.一种电动机，包括：

一个壳体；

可旋转地置于所述壳体中的一个磁化的转子，其中所述转子具有至少一对相反的磁极；

在所述壳体中形成的一个定子，该定子具有至少一个线圈中心磁极以及至少两个外部绕组磁极；

缠绕在一个线圈架上的一个线圈，其中所述线圈和所述线圈架包围所述至少一个线圈中心；以及

在所述每一线圈中心磁极与所述磁化的转子之间以及所述外部绕组磁极与所述磁化的转子之间的一个气隙，其中所述气隙的尺寸取决于线圈中心磁极与一个所述外部绕组磁极之间的面对所述磁化的转子的面积之差，所述面积部分地由线圈中心磁极或一个所述外部绕组磁极的高度来限定。

6.权利要求5的电动机，其中每一所述至少一个中心磁极的所述面积大于每一所述至少两个外部绕组磁极的所述面积。

7.权利要求6的电动机，其中缠绕于所述线圈架上的所述线圈的宽度取决于所述外部绕组磁极的面积。

8.权利要求5的电动机，其中每一所述磁极对具有一个北极和一个南极，其中所述北极的一个转子表面积不同于所述南极的转子表面积。

9.权利要求5的电动机，其中所述气隙的尺寸取决于所述至少一个线圈中心磁极的所述面积以及所述至少两个外部绕组磁极的所述面积。

10.权利要求9的电动机，其中所述至少一个线圈中心磁极与所述至少两个外部绕组磁极是在不同的高度。

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