CN1035645C - 特别指定用于钟表上的双转向电磁电动机 - Google Patents

Abstract

一种双转向n相电磁电动机，其中n大于1，特别适用于驱动钟表内的机构。它包括n个磁路，每个磁路与n-1个其他磁路间为磁隔离。每个磁路包括两个定子磁极，定子磁极各包括一个磁极扩伸体，这些磁极扩伸体部分地限定一个定子腔，其中容纳一个转子。这两个定子磁极相对于转子的轴线(X-X)直径上相互对置。磁路的磁隔离由一个或多个间隙(15)合宜地安排而得到保证。

Description

特别指定用于钟表上的双转向电磁电动机

本发明涉及一种具有两个旋转方向的、适宜于以n大于1的n-相激励式工作的低功率电磁电动机。更为具体地说，本发明所涉及的是这样一种小体积电磁电动机，它包括一个基本上形状扁平的定子，该定子具有n个磁路该n个磁路以限定一个开口的方式排列，该开口中有一转子可绕枢轴转动，该转子可提供以例如一个永久磁铁。通常各磁路都相互磁隔离，而各磁路通过两个定子磁极与转子相配合，该定子磁极则设置在相对于转子的旋转轴线的直径方向上相对位置处，该轴线垂直地延伸于定子的一般平面。这种类型的电动机最适合用作模拟显示钟表的步进电动机。

日本专利申请JP-61-10958号曾公开一种具有双转向的两相对称步进电动机，它由两个单相定子部分相互重叠而组成，两个定子部分之间相互具有90°的角移位。

两个单相定子部分相互固定在一起，但位于不同的平面上。它们相互间各自磁隔离，而各配置有一个励磁绕组。此外，每个定子部分限定一个开口，以容纳该两定子部分所共有的永磁转子，该开口对准后者的旋转轴线。

为了限定该转子的一个稳定位置，这种定子部分的每个开口的边缘上都开有两个定位切口，该两个切口沿着相对于穿过该转子的磁通主方向分开45°的方向上直径上对置，该磁通由激励相应的绕组而产生。在没有激励的情况下，当转子的永久磁铁的南北轴线垂直于切口的对准轴线时，便得到该转子的稳定位置。

由于这种结构，两个定子部分在完全相同的条件下与转子配合操作，然而因为它们具有90°的移位，每个定子部分确保转子的转动方向与它的方向无关。如能容许被两个磁通中的每一个磁通穿过的转子的永久磁铁容积是相同时，则合成的电动机力偶在两个旋转方向上将是相同的。

这种已知的电动机有很多缺点。首先，由转子的永久磁铁所占有的容积只是部分地被利用了。因为每个磁路只围绕少于这容积的一半。由于为了要确保其磁隔离而必须使磁路沿着转子轴线相互分隔开。这样的事实使这个缺点便更加严重了。由此结果而造成电动机具有相当大的高度，这对于将电动机使用于钟表上是非常不方便的。

另一个缺点在于磁路的开口必须非常精确地沿着转子轴线对齐，这样就造成制造上的困难，因而大大地增加了电动机的成本。

本发明的目的是提供一种上述类型但没有那些缺点的电动机。

因此作为本发明的目的的电动机是一种n大于1的n-相的且具有两个旋转方向的电磁电动机。这种电动机包括：

一个定子，它一方面限定一个定子腔，而另一方面限定至少四个磁极，每一个这样的磁极包括一个部分地限定所述定子腔的磁极的扩伸体，一个磁极臂和一个在所述磁极臂另一端上用作磁接触点的磁极连接片，各所述磁极扩伸体由形成高磁阻区的各颈部将之彼此相互地磁分隔开；

一个装在定子腔内的转子，该转子相对于所述定子绕着转子的一根轴线转动；

至少两个磁分路该磁分路与两个不相邻近的磁极相互连接；

安装在每个磁分路上的装置，该装置用以在与它们相连的磁极上产生磁通量，每个所述磁分路与所述磁极和转子的永久磁铁形成一个磁路，该磁路与电动机的其它磁路间为磁隔离，这后者的特征在于所述磁极由一个单独的星形件的分支所形成，在其中心处设置有所述的定子腔，所述磁极扩伸体沿着一个垂直于所述转子旋转轴心的单一的共同平面延伸。

由于这些特征，本发明的电动机在制造上或装配上便没有显示任何特殊的困难。此外，电动机的所有磁路接受相同容积的转子的永久磁铁，因为所有的磁极扩伸体基本上都沿着一个单一的共同平面延伸。应当注意到，这后一特征是与每个磁路相对于其它磁路的磁隔离一起获得的。

本发明将由于以上仅作为实例而对之进行说明的说明书以及附图而更易于明了。

图1示意地显示根据本发明的双转向两相步进电动机；

图2是自图1中II-II线截取的横断面放大图，示意地显示电动机获得一个磁隔离间隙的第一个改型；

图3至5分别是根据本发明的电动机的第二、第三和第四个可能改型的横断面图，特别着眼于获得一个间隙；

图6显示根据本发明的双转向两相步进电动机的另一个实施例的部份视图；

图7显示根据本发明的双转向两相步进电动机的又一个实施例；

图8至11和图13至16分别根据第一和第二种操作方法显示处于静止位置的转子两极永久磁铁以及由所述磁铁与定子所产生的穿过该永久磁铁的磁通相互作用所造成的旋转方向的示意视图；

图12和17示意地显示为了要分别根据所述第一和所述第二操作方式操纵电动机所需激励该绕组的方式；

图18示意地显示与图1相同比例的根据本发明的又一实施例的双转向三相电动机。

以下将参照图1对本发明的双转向两相对称步进电动机的第一个实施例予以描述。

这种电动机包括一个定子1和一个转子2，该转子可旋转地安装在所述定子提供的基本上为圆形的定子腔3内。转子2的旋转轴线X-X垂直于定子1的共同平面。应当注意到，根据专业人员所熟知的结构，转子也可以为了旋转而安装在固定于固定件中的轴承内，该固定件又固定在该定子上，这些部件图中都未显示。

定子1包括四个磁极4a至4d和两个磁分路5a、5b。每一个这种磁极分别终止于一个磁极扩伸体6a、6b、6c和6d，这些扩伸体分别确定一部分定子腔3的边缘。这些磁极4a至4d由磁极臂7a至7d向外延伸，其中的每一个终止于一个磁极连接片8a至8d，该连接片用作紧固装置并作为磁接触点连接到分别属于磁分路5a和5b的相应连接片9a至9d上。每一个这种分路承载一个绕组10a、10b，该绕组形成芯体，并由臂11a至11d分别延伸超出该芯体而分别终止于连接片9a至9d。

连接片8a至8d和9a至9d由销钉12将其分别联接在一起；也可以使用其它的已知的连接方式。

为了将每个定子磁极与其相邻的磁极加以磁隔离，磁极扩伸体6a至6d用颈部13a至13d固定在一起，这些颈部形成具有高磁阻的区域并保持磁极相互之间的坚固性。

这样就确定，限定定子腔3并包括磁极臂7a至7d、扩伸体6a至6d和颈部13a至13d的定子1的中央部分形成一个在一个单一平面内的星形件14。在这里显示的这种星形件14有四个臂，从定子腔3计起，每个臂以与其相邻的两个臂成90°的角伸展，其中的两个这样的臂，即臂7a和7b，弯折成直角。

这个构形将相对于所述转子2的旋转轴线X-X在直径上相对置的两个定子磁极与两个磁路中的每一个磁路结合起来。

为了使这种磁路相互间是磁隔离的，在区域15R内提供以隔离间隙15，事实上由于两个磁路至少部分地处于两个相邻的平行平面内，则在该区域15R内，所述臂7a和11d处于互相重叠交叉的状态。在图1的实施例中，这样的隔离间隙15是在通过分路5b的弯曲臂11d上提供一个凹口而获得的，为了便于制造这种电动机，在分路5a的弯曲臂11c上提供这样的凹口。这种凹口可方便地经磨削制成。在这种情况下，间隙15填充以环围的非磁性物体(同时参看图2)。

图3至5显示在星形件14的臂7a和分路5b的11d之间形成的间隙的三种其它改型。

在图3中，分路5b也包括有一个凹口16。然而，在这里，这种凹口填充以起着垫片作用的一种例如塑料的非磁性材料17。这样的安排可以增强定子组合件的坚固性，分路5b不再相对于其在磁极4d上的紧固点为悬吊臂。

如图4中所示，间隙15也可以在臂7a和分路5b之间通过锻压而将分路5b的臂11d变形而制成。这样的臂的变形部18就形成一个凹口16B。

根据图5中的另一改型，分路5b在其与连接片9d的连接区内显示一个变形部16C，它将这分路5b的大部分移向另一个平面。一个相似的变形(图中未能见到)必须形成在这同一分路5b的臂11b上，以便将该臂11b上用以紧固的连接片9b再带回至合适的平面高度上。在这种情况下，可以在臂7b和分路5b之间设置一块非磁性材料的垫片19。

应当注意到，这里并不排除其它类似的改型，在特定的改型中，凹口16和16B并不是设置在分路5b的臂11d上，而是以相似的方式设置在星形件14的臂7a上。

如从图1中可以确定，磁分路5a和5b以制成相同形状较为有利，从而使制造成本减低并使装配过程灵活性高，每个带有其绕组的分路可以同样地适用于一个或另一个磁路中。

如果电动机的应用并不要求如用在钟表内的那种情况厚度越小越好的话，人们就可以设想一种在三个平行平面上的定子。图6中部分地显示本发明的这种电动机的实施例。在这里一个单一星形件14a位于中间的平面，而分路5a-A和5b-A位于这中间平面各一边的相应的平行和相邻的平面内。如可以完全理解到的那样，分路之一的5a-A呈一般为U字形状，其中之一臂11a-A与另一个分路5b-A的臂11d-A重叠交叉。臂11a-A终止于连接片8a-A，这连接片8a-A则固定在相应的连接片9a-A上。

间隙15A的厚度基本上等于星形件14A的厚度。

图7显示本发明的另一个实施例，这是一个比图1中所示的实施例更为紧凑坚实的组合件，其中设置一个星形件14B，其臂7b-B和7c-B从各自的磁极扩伸体相互平行地向后弯曲延伸。形成电动机绕组芯体的分路5a-B和5b-B的部分于是向内弯曲以便连接由这种分路的相应的连接片9a-B至9d-B所形成的连结点。

如先前描述的本发明的电动机可以主要以两种不同的方式运转，即连续式运转或步进式运转。

现在参照图8至17探讨步进式的运转，其中图8至11涉及图1的实施例而图13至16涉及图7的实施例。

为了能以步进式运转，必须使转子能有一个相对于定子稳定的静止位置。这是通过在定子腔3的边沿上径向上对置的位置处提供两个切口20和20b来达到的。在这种情况下，由于永磁转子显示一定的磁化方向，它将使自己定位，其方式使得在没有激励绕组10a和10b时，那种方向DR(静止方向)自己定向成垂直于由切口20限定的方向DE(切口方向)(参看图8和13)。

应当注意到，在图1和图8至11的情况中，切口20是与磁极扩伸体6b和6d对齐的，而在图7和图13至16的情况中，切口20与两个径向上对置的颈部13b-B和13d-B是一致的。

图12示意地显示为了操纵图1的电动机如何激励绕组10a和10b的方法。电动机的一个步进相当于转子绕其轴线X-X转动180°的角移位。

可以看到，当绕组在每一步进接受相同极性的电流脉冲时，这移位取逆时钟(负的)方向(如图8和9所示)，相应磁通的方向在图8和9上以标号±F1和±F2标出，而在转子的永久磁铁内的合成磁场以标号±B1标出。

当施加在绕组10a和10b上的脉冲分别是相反极性的，则所发生的移位是顺时钟(正的)方向(参看图10和11)，于是合成的磁场是±B2。

另一方面，图7中的电动机绕组必须根据图17所示的图式予以控制，在图13至16中，这里磁通的方向也是以标号±F1和±F2标出，而在转子永久磁铁内的合成磁场则以±B3和±B4标出。

对于图7中的电动机，可以看到，为了要在同一逆时钟方向完成两个步进，只需仅对绕组10a施加以相反极性的顺次控制脉冲即可；而如果要在顺时钟方向完成两个步级，则必须使绕组10b接受两个相反极性的顺次脉冲。

图1和图7中的电动机都有中央部件14和14b，对于它们，每个高磁阻的颈部都定向于与两个相邻的颈部成90°角处。

此外，如分别在图1和7中所示的定位切口20相对于磁级扩伸体的相对位置，通过利用借助于电流脉冲的控制允许电动机不论其旋转方向为何而严格相同地运转，同样，不论其极性为何也允许该电动机严格相同地运转。这也造成在两个旋转方向上运转的性能也相同。这样就有可能在使用一个单一的电压电平以最佳的方式对两个旋转方向控制和随从这种电动机，这是非常有利的。

图18显示本发明又一个实施例，此实施例由一个三相电动机组成。

这种电动机包括一个限定一个定子腔33的定子31，在该定子腔中可旋转地安装有一个具有两极永久磁铁的转子32。

定子包括一个单一中央星形件34，在其中心设置有定子腔33。

对电动机的每一个相位，定子包括有一个由颈部36使其与其它磁路为磁隔离的磁路35。

每个磁路包括：

一个属于星形件的一个磁极的长分支37；

一个属于该星形件的另一个位于直径上对置位置的磁极的短分支38；

一个C形磁分路39，由连接片40固定在星形件34的分支37和38自由端上相应的连接片(图上未示出)；

一个装在磁分路39上的绕组41。

在这种电动机中，共有三个重叠交叉的区域42，在其中为了使有关的磁路磁分隔而设有间隙43。该间隙可以用分别在图2至4中所示的相同方式获得。

应当注意到，这种电动机分别属于其三个相位的磁路都具有相同的结构，每一个磁路相对于两个邻近的磁路移位120°。

显示在图18中的这三相电动机没有一个定位切口；然而也完全有可能设置适于步进式运转的定位切口。与前述的两相电动机一样，这种电动机也可以以连接式或以步进式运转。

Claims (16)

1.一种n大于1的n相且具有两个旋转方向的电磁电动机，这种电动机包括：

一个定子，它一方面限定一个定子腔，而另一方面限定至少四个磁极，每一个这样的磁极包括一个部分地限定所述定子腔的磁极扩伸体，一个延长所述扩伸体的磁极臂和一个在所述磁极臂端头起着磁接触点的作用的磁极连接片，各所述磁极扩伸体由形成高磁阻区的颈部将之彼此相互磁分隔开；

一个装在定子腔内的永磁转子，它相对于所述定子绕着转子的一根轴线转动；

至少两个磁分路，它使两个不相邻近的磁极相互磁连接在一起；

安装在每个磁分路上的装置，该装置用于在与它们相连的磁极上产生磁通；

每个所述的分路与所述磁极和转子的永久磁铁形成一个磁路，这个磁路与电动机的其它磁路间为磁隔离；

其特征在于所述电动机的磁极由一个单一星形件的分支形成，在其中心处设置有所述的定子腔，所述磁极扩伸体沿着一个垂直于所述转子旋转轴心的单一的共同平面延伸，其中所述定子基本上位于垂直于转子轴线的两个相邻的平行平面上，电动机的每个磁路分别与至少一个其它所述磁路具有至少一个重叠交叉区域，每个重叠交叉区域出现在一个第一磁路的分路的臂和单一星形件的一个磁极臂之间，这种磁极臂属于一个第二磁路，所述重叠交叉区域内的磁隔离是由一个间隙保证的。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于其中用作所述定子的单一星形件的整体沿着一个单一的共同平面延伸。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于其中在所述第一磁路的分路的臂上或在所述第二磁路的磁极臂上以机械加工形成的凹口限定了在所述重叠交叉区域内的所述间隙。

4.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于其中在所述第一磁路的分路的臂上或在所述第二磁路的磁极臂上的锻压部分形成在所述重叠交叉区域内的一个凹口，这个凹口限定所述间隙。

5.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于由于该电动机为一种两相电动机，其中所述第一磁路的分路的连接片以锻压方式使这分路的其余部分偏移至一个邻近的平面内，该平面限定所述间隙。

6.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于由于该电动机为一种两相电动机，其中所述定子基本上位于垂直于转子轴线的三个相邻的平行平面上，单一星形件位于中间的平面，而所述分路位于这中间平面的各一边，所述各磁路由位于两个分路中的一个分路的一个臂和两个分路中的另一个分路的一个臂之间的间隙使之相互磁隔离，间隙的深度相当于所述单一星形件的厚度。

7.如权利要求1所述的电动机，其特征在于由于该电动机为一种两相电动机，其中的定子腔基本上是圆形的，每一个所述的磁隔离的颈部分别与两个相邻的颈部形成一个基本上为90°的中心角。

8.如权利要求7所述的电动机，其特征在于其中两个转子定位切口设置在所述定子腔的边沿上位于相对于所述定子腔中心的直径的对置处。

9.如权利要求8所述的电动机，其特征在于其中定位切口与由两个不相邻近的磁极扩伸所限定的方向对齐。

10.如权利要求8所述的电动机，其特征在于其中定位切口与由两个不相邻近的颈部所限定的方向对齐。

11.如权利要求1所述的电动机，其特征在于由于该电动机为一种三相电动机，其中所述单一星形件具有六个分支，每个分支分别相对于其相邻的两个分支大约偏离60°的角度，每个磁路具有一个单一的重叠交叉区，在其中磁路之间的磁隔离由一个间隙保证。

12.如权利要求1所述的电动机，其特征在于其中所述间隙填充以一种固体的非磁生物质。

13.如权利要求6所述的电动机，其特征在于其中所述间隙填充以一种固体的非磁性物质。

14.如权利要求11所述的电动机，其特征在于其中所述间隙填充以一种固体的非磁性物质。

15.如权利要求11所述的电动机，其特征在于其中所述转子定位切口设置在所述定子腔的边沿上。

16.如权利要求1所述的电动机，其特征在于其中所述磁分路都是彼此相同的。

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