CN107925327A - 用于饮料或食品发泡的器具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够操作以为电动旋转机器产生旋转磁场的定子,所述定子包括至少一个电路板,所述电路板上形成有导电部分,所述导电部分以多相构型连接,其中相包括:在所述电路板的第一面上布置为多个元件的导电部分,包括径向延伸的径向部分的元件具有:在其近侧端部处连接的近侧部分,所述近侧部分从该近侧端部延伸出来,具有在第一角方向上的方向分量;以及在其远侧端部处连接的远侧部分,所述远侧部分从该远侧端部延伸出来,具有在第二相反角方向上的方向分量,由此近侧和远侧相对所述磁场的旋转中心限定,并所述角方向围绕所述旋转中心限定;以及在所述电路板的第二面上包括对应元件的导电部分,由此所述近侧部分沿所述第二相反角方向延伸一方向分量,并且所述远侧部分沿所述第一角方向延伸一方向分量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电动旋转机器的定子,并且涉及一种用于使饮料或食品发泡的包括该定子的器具。
背景技术
期望在饮料制备期间使饮料、食品或其组分发泡(即通过捕集气囊向泡沫中充气)。一个示例是在发泡奶中加入咖啡从而制得拿铁或卡布奇诺。另一个示例是对蛋清或奶油进行搅拌形成慕斯。
相应地存在各种用于自动化发泡过程的各种器具。WO 2006/050900中公开了一种此类器具的一个示例,其中在旋转式搅拌器中布置了用于盛装待发泡液体的容器,旋转该旋转式搅拌器进行所述发泡。具体地讲,旋转式搅拌器是搅拌系统的一部分,该搅拌系统还包括:结合在旋转式搅拌器上的永久性搅拌器磁体;布置在容器外部的永久性驱动磁体;能够操作以旋转所述驱动磁体的转子,其中驱动磁体的旋转产生旋转磁场以将扭矩传递至搅拌器磁体。
具体地讲,转子通过电操作的马达驱动,其被布置在容器的下方。这种布置的一个缺点是器具的外壳不得不容纳所述马达和驱动磁体,二者的体积均非常大且对外壳有尺寸限制,由于造成材料浪费以及节省工作台上空间的原因,这是不期望的。另一个缺点是,由于其磁化程度较弱,所述驱动磁体能够施加在搅拌器上的扭矩量有限。
发明内容
本发明的目的是为紧凑的搅拌系统提供一种电动马达定子。
将有利的是,提供对制造和/或组装具有成本效益的定子。
将有利的是,提供能够在旋转式搅拌器上施加高扭矩的定子。
本发明的目的通过根据权利要求1所述的定子、根据权利要求12所述的器具以及根据权利要求15所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面,本文公开了一种用于电动旋转机器的定子。该电动旋转机器可包括马达,诸如饼形或轴向转子马达。该电动旋转机器可包括发电机。优选地,该电动旋转机器包括根据第二方面的器具。
该定子能够操作以为电动旋转机器产生旋转磁场,该定子包括至少一个电路板,该电路板上形成有导电部分,该导电部分以多相构型连接,其中相包括:在电路板的第一面上布置为多个元件的导电部分,包括径向延伸的(即精确的径向或大致的径向)径向部分的元件具有:在其近侧端部处连接的近侧部分,该近侧部分从该近侧端部延伸出来,具有在第一角方向上的方向分量(即使用极坐标系,以磁场的旋转中心为参考点,以及从其延伸的任意参考方向,延伸分量在参考点处的参考方向的特定角方向上);以及在其远侧端部处连接的远侧部分,该远侧部分从该远侧端部延伸出来,具有在第二相反角方向上的方向分量,由此近侧和远侧相对磁场的旋转中心限定,并所述角方向围绕所述旋转中心限定;以及在电路板的第二面上包括对应(即在形状上,但是反映在沿着与径向部分重合的直线上)元件的导电部分,由此所述元件的远侧部分和近侧部分沿相反角方向延伸一方向分量,所述角方向与第一面上的角方向相反(即第一面的远侧部分沿着与第二面的远侧部分相反的角方向延伸,并且第一面的近侧部分沿着与第二面的近侧部分相反的角方向延伸)。通常,径向、远侧部分和近侧部分是直线的,尽管它们可以另选地部分弯曲。第一角方向可以是逆时针或顺时针方向中的一者,并且第二角方向可以是绕磁场的旋转中心(即参考点)的逆时针或顺时针方向中的另一者。
因此,径向部分和近侧部分的相反延伸允许在各面之间方便地连接元件。通常,远侧部分沿着远离旋转中心的径向方向延伸另一个方向分量。通常,近侧部分沿着朝向旋转中心的径向方向延伸另一个方向分量。
有利的是,定子元件的构型允许包括相的导电部分的密集堆积。因此定子可以产生高强度磁场并因此向转子传送高扭矩。
有利的是,元件的上述布置可以以具有成本效益和适应性的方式形成。具体地讲,在组装期间,可以通过选择互连哪些元件来选择相的数目和相构型。而且,第二面包括与第一面相同的印记,因此可以形成多个相同的印记并且适当地取向以限定第一面和第二面。
定子可大致为圆盘形。定子可以布置成大致垂直于所述场的旋转轴。电路板包括非导电材料诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或玻璃纤维增强(玻璃纤维)环氧树脂。导电材料通常包含金属,诸如铜。导电材料可以通过已知方法诸如蚀刻或印刷形成在电路板上。有利的是,导电部分以高精度水平方便地形成。
在包括布置在2个面上的导电部分的示例中,所述面可包括单个电路板的两个面或两个电路板的单面。以类似的方式,可以添加更多面和电路板。在包括另外的面的布置中,另外的面上的元件可包括对应的布置,例如,第三面对应于第一面,并且第四面对应于第二面等。
定子可包括所述电路板中的一个或多个(例如,数量在介于1和20之间,诸如2、3、4、6),由此以叠堆的形式布置(例如,以大体上重叠或完全重叠的布置堆放成层)多个所述电路板,优选地,将其中心对准场的旋转轴。所述多个电路板固定(例如,粘结)在一起以形成层压件。有利的是,所述多个电路板使定子中具有高电流密度,并由此具有高磁场强度用于传递高扭矩。定子可包括电路板,在该电路板的一个或两个面上形成导电部分。有利的是,在电路板的两个面上形成导电部分使得定子中具有高电流密度,并且因此形成高磁场强度用于传递高扭矩。在其中存在多个电路板并且电路板的相邻面包括导电部分的示例中,优选地在电路板之间布置电绝缘体,例如绝缘材料(诸如玻璃纤维、环氧树脂)。
多相构型包括任意合适的多个相,例如2、3、4、5、6。优选地使用三相构型。这里的相通常是相对于电操作的马达定义的,例如,每一相包括导电部分的独立布置,该导电部分被布置为当电流贯穿其中行进时在特定位置处产生静磁场。旋转磁场是通过顺序地切换流经相的电流实现的,例如,通过施加具有方波或其它适当波形的电流来切换相。每一相的导电部分可布置成多极的,例如,具有2、3、4、5或其它适当数量的极对。有利的是,具有多个极对能够实现平滑的扭矩输送,并且特别地,可以使用上述方法之一在电路板上方便且精确地形成多个极的复杂布置。所述多相、多极构型优选地配置成产生旋转磁场,以将扭矩传递到转子的对应多极永磁体布置,例如根据第二方面的旋转式搅拌器。
元件优选地在第一面上具有大体上为S形的形状。元件优选地在第二面上具有大体上为Z形的形状。通常,第二面包括与第一面相同的元件布置,但是元件的形成相反。
第一面上的近侧部分可以连接到第二面上的近侧部分。第一面上的远侧部分可以连接到第二面上的远侧部分。所述连接通常包括过孔,该过孔优选地在所述部分的尖端,其任选地延伸穿过电路板。通常,过孔可以是直通延伸型。有利的是,由于过孔不会干扰其定位/布置,并因此不会干扰磁场的产生,元件的有源部分的效率得以提高。
对于包括导电部分的每个面(即对于第一面和第二面,以及包括第三面和第四面的其它任选示例),相可包括至少两个(例如,2、3、4个或更多个)元件的互连布置,所述元件具有相同构型且彼此相邻布置。(例如,所述布置的或总体上)面上的相邻元件可以在所述角方向上偏置5°-45°或5°-20°,优选地约15°。在面上(即对于包括导电部分的每个面),该布置优选地在相之间顺序地交替。优选地,对于每一相,该布置在这些面之间串联地互连。
导电部分可进一步布置在至少一个另外的电路板的第三面和第四面上,导电部分在第三面和第四面上的布置对应于相应第一面和第二面上的导电部分的布置,由此对应相的(例如,所述布置的)元件在角方向上重叠和/或偏置,但在操作上接近以限定相的对应磁极。
对于每一相,元件可布置在有源部分中,由此每个有源部分配置成产生用于所述扭矩传递的磁极。有源部分可被限定为产生极对的北极或南极以用于扭矩传递。有源部分包括第一面上的元件的布置以及第二面上的元件的布置,所述布置彼此连接。具体地讲,有源部分通常针对元件包括:远侧部分和/或近侧部分的区域和径向部分,该区域布置在操作上接近该径向部分。通常,有源部分围绕磁场的旋转轴周向且等距地设置在面上。对于每一相,相邻的有源部分优选地串联地互连,并且配置成产生极性交替的磁极。
相可围绕中心平面对称地设置,所述中心平面居中地布置在电路板的整个厚度方向上,例如:对于具有单个电路板的两面布置,相均匀地分布在第一面和第二面上;对于具有两个电路板的四面布置,相均匀分布在第一面至第四面上。有利的是,利用前述相的对称布置,旋转式搅拌器处的磁场强度对于每一相大体相同,这导致扭矩被更均匀地传送到转子,同时提高了效率。
元件的厚度(即沿定子的平面方向)可以是0.25mm-2mm。有源部分的元件的厚度可更窄,并且沿着径向部分而非远侧部分和/或近侧部分更密集地填充,例如,其比远侧部分和/或近侧部分处的厚度小50%或75%。有利的是,互连部分的宽度的增加能够改善热耗散。
根据本发明的第二方面,本文公开了一种用于使液体发泡(例如,充气或起泡)以供消费的器具(例如,针对最终用户的居家使用),该器具包括:容器安装部分,其上安装(例如,可移除或永久地安装)用于盛装所述液体的容器;配置成使所述液体发泡的搅拌系统,所述系统包括根据第一方面的定子,所述定子布置在所安装容器的外部(例如,位于所安装容器的基座下方),所述定子配置成产生旋转磁场以用于传递扭矩,以使布置在所安装容器中的旋转式搅拌器旋转。旋转式搅拌器和定子因此形成电动马达。旋转磁场因此延伸到所安装容器中并在其中旋转。
因此,由于与在器具内布置有马达驱动永磁体的现有技术相比,该器具的定子特别紧凑,因此实现了本发明的一个目的。此外,与盘绕线布置相比,可以方便且精确地形成在电路板上形成有导电部分的定子。另外,还增强了热耗散。
定子可以布置成大致垂直于所述场的旋转轴。定子优选地平行于所安装容器的基座延伸。定子可以在所安装容器的基座的大部分上延伸,例如与所安装容器的基座的至少90%或全部区域重叠。有利的是,在较大表面积上产生磁场,并且因此可以在旋转式搅拌器中引起大量扭矩。定子优选地平行于所安装容器的基座延伸。定子优选地与容器的基座相邻布置,例如,所安装容器座至少部分地由定子支承,并且座放置在定子上,其间布置任选绝缘材料。容器安装部分可配置成用于容器的永久性或可移除附接,例如,粘结、压紧配合或螺纹配合。有利的是,可移除的容器可被移除以进行清洁。定子的接近容器的外表面可包括用于在其上安装容器的保护性涂层。有利的是,该器具是紧凑的。
器具可包括盛装所述液体的容器,用于安装到所述安装部分(例如,其可被安装到安装部分)。该器具可包括用于布置在所述容器中的旋转式搅拌器(例如,其可以布置在所述容器中),其中该旋转式搅拌器包括一个或多个搅拌器磁体,所述搅拌器磁体限定用于将扭矩从定子产生的磁场传递到旋转式搅拌器(例如,旋转式搅拌器的其它部件)的磁极。
容器可在其基座处包括用于定位旋转式搅拌器的定位构件。定位构件优选地被定位成使得当安装了容器时其位于磁场的旋转中心。
旋转式搅拌器可包括围绕旋转轴周向地布置的磁极阵列。磁极可以由离散的磁体形成,例如,包括单极对的磁体,或者包括多个极对的磁体。
根据本发明的第三方面,本文公开了使用根据第二方面的器具使液体发泡以供消费的方法,所述方法包括:通过向定子的导电部分施加电能来产生旋转磁场;通过将来自所述磁场的扭矩施加到旋转式搅拌器,来旋转布置在用于容纳液体的容器中的旋转式搅拌器。该方法可包括用待发泡的液体填充容器。产生旋转磁场可包括例如通过处理器在定子的相之间顺序切换电流。
根据第四方面,本文公开了一种包括根据第一方面的定子的电动旋转机器。该电动旋转机器可包括马达,诸如饼形或轴向转子马达。该电动旋转机器可包括发电机。该电动旋转机器可包括根据第二方面的器具。电动旋转机器可包括用于输出旋转运动的转子,所述转子包括用于与定子的磁场相互作用的永磁体阵列。
本发明的以上方面可按任何合适的组合方式进行组合。此外,本文中的各种特征可与以上方面中的一者或多者组合,以提供除了具体所示和所描述的那些以外的组合。根据权利要求书、具体实施方式以及附图,本发明的另外的目的和有利特征将显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明,并且为了展示如何实施本发明的实施方案,现在将通过示例的方式参考附图,其中:
图1是使液体发泡供最终用户消费的器具的实施方案的示例性剖视图;
图2是图1的器具的控制系统的框图;
图3示出了图1所示器具的定子,特别是布置在所述定子的第一面上的第一相;
图4示出了布置在所述定子的所述第一面上的相1-3;
图5示出了器具的所述定子,特别是布置在所述定子的第二面上的第一相;
图6a是从图3和图5的相的假设获取的相1的示意图;
图6b是从与图6a相同的示例获取的相2的示意图;
图6c是从与图6a相同的示例获取的相3的示意图;
图6d是示出图6a-6c的假设的示意图,示出了2面构型;
图7a是对应于图6d的示意图,但旋转了7.5°,以提供两个附加面构型;
图7b是图7a和图6d的假设,示出了四面构型。
具体实施方式
用于发泡的器具
用于发泡的器具2,图1中示出了其一个示例,在其第一层级包括:用于将扭矩传递到旋转式搅拌器的基座单元4;容器6,用于盛装供最终用户消费的液体;旋转式搅拌器8,用于使所述液体发泡,依次描述如下。
基座单元
基座单元4通过磁场将扭矩传递到旋转式搅拌器8,并且在其第一层级包括:壳体10;容器安装部分12;搅拌系统14;任选地,加热器16;控制系统18,它们在下文中被依次描述。
壳体
壳体10容纳并支承所述第一层级部件,并且包括:用于邻接水平布置的支承表面的基座22;用于在其上安装其它第一层级部件的主体20。
容器安装部分
容器安装部分12能够操作以将容器6安装到基座单元4。容器安装部分12可配置成用于容器的永久安装,例如,其包括用于定位容器的表面,容器可以粘结到该表面。优选地,容器安装部分12配置成用于可移除地附接到容器,例如,其包括压紧配合或螺纹配合。可移除附接的优点是容器6可以从基座单元4拆卸以进行清洁。安装部分12可包括定子,在其外表面上具有任选保护性涂层(例如,绝缘漆或玻璃纤维环氧树脂),用于在其上安装容器6。
搅拌系统
搅拌系统14能够操作以通过机械搅拌,特别是经由磁场将扭矩传递到旋转式搅拌器8,从而使容器6中的液体发泡,并且搅拌系统包括:定子24;旋转式搅拌器8;任选的芯部30。
定子24能够操作以接收各相电能并由此产生旋转磁场。定子24包括至少一个电路板,其上形成有导电部分,稍后将更详细地讨论。
旋转式搅拌器8包括围绕旋转轴周向地布置的磁极阵列,用于与定子24产生的旋转磁场相互作用。旋转式搅拌器8的搅拌器磁体26形成所述磁极,并且包括能够产生持续磁场的硬磁材料。磁体8配置成用于将其与旋转磁场的相互作用产生的扭矩传递到旋转式搅拌器8的其余部分。磁体26可包括离散的单元,每个单元包括北极和南极。或者,可以在例如环形圈中集成一个或多个单元。稍后将更详细地讨论旋转式搅拌器8的其它部件。
任选芯部30用于增强旋转磁场,并且通常包括铁磁金属诸如铁。芯部30通常是轴向布置的环状线圈或环形圈,其被定位在定子24的远离容器6的面的近侧。
加热器
任选的加热器16能够操作以加热容器6中的液体。优选地,加热器16包括感应线圈,该感应线圈能够操作以通过电磁感应来加热旋转式搅拌器8。或者,其可加热容器6,例如,加热器包括通过传导加热的电阻元件。
控制系统
控制系统18(其示例在图2中示出)能够操作以控制搅拌系统14和任选的加热器,并且通常包括:用户界面32;任选的传感器34;处理器36;电源38,它们将被依次描述。
用户界面32包括使得最终用户能够与处理器36进行交互的硬件,并且因此可操作地连接到该处理器。更具体地讲:用户界面接收来自用户的命令;用户界面信号将所述命令传送到处理器36作为输入。这些命令可以是例如用以执行发泡过程和/或加热过程的指令。用户界面32的硬件可包括任何合适的设备,例如,硬件包括以下各项中的一个或多个:按钮,诸如操纵杆按钮或按压按钮;操纵杆;LED;图形或字符LDC;具有触摸感测和/或屏幕边缘按钮的图形屏幕。
任选的传感器34可操作地连接到处理器36以提供用于监测所述过程的输入。传感器40通常包括以下各项中的一个或多个:液体温度传感器;液位传感器;位置传感器(例如,霍尔传感器),用于感测旋转式搅拌器8的磁体相对于定子的位置,如将讨论的。
处理器36通常能够操作以:接收输入,即来自用户界面32和/或来自传感器34的命令;根据存储在存储器单元(或编程逻辑)中的程序代码处理输入;提供输出,这通常是所述发泡过程和/或加热过程。该过程可利用开环控制来执行,或更优选地利用使用来自传感器34的输入信号作为反馈的闭环控制来执行。处理器36通常包括布置为集成电路(通常为微处理器或微控制器)的存储器、输入和输出系统部件。处理器36可以包括其它合适的集成电路,诸如:ASIC;可编程逻辑设备诸如FPGA;模拟集成电路诸如控制器。处理器36还可以包括上述集成电路中的一个或多个,即多个处理器。用于定子控制的处理器的合适部件的一个示例是Maxon的ESCON 36/3马达控制器,其可以由另外的处理器控制。
处理器36通常包括用于存储程序代码和任选地数据的存储器单元。程序代码通常编码发泡过程。存储器单元通常包括:用于存储程序代码和操作参数的非易失性存储器,例如EPROM、EEPROM或闪存;用于数据存储的易失性存储器(RAM)。存储器单元可以包括单独和/或集成(例如在处理器的管芯上)的存储器。
电源38能够操作以向处理器36、搅拌系统14和加热器16供应电能。电源38可以包括各种装置,诸如电池或用以接收和调节主电源的单元。
容器
容器6(图1中示出了其示例)能够操作以盛装用于发泡的液体。通常容器的容量为0.2升-0.5升。容器6可以是圆柱形的(6)。容器通常由对磁场适当可穿透的材料(例如,玻璃)形成。
容器中待发泡的液体通常是包括食品在内的任何可饮用液体。通常其为奶或含有奶。
旋转式搅拌器
旋转式搅拌器8(图1中示出了其示例)能够操作以旋转,从而搅拌容器6中的液体以实现液体的发泡。旋转式搅拌器8包括:轴向延伸的主体40;支承部分42,该支承部分从所述主体40径向延伸,用于支承搅拌部分28和搅拌器磁体26。搅拌部分28可以是波状外形的(如图所示)或以其它方式形成(例如,包括孔)以在旋转时实现流体的搅拌。主体40在其一端包括定位构件,该定位构件配置成与容器6的互补定位部分接合,例如,在主体40或容器6中的一个上的延伸部,用于插入主体40或容器6中的另一个上的腔室中。
旋转式搅拌器8的搅拌器磁体26的布置和极构型与定子24的极互补,例如,对于后续讨论的图3和图4所示的示例性定子构型,其中定子包括8个极,即4个极对,在旋转式搅拌器中存在相同数量的极,这些极布置在距磁场的旋转中心的互补的径向距离处。
定子
定子24(图1中示出了其理想视图)包括电路板44和布置在其第一表面66A和第二表面66B上的导电部分46。定子24可布置在容器6的基座的近侧,使得其在操作上接近旋转式搅拌器8,并且图1中示出了此类布置的示例。具体地讲,其可完全或至少部分地与容器6的所述基座重叠(例如,通过覆盖基座的表面区域的至少80%或90%)。通常,定子24是圆盘形的,并且相关联的磁场的旋转轴布置在其中心,然而,应当理解,其可包括其它形状。定子的直径(当为圆盘形时)可为5cm-15cm。选择单个电路板的厚度以进行适当热传导,例如,1至2,诸如1.6mm±0.15mm。
导电部分46和电路板44可具有各种构型,如将讨论的。其被布置为实现多极(例如,2、3、4、6或更多极对)、多相(例如,2、3、4或更多相)马达构型,其结合了转子,该转子包括旋转式搅拌器8的搅拌器磁体26。更具体地,定子和转子配置成实现无刷直流或交流同步马达构型。导电部分46被布置成限定用于产生磁极的有源部分48。磁极在相中连接,由此可顺序切换各个相以实现磁场的旋转。具体地讲,有源部分配置成产生极对的一个极(即方向指向北或南的磁场矢量)。
导电部分46布置在电路板44的至少两个面66A、66B上,例如,单个电路板的两个面或多个电路板的层压件的两个面。在所述电路板的第一面66A上,导电部分46布置成多个元件48,图3中示出了其示例(其仅示出了第一相的元件)。这里,在定义元件48的取向时使用极坐标系是方便的。极坐标系通过以下项定义:位于磁场的旋转中心处的参考点68(其通常也是定子24的中心);以及朝向页面的顶部任意延伸的参考方向70。根据极坐标系,相对参考点68定义了远侧和近侧。此外,包括元件48的直线可被认为具有矢量分量,该矢量分量沿着围绕参考点68的第一角方向或第二角方向延伸,并且径向向内或径向向外。
元件48包括大致沿径向方向延伸的径向部分50。在径向部分50的近侧端部处连接有近侧部分54,该近侧部分从径向部分50延伸,具有在第一角方向(此处为逆时针方向)上的第一方向分量,并且具有径向向内的第二方向分量。更具体地,径向延伸部分50和近侧部分54之间的角度在120°-160°范围内,优选地其为约140°。以类似方式连接在径向部分50的远侧端部处的为远侧部分52,其从径向部分50延伸,具有在第二相反角方向(即此处为顺时针方向)上的第一方向分量,并且具有径向向外的第二方向分量。更具体地,径向部分50和远侧部分52之间的角度在110°-70°范围内,优选地其为约90°。具体地讲,在第一面66A上,元件48具有大致类似于“S”的形状。
元件48通常彼此偏置5°-20°(在所示示例中,偏置为15°)。一般来说,面上的所有元件在其布置上都是等距的。在一个示例中,单个元件48包括相,相邻元件包括不同的相。或者,在一个优选示例中,相包括多个(例如,2、3、4或更多个)彼此相邻的元件54的布置56,其它相的类似布置被布置与其相邻。在图3中,仅示出了第一相,其包括具有这种布置56的2个元件,图4示出了增加其余相2和相3的相同布置56。具体地讲,对于相,可以存在任意合适数量的布置56等距分布在面上,其数量限定了该相的磁极的数量。在图3和图4的示例中,对于每一相,以90°间隔布置有4个布置56。图4特别示出了相158、相260和相362的顺序布置。从图4中可以看出,上述元件布置及其构型允许导电部分46在定子24上非常密集的堆积,并且定子因此而特别有效。
如图5所示,在第二面66B上,元件48具有形状,该形状对应于第一面上元件的形状,但该形状沿径向部分50映出。更具体地,近侧部分54从径向部分50延伸,具有在第二角方向(此处为顺时针方向)上的第一方向分量,并且具有径向向内的第二方向分量。以类似的方式,远侧部分52从径向部分48延伸,具有在第一角方向(此处为逆时针方向)上的第一方向分量,并且具有径向向外的第二方向分量。在第二面上,元件48具有大致类似于“Z”的形状。
现在将参照图3和图5中的示例描述第一面和第二面之间相的连接,图中示出了三相构型的示例性第一相。具体地讲,第一面上的近侧部分50的尖端连接到第二面上的近侧部分50的尖端。以类似的方式,第一面上的远侧部分52的尖端连接到第二面上的远侧部分52的尖端。更具体地,所述尖端包括过孔64。过孔64通常是贯穿孔类型(例如,延伸穿过一个或多个电路板),然而可以设想其它合适的布置,例如,盲孔、半孔类型。由于对应的远侧部分和近侧部分与点朝向彼此布置,连接被简化。
参考图3和图5中的示例,过孔64a-64af顺序地示出了过孔64的互连,并根据常规流动符号示出了由此产生的电流流动方向。在该示例中,电流在过孔64a处进入包括相1的电路,并且在过孔64af处离开。具体地讲,过孔64p连接到过孔64q,以将布置56的最顺时针元件48的电路连接到布置56中的元件48的最逆时针的电路。或者,可以不连接两个电路,即电流在过孔64a处进入相1的第一电路,并且在过孔64p处离开;并且电流在过孔64q处进入相1的第二电路,并且在过孔64af处离开。图6a仅示意性地示出了针对第一相的第一面68A上与第二面68B上的元件叠置的元件互连。
过孔64的这种布置是特别有利的,因为其保持远离径向部分50以及远侧部分52和近侧部分54的靠近该径向部分的区域,所述远侧部分和近侧部分形成有源部分,该有源部分限定了定子24的磁极。这样,提高了定子的效率。
应该理解,面上的元件可配置成用于:任意合适数量的相;特定数量的极;以及通过其连接处于布置56中的特定数量的元件。
特别参考图6a的图示,其中根据常规流动符号示出了电流的流动方向,可以看出,元件48在第一面66A和第二面66B上的布置配合以限定有源部分,该有源部分限定了定子24的极。具体说明了磁场矢量的方向。在这个示例中存在8个磁极,即4个极对。具体地讲,有源部分串联地互连在面之间,并且配置成产生极性交替的磁极。图6b和图6c示出了相应的第二相和第三相的对应图示,由此图6a的图示分别实际旋转了30°和60°。图6d示出了叠加用于第一面和第二面的相1-3的图示。
在上文中,相被描述为分布在一个或多个电路板的2个面上,在替代示例中,相可分布在超过两个面上,即获得定子,该定子能够操作以施加增加的场强并因此施加扭矩。后一种构型的示例包括4个面,例如,两个电路板作为层压件并且使用所有的面,或者具有四个电路板并且使用每个电路板的单个面。更具体地,可以通过将图6d的相图旋转7.5°(或其它合适的量,使得对于每一相,对应的径向部分48彼此对准,和/或旋转地偏置在操作上接近,以限定相同的有源部分)实现这种布置。图7a示出了当沿逆时针方向旋转7.5°时图6d所示相图的等效图,并且图7b示出了图6d和图7a所示得到的四面假设。应该理解,可以以这种方式添加更多的面。
在定子24包括多个电路板的情况下,由此电路板的相邻面包括导电部分46,应该理解,所述电路板的相邻面可以通过电绝缘涂层(诸如玻璃纤维环氧树脂,例如,TaiwanUnion Corporation Technology的半固化片TU-768或TU-768P)进行电隔离。
上述布置的优点在于,相围绕中心平面对称地设置,中心平面居中布置在所述一个或多个电路板的整个厚度方向上。这种对称布置使扭矩更均匀地传送到旋转式搅拌器,同时提高了效率。
处理器36配置成控制通过相施加的电流。所产生的磁场的角频率可以是可变的和/或恒定的,即具有参考频率的锁相环路。转子例如旋转式搅拌器8的位置可以通过诸如以下位置传感器换向:光电编码器;磁编码器(例如,旋转变压器、同步器等);霍尔效应传感器,后者由于成本和尺寸原因是优选的。
可将上述定子结合在除本文所述用于使液体发泡的器具之外的电动旋转机器中。例如,电动旋转机器可包括马达,诸如饼形或轴向转子马达。或者,电动旋转机器可包括发电机。
标记列表
2 器具
4 基座单元
10 壳体
20 主体
22 基座
12 容器安装部分
14 搅拌系统
24 定子
44 电路板
66 面
46 导电部分
58、60、62 相1-3
56 元件布置
48 元件
50 径向部分
52 远侧部分
54 近侧部分
64 过孔
26 搅拌器磁体
28 (搅拌器8的)搅拌部分
30 芯部
16 加热器
18 控制系统
32 用户界面
34 传感器
36 处理器
38 电源
6 容器
8 旋转式搅拌器
40 主体
42 支承部分
26 (搅拌系统14的)搅拌器磁体
28 (搅拌系统14的)搅拌部分
Claims (15)
1.能够操作以为电动旋转机器产生旋转磁场的定子,所述定子包括至少一个电路板,所述电路板上形成有导电部分,所述导电部分以多相构型连接,其中相包括:
在所述电路板的第一面上布置为多个元件的导电部分,包括径向延伸的径向部分的元件具有:在其近侧端部处连接的近侧部分,所述近侧部分从所述近侧端部延伸出来,具有在第一角方向上的方向分量;以及在其远侧端部处连接的远侧部分,所述远侧部分从该远侧端部延伸出来,具有在第二相反角方向上的方向分量,由此近侧和远侧相对所述磁场的旋转中心限定,并所述角方向围绕所述旋转中心限定;和
在所述电路板的第二面上包括对应元件的导电部分,由此所述元件的所述近侧部分沿所述第二相反角方向延伸一方向分量,并且所述元件的所述远侧部分沿所述第一角方向延伸一方向分量。
2.根据前一项权利要求所述的定子,其中所述元件在所述第一面上具有大体为S形的形状,并且在所述第二面上具有大体为Z形的形状。
3.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中所述第一面上的所述近侧部分连接到所述第二面上的所述近侧部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中所述第一面上的所述远侧部分连接到所述第二面上的所述远侧部分。
5.根据紧接的前述两项权利要求中任一项所述的定子,其中所述连接包括延伸穿过所述电路板的过孔。
6.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中在同一面上的相邻元件在所述角方向上偏置5°-20°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中在所述第一面和第二面的每一者上,所述相包括彼此相邻布置在同一面上的具有相同构型的至少两个元件的互连布置。
8.根据前一项权利要求所述的定子,其中在所述面上,所述布置在所述相之间顺序地交替。
9.根据紧接的前述两项权利要求中任一项所述的定子,其中对于每一相,所述布置在所述面之间串联地互连。
10.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中所述导电部分被进一步布置在至少一个另外的电路板的第三面和第四面上,所述导电部分在所述第三面和第四面上的所述布置对应于所述相应第一面和第二面上的导电部分的布置,由此对应相的元件在所述角方向上重叠和/或偏置,但在操作上接近以限定所述相的对应磁极。
11.根据前述权利要求中任一项所述的定子,其中所述相围绕中心平面对称地设置,所述中心平面居中布置在所述电路板的整个厚度方向上。
12.用于使液体发泡以供消费的器具,所述器具包括:
容器安装部分,其上安装用于盛装所述液体的容器;
配置成使所述液体发泡的搅拌系统,所述系统包括根据前述权利要求中任一项所述的定子,所述定子布置在所安装容器的外部,所述定子配置成产生旋转磁场以用于传递扭矩,以使布置在所安装容器中的旋转式搅拌器旋转。
13.根据前一项权利要求所述的器具,其中所述定子在所安装容器的基座的大部分上延伸。
14.根据紧接的前述两项权利要求中任一项所述的器具,还包括:容纳所述液体的容器和用于布置在所述容器中的旋转式搅拌器,其中所述旋转式搅拌器包括一个或多个搅拌器磁体,所述搅拌器磁体限定用于将扭矩从所述定子产生的所述磁场传递到所述旋转式搅拌器的磁极。
15.使用根据紧接的前述三项权利要求中的任一项所述的器具使液体发泡以供消费的方法,所述方法包括:
通过向所述定子的导电部分施加电能来产生旋转磁场;
通过将来自所述磁场的扭矩施加到所述旋转式搅拌器来旋转布置在用于容纳液体的容器中的旋转式搅拌器。
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