CN1101613C - 改良的多相主轴电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电动机。它主要是每一导磁相均包含两组磁极片及一组线圈，又在两导磁相间还设有非导绝缘片及两导磁相的磁极片成固定机械角位差，转子磁铁与导磁相同轴、且包含数对磁极；两侦测元件的位置相互成固定的机械角位差。从而，可避免启动死角及顿转扭矩问题。

Description

改良的多相主轴电动机

技术领域本发明涉及一种无刷直流电动机。

背景技术

目前，习用的单相无刷直流电动机主要包含一组线圈及两组矽钢片，主要利用一组控制电路配合霍尔侦测元件侦测以控制线圈激磁，由于控制电路仅能控制二相单方向电源或单相电源双方向，以所形成的激磁动作皆可称为单相全波式，此种结构除会有启动死角的问题外，另外会产生顿转扭短等问题，前述直流无刷电动机的结构亦有多种变化，如：台湾专利公报公告编号349711号的“双层绕线定子结构”，揭示一种多层导磁相的结构，利用多层结构增加线圈以增加电动机转矩，然而，此种结构仅单纯增加电动机转矩，并未解决前述启动死角及顿转扭矩的问题，另外，台台湾专利公报公告编号314284“电动机结构”，把两组导磁相间加入一辅极矽钢片，并将两导磁相的绕线方向作同向或反向的变化，以提供不同的导磁相极性，达到消除启动死角的目的，然而，由于前述习知技术，其动作原理均不脱离单相全波激磁的范围，亦无法避免单相全波激磁所产生的顿转扭矩造成运转不够平顺的问题。对于高运转精确度及稳定度的产品应用(如：应用在DVD或CD-ROM中的主轴电动机)，习用的单相全波无刷直流电动机不具备竞争力。

与上述单相电动机相比较，传统的三相主轴电动机利用三相激磁线圈的三相电源激磁时间差产生的120°电气相位角差，可避免前述单相电动机产生的启动死角及顿转扭矩问题，使主轴电动机正逆转动作的切换更加流畅。

然而，由于采用三相电源及与无刷直流电动机差异甚大的电路设计，以其技术无法应用在单相直流电动机中。

发明内容

本发明的目的是提供一种改良的多相主轴电动机，它是把习用的单相无刷直流电动机结构直接变化，以产生多相的无刷直流电动机。

本发明的目的是这样实现的：一种改良的多相主轴电动机，包含具有径向凸极的两导磁相，一转子磁铁及一具有两组侦测元件的电路板，其特征是：每一导磁相均包含两组磁极片及一组线圈，又在两导磁相间还设有非导绝缘片及两导磁相的磁极片成固定机械角位差，转子磁铁与导磁相同轴、且包含数对磁极；两侦测元件的位置相互成固定的机械角位差；所述线圈以轴向绕线方式缠绕在线圈座上；所述两导磁相的磁极片的位置相互成固定机械角柱差数值为360°/n×1/4；所述凸极数目与转子磁极数目的比值为正整数或正分数比；所述磁极片由数组薄矽钢片叠合形成；一种改良的多相主轴电动机，包含两导磁相、一转子磁铁及具有侦测元件的一电路板，其特征是：每一导磁相各以线圈座二端面嵌设一磁极片，两导磁相的磁极片相互成固定机械角位差，又两导磁相之间设有非导磁绝缘片，转子与两导磁相同轴、且包含数对磁极；所述两导磁相的线圈座与非导磁绝缘片接触的端面设有相互嵌合的柱及孔；一种改良的多相主轴电动机，包含两相以上的导磁相、一转子磁铁及具有侦测元件的一电路板，其特征是：侦测元件与导磁相数目相同、且每个侦测元件的位置相互成固定机械角位差。

由于采用上述方案：可避免启动死角及顿转扭矩问题。

附图说明图1本发明中定子与转子分解图。图2本发明各磁极片凸极与转子磁铁磁极第一种相对位置示意图。图3本发明各磁极片凸极与转子磁铁磁极第二种相对位置示意图。图4本发明各磁极片凸极与转子磁铁磁极第三种相对位置示意图。

图5本发明各磁极片凸极与转子磁铁磁极第四种相对位置示意图。

图6本发明不同转子磁铁位置的驱动电流时序图。

图7本发明典型实施例的分解图。

图8本发明典型实施例组合图。

图中：1导磁相、11、12磁极片、13线圈、2导磁相、21、22磁极片、23线圈、3非导磁绝缘片、4转子磁铁、5电路板、51、52霍尔侦测元件、6定子线圈组、61导磁相、611、612磁极片、613线圈座、614、624柱、62导磁相、621、622磁极片、623线圈座、63非导磁绝缘片、631孔、64转子磁铁、641轴杆、65电路板、66轴管、67底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本发明由两导磁相1与2、一非导磁绝缘片3、一转子磁铁4及一电路板5所组成。

导磁相1、2含有由矽钢片制成的上、下磁极片11、21、12、22与线圈13、23，两导磁相1、2借非导磁绝缘片3分隔，以确保两导磁相磁性回路的正确性，电路板5上设有驱动电路分别驱动线圈13、23两激磁相，驱动电路分别包含一独立的霍尔侦测元件51、52作为侦测器，线圈13、23以法线沿轴向的方式缠绕以产生轴向磁通，再经磁极片引导为径向磁通进入气隙，线圈13、23亦可直接以法线沿径向方式缠绕在磁极片上，转子磁铁4与两导磁相1、2同轴设置，可被激磁的磁极片所提供的转矩推动。

本发明的多相动作原理：

如图2、3所示，各导磁相的凸极数均为3，转子磁铁4有三对N-S磁极时，霍尔侦测元件51与52则分别控制导磁相组1与2的驱动电路。

在图2、3中，定义-N极转动至相邻N极位置时所需的时间为T。对应至不同转子磁铁位置的各磁极片，其激磁极性变换如下：

1、图2为时间t＝t时的转子位置，此时两上磁极片11、21分别被激磁为N极，两下磁极片12、22则分别被激磁为S极；

2、图3为时间t＝t+4/T时的转子位置，此时霍尔侦测元件51最接近N极磁铁的最大磁场位置，而送来信号变换磁极片11、12的极性，使磁极片12、22被激磁为N极，磁极片11、21则被激磁为S极；

3、图4为时间t＝t+2/T时的转子位置，此时霍尔侦测元件52最接近S极磁铁的最大磁场位置，而送来信号变换磁极片21、22的极性，使磁极片12、22被激磁为N极，磁极片11、21则被激磁为S极；

4、图5为时间t＝t+3T/T时的转子位置，此时霍尔侦测元件51最接近S极磁铁的最大磁场位置，而送来信号变换磁极片11、12的极性，使磁极片11、12被激磁为N极，磁极片12、21则被激磁为S极；

5、时间t＝t+T时，转子回到图2的位置，此时霍尔侦测元件52最接近N极磁铁，而送来信号变换磁极片21、22的极性，使磁极片11、21被激磁为N极，磁极片12、22则被激磁为S极；

由于上述1-5的动作恰形成一循环，以时间T正好为任一线圈中激磁电流的方波脉波周期(如图6所示)，故两相激磁的电气相位角差为90°(1/4电气相位)，而机械角度相位差则为90°/n(＝3)＝30°(n为转子磁极对数)，在一完整循环周期中，共产生四次电气相位变化，以形成一个二相全波电动机的动作，由于采用两相全波式驱动电路控制两相激磁，可完全避免启动死角的问题，且由于两驱动电路的电气相位角差90°，可有效达到正、逆转控制及运转平顺的目的。

如图7所示，本实施例主要包含一定子线圈组6、一转子磁铁64、一电路板65、一轴管66及一底座67所组成。

如图8所示，定子线组6包含两导磁相61与62及一非导磁绝缘片63，导磁相61、62各包含两组磁极片611、612及621、622，其间夹合一线圈座613、623，各磁极片可为一体成形或由数片较薄的矽钢片叠合而成，主要用以将轴上绕线产生的转向磁通导至磁极片与转子磁铁64的径向气隙间，由于磁极片主要用以导引磁通，亦可以其他导磁材料形成，各导磁相61、62均包含6个径向凸极，此凸极数K亦可以为其他正整数，此凸极数K值需与转子的永久磁铁磁极数对应，其比值可为某一特定正整数或某一特定正整数分之一，而各导磁相的角位置间距则对应至不同的转子，磁铁64磁极数，线圈座613、623用以缠绕线圈以产生轴向的磁通，此线圈座以非导磁材料制成、且在线圈座613、623与非导磁绝缘片63的接合面凸设有柱614、624，该柱614、624可供非导磁绝缘片63的孔631对应结合，采用较佳的射出成形塑胶作为线圈座以缠绕线圈，非导磁绝缘片63设置在线圈座613、623之间以阻隔磁性通路、且其上可设有孔631，该孔631以借线圈座613、623的柱对应定位结合，其材料可为铜、铝、橡胶或其他非导磁材料，用以隔绝两导磁相间的磁路。

采用磁对称为3的转子磁铁，即可各导磁相的磁极数，转子磁铁磁极数＝1∶1的设计，如：为了降低电动机顿扭转矩，得到较佳的电动机工作特性，其比值亦可为分数比的设计，由于每相磁极数为6的导磁相，其全相位的机械角度为：90°/n(＝3)＝30°(n为转子磁极对数)，以导磁相62的磁极片611、612应固定在与导磁相61的磁极片621、622相差机械角度为30°的位置。

为了使导磁相61、62相互间的机械角位差被正确固定，在线圈座613、623设有槽供磁极片611、612及621、622容置，以及在线圈座613、623设有凸出的柱614、624，由非导磁绝缘片63的孔631，因此，二导磁相61、62间的磁极片机械角位差，就可以很正确地被固定、且可预期者，由线圈座613、623设计及在非导磁绝缘片63二表面设有凸出的柱，亦可以有相同的效果。

电路板65含有一驱动电路可分别驱动线圈613、623激磁，驱动电路采用霍尔侦测元件作为侦测器控制两组电晶体动作，与习用的无刷直流电动机驱动电路设计原理相同，其中驱动电路是利用两霍尔侦测元件做同步换相，两霍尔侦测元件间需特定的角位置差，以使驱动电路的各激磁相的时间相差为90°电气相位。

把定子线圈组6与电路板65借轴管66结合，且同轴固定在底座67上，再将转子磁铁64借轴杆641同轴结合，即可再受磁力矩时相对于定子转动，而形成多相主轴电动机结构。

Claims (8)

1、一种改良的多相主轴电动机，包含具有径向凸极的两导磁相，一转子磁铁及一具有两组侦测元件的电路板，其特征是：每一导磁相均包含两组磁极片及一组线圈，又在两导磁相间还设有非导绝缘片及两导磁相的磁极片成固定机械角位差，转子磁铁与导磁相同轴、且包含数对磁极；两侦测元件的位置相互成固定的机械角位差。

2、按权利要求1所述的改良的多相主轴电动机，其特征是：所述线圈以轴向绕线方式缠绕在线圈座上。

3、按权利要求1所述的改良的多相主轴电动机，其特征是：所述两导磁相的磁极片的位置相互成固定机械角柱差数值为360°/n×1/4。

4、按权利要求1所述的改良的多相主轴电动机，其特征是：所述凸极数目与转子磁极数目的比值为正整数或正分数比。

5、按权利要求1所述的改良的多相主轴电动机，其特征是：所述磁极片由数组薄矽钢片叠合形成。

6、一种改良的多相主轴电动机，包含两导磁相、一转子磁铁及具有侦测元件的一电路板，其特征是：每一导磁相各以线圈座二端面嵌设一磁极片，两导磁相的磁极片相互成固定机械角位差，又两导磁相之间设有非导磁绝缘片，转子与两导磁相同轴、且包含数对磁极。

7、按权利要求6所述的改良的多相主轴电动机，其特征是：所述两导磁相的线圈座与非导磁绝缘片接触的端面设有相互嵌合的柱及孔。

8、一种改良的多相主轴电动机，包含两相以上的导磁相、一转子磁铁及具有侦测元件的一电路板，其特征是：侦测元件与导磁相数目相同、且每个侦测元件的位置相互成固定机械角位差。

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