CN113489176A - 跑步机直流无刷电机控制系统及采用该系统的跑步机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了跑步机直流无刷电机控制系统及采用该系统的跑步机，包括设置在外壳内壁上的定子机构，定子机构包括有与外壳的内壁固定相连的铁芯，定子机构还包括有转动套设在铁芯外部的外筒，外筒的内部沿其轴向开设有三个螺纹槽，三个螺纹槽沿外筒的径向平行设置，内侧的螺纹槽与外筒的内壁相通，螺纹槽的底端开设有三个环形槽，并且三个环形槽分别与三个螺纹槽相连通，铁芯的内部中心处开设有凹槽，铁芯的内部还开设有与凹槽相通的竖向滑槽，竖向滑槽沿铁芯的径向向外延伸并与外筒内壁相通。本发明通过外筒相对铁芯进行旋转来驱动定子绕线在螺纹槽与环形槽内部切换运动，以使改变定子绕线匝数的疏密程度，进而达到调整电机转速的目的。

Description

跑步机直流无刷电机控制系统及采用该系统的跑步机
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及跑步机直流无刷电机控制系统及采用该系统的跑步机。
背景技术
直流无刷电机的转速控制一般都是通过在无刷电机控制器内部设定速度，但是通常只设定一种速度，但是跑步机需要对电机设定多种不同的速度，以满足人们的健身需求。显然现有的直流无刷电机无法直接应用于跑步机。现有技术中公开了申请号为200610036508.2，名称为一种直流无刷电机的速度控制系统的专利文献，其提供一种结构具有速度设定和选择功能的直流无刷电机的速度控制系统。但是其采用的是设计专用的速度电路，利用速度设定电路的拨码盘向微处理器输入不同信号，微处理器电路利用对照表寻找到对应的运行速度值，进而控制直流无刷电机按选定的速度值运行。如何在不增加电路情况下，通过改变定子绕组的结构来实现对电机转速的控制是本领域亟待解决的一个技术难题，鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种跑步机直流无刷电机控制系统及采用该系统的跑步机，通过调整定子绕线的匝数的疏密程度来实现调整电机转速的效果。
本发明提出一种跑步机直流无刷电机控制系统，包括设置在外壳内壁上的定子机构，定子机构包括有与外壳的内壁固定相连的铁芯，定子机构还包括有转动套设在铁芯外部的外筒，外筒的内部沿其轴向开设有三个螺纹槽，三个螺纹槽沿外筒的径向平行设置，内侧的螺纹槽与外筒的内壁相通，螺纹槽的底端开设有三个环形槽，并且三个环形槽分别与三个螺纹槽相连通，铁芯的内部中心处开设有凹槽，铁芯的内部还开设有与凹槽相通的竖向滑槽，竖向滑槽沿铁芯的径向向外延伸并与外筒内壁相通，三个螺纹槽的内部设置有由弹簧和定子绕线组成的螺纹线，三条定子绕线的顶端形成一股总线，该总线穿过竖向滑槽后延伸至凹槽内，竖向滑槽的内部滑动连接有硬质导向管，并且硬质导向管固定套接于总线上，通过外筒相对铁芯进行旋转来驱动定子绕线在螺纹槽与环形槽内部切换运动，以使改变环形槽内部相邻两匝定子绕线之间的间距。
优选的，定子机构共设置有十二组，并且十二组定子机构环形分布在外壳内壁上，每组中共设置有五个定子机构，五个定子机构沿外壳的轴向等间距分布。
优选的，每组中的五个定子机构上的外筒同步进行转动。
优选的，每组定子机构中的外筒外侧均固定套接有环形齿轮，多个环形齿轮通过传动带啮合连接。
优选的，外壳的内侧固定连接有电机，电机的输出端驱动连接有传动盘，传动盘通过轴承与外壳内壁转动连接，传动盘的侧面边缘处固定连接有环形齿条，每组定子机构中最末端的外筒上固定套接有与环形齿条相啮合的从动齿轮。
优选的，铁芯的底部固定连接有挡板，外筒通过轴承与挡板转动连接，弹簧的底端与挡板固定连接，三条定子绕线的底端形成一股铜线后从挡板内引出，三条定子绕线的顶端依次通过铜线相连后从内侧的定子绕线的右侧引出一条总线，该总线在凹槽内向下延伸穿过挡板的内部引出，任一相邻的两个挡板内部引出的定子绕线相互连接。
本发明还提出一种直流无刷电机，包括有设置于外壳内部的转子，转子的一侧固定连接有电机轴，电机轴延伸至外壳的外部并与外壳转动连接，还包括有上述提出的控制系统，转子的另一侧与传动盘侧端面固定连接。
本发明还提出一种跑步机，该跑步机包括有如上述提出的一种直流无刷电机。
与现有技术相比，本发明中的有益效果为：
本发明通过外筒相对铁芯进行旋转来驱动定子绕线在螺纹槽与环形槽内部切换运动，以使改变环形槽内部相邻两匝定子绕线之间的间距，即改变定子绕线匝数的疏密程度，使定子产生的磁场强度改变，而磁场强度的变化使得作用于转子的磁通量变化，进而改变转子的转矩，最终改变电机的转速。通过上述机械结构的设计可以根据实际需要对电机设置更多的转速值，使其能够更好的应用于跑步机上。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明直流无刷电机的结构示意图；
图2为本发明直流无刷电机沿径向剖切后的示意图；
图3为本发明直流无刷电机沿轴向剖切后的示意图；
图4为本发明多个定子机构的连接装配示意图；
图5为图4中的三维剖面结构示意图；
图6为本发明单个定子机构沿径向剖切后示意图；
图7为本发明单个定子机构沿轴向剖切后示意图。
图中：1、外壳；2、转子；3、电机轴；4、传动盘；5、电机；6、环形齿条；7、定子机构；8、外筒；9、铁芯；10、挡板；11、环形齿轮；12、传动带；13、从动齿轮；14、螺纹槽；15、环形槽；16、弹簧；17、定子绕线；18、凹槽；19、竖向滑槽；20、硬质导向管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例中公开了一种跑步机直流无刷电机控制系统，如图2-7所示，包括设置在外壳1内壁上的定子机构7，定子机构7包括有与外壳1的内壁固定相连的铁芯9。
如图3、图6、图7所示，本实施例中的定子机构7还包括有转动套设在铁芯9外部的外筒8，外筒8的内部沿其轴向开设有三个螺纹槽14，三个螺纹槽14沿外筒8的径向平行设置，内侧的螺纹槽14与外筒8的内壁相通，螺纹槽14的底端开设有三个环形槽15，并且三个环形槽15分别与三个螺纹槽14相连通，铁芯9的内部中心处开设有凹槽18，铁芯9的内部还开设有与凹槽18相通的竖向滑槽19，竖向滑槽19沿铁芯9的径向向外延伸并与外筒8内壁相通，三个螺纹槽14的内部设置有由弹簧16和定子绕线17组成的螺纹线，弹簧16可以使定子绕线17保持缠绕状态，三条定子绕线17的顶端形成一股总线，该总线穿过竖向滑槽19后延伸至凹槽18内，竖向滑槽19的内部滑动连接有硬质导向管20，并且硬质导向管20固定套接于总线上，本发明通过外筒8相对铁芯9进行旋转来驱动定子绕线17在螺纹槽14与环形槽15内部切换运动，以使改变环形槽15内部相邻两匝定子绕线17之间的间距，具体的，外筒8在旋转时通过螺纹槽14的作用，使定子绕线17和弹簧16形成的螺纹线向下移动并挤压在环形槽15的内部，环形槽15内相邻两个定子绕线17之间的间距缩小，形成匝数密集状态，铁芯9产生的磁场增大，作用于转子2的磁通量越大，转子2的转矩增大，转速减小。
作为优选的实施例，如图2、图4所示，本实施例中的定子机构7共设置有十二组，并且十二组定子机构7环形分布在外壳1内壁上，每组中共设置有五个定子机构7，五个定子机构7沿外壳1的轴向等间距分布。每组中的五个定子机构7上的外筒8同步进行转动，具体的，如图4所示，每组定子机构7中的外筒8外侧均固定套接有环形齿轮11，多个环形齿轮11通过传动带12啮合连接。而外壳1的内侧则固定连接有电机5，电机5的输出端固定连接有传动盘4，传动盘4通过轴承与外壳1内壁转动连接，传动盘4的侧面边缘处固定连接有环形齿条6，每组定子机构7中最末端的外筒8上固定套接有与环形齿条6相啮合的从动齿轮13，电机5驱动传动盘4旋转，传动盘4通过环形齿条6带动从动齿轮13旋转，从动齿轮13带动单个的外筒8旋转，通过环形齿轮11和传动带12的配合使多个外筒8同步转动。
再次参照附图7，铁芯9的底部固定连接有挡板10，外筒8通过轴承与挡板10转动连接，弹簧16的底端与挡板10固定连接，三条定子绕线17的底端形成一股铜线后从挡板10内引出，三条定子绕线17的顶端依次通过铜线相连后从内侧的定子绕线17的右侧引出一条总线，该总线在凹槽18内向下延伸穿过挡板10的内部引出，任一相邻的两个挡板10内部引出的定子绕线17相互连接。
本发明中直流无刷电机控制系统的工作原理为：启动电机5，电机5驱动传动盘4旋转，传动盘4通过环形齿条6带动从动齿轮13旋转，从动齿轮13带动单个的外筒8旋转，通过环形齿轮11和传动带12的配合，使多个外筒8一同转动。外筒8在旋转时通过螺纹槽14的作用，使定子绕线17和弹簧16形成的螺纹线向下移动并挤压在环形槽15的内部。定子绕线17和弹簧16的顶端向下移动，其顶端通过硬质导向管20在竖向滑槽19内滑动，定子绕线17和弹簧16的底部的线匝在不断脱离螺纹槽14后会在环形槽15内形成匝数密集的状态，定子绕线17在铁芯9上所缠绕的匝数越密集，则产生的磁场强度越大，作用于转子2的磁通量越大，转子2的转矩减大，转速减小。启动电机5进行反转，可使定子绕线17的匝数由密集向稀疏状态变换，定子绕线17在铁芯9上所缠绕的匝数越稀疏，则产生的磁场强度越小，作用于转子2的磁通量越小，转子2的转矩减小，转速则相应的增大。
本发明还提出一种直流无刷电机，直流无刷电机由设置于外壳1内部的转子2和定子机构7组成，其中转子2的一侧固定连接有电机轴3，电机轴3延伸至外壳1的外部并与外壳1转动连接，而定子机构7内部则包括有上述提及的转速控制系统，转子2的另一侧与转速控制系统中的传动盘4侧端面固定连接。
另外，本发明提出的直流无刷电机应用于跑步机上，通过调整定子绕线17匝数的疏密程度以达到调整电机转速的目的，进而使跑步机可以有多个转速档位，进而满足人们的健身需求。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流无刷电机控制系统，包括设置在外壳(1)内壁上的定子机构(7)，定子机构(7)包括有与外壳(1)的内壁固定相连的铁芯(9)，其特征在于，定子机构(7)还包括有转动套设在铁芯(9)外部的外筒(8)，外筒(8)的内部沿其轴向开设有三个螺纹槽(14)，三个螺纹槽(14)沿外筒(8)的径向平行设置，内侧的螺纹槽(14)与外筒(8)的内壁相通，螺纹槽(14)的底端开设有三个环形槽(15)，并且三个环形槽(15)分别与三个螺纹槽(14)相连通，铁芯(9)的内部中心处开设有凹槽(18)，铁芯(9)的内部还开设有与凹槽(18)相通的竖向滑槽(19)，竖向滑槽(19)沿铁芯(9)的径向向外延伸并与外筒(8)内壁相通，三个螺纹槽(14)的内部设置有由弹簧(16)和定子绕线(17)组成的螺纹线，三条定子绕线(17)的顶端形成一股总线，该总线穿过竖向滑槽(19)后延伸至凹槽(18)内，竖向滑槽(19)的内部滑动连接有硬质导向管(20)，并且硬质导向管(20)固定套接于总线上，通过外筒(8)相对铁芯(9)进行旋转来驱动定子绕线(17)在螺纹槽(14)与环形槽(15)内部切换运动，以使改变环形槽(15)内部相邻两匝定子绕线(17)之间的间距。
2.根据权利要求1所述的一种直流无刷电机控制系统，其特征在于，定子机构(7)共设置有十二组，并且十二组定子机构(7)环形分布在外壳(1)内壁上，每组中共设置有五个定子机构(7)，五个定子机构(7)沿外壳(1)的轴向等间距分布。
3.根据权利要求2所述的一种直流无刷电机控制系统，其特征在于，每组中的五个定子机构(7)上的外筒(8)同步进行转动。
4.根据权利要求3所述的一种直流无刷电机控制系统，其特征在于，每组定子机构(7)中的外筒(8)外侧均固定套接有环形齿轮(11)，多个环形齿轮(11)通过传动带(12)啮合连接。
5.根据权利要求4所述的一种直流无刷电机控制系统，其特征在于，外壳(1)的内侧固定连接有电机(5)，电机(5)的输出端驱动连接有传动盘(4)，传动盘(4)通过轴承与外壳(1)内壁转动连接，传动盘(4)的侧面边缘处固定连接有环形齿条(6)，每组定子机构(7)中最末端的外筒(8)上固定套接有与环形齿条(6)相啮合的从动齿轮(13)。
6.根据权利要求5所述的一种直流无刷电机控制系统，其特征在于，铁芯(9)的底部固定连接有挡板(10)，外筒(8)通过轴承与挡板(10)转动连接，弹簧(16)的底端与挡板(10)固定连接，三条定子绕线(17)的底端形成一股铜线后从挡板(10)内引出，三条定子绕线(17)的顶端依次通过铜线相连后从内侧的定子绕线(17)的右侧引出一条总线，该总线在凹槽(18)内向下延伸穿过挡板(10)的内部引出，任一相邻的两个挡板(10)内部引出的定子绕线(17)相互连接。
7.一种直流无刷电机，包括有设置于外壳(1)内部的转子(2)，转子(2)的一侧固定连接有电机轴(3)，电机轴(3)延伸至外壳(1)的外部并与外壳(1)转动连接，其特征在于，还包括有权利要求5或6所述的控制系统，转子(2)的另一侧与传动盘(4)侧端面固定连接。
8.一种跑步机，其特征在于，包括有如权利要求7所述的一种直流无刷电机。
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