CN1161764A - 电子换向磁阻电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的电机有可使其运行以非常简单的电子电路实现的磁路。这种电路有4个U形轭(11，12)，构成八个非均匀分布的极(111)，一元极转子(2)在这些极之间旋转。该电机通过两个功率二极管(21)和一个霍尔传感器(31)控制。主绕组(112)关闭时产生的去磁能量通过耦合二极管(22)传输到下一相(Y)的次绕组(113Y)，作为预激磁能量。这种廉价、简单、噪音低、适合于高转速的电机可用于气体和液体泵和鼓风机。

Description

电子换向磁阻电动机
本发明为具有绕组式磁轭的新型直流电动机，其中，驱动电动机的旋转磁场由磁轭绕组的电子换向所产生。
与众多电子换向电动机不同，本发明的电动机不需要用以产生有效转矩的永磁铁，因此本发明的电动机比一般的同类电动机的制造费用更低。
这种电动机例如可从英国Messrs.Tasc传动设备有限公司的说明书中了解到。这种电动机有8个定子极，以及在该定子内转动的一个6极转子。对转子励磁的磁通经两个相对安放的极，穿过定子圆周的一半及转子直径，它因此在相当大的长度上是穿过无绕组铁轭，只是造成了损耗。
DOS 2953032/79的图1示出的一种电动机具有3个相互绝缘的绕组式定子轭。由于由它们按相互分开120°布置，并非对置，因此有大的径向力作用在转子上，导致轴承过早地磨损。
本发明的技术问题是要给出如何制造一些不同型式的电子换向电动机的几种可能性，并且提供关于磁路及换向回路的通用解决办法，以达到制造低耗、低成本及重量轻的电动机的目的。
技术问题的解决在独立权利要求中讲述，而制造的细节在从属权利要求或图示中讲述。
下面是一些一般理论考虑：
长时期来，相应于本发明的电子换向磁阻电动机被认为不如永磁铁励磁的电动机优越，这是由于磁轭磁化能不是来自永磁体，而是每当电磁极要吸引转子极时，该能量必须以电的形式供给。根据本发明的讲述，该能量周期性恢复并传输到接着起作用的轭，其原因在于一个轭11Y的去磁能量产生的自感应电压Ua以预磁能的形式传输到后面的轭11X。由于这一点，实现了节能(高效率)并在转子的极离开刚被断开的极而接近的轭中迅速提高磁通。
为了供更好地理解本发明，现定义了图的参考编号的编号体制，其中参考编号的开始的数字说明标示零部件所属的组别：详细做法如下：
-产生有效转矩的电动电路的零件标记开始的数字为1；
-电动机绕组的控制电路的零件标记的开始数字为2；
-用于检测转子极相对于电磁励磁电路极的位置的电路的零件标记的开始数字为3；
-使转子转到起始位置的磁路的零件(不是所有的型式的电机都有)标记的开始数字为4。
原则上讲，所有这些组成部件在许多现有技术的不同形式中都有，并且仅是在经过有效组合，使它们与磁动回路(铁轭和绕组)相互作用而取得主要的新奇特点这个意义上说组成本发明的主题。驱动磁路的特点是，在线绕磁轭的一侧(并尽可能在转子一侧)，采用了尽可能短的磁路(理解为磁力线)。至少线绕磁轭的磁路的50％长度位于有电流流过的绕组内部，从而有利于提高励磁通量。在最理想的情况下，可能出现绕组占轭11的90％长度。线绕轭(或多个轭)相对转子对称布置，因此，不产生径向磁力，只产生转矩。
图1示出根据本发明的一个电动机的总视图，作为一个非限制性的实施例。该电动机磁路由两个水平U形磁轭11X及两个垂直磁轭11Y组成，在这种情况下，4个轭是相同的。每个轭各有两个极111，它们都指向转子，并且当电流经过主绕组112或经过次绕组113时，呈现南北极性。
因此，有8个极组成一个圆的圆周各部分，围在轴向旋转的转子周围。转子有6个极121，它们由一个小的气隙与外面的极111隔开，并组成一个大体与极111的表面对应的表面，其宽度则大体上与轭11的两个腿的开口相对应。
从图1可以推断，当4个转子极121与垂直轭111Y的4个极111对置时，则其余外部水平极111X位于与极121的极空隙122对置。转子极121由一个公共的转子轭123互联，因此，这些部件仅是转子12的叠片组件，它由冲压的带有缺口的圆形电磁金属片组成。这些部件借助一个弹性部件53装在转子轴52上。这个部件例如可以是用有弹性的塑料制成，它的作用是减弱转子的振动或者减轻其重量。如果转子叠片12的中心孔直接压到转子轴52上，该构件53可以被省去。
线绕轭11可以由U形金属叠片形成，叠片的厚度根据电动机转速(换向频率)选择。
轭11叠片的厚度及转子叠片的厚度的标准值由0.1mm到1mm，其中薄层片适合于高转速(50,000转/分钟)，厚层片用于大约情况为500-1000转/分钟的转速。
对于线绕轭11和转子12的最便宜的材料，推荐采用(用于变压器的)硅钢片。对于线绕轭11也可以用具有从优取向的晶粒定向硅钢片，形式为冲出的U形薄片(在此情况下，从优方向平行于U形结构的两个腿)。或为磨光的截割铁芯(同具有绕带截剖面的带变压器的情况)。但是这种办法更贵。在任何情况下，轭的断面是长方形的，当用较粗的导线缠绕时(大约1mm2的截面积)，可能出现问题。
在一个特殊实施例中，薄叠片间的绝缘层有弹性，它可以减弱磁致伸缩振动或可用以封闭叠片包。绕组被滑动地装到U形轭上(该U形轭最好是预加工好的)，每个轭至少有一个主绕组。这些绕组可以是用漆包绝缘线，用通常的办法制成，用或不用线圈架(用自粘结导线)，见图2。在一个普通绕组中，次绕组113用较细导线制成，可以在线圈架114上绕于主绕组112下面。但是，根据本发明，采用了带式绕组，更准确地说采用的是绝缘的或无绝缘的铜或铝带。当用后者时，主绕组带与绝缘膜115(如用聚脂膜)的一面相贴，该绝缘膜比导电带宽一些，因此可以避免金属绕组带绕成的螺旋状的边缘间的短路，见图3。
一个特别好的办法是同时制作主绕组112及具有较小断面的次绕组113。在这种情况下，绕组带的厚度相同，但宽度不同，它们被隔开一合适的距离，平行地绕在相同的足够宽的绝缘膜115上。由于制作这些绕组的技术来源于制作电容器和变压器，因此，我们不讲述有关制作这些连接结构及无线圈架线圈固定的任何细节。图2和图3所示的两个绕组滑动地插到轭111的两个腿上，并可根据要求连结起来。这样，马达磁路1由各带两个铁芯11X和11Y的线绕轭11、8个主绕组112，并且还可能有8个次绕组113，以及转子12组成。
当单独来看一个轭11及二个转子极121，及轭123的连接这些极的部分，且电流通过这两个绕组112时，产生对应于图1中虚线的磁通，因此，这个磁路类似于一个电动剃刀的摇动电动机磁路。
当转子的极121不面对外部磁轭的极111X(见图1)，并且当轭11X静止时，由于电流流过，极111X将吸引转子极122，产生一转矩，使转子12旋转大约30°。为了使这些离散的30°运动变为连续转动，必须实现在X轴和Y轴方向绕线的轭按相应顺序通电，该顺序由转子位置检测电路3及电子控制电路2来调整，并且转换为绕组控制信号。
转子位置检测电路3在转子转过30°后给X轴的绕组发出断开信号，而给Y轴的绕组发出接通信号，它由一个多极磁盘32组成，如图4所示，该磁盘有6对板，并装在转子上，磁盘在一个静止的霍尔传感器31前转动，为了找到一个最佳工作点，该传感器的位置可以适应功率控制或适应转动的变化。当磁盘32的极在霍尔传感器31(带有数字输出)前连续移动时，则随转子的位置而定，在传感器输出端出现一个逻辑信号“低”或“高”，见图5。
绕组112和113的控制电路2主要由两个功率晶体(最好是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)21X、21Y，它们与主绕组112X或112Y，电机外面的电源相串联，见图6。绕组112或113X(或Y)位于对置的轭上，可根据电机工作电压电平，串联或并联。
晶体管21X和21Y由转子位置检测电路3的一个简单电子电路作推挽模式控制，因此，当霍尔传感器的输出是“高”时，晶体管21X导通，当霍尔传感器31的输出指示“低”时，晶体管21Y导通。水平绕线的轭11X或垂直轭11Y顺序被磁化，以在极111上产生使转子转动的旋转磁场。
晶体管21X、21Y的漏极与绕组112X及112Y的连接点上的正电压(与0＝负比较)在图7中用连续线画出。通过主绕组112的电流由于电感绕组的影响有图7中虚线表示的变化过程。因此，在初始相位电流缓慢上升，有效驱动磁通也以类似的形式上升。当绕组断开以后，在该绕组上产生一个比电动机额定电压Un高很多的电压Ua，它形成损耗的能量，并可导致晶体管21损坏。这个自感电压Ua如果加到即将接通的绕组上，则可以被转换为有用的能量。
从图6a可以很清楚，这时必须借助一个耦合二极管22，当绕组112X被切断时，产生一个正的过电压，该二极管将该电压供到绕组112Y上(或反之)。去耦合二极管23用来防止自感电压Ua供到电压源的正极。但是，这个电路有一个缺点，即自感电压Ua的电路由晶体管21或电流源来闭合。如果用位于同一轭11上的次级绕组，可以避免这一缺点，见图6b。自感电压Ua在主绕组112X中产生(作为源)，并供到作为接受者的垂直轭次绕组113Y。因此，借助主绕组112X的自感过电压Ua，在次绕组113Y中产生一个有用电流，并因此在该绕组所缠绕的轭11Y中产生磁通。在次绕组113Y产生电流的同时，额定电压UN送到主绕组112Y，因为在阻断晶体管21X的同时，晶体管21Y导通。在次绕组113Y中快速升高的瞬态电流的作用与主绕组112Y中的持续比较长，但升高较慢的电流相加，这样导致通过垂直轭的磁通比较快地增加，从而，增强激励效果。重复上述的动作，可使转子12连续转动，因此，当每对轭收到6个控制脉冲，转子就转动一整周。最佳切换点可以通过改变霍尔传感器31相对于轭11的位置来实现。
电动机的磁性元件和电气元件可以固定在由塑料材料或适当的非磁性金属模铸的机架5上，见图1和图8。这个机架可以制成很不相同的形式，但是它主要应具有凹槽来安装轭11以及电动机轴的轴承54。
机架5用作冷却器，通常它也可装上功率晶体管21、二极管22和23以及其它机械和电气元件(底盘、霍尔传感器等)。功率晶体管21栅极触发所需要的较高电压可以由自感电压Ua峰值的积分而取得。
为了能较好地理解，我们将从图1a开始，它是图1的放大详图。图1和图1a将与图6c联系起来考虑。图6c是图6b的改进的详图。
根据图1，当4个转子极近似与极111Y相重合时，其相关主绕组112Y被断开，导致立即出现高的自感电压Ua。该电压被送到次绕组113X，同时主绕组112X由电源供电。属于这些绕组的4个极111X被很快磁化，从而能够吸引四个转子极121，其中的两个刚刚从断开的轭11Y的两个相应的极离开。发生这一情况的先决条件是111X锐角尖端位于极111Y的相应尖端附近，因为否则水平轭的极111X的磁化强度就不能在合适的时间对转子极施加吸引作用，因此绕组112X和113X中的电流将平稳升高，但没有任何有用的作用。
为了用图解说明这些因素的重要性，在图1a中，极111X和111Y的外角之间的用角“U”表示的距离比图1中所示距离减小了。这个距离必须根据有关电动机的机电参数进行优化，它至少为轭11和转子12之间空隙的3至4倍，以避免由于轭11X和11Y的直接接触而发生磁损耗。轭11的先后安装以及转子与固定支架的连接最好在绕组和转子之间的区域内进行，在那里振动水平低。
图6c图示出一个运转的电动机的完整电路图，其中绕组112和113旁的点线表示它们的起端，112X例如表示轭11X的可以串联或并联的4个主绕组。
这里只需要2个耦合二极管22，将自感电压Ua送到次绕组113的起端。二极管24把峰值电压Ua传送到电容器25。该电容器在启动电动机后，用高于供电电压Ubat的电压充电，并且保证晶体管21Y、21X的栅极控制电路的供电。该电压由齐纳二极管26限制。当开关27闭合时，霍尔传感器31通电，霍尔传感器的数字输出连接到晶体管21Y的栅极，逻辑信号“高”或“低”出现，它决定于在霍尔传感器31前出现的多极磁盘32的是北极还是南极。这个逻辑信号也加到信号转换晶体管28，该晶体管在信号“高”出现在晶体管21Y的栅极时，将“低”信号加到晶体管21X的栅极。在霍尔传感器31上面的箭头指出该传感器相对其支架来讲是可移动的。因此可以改变当多极磁盘32转动时产生的逻辑信号的相位。也可以通过改变供电电压而不改变控制信号的相位而实现电动机转动速度的控制。也可以由改变晶体管21的电阻，从而控制栅极电压，来改变转动速度。但是这种控制是不利的，因为它引起电欧姆损耗，损坏晶体管，因此仅用于低功率的情况。一种两步控制方法可以由增加电动机的欧姆电阻来实现。如图6d所示，例如将并联绕组的一半分开。在要求电动机满输出时，要同时控制通过晶体管21、21’并联的绕组112、112’。如果希望输出减小，晶体管21’不再被触发，绕组112’保持不运行。因此，电动机以较高损耗和减小的输出运行。图6e给出更广泛的输出控制的改进型式。
另外两个半导体模块(这里指双极晶体管)被加到电动机的控制电路中，它们起着稳流二极管的作用，使绕组产生的自感电压复原，但是这一次是可控的。图5b示出与转子角有关地使自感电压Ua返回的晶体管21和晶体管211的控制信号。在图5b的横座标上，给出霍尔传感器的输出信号，它对应转子角30°，并且具有同加到晶体管211Y基板的电流脉冲相同的持续时间。加到MOFSET晶体管21Y上用以控制输出的正电压脉冲的持续时间在下面的横座标以两个变化形式给出，图中只有在满负荷时，这个持续时间才达到30°。在第一种变化形式A中，晶体管21和211同时导通，它发生在霍尔传感器的输出逻辑信号由“低”变为“高”时。在负荷不满的情况下，在霍尔传感器再次切换到“低”以前，即在转子完成30°角转动以前，晶体管21Y不导通。晶体管21的阻断例如也可以发生在达到电流极限值或极限转速(换向频率)时。当发生这种情况时，自感电压Ua不马上加到次绕组113X，这是由于晶体管211Y把这一电压传导到供电电压Ubat的正连接线。连续吸引转子极121的轭11Y的去磁因而被限制。当转子转的角达到30°时，即当晶体管211Y的基极电流停止，并且霍尔传感器31的输出呈现逻辑电平“低”，剩余电流停止通过晶体管211Y，自感电压Ua被加到次绕组113X。同样地，但是在转子角移过30°例如为30-60°而不是0-30°时，在Y轴上发生的这种情况同样在水平轭11X重复发生，即晶体管21X和211X变为导通，这是由于霍尔传感器输出端的逻辑信号变为“低”而不是“高”。因此，利用这种形式的控制，在可变角度最大达30°情况下以与转子角相关的方式，实现晶体管21X、211X的控制，所以不是象不可控电机那样为一个固定的30°孔径角。
利用这种改变晶体管21的断开时间的方法，电机电源及电动机输出得到控制。按照图5b中描述的变化形式B，在一个30°转子角内，通过晶体管21X、21Y的重复电流导通达到同样的效果。这是用晶体管21控制信号的一个合适的频率作脉冲宽度调制(L＝脉冲，l＝间隔)，达到的。晶体管21Y的电流导通时间用一个粗线表示，晶体管21X的电流导通时间用虚线表示。尽可能将所有电动机电子元部件集成在一个电路板上是有利的。
图1和图8中可看到的轭11的安装(由于转子和线绕轭之间的狭空气隙)是重要和严格的。在此看得很清楚，轭11的两侧(如果可能，在距轴的两个不同距离上)具有凹槽或半圆形的高出部116，它们可通过合适的配合件55，匹配地(垂直于图面)插入。这些配合件构成与前述凹槽116相反的形状，并且是在底盘57上安装的附件56的一个组成部分。
这些轭因此可以可靠地作径向安装，保证相对于转子12的距离相同(恒定空气隙)。轴承盖58及反轴承(Gegenlager)54’在轴向和径向固定到机架5上，保持轭11就位，在轴向不能移动，有了这些元部件，电动机就可以运转了。
运行模式
当电动机连到具有电压Un的电流源时，由于在霍尔传感器31的输出端将有一个信号水平“高”或“低”，电子电路2将把控制电压加到晶体管21之一的栅极上，例如加到21Y上。主绕组112Y被通电，并且将转子12从图1中所示的初始位置，通过转30°到极111X与121相对的一个位置。结果是，它从相对于Y轴的极的相对位置，来到一个相同的位置，但这是相对于X轴的。在到达这一位置以前，转子位置传感器3改变霍尔传感器31的输出端的逻辑电平，使晶体管21X导通，而晶体管21Y阻塞。上述运行重复进行，使转子连续转动并且在每对晶体管(X和Y)收到6个电流脉冲以后，相对于绕组轭11完成了一整圈转动。晶体管21的栅极连线连到负线，但不把电动机从电压源断开，可以停止或启动该电动机。如果霍尔传感器31是数字型的，逻辑输出信号的改变总是发生在转子极21相对于轭11的极111的相同相对角时，该位置定为角度零。为了控制输出功率或转动速度，可能需要改变这个角度，如改变±5°。这可以通过用机械方法改变霍尔传感器的位置，或借助一个外部磁场来影响它的切换点来达到。外部磁场(通过相移)改变多极磁盘32的交变磁场。
如果采用模拟霍尔传感器，这时在传感器输出端产生一个正弦信号代替图5中的方波信号。在这种情况下，当选择正弦曲线上任何一个点作触发换向的切换电压电平时，转换点可以相对于零随机改变。
如前所述，这个正弦曲线也可以移相，因此，在这种情况下有两种可能影响换向角。所提到的磁场的影响可借助于一个绕组或一个永磁铁达到。它们装在霍尔传感器附近。在这种情况下，通过绕组的电流总是恒定的。要改变转动，可以改变图5的逻辑信号，使晶体管21X在霍尔传感器的逻辑信号为“高”时导通，而不是在“低”时导通；或者由可转换到与前者比较有角位移的另一个霍尔传感器。
这里所示不同形式的无刷电动机，如果对电气部件加以保护，例如埋入合成树脂中便能浸入一种液体中运行，例如在燃料油中运转。也可用这些电动机实现没有任何空气隙密封的简单的泵。在这种情况下，整个电动机被放到一个加压的泵壳中。这种型式的电动机特别适合于驱动风扇和泵，尤其适用于电动机转子以及泵的转子带有液体转动的场合，见图8。在这种情况下，必须使转子腔对绕组或外部空间密封。这里的主要问题是密封圆筒形的空气隙，因为该气隙的径向尺寸的数量级为0.1毫米。
本发明借助于一种薄的，非磁性材料的圆筒形壳(塑料或用在液体状况下的聚合物材料)，或具有特殊电、磁特性的专门的钢解决这个问题。这些特殊电、磁特性例如可以从湿式异步电动泵的空气隙管得知。该圆筒形件自己不能承受压力；但是，它由外面的极111支撑，或靠在所述极之间的填充材料511部分支撑。这样，压力仅作用在圆筒形壳512对应于极111和填料部分511之间缝隙的不大于零点几毫米的面积上。当这样小的面积上承受到压力时，甚至于一个薄片(0.1毫米)也可以承受几十巴的压力。
如图8所示，根据本发明的方法组装电动机和泵，可以按照下面的详细叙述进行。
轭11从外面(从左侧)装到机架5上(机架用塑料或金属制成)，并且通过保持环或保持盖59装配。前面谈到的圆筒形转子腔的空间用例如聚合清漆、环氧树脂等密封。带有固定到左侧的多极磁盘32的转子12与其锁定啮合的泵转子62一起，装到电动机的轴12上；电动机轴12不必传送有效电动机转矩。装配以盖上泵的盖63而告结束，它也把轴承螺栓61’定中。已知关于泵的制造就不在这里讨论了，只是用箭头指出泵出的液体流动方向。霍尔传感器31位于泵的(干的)外部空间，并且用磁场可以透过的抗压薄壁与磁盘32隔开，磁盘位于“湿”转子空间中。
电动机或泵的轴52是由例如陶瓷管制造，其管孔供轴承螺栓54’和61’用。降低噪音的发生是通风口和鼓风机的主要问题之一，并且有时噪音是由传送到支架的转矩的波动产生的。为了消除这些缺点，可根据本发明实现电动机鼓风机的一种特殊变化形式，其具有的两个转子以相反的转动方向转动，因此电动机就没有能把力矩所致振动传送到支架上的固定部件。根据图10，带绕组112、113的轭11以及连带的电子元部件装到支架5上，这里，支架也连接到一个转轴52，该转轴最好有一个轴向孔。扇叶64同样固定到该支架上，当支架5向右转时，这些扇叶从右向左鼓风。在轴52的两端有轴承541或542。在左侧，这次轭与支架5不同，不装在轴承盖上，而装在一个保持环59上，转子12穿过该环。转子12带有扇叶641，当转子向左转时，扇叶从右向左鼓风。转子借助于轴承543在轴52上自由转动，不发生轴向移动。在轴52的内部，在一个绝缘管中，装有两个连到电动机引线的相互绝缘的刷521+、521-，它们由弹簧522向外推。这些刷子与两根固定的引线+、-相接触。引线与电源Ubat相连，将该电压传到旋转的电刷521+和521-。轴承541和542装在支架S上。
运行模式
当电动机接收到电流，带有风扇叶641的转子12及与轭11、支架5及叶片64装配在一起的外部转子组件开始作方向相反的转动(转子向左转、外部转子组件向右转)，并且旋转速度为+V、-V，因此，转子与外部转子组件之间的绝对转动速度为2V。这两个相反方向转动的部件的旋转速度将增加到装在两个转子上的叶片受到的空气阻力准确地等于电动机的转矩。这个有两个相反方向转动转子的鼓风机具有以相对低的转速的二级鼓风机的形式作用的优点，因此噪声电平低。但是对于该电动机，两个相反方向转动部分之间的设计转速(相对转速)将为2V。
与具有同样输出的常规单级鼓风机比较，其优点是明显的：
-没有反作用转矩，因此没有旋转振动传到支架S；
-该电动机设计成一双倍转速，具有同样输出，因而显著小和轻。
借助于这个原理，有可能代替轴向鼓风机而用带有径向风扇的两个相反方向鼓风机，因此在这种情况下轴向力得到补偿。如果想争取对这些电动机输出的控制，必须从外部对与外部转子组件11、5一起转动的晶体管21施加作用。可以用现有技术中的合适的电子装置从外部不使用电连接而例如以磁的形式，利用发射绕组和一个接收器，或以光学办法，来接收控制信号。这种形式的电动机(或这种类型的泵)工作原理简单，即基于由电磁极连续吸引转子极，也可以用不同数量的轭来达到，例如6或8个，而不是4个，同时相应地增加转子的极。也可以用多相办法达到，例如用了相R、S、T，它们等距布置，因此是以120°电角度布置，而不是以迄今的180°布置。
当转子极或电磁极装配方便时，也可以用其腿轴向布置而不是切向布置的“U”型轭。在这种电动机中，也可以不需要转子位置传感器；但这表示必须根据下列原理采用复杂一些的电子启动和运行程序：
-在启动电动机以前，电信号被送入绕组，该信号随绕组电感的大小而变，前者依赖于转子的位置，因为它引起受到影响的轭的磁路的磁阻(导磁率)。
-一电子逻辑电路比较这些修正过的信号，并由此来确定转子位置，使在该电路的输出端出现晶体管21X或21Y的控制信号。
-与导通的晶体管串联的绕组被触发，并使感应激磁的转子转动。
-当如此被激磁的转子极接近无电流轭极时，在该极中感生一个电压，该电压由对该绕组(相)供给额定电压的一个电路来估计，使转子可继续被吸引。这些动作重复进行，使得转子如同是在一个转子位置检测传感器的控制下转动。
一旦电动机开始转动，也有其它的一些自动控制换向的可能性存在，例如当通过该绕组的电流超过最大值或预先定值时，断开绕组；当在电动机正常运行的过程中达到这样一个值时，表明转子极121已经被属于该绕组的极111吸引。
断开一个绕组(例如112X)，便将通过电子逻辑电路接通下一绕组，如112Y(可能在预定延时以后)。轭对X-Y，X-Y，或R-S-T，R-S-T…(有3个(或更多)相存在)的连锁循环控制，如果可以由转子位置检测传感器来控制，或者与电动机参数(电流、感应电压)相关地加以控制。这个循环控制在一些情况下可以从外部加强，此时电动机以外部预定的转速运行。在这种情况下，晶体管21X、21Y由电动机外面的一个发生器产生的信号来控制。对于这种形式的控制，用一个异步电动机(鼠笼转子)而不用图1中所述的电动机是有利的。考虑到同样的电磁准则，这种型式的电动机也可以用放在一个杯形转子内部的轭来达到。
本发明的电动机的一种比较简单的改型示于图9。该电机只有两个对置的线绕轭11和一个与这些轭的绕组串联的功率晶体管21，并且仅有4个转子极121。电路对应图6a，但是没有轴“X”的元部件(轭11X，绕组112X、晶体管21X)。二极管22和23不再需要。该电动机的转子有2或4个转子定位磁体4，它们把转子移到启动位置。启动位置对应于晶体管21的当前的导通相或对应于转子极121不与轭11的极111重合的转子位置。这些磁体为了检测转子位置也可以触发霍尔传感器31，并且具有比较小的尺寸，因此其作用力与施加在转子12上的电磁力相比是很小的。
工作模式
由于定位磁体4在轭11的极的下面被吸引，故转子取上一节所述的位置，晶体管导通，轭11的极111被激磁并吸引离它最近的转子极121。当转子极121几乎与外部极111相重合时，磁体4之一将在霍尔传感器31前通过，并且改变传感器的逻辑状态，因此，绕组变为去磁。转子继续在惯性影响下运动，直到转子极121相对轭11的极的相对位置对应于启始位置。在到达这一位置的过程中，另一个磁体4将在霍尔传感器31前通过，并且改变传感器的逻辑状态，使上述运行重复进行，并使电动机运转。如果把问题进一步简化，可以制造一台与图9类似的电动机，但只有一个线绕U型轭，在其加长的U型腿之间有一些环形段，起极111的作用，具有两个极的转子121在其之间转动，而转子121每转一周间断地以对应两个电流脉冲的大约90°的有效转矩角起动两次。特别是对于较高电压级的电动机，可以不用MOFSET晶体管21而用其它半导体，如可控硅(也许是可由闸门电路断开(GTO)的可控硅)，双极晶体管等，同时用现有技术水平修改电子控制电路2。

Claims (41)

1.带有产生脉动磁场的线绕磁轭的电子换向磁阻电动机，转子在所述磁轭对面转动，所述转子的极被所述轭的极吸引，吸引用电子学方法实施，与所述转子极相对于所述线绕轭的极的位置相关，其特征是，所述线绕轭(111)的极及所述转子(121)的极成对地，径向对称地相对于电动机转动轴(52)布置；轭(11)的绕组(112，113)具有的长度至少为轭(11)的磁作用长度的50％，并且至少有一个主绕组通过功率晶体管(21)与直流电源串联，这里，可根据转子极(121)相对于轭(11)的极(111)的位置控制所述晶体管。
2.电子换向直流电动机，其特征为，该电动机至少有2个在电动机旋转方向上按角度布置的轭(11)，并且它所装的绕组(112)、轭(11)借助于耦合二极管(22)相互传送自感能量，该能量是在断开绕组(112)中一个绕组的操作中该绕组从电源断开时产生的。
3.根据权利要求1或2的电动机，其特征是，在主绕组(112X)中产生的自感电压被输送到轭(11Y)的次绕组(113Y)，该轭(11Y)在功能上是在轭(11X)之后。
4.根据权利要求1至3之一的电动机，其特征是，这种电动机有带有绕组(112)的4个U型轭(11)，它们在一个圆周上形成8个磁极(111)，在它们中间有一个具有6个凸起的极(121)的转子(12)在转动，转子极之间有非磁性气隙(122)，转子极(12)通过轭(123)互相连接。
5.根据权利要求1至4之一的电动机，其特征是，一相(Y)的磁化能向下一个起作用的相(X)的传输是与转子极(121)从极(111Y)向下一个要起作用的极(111X)的转换同步发生。
6.根据权利要求5的电动机，其特征是，选择极(111Y)和(111X)的横向端头间的距离，以便使其非常小，但是不引起可归因于此的任何明显的磁场损耗。
7.根据权利要求5或6的电动机，其特征是，轭(11Y)、(11X)共同安装在绕组和转子之间的区域内。
8.根据权利要求1至7任一的电动机，其特征是磁部件(11)、(12)借助于刚性的非磁性机架(5)被相互定位，所述机架在极之间具有带高出部(55)的中间块(511)，它们与轭(11)的极(111)联锁啮合，因此，在这些极(111)和转子轴(52)之间以最短路径建立了刚性机械连接。
9.根据权利要求8的电动机，其特征是，固定机架(5)还有其它功能元件，例如轴承支架(54)，底板(57)，泵的半外壳(51)，固定块(56)等，固定机架可以用作多功能部件。
10.根据权利要求1至9任一的电动机，其特征是，电动机在封闭的加压箱内浸入液体中运行，电动机的元部件由选择合适的材料保护，并且被包在一种可封装或埋入的材料中，如合成树脂。
11.根据权利要求1至9任一的电动机，其特征是，该电动机有从外面用薄壳(512)封闭的转子空间，所述壳(512)由塑料，聚合物或合成橡胶层或具有合适的磁或电特性的合金构成，在此情况下，该壳只在最小的中间表面面积上承受压力的作用，因为它的最大部分表面积受到外部电极(111)或极之间非磁性填充物的支撑。
12.根据权利要求1至11任一的电动机泵，其特征是，电动机的转子(12)直接与泵的转子(62)耦合，这些部件被装在一个轴(52)上，该轴最好用陶瓷材料制成，并且在轴承(54)之间转动。
13.电子换向的电动机，其特征是，转子(12)及外部转子用支架(5)组装，它们以相反方向转动，并且在转动过程中，产生一部分可用的电动机输出。
14.根据权利要求13的电动机，其特征是，电动机用于相反方向转动的鼓风机和泵，这里转子及外部转子组件(11，5)驱动液体位移部件(64，64’)。
15.根据权利要求14的电动机，其特征是，支架(5)与一个转动轴(52)是在一起的，轴可能有一个孔，并且在其两端有用以传输电动机所需能量的刷(521+、521-)及轴承(541，542)。
16.根据权利要求15的电动机，其特征是，具有移位部件(641)的内部转子(12)被横向引入到外部转子组件中(11，5，64)，并且通过轴承(543)与外部转子组件做相反方向转动。
17.根据权利要求16的电动机，其特征是，移位部件(64，641)是轴向、径向或对角方向的转子。
18.根据权利要求17的电动机，其特征是，输出功率控制从一固定部件出发，通过无电接触的操作进行，例如通过光电装置或电机的转动的电部件的磁场。
19.根据权利要求1、8或9的电动机，其特征是，该电动机有1或2个线绕轭(111)，在该轭的内部有一转子转动，该转子有2或4个凸出的极(121)，凸出极有辅助磁体(4)，用以预先设定转子的起始位置，并用于触发霍尔传感器(31)，因而用于检测转子的位置。
20.根据权利要求1至19任一的电动机，其特征是，在转子轴(52)和转子(12)之间装有一个弹性件(53)。
21.根据权利要求1至20任一的电动机，其特征是，该电动机有可磁化部件(1)，它们用具有磁特性从优取向的金属片制成。
22.根据权利要求1至21任一的电动机，其特征是，采用金属片叠片结构，它们借助一种有弹性的绝缘粘合剂互相粘合，甚至密封。
23.根据权利要求1至22任一的电动机，其特征是，该电动机的绕组至少有一个用螺旋绕制的金属带(112、113)制成，这些绕组用绝缘薄箔或涂于该金属带上的漆层相互绝缘。
24.根据权利要求1至23任一的电动机，其特征是，电动机有一个多极磁盘(32)，它固定到转子(12)上，磁盘在有数字或模拟输出的霍尔传感器(31)前面转动。
25.根据权利要求1至24任一的电动机，其特征是，用作触发晶体管(21)栅极的高于电动机的额定电压的电压是从绕组(112，113)的自感电压得到的。
26.根据权利要求1至25任一的电动机，其特征是，自感电压(Ua)峰存储在一个电容器(25)中，以得到晶体管(21)栅极的馈电电压。
27.根据权利要求26的电动机，其特征是，直接用位置检测传感器(31)输出端上的逻辑信号来触发晶体管(21Y)的栅极，并且通过借助晶体管(28)来改变逻辑电平的办法间接触发另一个功率晶体管(21X)。
28.根据权利要求1至27任一的电动机，其特征是，转动方向的变化是由倒换霍尔传感器(31)输出端上逻辑信号的转换，或者由切换与轭(11)有不同角位置的两个霍尔传感器(31)来实现。
29.根据权利要求1至28任一的电动机，其特征是，电动机的输出或转速控制是由功率半导体(21)触发信号的相移来实现的；其特点还在于这是由对霍尔传感器(31)的作用来实现的，通过对其的移动或施加一磁场。
30.根据权利要求1至29任一的电动机，其特征是，电动机的输出控制是通过改变控制半导体(21)的以角度表示的导通时间来实现的。
31.根据权利要求28的电动机，其特征是，输出控制由改变晶体管(21)的控制脉冲的脉冲宽度(L)来实现，这些控制脉冲在位置检测传感器(31)的逻辑状态的两次改变之间出现一次或几次。
32.根据权利要求31的电动机，其特征是，半导体(21)通电中断发生在达到电流或转速极限值时。
33.根据权利要求32的电动机，其特征是，在位置检测传感器(31)不改变其逻辑状态期间，控制半导体(21)被断开时产生的自感电压Ua借助其它可控半导体(211)返回到原来产生的该电压的主绕组(112)。
34.根据权利要求33的电动机，其特征是，在一相(X、Y)情况下控制半导体(21，211)同时导通，但是晶体管(211)的阻断只发生在当位置检测传感器(31)输出端的逻辑状态变化时。
35.根据权利要求1至34任一的电动机，其特征是，主绕组(112)产生的自感电Ua在主绕组与控制半导体(21)的连接点抽头，并经耦合二极管(22)接通到次绕组(113)的起始端，次绕组的末端连到主绕组(112)的起始端。
36.根据权利要求35的电动机，其特征是，该电动机的电子元件集装到一个与线绕轭固定在一起的电路板上。
37.根据权利要求1至23任一的电动机，其特征是，该电动机借助电子法转子位置检测和启动作业进行控制，该作业基于识别与转子有关的磁路(1)的导磁率，用逻辑比较法，考虑到半导体(21)栅极的相继触发，导出转子位置。
38.根据权利要求1至23任一的电动机，其特征是，绕组(112X)的断接系根据其自身参数(如电流)或后续绕组(112Y)中的感生电压实施，这里，该操作是根据一个电子程序控制的。
39.根据权利要求1至23任一或38的电动机，其特征是，绕组(112X)的断开借助于电子电路使后面接着起作用的绕组(112Y)延迟接通或立即接通，从而以这种方式实施电动机相位的周期性控制。
40.根据权利要求1至23任一的电动机，其特征是，半导体(21)的控制是由一个电子电路用预定程序来实现的，不需确定转子位置。
41.根据权利要求1至23任一或38至40任一的电动机，其特征是，电动机选用带有鼠笼绕组的异步转子。
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