CN1748352A - 电子换向单相电机 - Google Patents

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M·富兰
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Abstract

本发明涉及一种电子换向单相电机，包括：一转子(2；202；302)和一带有不对称缠绕磁轭(4；204；304)的定子(3；203；303)，并且还包括至少一个按照检测转子(2；202；302)角位置的传感器装置(8；208；308)所产生的驱动信号，通过一电子换向电路而被通电的定子相(5；205；305)，所述传感器装置(8；208；308)包括至少一个与转子(2；202；302)磁性接合、并被布置成相对于定子相(5；205；305)基本成90度电角度的有感线圈(9；209；219；309)，有感线圈(9；209；219；309)与定子相(5；205；305)被布置成彼此邻近，并且被缠绕在彼此基本平行的轴线上。

Description

电子换向单相电机
技术领域
本发明涉及一种电子换向(electronically commutated)单相电机，它包括转子、带有不对称缠绕磁轭(yoke)的定子以及用以检测转子角位置的传感器装置。
背景技术
于1994年3月30日提交并且在1997年2月27日授予专利权的意大利专利no.1268400的全部内容引入本申请中作为参考，该专利公开了一种电子换向电机，这种电子换向电机包括一铁磁体或永磁体的转子以及一带有至少一个定子相的缠绕定子，其中定子相按照检测转子角位置的传感器装置所产生的驱动信号，通过一电子换向电路而被通电。这些传感器装置包括一能够与转子磁性接合、且以相对于定子相成90度电角度布置的有感线圈，以便在传感器中产生驱动信号，并且该信号相对于定子相产生的电压具有相应的相移。
尽管上述技术方案具有特别有利的一面，然而从工业工程的角度看，特别是考虑到传感器装置，以及考虑到要进行电机的大规模生产，该技术方案就显得非常复杂。
如果将上述专利中公开的传感器装置应用到带有不对称定子磁轭如带有U形磁轭的单相电机中，就意味着应当具有下述相应的结构和相应操作的复杂性：实际上这种传感器应当以最有利的方式定位在非常接近转子的位置处，但是应当距离主绕组的线圈足够远，以避免这些线圈产生电磁通；但是传感器装置的这种定位方式则意味着将线圈和传感器装置与电子电路板连接的端子必须设置成彼此间隔一定距离，这就导致它们与所述电子电路板的连接相当困难，并且极其不便。
在该申请中，还需要将传感器装置布置成相对于主绕组线圈所产生的磁通成90度电角度的方式，以便能够严格地确保转子角位置的正确检测：即将传感器装置设置到定子磁轭上靠近或位于U形部的侧面顶部，这种方式实际上对于传感器装置来说被证实是一种理想的布置方式，由于它们被设置成接近转子并且远离线圈(线匝被缠绕在“U”形部的各个柄部上)，因此有可能存在U形部的侧面顶部未对准的情况，这种布置无法完全依靠其本身来可靠地确保正确定位。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种带有不对称磁轭的电子换向单相电机，它包括用于检测转子角位置的传感器装置，这种电机被证实在结构和操作效率方面具有特别有利的一面。
在该基本的目的中，本发明的目的之一是提供一种上述类型的电机，其中在正确检测转子角位置以及将端子便利地连接到电子电路板方面，传感器装置的这种布置被证实是非常理想的。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的电机，其中传感器装置以相对于主绕组线圈产生的电磁通成90度电角度的方式布置，这种布置能够有效地确保正确检测到转子的角位置。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的电机，这种电机不需要为了能够使主线圈和传感器装置都产生有感线圈，而在绕线机中进行任何实质性的改进。
最后，本发明另一同等重要的目的是提供一种上述类型的电机，这种电机能够容易地采用那些可利用的机器、工具和技术，从生产成本方面看具有一定的竞争力。
按照本发明的这些目的和优点连同下述说明能够体现的目的和优点能够在电子换向单相电机中实现，其中所述电机包括转子、不对称的定子磁轭和用于检测转子角位置的传感器装置，该电机结合了权利要求1中的技术特征。
附图说明
通过对一些优选的、但并不唯一的实施方案的说明，将使本发明的特征和优点变得更加易于理解，其中这些实施方案通过结合附图的非限定性实施例来给出，其中：
图1是按照本发明的电机的前视图；
图2和3为前视图，示意性地示出了分别由图1所示电机的定子磁轭和转子产生的磁通方向；
图4是前述视图中电机主绕组的绕线筒的透视图，示出了其模制后的初始构造；
图5是图4所示绕线筒的透视图，示出了其在卷绕传感器装置的过程中所呈现出的中间构造；
图6是图4所示绕线筒的透视图，示出了其在卷绕传感器装置的过程中所呈现出的最终构造；
图7和8是不同实施方案中的绕线筒的透视图，分别示出了其中间构造和最终构造；
图9是按照本发明第二实施方案的电机的前视图；
图9a是一示意图，示出了图9所示第二实施方案中主绕组和传感器线圈的缠绕方向；
图10至12是按照本发明第三实施方案的电机的透视图；
图13是前述视图所示电机的前视图。
具体实施方式
参考上述附图，附图标记1表示一电子换向单相电机，它包括转子2和带有大体为U形的不对称磁轭4的定子3，所述定子还包括至少一个定子相5，在图1所示的实施方案中，该定子相5包括两个主电感线圈6和7，并且定子相5按照检测转子2角位置的传感器装置8所产生的驱动信号，通过一电子换向电路而被通电。
所述传感器装置8包括一有感线圈9，该有感线圈9可通过磁性与转子2连接，并且被布置成相对于定子相5基本成90度的电角度。
按照本发明一具有新颖性的特征，有感线圈9靠近定子相5，因此靠近主电感线圈6、7，有感线圈9可缠绕在基本平行于Y轴和Z轴的X轴上，而所述Y轴和Z轴上则分别缠绕着主电感线圈6和7。
为了通过上述构造得到上述这种成90度电角度的布置，缠绕在U形磁轭4形成的两个柄部(shank)上的主绕组6和7彼此相互反向，以便产生磁通A方向如图2所示的磁场，而放置在两个主电感线圈6和7之间的传感器装置8的线圈9则如图3所示单向缠绕，以便它产生的磁通能够与转子2的磁铁所产生的漏磁通B相联系。
通过上述布置，主电感线圈6、7产生的磁场不会与线圈9发生联系，而转子2的磁铁产生的磁场则可以与线圈9相联系，因此操作起来就好像是线圈被布置成相对于主电感线圈成90度电角度的方式。
为了对主电感线圈6和7以及传感器装置8(后面简单地表示为“传感器8”)的线圈9都起到支撑作用，提供了一种适合与定子磁轭4相连的绕线筒10。
参考图4至6，绕线筒10包括用于主电感线圈6、7的第一和第二支撑件11、12，在所述支撑件端部分别具有第一对顶梁(headpiece)13、14和第二对顶梁15、16；顶梁13和15以及顶梁14和17彼此并排地布置并且基本处在同一平面上。
为了使绕线筒10更加完备，还包括用于传感器8的线圈9的第三支撑件18，该第三支撑件18与第一和第二支撑件11、12的相应顶梁13和15相连或能够与其相连。
在一种有利的方式中，如图4所示的初始构造，绕线筒10成形为一热塑性材料的模制部件，其中第一和第二支撑件11、12彼此相向且通过一弹性可弯连接件17与相应的顶梁14和16相连，而在相对一侧上的顶梁13和15则彼此分离。
在图4至6所示的特定实施方案中，第三支撑件18包括至少两个侧面部分18a、18b，所述侧面部分上优选具有沿着至少两个单独的、不同长度的T形剖面，其中该T形剖面的柄部可用于支撑线圈，而该T形剖面的横梁或横杆为顶梁。侧面部分18a、18b分别与顶梁13和15相连，并且在模制过程中一体制成，即与绕线筒10作为一单件结构。有利的是，T形剖面的横杆上相互面向的表面彼此抵靠接触，以便能够对绕线筒10提供更大的稳定性，并且确保相对于定子相5处于90度电角度位置时，传感器8能够准确地定位。
绕线筒10从图4所示的初始构造开始，通过使第一和第二支撑件11、12围绕由连接件17形成的弹性铰链旋转而被逐渐展开，直到顶梁16和14相接触为止。这样绕线筒10就形成了如图5所示的中间构造，并且这种构造特别适合同时缠绕主电感线圈6、7。在缠绕操作结束的同时，绕线筒10通过使所述支撑件反向于前述方向旋转而再次逐渐地靠拢，直到出现如图6所示的最终构造为止。此时，传感器8的线圈9缠绕在第三支撑件18上。在完成这一操作时，同一线圈9相配合以保持绕线筒10闭合。
图7和8示出了绕线筒的不同实施方案，其中第三支撑件118与第一支撑件111和第二支撑件112相分离；一旦主绕组按上述方式缠绕好，就可以借助于现有技术中已知的连接方式将第三支撑件118连接在绕线筒110的顶梁113和115处，如通过将属于第三支撑件118上的适当的链环119卡扣配合到顶梁113、115的狭缝120内，或者是借助于现有技术中适当的粘结、焊接、铆接或类似技术进行连接。
因此从上述说明可以完全清楚本发明的性能，从而能够通过提供一种电子换向单相电机的结构来有效地实现上述目的和优点，其中优选设置一个传感器装置8，只要正确检测转子2的角位置和线圈6、7、9端子连接于电子电路板(未示出)即可。实际上，由于各个线圈的特殊布置，定子相5产生的磁场不会干涉传感器8，传感器8的线圈9能够仅与转子2产生的磁场发生联系；因此定子相5与传感器8相互邻近地布置并不会影响转子2角位置的正确检测，同时线圈的这种布置方式使得其相对于传统电子电路板的连接来说，线圈的端子能够彼此更加靠近。
此外，保证传感器装置相对于主绕组线圈产生的电磁通为90度电角度的定位也是自然的，这是因为所提供的第三支撑件18、118被直接设置在第一和第二支撑件11、12、111、112上：这种设计能够相当有效地减少发生在主绕组和传感器线圈之间未对准的可能性。
而且，从制造角度看按照本发明的电机被证实特别有利：由于绕线筒10、110的构造适合支撑主绕组和传感线圈，因此实际上能够以极其便利和快捷的方式进行绕组和绕制线圈的操作，而无需对传统的绕线机进行任何实质性的改进。
对于如上所述应当理解的是在不背离本发明的范围内，可对本发明进行多种改进或者使本发明具体表现为多种不同的方式。
例如，图9示出了本发明的第二实施方案，其中附图标记201表示一电子换向单相电机，它包括转子202和带有大体为U形的不对称磁轭204的定子203，所述定子203还包括至少一个定子相205，该定子相205包括第一和第二主电感线圈206和207，并且定子相205按照检测转子202角位置的传感器装置208所产生的驱动信号，利用一电子换向电路而被通电。
所述传感器装置208包括第三和第四有感线圈209、219，这两个有感线圈可通过磁性与转子202连接，并且被布置成相对于定子相205成基本为90度的电角度。
所述第三和第四有感线圈209、219靠近定子相205，因此靠近主电感线圈206、207，这两个有感线圈分别被缠绕在与第一绕组206的X轴和第二绕组207的Y轴基本一致的轴线上，并且这两个轴线彼此基本平行。
为了通过上述构造得到上述这种成90度电角度的布置，缠绕在磁轭204形成的U形部分的两个柄部上的主绕组206和207相对于定子磁轭204和主磁通在磁性上一致，而传感器装置208的线圈209、219相对于所述相同的定子磁轭204和主磁通在磁性上不一致，以便它们的磁通能够与转子202的磁铁所产生的漏磁通相联系。
图9a示意性地示出了主绕组206、207和传感器208的线圈209、219相对于定子磁轭204的布置；附图标记I和F分别表示主绕组206、207的开始和结束，而附图标记Is和Fs则表示线圈209、219的开始和结束。
在上述布置中，主绕组206、207产生的磁场对传感器装置208的线圈209、219来说是无效的，而由转子202的磁铁产生的磁场则会累加在所述线圈209、219上，因此所述线圈可被看作好像是以相对于主绕组成90度电角度的方式来进行布置的单独的线圈。
为了对所述绕组和线圈206、207、209、219都起到支撑作用，提供了一种适合与定子磁轭204相连的绕线筒210，该绕线筒包括用于主电感线圈206、207的第一和第二支撑件211、212，以及用于传感器装置208的线圈209、219的第三和第四支撑件218、220，它们分别借助于顶梁213、214而彼此分离。至于与生产这种绕线筒210相关的方面、以及这种绕线筒工作的方式均可参考前述与绕线筒10、110相关的内容。
图10至13示出了按照本发明的第三实施方案，其中用于传感器装置308的有感线圈309的第三支撑件318与转子302的套管321相连，而不是像前述实施方案中那样与绕线筒310连接。第三支撑件318可通过任何已知的连接方式与套管321相连，或者也可以与套管321一体制成，即与同一套管321成为单件结构。
只要以上述方式完成对主绕组306、307的缠绕操作，并且将传感器装置308的线圈309缠绕在第三支撑件318上，就可以如图11所示将其上连接有线圈309的套管321引入到定子磁轭304内，从而得到如图12和13所示的布置。
应当指出的是可以对本发明电机每一次所使用的材料、形状以及尺寸等这些个体事项进行选择，以便能够更恰当地满足特殊需求或适合特殊的运用。

Claims (16)

1.一种电子换向单相电机，包括：一转子(2；202；302)和一带有不对称缠绕磁轭(4；204；304)的定子(3；203；303)，并且还包括至少一个按照检测所述转子(2；202；302)角位置的传感器装置(8；208；308)所产生的驱动信号、通过一电子换向电路而被通电的定子相(5；205；305)，所述传感器装置(8；208；308)包括至少一个与转子(2；202；302)磁性接合、并被布置成相对于所述定子相(5；205；305)基本成90度电角度的有感线圈(9；209；219；309)，其特征在于所述至少一个有感线圈(9；209；219；309)与所述定子相(5；205；305)被布置成彼此邻近，并且被缠绕在彼此基本平行的轴上。
2.如权利要求1所述的电机，其中所述定子磁轭(4；204；304)具有两个支臂，在这些支臂上缠绕着包括两个主绕组(6，7；206，207；306，307)的所述定子相(5；205；305)。
3.如权利要求2所述的电机，其中所述主绕组(6、7；306、307；)和所述传感器装置(8；308)的线圈(9；309)按下述方式进行缠绕：即所述线圈(9；309)能够与所述转子(2；302)产生的磁场相联系，而不会与所述主绕组(6、7；306、307)产生的磁场相联系。
4.如权利要求2所述的电机，其中所述主绕组(6、7；206、207；306、307)和所述传感器装置(8；208；308)的线圈(9；209；219；309)由适于与所述定子磁轭(4；204；304)相关的绕线筒(10；110；210；310)支撑。
5.如权利要求4所述的电机，其中所述绕线筒(10；110；210；310)包括用于所述主电感线圈(6、7；206、207；306、307)的第一和第二支撑件(11、12；111、112；211、212)，在这些支撑件端部分别具有第一对顶梁(13、14；113、114；213、214)和第二对顶梁(15、16；115、116；215、216)，每一对顶梁都并排布置，并且彼此基本位于同一平面上。
6.如权利要求5所述的电机，其中所述绕线筒(10)还设有用于所述传感器装置(8；208)线圈(9；209；219)的第三支撑件(18；218；220)，该支撑件与所述第一和第二支承件(11、12；111、112；211、212)的相应顶梁(13、15；113、115；213、215)相联或能够与之相联。
7.如权利要求6所述的电机，其中所述第三支撑件(18；118、218、220)与所述绕线筒(10；210)整体制成。
8.如权利要求6所述的电机，其中所述第三支撑件(118)与所述绕线筒(110)相连。
9.如上述任一权利要求或其结合所述的电机，其中所述传感器装置(208)包括与所述转子(202)磁性接合、并被布置成相对于所述定子相(205)基本成90度电角度的第三和第四有感线圈(209、219)。
10.如权利要求9所述的电机，其中所述第三和第四有感线圈(209、219)被布置成邻近所述定子相(205)，因此邻近所述主电感线圈(206、207)，该第三和第四有感线圈被分别缠绕在与第一绕组(206)的轴线(X)和第二绕组(207)的轴线(Y)基本一致的轴线上，其中所述轴线(X，Y)大体上相互平行。
11.如权利要求10所述的电机，其中所述主电感线圈(206、207)与所述传感器装置(208)的第三和第四有感线圈(209、219)以下列方式缠绕：即它们分别相对于定子磁轭(204)和主磁通在磁性方向上相一致和不一致。
12.如权利要求11所述的电机，其中所述绕线筒具有分别用于所述传感器装置(208)的第三和第四线圈(209、219)的第三和第四支撑件(218、220)，所述支撑件通过各自的顶梁(213、214)而彼此分离。
13.如上述任一权利要求或其结合所述的电机，其中所述用于传感器装置(308)有感线圈(309)的第三支撑件(318)连接在转子(302)的套管(321)上。
14.如权利要求13所述的电机，其中所述第三支撑件(318)可通过任何一种已知的连接方式与所述套管(321)相连。
15.如权利要求13所述的电机，其中所述第三支撑件(318)可以与所述套管(321)整体形成。
16.如权利要求13所述的电机，其中所述与线圈(309)相连的套管(321)可引入到配备有主绕组(306、307)的定子磁轭(304)内。
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