CN207475353U - 开关磁阻电机及跑步机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关磁阻电机及跑步机，包括：前端盖、转子组件和位于转子组件后端的检测组件，以及位于所述检测组件后侧还设有后端盖；所述检测组件适于检测所述转子组件的旋转角度，所述前端盖和后端盖均设有适于空气贯穿的通孔；在转子组件转动时，空气适于从前端盖的通孔进入，由后端盖的通孔流出。本开关磁阻电机其通过与转子组件同步旋转的遮光板的各遮光部在旋转时切割相应检测组件开关的耦合区，以获得转子组件的转动电子信号，进一步提高转子位置检测精度，实现可靠准确的对定子绕组供电换向。

Description

开关磁阻电机及跑步机

技术领域

实用新型属于开关磁阻电机技术领域，具体涉及健身设备使用的开关磁阻电机及跑步机。

背景技术

随着人们生活水平的提高和对健康生活的追求，各种健身器材尤其是跑步机已经逐渐被广泛使用并日益普及。电机作为跑步机的核心驱动部件，主要的应用类型有永磁直流电机和交流异步电机等，这些电机具有成本低、加工制造工艺成熟等优势而得到了广泛应用，但也存在寿命短，结构复杂，效率低、调速性能差，噪音大等问题。

开关磁阻电机由于其整个调速范围内运行效率都相对较高，调控性好，能够更好的适应跑步机连续变速运行工况。已有相关研究将开关磁阻电机应用于跑步机，如专利CN2712401Y中公开的。现有的开关磁阻电机采用光电式位置检测，且需要设计有独立的散热风扇，来解决开关磁阻电机的整机散热问题，开关磁阻电机不仅整体尺寸大，而且外部安装的散热风扇噪音偏高，无法满足跑步机的安静工作环境。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种开关磁阻电机，以解决现有技术中开关磁阻电机需要在外部安装散热风扇，易造成噪音偏高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种开关磁阻电机，包括：

前端盖、转子组件和位于转子组件后端的检测组件，以及位于所述检测组件后侧还设有后端盖；其中所述检测组件适于检测所述转子组件的旋转角度，所述前端盖和后端盖均设有适于空气贯穿的通孔；在转子组件转动时，空气适于从前端盖的通孔进入，由后端盖的通孔流出。

可选地，所述检测组件包括线路板，以及位于线路板上的若干开关，所述转子组件在旋转时，其各遮光部切割相应开关的耦合区，以获得转子组件的转动信号。

可选地，所述转子组件包括：转子铁芯、转子轴，以及带有所述遮光部的遮光板，其中所述转子铁芯具有多个凸状导磁极；所述转子轴的前端适于固定所述飞轮；所述遮光板通过连接部固定于所述转子轴的后端，并与所述转子轴实现同步旋转。

可选地，所述遮光板还包括：连接部、叶片部，其中所述叶片部具有旋转扭角，且适于承接所述连接部和所述遮光部；所述遮光部的数量与所述转子铁芯凸状导磁极数量相当；所述检测组件适于通过各遮光部旋转，以获得转子组件的转动信号。

可选地，所述叶片部根部的旋转扭角为0度，顶端的旋转扭角不大于52度。

可选地，在各所述叶片部的同一侧的边缘均设有径向叶片，各所述径向叶片跟随相应叶片部转动。

可选地，所述径向叶片与连接部所在平面具有一倾角，且所述倾角为锐角或直角。

可选地，所述径向叶片适于从所述叶片部的边缘向叶片部的后侧延伸，远离所述转子铁芯。

可选地，所述径向叶片适于从所述叶片部的边缘向叶片部的前侧延伸，朝向所述转子铁芯。

可选地，所述开关磁阻电机还包括：定子组件、飞轮，其中所述定子组件适于在通电后提供旋转磁场；所述飞轮连接转子轴的前端以平稳旋转的输出扭矩。

可选地，所述定子组件包括：定子铁芯和定子绕组，其中所述定子铁芯具有多个凸状导磁极；以及所述定子绕组缠绕所述定子铁芯。

又一方面，本实用新型还提供了一种跑步机。

所述跑步机内设有所述的开关磁阻电机。

本实用新型的有益效果是，通过与转子组件同步旋转的遮光板的各遮光部在旋转时切割相应检测组件开关的耦合区，以获得转子组件的转动电子信号，进一步提高转子位置检测精度，实现可靠准确的对定子绕组供电换向。同时转子组件的遮光板具备散热风扇的功能，通过与转子组件同步旋转，产生气体压差在无需额外安装散热风扇情况下，实现对电机内部散热，且散热噪声小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型的开关磁阻电机立体图；

图2是本实用新型的开关磁阻电机结构分解图；

图3是本实用新型的定子组件立体图；

图4是本实用新型的转子组件立体图；

图5是本实用新型的遮光板立体图；

图6是本实用新型的检测组件立体图；

图7是本实用新型的前端盖立体图；

图8是本实用新型的后端盖立体图；

图9是本实用新型的开关磁阻电机空气贯流平面图；

图10是本实用新型的开关磁阻电机第二种遮光板结构；

图11是本实用新型的开关磁阻电机第三种遮光板结构；

图12是本实用新型的开关磁阻电机采用第三种遮光板结构空气贯流平面图；

图13是本实用新型的开关磁阻电机遮光板与后端盖组合的立体图。

图中：

开关磁阻电机100、定子组件200、定子铁心210、定子绕组220、转子组件300、转子铁芯310、转子轴320、遮光板330、连接部331、叶片部332、第一边缘3321、径向叶片3323、遮光部333、位置检测组件400、线路板410、开关420、前端盖500、前端盖架510、前端部530、第一通孔540、后端盖600、后端盖架610、后端部630、第二通孔640、飞轮900。

具体实施方式

下文讨论的图1至图13，以及在本专利文件中用于描述本实用新型的原理的各种实施例仅是用来说明，而不应当以被视为以任何方式限制本实用新型的范围。本领域技术人员将理解的是，本实用新型的原理可以实施在任何合适的健身设备的开关磁阻电机。用于描述各种实施例的术语是示范性的。应当理解的是，提供这些仅是为了帮助理解本说明书，且它们的使用和定义不以任何方式限制本实用新型的范围。使用术语第一、第二等来区分具有相同术语集的对象，而不意在以任何方式表示时间次序，除非另有明确说明。组被限定为包含至少一个元件的非空组。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。应当理解的是，本文所描述的示范性实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施例中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示范性实施例中类似的特征或方面。

实施例1

如图1所示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机立体图。

开关磁阻电机100包括飞轮900，飞轮900与转子组件300的转子轴320前端固定安装，并位于开关磁阻电机100前端盖500一侧，飞轮900能够使开关磁阻电机100向外提供均匀的转速、转矩，使电机传动系统具有满足设计要求的转动惯量，实现以平稳转速输出较大工作扭矩。

如图2所示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机结构分解图，开关磁阻电机100包括飞轮900，前端盖500、定子组件200、转子组件300、检测组件400、后端盖600。定子组件200用以在通电状态下提供旋转磁场，以驱动具有永久磁性的转子组件300进行旋转。转子组件300上具有遮光板330，遮光板330通过连接部331与转子轴320固定连接并位于转子轴320的另一端，与转子轴320同步旋转。

在本实施例中转子组件300的遮光板330后部还配备有用以检测转子磁极旋转位置的检测组件400，其中检测组件400的开关420和线路板410通过焊接方式组成一体，检测组件400通过与遮光板330旋转配合使得遮光板330的遮光部333与检测组件400的开关420相应耦合区切割产生转动电子信号，转动电子信号经由线路板410输出，实现对转子组件300旋转位置的精确检测，并通过输出的旋转电子信号对定子组件200的电源流向做出改变，以此循环工作实现转子持续稳定旋转。

在本实施例中前端盖500置于定子组件200前端，以保护定子铁芯210，并具有支承转子组件的前端部530；后端盖600置于检测组件400后端，以保护线路板410，并具有支承转子组件的后端部630；前端盖500和后端盖600用以确保定子组件和转子组件空间同心，达到最佳工作状态，且前端盖500上均开制有适于空气贯穿流通的第一通孔540，后端盖600上均开制有适于空气贯穿流通的第二通孔640，在转子组件转动时，空气适于从前端盖的通孔进入，由后端盖的通孔流出；以利于外部空气进入开关磁阻电机100的内部对电机内部进行降温，尤其在高温工况下效果更佳。

如图3所示出了根据示例性实施例的定子组件立体图，定子组件200包括定子铁芯210和定子绕组220，定子铁芯210由软磁材料叠压制成，具有多个凸状导磁极，以利于缠绕定子绕组220，定子绕组220根据工作需要通入不同的电源流向，以满足定子组件200在通电状态下产生交变电磁力，实现对转子组件300的连续驱动，其中定子绕组优选3相或4相。定子铁芯210和转子铁芯310相互匹配的优选凸状导磁极极数组合分别为：第一种8极和6极的组合,第二种12极和8极的组合，第三种16极和12极的组合。

如图4所示出了根据示例性实施例的转子组件立体图，转子组件300包括转子铁芯310、转子轴320和带有遮光部333的遮光板330。转子铁芯310可以为永磁体转子，该永磁体转子结构例如但不限于为充磁永磁体也可为嵌入式永磁体，并具有多个凸状导磁极。转子轴320贯穿于开关磁阻电机100，从转子轴320前端依次开始安装飞轮900、安装用于支承转子组件300前端的前端盖500，后端穿过用以检测转子转动位置的检测组件400，末端安装用于支承转子组件300后端的后端盖600。

在本实施例中遮光板330位于转子组件的后端，并接近于检测组件400，遮光板330通过位于中间的连接部331固定于转子轴320的后端上，当转子组件300旋转时，遮光板330与转子组件300实现同步旋转，实现遮光板330的遮光部333在旋转时，切割相应的检测组件400的开关420的耦合区，从而获得转子组件300的转动电子信号，进而将转动电子信号经由线路板410输出。另一方面遮光板330制作成类似于风扇结构，能使转子组件在旋转时能起到对自身降温的功能，同时考虑到遮光板330作为风扇的特殊功能，需要使遮光板300具有较高的机械强度来抵抗变形，优选的遮光板可采用金属材质或塑料材质，其成型方式可选为冲压成形或者注塑成形。

如图5所示出了根据示例性实施例的遮光板立体图，遮光板330包括连接部331、多个延遮光板330的连接部331中心轴旋转圆周均布的叶片部332和多个与叶片部相匹配的遮光部333，连接部331用以使遮光板330通过连接部331的中心孔固定于转子轴320的后端上，使遮光板330与转子轴320同步旋转；叶片部332位于连接部331和遮光部333之间，用连接并支承连接部331和遮光部333。

在本实施例中叶片部332数量与转子铁芯310的导磁极数量相同，叶片部332从与连接部331连接的位置延伸至于遮光部333连接的位置，期间接近连接部331位置的叶片部332的平面趋于和水平面相互平行，越接近于遮光部333的叶片部332的平面位置与水平面形成一定角度的扭转，使其具备一个旋转扭角。具有旋转扭角的叶片部332具有一个固定的第一边缘3321，该第一边缘3321不随叶片部332的扭转发生变化，叶片部332的旋转扭角在空间上具有越接近于连接部331旋转扭角角度最小，θ_t趋近于0度；叶片部332的旋转扭角在空间上越远离连接部331且越接近于遮光部333的旋转扭角角度越大，旋转扭角最大时θ_b可趋近于52度，该旋转扭角在叶片部332延固定的第一边缘3321在空间上存在的旋转扭角θ_i在0-52度的范围内变化。

旋转扭角θ的定义为：在同一半径圆周上，叶片部两边缘部之间的连线与连接部所在平面之间的夹角，在图5中，θ_t、θ_i和θ_b分别是叶片部332的最外侧向连接部331三个位置的旋转扭角。从连接部331位置，即叶片部根部至叶片部最外侧的旋转扭角θ呈逐渐变大趋势。

在本实施例中叶片部332具有旋转扭角的结构可以使转子轴320带动遮光板330同步旋转时,具有一定旋转扭角的叶片部332可在遮光板330前后端面形成气体压力差,对贯穿进入开关磁阻电机100中的实现冷却功能的空气从前端盖500通风孔进入,并流经定子组件200和转子组件300的气隙和孔道,从后端盖600通风孔流出,对开关磁阻电机100内部进行对流散热。通过遮光板330的叶片部332采用旋转扭角结构有利于提高叶片部332的截面抗弯模量，在高速旋转离心力作用下，遮光部333相对于检测组件400位置的变化量减小，使检测组件400对转子组件300的转动检测精度进一步提高。

在本实施例中叶片部332的端部具有遮光部333，遮光部333在圆周方向上呈现与连接部331同心的圆弧结构，遮光部333与转子铁芯310凸状导磁极数量相同，以利于和检测组件400的开关420耦合区相切割，以获得转子组件300的转动电子信号。

如图6所示出了根据示例性实施例的检测组件立体图，检测组件400包括线路板410，以及位于线路板上的若干开关420，检测组件的开关420可以为光电耦合开关，开关420延线路板与转子轴320安装孔中心轴圆周均布。检测组件400位于转子组件300的后端，并能满足转子组件300旋转时，与转子组件300同步旋转的遮光板330的遮光部333能与检测组件400的开关进行耦合，进而通过遮光部333与开关420的耦合切割，以获得转子组件300的转动电子信号，提高转子位置检测精度。并将转动电子信号经由线路板410输出，实现可靠准确的对定子绕组200供电换向，以确保转子组件300持续稳定的旋转提供动力。

如图7-8所示出了根据示例性实施例的前端盖立体图和后端盖立体图，

前端盖500包括前端盖架510、前端部530和适于空气贯穿流通的第一通孔540，前端盖架510用以支撑前端盖500整体，其中前端部530用以支承转子组件前端，第一通孔540用以贯穿冷却开关磁阻电机100的空气，能使冷却空气从第一通孔540穿过进入开关磁阻电机100，并流经定子组件200和转子组件300的气隙和孔道，实现对开关磁阻电机100内部进行冷却。

后端盖600包括后端盖架610、后端部630和适于空气贯穿流通的第二通孔640，后端盖架610用以支撑后端盖600整体，其中后端部630用以支承转子组件后端，第二通孔640用以使贯穿冷却开关磁阻电机100的空气经由第二通孔640穿出开关磁阻电机100，实现对开关磁阻电机100内部进行冷却空气的灌流，使其具有最佳冷却效果。

如图9所示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机现有技术空气贯流平面图，从图中可以清晰的看出，冷却空气从前端盖500经由开关磁阻电机100内部，并流经定子组件200和转子组件300的气隙和孔道，以及流经检测组件400，最后从后端盖600流出，形成冷却空气的贯流，该贯通流到为直线型，可有效降低开关磁阻电机100内定子组件200、转子组件300和检测组件400的温度。

实施例二

在实施例1基础上，本实施例2提供了另一种开关磁阻电机的遮光板结构，图10示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机第二种遮光板结构，遮光板330包括连接部331、多个延遮光板330的连接部331中心轴旋转圆周均布的叶片部332和多个与叶片部相匹配的遮光部333，连接部331用以使遮光板330通过连接部331的中心孔固定于转子轴320的后端上，使遮光板330与转子轴320同步旋转；叶片部332位于连接部331和遮光部333之间，用连接并支承连接部331和遮光部333。

在本实施例中叶片部332的第一边缘3321均设有向后侧延伸的径向叶片3323，径向叶片3323的延伸方向远离转子铁芯310，并跟随相应叶片部332转动。同时径向叶片3323在叶片部332的第一边缘3321后侧延伸具有一倾角，且倾角为以连接部331的平面为基准面形成为的锐角或直角，并径向叶片3323优选为采用矩形结构。叶片部332设计具有一倾角的径向叶片3323可以进一步提高遮光板330前后两端面的压差，增加轴向散热风量，具有径向叶片3323的叶片部332能提高叶片部332的整体机构刚度，使检测组件400对转子位置检测的精度得到提高。

实施例三

在实施例2基础上，本实施例3提供了另一种开关磁阻电机的遮光板结构，图11示出了根据示例性实施例的遮光板结构，遮光板330包括连接部331、多个延遮光板330的连接部331中心轴旋转圆周均布的叶片部332和多个与叶片部相匹配的遮光部333，连接部331用以使遮光板330通过连接部331的中心孔固定于转子轴320的后端上，使遮光板330与转子轴320同步旋转；叶片部332位于连接部331和遮光部333之间，用连接并支承连接部331和遮光部333。

在本实施例中叶片部332的第一边缘3321均设有向前侧延伸的径向叶片3323，其径向叶片3323在空间上朝向所述转子铁芯310，并跟随相应叶片部332转动。同时径向叶片3323在叶片部332的第一边缘3321前侧延伸具有一倾角，且倾角为以连接部331的平面为基准面形成为的锐角或直角，以产生径向压差，便于冷却空气流通，并径向叶片3323优选为采用矩形结构。冷却空气从前端盖500经由开关磁阻电机100内部，在径向叶片3323引导下，改变气流方向改变为径向流动，从后端盖600的侧面的第二通孔640流出，可以使冷却空气更好的贯通,具有径向叶片3323的叶片部332能提高叶片部332的整体机构刚度，使检测组件400对转子位置检测的精度得到提高。

图12示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机采用第三种遮光板结构空气贯流平面图。从图中可以清晰的看出，冷却空气从前端盖500经由开关磁阻电机100内部，并流经定子组件200和转子组件300的气隙和孔道，最后通过垂直于叶片部332的径向叶片3323跟随转子组件300旋转产生气体压差，使冷却空气从后端盖600的侧面的第二通孔640流出开关磁阻电机100，可有效降低开关磁阻电机100内定子组件200、转子组件300和检测组件400的温度。

图13示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机遮光板与后端盖组合的立体图,图中所示遮光板330安装位置位于后端盖600之内，后端盖600的侧面开制延转子组件旋转轴圆周均布开制的有第二通孔640，冷却空气经由前端盖500，流经开关磁阻电机100至遮光板330时，通过遮光板330上垂直于叶片部332的径向叶片3323跟随转子组件300旋转产生气体压差，使冷却空气从第二通孔640流出，达到降温冷却效果。

本实用新型的有益效果在于通过与转子组件同步旋转的遮光板的各遮光部在旋转时切割相应检测组件开关的耦合区，以获得转子组件的转动电子信号，进一步提高转子位置检测精度，实现可靠准确的对定子绕组供电换向。同时转子组件的遮光板具备散热风扇的功能，通过与转子组件同步旋转，产生气体压差在无需额外安装散热风扇情况下，实现对电机内部散热，且散热噪声小。

实施例四

在上述实施例基础上，本实施例四提供了一种跑步机。

所述跑步机内设有上述开关磁阻电机。

本实施例4所涉及的开关磁阻电机在实施例一至三均进行了详细描述，请参阅上述内容。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种开关磁阻电机，其特征在于，包括：

前端盖(500)、转子组件(300)和位于转子组件后端的检测组件(400)，以及位于所述检测组件(400)后侧还设有后端盖；其中

所述检测组件(400)适于检测所述转子组件(300)的旋转角度，

所述前端盖和后端盖均设有适于空气贯穿的通孔；

在转子组件转动时，空气适于从前端盖的通孔进入，由后端盖的通孔流出。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述检测组件(400)包括线路板(410)，以及位于线路板上的若干开关(420)；

所述转子组件(300)在旋转时，其各遮光部(333)切割相应开关(420)的耦合区，以获得转子组件的转动信号。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述转子组件(300)包括：转子铁芯(310)、转子轴(320)，以及带有遮光部(333)的遮光板(330)，其中

所述转子铁芯(310)具有多个凸状导磁极；

所述转子轴(320)的前端适于固定飞轮(900)；

所述遮光板(330)通过连接部(331)固定于所述转子轴(320)的后端，并与所述转子轴(320)实现同步旋转。

4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述遮光板(330)还包括：连接部(331)、叶片部(332)，其中

所述叶片部(332)具有旋转扭角，且适于承接所述连接部(331)和所述遮光部(333)；

所述遮光部(333)的数量与所述转子铁芯(310)凸状导磁极数量相当；

所述检测组件(400)适于通过各遮光部(333)旋转，以获得转子组件的转动信号。

5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述叶片部(332)根部的旋转扭角为0度，顶端的旋转扭角不大于52度。

6.根据权利要求5所述的开关磁阻电机，其特征在于，

在各所述叶片部(332)的第一边缘(3321)均设有径向叶片(3323)，

各所述径向叶片(3323)跟随相应叶片部(332)转动。

7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述径向叶片(3323)与连接部所在平面具有一倾角，且所述倾角为锐角或直角。

8.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述径向叶片(3323)适于从所述叶片部(332)的边缘向叶片部(332)的后侧延伸，远离所述转子铁芯(310)。

9.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述径向叶片(3323)适于从所述叶片部(332)的边缘向叶片部(332)的前测延伸，朝向所述转子铁芯(310)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述开关磁阻电机还包括：定子组件(200)、飞轮(900)，其中

所述定子组件(200)适于在通电后提供旋转磁场；

所述飞轮(900)连接转子轴(320)的前端以平稳旋转的输出扭矩。

11.根据权利要求10所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述定子组件(200)包括：定子铁芯(210)和定子绕组(220)，其中

所述定子铁芯(210)具有多个凸状导磁极；以及

所述定子绕组(220)缠绕所述定子铁芯(210)。

12.一种跑步机，其特征在于，所述跑步机内设有如权利要求1-11任一项所述的开关磁阻电机。