CN207638533U - 用于跑步机的开关磁阻电机及跑步机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于跑步机的开关磁阻电机及跑步机，本开关磁阻电机其转子组件旋转过程中，与转子组件一体的充磁感应磁环，将磁场力交替变换的旋转信号传递至磁编码芯片，磁编码芯片将旋转位置信号换转成电信号通过线路板，传递至电机控制器，能使电机控制器实时控制开关磁阻电机转速及输出扭矩，提高控制精度。这种采用感应磁环和磁编码芯片成对设置的检测转子组件旋转位置的装置，其体积小、装配简单且生产制作过程中使用的零部件数量少，极大的降低了生产制作成本。

Description

用于跑步机的开关磁阻电机及跑步机

技术领域

本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

现有的健身器材电机尤其是跑步机驱动电机大多为有刷直流电机或无刷直流电机，但是由于有刷直流电机寿命短，碳刷产生的粉尘易污染环境，无刷直流电机的跑步机虽然寿命长，但是其用霍尔的转子位置检测装置机械结构复杂，空间大，安装困难，转子位置检测电路位置精度不高，工作可靠性低。

基于上述两种电机的缺陷，人们开始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的转子位置检测装置一般采用霍尔或者光电开关。采用霍尔的转子位置检测装置结构缺陷如上。采用光电开关的位置检测装置则必须采用遮光板，会造成安装空间大，整个电机体积大，另外该检测装置不能用于光线强的场所，光线强的情况下会造成误动作，位置检测可靠性差。

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，以解决在光线强的情况下容易造成误动作，且位置检测可靠性差的技术问题。

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，其包括：转子组件和位于转子组件后端的检测组件；其中所述检测组件适于检测所述转子组件的旋转位置。

可选地，所述检测组件包括线路板，以及位于线路板上的磁编码芯片，所述转子组件在旋转时，位于所述转子组件后端的感应磁环与所述磁编码芯片的感应面之间存在空间位置差，以获得转子组件的转动信号。

可选地，所述感应磁环与所述磁编码芯片成对设置，并以所述转子组件中心为转轴。

可选地，所述转子组件包括：转子铁芯、转子轴、保持架和感应磁环，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飞轮；所述保持架前端适于固定在所述转子轴后端，并与所述转子轴实现同步旋转；所述感应磁环固定于所述保持架的后端，并与所述保持架实现同步旋转。

可选地，所述感应磁环为充磁感应磁环，磁极对数不小于一对。

可选地，所述磁编码芯片适于检测转子位置控制电机的转速和扭矩。

可选地，所述开关磁阻电机还包括：前端盖、后端盖和后盖板，其中所述前端盖和后端盖适于夹持固定定子组件和转子组件，并支承所述转子组件的前、后轴承；以及所述检测组件安装于后端盖的中心通孔处，且所述后盖板设在后端盖的后侧。

可选地，所述开关磁阻电机还包括：定子组件；所述定子组件适于在通电后提供旋转磁场。

可选地，所述定子组件包括：定子铁芯、定子骨架和定子绕组，其中所述定子铁芯具有多个凸状导磁极；所述定子骨架嵌套于所述定子铁芯内；以及所述定子绕组缠绕于所述定子骨架。

可选地，所述开关磁阻电机还包括：飞轮；所述飞轮连接转子轴的前端。

本实用新型的有益效果是，本开关磁阻电机中转子组件旋转过程中，与转子组件一体的充磁感应磁环，将磁场力交替变换的旋转信号传递至磁编码芯片，磁编码芯片将旋转位置信号换转成电信号通过线路板，传递至电机控制器，能使电机控制器实时控制开关磁阻电机转速及输出扭矩，提高控制精度。这种采用感应磁环和磁编码芯片成对设置的检测转子组件旋转位置的装置，其体积小、装配简单且生产制作过程中使用的零部件数量少，极大的降低了生产制作成本。

又一方面，本实用新型还提供了一种跑步机。

所述跑步机包括所述的开关磁阻电机。

本实用新型的有益效果是，本跑步机安装有所述开关磁阻电机，因此，只需要使用一个巨磁阻原理的磁编码芯片和感应磁环来检测转子位置，安装简单，元器件数量少，位置检测精度高，更有利于实时控制电机的转速。

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剖面图；

图2是本实用新型的开关磁阻电机结构分解图；

图3是本实用新型的开关磁阻电机转子组件和检测部件的局部放大图。

图中：

开关磁阻电机100、定子组件200、定子铁芯210、定子骨架220、

定子绕组230、转子组件300、转子铁芯310、转子轴320、

保持架330、感应磁环340、检测组件400、线路板410，

磁编码芯片420、前端盖500、后端盖600、后盖板700、飞轮900。

具体实施方式

下文讨论的图1至图3，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地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。

实施例一

本实施例提供了一种用于跑步机的开关磁阻电机，包括：转子组件300和位于转子组件300后端的检测组件400；其中所述检测组件400适于检测所述转子组件300的旋转位置。

如图1和图2结合所示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机剖面图和开关磁阻电机结构分解图，图中开关磁阻电机100包括飞轮900、前端盖500、定子组件200、转子组件300、后端盖600、检测组件400，后盖板700。

在本实施例中飞轮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，该飞轮900优选为铁质材料，飞轮900由于自身旋转具有较大的转动惯量，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，能减少电机的脉冲扭矩过大产生的不良影响。

在本实施例中定子组件200包括定子铁芯210、定子骨架220和定子绕组 230。由无取向电工硅钢片叠压而成，内圆面上均布多个定子槽的定子铁芯210；以利于嵌套工程塑料材质的定子骨架220；铜漆包线或铝漆包线材质的定子绕组 230缠绕于定子骨架220上；定子绕组230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，驱动具有永久磁性的转子组件300进行旋转。

在本实施例中转子组件300包括转子铁芯310、转子轴320、保持架330和感应磁环340。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。铁质材料的转子轴320，与转子铁芯310的中心孔过盈配合，转子轴320整体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 的转子轴320前端轴承的前端盖500，后端安装用于支承转子组件300的转子轴 320后端轴承的后端盖600，其中前端轴承和后端轴承均过盈配合于转子轴320。

在本实施例中转子组件300的转子轴320后端部开制有用于安装非导磁材料的保持架330的前端部的安装孔，该安装孔与转子轴320同轴设置，适于保持架330与转子轴320过盈配合并实现同步旋转；保持架330后端部具有安装感应磁环340的安装孔位，适于安装感应磁环340，使安装感应磁环340固定于保持架330的后端部，实现感应磁环340与保持架330同步延转子组件300中心轴旋转。其中保持架330优选为非铁磁材料；感应磁环340材料可选为钕铁硼、铁氧体或钐钴，感应磁环采用径向充磁，磁极对数为不少于一对。

在本实施例中开关磁阻电机100的前端盖500置于定子组件200前端，前端盖500的外周壁以保护并定位定子组件200前端，同时前端盖500的内周壁用于支承转子组件300的转子轴320的前端轴承，以利于转子组件300旋转，前端盖的材质可优选为铝质材料，并能有效减轻自重；后端盖600置于定子组件200后端，后端盖600的外周壁以保护并定位定子组件200后端，同时后端盖600的内周壁用于支承转子组件300的转子轴320的后端轴承，以利于转子组件300旋转，后端盖的材质可优选为铝质材料，并能有效减轻自重。同时前端盖500和后端盖600的组合结构能够有效的夹持定子组件200，并定位转子组件300，使定子组件200和转子组件300之间的气隙趋于均匀，有利于提高电机寿命；前端盖500的中心孔以适于贯穿转子轴320，使转子轴320前端与飞轮 900安装固定。

在本实施例中开关磁阻电机100还包括检测组件400和后盖板700，检测组件400安装于后端盖600的中心通孔处，其中检测组件400的磁编码芯片420 与转子组件300同轴安装的感应磁环340成对设置，当转子组件300旋转时，位于检测组件400正中心位置的磁编码芯片420适于感知与转子组件300同旋转中心轴的感应磁环340转动信号，以检测转子组件300的旋转位置，并通过将感应磁环340的转动信号经由线路板410传递至电机控制器，并由电机控制器实时控制开关磁阻电机100的转子组件300的转速，同时使开关磁阻电机100 具有相匹配的输出扭矩。检测组件400的线路板410适于和后端盖600螺纹连接、粘接或铆接，以确保磁编码芯片420与感应磁环340空间间隔距离为定值，以利于精确感知并检测转子组件300的旋转位置。后盖板700则盖设在后端盖 600的后侧，用以遮挡并保护检测组件400，可防止开关磁阻电机100运行时外界灰尘或油污进入到开关磁阻电机100内部影响检测组件400的电性能，同时防止检测组件400受到外部冲击而丧失检测功能。后盖板700可以采用螺纹连接、粘接、铆接等方式与后端盖600进行连接。

如图3所示出了根据示例性实施例的开关磁阻电机转子组件和检测部件的局部放大图，图中转子组件300的转子轴320与保持架330和感应磁环340连接成以转子轴320中心轴为旋转中心的一体结构，感应磁环340后部朝向检测组件400的磁编码芯片420，磁编码芯片420焊接固定于线路板410上，两者电连接。

在本实施例中为了便于检测转子组件300的旋转位置，以实现对开关磁阻电机100的控制，开关磁阻电机100的定子组件200通电产生电磁力驱动的转子组件300旋转，转子组件300中的感应磁环340由于自身径向充磁，转子组件300旋转后感应磁环340的后部表面朝向检测组件400的磁编码芯片420传递磁旋转信号，检测组件400的磁编码芯片420接收来自感应磁环340圆周面上磁场力由弱到强、由强到弱的交替变换，进而将接收到的感应磁环340圆周面上磁场力变换转变成电信号，在感应磁环340转动过程中相对于磁编码芯片 420圆周面上磁场力的强弱交替过程中，实时传递到磁编码芯片420并经磁编码芯片420转换的电信号为一交变值。磁编码芯片420将电信号传输至与磁编码芯片420组成一体的线路板410，通过线路板410将检测到的电信号传递至电机控制器，并由电机控制器实时控制开关磁阻电机100的转子组件300的转速，同时使开关磁阻电机100具有相匹配的输出扭矩。为了更为精确及时的检测感应磁环340的磁场力交变信号，检测组件400的磁编码芯片420与转子组件300 同轴的感应磁环340中心同轴线设置，并且磁编码芯片420的磁感应面到感应磁环340之间的空间检测距离在0.3-5.5mm之间。当安装在转子组件300上的感应磁环340的磁极方向与磁编码芯片420的夹角不同时，磁编码芯片反馈给电机控制器的电信号不同。磁编码芯片420反馈给电机控制器的电信号可以是 0-5V的模拟电压信号，也可以通过SPC、I2C等通讯协议实时传输给电机控制器。

在本实施例中，所述磁编码芯片420基于巨磁阻原理技术，可检测平行于封装表面磁场360°变化的芯片，可选的芯片规格包括但不限于TLE5012B、 AS5600等。

本实用新型的有益效果在于，开关磁阻电机转子组件旋转过程中，与转子组件一体的充磁感应磁环，将磁场力交替变换的旋转信号传递至磁编码芯片，磁编码芯片将旋转位置信号换转成电信号通过线路板，传递至电机控制器，能使电机控制器实时控制开关磁阻电机转速及输出扭矩，提高控制精度。这种采用感应磁环和磁编码芯片成对设置的检测转子组件旋转位置的装置，其体积小、装配简单且生产制作过程中使用的零部件数量少，极大的降低了生产制作成本。

实施例二

在实施例一基础上，本实施例2提供了一种跑步机，即所述跑步机安装有所述的开关磁阻电机。

本跑步机安装有所述开关磁阻电机，因此，只需要使用一个巨磁阻原理的磁编码芯片和感应磁环来检测转子位置，安装简单，元器件数量少，位置检测精度高，更有利于实时控制电机的转速。

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 (11)

1.一种用于跑步机的开关磁阻电机，其特征在于，包括：

转子组件(300)和位于转子组件(300)后端的检测组件(400)；其中

所述检测组件(400)适于检测所述转子组件(300)的旋转位置。

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(410)上的磁编码芯片(420)；

所述转子组件(300)在旋转时，位于所述转子组件(300)后端的感应磁环(340)与所述磁编码芯片(420)的感应面之间存在空间位置差，以获得转子组件(300)的转动信号。

3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述感应磁环(340)与所述磁编码芯片(420)成对设置，并以所述转子组件(300)中心为转轴。

4.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)、保持架(330)和感应磁环(340)，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)；

所述保持架(330)前端适于固定在所述转子轴(320)后端，并与所述转子轴(320)实现同步旋转；

所述感应磁环(340)固定于所述保持架(330)的后端，并与所述保持架(330)实现同步旋转。

5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述感应磁环(340)为充磁感应磁环，磁极对数不小于一对。

6.根据权利要求3所述的开关磁阻电机，其特征在于，

所述磁编码芯片(420)适于检测转子位置，控制开关磁阻电机的转速和扭矩。

7.根据权利要求1-6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：前端盖(500)、后端盖(600)和后盖板(700)，其中

所述前端盖(500)和后端盖(600)适于夹持固定定子组件(200)和转子组件(300)，并支承所述转子组件(300)的前、后轴承；以及

所述检测组件(400)安装于后端盖(600)的中心通孔处，且所述后盖板(700)盖设在后端盖(600)的后侧。

8.根据权利要求7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)；

所述定子组件(200)适于在通电后提供旋转磁场。

9.根据权利要求8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)、定子骨架(220)和定子绕组(230)，其中

所述定子铁芯(210)具有多个凸状导磁极；

所述定子骨架(220)嵌套于所述定子铁芯(210)内；以及

所述定子绕组(230)缠绕于所述定子骨架(220)。

10.根据权利要求9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：飞轮(900)；

所述飞轮(900)连接转子轴(320)的前端。

11.一种跑步机，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的开关磁阻电机。