CN2364619Y

CN2364619Y - 双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机

Info

Publication number: CN2364619Y
Application number: CN 99205738
Authority: CN
Inventors: 王誉燕; 林寿美
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-26

Abstract

本实用新型主要是将二定子呈双对向设于转子轴向二侧,二定子内侧面形成复数个两相对向的电磁区,每一电磁区具有至少一组线圈绕组;控制系统具有感测元件用以感测转子的相位角度与转速,并可控制该至少一组线圈绕组的直流电流方向及其开闭,使与转子形成至少一电动机特性;以便当需要不同转速和扭力特性时,藉由感测元件感应不同转速变化,可控制该等电动机同时运作,或由其中的一电动机单独动作,进而变换输出不同扭力特性。

Description

双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机

本实用新型是关于一种永磁无刷直流电动机，尤指一种适用于中低转速、大扭力、高功率，以及可变换成一种或多种转速和扭力特性的双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机。

习知电动机多半为“径向磁场”，因此其转子受力仅为单面，极数和空间利用率较低，实非最理想的结构。另一种习知电动机虽使用“轴向磁场”，却为交流系统单相、双相或三相同步/异步感应电动机、永磁步进电动机、磁阻电动机和永磁同步电动机等。

由于磁钢材料不断的强磁化，以及铷铁硼稀土磁钢的普及化与价格合理化，促使永磁直流电动机更广泛地被运用在各个领域。因其是大量使用强磁材料，在相等功率下，永磁直流电动机比交流电动机的体积更小、重量更轻、厚度更薄，和节约更多能源。在某些应用领域，永磁直流电动机的特性曲线，表现的比交流电动机更加优越。加上近年来半导体产业的快速发展，更促使永磁无刷直流电动机在电子化、数字化伺服控制的领域表现的更加出色。

然而，至今却仍未有文献发表有关双对向或多数双对向组合的轴向磁场永磁无刷直流电动机。创作人爰因于此，本于积极创作的精神，及思创作一种“双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机”结构，几经研究实验终至完成此项嘉惠世人的创作。

本实用新型的主要目的是提供一种双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，以便能具有一种或多种转速和扭力特性曲线组合。

本实用新型的另一目的是提供一种双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，以便使电机极数相对增倍，空间利用率提高，输出较大的扭力。

本实用新型的再一目的是提供一种双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，以便使双对向电磁定子能共用一永磁转子，能双面受力均匀、运转平稳。

为达上述目的，本实用新型主要包括有：一转子、二定子，以及一控制系统；该转子具有复数个等角环设的永磁钢，二相邻永磁钢间为相反轴向磁场；该二定子呈双对向设备于该转子的轴向二侧，并于面对转子的内侧面分别形成有复数个等角环设且两相对向的电磁区，每一电磁区上具有至少一组线圈绕组；该控制系统具有至少一感测元件，用以感测转子的相位角度与转速，该控制系统并可控制该等线圈绕组的直流电流方向及其开闭，用以使该等线圈绕组与转子间分别形成至少一电动机M1，M2，…特性；以便当需要不同转速和扭力特性时，藉由该感测元件感测转子不同转速变化，可控制该等电动机M1+M2+…同时运作，或由其中的一电动机M1，M2，…单独运作，或组合成其他种电动机方式运作，进而变换输出不同扭力特性。

本实用新型的控制系统可采用直流换相控制系统，或交流整直流换相控制系统，或手动控制系统，或其他等效控制系统，较佳的是使用电子换相换档直流三相六线桥式控制系统，即电动机以电子式换档的原理作功。感测元件可使用习知的各种霍耳元件(Hall Sensor)，或其他能感应出相位角度磁极位置的各种等效构件皆可，较佳的是使用霍耳集成电路(IC)。

本实用新型该等电动机可设为彼此不等(M1≠M2≠…)或相等(M1＝M2＝…)。各电磁区的该等线圈绕组可缠绕于铁芯上，较佳的是采用冲卷式铁芯。

本实用新型亦可使用一个以上的转子，每一转子的轴向二侧并搭配设置有一对双对向定子，以便能形成更多种电动机组合，可具有更多种不同扭力特性变换。

转子的复数个永磁钢可藉由嵌入、粘合、紧配或其他等效的固定方式等角环设于转子上；较佳的是，将复数个未充磁的磁钢置入成形模具中，再以铝合金、工程塑胶、BMC、DMC或其他热硬化型塑胶等非导磁材料射入或压入模具中一体成型，促使该等磁钢受非导磁材料包覆紧固，取出后经表面加工处理，再对该等磁钢单个或整体充磁成为永磁钢。

由于本实用新型构造新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效故依法申请实用新型专利。

为了让贵审查委员能更了解本实用新型的技术内容，以下对本实用新型作进一步的说明，其中：

图1是本实用新型实施例的剖视图。

图2是本实用新型实施例的部分立体分解图。

图3至图5是本实用新型实施例的三相线圈绕组示意图。

图6是本实用新型实施例的直流三相六线桥式电子换相换档控制系统示意图。

图7至图12是本实用新型实施例的双电动机运作时连续运动剖面动作示意图。

图13、图14是本实用新型实施例的单电动机运作时示意图。

图15是本实用新型实施例的转速-转矩关系曲线图。

图16本实用新型另一实施例的二组双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机。

为了让贵审查委员能更了解本实用新型的技术内容，特举二较佳具体实施例说明如下。请先参阅图1及图2本实用新型的较佳具体实施例，其特别适用于电动车的中低转速、大扭力、高功率的永磁无刷直流电动机。

由于在本实施例中使用一种三相两极式永磁无刷直流电动机，故于心轴5上设置的转子3设有等角环设的16个永磁钢31，每二相邻永磁钢31间为相反轴向磁场。该转子3是将16个未充磁的磁钢置入成形模具中，再以铝合金、工程塑胶、BMC、DMC或其他热硬化塑胶等非导磁材料射入或压入模具中一体成型制成，促使该等磁钢受非导磁材料包覆紧固，取出后经表面加工处理，再对该等磁钢充磁成永磁钢31。

二定子1、2呈双对向设置于转子3的轴向二侧，并于面对转子3的内侧面10、20分别形成有24个等角环设且两相对向的电磁区11、21，在本实施例中，同一齿电磁区11(21)以二组线圈绕组12、13(22、23)同时缠绕于一冲卷式铁芯的内、外端而成。

图3至图5用以说明本实施例三相线圈绕组的示意图。以定子1为例，其绕组方式是将定子1上的24个电磁区11分成A、B、C三组依序间隔排列，相同A组(或B组或C组)的线圈12先个别缠绕于其冲卷式铁芯内端后再彼此连接，相同A组(或B组、或C组)的线圈13亦先个别缠绕于冲卷式铁芯外端后亦彼此连接。定子2亦同。

本实施例使用电子换相换档直流三相六线桥式控制系统4，图6显示其桥式结构和M1，M2及M1+M2以场功率开关切换示意图。由于是习知结构亦非本案重点，不再赘述。再请回顾图3至图5，本实施例的感测元件40采用三只霍耳IC(H1、H2、H3)来侦测转子3的相位角度和转速。

因此，当该电子换相换档直流三相六线桥式控制系统4藉由该等霍耳IC(H1、H2、H3)分别侦测转子3的相位角度和转速变换后，可对同一定子1(或2)上同一电磁区11(或21)的线圈绕组12、13(或22、23)控制通以同向直流电流或同时接地，并对每一组中不同且相邻的三电磁区A、B、C的线圈绕组12、13(或22、23)控制通以不同向直流电流或同时接地，促使每组三相邻电磁区11(或21)具有六种变化的轴向磁场组合，并再控制使不同定子1、2上的二相对电磁区11、21具有相反轴向磁场或同时接地为零磁场，且能依序交替换向。故而，不同定子1、2上二相对电磁区11、21的线圈绕组12、22与转子3间可形成一电动机M2特性，线圈绕组13、23与转子3间可形成另一电动机M1特性。

当电动车由零转速V_O开始启动及需大扭力时，该等霍耳IC(H1、H2、H3)侦测到转子3慢速转速，便由电子换相换档直流三相六线桥式控制系统4对线圈绕组12、13、22、23分别通以不同相差的直流电流或接地，即电动机以电子式换档的原理作功，电动机M2与电动机M1便可同时并用施力于转子3上，而具有M1+M2的电动机特性。图7至图12显示该转子3受二侧线圈绕组12、13、 22、23依序变换推斥力的连续运动剖面动作示意图，转子3便可持续向前，成为一种双电动机运作模式，其扭力特性曲线如图15所示。

启动后转速渐增，当该等霍耳IC(H1、H2、H3)侦测到转子3增至低转速V_L时，控制系统4切换至仅对线圈绕组12、22分别通以不同相差的直流电流或接地，图13是显示其仅以单电动机M2的运作模式。

当转速再增至高转速V_H，控制系统4又再切换至仅对线圈绕组13、23分别通以不同相差的直流电流或接地，图14显示其是以另一单电动机M1的运作模式。

因此，由图15转速V-转矩T关系曲线图显示，本实施例可于不同转速时适时控制变换电流，藉以具有双电动机M1-M2同时运作，或单电动机M2、M1单独运作模式，形成三种不同扭力曲线组合，具有一种类似双曲线的不同扭力输出特性，故可有电子换相、电子换档的变速电动车功效。

另由于为双对向定子，因此电机极数相对增倍，空间利用率提高，可输出大于同体积径向磁场电动机的扭力。且该等电动机自二侧对向平均施力，故能双面受力均匀、运转平稳。

图16为本实用新型另一实施例，其结构大致与上一实施例相同，惟其具有二转子3、3’，每一转子3、3’的二侧均对向设有定子1、2、1’、2’，因此可形成四个电动机M1，M2，M3，M4，其可单独使用或相互组合，形成更多种不同扭力变换。如图所示，本实施例相邻二电磁组2、2’为一体成形，以便节省空间与成本，当然亦可分离设置，均可达成本实用新型的目的与功效。

综上所陈，本实用新型无论就目的、手段及功效，在在均显示其迥异于习知技术的特征，为“双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机”的一大突破，恳请贵审查委员明察，早日赐准专利，以嘉惠社会，实感德便。惟应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1、一种双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，其特征在于，主要包括有：

一转子，具有复数个等角环设的永磁钢，二相邻永磁钢间为相反轴向磁场；

二定子，呈双对向设置于该转子的轴向二侧，并于面对转子的内侧面分别形成有复数个等角环设且两相对向的电磁区，每一电磁区上具有至少一组线圈绕组；以及

一控制系统，具有至少一感测元件。

2、如权利要求1所述的双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，其特征在于，其中该控制系统为直流三相六线桥式换相控制系统。

3、如权利要求1所述的双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，其特征在于，其中该控制系统为电子换相换档控制系统。

4、如权利要求1所述的双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，其特征在于，其中该感测元件为霍耳IC。

5、如权利要求1所述的双对向轴向磁场永磁无刷直流电动机，其特征在于，其中该电磁区具有一冲卷式铁芯。