无刷直流电机制造技术

一种无刷直流电机包括彼此间隔一距离定位在圆形结构上的多个磁体和每个围绕静态的螺线管壳体设置的多个螺线管，其中所述螺线管壳体被构造成具有空穴部分，当包括所述多个磁体的圆形结构绕其轴线旋转时，所述多个磁体能够穿过所述空穴部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无刷直流电机
本专利技术涉及一种无刷直流电机(BLDC)。
技术介绍
在无刷直流电机的最简单的概念形式中(如图1所示)，BLDC电机由永磁体1 (转子)构成，所述永磁体1 (转子)围绕其对称轴线自由旋转，所述永磁体1由至少三个由螺线管绕组2构成的固定电磁体(定子)的布置包围，所述固定电磁体围绕转子轴线相对于彼此以120°定位。每个螺线管通过由开关控制算法确定的定时和极性操作的一组电子开关3通过向所述螺线管施加DC(直流)电压而通电。 如果电磁体被用适当的定时和极性通电，所述电磁体相对于转子磁体1的S-N轴线方向产生具有适当的强度和方向的磁场，并且这个磁场在永磁体上产生导致转子转动的扭矩。该算法根据转子的实际角度位置在任何给定时刻确定开关所需要的操作顺序，所述位置通过一个或多个传感器确定，所述传感器通常是霍尔效应类型的传感器(在附图中通过附图标记4表示)，所述传感器感测转子的磁场。安置在壳体5内的电机的操作被控制器6控制。 在图1的简单概念形式中，足以每次将两个磁体适当通电以产生将保持转子转动的任意方向的旋转磁场。实际上，为了得到连续平滑的扭矩值，BLDC电机被使用用于定子的多个绕组和用于转子的具有交替N-S极的若干磁体实施。 在现有技术中已知有两种基本的BLDC电机结构:内转子结构(图2a),其中定子绕组包围转子并且被固定到电机的壳体，以及外转子结构(图2b)，其中定子螺线管被固定到电机的芯部内，并且由转子磁体包围。在现有技术实施方式中，BLDC电机遭受以下缺点:对于固定的电源电压，随着电机速度增加，电机能够提供的扭矩有所减小。这个不期望的效果是产生寄生电压的结果，所述寄生电压被称为反EMF(电动势)电压。 因为在定子的螺线管与由转子的永磁体产生的磁场之间有相对运动，反电动势是在很大程度上以与发电机工作相同的方式在定子内产生的电压。由永磁体产生的磁场线随着转子旋转而旋转。因此，进入每个通电螺线管的横截面区域的磁场线的投影(沿着螺线管轴线的方向)随着时间而改变。这个磁场线的投影总和的量被称为通过螺线管的“磁通量”。通过楞次感应定律，变化的磁通在螺线管内产生感应电压(在这个方面，电机与发电机一样作用)。这个感应电压的值与磁通变化率成比例地增加，并且因此感应电压的值随着电机的旋转速度增加而增加，并且感应电压的极性与由电源外部施加的原始电压相反。因此，施加到定子的每个通电螺线管的总有效电压随着转子的角速度增加而减小(总有效电压等于不变的外部电源电压减去感应的反电动势)。由于施加的总电压减小，流入定子的螺线管的电流也减小，这最终导致由电机提供的扭矩的减小。因此，电机能够输送的最大扭矩随着旋转速度增加而减小。为了减小在高速下的反扭矩，需要增加电源电压，这在许多情况下不能够实现。 产生反电动势的另一不利的副作用在于，对于固定的电源电压，因为反电动势然后更低并且施加到螺线管的总电压更高，在螺线管内流动的电流在较低旋转速度下更高。遵循在开始时(当没有运动并且因此没有磁通改变并且没有反电动势时)，电机驱动最高电流。由于电源电压显著高于在最终速度下施加到螺线管的总电压，然后，在运动开始时，得到显著高于稳态工作电流的电流峰值。这样的不期望的过电流峰值甚至可能导致螺线管损坏或者电源过载，并且有时必须通过增加保护装置或者通过电流控制能力的过量设计而处理。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及一种无刷直流电机，所述无刷直流电机包括在圆形结构上定位成彼此间隔一定距离的多个磁体，和每个围绕固定螺线管壳体提供的多个螺线管，其中所述螺线管壳体被构造成具有空穴部分，当包括所述多个磁体的圆形结构绕其轴线旋转时，所述多个磁体能够穿过所述空穴部分。磁体相对于螺线管的运动是沿着螺线管的轴线方向准线性的。词语“准线性”指的是表明当磁体进入螺线管的壳体时，磁体的运动相对于螺线管的轴线几乎是线性的。当然，由于磁体被定位在圆形路径上，该运动不能够是完全线性的，并且因此采用词语“准线性”。当在相邻的永磁体之间设置间隔件时，所述间隔件应该由高磁导率材料制成。 如将对本领域技术人员明显的，根据电机的具体设置，能够提供不同数量的永磁体和螺线管。根据本专利技术的一个实施例，螺线管的数量等于永磁体的数量，并且根据本专利技术的另一实施例，螺线管的数量能够大于或者小于永磁体的数量。 本专利技术的无刷电机应该设有适合于确定永磁体相对于螺线管的位置的一个或多个传感器。应进一步提供控制器，所述控制器适合于允许响应于由一个或多个传感器关于磁体相对于螺线管的位置的确定而将电流供应到螺线管。 [0011 ] 在本专利技术的一个实施例中，永磁体和定位在所述永磁体之间的高磁导率材料单独或者与一个或多个结构环一起形成电机的转子，所述转子被(例如通过带齿元件)机械地连接到动力传递装置。 在另一方面，本专利技术涉及一种用于操作无刷直流电机的方法，所述方法包括使得多个磁体相对于多个螺线管沿着螺线管的轴线方向以准线性运动而运动。 【附图说明】 在附图中: 图1示意性地示出现有技术的电机； 图2(a)和图2(b)示出用于无刷电机的两种现有技术结构； 图3示意性地示出根据本专利技术的一个实施例的电机的结构； 图4示出由两个相邻的永磁体产生的场； 图5是根据本专利技术的一个实施例的转子的示意图； 图6示出根据本专利技术的一个示例性实施例的装配状态下的电机； 图7是图6的电机的俯视图； 图8是图6的电机的侧视图； 图9示出图6的电机的运动； 图10示出在图6的电机中与图5的转子相关联的环元件； 图11是图6的电机的分解视图； 图12(b)和图12(c)是图6的电机的中心部(a)的横截面视图； 图13示出图5的转子的永磁体在图10的底部环上的连接； 图14示出在螺线管壳体在转子组件上的装配； 图15示出可替代的转子结构；和 图16示出为了使得EMF最小，在螺线管内侧的磁体的磁极位置。 【具体实施方式】 本专利技术涉及一种新型的BLDC电机结构，所述电机结构导致反电动势水平的大幅减小，因此产生不论转子的角速度如何都能够提供恒定扭矩值的电机。作为减小反电动势的附带好处，施加的总电压几乎是恒定的，并且因此在启动时将不会出现过-电流峰值。 在现有技术BLDC中产生反电动势的原因是通过定子的螺线管的磁通的变化。这个磁通变化是由于转子的旋转，所述转子的旋转产生在螺线管的芯内存在的磁场强度的变化(随着转子的磁体靠近或移动远离螺线管)以及磁场线相对于螺线管的轴向的方向变化(平行于螺线管轴线穿过螺线管的芯的磁场分量的变化产生穿过螺线管的磁通的变化)。在转子的磁体圆周运动期间，有磁体与螺线管之间距离的变化和磁场线相对于螺线管轴线的方向变化，这些变化都导致通过螺线管的磁通变化。本专利技术的结构主题通过减小上述的磁通变化而减小反电动势效应。 为了说明电机操作的原理，在图3中示意性示出根据本专利技术的实施例的电机结构。定子结构由固定到电机壳体的多个空心螺线管32构成，并且所述空心螺线管的对称轴线沿着圆形路径35对齐。基本转子结构由多个永磁体31构成，所述永磁体31的S-N轴线以交替极性沿着与定子相同的圆形路径对齐。磁体可以被以高磁导率材料彼此连接以形成如图5所示的连续圆环，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机，包括彼此间隔一距离定位在圆形结构上的多个磁体和每个围绕静态的螺线管壳体设置的多个螺线管，其中所述螺线管壳体被构造成具有空穴部分，当包括所述多个磁体的圆形结构绕其轴线旋转时，所述多个磁体能够穿过所述空穴部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.20 IL 2187431.一种无刷直流电机，包括彼此间隔一距离定位在圆形结构上的多个磁体和每个围绕静态的螺线管壳体设置的多个螺线管，其中所述螺线管壳体被构造成具有空穴部分，当包括所述多个磁体的圆形结构绕其轴线旋转时，所述多个磁体能够穿过所述空穴部分。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其中所述磁体相对于所述螺线管的运动沿着所述螺线管的轴线方向是准线性的。3.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其中由高导磁率材料制成的间隔件被设置在每两个相邻的永磁体之间。4.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其中螺线管的数量等于永磁体的数量。5.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其中螺线管的数量大于或小于永磁体的数量。6.根据权利要求1所述的无刷直流电机，包括适合于确定永磁体相对于螺线管的位置的一个或多个传感器。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·施拉克斯基，A·莫斯托瓦，S·扎萨林，S·绍伊赫布罗德，
申请(专利权)人：瓦斯技术控股有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB