CN1339863A - 一种电动机 - Google Patents

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Abstract

一种具有永磁定子的永磁直流电动机10。所述永磁定子包括至少一个永久磁铁14。所述磁铁14朝向电枢铁芯26的磁极,中间有一小气隙。速度传感器12位于所述气隙之中,用来检测所述电枢铁芯的旋转运动。速度传感器12是一个固定在朝向电枢铁芯的磁铁14表面上的单匝线圈。线圈端子38位于磁铁的一轴向端面上,并与固定在电动机端盖20上的可弹性变形的指形片或者弹性偏置端子36相配合。

Description

一种电动机
发明领域
本发明涉及一种电动机，尤其是包括有速度传感器的电动机。
背景技术
电动机的设计重点一直是在不损失输出功率的情况下减小电动机的尺寸或体积，对于微型永磁电动机尤其如此。然而，在过去，当在电动机中加装元件以提高电动机的某方面性能时，为了容纳所加装的元件，电动机的尺寸必须增大。伺服***所需要的速度传感器就是一个明显的例子。速度传感器通常可提供一个电压或脉冲输出，其幅度或频率是电动机转速的函数。伺服放大器使用这个信号来控制电动机的运动。
测量电动机转速的典型技术包括在电动机轴上加装测速发电机或高频发电机。这就需要增加电动机架的尺寸，从而增大了其体积。已尝试过一些技术，包括检测电动机输入的电流峰值。在取得了一定成功的同时，这种包括易受嘈杂环境和不洁换向开关(这些情况在电动机磨损时经常发生)影响的敏感电子元件的技术，在最差的应用情况下，容易使传感器无法运作。
因此，就需要一种速度传感器，其较少依赖输入功率且不会增加电动机体积或尺寸。
发明内容
本发明采用了在定子磁铁的内表面上形成的位于磁铁和定子间的气隙中的传感器线圈，可以达到以上目的。
因此，本发明，在一方面，提供了一种永磁直流电动机，包括：一个具有至少一个永久磁铁的永磁定子；一个转子，所述转子包括一个转子轴，一安装在所述转子轴上并有许多磁极的电枢铁芯，一绕在所述磁极上的电枢绕组，一安装在所述转子轴上的换向器，所述换向器邻近于所述电枢铁芯的一个端面，并与所述电枢绕组的引线相连接，所述转子在轴颈处有轴承，并朝向所述定子；和一个速度传感器；其中，所述速度传感器是一个由导电材料制成的线圈，所述线圈固定在磁铁的表面，并位于所述磁铁和所述电枢铁芯间的气隙中。
所述线圈最好是固定在磁铁内表面上的单匝线圈，并朝向所述电枢铁芯。
所述线圈最好是细长“U”形的单匝线圈。
所述线圈端子最好位于磁铁的轴向端面上。
所述线圈端子最好能和固定在电动机端盖上的可弹性变形的指形片或弹性偏置端子配合在一起。所述指形片可以是固定在电动机端盖上的金属条或导电橡胶端子。
附图说明
现在将通过示例和参考附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是根据优选实施例的永磁直流电动机的分解图；
图2显示了图1所示的支撑速度传感器线圈的电动机磁铁；
图3显示了一相似的磁铁，其中的速度传感器线圈有另一种形状；
图4和图5显示了相似的磁铁，其中的速度传感器基于另一实施例。
具体实施方式
图1表示了一个典型的永磁直流电动机10，已被改进成装有根据本发明的第一实施例的速度传感器线圈12。所述电动机有一永磁定子，所述定子有两个弧形陶瓷磁铁14。转子16朝向定子磁铁14，并在轴颈处由轴承18支撑。所述轴承分别装在端盖20和后壳部分22上。所述转子有一转子轴24，电枢铁芯26和换向器28。电枢铁芯26有许多薄片，形成了很多凸极，所述线圈绕在所述凸极上形成一电枢绕组30。线圈端接在换向器28上。
端盖20上有电刷32。所述电刷与换向器28滑动接触，因此可以通过电动机端子34将电能传送到电枢绕组30中。所述端盖上还有两个弹性触片36。所述弹性触片是可弹性变形的导电条，在端盖上与传感器端子40相连。所述弹性触片也可以是固定在端盖上并延伸出的导电橡胶柱。
两个磁铁14之一的径向内表面上有导电线圈12。所述内表面朝向电枢铁芯26，中间隔着气隙，而线圈12就位于磁铁14和所述电枢铁芯间的气隙中。线圈12有一U形的导电路径，形成一个单匝。相邻于端盖的磁铁轴向端面上有端子片38，所述形状的单匝线圈就在所述端子片上开始并结束。两个弹性触片36可以和端子片接触，于是可以通过端盖20上的传感器端子40将信号从线圈12中传送到外电路中。相比将引线直接焊接到磁铁的线圈上，采用弹性触片可以极大地简化结构。
在图2中更清楚地显示了线圈12。线圈12是单匝线圈，无需在匝间绝缘，因此易于应用。鉴于此，线圈可以由导电薄膜、导电箔、导电带或导电线形成。在所描述的实施例中，线圈12是由导电涂料制成的，如含银环氧树脂，用贴片印刷工艺贴在磁铁的表面上。涂料也可以由劳动强度很大的喷涂或丝网印刷的方法贴在磁铁的表面上，但由于磁铁表面是曲面，所以丝网印刷实施起来更困难。如果磁铁表面是导电的，则需要在表面上进行非导电涂镀，以便将线圈和磁铁表面绝缘。对陶瓷磁铁和树脂粘结的磁铁来说，就不必进行这种涂镀。
从上面的描述中可以看到，根据本发明采用一速度传感器来检测电动机速度，无需增大电动机的尺寸或体积。由于线圈12位于磁铁和电枢铁芯26之间，流过线圈的磁通量随转子的转动而变化。当磁极相邻于线圈时，磁通量达到最大值；当磁极间的槽相邻于线圈时，磁通量达到最小值。磁通量的变化在线圈中产生一个电压脉冲，于是随着转子的旋转，传感器线圈产生一系列的脉冲信号。通过测量脉冲间的时间或输出信号的频率，就可以确定电动机的转速。然后电动机控制器可用这个信息来控制电动机的转速。
当采用与转子铁芯磁极间的槽尺寸相似尺寸的线圈时，可以产生更尖锐更强的信号。如果线圈的“U”形太宽，信号就不会太尖锐。如果线圈的“U”形太窄，信号的幅度就不会太大，很难将信号从噪音中分离出来。线圈的“U”形的方位最好和槽的方位一致，因此通常来说，“U”形可以向轴向延伸。但如果电动机的转子铁芯是倾斜的，那么“U”形也应相似地倾斜。
图3显示的是一个采用更宽的线圈12的实施例。如上所述，这种结构并不是优选的。但在低噪音应用场合，这种形式的线圈可以得到满意的结果，并且无需修改就可以在倾斜和非倾斜电枢中使用。
要产生良好的信号，线圈在磁铁表面的位置并不是关键的。然而，在电刷从换向器的一段滑动到另一段时，由于换向作用单匝线圈也会接收到一个脉冲。由于换向峰值的计时与线圈的位置无关，那么可以选择合适的线圈位置，使得换向峰值和信号脉冲及时分离，或者根据所需使其同时发生。
为检测低速的运转，如每分几百转，就需要有多匝线圈来接收一可靠的输出信号。在图4中的另一实施例中，在磁铁14的表面上有两个细U形的单匝线圈12，112。线圈12，112串联在一起，并在圆周上以一定距离隔开。这个距离等于电枢上磁极的间距，即所谓的槽-槽间距。对于有多个磁极的转子，线圈距离可以是槽-槽间距的整数倍。例如，对于一个三磁极转子，线圈距离是120度，对于一个五磁极转子，此距离是72度，而对于一个十二磁极转子，考虑到磁铁的弧形范围，此距离可以是30，60，90，120度等。在这种结构中，只要一个电枢磁极通过其中一个线圈12，那么另外一个电枢磁极一定同时通过另一个线圈112。因此，信号输出就比单匝线圈结构增强了一倍。这种设计没有采用双匝线圈但达到了双匝线圈的效果。如果采用双匝线圈，其导电路径将变窄，并且至少在两匝间的交点处需要有绝缘层。
在另一种设计中，如图5所示采用了两个线圈12。线圈并排排列，并共用一个支线，形成了一个具有三个端子的W形线圈。在控制电路或端盖中，虽然两个外端子在圆周上有稍稍移动，但两个外端子是连在一起，使得线圈相当于平行连在一起的两个线圈。因此，每个线圈的信号不会被叠加，而是及时被分离且反向，产生一个正弦式脉冲。由于换向脉冲与线圈位置无关，在每个线圈中同时会产生换向脉冲。这种结构就可用来消除或减轻所述换向脉冲。但由于一线圈相对于另一线圈反向，脉冲也应被反向，使得在速度传感器信号中的换向峰值可全面地降低。
在此详细描述了几个优选实施例。显而易见，对于有经验的读者来说，在不违背本发明的精神下可以进行许多改进。所有的改进都应包括在附属权利要求所定义的发明中。

Claims (13)

1.一种永磁直流电动机，包括：
一个具有至少一个永久磁铁(14)的永磁定子；
一个转子(16)，所述转子包括一个转子轴(24)，一安装在所述转子轴上并有多个磁极的电枢铁芯(26)，一绕在所述磁极上的电枢绕组(30)，一安装在所述转子轴上的换向器(28)，所述换向器相邻于所述电枢铁芯的一个端面，并连接所述电枢绕组的引线，所述转子(16)在轴颈处有轴承(18)，并朝向所述转子；和，
一个速度传感器；
其特征在于，所述速度传感器是一个由导电材料制成的线圈，所述线圈固定在磁铁(14)的表面，并位于所述磁铁(14)和所述电枢铁芯(26)间的气隙中。
2.根据权利要求1所述电动机，其特征在于，所述导电材料是一层导电涂料的薄涂层，尤其是导电环氧树脂涂层。
3.根据权利要求1所述电动机，其特征在于，所述线圈(12)可沿轴向基本上延伸到磁铁的整个轴向长度。
4.根据权利要求1所述电动机，其特征在于，所述线圈(12)是一单匝线圈。
5.根据权利要求4所述电动机，其特征在于，所述线圈(12)是一个形状如细长“U”形的单匝线圈，可沿轴向基本上延伸到电动机的整个轴向长度。
6.根据权利要求5所述电动机，其特征在于，所述线圈(12)可沿轴向延伸，其角度和所述电枢铁芯上的磁极角度基本上相同。
7.根据权利要求5所述电动机，其特征在于，所述线圈(12)在其“U”形的臂间有一侧向开口，和所述电枢铁芯的磁极间的环形开口基本上相等。
8.根据权利要求1中所述电动机，其特征在于，所述速度传感器还包括一个第二单匝线圈(112)，和所述第一线圈(12)的端子相连，所在位置与所述第一端子相邻，但周向隔开一段距离。
9.根据权利要求8所述电动机，其特征在于，两个线圈(12，112)串联在一起，在周向上相距一定距离，所述距离等于所述电枢铁芯(26)磁极间距的整数倍。
10.根据权利要求8所述电动机，其特征在于，第一和第二线圈(12，112)基本上是“U”形的，它们间有一共同的支线，形成一个细长“W”形的图案。
11.根据上述任何一项权利要求中所述电动机，其特征在于，所述速度传感器的线圈端子(38)位于所述磁铁(14)的一个轴向端面上。
12.根据权利要求11中所述电动机，其特征在于，所述电动机有一个深拉伸形成的杯状外壳(22)，所述外壳一端为开口，可由端盖(20)封闭，线圈端子(38)可以与固定在所述端盖(20)上的弹性偏置端子(36)相接触。
13.根据权利要求12中所述电动机，其特征在于，所述弹性偏置端子(36)是从所述端盖(20)延伸出的可弹性变形的指形片。
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C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee