盘式电机的制作方法

本发明涉及一种电机，特别涉及一种盘式电机。

背景技术：

电机广泛应用于制造业、医疗器械、机器人等行业，随着技术的发展，越来越多的领域需要电机满足小型化、集成化(机械部分和控制部分的集成)、控制灵活等要求。

盘式电机是很重要的一种电机结构形式，其电机定子和转子沿轴向布置，做成圆盘形状，此类电机存在以下缺陷：

1、目前很多电机的机械部分和控制部分独立分开，尺寸较大，空间利用不充分；

2、电机转子由转轴带动旋转，有机械轴承，从而产生机械摩擦发热和磨损；

3、目前大多电机只能实现转子的旋转，功能单一，不能满足对电机姿态需要更多调整的应用要求；

4、电机运行稳定性和精确性不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种盘式电机，以解决现有盘式电机运行稳定性和精确性不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种盘式电机，包括定子、转子、位置传感器和控制电路；所述定子包括有绕组单元，所述绕组单元置于所述定子与所述转子之间，所述绕组单元为3n个，每相邻三个所述绕组单元组成一个三相绕组，n为大于等于1的自然数；所述位置传感器与所述转子相对，所述位置传感器用于检测所述转子的转速和悬浮高度；所述控制电路与所述绕组单元、以及所述位置传感器电连接，所述控制电路用于接收所述位置传感器的检测结果、并以此通过所述绕组单元控制所述转子的转速和悬浮高度。

其中，所述绕组单元包括定子齿和定子线圈，所述定子线圈安装于所述定子齿上，所述控制电路通过改变所述定子线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的转速和悬浮高度。

其中，所述绕组单元为三个，三个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置，三个所述绕组单元的所述定子线圈组成三相绕组。

其中，所述绕组单元为六个，六个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置，所述控制电路能够控制任意相邻三个所述绕组单元的所述定子线圈组成三相绕组。

其中，所述绕组单元为九个，九个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置，九个所述绕组单元的所述定子线圈组成三个三相绕组。

其中，所述绕组单元包括定子齿、定子线圈和磁悬浮线圈，所述定子线圈和所述磁悬浮线圈均安装于所述定子齿上；所述控制电路通过改变所述定子线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的转速，所述控制电路通过改变所述磁悬浮线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的悬浮高度。

其中，所述绕组单元为三个，三个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置，三个所述绕组单元的所述定子线圈组成三相绕组。

其中，所述绕组单元为六个，六个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置；其中三个相邻所述绕组单元的所述定子线圈组成第一个三相绕组，其余三个相邻所述绕组单元的所述定子线圈组成第二个三相绕组；每两个相邻所述绕组单元的所述磁悬浮线圈构成一个磁悬浮绕组，所述控制电路通过三个所述磁悬浮绕组控制所述转子的悬浮高度。

其中，所述绕组单元为九个，九个所述绕组单元以对称排列于一圆周的方式设置；九个所述绕组单元的所述定子线圈组成三个三相绕组；每三个相邻所述绕组单元的所述磁悬浮线圈构成一个磁悬浮绕组，所述控制电路通过三个所述磁悬浮绕组控制所述转子的悬浮高度。

其中，所述控制电路设置为板状，各个所述定子齿均穿过所述控制电路、并固定所述控制电路的安装位置，所述控制电路与所述转子相对布置。

本发明的有益效果如下：

由于所述位置传感器用于检测所述转子的转速和悬浮高度，所述控制电路用于接收所述位置传感器的检测结果、并以此通过所述绕组单元控制所述转子的转速和悬浮高度，所以此方案通过位置传感器实时监测转子的运行状态，以便控制电路及时对转子的运行状态进行调整，从而解决现有盘式电机运行稳定性和精确性不高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图2是本发明第二个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图3是本发明第二个实施例提供的盘式电机第一时刻工作状态示意图；

图4是本发明第二个实施例提供的盘式电机第二时刻工作状态示意图；

图5是本发明第二个实施例提供的盘式电机第三时刻工作状态示意图；

图6是本发明第三个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图7是本发明第三个实施例提供的盘式电机拆解结构示意图；

图8是本发明第四个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图9是本发明第五个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图10是本发明第五个实施例提供的盘式电机拆解结构示意图；

图11是本发明第六个实施例提供的盘式电机结构示意图；

图12是本发明第六个实施例提供的盘式电机定子线圈分布结构示意图；

图13是本发明第六个实施例提供的盘式电机磁悬浮线圈分布结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明所述盘式电机，包括定子、转子、位置传感器和控制电路；所述定子包括有绕组单元，所述绕组单元置于所述定子与所述转子之间，所述绕组单元为3n个，每相邻三个所述绕组单元组成一个三相绕组，n为大于等于1的自然数；所述位置传感器与所述转子相对，所述位置传感器用于检测所述转子的转速和悬浮高度；所述控制电路与所述绕组单元、以及所述位置传感器电连接，所述控制电路用于接收所述位置传感器的检测结果、并以此通过所述绕组单元控制所述转子的转速和悬浮高度。

在满足此结构后，无论绕组单元为三个、六个、九个或更多，位置传感器均能够实时监测转子的运行状态，以便控制电路及时对转子的运行状态进行调整，从而解决现有盘式电机运行稳定性和精确性不高的问题。

其中，绕组单元实现转子转速、悬浮高度控制的方式有多种，一种可以是所述绕组单元包括定子齿和定子线圈，所述定子线圈安装于所述定子齿上，所述控制电路通过改变所述定子线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的转速和悬浮高度；即此时可以通过定子线圈同时实现转子转速和悬浮高度的控制，其具体应用可参见下文盘式电机的第一至第三个实施例。

从图1可知，本发明所述盘式电机的第一个实施例包括有：

定子1a，如图1所示，所述定子1a的底部大致呈环形的板状，定子1a包括有绕组单元2a，绕组单元2a为三个，三个绕组单元2a以对称排列于一圆周的方式设置，其中，每个绕组单元2a均包括有定子齿21a和定子线圈22a，三个绕组单元2a的定子线圈22a组成一个三相绕组；有关所述定子齿21a，其包括有一铁芯211a和一大致呈等扇形的极靴212a，铁芯211a的上端与极靴212a的下表面连接固定；而定子线圈22a将在铁芯211a的周侧缠绕布置，从而实现定子线圈22a安装于定子齿21a上。

控制电路3a，如图1所示，所述控制电路3a设置为板状，具体的，即可设置为一呈圆板状的pcb电路板，各个定子齿21a均穿过控制电路3a、并固定控制电路3a的安装位置，以使得控制电路3a与转子5a相对布置，具体为各个铁芯211a的上端穿过控制电路3a，控制电路3a将承托于定子线圈22a的上方、并与定子线圈22a电连接，从而实现控制电路3a的安装固定。

位置传感器4a，如图1所示，所述位置传感器4a设于控制电路3a的上表面、并与控制电路3a电连接，其中，位置传感器4a为三个，三个位置传感器4a分别设于每两个相邻的定子齿21a之间；另外，位置传感器4a优选为霍尔传感器。

转子5a，如图1所示，所述转子5a的外形大致呈环形，转子5a置于控制电路3a的上方、并与各个位置传感器4a处于相对状态。

此实施例的应用过程大致如下：

1、控制电路3a控制三个绕组单元2a进入工作状态，此时绕组单元2a产生的磁场将可驱动转子5a悬浮并转动；

2、在转子5a转动过程中，位置传感器4a能够检测转子5a的转速和悬浮高度；

3、控制电路3a接收位置传感器4a的检测结果，然后便可对转子5a的运行状态进行调控；具体为通过调节定子线圈22a的电流相位和电流幅值，便可实现转子5a转速和悬浮高度的调控；当然，控制电路3a的控制方式可以是人工调控或自动调控，譬如操作人员在得知位置传感器4a的检测结果后，进行人工调控，以改变转子5a的运行状态，又或者控制电路3a预设了一个转子5a运行状态允许范围，控制电路3a在接收位置传感器4a的检测结果后，自动调控转子5a的运行状态，直至转子5a的运行状态处于预设的允许范围内。

从图2可知，本发明所述盘式电机的第二个实施例与第一个实施例基本一致，其区别在于以下两点：

第一，所述绕组单元2b为六个，六个绕组单元2b以对称排列于一圆周的方式设置，控制电路3b能够控制任意三个相邻绕组单元2b的定子线圈组22b成三相绕组。

第二，所述位置传感器4b为六个，六个位置传感器4b分别设于每两个相邻的定子齿21b之间。

第二个实施例的应用过程与第一个实施例大致相同，其区别在于能够实现转子5b的翻转角度调节，具体如下：

1、如图3所示，在第一个时刻，定子线圈22b1、定子线圈22b2和定子线圈22b3组成第一个三相绕组xb1，第一个三相绕组xb1控制转子5b悬浮的高度为zb1，而定子线圈22b4、定子线圈22b5和定子线圈22b6组成第二个三相绕组xb2，第二个三相绕组xb2控制转子5b悬浮的高度为zb2；

2、如图4所示，在第二个时刻，定子线圈22b6、定子线圈22b1和定子线圈22b2组成第三个三相绕组xb3，第三个三相绕组xb3控制转子5b悬浮的高度为zb3，而定子线圈22b3、定子线圈22b4和定子线圈22b5组成第四个三相绕组xb4，第四个三相绕组xb4控制转子5b悬浮的高度为zb4；

3、如图5所示，在第三个时刻，定子线圈22b5、定子线圈22b6和定子线圈22b1组成第五个三相绕组xb5，第五个三相绕组xb5控制转子5b悬浮的高度为zb5，而定子线圈22b2、定子线圈22b3和定子线圈22b4组成第六个三相绕组xb6，第六个三相绕组xb6控制转子5b悬浮的高度为zb6；

4、假若zb1＝zb2＝zb3＝zb4＝zb5＝zb6，则表示转子5b与定子1b的底部处于平行相对的状态，且转子5b的悬浮高度将处于稳定状态；而zb1至zb6中若存在不相等的情况，将会导致转子5b产生倾斜，譬如假若zb1<zb2，则会导致转子5b处于左高右低的状态；当然，此时位置传感器4b将会持续检测转子5b的运行状态，以便及控制电路3b及时对转子5b的运行状态进行调控。

从图6和图7可知，本发明所述盘式电机的第三个实施例与第一个实施例基本一致，其区别在于以下三点：

第一，所述绕组单元2c为九个，九个绕组单元2c以对称排列于一圆周的方式设置；其中，九个绕组单元2c的定子线圈22c组成三个三相绕组，具体为定子线圈22c1、定子线圈22c2和定子线圈22c3组成第一个三相绕组xc1，定子线圈22c4、定子线圈22c5和定子线圈22c6组成第二个三相绕组xc2，定子线圈22c7、定子线圈22c8和定子线圈22c9组成第三个三相绕组xc3。

第二，所述位置传感器4c为六个，每个三相绕组的上方各设有两个位置传感器4c，此时将使得每三个定子齿21c匹配设置两个位置传感器4c，以此实现了每个三相绕组对转子5c悬浮高度控制的监测。

第三个实施例的应用过程与第一个实施例大致相同，其区别在于能够实现转子5c的翻转角度调节，具体如下：

控制电路3c通过三相绕组xc1控制转子5c悬浮的高度为zc1，控制电路3c通过三相绕组xc2控制转子5c悬浮的高度为zc2，控制电路3c通过三相绕组xc3控制转子5c悬浮的高度为zc3；假若zc1＝zc2＝zc3，则表示转子5c与定子1c的底部处于平行相对的状态，且转子5c的悬浮高度将处于稳定状态；而zc1至zc3中若存在不相等的情况，将会导致转子5c产生倾斜，由于其倾斜原理和控制调节方式与第二个实施例相同，故此不再叙述。

另外，绕组单元实现转子转速、悬浮高度控制的方式有多种，另一种可以是所述绕组单元包括定子齿、定子线圈和磁悬浮线圈，所述定子线圈和所述磁悬浮线圈均安装于所述定子齿上；所述控制电路通过改变所述定子线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的转速，所述控制电路通过改变所述磁悬浮线圈的电流相位和电流幅值，以控制所述转子的悬浮高度；即此时可以通过定子线圈实现转子转速的控制，以及通过磁悬浮线圈实现转子悬浮高度的控制，其具体应用可参见下文盘式电机的第四至第六个实施例。

从图8可知，本发明所述盘式电机的第四个实施例与第一个实施例基本一致，其区别在于：所述绕组单元2d还包括磁悬浮线圈23d，磁悬浮线圈23d安装于定子齿21d上，具体为磁悬浮线圈23d将在铁芯211d的周侧缠绕布置，并置于定子线圈22d与极靴212d之间；其中，控制电路3d通过定子线圈22d控制转子5d的转速、并通过磁悬浮线圈23d控制转子5d的悬浮高度。

此实施例的应用过程大致如下：

1、控制电路3d调节定子线圈22d的电流相位和电流幅值至合适值，便可实现定子线圈22d对转子5d转速的单独控制；

2、控制电路3d调节磁悬浮线圈23d的电流相位和电流幅值至合适值，便可实现磁悬浮线圈23d对转子5d悬浮高度的单独控制。

从图9和图10可知，本发明所述盘式电机的第五个实施例与第四个实施例基本一致，其区别在于以下四点：

第一，所述绕组单元2e为六个，六个绕组单元2e以对称排列于一圆周的方式设置。

第二，其中三个相邻绕组单元2e的定子线圈22e组成第一个三相绕组xe1，其余三个相邻绕组单元23的定子线圈22e组成第二个三相绕组xe2，具体为所述定子线圈22e1、定子线圈22e2和定子线圈22e3组成第一个三相绕组xe1，定子线圈22e4、定子线圈22e5和定子线圈22e6组成第二个三相绕组xe2，控制电路3e通过三相绕组xe1和三相绕组xe2控制转子5e的转速；

第三，每两个相邻绕组单元2e的磁悬浮线圈23e构成一个磁悬浮绕组，控制电路3e通过三个磁悬浮绕组控制转子5e的悬浮高度，具体为所述磁悬浮线圈23e1和磁悬浮线圈23e2组成第一个磁悬浮绕组ye1，磁悬浮线圈22e3和磁悬浮线圈22e4组成第二个磁悬浮绕组ye2，磁悬浮线圈22e5和磁悬浮线圈22e6组成第三个磁悬浮绕组ye3，控制电路3e通过磁悬浮绕组ye1、磁悬浮绕组ye2和磁悬浮绕组ye3控制转子5e的悬浮高度。

第四，所述位置传感器4e为六个，六个位置传感器4e分别设于每两个相邻的定子齿21e之间。

第五个实施例的应用过程与第四个实施例大致相同，具体如下：

1、控制电路3e通过三相绕组xe1和三相绕组xe2控制转子5e的转速，其中，通过调节三相绕组xe1和三相绕组xe2的电流相位和电流幅值，便可调节转子5e转速的快慢；

2、控制电路3e通过磁悬浮绕组ye1控制转子5e悬浮的高度为ze1，控制电路3e通过磁悬浮绕组ye2控制转子5e悬浮的高度为ze2，控制电路3e通过磁悬浮绕组ye3控制转子5e悬浮的高度为ze3；假若ze1＝ze2＝ze3，则表示转子5e与定子1e的底部处于平行相对的状态，且转子5e的悬浮高度将处于稳定状态；而ze1至ze3中若存在不相等的情况，将会导致转子5e产生倾斜，由于其倾斜原理和控制调节方式与第二个实施例相同，故此不再叙述。

从图11至图13可知，本发明所述盘式电机的第六个实施例与第五个实施例基本一致，其区别在于以下四点：

第一，所述绕组单元2f为九个，九个绕组单元2f以对称排列于一圆周的方式设置。

第二，九个绕组单元2f的定子线圈22f组成三个三相绕组，具体为所述定子线圈22f1、定子线圈22f2和定子线圈22f3组成第一个三相绕组xf1，定子线圈22f4、定子线圈22f5和定子线圈22f6组成第二个三相绕组xf2，定子线圈22f7、定子线圈22f8和定子线圈22f9组成第三个三相绕组xf3，控制电路3f通过三相绕组xf1、三相绕组xf2和三相绕组xf3控制转子5f的转速；

第三，每三个相邻绕组单元2f的磁悬浮线圈23f构成一个磁悬浮绕组，控制电路3f通过三个磁悬浮绕组控制转子5f的悬浮高度，具体为所述磁悬浮线圈23f1、磁悬浮线圈23f2和磁悬浮绕组23f3组成第一个磁悬浮绕组yf1，磁悬浮线圈23f4、磁悬浮绕组23f5和磁悬浮线圈23f6组成第二个磁悬浮绕组yf2，磁悬浮线圈23f7、磁悬浮线圈23f8和磁悬浮线圈23f9组成第三个磁悬浮绕组yf3，控制电路3f通过磁悬浮绕组yf1、磁悬浮绕组yf2和磁悬浮绕组yf3控制转子5f的悬浮高度。

第四，所述位置传感器4f为六个，每个三相绕组的上方各设有两个位置传感器4f，此时将使得每三个定子齿21f匹配设置两个位置传感器4f，以此实现了每个三相绕组对转子5f悬浮高度控制的监测

第六个实施例的应用过程与第五个实施例大致相同，具体如下：

1、控制电路3f通过三相绕组xf1、三相绕组xf2和三相绕组xf3控制转子5f的转速，其中，通过调节三相绕组xf1、三相绕组xf2和三相绕组xf3的电流相位和电流幅值，便可调节转子5f转速的快慢；

2、控制电路3f通过磁悬浮绕组yf1控制转子5f悬浮的高度为zf1，控制电路3f通过磁悬浮绕组yf2控制转子5f悬浮的高度为zf2，控制电路3f通过磁悬浮绕组yf3控制转子5f悬浮的高度为zf3；假若zf1＝zf2＝zf3，则表示转子5f与定子1f的底部处于平行相对的状态，且转子5f的悬浮高度将处于稳定状态；而zf1至zf3中若存在不相等的情况，将会导致转子5f产生倾斜，由于其倾斜原理和控制调节方式与第二个实施例相同，故此不再叙述。

综上所述，本发明实施例所述的盘式电机至少具备以下有益效果：

1、实现转子的悬浮转动，避免因机械摩擦而发热和磨损；特别是此盘式电机可应用于心室辅助装置中，所以转子悬浮、无机械轴承的特性将减少对血液的破坏，从而提高了血液的兼容性；

2、实现了转子的角度倾斜翻转控制，从而满足对电机多种姿态调整的应用需求；

3、将控制电路集成于定子线圈与转子之间，减少了控制电路占用的空间，提高了盘式电机的结构紧凑性。

4、实现转子悬浮高度的多点控制，如实施例二通过交替形成三相绕组，以形成转子悬浮高度的多点控制，又如实施例三形成三个三相绕组、以及实施例五和实施例六形成三个磁悬浮绕组，以形成转子悬浮高度的三点式控制，如此设置三个或以上的控制点，便可实现转子往多个角度的翻转调节控制，进一步提高了转子的姿态调整范围。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。