专利名称:转矩电动机的制作方法
本发明涉及一种转矩电动机。
在日本专利公告NO25853/1983和日本早期公开专利NO145867/1980中，揭示了一种用于“开”“闭”汽车内燃机的进油节流阀的电动机。然而，对这种节流阀的反应不灵活并未加以特殊考虑。这种不灵活乃由于灰尘或类似物粘附到阀上所引起，主要表现在当其从闭合状态转到打开状态的动作中，(即，当其开始打开时)。这样，当考虑到上述反应迟缓问题时，就需采用大电动机，从而导致不适当地使用大马达。因此，我们希望研制这样一种电动机在不增大体积的情况下，它直接联于上述节流阀上，便于开启与关闭阀的转矩，即一种转矩电动机。
本发明的一个目的是为提供一种高转矩电动机它能很好地控制节流阀，使之克服由于性能随使用时间增加而下降所引起的动作迟缓。
本发明的特征在于对一个转矩电动机，配备一个具有永久磁铁的转子，一个支承该转子的固定外壳和由此固定外壳支撑的固定电磁铁，而且该转子的永久磁铁与固定电磁铁相对安置，并留有一定间隙，所述转子呈园盘状，该永久磁铁装在“盘”内，以使它们产生轴向磁场，该固定电磁铁的结构也使其产生轴向磁场，并在这些固定电磁铁上施加一个规定的控制电压。总之，根据这种结构转子呈盘状，永久磁铁装在盘状转子内，以使它们产生轴向磁场，此外，固定电磁铁在构造上也要使之产生轴向磁场，而一个规定的控制电压则加在这些固定电磁铁上。
现对附图简要说明如下图1是本发明转矩电动机的一个实施方案的纵向侧视图;
图2表示沿着图1的Ⅰ-Ⅰ线所取的一个剖面。
图3表示同一实施方案的节流阀控制系统;
图4是同一实施方案中，转子的纵向侧视图;
图5是沿着图4箭头P所见到的视图。
图6是一个极性图，表示同一实施方案中，固定电磁铁的极性。
图7是一平面图，表示同一实施方案中转子的永久磁铁和固定电磁铁之间的位置关系;
图8是阐明本发明同一实施方案的转矩电动机的工作的图解。
图9到图11是特性图为同一实施方案，表现时间与控制电压之间关系的“彼此不同”的特性图。
图12是电路接线图，表示同一实施方案中固定电磁铁的电路连接。
图13是本发明转矩电动机的另一个实施方案的转子纵向侧视图;
图14是本发明的转矩电动机又一实施方案的转子纵向侧视图;
图15表示图14中的转子的磁场;
图16是本发明的转矩电动机又一实施方案的侧视图;
图17是一个纵向侧视图一表示一种磁偶合的结构。
图18是此种磁偶合的一个极的磁通密度分布图;
图19是此种磁偶合的转矩特性图;
在说明本发明的实施方案之前，首先阐明本发明的一个概念。
为解决上述问题，本发明的发明者们对怎样获得大转矩的转矩电动机已作了研讨，并明确了这样一点采用一种能产生大转矩的磁场吸力和斥力的装置，对实现前述目的是有效的。如图17所示的一种磁偶合，就是关于此种磁偶合，它包括一个外铁芯1，固定在这外铁芯1上的永久磁铁2a到2d;一个内铁芯3-置于外铁芯1内侧并与其相对且留有一定间隙;永久磁铁4a到4d-它们固定在所述内铁芯3上，面对该永久磁铁2a到2d，并与其相距一定的间隙。
实际上，永久磁铁(2a…2d，4a…4d)中的每一个磁偶合的间隙磁密是以图18所示的不规则四边形形式分布，该图表示间隙中磁通密度Bg随每个永久磁铁到磁偶合中心的角度θ，而变化的情形，其中，纵轴表示磁通密度Bg，横轴表示θ角。图中，P代表极对数，由于在本例中，P为2，故π/P＝90°。换言之，图18表示永久磁铁(2a～2d，4a～4d)中的一个，在90°范围内的磁密分布特性。图19所示的转矩特性是从该磁密分布特性得来的。图19表示转矩随磁极对数乘以旋转角(即芯3相对于外铁总1的位移角)之积的变化特性，用纵轴表示转矩，横轴表示极对数P乘旋转角θ。正如从此图可见，在一个很宽的范围内转矩曲线是平的，而且通过这种磁偶合，可获得大的转矩。
考虑到用如上所述的磁偶合来产生大的转矩时，外铁芯1的永久磁铁2a～2d是用作固定电磁铁，而外铁芯1和内芯3间的位置关系是由径向偏向轴向。此外，由于考虑到大转矩仅在节流阀从关到开状态转换的一瞬间才是必需的，故对固定电磁铁施加大转矩的时间，设计得很短。具体地说，在一个由具有永久磁铁的转子和固定电磁铁组成的转矩电动机里，转子呈盘状，根据本发明，永久磁铁装在此盘状转子内以产生轴向磁场。再者，固定电磁铁的结构使其也产生轴向磁场，同时在这些固定电磁铁上施加一个规定的控制电压，这种结构能使转矩电动机产生高转矩，从而使反应已变得迟缓的节流阀仍能实现良好的控制。
以下参照附图所示的实施方案来描述本发明。本发明的一个实施方案示于图1到图12。如图3所示，节流阀5的控制系统以如下方式构成节流阀5配备有转矩电动机6，该电动机通过传送控制信号的电缆8连到一个马达控制器7。节流阀5还装配了一个位置探测器9以便将该节流阀5的位置信号传到控制器7。控制器7对来自位置探测器9的信号进行判定以控制转矩电动机6，这样，节流阀5便可根据一个来自计算机10的指令，找到与其对应的操作位置。设置安全设备11乃专为克服转矩电动机6当控制器7或控制信号传输电缆8等处出现任何故障时可能接受非信号(no Signal)的情况，在节流阀5的控制系统中(其结构如上述)，转矩电动机6配备有一个转子13，该转子具有永久磁铁12，一个定位壳14支承该转子，由该定位壳14支承的固定电磁铁15装在转子13的永久磁铁12的对面，并相隔一定的间隙等等，再者，所述转子13呈盘状，永久磁铁被置于该盘13a中以产生轴向磁场，固定电磁铁15的构成也使其产生轴向磁场，同时，在所述固定电磁铁15上施加一个规定的控制电压V(见图1和2及图4至12。这样，可得到一个具有下述性能的高转矩的转矩电动机6;它能对由于时间等因素而变得动作反应已不灵敏的节流阀，进行良好的控制。
详细地说，将两对(四块)固定电磁铁15固定在定位壳14的内部，以使它们沿轴向两两相对。固定电磁铁15的每一个均通过把绕组线15a绕在铁芯15b上制成，而转子13则装配在这些铁芯15b之间(它们每对彼此相对)，并由轴承16支承(参见图1)。固定电磁铁15的每一个铁芯15b呈半园形，而导线15a则绕在它的外缘上(参见图2)。
转子13由盘13a和轴13b制成，永久磁铁12装入盘13a的两个端部，永久磁铁12和盘13a则夹持在两个盘状侧板17之间(参见图4和5)。
固定电磁铁15和转子13是这样安排的使固定电磁铁15通电产生的磁场相对于转子13的永久磁铁12的磁场在园周方向上偏离电角度90°。(参见图6和7)。在固定电磁铁15上，以图9至图11所示方式施加一个予定控制电压V，这些图都表示时间和控制电压V之间的关系，纵轴表示控制电压V，横轴表示时间t，同时还显示控制电压V是具有时间宽度为b，周期为A的矩形波电压(参见图9)。为设该控制电压V的幅值和时间宽度b为恒定，而令周期A可变，这样，周期A可变得比图9中的周期A更长(参见图10)。通过调节这个周期A，可控制由转矩电动机所产生的转矩。再者，可使控制电压V在正，负两个数域内变化(参见图11)。虽然控制电压V的时间宽度b被设成常数-本例中如图9所示，转矩电动机所产生转矩的方向，是可以由这种结构来控制的。
当转子13的永久磁铁12a和12b与固定电磁铁15c，15d，15e和15g分别位于如图8所示位置时，根据上述结构，每个固定电磁铁15c带电后，产生如该图所示的N和S极，在此情况下，固定电磁铁15c和15d与转子13的永久磁铁12a相吸，同时固定电磁铁15e和15f与转子13的永久磁铁12b也相吸。反之，固定电磁铁15c和15d与转子13的永久磁铁12b相斥，同时固定电极15e015d与转子13的永久磁铁12a也相斥。根据这一力的关系，转子13向着该图的右方向产生一个力，而这个力，当如图7那样看作一个园时，乃是一个转矩。当固定电磁铁15c，15d，15e，15f中每一个的通电方向与上述相反时，则固定电磁铁15c，15b，15e和15f中每一个的N，S极性也将与图8所示的极性相反，因此，转子13转而朝该图的左边方向上产生一个力，这样，以这种方式，通过控制通电方向而产生正，反转矩。在本实施方案中，由于两个磁场是在360°角度范围内形成，故旋转控制能在180°范围内起作用，特别是在90°范围内可产生一个如此高的转矩它能平滑控制节流阀仅在90°范围内转动。图12表示固定电磁铁的连接。如图中所示，固定电磁铁15c，15d，15e，和15f并联，并分别备有保险丝18，19，20和21，以便通过它们施加控制电压V，甚至当这些固定电磁铁(15c，15d，15e和15f)中的任一个，例如15c被断开时，上述固定电磁铁的并联连接，也能确保其它三个电磁铁的通电，从而使其仍能工作。再者，设置保险丝18，19，20和21可使控制器等设备受到保护，因为，即使固定电磁铁(例如15c)短路，流过的过电流使接到该固定电磁铁15c的保险丝突然熔断，从而中断了过电流，用自动断路器来代替保险丝18～21，也能获得相同效果。
如上所述，根据本实施方案，由于固定电磁铁15a置于转子13的两侧，偏离永久磁铁12的角度为90°，所以即使一个小的转矩电动机也会产生一个大的转矩。这就使节流阀5尽管因时间等因素发生了变化而导致其活动不灵时，也能得到极好的控制。
图13表示发明的另一实施方案，在此实施方案中，盘状转子22是由一种浇铸材料23和嵌入浇铸材料23的永久磁铁12制成。并采用塑料作为浇铸材料23。由于塑料是一种非磁性材料，可避免磁路的短路。因此，这种结构较之前面所述的结构，能更有效地利用永久磁铁的磁力。
图14和15表示本发明的又一实施方案。在此实施方案中，盘状转子24是由粉末状浇铸材料25同永久磁铁粉混合制成。在此情况下，由磁化作用产生的磁场，如图15所示。采用浇铸材料25粉末同永久磁铁粉末的混合物，使永久磁铁不必经过机加工，这就根前述图13中永久磁铁12的情况不同，而且，由于转子24是由一种均匀的材料制成，因而能排除由于热胀或热缩引起磁铁的裂缝，变形等等的可能性。
图16表示转矩电动机的另一实施方案。正如图中所示，转矩电动机6a在使用时备有散热肋26。该转矩电动机6a用于发动机室内，因而其周围温度有时竟高达130度左右。这些散热肋26的配置，有助于热辐射，从而与前述转矩电动机相比能延长其寿命。
如上所述，本发明能在节流阀已不能灵活动作的情况下，出色地完成对它的控制，这是因为本发明能获得如此之高转矩的转矩电动机;它能极好地控制节流阀-即使当它由于时间等因素而已变得动作迟缓时，也如此。
权利要求
1.一种转矩电动机，备有一个转子；该转子具有永久磁铁，一个支承此转子的定位壳；和由此定位壳支承的固定电磁铁-它们与所述转子的永久磁铁相对并相矩-予定间隙；转矩电动机的特征在于所述转子呈园盘状，所述永久磁铁排列在此园盘中-以使它们在轴向产生磁场，所述固定电磁铁的结构也使其产生轴向磁场，在这些定子电磁铁上，施加了一个予定控制电压。
2.根据权利要求
1的转矩电动机，其中所述固定电磁铁装在所述盘状转子的轴向两侧。
3.根据权利要求
1的转矩电动机，其中所述固定电磁铁这样排列，以使它们相对于前述转子的永久磁铁，移相电角度90°。
4.根据权利要求
1的转矩电动机，其中所述的予定控制电压是一个频率变化的矩形波电压。
5.根据权利要求
1的转矩电动机，其中所述盘状转子是永久磁铁粉与一种浇铸材料粉混合制成。
6.根据权利要求
1的转矩电动机，其中该盘状转子是在一种浇铸材料中嵌入上述永久磁铁而制成。
7.根据权利要求
6的转矩电动机，其中所述浇铸材料是塑料。
专利摘要
一种转矩电动机包括一个具有永久磁铁的转子 和固定电磁铁。该转子呈盘状，永久磁铁被置于该盘 中以便由此产生轴向磁场，固定电磁铁的结构也使 其产生轴向磁场，并在这些固定电磁铁上施加预定 控制电压。这种结构能使转矩电动机获得高的转矩， 从而能对即使由于时间等因素而变得难以动作的节 流阀实现极好的控制。
文档编号H02K1/02GK85106425SQ85106425
公开日1987年4月29日 申请日期1985年8月26日
发明者江尻裕城, 上藤博司, 伊藤友雄 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan