专利名称：带一个永磁的多相电磁转换器，尤其是驱动电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多相电磁式的并且有一个永磁转子的电机转换器，这种转换器可用作电动机或发电机。更具体地说，本发明涉及一种至少有三相的电磁电动机，其中每相都能根据所选用的运转方式交替地或同时给电动机通电，尤其是使这种电动机驱动一个小尺寸的机构，例如一种钟表机构。
法国专利申请FR9005240得知一种三相电磁电动机，它含有一个转子和一个定子，最好转子有一个双极永磁，定子一方面设有一个形成低磁阻磁路的周边定子部，而另一方面设有一个与转子相适配的中央定子部，这个中央定子部被周边定子部围绕。有三个线圈装在三个分支上将中央定子部耦合到周边定子部上。中央定子部有三个极，每个极都有一个局部围绕定子孔的极扩张部，这些极扩张部由离磁阻的颈部彼此分开。这个定子有一个位于单一共同面上的平面结构，三个分支有三个施加磁通的线圈，这些线圈位于另一个与定子平面平行而且邻接的平面上。
这种星型三相电动机的优点是按顺序供给相位(“接通”相序)提供一个非零的平均耦合。然而，它有缺点即具有返回磁通的周边定子部，这种结构需要扩大定子，这就使电动机变得比较笨重。
本发明的一个目的是克服这种电动机的缺点，而又保持其已有的供电和高效率的优点。本发明的另一个目的是用增加转子和磁通供给线圈之间的磁耦合来进一步改进这种星型三相电动机的效率。(最后，要做到既达到上述目的而又保持较低的制造成本，即提供一种结构简单，便于装配的电磁电动机。
因此，本发明如目的所述那样具有一个多相电磁转换器，尤其是驱动电动机，它含有-一个定子，该定子含有第一和第二主要部分，第一主要部分一方面限定一个定子孔，另一方面限定至少三个磁极，这些磁极中每个都有一个极扩张部，在其一端局部限定所述定子孔，而在其另一端限定一个大致用作磁接触的极耳，所述极扩张部由高磁阻区使其彼此隔开，所述第二主要定子部分用来形成所述电动机的磁路，所述定子还有至少三个磁通导引分支，这些分支中每个都把所述第一主要定子部分的极耳用磁力耦合到所述第二主要定子部分上;
-一个转子可转动地装在所述定子孔中，并有至少一个永磁，这种转子适合转动，以便对要驱动的机构提供驱动耦合;
-至少两上线圈，每个安装在所述磁通导引分支的一个上，每个线圈连接到电源上，以在其相关分支中产生磁通;
这种转换器的特征在于，所述第一和第二主要定子部分基本上位于两个不同平面上，每个所述磁通导引分支有一个所述线圈，所述磁通导引分支基本上位于所述主要定子部分平面的中间区。
在本发明的一个最佳实施例中，两个主要定子部分有平面形状，而且均位于平行的平面上，第二主要定子部分基本上位于的一个区由第一主要定子部分大致限定的环形区重叠，同样，位于两个主要定子部分平面中间的磁通导引分支也有平面形状。此外，这个最佳实施例的特殊形状呈两个主要定子部分类似的形状，转子含有两个双极永磁，其每个永磁都与两个主要定子部分中一个的磁极相关联。
由这些特征使得用作电动机的多相转换器能按顺序供给相位来提供非零的平均耦合，使这种转换器具有较紧凑的结构。在最佳实施例中，定子基本上伸展到三个邻接的平行面里，而且所有定子片都有平面形状，这表示对冲切没有困难，因而使制造成本较低。如果事先把转子装在例如一个小壳体内，则本发明的电动机的装配就容易操作。最后，带有两个双极永磁的最佳实施例特殊形式使本发明的转换器有极好的效率，因而在同样的空间要求和不增加转子半径的情况下，使磁铁对线圈的磁耦合有显著增加。
上述实施例中转子有第一和第二双极永磁，第二永磁配置在第二定子部分的平面内，而且后者基本上是由围绕定子孔设置的与第一主要定子部分的定子孔对准的磁极构成的，该极的数等于所述第一主要定子部分磁极的数，每个磁通导引分支把第一主要定子部分的一个极耦合到第二主要定子部分的一个极上。
第一和第二主要定子部分的磁极围绕两个定子孔是以一定间隔配置的，第一磁的磁化方向相对于第二磁的磁化方向，其角度偏转约等于(180-α°)，其中α是通过有一个线圈的磁通导引分支用磁力耦合在两个磁极间角度偏转的值。
转子有一个双极永磁，它配置在第一主要定子部分平面内，第二主要定子部分是由一个中心大致在转子轴线上的圆环和至少三个极臂构成，每个极臂端头上有一个紧固耳，该紧固耳用作属于一个磁置导引分支的耦合耳磁接触。
下面，参照附图，通过对实施例的说明来详细地了解本发明。其中
图1表示本发明第一实施例的三相电动机的平面图，图2和图3是按图1沿Ⅱ-Ⅱ线和Ⅲ-Ⅲ线的电动机横剖面图，图4和图5是按图3沿Ⅳ-Ⅳ线和Ⅴ-Ⅴ线的电动机横剖面图，图6和图7分别是图1所示的第一实施例的第一和第二种变型平面图，图8表示本发明三相电动机第二实施例的平面图，图9是图8所示电动机转子区的放大横剖面图，图10和图11分别表示按本发明五相电动机实施例的第一和第二种变型。
现在，参照图1至图5，通过举例来说明本发明的一种转换器，该转换器是电磁电动机的第一个实施例，这种电动机是对称三相式的。
这种三相电动机的定子2基本上具有三个邻接平行面的结构。在两个外平面上设有第一和相应第二主要定子部分4和6。这两个主要定子部分4和6中每一个都是由一个重叠在另一个上的单一通用件形成的，上述两个部分是由大致呈矩形横截面，在这样两个主要定子部分4和6之间用作磁通导引装置的分支8a、8b、8c用磁力耦合的。这些分支8a、8b、8c的每一个上面都设有一个线圈10a、10b、10c，这些线圈要连接到一个电源上，使分支内产生与其相关的磁通。
第一主要定子部分4呈螺旋浆形，它基本上由三个磁极12a、12b、12c构成，这些磁极12a、12b、12c中，每个都有位于定子中心区的极扩张部14a、14b、14c，这些极扩张部分别限定为转子18而设的一个定子孔16。这三个极扩张部14a、14b、14c由限定高磁阻区的颈部20a、20b、20c相互连接。
每个极扩张部14a、14b、14c是由沿径向延伸到定子孔16极臂22a、22b、22c延伸的。三个极臂22a、22b、22c围绕定子孔16是有规则地配置的。最后，每个极臂22a、22b、22c端接一个极耳24a、24b、24c，这些极耳相对于径向线23a、23b、23c所示的径向呈倾斜延伸，径向线是由两个颈部20a和20b、20b和20c、20c和20a的中线分别限定的，颈部则限定上述磁极的扩张部。
应注意，三个磁极12a、12b、12c都按同一方向弯曲的，具有相同的形状，这些磁极彼此以120°角间隔开设置的。
第二主要定子部分6的形状是和第一主要的定子部分4相同的。然而，该第二主要定子部分6是按与第一主要定子部分4相反的或翻转的方式配置的。该第二主要定子部分6被配置成使其三个磁极的极扩张部正好重叠到第一主要定子部分4的相应极扩张部上。因而，该第二主要定子部分6一个磁极的极臂和极耳相对于第一主要定子部分4的磁极相应极臂和极耳是对称配置的，对称轴线则由径向线23a、23b、23c给定。分别属于第一或第二主要定子部分4和6的两个重叠磁极中每一个磁极的极耳大致位于径向线23a、23b、23c的两侧。
每个磁通导引分支8a、8b、8c是由一个铁心30和相应的第一和第二耦合耳32和34构成。每个分支8a、8b、8c都有平面形状，并且位于第一和第二定子部分4和6的中间平面上。每个磁通导引分支8a、8b、8c都以这样的方式朝里弯曲，使第一耦合耳32由相应属于第一主要定子部分4的第一磁极12a、12b、12c相应重叠在极耳24a、24b、24c上，而且这个磁通导引分支的第二耦合耳34则在同时被重叠在第二主要定子部分6的第二磁极的极耳上。该第二磁极相对于上述第一磁极偏转120°，并且离开第一磁极侧朝里弯曲。每个耦合耳32、34是设置成，使其与相应的磁耳的重叠表面完全处于该耳所属磁极的非重叠区内和另一个与其面对的主要定子部分磁极的非重叠区内。这样，属于第一定子部分4的每个磁在磁性上是和与其面对的第二主要定子部分6的磁极隔绝的。而且，由上述特征可得知，每个耦合耳32、34完全处于由极臂22a、22b、22c限定的径向线23a、23b、23c的一侧上。这点还应注意，电动机的每个线圈10a、10b、10c是配置在同一圆心和半径的圆弧上。
如图3到图5所示，转子18适合于绕垂直于定子总体平面的旋转轴19转动，它有两个永磁40、42，其磁化方向角度偏转为60°。这种转子18被放置在基本上使其正确而可靠地定位于两个主要定子部分4、6的中心，并使电动机便于装配的壳体44中。
为了固定电动机组件，把第一个主要定子部分4装到相对于第二主要定子部分6的一个固定位置上，在第一和第二主要定子部分4和6之间设有一个非磁性间隔件45，这个间隔件做成一个件，在其中央设有转子18和壳体44用的开口。这个间隔件45呈平面结构圆环状，其中在每一侧上都设有三个定位槽，每个槽和装在其中的极臂的轮廓外形相当。最后，这个间隔件45所用的材料最好有弹性，以便使每个耦合耳32、34能正确地紧固到多个第一和第二主要定子部分4和6的相应极耳24a、24b、24c上。
下面，参照图4和图5，更具体地说明上述三相电动机第一实施例的运转。
这个电动机的每个磁路都有一个单独的磁通导引分支分别为8a、8b、8c的，在上述分支上装有相应的线圈10a、10b、10c，可以在该分支的铁心30中产生磁通。其次，所述磁通导引分支中每一个分别为8a、8b、8c只与两个磁路46、48相关，例如图4和图5上由箭头所示的情况。最后上述磁路中的每一个都有两个属于第一主要定子部件4的磁极和两个属于第二主要定子部分6的磁极。
在多个磁通导引分支8a、8b、8c的铁心30中由一个相应线圈10a、10b、10c产生的磁通与属于第一定子部分4的第一磁极相关，而对属于第二定子部分6的一个第二磁极则允许与该线圈相关的两个磁路中产生密度大致相等的磁通。在图4和5中，用相应的箭头46、48表示与线圈10c相关的两个磁路。双箭头表示两个磁路的共同部分;一个弯向电动机外边的箭头表示磁路进入图示平面上方的平面，而箭头弯向里边则表示磁路进入下方的平面。
应注意，即配置在第一主要定子部分4平面中的永磁相对于配置在第二主要定子部分6平面中的永磁42是以这种方式定向的，即在永磁40的极化方向与第一个主要定子部分4的各个第一磁极12a、12b、12c的方向对准时，永磁42的极化方向就与第二主要定子部分6的磁极上相反方向对准，定子部分6是由各个磁通导引分支8a、8b、8c耦合到所述第一磁极上的。在图1所示的三相电动机情况下，两个永磁40和42的极化方向之间，形成的角度偏转值达60°。
还应注意，这种电动机可以按分级方式或连续转动方式运转。根据电源类型，分级运动例如可分3、6或12级运转。为分级方式设置定位触点自然是可以的。
图6和7是上述本发明三相电动机的第一实施例的两种变型。图6和图1的不同主要在于线圈10a、10b、10c是直线的。图7表示在第一主要定子部分4的颈部20a、20b、20c和第二主要定子部分6的颈部21a、21b、21c之间的特殊的角度偏移。磁极13a、13b、13c大致呈直线形，耦合耳32、34最好大致呈矩形，而在第一定子部分的极耳和第二定子部分的极耳间则显示无重叠这个基本特点。在这个变型中，第二永磁42的磁化方向相对于第一永磁40的磁化方向角度偏转通过一个角度为180°-(120-β)＝(60+β)°。
下面，参照图8来说明本发明三相电动机的第二个实施例。
在该第二实施例中，转子51不再有一个以上，位于第一主要定子部分54平面上的单独双极永磁52。如上述第一实施例那样，这个三相电动机主要具有三个邻接并行面的结构。第一和第二主要定子部分54和56分别位于两个外平面上。第一定子部分54和磁通导引分支8a、8b、8c和上述第一实施例是一样的。相反，第二主要定子部分56具有与第一主要定子部分54不同的形状。该第二主要的定子部分56基本由一个圆形而且是平面结构的环60和三个大致呈圆弧形的臂62a、62b、62c构成。每个臂62a、62b、62c的端部形成一个成型的连接耳，以便耦合到磁通导引分支8a、8b、8c的各个第二耳64a、64b、64c上。在某种程度上相当于第一实施例，紧固到臂62a、62b、62c的各个耳上的第二连接耳34全部位于各个径向线23c、23a、23b的同一侧，该径向线由属于第一主要定子部分54的各个极12c、12a、12b限定。
在该实施例中第二主要定子部分56是由一个低磁阻件构成，因此磁通可自由地从一个臂62a、62b、62c流到该件的另一臂。因此，该第二主要定子部分56主要用来形成电动机的磁路。
图9表示在电动机的中央，转子壳体70的配置情况。应注意，由第二主要定子部分56的圆环60和用来固定电动机的间隔件74限定的开口72，其直径比转子壳体70的最大直径更大。为了间隔件74定位，为了两个主要定子部分54和56固紧，设置了定位销76。
现在，参照图10来说明本发明的电磁式电动机的第三个实施例。
图10所示的电动机是本发明电磁式电动机的一种五相变型。这个五相电动机的定子102主要有一个在三个邻接并行平面上的结构。如在其他实施中那样，这种电动机有两个主要定子部分104和106和用作在两个主要定子部分104和106之间磁通导引装置的分支108。在每个分支108上都设置线圈110，它们被连接到电源上，以便在相关的分支内产生磁通。
两个主要定子部分104和106中每一个都是由一个平面件构成。磁通导引分支108在两个主要定子部分104和106中间，其本身也呈平面形。
在这实施例中，第一主要定子部分104的臂112和第二主要定子部分106的臂114的形状是不同的。磁通导引分支108平行于由第二主要定子部分106的极臂114限定的径向线118配置。有利的是，使第一主要定子部分104的颈部120相对于第二主要定子部分106的颈部122角度偏转36°。然而，在第一主要定子部分104颈部120和第二主要定子部分106颈部122之间的角度偏转在本发明五相电动机，这个实施例的其他变型中，其角度可以在0和72°之间变化。
在该实施例中，转子124有两个永磁，其磁化方向角度偏转为144°一般说来，如果第一定子部分104颈部120和第二定子部分106的颈部122之间的角度偏转等于α°，则在转子124的第一和第二双极永磁之间的角度偏转就等于(180-α)°。
还应注意，可以提供一个与上述本发明三相电动机第二实施例相应的本发明五相电动机的实施例。在这种情况下，转子将有一个永磁。
这个五相发动机实施例的运转类似于上述实施例的运转。
图11表示上述第三实施例的一个变型。在该变型中，其所示构造形式可使线圈的长度相对于所占全部空间来说是最佳的。
应注意，可以根据本发明的原理构造带有两个呈现一个十字形状的主要定子部分的两相电动机。还应注意，本发明的电动机可以有五相以上，因为没有什么因素会影响供给该电动机所需的每个主要定子部分上的臂数和线圈数的增加。
最后，虽然这里所述的只是关于电动机的实施例，但这点很清楚，本发明是同样可以用到其他类型转换器上的，例如发电机。
权利要求
1.一种多相电磁转换器，尤其是一种驱动电动机，它含有一个定子，该定子含有第一和第二主要部分，第一主要部分一方面限定一个定子孔，另一方面限定至少三个磁极，这些磁极中每个都有一个极扩张部，在其一端局部限定所述定子孔，而在其另一端限定一个大致用作磁接触的极耳，所述极扩张部由高磁阻区使其彼此隔开，所述第二主要定子部分用来形成所述电动机的磁路，所述定子还有至少三个磁通导引分支，这些分支中每个都把所述第一主要定子部分的极耳用磁力耦合到所述第二主要定子部分上；一个转子可转动地装在所述定子孔中，并有至少一个永磁，这种转子适合转动，以便对要驱动的机构提供驱动耦合；至少两个线圈，每个安装在所述磁通导引分支中的一个上，每个线圈连接到电源上，以在其相关分支中产生磁通；其特征在于，这种转换器的所述第一和第二主要定子部分基本上位于两个不同平面上，每个所述磁通导引分支有一个所述线圈，磁通导引分支基本上位于所述主要定子部分平面的中间区。
2.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述主要定子部分是平行的而且有基本上平面的形状。
3.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述磁通导引分支大致呈矩形横截面并且基本上位于一个共同面上。
4.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，两个主要定子部分中每一个都是由一个单件构成的。
5.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述磁通导引分支每个都有一个铁心和两个耦合耳，所述耦合耳中每个都单独地重叠在两个主要定子部分中的一个上。
6.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，该转换器还含有一个间隔件，配置在所述两个主要定子部分中间区内，并且由极臂插到其上的所述间隔件表面上设置的槽来定位。
7.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述转子装在一个转子壳体中，而壳体则插在所述定子孔内。
8.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述一些线圈被设置在有同一中心和半径的圆弧上。
9.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述转子有第一和第二双极永磁，第二永磁配置在所述第二定子部分的平面内，而且后者基本上是由围绕定子孔设置的与第一主要定子部分的定子孔对准的磁极构成的，该极的数等于所述第一主要定子部分磁极的数，每个磁通导引分支把第一主要定子部分的一个极耦合到第二主要定子部分的一个极上。
10.一种如权利要求9所述的转换器，其特征在于，所述第二主要定子部分的形状和第一主要定子部分是一样的，并且相对于后者是相反地设置的。
11.一种如权利要求9或10所述的转换器，其特征在于，第一和第二主要定子部分的磁极围绕两个定子孔是以一定间隔配置的，所述第一磁的磁化方向相对于第二磁的磁化方向，其角度偏转约等于(180-α)°，其中α是通过有一个所述线圈的磁通导引分支用磁力耦合在两个磁极间角度偏转的值。
12.一种如权利要求1所述的转换器，其特征在于，转子有一个双极永磁，它配置在第一主要定子部分平面内，第二主要定子部分是由一个中心大致在转子轴线上的圆环和至少三个极臂构成，每个极臂端头上有一个紧固耳，该紧固耳用作与属于所述一个磁通导引分支的耦合耳磁接触。
13.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，它有三相。
14.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，它有五相。
全文摘要
本发明的转换器有一个转子(18)和一个定子(2)，定子至少有三个磁极(12a、12b、12c)，每个极端有一个极耳(24a、24b、24c)。极耳由每个都带有一个励磁线圈(10a、10b、10c)的磁通导引分支(8a、8b、8c)连接在一起。定子是由两个主要部分(4、6)构成，它们多半配置在两个不同平面上的，而磁通导引分支(8a、8b、8c)则配置在这两个平面之间的区域内。这种转换器结构紧凑，通过简单冲切定子构件就能制造，特别适用于驱动小尺寸的精密机构，例如钟表。
文档编号H02K21/18GK1068917SQ9210590
公开日1993年2月10日 申请日期1992年7月21日 优先权日1991年7月22日
发明者D·塔吉赫祖特 申请人:Eta草图制造公司