磁滞电机和转子的制作方法

1.本发明涉及一种磁滞电机。


背景技术：

2.目前，磁滞电机中的转子采用易磁化的特殊材料制作，定子由线圈绕组和和铁芯组成，绕组是最基本的绝缘骨架缠绕漆包线，漆包线两端引出线，该磁滞电机结构简单，且不需要任何控制装置，直接接通交流电源后就能够工作运转。
3.这类电机一般使用在通水或通风执行器内，执行器内有一个类似弹簧结构拉动阀门开关，电机通电拉升弹簧使得阀门打开，进行供热水或者热风；断电后，电机自定位力矩很小，利用弹簧的收缩力拉动电机反方向运转，阀门自动关闭的特性来完成供暖的功能，达到一定的温度后自动断电，保证楼宇内的温度在人体合适的范围。所谓自定位力矩指电机在不通电的情况下，外部施加的可以推动电机运转的力矩。
4.通电力矩指电机在额定电压频率下，输出的最大扭矩。
5.现有的电机，由于磁滞材料的转子，在通电线圈产生的磁场中，经过励磁，变为磁体。撤去电源后，磁滞材料的转子会瞬间消磁，理想状态是磁性完全消失，电机的自定位力矩只有机械阻力，降到很小；但实际使用中转子内部仍会有部分磁性残留，导致电机的自定位力矩大，也就是由于转子和定子之间的气隙所产生的电磁力矩，弹簧有可能无法带动电机反向运转，导致断电后，阀门不能正常关闭，影响正常的使用。
6.另外，在现有的磁滞电机中，转子包括转子圆盘、转子轴和沿着轴向设置在转子圆盘的圆周边缘的磁滞环，转子圆盘通常由例如薄铝片形成，并且磁滞环由铁铬钴形成，铁铬钴是比较昂贵的材料，导致整个电机的成本高。另外，由于转子圆盘由薄铝片形成，其平面度很难达到要求，并且将转子轴、转子圆盘和磁滞环焊接到一起也带来工艺难度，导致组装成本增高。


技术实现要素：

7.本发明是为了解决上述问题而提出，根据本发明，提供了一种磁滞电机，包括：壳体；定子，其安装在所述壳体内；转子，其可旋转地安装在所述壳体内；转子移动机构，其设置成在磁滞电机的状态切换期间使转子在第一位置和第二位置之间移动，以改变转子和定子之间的气隙。
8.有利地，在磁滞电机从断电状态切换至通电状态时，转子移动机构使转子移动至第一位置，转子和定子之间具有第一气隙，在磁滞电机从断电状态切换至通电状态时，转子移动机构使转子移动至第二位置，转子和定子之间具有第二气隙，第一气隙小于第二气隙。
9.有利地，所述转子移动机构包括：
10.第一齿轮，其固定地安装到转子的轴，第一齿轮具有相对于第一齿轮的第一旋转轴线倾斜的齿；
11.第二齿轮，其可旋转地安装到壳体，并具有相对于第二齿轮的第二旋转轴线倾斜
的齿，以与第一齿轮啮合，输出所述第一齿轮的旋转。
12.有利地，当磁滞电机通电时，所述转子受到电磁力的作用而沿第一方向旋转，同时第一齿轮和第二齿轮的啮合产生的轴向力使得所述转子朝向第一位置移动。
13.有利地，当磁滞电机断电时，所述转子在磁滞电机的外部弹簧的作用下沿与第一方向相反的第二方向旋转，第一齿轮和第二齿轮的啮合产生的轴向力使得所述转子朝向第二位置移动。
14.有利地，所述第一齿轮的齿的倾斜角度在10度至45度的范围内
15.有利地，所述第一齿轮的厚度为第二齿轮的厚度的1-20倍。
16.有利地，所述磁滞电机还包括止动机构，该止动机构具有第一止动件和第二止动件，第一止动件用于在转子的第一位置阻挡第一齿轮的移动，第二止动件用于在转子的第二位置阻挡第二齿轮的移动。
17.有利地，所述第一止动件形成在所述壳体的底板上，以在所述第一位置，与所述第一齿轮的第一端面抵靠。
18.有利地，所述第二止动件形成在所述转子的轴承上，以在所述第二位置，与所述第一齿轮的第二端面抵靠，所述第二端面与所述第一端面相对。
19.有利地，所述转子包括轴、安装到轴的转子本体以及安装到转子本体的磁滞环。
20.有利地，所述轴、转子本体和磁滞环通过包胶注塑一次形成。
21.有利地，所述磁滞环由软磁合金构成。
22.有利地，所述转子本体包括圆盘，圆盘具有多个第一沟槽，所述多个第一沟槽的气动形状设置成当磁滞电机断电使所述转子在外部弹簧的作用下沿所述第二方向旋转时，给转子提供朝向第二位置移动的提升力。
23.有利地，所述圆盘还具有多个第二沟槽，所述多个第二沟槽构造成减小转子本体的重量。
24.利用本发明，由于第一和第二齿轮是斜齿轮，在啮合时产生的轴向力被用于将转子在第一位置和第二位置之间移动，由此，在转子断电时，该轴向力将转子向第二方向移动，从而增加了定子和转子之间的气隙，从而减小了由该气隙引起的电磁力矩，使得外部弹簧能够更可靠地使磁滞电机反向运转。在磁滞电机通电时，第一和第二齿轮之间的啮合产生的轴向力辅助将转子拉向定子，从而增加了电磁力矩。
25.另外，通过第一齿轮和第二齿轮的上述作用，对磁滞环的构成材料要求降低，不需要像铁铬钴这样昂贵的磁性材料，例如，磁滞环可以由其他磁性合金制成，例如软磁合金，诸如国标1j6、1j22、1j12、1j32、1j36、1j50、1j79、1j80、1j85等。这些软磁合金相对铁铬钴较便宜，从而降低了成本。
26.另外，将转子的轴、转子本体和磁滞环通过包胶注塑一次形成，保证了转子本体的圆盘的平面度，降低了组装工艺难度；减轻了转子的重量，可以获得更低的启动力(即，不通电时从外部对电机输出轴施加扭矩使电机从静止开始转动)；由于保证了平面度，减少了转子旋转期间的不平衡量，减少了转子的横向振动。
附图说明
27.在下面结合附图详细描述的本发明的优选实施方式中，本发明的优点和目的可以
得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系，附图并非按比例绘制。
28.图1示出根据本发明的磁滞电机处于通电状态的剖视图。
29.图2示出根据本发明的磁滞电机处于断电状态的剖视图。
30.图3示出在通电状态下，转子、第一齿轮和第二齿轮的透视图，此时，转子处于第一位置。
31.图4示出图3的正视图。
32.图5示出在断电状态下，转子、第一齿轮和第二齿轮的透视图，此时，转子处于第二位置。
33.图6示出图5的正视图。
34.图7示出转子的透视图。
具体实施方式
35.将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括a、b、c等”仅指示所包括的部件a、b、c等的排列顺序，并不排除在a和b之间和/或b和c之间包括其它部件的可能性。在下面的描述中，为了方便起见，使用了方向性术语，其中“向上”和“向下”分别指代附图中的方向。但是要指出的是，上述方向仅仅是为例描述方便，本公开并不局限于此，在不同的取向下，各个特征可以具有不同的方向。
36.在本说明书中，术语“轴向”是指沿着该特征长度方向的方向，“轴线”是指沿着轴向延伸的虚拟的线，
37.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
38.图1示出根据本发明的磁滞电机的剖视图。磁滞电机包括外罩1、机壳2和齿轮箱6，它们在本文中可以统称为“壳体”。外罩1安装到机壳2，机壳2又安装到齿轮箱6。磁滞电机包括设置在壳体内的定子3和转子4。如图2所示，定子包括铁芯31和安装在其上的定子绕组，定子绕组包括安装在铁芯31上的线圈支架32以及缠绕在线圈支架上的线圈33。转子4包括轴41和安装在轴41上的转子本体42，轴41插入穿过定子3的孔34中，转子本体42安装到转子4的第一端，转子4还包括安装到转子本体42的磁滞环44，转子本体由塑料制成，并且通过包胶注塑成型将轴、转子本体和磁滞环一次形成。在传统的转子中，转子本体由薄铝片形成，并且通过焊接或铆接与磁滞环构成，并且通过焊接将转子本体与轴固定到一起，但是在这种传统转子中，转子本体容易翘曲并且轴也很难保证安装成与转子本体垂直，导致转子组装困难。通过采用本公开中的包胶注塑一次成型，可以通过模具保证转子本体的平面度、转子轴与本体的垂直以及磁滞环与转子本体的位置关系准确。
39.磁滞电机还包括磁场产生组件5，其包括波纹扣圈51、导电片52、弯脚53、直脚55和波形圈54。通过这些部件与转子4的磁滞环的相互配合，在线圈通电时，能够产生磁场并引导转子的旋转。对于磁滞电机如何产生磁场并引导转子运动，本领域技术人员是熟知的，而且这与本技术的发明目的无关，因此，在本文中不再赘述。在本文中仅描述磁滞电机的公知工作过程，当线圈通电时，转子本体和轴会沿图3所示箭头a1所示的方向(在示例中为逆时
针方向)旋转；当线圈断电时，由于外部弹簧的作用，转子本体和轴会沿图4所示箭头a3所示的方向(在示例中为顺时针方向)旋转，该外部弹簧安装到磁滞电机的输出轴7，构造成在断电时使输出轴反向旋转，从而使转子反向旋转，该外部弹簧对于本领域技术人员来说是熟知的，在此不再赘述。
40.磁滞电机的齿轮箱6用于容纳各级齿轮传动机构，使得转子的旋转能够经由各级齿轮传动机构传动至输出轴4。如图1和2所示，该齿轮传动机构包括固定在转子轴41上的第一齿轮43、与第一齿轮啮合的第二齿轮61、与第二齿轮啮合的第三齿轮(未标记)以及与第三齿轮啮合以将转子的转动传递到外部的第四齿轮(未标记)。对于本领域技术人员来说，齿轮箱的各级齿轮传动机构是熟知的，因此，在本文中不再详细描述。
41.根据本发明，磁滞电机还包括转子移动机构，其构造成在磁滞电机工作期间使转子在第一位置和第二位置之间移动，以改变转子和定子之间的气隙g，如图2所示。例如，图1示出磁滞电机处于通电状态，转子处于第一位置，此时，转子和定子之间具有第一气隙；图2示出磁滞电机处于断电状态，转子处于第二位置，此时，转子和定子之间具有第二气隙。由此可见，第一气隙小于第二气隙。由于转子移动机构可以改变转子和定子之间的气隙，尤其当磁滞电机断电时，转子移动机构主动使转子和定子之间的气隙变大，使得转子和定子之间的气隙所产生的电磁力矩较小，外部弹簧能够更可靠地带动磁带电机反向运转。由于转子移动机构，使得磁滞环44不需要像现有技术那样由价格昂贵的铁铬钴构成，可以由比铁铬钴更便宜的磁性合金构造，例如软磁合金，诸如国标1j6、1j22、1j12、1j32、1j36、1j50、1j79、1j80、1j85等。本领域技术人员应明白，磁滞环的材料不限于此，只要使用比铁铬钴更便宜的材料构成磁滞环即可。
42.在本示例中，转子移动机构可以包括齿轮传动机构中的第一齿轮43和第二齿轮61，其中第一齿轮43安装到转子4的轴的与第一端相对的第二端；第二齿轮61可转动地设置在齿轮箱内，构造成与第一齿轮啮合。第一齿轮43具有相对于第一齿轮的第一轴线o1倾斜的齿，例如第一齿轮的倾斜角度在10度至45度的范围内。优选地，第一齿轮的厚度选择成是第二齿轮的厚度的1-20倍，以在磁滞电机的通电和断电状态下均保证第一齿轮和第二齿轮处于啮合中。然而，本领域技术人员应明白，可以选择第一齿轮和第二齿轮的任何合适厚度。
43.由此，当磁滞电机从图2、图5和图6所示的断电状态向图1、图3和图4所示的通电状态转换时，转子本体42和轴41会在定子的孔34内沿箭头a1所示第一方向旋转，同时由于第一齿轮和第二齿轮的啮合，第二齿轮还会沿箭头a2所示的向下方向推动第一齿轮，从而使第一齿轮在孔34内向下移动，直到第一齿轮43接触到设置在齿轮箱内的第一止动件62为止，此时，转子到达第一位置。例如，第一止动件62设置在壳体的底板上，具体为齿轮箱的底板上，以在第一位置与第一齿轮的第一端面抵靠。
44.当磁滞电机从图1、图3和图4所示的通电状态向图2、图5和图6所示的断电状态转换时，转子本体42和轴41会在定子的孔34内沿箭头a2所示第二方向旋转，同时由于第一齿轮和第二齿轮的啮合，第二齿轮会沿箭头a4所示的向上方向推动第一齿轮，从而使第一齿轮在孔34内向上移动，直到第一齿轮43接触到设置在孔内的第二止动件为止。在本示例中，该第二止动件是设置在孔34内的轴承45的一部分或者形成在轴承上，以在第二位置与第一齿轮的第二端面抵靠，第二端面与第一端面相对，该轴承设置在轴41和铁芯31之间。第一止
动件和第二止动件构成止动机构，用于对转子的移动进行限位。由此可见，在此期间，通过第一齿轮和第二齿轮的啮合，第二齿轮向上推动第一齿轮，以增大转子和定子之间的气隙，从而减小了由该气隙引起的电磁力矩，使得外部弹簧能够更可靠地使磁滞电机反向运转。尽管本公开的实施例中，第一和第二止动件分别形成在壳体和轴承上，但是本公开并不局限于此，止动件也可以形成在其他位置，只要能够限制转子的位置即可。
45.如图3或5所示，转子本体42具有圆盘，圆盘上设置有多个第一沟槽421，所述多个第一沟槽421的气动形状设置成在转子反向旋转时，产生气动升力，从而将转子朝向第二位置移动，这种气动升力可以独立使转子向第二位置移动而起到转子移动机构的作用，另外优选地是，这种气动升力也可以作为上述齿轮转子移动机构的补充，来帮助增大转子和定子之间的气隙的提升力。同时，多个第一沟槽421还减小了转子本体的重量。为了更好地减小转子本体的重量，圆盘上还具有多个第二沟槽422。可替代的是或附加的是，第一沟槽和/或第二沟槽的形状还可以设计成在电机工作时，转子沿着a1方向旋转使得气流通过壳体的缝隙(未示出)引入壳体内，从而对定子提供冷却作用。
46.以上描述了转子的轴、转子本体和磁滞环通过包胶注塑一次形成，保证了转子本体的圆盘的平面度，如此能够减少转子旋转期间的不平衡量，减少横向振动。另外，为了最大程度地减少转子的横向振动，如图7所示，该转子还包括动平衡结构，动平衡结构构造成对转子进行动平衡校正，以减少转子旋转期间的不平衡量。在图7的示例中，动平衡结构包括一个或多个突柱423，这些突柱423可以沿圆盘的周向选择性地设置在圆盘上，例如根据需要设置在圆盘的一个或多个位置，以减少转子旋转期间的不平衡量。
47.以上以突柱的形式描述了动平衡结构，但是本领域技术人员会明白，动平衡结构还可以包含任何其它形式的结构，只要能够对转子进行平衡校正，减少转子旋转期间的不平衡量即可。
48.以上描述了根据本发明的磁滞电机，通过第一齿轮和第二齿轮的相互配合，在磁滞电机从通电状态向断电状态切换时，能够利用作为斜齿轮的第一齿轮和第二齿轮之间啮合产生的轴向力，可靠地将定子在第一和第二位置之间移动，从而增大定子和转子之间的气隙，减小电磁力矩，保证磁滞电机的正常操作；借助于转子移动机构，可以借助齿轮啮合的轴向力来改变定子和转子之间的气隙，从而减小残余的电磁力矩，从而可以使用更便宜的材料构成磁滞环，降低了成本；将转子的轴、转子本体和磁滞环通过包胶注塑一次形成，保证了转子本体的圆盘的平面度，降低了组装工艺难度。
49.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
50.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。