專利名稱：電動機,尤其是電子整流式直流電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有永磁體的無電刷電動機領(lǐng)域，并且尤其是可以被構(gòu)造成內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機或者外轉(zhuǎn)子電動機的直流(DC)電動機。內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機帶有一個轉(zhuǎn)子組件以及一個定子組件，轉(zhuǎn)子組件包括一根轉(zhuǎn)子軸和一個或者多個設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上的永磁體，而所述定子組件比如帶有一個由多塊板組成的定子，所述板上具有相位繞組。轉(zhuǎn)子組件被以同軸、同心方式裝配在定子組件中。在外轉(zhuǎn)子電動機中，轉(zhuǎn)子單元同心地環(huán)繞在定子的周圍。
圖1示意性地示出了一個內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機的基本結(jié)構(gòu)，帶有一個殼體4，該殼體4中包含有定子組件8、轉(zhuǎn)子組件6以及旋轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)子組件的軸承16、18。定子組件8包括有定子板55和相位繞組60，并且圍繞一個內(nèi)部空間，轉(zhuǎn)子組件6可以被插入到該內(nèi)部空間內(nèi)。用于轉(zhuǎn)子組件的軸承16、18比如可以被整合入電動機殼體4上的凸緣24或者端帽20之內(nèi)。
圖2示出了一個貫穿一示例性兩相DC電動機的示意性剖視圖，所述兩相DC電動機具有一個定子組件和一個由定子組件同心地包圍起來的轉(zhuǎn)子組件。定子組件由定子板52示意性圖示，該定子板52帶有四個電磁極53(electrical pole)和四個定子槽54，由此，所述兩相DC電動機中的兩相繞組62、64均勻地分布在電磁極53之間并且纏繞于它們之上。所述電磁極也被稱作錘形件(hammers)。電磁極的數(shù)目取決于定子組件上錘形件的數(shù)目或者定子槽的數(shù)目。轉(zhuǎn)子組件由一個帶有磁極對42、44的永磁體14來示意性圖示。
在所圖示的實施例中，第一相位的繞組62、64和第二相位的繞組62、64如圖2中所示那樣相互對置。從本質(zhì)來說，相位的幾何偏移量等于360電度(electrical degrees)除以相位的數(shù)目，因此在本實施例中等于360電度÷2＝180電度。因此，屬于一個相位的繞組62、64的數(shù)目等于定子槽的數(shù)目除以相位的數(shù)目。
當(dāng)恒定激勵時，根據(jù)圖2中所示實施例的DC電動機的相位會產(chǎn)生圖3中所示的轉(zhuǎn)矩。
如圖3中所示，在兩相DC電動機中存在有這樣一個轉(zhuǎn)子位置，在該轉(zhuǎn)子位置處無論激勵相位1或者激勵相位2均無法產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種狀況在圖3中被圖示為“臨界點”。由兩相DC電動機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T在0與最大值Tmax之間波動，由此這種波動被稱作“轉(zhuǎn)矩脈動”，也就是說在激勵過程中產(chǎn)生的脈動。
圖4示出了一個貫穿三相DC電動機的示意性剖視圖，所述三相DC電動機帶有一個定子組件和一個轉(zhuǎn)子組件，定子組件具有六個電磁極56和六個對應(yīng)的定子槽57，而轉(zhuǎn)子組件被同軸設(shè)置在定子組件中，具有一個帶有兩個磁極對46、48的永磁體14。對應(yīng)于DC電動機的三個相位，第一、第二和第三相位的三個繞組66、67、68均被置于定子板55中的槽57內(nèi)，相互交錯排布。每個相位的繞組數(shù)目均等于槽的數(shù)目(6)除以繞組數(shù)目(3)，因此得到的結(jié)果為2。圖5示出了由所述三相DC電動機產(chǎn)生的相關(guān)轉(zhuǎn)矩曲線。
如圖5中所示，三個相位的幾何偏移量為360電度÷相位的數(shù)目＝120電度。因此，在所述三相DC電動機中，在最小轉(zhuǎn)矩值Tmin與最大轉(zhuǎn)矩值Tmax之間不存在轉(zhuǎn)矩間隙(torque gaps)和轉(zhuǎn)矩波動，但是仍舊會導(dǎo)致產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩脈動。圖5還示出了在特定的轉(zhuǎn)子位置(Δt10，Δt20，Δt30)，各個獨立相位均不會產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)矩。
美國專利5973426描述了一種三相電動機，其中永磁體被分成三個軸向部分，它們相互之間偏置120度。所描述配置的目的在于提供一種高效率的小型電動機。但是該文獻并未解決轉(zhuǎn)矩脈動或者轉(zhuǎn)矩間隙問題。
WO 99/57795描述了一種電動機裝置，該電動機裝置具有兩個位于一根共用軸上的可獨立工作電動機。這種配置的目的在于，即使在激勵轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障時也能夠保持電動機進行工作。
為了減輕轉(zhuǎn)矩脈動的問題和消除變動的轉(zhuǎn)矩，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了這樣一種轉(zhuǎn)子，即帶有一個永磁體，該永磁體的磁極被傾斜磁化，以防止在各個獨立相位之間發(fā)生突然轉(zhuǎn)換。但是，轉(zhuǎn)子電磁極的傾斜磁化會產(chǎn)生一個軸向負(fù)載分量，并且因此會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩?fù)p失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種電動機，尤其是公開一種電子整流式直流電動機，其以這樣一種方式構(gòu)造而成，即可以減輕轉(zhuǎn)矩脈動并且可以消除在各個獨立相位中的轉(zhuǎn)矩間隙。本目的已經(jīng)利用一種帶有權(quán)利要求1中所述特征的電動機而得以實現(xiàn)。
本發(fā)明中的電動機具有一個定子和一個轉(zhuǎn)子，所述定子和轉(zhuǎn)子與該電動機的縱軸同軸設(shè)置。定子包括多個定子電磁極和多個相位繞組，而轉(zhuǎn)子包括帶有至少一個磁極對的永磁體，所述磁極對專用于相位繞組。根據(jù)本發(fā)明，通過將相位繞組和/或永磁體沿著電動機的旋轉(zhuǎn)方向或者縱軸分成若干個軸向部分，并且使得這些部分環(huán)繞該電動機的縱軸相互之間交錯排布，各個獨立相位相互之間的角度位置得以解決。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例，電動機的相位繞組因此不會沿著定子的圓周方向分布在定子電磁極上，而是該電動機由若干個疊層組成，各個疊層僅承載有一個相位繞組，并且沿著軸向依次設(shè)置。在本發(fā)明的另一實施例中，永磁體被沿著電動機的縱軸方向分成若干個軸向部分，由此各個永磁體部分均帶有至少一個磁極對，并且各個部分均環(huán)繞電動機的縱軸相互之間交錯排布。因此，可以通過將定子分成若干個軸向定子部分，各個軸向定子部分代表著一個相位，并且通過使得所述定子部分或者疊層相互之間交錯排布，或者通過將轉(zhuǎn)子中的永磁體分成若干個軸向永磁體部分，并且使得這些永磁體部分且由此使得相關(guān)部分的磁極相互之間交錯排布，實現(xiàn)了各個獨立電動機相位相對位置的幾何偏移。
本發(fā)明提出軸向定子部分的數(shù)目等于相位繞組的數(shù)目，從而使得各個定子部分均帶有一個相位繞組。對應(yīng)于兩相或者三相DC電動機，定子最好包括兩個或者三個軸向部分。為了獲得特別小的轉(zhuǎn)矩脈動，定子部分應(yīng)該相互之間以大約180電度÷(相位數(shù)目)的角度交錯排布。當(dāng)永磁體而并非所述定子被分成若干軸向部分時，同樣如此。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，槽或者定子電磁極的數(shù)目等于磁極的數(shù)目，以便獲得盡可能最為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩曲線。
在若干個軸向部分上將各個獨立的相位繞圈分開還具有其它優(yōu)點，相位的全部電學(xué)分離能夠使得不會因為流過繞組的電流相互干擾而導(dǎo)致產(chǎn)生互感或者漏感現(xiàn)象。通過適當(dāng)?shù)南辔焕@組控制和對決定轉(zhuǎn)矩的相位進行合適選擇，能夠獲得一個基本上平滑的轉(zhuǎn)矩曲線。


下面將基于優(yōu)選實施例并且參照附圖更為詳細(xì)地對本發(fā)明進行說明。在附圖中圖1是一個貫穿一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC電動機的示意性縱剖面；圖2是一個貫穿一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩相電動機的示意性橫剖面，該兩相電動機帶有四個定子槽和一個磁極對；圖3是一個由圖2中所示電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線；圖4是一個貫穿一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三相電動機的示意性橫剖面，該三相電動機帶有六個定子槽和兩個磁極對；圖5是一個由圖4中所示電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線；圖6是一個根據(jù)本發(fā)明的DC電動機的示意圖，不帶殼體、凸緣和軸承；圖7是一個類型于圖6的視圖，但是帶有用于三個相位的繞組；圖8是一個根據(jù)本發(fā)明的DC電動機選擇性實施例中的轉(zhuǎn)子組件；圖9是一個用于根據(jù)本發(fā)明的兩相DC電動機的示例性轉(zhuǎn)矩曲線；圖10是一個用于根據(jù)本發(fā)明的三相DC電動機的示例性轉(zhuǎn)矩曲線；圖11是一個用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例的三相DC電動機的示例性轉(zhuǎn)矩曲線。
具體實施例方式
圖1示出了一個電子整流式直流電動機的基本構(gòu)造，該電子整流式直流電動機根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)計方案構(gòu)造而成。該電動機包括一個轉(zhuǎn)子組件6和一個定子組件8。轉(zhuǎn)子組件6帶有一根轉(zhuǎn)子軸10，該轉(zhuǎn)子軸10上承載有一個由諸如鐵這樣的軟磁材料制成的卷繞磁導(dǎo)(a coil fluxguide)(護鐵環(huán)，back iron ring)12。一個分段的或者圓環(huán)狀的永磁體14被安裝在卷繞磁導(dǎo)或者護鐵12上。軸10由軸承16、18可旋轉(zhuǎn)地支撐起來。在此所示帶有轉(zhuǎn)子軸10、護鐵12以及永磁體14的轉(zhuǎn)子組件6，被置于定子組件8內(nèi)，所示出的定子組件8是一個帶有繞組60并且由多個定子板55組成的定子疊層。定子被連接在一個凸緣24上，由此轉(zhuǎn)子組件6由軸承18在凸緣24內(nèi)支撐，并且由軸承16在端帽20內(nèi)支撐。凸緣24和密封帽20被連接在殼體4上。凸緣24還用于借助孔32將DC電動機固定在一個底架或者類似物體上。圖1示出了一個根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)帶有其基本構(gòu)件的DC電動機；其用于說明本發(fā)明的背景技術(shù)。
已經(jīng)描述過的圖2和4示意性地示出了一個貫穿一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電動機的橫剖面，而圖3和5示出了由這種電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線。
圖6示出了一個本發(fā)明中的DC電動機的示意圖，該DC電動機具有三個軸向定子部分70、71、72，轉(zhuǎn)子軸10以及設(shè)置在定子部分70、71、72內(nèi)的永磁體74，永磁體74也被分成多個軸向部分，并且置靠在一個卷繞磁導(dǎo)或者護鐵環(huán)上。在本實施例中，永磁體74可以如圖6中所示那樣被分成多個軸向部分，或者其可以沿著定子組件的整個軸向長度進行延伸。為了清楚起見，殼體、凸緣以及軸承未在圖6中示出；相位繞組76、77被示意性示出。圖7示出了一個類似于圖6的視圖，但是，帶有用于三個相位的繞組76、77、78。在圖6和7所示的本發(fā)明中的電動機實施例中，三個定子部分70、71、72被沿著電動機的軸向依次設(shè)置，并且環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸相互之間以給定的角度交錯排布，由此，偏移量取決于磁極的數(shù)目和各個獨立相位中所需轉(zhuǎn)矩曲線的重疊量。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，各個轉(zhuǎn)子部分70、71、72中的槽的數(shù)目等于相關(guān)永磁體74上的磁極的數(shù)目。偏移量以這樣一種方式進行選擇，即能夠產(chǎn)生出必要的轉(zhuǎn)矩重疊量(圖9、圖10)。在一個實施例中，定子部分相互之間大約以N交錯排布，N＝180度÷(相位繞組的數(shù)目)。
圖8示出了本發(fā)明的另外一個實施例，其中在圖8中僅示出了帶有轉(zhuǎn)子磁體80、81、82的轉(zhuǎn)子軸10，其形成了一個可以插入到一個根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的定子組件(在圖8中未示出)內(nèi)。在圖8所示的實施例中，轉(zhuǎn)子軸10支撐著三個軸向永磁體部分80、81、82，它們各個均帶有四個磁極對，這四個磁極對相互之間交錯排布。根據(jù)圖8的轉(zhuǎn)子組件可以與一個根據(jù)本發(fā)明如圖6和7中所示的定子單元組合起來。在后一種所述情況中，軸向磁體部分80、81、82，軸向定子部分70、71、72或者二者的組合可以相互之間交錯排布。軸向定子部分或者軸向轉(zhuǎn)子部分如本發(fā)明中所述配置的目的是，影響所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線，從而使得各個獨立相位的轉(zhuǎn)矩曲線以這樣一種方式發(fā)生重疊，即能夠消除轉(zhuǎn)矩間隙并且減輕轉(zhuǎn)矩脈動。
圖9示出了一個用于根據(jù)本發(fā)明的兩相DC電動機的轉(zhuǎn)矩曲線，其中假設(shè)各個軸向定子部分均包括四個槽，并且永磁體包括兩個磁極對。在圖9所示的實施例中，使得定子部分并且由此使得相關(guān)聯(lián)的相位相互之間以這樣一種方式交錯排布，即與圖3中相反，各個獨立相位的轉(zhuǎn)矩曲線與圖3相反發(fā)生重疊。如果帶有圖9中所示轉(zhuǎn)矩曲線的兩相DC電動機被以這樣一種方式進行控制，即相位在重疊區(qū)域進行轉(zhuǎn)換，那么這將導(dǎo)致產(chǎn)生一個平滑的轉(zhuǎn)矩曲線，而不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩中斷并且不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。如果設(shè)置有一個足夠大的重疊區(qū)域，那么當(dāng)在工作時，電動機還將避免轉(zhuǎn)換時間發(fā)生輕微偏移。這一點適用于單極工作的兩相DC電動機，也就是說當(dāng)僅有一個相位繞組受到激勵時。在雙極工作過程中，電動機的轉(zhuǎn)矩可以增大，即增加了相位1和相位2中的轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，轉(zhuǎn)矩脈動有可能發(fā)生，但是肯定不會在轉(zhuǎn)矩曲線上產(chǎn)生間隙。
可以從圖9中看到的是，如果沒有合適地對相位1和相位2進行相位轉(zhuǎn)換，那么仍舊會在相位2的下降邊緣與相位1的上升邊緣之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩間隙。這種間隙可以通過在根據(jù)本發(fā)明的三相DC電動機中設(shè)置一個第三定子部分或者“疊層”來加以閉合。
圖10示出了一個用于根據(jù)本發(fā)明的三相DC電動機的示例性轉(zhuǎn)矩曲線，該三相DC電動機帶有三個軸向定子部分。在本示例中，假設(shè)各個定子部分均具有六個定子槽，并且永磁體具有三個磁極對。分別對應(yīng)于一個相位的定子部分相互之間以120度交錯排布。
為了產(chǎn)生圖10中示出的轉(zhuǎn)矩曲線，使得各個獨立的定子部分以及由此使得相位恰好以120度交錯排布，從而使得在各個獨立的相位中不會存在轉(zhuǎn)矩曲線重疊現(xiàn)象。只要精確地保持轉(zhuǎn)換瞬間來對各個獨立相位進行轉(zhuǎn)換，那么就可以形成一個平滑的轉(zhuǎn)矩曲線，同時沒有轉(zhuǎn)矩間隙并且沒有轉(zhuǎn)矩脈動。但是，可以從圖10中所示內(nèi)容看出，如果在轉(zhuǎn)換瞬間發(fā)生了誤差，那么將會產(chǎn)生輕微的轉(zhuǎn)矩脈動。如果轉(zhuǎn)矩曲線在實際上沒有與圖10中所示內(nèi)容精確對應(yīng)，而是各個獨立相位的上升和下降邊緣不太陡峭，那么也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。
通過使得各個獨立的軸向定子部分并且由此使得各個獨立的相位以小于120度交錯排布，從而再次產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩曲線重疊現(xiàn)象，可以解決所述問題。通過合適地控制三相DC電動機中的相位，尤其是通過一直在重疊區(qū)域內(nèi)對相位進行轉(zhuǎn)換，可以產(chǎn)生一個沒有轉(zhuǎn)矩間隙的平滑轉(zhuǎn)矩曲線。各個獨立相位的重疊確保了在各個獨立相位之間進行轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換瞬間的微小誤差不會影響轉(zhuǎn)矩曲線。
如圖11中所示，當(dāng)相位發(fā)生偏移時會產(chǎn)生一個間隙，但是，可以通過合適地控制各個獨立的相位繞組來加以消除。此外，該間隙也可以通過增加另外一個相位來加以閉合。
在前述內(nèi)容、權(quán)利要求以及附圖中所披露的特征，無論是獨立地或者是它們的任意組合，均對以各種實施例來實施本發(fā)明非常重要。
附圖標(biāo)記列表電動機殼體/殼體 4轉(zhuǎn)子組件6定子組件8轉(zhuǎn)子軸 10護鐵環(huán) 12永磁體 14軸承16，18端帽20凸緣24孔 32磁極對 42，44磁極對 46，48定子板 52；55電磁極 53定子槽 54電磁極 56定子槽 57相位繞組60，62，64，66，67，68定子部分70，71，72永磁體 74相位繞組76，77，78永磁體部分 80，81，8權(quán)利要求
1.一種具有定子和轉(zhuǎn)子的電動機，所述定子和轉(zhuǎn)子與該電動機的縱軸同軸設(shè)置，其中所述定子包括多個定子電磁極(53)和多個相位繞組(76-78)，而所述轉(zhuǎn)子包括帶有至少一個磁極對(42-48)的永磁體(14；74)，所述磁極對與相位繞組(76-78)相關(guān)聯(lián)，其特征在于，相位繞組(76-78)和/或永磁體(14；74)被沿著該電動機的縱軸方向分成若干個軸向部分(70，71，72；80，81，82)，并且這些部分環(huán)繞該電動機的縱軸近似以N度交錯排布，其中N度≠360度÷(相位的數(shù)目)，從而使得各個獨立相位的轉(zhuǎn)矩曲線相互重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的電動機，其特征在于，所述定子被沿著該電動機的縱軸方向分成多個軸向部分(70，71，72)，這些軸向部分(70，71，72)對應(yīng)于相位繞組(76-78)的數(shù)目，并且各個定子部分均包括若干個定子電磁極(53)和一個相位繞組(76-78)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的電動機，其特征在于，所述定子被分成兩個或者三個軸向部分(70，71，72)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中所述的電動機，其特征在于，所述定子部分(70，71，72)相互之間近似以N度交錯排布，尤其是N度＝180電度÷(相位的數(shù)目)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的電動機，其特征在于，所述永磁體(14；74)被沿著該電動機的縱軸方向分成多個軸向部分(80，81，82)，這些軸向部分對應(yīng)于相位繞組(76-78)的數(shù)目，并且各個永磁體部分均具有相同數(shù)目的磁極對。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的電動機，其特征在于，所述永磁體(14；74)被分成兩個或者三個軸向部分(80，81，82)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6中所述的電動機，其特征在于，所述永磁體(14；74)的部分(80，81，82)相互之間以這樣一種方式交錯排布，即負(fù)向和正向磁極重疊。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的電動機，其特征在于，所述定子電磁極(53)的數(shù)目等于磁極的數(shù)目。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的電動機，其特征在于，帶有相位繞組的多個定子部分和/或永磁體部分沿著該電動機的縱軸方向以相互間隔開的關(guān)系設(shè)置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的電動機，其特征在于，該電動機是一種電子整流式直流電動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機，尤其是涉及一種具有定子和轉(zhuǎn)子的電子整流式直流電動機。定子和轉(zhuǎn)子與電動機的縱軸同軸設(shè)置。定子帶有多個定子電磁極和多個相位繞組。轉(zhuǎn)子帶有具有至少一個磁極對的永磁體，所述磁極對專用于所述相位繞組。相位繞組和/或永磁體被沿著所述電動機的縱軸方向分成若干個軸向部分，并且這些部分環(huán)繞所述電動機的縱軸相互之間交錯排布。貫穿本發(fā)明中的電動機，各個獨立相位相互之間的角度位置均以這樣一種方式發(fā)生偏移，即可以減輕轉(zhuǎn)矩脈動并且可以防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩間隙。
文檔編號H02K16/02GK1623267SQ02808447
公開日2005年6月1日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者赫爾穆特·漢斯 申請人:美蓓亞株式會社