CN101023570B - 电机次级部分 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1，3)的次级部分(5，7)和/或所述电机(1，3)本身。所述电机(1，3)包括一初级部分(9，11)与一次级部分(5，7)。所述初级部分(9，11)包括一绕组(21)和多于一个的永磁体(17)。根据本发明，所述次级部分(5，7)具有多于一个的非叠层式齿(13)。

Description

电机次级部分

技术领域

本发明涉及一种电机次级部分及电机本身。所述电机具有一初级部分与一次级部分。所述初级部分具有多于一个的电绕组。所述电机例如为一同步电机、一异步电机、一步进电动机或诸如此类的电机。所述电机既可为一直线电动机，又可为一可实现旋转运动的电动机或发电机。

背景技术

举例而言，文件参考号为10 2004 045 992.4的德国申请中公布了一种电机，其次级部分不具有可产生一磁场的主动构件。所述主动构件例如为永磁体或可加载电流的绕组。例如，一永磁同步直线电动机的次级部分不具有永磁体，可加载电流的绕组和永磁体就布置在初级部分中，而次级部分具有一种用一含铁材料制成的齿结构，其中，次级部分的齿指向初级部分。这个申请中公布了一种被动的次级部分，其中，所述次级部分为叠层式的。叠层式的次级部分不仅用起来很繁复，而且制造也很费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种有所简化的电机次级部分。

这样一种有所简化的构造对直线电动机而言特别理想，因为，举例而言，直线电动机可能具有这样的次级部分，该次级部分在移动方向上的尺寸可能会超过初级部分在移动方向上的尺寸好几倍。

这个目的例如通过一种电机的次级部分或一种电机而达成。

本发明提供了一种电机的次级部分，所述次级部分具有一齿廓，其中，所述次级部分的一个或多于一个的齿为非叠层式，所述齿由一外壳形成，所述外壳由第一材料制成，并构成一空腔，所述第一材料为不锈钢或铝，

所述空腔内填充有一第二材料，用来在不产生磁场的情况下引导磁通，所述第二材料含有铁但不同于第一材料。

本发明的一电机次级部分具有一齿廓。所述齿廓产生于所述次级部分的一横截面，其中，所述齿廓由多于一个的齿构成。在一准备投入使用的、除所述次级部分外还具有一初级部分的电机中，这些齿朝向所述初级部分。由于这些齿的存在，初级部分与次级部分之间存在至少两个不同的间距。次级部分实施为非叠层式结构。也就是说，次级部分不具有彼此相邻成排排列的、尤其是叠片铁芯意义上的叠片，这种可构成叠片铁芯的叠层式结构特别用于减少涡流。叠片铁芯特别也用在初级部分中。就齿廓方面需要注意的是，所述齿廓由多于一个的齿构成，这些齿具有一纵向延伸，这种纵向延伸大致垂直于电机的一移动方向。所述移动方向可以是直线或旋转性的移动方向。因此，一个所述齿是某种形式的横条，多于一个的横条的一大致垂直于其纵向延伸的横截面显示了齿廓。

所述齿廓可建构为具有各种不同的轮廓形状，即几何形状。所述几何形状例如为矩形、三角形和正弦形等。

叠层式次级部分的制造非常繁复。其中，叠层式结构特别指堆叠在一起的叠片，这些叠片彼此靠在一起的界面垂直于一可由电机中的一气隙构成的平面，这是已知叠片铁芯的一个特征。建构次级部分时不采用这种例如制造叠片铁芯时所具有的层状结构，由于少了接合这一步骤，因而可大大简化次级部分的制造和建构。由此还可使次级部分在例如一机座上的固定方法得到简化。

叠层式次级部分的涡流损耗较小。涡流损耗主要出现在高频情况下。在此情况下，所述频率涉及的是加载在电机初级部分中的交流电流的基频。

一电机例如建构为具有一初级部分与一次级部分，其中，初级部分实施为具有两个用于产生一磁场的构件。次级部分可实施为不具有用于产生一磁场的构件。因而，初级部分具有一用于产生一磁场的第一构件与一用于产生一磁场的其他构件，其中，所述用于产生一磁场的第一构件可加载一交流电压或一交流电流。所述用于产生一磁场的第一构件例如为一绕组，所述磁场为第一磁场。所述用于产生一磁场(一激励磁场)的其他构件为一可产生其他磁场，即至少一个第二磁场的构件。优选的，引起所述其他磁场的场激励在工作中不发生变化，即保持恒定。这种用于产生其他磁场的其他构件例如为一永磁体或一加载有一电流或可加载一电流的绕组，所述电流特别为一恒定电流。优选的，所述用于产生一其他磁场的其他构件具有大量用于产生交替磁极场激励(magneticalternating-pole field excitation)的其他构件。用于产生第一磁场的第一构件例如为一线圈绕组，其中，从所述线圈出发或进入所述线圈的第一磁场被这样引导至用于产生其他磁场的其他构件(即第二、第三等构件)，使得至少两个用于产生其他磁场的其他构件位于第一磁场的磁场范围内，从而可以实现两个磁场的交互作用。优选的，用于产生其他磁场的其他构件具有大量彼此相反的磁化方向，借此可实现一交替磁极磁化布置。

本发明的电机具有一初级部分与一次级部分，其中，所述初级部分具有一用于产生第一磁场的第一构件，所述次级部分具有一用于引导所述磁场的构件，所述电机建构为，初级部分具有至少两个用于产生至少两个其他磁场的其他构件，其中，所述用于产生第一磁场的第一构件相对于所述用于产生其他磁场的其他构件的布置方案可实现所述第一磁场与所述其他磁场的叠加。

这种电机构造的优点在于，电机的次级部分可建构为不具有用于产生磁场的主动构件。但次级部分至少可建构为在其用于形成一电磁力的部分区域内不具有磁主动构件。优选的，这种电机的次级部分只具有一个用于引导磁场的构件，因而易于制造，且成本低廉。次级部分例如实施为叠层式结构，借此可防止涡流的出现，但这种实施方式不但昂贵，还很复杂。因此，优选的，使用软铁部件建构初级部分和次级部分。这些部件的叠层式结构可减少涡流。

在一种优选的实施方案中，次级部分的软铁部件实施为实心部件和/或所谓的铁粉冲压件。

根据本发明的次级部分的一优选改进方案，次级部分具有一齿架，且齿与齿架实施为一整体。通过将齿状次级部分实施为一整体可以不再需要采用叠层式结构。在初级部分中的交流基频高于25Hz的情况下特别需要采用叠层式结构，因为涡流损耗会随频率升高而增加，从而致使最终的电动机功率变小。因此，优选的，非叠层式次级部分用在主要以一小于25Hz的交流电频率工作的电机上。非叠层式次级部分的另一应用领域是那些就驱动要求(规范)而言允许电动机功率随频率升高或电动机转速增大而减小的电机。

优选的，用于主要以一大于25Hz的交流电基频工作的电机的次级部分实施为叠层式结构或具有用于抑制涡流的措施。

根据另一改进方案，所述次级部分具有一齿架，其中，至少一个齿借助一连接构件与所述齿架相连。此时，所述齿架例如为一可在上面安装齿的安装板。由于齿具有一横切电机移动方向的纵向延伸，因此，这些齿也可称为一种“横条”。所述安装板自身例如用于将次级部分安装在一机器中或一机器上。所述机器例如是机床、专用机床或自动操作装置。在此情况下，安装板主要安装在一机座上。通过将齿预先安装在一单独的安装板上，可简化将齿装进所述机器的过程。根据另一改进方案，所述齿架为机器的一部分，所述机器内特别安装有一直线电动机形式的电机。举例而言，也可将一机器的机座用作齿架。大量连接方法可用作将齿安装到齿架上的连接手段，所述连接方法例如为：螺钉连接、铆钉连接、焊接、加压连接、联锁连接，等等。

次级部分的齿例如可以只用一种材料制成，这一种材料也可以是一合金或某种其他的混合材料。根据次级部分的制造方式和构造，齿的材料可以不同于齿架的材料，也可以与之相同。下文所列的是次级部分的制造方法的各个特征：

■次级部分由一金属板铣削而成；

■次级部分用一灰铸铁冶炼方法而制成；其中，优选的，对灰铸铁件朝向电机初级部分一侧进行后续加工处理(例如铣削、磨削等等)，并用于形成气隙；

■次级部分具有多于一个的金属条，这些金属条焊接和/或铆接和/或用螺钉旋接在一用作齿架的金属板上；

■次级部分设有一具有一齿廓的金属片；齿廓例如可用一压印方法压印在一金属片上，其中，所述金属片在接受压印处理之前特别是平坦的。

如果次级部分的齿特别由一具有一齿廓的叠片在横切于电机移动方向的方向形成，那么所述次级部分就既可由一种材料，也可由一材料组合构成。在金属片(叠片)上压印齿廓是一种特别简捷的制造这种次级部分的方法。压印后会出现凹槽，这些凹槽例如可用一软磁材料或一铁-塑料混合物填补。这种混合物也可用作管子的填充材料。用作齿的管子特别具有一矩形横截面。举例而言，在出现凹槽时，对凹槽或管子的填补不仅可提高凹槽的稳固性，还可特别减小磁损耗。当填补用材料为塑料和金属的混合物时，导磁金属粒子被塑料隔离，从而可在获得较高磁导率的同时，还可避免涡流出现或至少减少涡流。凹槽或管子被填满后，次级部分的齿具有至少两种材料。齿的填充物中含有可引导磁通的铁，其中，通过填充可完全填补空腔或至少使空腔缩小。

在压印叠片或所述管子由铁构成的情况下，其自身可承载一部分磁通。如果涉及的是一薄壁叠片，其壁厚可能不足以用来承载全部磁通，因为薄叠片已达到磁饱和，这会对电动机功率产生负面影响。在此情况下，使用一种软磁填充物，即“含铁”填充物，来引导磁通是有利的。根据另一改进方案，可完全放弃对压印叠片磁功能的利用。在此情况下，压印叠片或管子壁只用作一形状稳定的包装材料和/或用作一用于安装或固定可引导磁通的磁性相关填充材料的辅助件。例如用塑料制成的所述形状稳定的包装材料和/或安装或固定辅助件例如还可用作吸收直线电动机作用在次级部分齿结构上的磁驱动力和磁吸引力的构件。

根据另一改进方案，所述填充物在次级部分的制造过程完毕后自身保持机械固定和稳定，因此，所述形状稳定的包装材料只在次级部分的制造过程中用作填充物的“模板”。模板在填充物完全硬化后被去除。其优点是可使电机的气隙保持较小。所述填充物例如由铁氧体材料构成，所述铁氧体材料通过一烧结处理硬化。

根据另一改进方案，不仅对所述金属片进行压印处理，还对其进行冲压处理。举例而言，通过冲压处理可产生穿孔，穿过这些穿孔借助螺钉或铆钉来固定次级部分。

在使用叠片来建构次级部分的情况下，既可使用多于一个的摞在一起的叠片，也可只使用一个叠片。在使用多于一个的叠片的情况下，叠片之间的界面在电机气隙区域内平行于由气隙构成的平面。

为减少一次级部分内的涡流损耗，可按下述方式建构次级部分。一方面，优选的，使用至少经过烧结处理的齿。此外，所用的齿架也可经过烧结处理，在此情况下，齿和齿架也可实施为一整体。烧结齿和烧结齿架例如可用粉末加压方法制成。通过采用烧结方法可减少涡流损耗。

另一方面，还可通过印模压铸或喷射模塑方法来达到这种减少涡流损耗的目的。可用一印模压铸机或喷射模塑机来制造印模压铸件或喷射模塑件形式的齿、齿架和/或次级部分。用来制造印模压铸件或喷射模塑件的材料为一混合有金属成分的塑料。印模压铸件或喷射模塑件不仅易于制造，且成本低廉。齿和齿架的整体式结构同样也易于制造。借助所述印模压铸或喷射模塑方法还可制造一印模压铸件或喷射模塑件，其可用作将次级部分固定在机座上的插入件。

在另一实施例中，上文描述的本发明的次级部分也可建构为所述齿由至少两种材料构成。这种构造的实现方法例如为，每个齿均具有一根管子。这个管子例如具有一矩形横截面，因而可以简单的方式将其安装在一由一齿架构成的平坦表面上。所述管子可用不锈钢或铝制成，其中，所述管子特定而言为薄壁管子。为限制磁损耗，可用承载一磁通的材料填充所述管子。例如可将铁-塑料混合物用作所述填充材料。其优点是在不使用叠片铁芯的情况下仍能减少涡流损耗。所述管子例如通过焊接与齿架相连。

根据另一改进方案，次级部分具有多于一个的齿，这些齿构成一种凹槽。例如一具有矩形横截面且其中一侧缺失的管子就是一个凹槽。所述凹槽可用作齿，所述凹槽与所述管子一样也填充有一填充材料，且其敞开侧例如与齿架邻接。所述敞开侧也可朝向初级部分，在此情况下，敞开侧即远离齿架。

管子和凹槽都是借助齿来形成空腔的次级部分的实施例，其中，所述空腔内填充有一材料，所述材料含有特别为铁的金属。

本发明除电机次级部分外还涉及电机本身。根据本发明，一具有一初级部分与一次级部分、且其次级部分具有一齿廓的电机可建构为，所述次级部分的一个或多于一个的齿实施为非叠层式。此时，叠层式结构特别指叠片并排堆叠的的一种叠层式结构，叠片排至少大致垂直于电机中的一个气隙。优选的，在这种电机中使用一如上文所述的、在下文中将借助附图所示实施例对其进行说明的次级部分。

附图说明

下列附图为本发明的电机次级部分的实施例，其中：

图1为一初级部分上带有永磁体的直线电动机的示意图；

图2为一直线电动机的横截面图；

图3为一直线电动机的次级部分的第一横截面；

图4为一直线电动机的次级部分的另一横截面；

图5为一次级部分的一矩形压印齿廓；

图6为一次级部分的一波形压印齿廓；

图7为一次级部分的一波形压印齿廓；

图8为一用螺钉旋接在一齿架上的齿廓；以及

图9为一旋转电机的一齿廓。

具体实施方式

图1显示的是一直线电动机形式的电机1。电机1具有一初级部分9与一次级部分5。初级部分9具有一绕组21、多于一个的永磁体17与一叠片铁芯23。初级部分3的可能的移动方向用一在电机的纵向上延伸的双向箭头37表示。箭头41表示一侧视角度，图2至图8从这一侧视角度显示次级部分的横截面。实施为叠层式结构的初级部分9在其朝向次级部分5的一侧上具有多于一个的永磁体17。永磁体17以交替磁化的方式安装在初级部分9上。也就是说，永磁体产生一磁通，所述磁通的方向相对于一气隙43横向交替变化。初级部分9和次级部分5之间的气隙构成一气隙平面，其中，次级部分5具有多于一个的齿13，次级部分的齿13与气隙43邻接。在所示实施例中为一直线电机的电机1在纵向37上进行移动。在此情况下，可采取初级部分9静止而次级部分5移动，或者次级部分5静止而初级部分9在次级部分5上移动的方案。绕组21是用于产生第一磁场的第一构件，永磁体17是一用于产生其他磁场的其他构件。

次级部分5具有一齿架19。齿13布置在这个齿架19上。齿状结构从侧视角度41看很清楚。侧视角度41与电机1的一可能的移动方向37垂直，其中，所述移动方向表示电机的纵向。齿13也具有一纵向，但齿的这个纵向对应的是电机1的横向39。次级部分5的齿13固定在一齿架19上。又称为横条的齿13例如以粘合或焊接的方式安装在齿架19上，或结合附着设备彼此相连。由于特别当加载在初级部分绕组中的交流电流的基频很低时，负面的涡流效应并不是很大，因而可以不使用叠层式结构，而是例如将一价格低廉的实心部件用作齿。低基频指的是小于25Hz范围内的基频。

图2以示意图形式显示一直线电动机的横截面，其中，横截面平面平行于直线电动机的移动方向37或沿该方向延伸。次级部分5实施为一整体，具有多于一个的齿13。初级部分9除永磁体17外还具有多于一个的绕组21。所述绕组盘绕在初级部分9的绕组齿15上。绕组的端部绕组22象征性地用弧线表示。

图3显示的是次级部分5可能具有的构造的另一示例。图3所示的次级部分具有一个上面焊接有多于一个的齿13的齿架19。齿13具有一四边形管25。管子25中填充有填充材料27。填充材料27例如为一铁-塑料混合物。例如用铁或铝制成的管子25通过焊缝29与齿架19固定连接。

图4显示的是实施为凹槽31的齿13，其中，凹槽31中填充有一填充材料27。填充材料27有利地具有一软磁材料。

图5所示的次级部分5具有一靠在齿架19上的叠片33。图5显示的是叠片33的横截面轮廓。所述横截面建构为具有多于一个的横截面呈矩形的齿13。

图6所示的次级部分5具有一靠在齿架19上的叠片33。图6显示的是叠片33的横截面轮廓。所述横截面建构为具有多于一个的横截面呈波形的齿13。

图7所示的次级部分5具有一靠在齿架19上的叠片33。图7显示的是叠片33的横截面轮廓。所述横截面建构为具有多于一个的横截面呈三角形的齿13。

通过例如图5至7所示的齿的不同几何形状，可针对性地对电动机特性施加影响和/或进行优化。优化或施加影响的目的例如是：

·减少干扰性的齿槽力(cogging force)；

·减少感应电压中的谐波；

·改善感应电压的“正弦形”；

·等等。

如附图所示，不同的横截面可特别简单地借助具有不同波形的压印叠片实现。

图4至7所示的齿具有横切电机移动方向的纵向延伸范围，所述电机设有诸如这种具有相应齿廓的次级部分之类的次级部分。齿的这种纵向延伸在图4至7中没有显示，但在图8中显示得很清楚。

图8以透视图的形式显示了一次级部分5，所述次级部分具有一横截面呈矩形的叠片33，所述叠片借助螺钉45固定在齿架19上。图8还显示了齿13的纵向延伸47，所述齿13的纵向延伸与次级部分5的一纵向37横切。

齿13可配有一侧面终端。这种侧面终端例如用于建构一可注入填充材料27、但又不会使填充材料流出的空腔。也就是建构一可注入填充材料的模板。为清楚起见，图8未对位于次级部分5纵向端面上的侧面终端进行图示。

电机支持的移动方向可以是线性或旋转性的移动方向。图1至8涉及的是纵向37上的线性移动方向。图9显示的是一旋转电机3的横截面详图。这个电机3具有一初级部分11与一次级部分7。这两个部分的横截面均为圆形。初级部分11与直线电动机的初级部分一样具有绕组21、绕组齿15和永磁体17。次级部分7具有齿13，其中，齿13与初级部分11之间间隔有气隙43。举例而言，图9所示的次级部分7实施为一整体。齿13具有一附图未作图示的、沿一旋转轴47的纵向延伸，从而构成某种形式的横条，其中，多于一个的横条的大致垂直于其纵向延伸的横截面显示了齿廓。

Claims (9)

1.一种电机(1，3)的次级部分(5，7)，所述次级部分具有一齿廓，其中，所述次级部分(5，7)的一个或多于一个的齿(13)为非叠层式，

其特征在于，所述齿(13)由一外壳形成，所述外壳由第一材料制成，并构成一空腔，所述第一材料为不锈钢或铝，

所述空腔内填充有一第二材料，用来在不产生磁场的情况下引导磁通，所述第二材料含有铁但不同于第一材料。

2.根据权利要求1所述的次级部分(5，7)，其特征在于，

所述次级部分(5，7)具有一齿架(19)，且所述齿(13)与所述齿架(19)为一整体。

3.根据权利要求1所述的次级部分(5，7)，其特征在于，

所述次级部分(5，7)具有一齿架(19)，且至少一个所述齿(13)借助一连接构件(29)与所述齿架(19)相连。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的次级部分(5，7)，其特征在于，

所述齿(13)借助一叠片(33)而构成，所述叠片(33)具有一齿廓。

5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的次级部分(5，7)，其特征在于，

所述外壳具有一管子(25)形状。

6.根据权利要求1所述的次级部分(5，7)，其特征在于，所述第二材料为铁-塑料混合物。

7.根据权利要求3所述的次级部分(5，7)，其特征在于，所述连接构件(29)为焊缝。

8.根据权利要求1所述的次级部分(5，7)，其特征在于，所述齿(13)通过一印模压铸或喷射模塑方法或者一粉末加压方法而制成。

9.一种电机(1，3)，其特征在于，

所述电机具有一根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的次级部分(5，7)。

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