CN101427447B - 特别用于驱动泵或通风设备的多相电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多相电动机,特别是在汽车行业中应用于驱动泵或通风设备,它由一个电子线圈(41至46)激励的定子部分(1)以及具有N对径向交替磁化极板的转子(2)组成,定子部分(1)具有宽齿(11至16)和从环形齿冠(10)径向延伸的窄齿(17至22)。宽齿承载线圈绕组,宽齿到窄齿的距离大于窄齿的宽度。

Description

特别用于驱动泵或通风设备的多相电动机
本发明涉及多相电动机,特别是在汽车行业中驱动泵或通风设备的应用。
在工业领域和汽车领域,根据标准选择用于驱动泵或通风设备的多相电动机,所述标准包括成本、性能和使用寿命。性能方面主要评估效率和噪声。为实现高效率,需要安放足够体积的铜来限制焦耳热能损耗,还要安放一段短磁路来减少铁的损耗。为尽可能降低噪声,可在电动机中寻求径向力良好的平衡以及微小的残余力矩。电动机的成本不但和材料有关,而且和实现方式有关,特别重要的是为制造线圈绕组提出一个经济的解决方案。
在电动机技术领域,如德国专利DE19905748所描述的电动机具有良好的径向力平衡,但这些电动机的结构不能通过分别地缠绕线圈并将其插入定子中而提供线圈绕组的简易实现方式。事实上,对残余力矩的控制需要在电动机里安放尽可能宽的极板,并且应该通过在特别狭窄的凹槽中插入铜丝来实现线圈绕组。为了方便制造线圈绕组,某些电动机具有由若干部件组成的定子,但是线圈绕组的简化不利于定子电路的实现,所述定子电路因组装大量零件变得复杂进而变得昂贵。
在电动机技术领域,某些电动机能特别简易地并且经济地在单部件定子上实现线圈绕组,同时保证只存在微小的残余力矩。然而这些电动机在径向力方面并不完全平衡,在噪声和轴承使用寿命方面也暴露出缺陷。这种电动机在美国专利权利要求US5880551中有所描述。
本发明目的是提出经济并且有力的解决方案,所述方案适用于大量生产,在效率方面由于有铜的体积和短磁路,它具有特别好的性能;在噪声方面依靠径向力的平衡以及微小的残余力矩,它也具有特别好的性能。
因此,本发明涉及多相电动机,它由一个电子线圈激励的定子部分以及一个具有N对径向交替磁化极板的转子组成,定子部分具有宽齿和从环形齿轮径向延伸的窄齿。宽齿承载线圈绕组,它的宽度大于或等于窄齿宽度的两倍。在定子的内直径上测量的齿宽度大小,分别对宽齿和窄齿使用有一定值的力矩,它具有消除电动机残余力矩的特性。定子具有恒定矩形截面的用于绕线的齿,其形状使得能够在宽齿周围引入每个线圈,所述线圈在定子之外分别地制造。因此,凹槽的宽度大于窄齿的宽度,以便可以接受线圈绕组,上述宽度在定子的内直径上测量。
通过阅读说明并参考附图可以更好的理解本发明:
-图1示出根据本发明的电动机的横截面图。电动机具有一个定子(1)以及一个转子(2),所述定子具有6个宽齿(11至16)和6个窄齿(17至22),所述转子具有N对径向交替磁化的极板(A1至A10),
-图2示出根据现有技术的电动机的横截面图,定子具有6个极板(51至56),
-图3示出根据现有技术的电动机的横截面图,定子具有12个极板(71至82),
-图4示出根据现有技术的电动机的横截面图,定子具有6个宽极板(P1至P6)和6个窄极板(P7至P12),
-图5示出一个图表,分别针对6齿定子和12齿定子示出安培-匝数的力矩常量随齿宽度的变化情况,
-图6示出一个曲线图,显示出残余力矩随6齿定子齿宽度的变化情况,
-图7a示出根据本发明的电动机的横截面图,宽齿和窄齿之间的宽度比特别大,
-图7b示出根据本发明的电动机的横截面图,定子(1)在其外表面上具有6个斜槽口(101至106),它们分布在线圈之间,
-图8示出根据本发明的电动机的横截面图,定子(1)具有3个宽齿(111至113)和9个窄齿(117至125),
-图9示出根据本发明的电动机的横截面图,定子(1)具有3个宽齿(111至113)和6个窄齿(126至131)。
根据现有技术的电动机,如图2和图3所示,通过尽可能大地加宽定子极板(51至56及71至82)能获得很低的残余力矩,留下微小宽度的凹槽来引入线圈绕组线。这使线圈绕组(61至66及91至96)的实现变得复杂,难以自动化生产,而且没有很理想的填充效率。对于6齿定子是这样,对于12齿定子则更为严重。然而,如图5所示,12齿定子有个明显的性能优势,它的安培-匝数力矩常量增加了30%以上。
在如图4所示的根据现有技术的电动机中,窄极板(P7至P12)被引入宽极板(P1至P6)之间的定子结构中。这能够有效地利用增大的每安培-匝数力矩而不损耗铜的体积。但是定子极板仍然几乎占据了定子内圆周的全部而只留下微小宽度的凹槽来引入线圈绕组线。正是定子内圆周的准连续性使电动机获得微小的残余力矩。
如图6示出,和传统使用的相反,狭窄的定子极板也能获得微小的残余力矩。事实上,如图所示,残余力矩随6齿定子齿宽度的变化曲线图中,有2个齿宽度值处对应的残余力矩为0。因此可以为电动机确定2个获得微小的残余力矩的齿宽度值。这2个齿宽度值一方面对应相对较宽的齿,另一方面对应宽度比前者小一半的齿。
根据本发明的电动机,如图1所示,重新考虑12齿结构,它能够保证最佳的力矩常量并在定子(1)上使用宽齿(11至16)和窄齿(17至22),通过合适地选择极板宽度能够保证很微小的残余力矩,宽齿和窄齿宽度之比为2.2。
线圈绕组(41至46)布置于宽齿(11至16)的周围,这能够使电动机获得最大的每安培-匝数的力矩。事实上,这一每安培-匝数的力矩实际上随被绕线的齿的宽度(31)变化而变化,而受非绕线齿宽度(33)的影响很小,只要后者不饱和。
对于非绕线齿使用窄极板能够给线圈绕组的走线提供较宽的凹槽。这一凹槽的宽度(32)大于窄齿的宽度(33)。定子这一特殊的几何形状能够分开地实施线圈绕组(41至46),然后将其嵌入定子宽齿(11至16)的周围。这样,线圈绕组的长度和铜的体积得到优化,并且线圈能够和齿的极靴对齐来使磁通泄漏降到最小。
定子(1)最好在线圈(41至46)之间具有孔(47a至47f)以便使在支撑物上的固定部件通过,例如螺钉或铆钉。定子的几何形状能够使这些孔(47a至47e)被布置在线圈外直径以内,这可以用于组装电动机而不需要外接管。这能够减少部件数量并改进质量和体积,定子(1)的直径成为电动机的外直径。
图7a所示的电动机示出了本发明优选的实施例。宽齿(11至16)和窄齿(17至22)的宽度比大于4,这能够增大线圈绕组铜的截面积并降低齿与齿之间漏磁率。
图7b示出了本发明优选的实施例。电动机的限制之一是其发热,改良其和外界热交换表面就特别重要。因此,定子在其外表面具有斜槽口,所述斜槽口能够显著地增大其和外界热交换的面积。这些斜槽口并不干扰磁场线的轨迹,因为每个绕线极板产生的磁通靠相邻的2个极板闭合。
图1和图7示出的根据本发明的电动机,在有电流或无电流情况下在径向力方面都能很好的平衡,因为它具有良好的轴对称性。由于成本的原因,最好在某些应用中减少线圈的数量。这样,只有两个宽齿中的一个被绕线,因而在线圈接通电流时会存在径向力。
图8和图9示出了只用3个线圈的实施例,但是定子结构始终保证电动机里微小的残余力矩。
如图8和图9所示的电动机具有9个窄齿(117至125)和3个宽齿(111至113),承载3个线圈绕组(114至116)。在这里非绕线宽齿转变成窄齿,这能够增大绕线宽齿和相邻齿间的夹角(140)。
如图9所示的电动机具有6个窄齿(126至131)和3个宽齿(111至113),承载3个线圈绕组(114至116)。在这种情况下,非绕线宽齿被去掉了。像前一种情况一样,这能够增大绕线齿和相邻齿的夹角(140)并能释放更多空间(151至153),例如能够插入位磁传感器来配合转子(2)工作。

Claims (14)

1.一种多相电动机,由利用线圈绕组(41至46)激励的定子部分(1)以及具有N对径向交替磁化极板的转子(2)组成,所述定子部分(1)具有宽齿(11至16)和从环形齿冠(10)径向延伸的窄齿(17至22),其特征在于:所述线圈绕组布置在所述宽齿周围,所述宽齿的宽度(31)大于或等于所述窄齿宽度(33)的两倍,齿间凹槽(32)的宽度大于所述窄齿的宽度(33)。
2.根据权利要求1的多相电动机,其特征在于,所述线圈绕组布置在所述宽齿周围,所述宽齿的宽度(31)是所述窄齿宽度(33)的两倍,并且所述齿间凹槽(32)的宽度大于所述窄齿的宽度(33)。
3.一种多相电动机,由利用线圈绕组(41至46)激励的定子部分(1)以及具有N对径向交替磁化极板的转子(2)组成,定子部分(1)具有宽齿(11至16)和从环形齿冠(10)径向延伸的窄齿(17至22),其特征在于,所述线圈绕组布置在所述宽齿周围,所述宽齿的宽度(31)和所述窄齿的宽度(33)之比介于2和8之间,并且齿间凹槽(32)的宽度大于所述窄齿的宽度(33)。
4.根据权利要求1的多相电动机,其特征在于,所述线圈绕组布置在所述宽齿周围,所述宽齿的宽度(31)和所述窄齿的宽度(33)之比介于4和5之间,并且所述齿间凹槽(32)的宽度大于所述窄齿的宽度(33)。
5.根据权利要求1至4至少之一的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)具有相等数量的宽齿和窄齿。
6.根据权利要求1至4至少之一的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)具有的窄齿的数目是宽齿数目的倍数。
7.根据权利要求1、2或3的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)在每个宽齿上都具有线圈绕组。
8.根据权利要求1、2或3的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)每隔一个宽齿具有线圈绕组。
9.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,每个被绕线的齿在横截面上具有基本不变的梯形截面。
10.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,所述线圈绕组分开地绕线,然后插入所述定子部分里。
11.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,极靴的前端位于所述线圈绕组内正面的平面内。
12.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,具有和所述转子一起工作的位置检测元件。
13.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)具有固定孔(47a至47e),布置在小于所述线圈绕组外直径的直径以内。
14.根据权利要求1至4中的任意一项所述的多相电动机,其特征在于,所述定子部分(1)在其外表面上具有斜槽口(101至106),分布在所述线圈绕组之间。
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