CN101854102A - 用于家庭自动化应用的双向旋转管状感应电机 - Google Patents

Abstract

一种容纳在管状致动器的管(11)中、具有双旋转方向的管状感应电机(20；30)，所述管状致动器设计成安装在建筑物中，该管状感应电机包括：由轴承(26；36；46)支撑的鼠笼转子(24；34)，和包括金属叠片堆的定子(12)，所述金属叠片堆形成中心孔(12a)并且定中在所述管中，其特征在于轴承(29；37；47)的支撑部定中在中心孔中，所述轴承为滑动、感应器类型，并且所述轴承被设置成尽可能靠近所述转子的短路环(24c)，优选地离开小于2mm，更优选地离开小于1mm。

Description

用于家庭自动化应用的双向旋转管状感应电机

技术领域

本发明涉及感应电机类型(或异步电机)的管状电机领域，该感应电机类型(或异步电机)的管状电机具有鼠笼式转子和两个旋转方向，这两个旋转方向在设计用于安装在建筑物中的管状致动器中使用。

背景技术

管状电机表示插入外管中的电机，该外管包含管状致动器并且该管状致动器的定子金属叠片堆的长度通常大于其外径。管状致动器被安装在建筑物中的水平位置，例如用于卷动遮阳篷或帘幕的织物，或用于卷动滚轴百叶帘。

因此管状电机是包含在管状致动器的管中的部件之一。其它的部件有减速齿轮，通常还有控制单元。其结果是电机的振动被直接或间接地传递到长管，其最坏的情况是电机的振动可能激起自然震荡和/或至少它们使用所有的表面作为辐射表面。尤其必须注意限制或减少这些振动，特别是因为这些致动器的使用主要与居室的舒适性相关或与管理办公室中获得的光能或太阳能相关，而且这些应用要求安静操作。

因为电机同时是管状电机和水平轴电机，这导致控制噪音水平的问题，该噪音水平还被感应电机的特定特征加重。这些问题主要涉及电机在定子孔中偏心的各种原因。如果转子长和/或如果转子的引导件没有设置得离定子尽可能近，则偏心更加难以去除。

具体地，功率为50Hz的双极感应电机具有以50rps旋转的场。相对于转子，该场驱动100Hz的脉动力，其振幅相对于旋转场被调制成转子滑动频率的两倍。这种调制也应用于所有脉动频率，尤其是通过齿过程中引起的脉冲，其频率相当于转子转动频率与定子齿数的乘积(即，对于带有12个在空载下以接近50rps旋转的定子齿的电机来说接近600Hz)。

当空载的电机例如以48rps旋转，调制频率是4Hz。其结果是调制成甚低频的噪音，像敲鼓声，其不仅令人不快而且大大损害了电机的感知到的质量。

为了节约，轴由滑动轴承(或固定轴承)来引导，而不是由滚动轴承来引导。结果，在轴承中有轻微的径向轴间隙，当轴承以与重力相同的方向操作时，轴间隙加剧了上述现象。甚低频调制噪音的强度因而取决于电机相对于其水平轴线的定向，它还会损害感知到的质量。

因为电机具有两个旋转方向，需要存在两个或三个相位以便能够反转旋转场的方向。这些相位借助于插入定子金属叠片堆内的绕组产生。结果，电机的每个末端完全由绕组端部(也叫做端绕组)占据。每个绕组端部部分地或常见地是完全地通过绝缘封盖覆盖，该绝缘封盖由绝缘壳体或碗状件实现。这些绕组端部的存在通常把转子轴承彼此分离。管状电机的直径越小，成比例地，引出线的长度越长。因此，本发明涉及的管状电机具有长度通常至少大于电机半径的碗状件。

专利EP 0410933描述了一种带有鼠笼式转子和用于本发明领域中的管状类型的感应电机。转子轴由距转子一定距离的滚动轴承引导并且由通过外管定中的端板保持。

感应电机的特征还在于狭窄的气隙。用于直径在40到60mm之间的管状电机的典型值是0.4mm。该气隙的值仅由在考虑到可能的几何差错的情况下，转子在定子孔中自由旋转所需的间隙限定，后者由于轴承之间的距离而变大。该值一般提供不适用的定中解决方案，但该解决方案能够被应用于其它类型的电机，而且尤其是转子包括永久磁体和比气隙大得多的支撑件的电机。

专利US 3873861描述了一种非管状、鼠笼式电机，其转子由两个滑动轴承支撑。这些轴承本身被插入端板内。端板之一由用于绝缘定子绕组的第一壳体组成。另一个端板被连接至用于绝缘定子绕组的第二壳体。轴承相对靠近转子，但是借助于绝缘壳体实施转子轴的定中。由于电机短，所以上述问题可能不严重。

专利US 5166565描述了借助于壳体引导的类似原则，该壳体用于绝缘定子绕组，只是这一次是由滚动轴承实现。

在电机是专利US 6515385中描述的电机的情况下，引导由非常远离鼠笼转子的滚动轴承提供。

作为对比，专利US 6399007描述了一种带有短转子的非管状、隐极感应电机结构，对于这种感应电机结构，转子由能够保持在非常靠近转子处的滑动轴承引导(图6)。这种配置可能通过这些具有单一旋转方向的特定电机中的、围绕定子的内部部分的绕组(未示出)的结构得以实现。轴承具有比定子直径小得多的直径。

除了专利US 6399007，其涉及不可反转的电机类型，所有上述电机都具有由支撑件保持的轴承或滚动轴承，该支撑件主要连接至外管或主要连接至绕组的电绝缘装置。在振动的问题上，轴承的径向微运动在第一种情况下直接被传递到外管。在第二种情况下，对这些微运动的局限很小或根本没有，并且能够具有很大的振幅。

因此，对于建筑物的管状致动器，需要生产一种带有鼠笼转子的感应式低成本管状电机，其能够确保转子和定子的对准的良好准确性，以及使传递到支撑转子的轴承的振动对致动器管的激励非常低。

专利US 5945759和专利US 2462204公开了包括定子的电机，该定子包括形成中心孔的金属叠片和定中在中心孔中的轴承的支撑部。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机，该电机可补救上述缺点并且改进现有技术已知的电机。具体地，本发明使下述成为可能，即：简单经济地生产带有鼠笼转子的感应式电机，同时确保转子和定子的对准的良好准确性，以及使传递到支撑转子的轴承的振动对包含电机的管状致动器管的激励非常低。而且，本发明允许改进电机的操作，尤其是改进其在低温环境下的机械效率。此外，本发明允许限制转子对于定子的轴向运动。

根据本发明，包含在管状致动器的管中的双旋转方向管状感应电机被设计成安装在建筑物中。该管状感应电机包括鼠笼转子和定子，该鼠笼转子由轴承支撑，该定子包括形成中心孔并在管中定中的金属叠片堆。轴承的支撑部定中在中心孔中。轴承是滑动、感应器类型，并且被设置成离转子的短路环尽可能近，优选离开小于2mm并且优选小于1mm。

支撑部可以包括用于定中轴承的轴承表面和用于定中在中心孔中的轴承表面。

用于定中在中心孔中的轴承表面可以包括台肩和/或中心孔可以包括带台肩的轴承表面。

支撑部可以是具有相对于中心孔定中轴承的单独功能的套筒，如果需要，该套筒由覆盖定子的绕组端部绕组的壳体锁定。

支撑部可以是覆盖定子的绕组端部绕组的壳体，后者包括内连接板(inner web)的管状延伸部。

内连接板可以通过接合部(articulation)被连接至壳体的其余部分。

轴承可以是滑动类型和/或可以被设置成尽可能靠近定子的短路环，优选离开小于2mm，更优选离开小于1mm。

轴承的中心到定子的距离可以小于轴承的中心到壳体的径向连接板的距离。

转子在形成转子的金属叠片堆的每一端处可以包括直径减小部分。

轴承面向转子的部分的半径可以至少大于转子的短路环的半径。

万向接头可以被设置在转子的轴上，轴承设置在转子和万向接头之间，而且转子和轴承之间具有第一减小间隙，而万向接头和轴承之间具有第二减小间隙，第一间隙优选小于2mm，更优选小于1mm，第二间隙优选小于2mm，更优选小于1mm。

形成定子的金属叠片堆的长度可以大于形成转子的金属叠片堆的长度。

附图说明

在阅读过下述说明后，本发明将变得更好理解，下述说明仅参照附图作为实例给出，其中所述附图如下：

图1代表根据现有技术的管状电机。

图2代表本发明的第一实施例。

图3代表本发明的第二实施例。

图4代表根据第二实施例的轴承和绝缘壳体组件。

图5代表根据现有技术的定子的一端。

图6代表根据本发明的定子的一端。

图7代表根据本发明的定子的变型端。

图8代表根据本发明的电机轴承的尺寸关系。

具体实施方式

图1代表根据现有技术的管状电机10的纵向截面。管状电机被插入外管11，所述外管在电机的两侧上延伸并且以截取部分的方式表示。外管11是管状致动器的管，该管状致动器设计成被安装在建筑物中并且包括至少一个机械减速齿轮(未示出)。电机包括定子金属叠片堆12，该叠片堆12包括在该截面图中不可见的齿，漆包铜线绕组被插入齿中。在定子的外部，一圈圈线圈从一个齿经过到达几乎直径相对的另一个齿，形成绕组端部13或端绕组。依据所使用的绕线方法的种类是“翼型(flyer)”绕组或传统插入绕组，绕组端部或多或少体积增大。电机包括附接于轴15的转子14。转子包括转子金属叠片堆14a，这些金属叠片通常来自于与定子金属叠片相同的切割方法。转子金属叠片也装备有齿或开口，而且转子金属叠片堆产生纵向腔14b，该腔在包覆模制操作过程中由铝(铝合金)填充，并因此形成铝导体。在转子的每一侧上，在同一个包覆模制操作过程中获得的短路环14c使连接所有的转子齿或开口的铝导体成为可能。在图中，转子包括奇数个开口，例如15个开口，这解释了为什么在截面中能够看到单个纵向腔。轴承16在各端支撑轴15，该轴承自身被容纳在绝缘壳体17中，这使得覆盖绕组端部成为可能。绝缘壳体具体地包括条状件17a，该条状件允许绝缘壳体联接至定子金属叠片堆，并且后者在外管、外部圆柱形连接板(或壁)17b、内部圆柱形连接板(或壁)17c和径向连接板(或壁)17d中定中。径向连接板的厚度(其界线由虚线图示出)大到足以保证轴承在外管中定中。

因此，外管被用作定子金属叠片堆定中和转子定中的公共参照物。气隙18被期望尽可能均匀，其分离转子和定子金属叠片堆。气隙的宽度典型地为0.4mm。

对于设计成插入40mm绕组管的内部的“直径40”的管状致动器，外管的外径和内径分别是36mm和34mm，定子金属叠片堆具有33mm外径，而特定型号的转子具有大于50mm或甚至70mm的长度。端绕组典型地在轴向延伸20mm，这比定子的半径大1.5倍。

在以下的附图中，相对于图1没有改变的部件保留相同的附图标记。有修改但具有大体相同功能的部件保留相同的个位编号而十位上的数字对应于每张图有所改变。

图2代表根据本发明第一实施例的管状电机20的截面图。定子金属叠片堆12没有修改。绕组端部为了清楚起见未示出。转子24包括转子金属叠片堆24a和包覆模制在铝中的转子齿24b，通过设立缺口24d或台肩式直径，在转子的每一端的附近，即在区域Z1中改变转子金属叠片堆和/或齿和/或包覆模制，所述区域Z1由其在转子轴上的标线表示。短路环24c通过缺口24d类似地修改。这些修改在图6和7中详细地示出。

缺口24d可能释放出额外的气隙空间，所述气隙空间严格限制在定子金属叠片堆的末端。

绝缘壳体27的功能是在外管中定中定子金属叠片堆，并且覆盖绕组端部以便使其至少与外管绝缘。绝缘壳体包括几个从外部圆柱形连接板27b、内部圆柱形连接板27c和径向连接板27c延伸的定中凸块27a。在该实施例中，径向连接板不支撑轴承。具体地，套筒29优选通过紧密套接装配经由其管状延伸部29a插入定子金属叠片堆12内，以利用由缺口24d释放的气隙空间。用于相对于该套接装配的第一轴承表面由附图标记29b表示。该套筒在用于定中的第二轴承表面29c上被用作轴承26的壳体。套筒在其管状延伸部尽可能为刚性。由于管状延伸部的厚度受限，所以管状延伸部的长度设置为尽可能小。换句话说，轴承被设置成尽可能靠近转子。

优选地，轴承是固定轴承，例如由烧结青铜制成、自润滑的固定轴承。有利地，轴承包括台肩，该台肩允许轴承停止在套筒29中。优选地，轴承的(或其台肩的)外径至少等于短路环的外径。

轴承和短路环之间的间隙尽可能小。例如该间隙小于3mm。优选地，该间隙小于2mm或小于1mm。

也许将导电轴承设置得如此靠近感应电机定子看上去令人惊奇，但是这却使其具有接近转子直径的尺寸，也就是说，很可能更多地受到定子端部磁场的影响。本领域技术人员可能害怕在轴承内部出现感应而生的涡电流，从而导致轴承相当热。确实会产生感生电流，但是它们比预期的要弱。对此，短路环的靠近可以给出解释，因为在短路环中感应出的电流实际上与磁场的改变相反。因而轴承受益于由短路环提供的防护类型的保护。该防护其实不完美，但是相反轴承的残余热变得有利，因为在寒冷天气下，这些残余热可以使容纳在轴承小孔中的润滑剂立刻液化。电机的机械效率因此得以改善。该布置因此尤其有利。轴承还可能防止转子的任何轴向移动，尤其是当转子安装就位时处理致动器期间。因此在短路环和轴承之间存在接触。在旋转期间，短路环在轴承上的滑动就摩擦或磨损来说没有不利影响。由于电机具有水平轴线，该轴承上的侧向负载可以忽略。磁场倾向于将转子定中在定子中。

优选地，套筒29在绝缘壳体27中自由滑动。倘若满足图3的情况下所描述的尺寸关系，则间隙可以尽可能小。轴承的径向振动经由套筒被基本传递至定子，而不是直接传递至外管。因此，其提供了定子重量效果的好处，从而尽可能减少这些振动。

可替换地，对于大尺寸管状电机，套筒的管状延伸部29a的硬度可以减小，并且调整为获得次级频率滤波，所述频率超出由该硬度以及转子的重量一半形成的系统的自然频率。在上述尺寸中，自然频率在12KHz的范围内，因此大于大多数待被滤波的频率。因而比较来说，值得采用可能的最大硬度。

套筒能够毫不麻烦地在轴向上固定不动，例如借助于在由附图标记Z2所表示的区域中的绝缘盖和套筒之间的粘合密封。固定不动能够由任何其它手段提供以便在绝缘壳体中锁定套筒，例如借助于台肩27e。固定不动保持转子，包括在电机的竖向处理期间或在受冲击的情况下。通过粘接造成的固定不动不妨碍这样的事实，即径向振动大部分被传递至定子金属叠片堆的孔上，通往外管的传播路径被粘合密封、水平圆柱形连接板27c的长度和水平圆柱形连接板27c与径向连接板27d之间的接合部所阻碍。

为了更加清楚起见，套筒的管状延伸部29a与定子12的中心孔12a之间的用于定中29b的第一轴承表面以放大视图在图2的下部示出。

图3示出了根据本发明的第二实施例的管状电机的截面图。该第二实施例与第一实施例的主要不同在于套筒由特定形状的绝缘壳体37或碗状件替代。

绝缘壳体37包括几个在外部圆柱形连接板37b、内部圆柱形连接板37c和径向连接板37d的延伸部中的定中凸块37a。内部圆柱形连接板的管状延伸部37e优选通过紧密套接装配插入定子金属叠片堆12内，以利用由缺口34d释放的气隙空间，所述缺口34d以与转子24的缺口24d相同的方式在转子34中制造。因此限定出用于在定子的中心孔上定中的第一轴承表面37j。内部圆柱形连接板在用于定中的第二轴承表面37g上被用作轴承36的壳体。内部圆柱形连接板在其管状延伸部尽可能为刚性。轴承被设置成尽可能靠近转子。区域Z3代表在轴承和转子的短路环之间存在减小的操作间隙。

为了更加清楚起见，壳体的管状延伸部37e与定子12的中心孔12a之间的用于定中的第一轴承表面37j以放大视图在图3的下部示出。

轴承的平均位置和定子金属叠片堆之间的距离D1因此优选地短于轴承的平均位置和径向连接板之间的距离D2。正如将在图4中所看到的，为了如在上述情况下那样确保轴承的径向振动大部分被传递至定子金属叠片堆的孔，可以采取额外的预防措施，例如通过使用连接内部连接板和径向连接板的接合件37h。

图3中还示出了万向接头50的一部分，该万向接头能够将电机的轴连接至与管状致动器中的电机处于一条直线上的减速齿轮的轴(未示出)。转子、轴承和万向接头被设置成使得转子和轴承之间存在第一减小间隙Z3，万向接头和轴承之间存在第二减小间隙Z4。第一间隙优选小于2mm，更优选小于1mm，第二间隙优选小于2mm，更优选小于1mm。

图4代表在轴承46组装到绝缘壳体47内部之前和之后、根据第二实施例的轴承和绝缘壳体组件的截面图。对比图3，仅仅附图标记的十位改变，因为部件的几何形状略有不同。具体来说，壳体包括增强部47g和台肩47f，增强部47g允许轴承的紧密安装，而台肩47f允许当轴承被安装时阻挡轴承。设定轴承的平均位置和定子金属叠片堆(外部连接板的末端)之间的距离D′1小于轴承的平均位置和径向连接板47d之间的距离D′2。到径向连接板的连接形成接合部47h，在接合部为虚线矩形框中所示的变体的情况下，接合部的挠性通过添加凹槽47i而有利地增加。

接合部可能对朝向径向连接板47d行进的径向振动滤波，如果配备有凹槽47i则更加如此。

图5代表根据现有技术的转子14的一端的放大截面图。R1表示转子齿的平均半径。该平均半径等于短路环的平均半径。

本发明能够应用于如下电机，它的定子金属叠片堆具有定子长度LS并且该转子根据现有技术制成，但是它却带有具有如下转子长度LR的金属叠片堆：

LR＝LS-2×D3

其中D3表示略微大于管状延伸部29a、37e或47e的长度的距离。因此，不需要对转子进行机加工。

相反，为了保持标准的转子，定子金属叠片堆的长度要增加距离D3的两倍。

图6代表根据本发明机加工的转子24或34的一端的放大截面图。该转子例如通过在根据现有技术的转子车床上机加工而成，以便生成缺口24d或34d。在短路环和转子金属叠片堆的长度D3上进行机加工。

通过如此做，短路环的平均半径R2小于转子齿的平均半径R1。

由于转子在距离D3上和在短路环处的部分机加工，转子电阻增加。类似地，由于气隙18在凹陷区域附近局部增加，所以电机的性能有轻微降低。该降低如果需要可在变型前通过增加用于给定额定功率的定子和转子金属叠片堆的长度来弥补。

如果尽管增加的转子和定子长度等于凹陷长度的总和，性能还是显著降低，则可以使用转子的变型实施例。

图7代表根据本发明的转子的一端的变型的放大截面图。为了制造该转子，使用与现有技术的转子金属叠片一样的第一类型金属叠片S1，然后在转子的末端附近整个距离D4上使用第二类型金属叠片S2。第二转子金属叠片堆的长度D4大于在浇注铝之后的机加工操作期间的凹陷长度D3。第二类型的转子金属叠片的在径向方向上到中心的齿比第一类型的金属叠片大。因此，与现有技术相比，在包覆模制的齿的平均截面中不存在减小，即使是在机加工之后。根据该变型，短路环具有平均半径R3，该平均半径R3显著小于转子齿的平均半径(在转子齿的中心部分中)。

图7中示出的变型(为了制造该转子)，还能够通过使用与现有技术的转子金属叠片一样的第一类型的金属叠片S1而获得，然后在转子的末端附近在距离D4上使用第二类型的金属叠片S2。第二转子金属叠片堆的长度D4大于台肩式直径D3的长度。第二类型的转子金属叠片具有小于第一类型的金属叠片的外径和开口到金属叠片的外部并且在径向方向朝向中心比第一类型的金属叠片更进一步延伸的齿。因此，在包覆模制的齿的平均截面中不存在减小。因此转子能够在铝包覆模制操作之后完成而无需机加工。根据该变型，短路环具有平均半径R3，该平均半径R3显著小于转子齿的平均半径(在转子齿的中心部分中)。

图8示出了根据本发明的电机轴承26或36上的尺寸关系。

有利地，如果轴承有外半径R4，其在轴颈26a或36a处截取，该外半径R4大于短路环的平均半径R3或R2。

如果使用根据现有技术的具有较长定子的转子，此关系如下：

R4＞R1

在根据本发明的电机的另一个实施例中，为了制造该转子，使用与现有技术的定子的金属叠片一样的第一类型的金属叠片S3，然后在定子的末端附近在限定距离上使用第二类型的金属叠片S4。第二类型的定子金属叠片具有大于第一类型的金属叠片的内经。因此，定子末端处的定子金属叠片堆限定台肩式孔，孔中可以套接装配套筒或壳体轴承表面。因此可能使用根据现有技术的转子。

依赖于根据本发明的电机结构，定子的质量被用来限制支撑转子的轴承的微运动。该结果通过在定子金属叠片堆的末端处使用设计成独立体并直接定中在定子孔中的轴承支撑部(套筒或绝缘壳体)而获得。

Claims (11)

1.一种容纳在管状致动器的管(11)中、具有双旋转方向的管状感应电机(20；30)，所述管状致动器设计成水平地安装在建筑物中，该管状感应电机包括：由轴承(26；36；46)支撑的鼠笼转子(24；34)，和包括金属叠片堆的定子(12)，所述金属叠片堆形成中心孔(12a)并且定中在所述管中，其特征在于轴承(29；37；47)的支撑部定中在所述中心孔中，并且所述轴承为滑动、感应器类型，所述轴承被设置成尽可能靠近所述转子的短路环(24c)，优选地离开小于2mm，更优选地离开小于1mm。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于所述支撑部包括用于定中所述轴承(29c；37g；47g)的轴承表面以及用于在所述中心孔(29b；37j)中定中的轴承表面。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于用于在所述中心孔中定中的所述轴承表面包括台肩和/或所述中心孔包括台肩式轴承表面。

4.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于所述支撑部是套筒(29)，所述套筒具有相对于所述中心孔定中所述轴承的单独功能，如果需要，所述套筒通过覆盖所述定子的绕组端部绕组(13)的壳体(27)锁定。

5.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于所述支撑部是覆盖所述定子的绕组端部绕组(13)的壳体(37；47)，所述壳体包括内部连接板(37c，47c)的管状延伸部(37e；47e)。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于所述内部连接板(47c)经由接合部(37h，47h，47i)被连接至所述壳体的其余部分。

7.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于从所述轴承的中心到所述定子的距离小于从所述轴承的中心到所述壳体的径向连接板(27d；37d；47d)的距离。

8.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于所述转子在形成该转子的金属叠片堆的每一端处都包括直径减小的部分(24d；34d)。

9.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于所述轴承面向所述转子的部分的半径(R4)至少大于所述转子的短路环的半径(R1，R2，R3)。

10.根据前一权利要求所述的电机，其特征在于万向接头(50)设置在所述转子的轴上，所述轴承(36)设置在所述转子和所述万向接头之间，而且在所述转子和所述轴承之间存在第一减小间隙(Z3)，在所述万向接头和所述轴承之间存在第二减小间隙(Z4)，所述第一减小间隙优选小于2mm，更优选小于1mm，所述第二减小间隙优选小于2mm，更优选小于1mm。

11.根据上述任一权利要求所述的电机，其特征在于形成所述定子的金属叠片堆的长度大于形成所述转子的金属叠片堆的长度。

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