CN102044933A - 车窗升降装置及其永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供涉及车窗升降装置及其永磁电机，该车窗升降装置包括永磁电机和齿轮箱，永磁电机的转轴通过蜗杆驱动齿轮箱中的齿轮。所述永磁电机包括定子和安装到定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，所述外壳包括n个侧壁和n个连接部，n为大于或等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢；每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。在一个实施例中，每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。本发明的电机具有更小的体积和更高的功率密度，具有更小的振动和噪音。

Description

车窗升降装置及其永磁电机

技术领域

本发明涉及车窗升降装置以及可用于车窗升降装置的永磁电机。

背景技术

车窗升降装置(window lift)包括电机和齿轮箱，该电机通过齿轮箱驱动车窗玻璃。车窗升降装置对电机的外形、尺寸有特殊的要求。现有的一种用于车窗升降装置的电机的径向截面如图12所示，该电机为扁圆状，其外壳包括两个平面侧壁1’和3’以及两个弧形侧壁2’和4’，侧壁2’和4’的内侧表面分别安装有弧形磁钢5’和6’，磁钢5’和6’形成两个磁极。电机的转子7’可转动地安装到该两块弧形磁钢所形成的空间内。

随着节能汽车的发展，要求车窗升降装置的电机在满足性能要求的情况下，体积尽可能小，重量尽可能轻，即要求电机的功率密度要尽可能高。众所周知，增加转子的直径是提高电机功率密度的有效方法之一。但是，车窗内部安装空间有限，尤其是车窗内部两个侧壁之间的距离有限，这就限制了车窗升降装置电机的大小。例如，对于图12所示的扁圆形电机，要求电机的宽度D2不能超过某一尺寸，这样，转子直径就受到电机宽度D2、定子铁壳厚度、转子与两平行侧壁1’和3’之间的气隙厚度的限制。一般而言，在相同的外形尺寸下，电机的极数越多，需要的定子铁壳厚度就越小，转子直径就越大。然而这种扁圆形电机只适合做成两极电机。因为倘若在电机的两平行侧壁1’和3’增加两个磁钢以形成四极结构，此时转子直径受到电机宽度、磁钢厚度、定子铁壳厚度以及两平行侧壁和转子之间气隙的限制，必然要求减小转子直径，从而影响电机的性能。

因此，亟需一种能满足车窗内部安装空间要求且功率密度高的车窗升降装置电机。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种永磁电机，包括定子和安装在定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，所述外壳包括n个侧壁和n个连接部，n为大于或等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢，每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。

本发明的一种优选方案是：每个侧壁的径向截面都呈圆弧状，所述圆弧的圆心偏离电机的旋转中心。

本发明的一种优选方案是：每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。

本发明的一种优选方案是：每个侧壁的径向截面都包括一段圆弧和两段直边，所述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。

本发明的一种优选方案是：每个连接部的径向截面呈圆弧状。

本发明还提供一种结合了上述电机的车窗升降装置，该车窗升降装置包括电机和齿轮箱，电机的转轴具有蜗杆用于驱动齿轮箱的齿轮。

本发明实施例的电机具有以下有益效果：本发明的电机外壳包括若干个连接部和若干侧壁，连接部的内侧表面安装有磁钢，每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线的中间部分相对于其两端向外凸出，这种电机结构更加紧凑，能满足车窗内部安装空间要求并具有较高的功率密度。此外，在运行时或受到外部激振力的情况下，这种电机还具有较小的振动和较低的噪音。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

附图中：

图1是本发明第一实施例的车窗升降装置的示意图；

图2是图1所示电机的组装示意图；

图3是图2所示电机的定子的径向截面示意图；

图4是本发明第二实施例的电机定子的径向截面的示意图；

图5是本发明第三实施例的电机定子的径向截面的示意图；

图6本发明的电机定子和传统的圆柱形电机定子的径向截面的示意图；

图7是三种电机定子的径向截面示意图，其中电机X是传统的圆柱形电机，电机Y是一种方形电机，电机Z是本发明的电机；

图8是图7所示三种电机在0-20000赫兹下振动的有限元分析(FEA)的振动比较结果；

图9是图7所示三种电机在0-10000赫兹下振动的有限元分析(FEA)的振动比较结果；

图10是本发明第五实施例的电机定子的径向截面的示意图；

图11是本发明第六实施例的电机定子的径向截面的示意图；

图12是现有的一种圆柱形的直流电机的径向截面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

图1是本发明的一个实施例的车窗升降装置的示意图，该车窗升降装置包括永磁电机1和齿轮箱2，图2是永磁电机1的组装示意图。永磁电机1与齿轮箱2安装在一起，电机1的转轴10固定有蜗杆(图中未示出)用于驱动齿轮箱中2的齿轮(图中未示出)。

图3是永磁电机1的定子的径向截面示意图。参考图1至图3，永磁电机1包括定子和安装到定子内的转子14，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢13。外壳包括四个侧壁12和四个连接部11，每个连接部11连接相邻的两个侧壁12，每个侧壁12连接相邻的两个连接部11。连接部11的径向截面是弧形边，以平滑地连接相邻的两个侧壁12。本实施例中定子具有4块磁钢13，每块磁钢13安装到对应的连接部11的内侧表面。侧壁12的径向截面是一个拱起来的曲线，该曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。在本说明书和权利要求书中，“曲线”可以由一段圆弧或者若干段圆弧组成，也可以由若干段线段组成，还可以由圆弧和线段组成。本实施例中，每个侧壁12的径向截面都包括一段直边122和两段弧形边121，直边122的两端分别通过所述两段弧形边连接到相邻的两个连接部11。如图3所示，弧形边121的圆心O’偏离转子的中心O。连接部11的圆心可以与电机转子的中心O重合，也可以不重合。

与现有的两个磁极的扁圆形电机相比，本实施例的电机在四个连接部安装磁钢形成四个磁极，提高了电机内部的空间利用率，使得电机的结构更加紧凑。本实施例电机的转子直径可以比扁圆形两极电机大，使得电机具有更好的性能。此外，因为侧壁具有直边122，所以也比较容易测量电机的两相对侧壁的距离D3。

图4是本发明另一个实施例的电机的径向截面示意图。该电机的外壳同样包括四个连接部11和四个侧壁12，连接部11为弧面用于平滑连接相邻的两个侧壁12。每个侧壁12的径向截面包括一段弧形边121和两段直边122，每段弧形边121的两端通过所述两段直边122连接到相邻的两个连接部11。优选地，弧形边121的圆心O’偏离转子的旋转中心O，连接部11的圆心与转子的旋转中心O重合。磁钢13安装到连接部11，并贴靠到连接部11内侧表面和侧壁的直边122部分的内侧表面。因为侧壁直边122部分的内侧表面是一个平面，因此，磁钢13的表面能够较好地贴靠到外壳的内侧表面，便于安装磁钢。

图5是本发明另一个实施例的电机的径向截面的示意图。电机的外壳包括四个侧壁12以及四个连接部11，每个连接部11连接相邻的两个侧壁12，每个侧壁12两端连接到连接部11。每个侧壁的径向截面都是向外凸出的圆弧边。换言之，每个侧壁12都是向外凸出的圆弧面。侧壁12的径向截面所形成的圆弧的圆心O’偏离电机的旋转中心O，因此，相邻的两个侧壁所形成的两个圆弧的圆心是不重合的。在本实施例中，每个连接部11都是圆弧面以平滑连接相邻的两个侧壁。优选地，在电机的径向截面上，每个连接部11的弧长A都小于侧壁12的弧长，每个连接部的圆弧半径都小于相邻的侧壁的圆弧半径。例如，连接部11的圆弧半径A小于侧壁18的圆弧半径B。本实施例中，每个侧壁的圆弧半径都大于转子的半径，每个侧壁的圆心都偏离电机的中心；优选地，连接部的圆弧半径与侧壁的弧面半径的比值在1％～80％的范围。

参考图5，对角处的外径是电机的最大外径D4，而相对的侧壁的距离就是电机的最小外径D3。磁钢13安装在电机的最大外径处的外壳内侧，以有效地利用外壳内的空间。在本实施例中，磁钢13安装在连接部11处的内侧，磁钢13的内表面(朝向电机转子14的表面)为弧面，磁钢13的内表面和电机转子14之间具有气隙(air gap)以允许转子14转动，在本实施例中，磁钢13和电机转子14之间的气隙厚度是均匀的，定子的外壳的厚度也是均匀的，即连接部11和侧壁12的壁厚是相同的。

作为一种可选的方案，磁钢和转子之间的气隙可以是不均匀的，例如，磁钢最厚处对应的气隙厚度大于磁钢最薄处对应的气隙厚度，或者磁钢最厚处对应的气隙厚度小于磁钢最薄处对应的气隙厚度。这种不均匀的厚度有利于减小电机的齿槽转矩。作为另一种替换方案，定子的外壳的厚度可以是不均匀的，例如，连接部11的壁厚可以小于或者大于侧壁12的壁厚。

图6是传统的圆柱形电机X和本发明的电机Z的定子的径向截面的示意图，电机X和电机Z性能相同，电机Z的最大外径D4(也就是相对的两个连接部的距离)约等于电机X的直径D5，显然，电机Z的最小外径D3将小于电机X的直径D5，可以推算出电机Z的径向截面的面积小于电机X的截面积，从而推算出电机Z的体积小于电机X的体积。所以，与传统的圆柱形电机相比，本发明的电机Z具有更高的功率密度。因此，在性能相同的情况下，本发明的电机比传统的圆柱形电机具有更小的体积。

图7是三种电机的径向截面示意图，其中电机X是传统的圆柱形电机，电机Y是一种方形电机，电机Z是本发明的电机。电机Y记载在2008年9月23日申请的中国专利申请CN 200810216336.6中。在有限元分析(FEA)中，在装有磁钢的地方向每个电机施加四个激振力，每个电机受到的激振力大小相同，方向相似。有限元分析的对比结果如图8和图9所示。

图8是图7所示三种电机在频率为0-20000赫兹下振动的有限元分析(FEA)结果比较，其中，横坐标表示频率(单位：赫兹)，纵坐标表示电机的振幅(单位：毫米/平方秒)。如图8所示，本发明的电机Z在整个频率范围内具有更小的振幅，具有更小的噪音。

图9是图7所示三种电机在频率为0-10000赫兹下振动的有限元分析(FEA)结果比较。如图9所示，本发明的电机Z在整个频率范围内具有更小的振幅，具有更小的噪音。

图10是本发明另一个实施例的电机定子的径向截面的示意图。本实施例与图5所示的实施例的区别在于，本实施例的外壳的连接部11不是弧面，而是直的平面，连接部11在外壳的径向截面上为一段直边，该直边构成相邻的两个侧壁的倒角，该直边的长度小于侧壁的弧长。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。例如，电机的外壳的径向截面可以包括3个侧壁和3个连接部，或者是n个侧壁和n个连接部，其中，n为大于3的偶数。

Claims (15)

1.一种车窗升降装置，包括永磁电机和齿轮箱，所述永磁电机的转轴通过蜗杆驱动所述齿轮箱中的齿轮，所述永磁电机包括定子和安装到定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，其特征在于：所述外壳包括n个侧壁和n个连接部，n为大于或等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢，每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。

2.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都是一段圆弧，所述圆弧的圆心偏离电机转子的旋转中心。

3.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。

4.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段圆弧和两段直边，所述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车窗升降装置，其特征在于，每个连接部的径向截面都是一段圆弧，所述连接部的圆弧半径与所述侧壁的圆弧半径的比值是1％～80％。

6.根据权利要求5所述的车窗升降装置，其特征在于，所述连接部的圆弧的圆心与电机转子的旋转中心重合。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的车窗升降装置，其特征在于，n＝4。

8.一种永磁电机，包括定子和安装在定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，其特征在于：所述外壳的径向截面包括n个侧壁和n个连接部，n为大于或等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢；每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。

9.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都是一段圆弧，所述圆弧的圆心偏离电机的旋转中心。

10.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。

11.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段圆弧和两段直边，所述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。

12.根据权利要求8至11中任意一项所述的永磁电机，其特征在于，每个连接部的径向截面呈圆弧状，连接部的圆弧半径与侧壁的圆弧半径的比值是1％～80％。

13.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，n等于3、4、6或者8。

14.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机包括n块磁钢，每块磁钢与所述外壳的一个连接部对应。

15.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，所述磁钢为环形磁钢，与所述外壳的连接部对应的磁钢厚度大于与所述侧壁对应的磁钢厚度。

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