CN102549884A

CN102549884A - 具有永磁体励磁的电动机

Info

Publication number: CN102549884A
Application number: CN2010800427844A
Authority: CN
Inventors: S·舒斯特克
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2013500696A; US8742642B2; WO2011012472A3; WO2011012472A2; DE102009028036A1; CN102549884B; JP5721715B2; EP2460259A2; US20120187790A1

Abstract

本发明涉及一种具有永磁体励磁的电动机，所述电动机具有保持在极壳中的永磁体，该永磁体配有磁通引导元件，其中至少一个永磁体和一个磁通引导元件以形状配合连接的方式相互接合地设置。

Description

具有永磁体励磁的电动机

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的具有永磁体励磁的电动机。

背景技术

由DE 35 39 851 A1已知一种用于内燃机的起动电动机，该起动电动机在极壳上具有多个永磁体，这些永磁体包住其上设置有电枢的电枢轴。永磁体借助于止动弹簧固定在壳体中，所述止动弹簧设置在相邻的磁体之间并且具有弹性贴靠在磁体端面上弹簧臂。为了实现已经在低转速下产生高转矩的串联特性，永磁体配有磁通引导件，这些磁通引导件由导磁性良好的材料制成并且用于引导磁通量。根据DE 35 39 851 A1，止动弹簧还附加地通过铆钉固定在壳体上，以能够吸收作用在磁通引导件上的径向力并且将包括磁通引导件在内的磁体保持在壳体中希望的位置上。

根据DE 35 39 851 A1中描述的另一实施方式，包括磁通引导件在内的永磁体借助于止动环定位在极壳上，该止动环使永磁体和磁通引导件沿径向相对于包在周围的极壳固定。从止动环以90度伸出的弹簧舌片使磁通引导件沿周向贴靠在磁体上。通过铆入的止动弹簧及通过止动环来保持，或者作为焊接或铆接的、带有简单止动弹簧的磁通引导元件是相对而言较复杂的实施方式。

发明内容

本发明的目的在于，通过简单的结构措施提供一种具有永磁体励磁的电动机，使得能将磁铁和磁通引导元件可靠地保持在极壳上，而且磁铁不需要复杂的再加工，例如磨削。

所述目的根据本发明通过权利要求1所述的特征得以实现。从属权利要求给出有利的改进方案。

本发明从一种具有永磁体励磁的电动机出发，该电动机例如用作内燃机的起动电动机。电动机特别地被构造为内转子电动机，其定子包住带有电枢的电枢轴。定子包括极壳，永磁体和磁通引导元件借助于紧固件固定在极壳的内侧上。

根据本发明规定，至少一个永磁体和至少一个所属的磁通引导元件以形状配合连接的方式相互接合地设置，其中该形状配合连接是沿径向的并且优选地也沿周向存在。这例如借助于沿周向延伸的突起部实现，该突起部设置在其中一个部件上并且伸入到另一部件上互补成形的凹部中。在此，不仅突起部设置在永磁体的侧面上并且凹部设在磁通引导件的面对的侧面中的实施方式是可行的，而且可以反过来在磁通引导元件上具有突起部而在在永磁体上具有凹部的实施方式也是可行的。在必要时也可以相互组合的这两种情况下，突起部和凹部沿周向延伸，从而沿径向在相互接合的区段之间形成底切结构，因此形成形状配合连接。在其上构造有突起部或凹部的侧面沿周向限制相应的部件。

由于形状配合连接，原则上，借助于紧固件仅将其中一个部件，也就是永磁体或者磁通引导元件固定在极壳上就足够了。保持力通过形状配合连接被传递到不直接由紧固件施加作用的部件上并且将该部件固定在极壳内侧上的相应位置处。因此，基本上不需要的是，不直接与紧固件接触的部件通过另一紧固件固定或者两个部件由相同的紧固件直接保持就位；但这些变型方案仍然还是可行的。

根据本发明的实施方式的另一优点在于，与现有技术中的情况相比，不必对永磁体的侧面进行再加工，或者只需进行更加少量的再加工。基本上，在磁体制成后将其直接安装到电动机中就足够了，而不必对侧分界面进行加工，特别是不需要磨削过程，因为由于穿过磁通引导元件的形状配合连接方式的后接合可以在磁体上使用由制造决定的平行侧面。在挤压之后形成的在磁体上具有平行侧面的磁体可以以这种形式直接插入极壳中。

必要时对侧面进行再加工，但与现有技术中的实施方式相比可以去除的更少。因此，例如仅在侧面的径向长度的一部分上对侧面进行磨削，从而在永磁体上得到角形的侧分界面是足够的。由于经过磨削的部分表面的成角度的定向，可以实现穿过磁通引导元件的形状配合方式的后接合，而在永磁体和磁通引导元件相互接合时不需要额外的结构空间。

除了形状配合方式的固定之外，利用拱效应

来将永磁体固定在极壳内侧上，为此永磁体支撑在两个对置的侧面上，其中磁通引导元件设置在一侧。因为磁通引导元件在起动电动机接通时承受增大的、沿径向向内作用的力，所以通过磁通引导元件和邻接的永磁体之间的形状配合连接实现了更好的相互支撑，防止朝电枢轴方向的径向移动。

根据一种有利的实施方式，在磁通引导元件和永磁体之间的接触面区域内设有间隙，该间隙沿径向至少在相互面对的侧面的部分区域上延伸。间隙用于补偿磁体和/或磁通引导元件的制造公差，从而特别是在制造磁铁时可以省去磨削再加工。此外，间隙减少了穿过磁通引导元件的磁短路。

根据另一有利的实施方式，永磁体和所属的磁通引导元件的相互面对的侧表面具有几何形状，在该几何形状中永磁体的位于径向外侧的棱边在一侧，磁通引导元件的沿径向更靠内侧的棱边在另一侧，它们相对于穿过接触区域的径向线位于不同侧。这意味着，在平面的实施方式中，永磁体和磁通引导元件之间的接触面相对于径向线成角度，由此确保充分的形状配合连接。在此，可考虑永磁体的位于径向外侧的棱边比永磁体位于径向内侧的棱边沿周向延伸程度更大的实施例，也可考虑位于径向外侧的棱边与相同侧表面上的位于径向内侧的棱边相比沿周向延伸程度更小的实施例，其中磁通引导元件的面对的侧面分别具有互补的横截面几何形状。此外，具有两个相互成角度设置的部分表面的、成角度的侧面几何形状不仅可以设在永磁体侧而且可以设在磁通引导元件侧。

根据另一实施方式，原则上，沿径向延伸的接触面也是可行的，其中在这种情况下通过在其中一个部件上的沿周向延伸的至少一个突起部和一个在另一部件上的相应实施的凹部确保形状配合连接。

根据另一实施方式，用于将永磁体和相应的磁通引导元件固定在极壳内侧面上的紧固件被实施为止动弹簧，该止动弹簧通过拱效应贴靠在极壳上，并且例如通过凸出部在极壳内被保持在位。止动弹簧优选具有U形形状，其中一个臂部沿周向压靠在磁通引导元件上或者压靠在永磁体上。止动弹簧精确地被分配给磁铁-磁通引导元件组合，其中必要时考虑止动弹簧的如下实施方式，即两个相邻的包括磁通引导元件在内的永磁体通过一个共同的弹簧固定。止动弹簧的一个臂点状地、线形地或者以面的形式压靠在磁通引导元件或者永磁体上。

原则上，紧固件也可以被实施为端侧止动环，该止动环具有模制的凸缘，该止动环使磁通引导元件和/或永磁体沿径向相对于极壳保持在位。

根据另一有利的实施方式规定，沿径向看，不管磁通引导元件的基本几何形状(其可以具有例如矩形、节圆形或角形的横截面)，磁通引导元件具有不变的横截面。但也可以使用沿径向具有变化横截面的磁通引导元件，特别是具有沿径向从内向外增大的横截面的磁通引导元件。

磁通引导元件优选地被实施为板材压制件、弯曲压制件、冲压件或冲挤件。

附图说明

其他优点和有利的实施方式由其他权利要求、附图说明和附图得知。附图中：

图1以纵向剖视图示出了用于内燃机的起动装置，

图2以横向于纵向轴线的剖视图示出了起动装置的电动机，

图3以放大视图示出了永磁体的视图，所述永磁体侧面连接有构造为角形的磁通引导元件，

图4示出了另一变型实施方式，在此变型实施方式中角形磁通引导元件的两臂是不对称的，

图5示出了另一变型实施方式，在此变型实施方式中磁通引导元件具有沿径向变化的横截面，

图6示出了另一变型实施方式，在此变型实施方式中，在流动引导元件上沿周向延伸的突起部伸入到永磁体侧面上对应的凹部内。

在附图中，相同的部件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以纵向剖视图示出了起动装置10。这个起动装置10例如具有起动电动机13和接通继电器16。起动电动机13和接通继电器16固定在一个共同的驱动端轴承盖19上。所述起动电动机13在功能上用于当起动小齿轮22啮合到内燃机(在这里未示出)的齿圈25中时，驱动起动小齿轮22。

起动电动机13被实施为具有永久励磁的电动机，并且具有作为壳体的极管28，所述极管在其内周上支承多个永磁体31，这些永磁体分别分配有磁通引导元件。永磁体31又包围着电枢37，该电枢具有由薄片40构成的电枢铁心43和设置在多个槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43压紧在电枢轴或者说驱动轴44上。此外，在驱动轴44的远离起动小齿轮22的端部上还安装了换向器52，所述换向器52尤其由多个单个的换向器薄片55构成。换向器薄片55以已知的方法与电枢绕组49电连接，使得在通过碳刷58给换向器薄片55通电时产生电枢37在极管28中的旋转运动。设置在起动继电器16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态下给碳刷58供电。驱动轴44在换向器侧通过轴颈64支撑在滑动轴承67中，该滑动轴承67又位置固定地保持在换向器轴承盖70中。所述换向器盖70又借助于拉杆73固定在驱动端轴承盖19中，所述拉杆73(如螺栓，例如两个、三个或者四个)分布地设置在极管28的周边上。在此，极管28支撑在驱动端轴承盖19上，而且换向器轴承盖70支撑在极管28上。

沿驱动方向看，在电枢37上连接了一个所谓的太阳轮80，该太阳轮是行星齿轮机构83的一部分。太阳轮80被借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上的多个行星齿轮86，通常是三个行星齿轮86包围。行星齿轮86在内齿圈95中滚动，所述内齿圈95以外侧支承在极管28中。在朝输出侧的方向，行星架98与行星齿轮86相接，轴颈92容纳在所述行星架中。行星架98又支承在中间支承件101和设置在该中间支承件101中的滑动轴承104中。中间支承件101被设计为盆形，以便于在其中容纳行星架98以及行星齿轮86。此外，在盆形的中间支承件101里还设置了内齿圈95，该内齿圈最后通过盖107相对于电枢37封闭。中间支承件101也通过其外周边支撑在极管28的内侧。电枢37在驱动轴44的远离换向器52的端部上具有另一个同样容纳在滑动轴承113中的轴颈110。所述滑动轴承113又容纳在行星架98的中央孔里。行星架98与输出轴116一体地连接。这个输出轴116以其远离中间支承件101的端部119支撑在另一个轴承122中，该另一轴承固定在驱动端轴承盖19中。输出轴116分为不同的区段：接在设置在中间支承件101的滑动轴承104中的区段后面的是带有所谓的直齿125(内齿)的区段，该直齿是所谓的轴毂连接结构的一部分。在这种情况下，这个轴毂连接结构128使带动件131沿轴向的直线滑动成为可能。这个带动件131是套筒状的突出部，该突出部和自由轮机构137的盆形外圈132是一体的。这个自由轮机构137(定向止动器)此外还包括沿径向设置在外圈132内部的内圈140。在内圈140和外圈132之间设置了多个夹紧体138。这些夹紧体138与外圈的内部轨道和楔形轨道共同作用，防止在外圈和内圈之间朝第二个方向的相对转动。换句话说，自由轮机构137能实现内圈140和外圈132之间只朝一个方向的相对运动。在本实施例中，所述内圈140被实施为与起动小齿轮22和该起动小齿轮的斜齿143(外斜齿)是一体的。

为了完整起见，在这里还要讨论啮合机构。所述接通继电器16具有接线柱150，该接线柱是电触头并且连接在起动机电池(这里未示出)的正极上。这个接线柱150穿过继电器盖153。所述继电器盖153封闭继电器壳体156，该继电器壳体借助于多个固定元件159(螺钉)固定在驱动端轴承盖19上。在接通继电器16中还设置了吸引绕组162和所谓的保持绕组165。所述吸引绕组162和保持绕组165两者在接通状态下分别产生一个电磁场，所述电磁场不仅穿过继电器壳体156(由电磁传导性材料制成)，而且还穿过可线性运动的衔铁168和衔铁轭铁171。所述衔铁168具有推杆174，当所述衔铁168被线性吸引时，所述推杆174朝向开关销177方向运动。通过推杆174朝向开关销177的这种运动，使开关销177从其静止位置向两个触头180和181的方向移动，从而安装在开关销177的朝向触头180和181的端部上的接触桥184将两个触头180和181相互电连接。由此电功率从接线柱150经过接触桥184传输到电流引线61并由此传输到碳刷58。所述起动电动机13由此被通电。

但是，所述接通继电器16或者更具体地说衔铁168还有一项任务，即，通过拉动元件187使一个可转动地设置在驱动端轴承盖19中的杆件运动。通常被构造为叉形杆的该杆件190以两个这里没有示出的“尖齿”在其外周上包住两个盘片193和194，以使夹在这两个盘片之间的传动环197克服弹簧200的阻力向自由轮机构137运动，并且由此使起动小齿轮22啮合到齿圈25中。

在图2中以剖视图示出了被实施为电动机的起动电机的定子13。在圆柱形极壳28的内侧，在周边上分布地设有多个永磁体31，其中每个永磁体31分别分配有一个沿周向紧挨着连接的磁通引导元件300，所述磁通引导元件由导磁性良好的材料制成。磁通引导元件300与所属的永磁体31接触；如有可能在永磁体31和磁通引导元件300的面向彼此的侧面之间存在由制造技术决定的小的气隙。

在图3中示出了极壳28内侧上的永磁体31与所包括的磁通引导元件300之间的形状配合连接。永磁体31被实施为相对于磁体中心面镜面对称并且具有节圆形的横截面形状，其中径向外侧面308直接贴靠在极壳28的内壁上，并且径向内侧面307相对于电枢具有很小的径向间距。在周向上对磁体进行限定的侧面303分别被构造为角形，并且具有位于径向外部的区段304以及与此成角度地延伸的斜边305，其中区段304和305相对彼此成由压制技术决定的小于60°的角。在斜边305和径向内侧面307之间的过渡处设有磁体足部306。在永磁体31的两个对置的侧面上的、位于径向外侧的区段304相互平行。

在多个侧面的分界面303之一上连接有磁通引导元件300，其横截面积几何形状与永磁体31的侧面几何形状相匹配。磁通引导元件300在朝向永磁体31的一侧具有与永磁体的侧面303互补的几何形状。因此，磁通引导元件300也被构造为角形，其中两个角区段大致一样长。在永磁体31和磁通引导元件300的对应侧面之间的接触区域中存在间隙309，该间隙起公差间隙的作用，以补偿特别是永磁体31的制造公差。间隙309不是在接触区域的整个轴向长度上延伸；与永磁体31的径向内侧面307和径向外侧面308相邻地，在永磁体的侧面303和磁通引导元件300之间存在紧靠着的接触。

为了将永久磁体31以及所配有的磁通引导元件300固定在极壳28的内侧上，设有被实施为止动弹簧301的紧固件，该紧固件沿周向对磁通引导元件300施以保持力。止动弹簧301的一个臂部支撑在极壳28的内侧上，止动弹簧的另一臂部与磁通引导元件300的棱边线形接触，并且沿周向对磁通引导元件300施加力以及沿径向将一个额外分量施加到极壳上。止动弹簧301被构造为U形，其中出于简化图示的原因，仅示出了臂部302。止动弹簧301相对于沿径向延伸的轴线315是对称的。止动弹簧通过未示出的凸出部定位在极壳中。

沿径向看，磁通引导元件300和永磁体31以形状配合的方式相互联接，从而磁通引导元件300通过止动弹簧301的固定原则上足够用于将永磁体31也固定于其在极壳28内侧上的径向位置处。由于永磁体31和磁通引导元件300的侧面的角形构造，沿径向在这些部件之间存在形状配合连接。在此，永磁体31的位于径向外侧的棱边310相对于穿过永磁体和磁通引导元件之间的接触区域的径向线312位于与中间棱边313对置的一侧，该中间棱边313形成在磁通引导元件300的两个成角度的区段之间的角部。同样地，磁通引导元件300的径向内棱边311位于径向线312的、与永磁体31的在侧面303上的中间棱边314相对的一侧。通过这种方式，确保永磁体31和磁通引导元件300在周向上相互接合进而在径向上产生形状配合连接。

在根据图3的实施例中，在永磁体31的侧面303上的两个侧面区段304和305分别被构造为至少近似一样长。与此相对地，在根据图4的实施例中，延伸到径向外侧面308的区段304比靠近径向内侧面的区段305长。区段304是区段305的至少两倍长。如在前述实施例中，沿径向指向外的区段304相互平行地位于对置的侧面上。

在根据图5的实施例中，永磁体31具有与图4中的几何形状相应的几何形状。与前述实施例不同的是，磁通引导元件301具有沿径向变化的横截面形状。与在靠近径向外侧面308的一侧相比，磁通引导元件300在与径向内侧面37相邻的一侧上沿周向具有更小的长度。

与前述实施例的另一不同之处在于，在延伸到径向外侧面308的区段304上，在永磁体31和磁通引导元件300之间存在更平的接触。与此相反，在侧面303上的位于径向内侧的区段305与在磁通引导元件300上所面对的侧面之间则存在气隙309。

在根据图6的实施例中，永磁体31的经过磨削的侧面303沿径向定向，并且设有凹部316，磁通引导元件300上的被设计为互补的突起部317伸入到该凹部中。在突起部317的区域内，可以朝向凹部316的壁部构造气隙309。

磁通引导元件300在其与突起部317对置的壁侧具有互补的凹部，其通过如下方式产生：制造磁通引导元件的厚度恒定的金属板设有压制部，以压制出突起部317。如用虚线318所示，必要时，磁通引导元件300在周向上也可以具有较大的厚度。对于大的厚度，随着节圆直径增大而增加的横截面是有利的。

作为紧固件，图6中设有止动环319，该止动环设置在径向内侧面307上，并且沿径向支撑永磁体31以及磁通引导元件300。在周向上，磁通引导元件300通过未示出的弹簧舌片贴靠在磁体31上。

Claims

1.一种具有永磁体励磁的电动机，所述电动机具有定子，所述定子具有极壳(28)和多个保持在极壳(28)上的永磁体(31)，该永磁体配有磁通引导元件(300)，其中设有紧固件用于将所述永磁体(31)和所述磁通引导元件(300)固定在所述极壳(28)的内侧面(307)上，其特征在于，至少一个永磁体(31)和一个磁通引导元件(300)以形状配合连接的方式相互接合地设置，使得在已安装的状态下沿径向在所述永磁体(31)和所述磁通引导元件(300)之间存在形状配合连接。

2.按照权利要求1所述的电动机，其特征在于，在已安装的状态下，附加地沿周向在所述永磁体(31)和所述磁通引导元件(300)之间存在形状配合连接。

3.按照权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，在其中一个部件上的沿周向延伸的突起部(317)伸入到在另一部件上的互补的凹部(316)内。

4.按照权利要求1至3中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述永磁体(31)的位于径向外侧的棱边(310)和所述磁通引导元件(300)的沿径向向内偏移的棱边(314)位于穿过所述永磁体(31)和所述磁通引导元件(300)之间的接触区域的径向线(312)的相对两侧。

5.按照权利要求1至4中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述紧固件仅作用在所述磁通引导元件(300)上并且对该磁通引导元件施加保持力，该保持力将所述磁通引导元件(300)固定在极壳(28)上。

6.按照权利要求1至5中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述紧固件为止动弹簧(301)，该止动弹簧保持在所述极壳(28)上。

7.按照权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述止动弹簧(301)具有U形形状，其中所述止动弹簧(301)的一个臂部(302)沿周向压靠在所述磁通引导元件(300)或者所述永磁体(31)上并且支撑在所述极壳(28)上。

8.按照权利要求6或7所述的电动机，其特征在于，在所述止动弹簧(301)和所述磁通引导元件(300)或所述永磁体(28)之间存在线形接触。

9.按照权利要求1至8中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述紧固件为位于内侧的止动环(319)，该止动环将所述磁通引导元件(300)和/或所述永磁体(31)固定在所述极壳(28)上在径向位置处。

10.按照权利要求1至9中任意一项所述的电动机，其特征在于，在所述磁通引导元件(300)和所述永磁体(31)之间设有间隙(309)，该间隙沿径向在所述磁通引导元件(300)和所述永磁体(31)的朝向彼此的侧面(303)的部分区域上延伸。

11.按照权利要求1至10中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述磁通引导元件(300)具有角形的横截面。

12.按照权利要求1至11中任意一项所述的电动机，其特征在于，沿径向看，所述磁通引导元件(300)在其长度上具有不变的横截面。

13.按照权利要求1至12中任意一项所述的电动机，其特征在于，沿径向看，所述磁通引导元件(300)在其长度上具有变化的横截面。

14.按照权利要求13所述的电动机，其特征在于，所述磁通引导元件(300)的宽度沿径向朝向所述极壳(28)增加。

15.一种用于内燃机的起动装置，其特征在于，具有按照权利要求1至14中任意一项所述的电动机。