CN103493345B - 磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁阻电动机，该磁阻电动机带有一转子和一定子，该定子带有由至少一个定子线圈缠绕的、单侧敞开的绕组芯，该绕组芯带有布置在周边上的、分别相互间隔开的、构成磁轭对的磁轭，其中，在所述磁轭对之间径向地嵌入转子的多个分布在周边上的、周期性地调节所述磁轭之间的磁通的齿。为了有利地改变磁轭和齿的磁通的特性曲线，所述齿在所述转子的转动方向上与所述磁轭形成根据旋转角度连续产生的面交叠。

Description

磁阻电动机

本发明涉及一种磁阻电动机，该磁阻电动机带有一转子和一定子，该定子带有由至少一个定子线圈缠绕的、单侧敞开的绕组芯，该绕组芯带有布置在周边上的、分别相互间隔开的、构成磁轭对的磁轭，其中，在所述磁轭之间径向地嵌入转子的多个分布在周边上的、周期性地调节所述磁轭之间的磁通的齿。

这类磁阻电动机例如以横向磁通电机形式由WO1999019861A1已知。在这里，定子由多个沿转子的旋转轴线相互挨着布置的定子线圈构成，绕组芯以这些线圈缠绕。绕组芯具有多个带有相互间隔开的磁轭的磁轭对，其中，这些磁轭对为了构成一相而在其轴向之间包围一定子线圈并且在径向外侧通过磁轭的相互间隔构成敞开的磁回路。为了构成多个相，多个定子线圈在被分布在周边上的磁轭分隔开的情况下在轴向上沿旋转轴线布置。在定子线圈扭转和通电的情况下，磁轭对的磁轭之间的磁通通过分布在周边上的转子齿产生，这些齿在构造两个气隙的情况下转入到磁轭对的磁轭轴向之间。

原则上，磁阻电动机的控制通过在所述相上起作用的通电的接通时间实现。这使得，磁场的建立必须与磁回路的改变同步地进行。磁回路的改变通过磁轭和齿形式的磁通导引件相对于彼此的相对运动来实现。在此，到闭合开始时，在大量的磁回路中的每个上分别实现急剧地形成力矩，并且因此，磁通关于转子的扭转角度的特性曲线过于陡峭和尖锐。此外，这会导致不希望的噪声形成。由此，尤其在较高转速的情况下，使得时间准确地控制定子线圈变得困难。因此，在高极性的磁阻电动机的情况下必须尤其对机械公差提出极高的要求，以使附加于控制错误出现的、由公差引起的错误最小化。

因此，本发明的任务在于，这样改进磁阻电动机，使得产生较平的特性曲线并且尤其在高极性磁阻电动机的情况下实现改进控制。在此，尤其也应实现小的噪声形成。

该任务通过一种磁阻电动机解决，该磁阻电动机带有一转子和一定子，该定子带有由至少一个定子线圈缠绕的、单侧敞开的绕组芯，该绕组芯带有布置在周边上的、分别相互间隔开的、构成磁轭对的磁轭，其中，在所述磁轭之间径向地嵌入有多个分布在周边上的、周期性地调节所述磁轭之间的磁通的转子齿，并且，所述齿在所述转子的转动方向上与所述磁轭形成根据旋转角度连续产生的面交叠。通过连续地随着转子相对于定子的扭转角度而升高的、例如呈在周向方向上相互扭转角度的交叠面形式的面交叠，能够避免在经过旋转轴线径向向外笔直走向的磁轭和齿的情况中的跳跃式运转形式的交叠。由此，产生连续发展的磁通和力矩，这些磁通和力矩可较简单地控制并且具有较小的误差敏感性，从而使定子线圈的电控制变得简单。

磁通导引件（齿和/或磁轭）的构造方式直接对磁通的特性曲线起作用，所述特性曲线例如由于交叠面的连续构造而尤其在其升高侧和衰减侧上被构造成更少地陡峭并且总地更宽，由此，可改进控制时间和噪声行为。因此可能的是，通过有目的地选择磁通导引件的几何尺寸来有利地设计磁回路的闭合和打开。此外，这样影响特性曲线，使得峰值最大值移向更大的扭转角度。磁回路的所完成的功保持在和具有随着增加的扭转角度而跳跃式地升高的交叠面交叠的磁回路中类似的水平上。

特别有利的是，在横向磁通电机中应用根据扭转角度连续地交叠的交叠面。在这里，构造为齿的、在相互轴向间隔开的磁轭的磁轭对的磁轭之间产生磁通的磁通导引板材从周向方向上观察构造成楔形的。由于这些楔的角度，磁轭和齿首先在径向外侧交叠，其中，随着转子相对于磁轭的扭转角度增加，交叠面连续地增加，以便然后在超过具有最大可能的磁通的最大交叠面之后重又连续地下降。

齿上的楔形的展现可以通过附加地在基本上在周向方向上设有原始矩形横截面的齿上借助于附加地安装的磁通导引件来设置。替代地，齿的楔形可以构造在优选由板材构成的磁通导引板材上，这些板材相互叠置成固定在转子上的、具有分布在周边上的齿的环形。在这里，所述楔形可以一体式地设置在齿上，其中，每个齿本身可以由多个相互叠置的、规定所述楔形构造的板材件构成。

根据本发明的构想，磁阻电动机可以设置为内转子或外转子，其中，在优选外转子的情况下，绕组芯具有磁轭的径向向外构造成U形的磁轭对，其中，在转子上从径向外侧向径向内侧加宽并在周边上优选以磁轭对的相同数量分布的、在周向方向上构造成楔形的齿径向地嵌入到磁轭之间，并且，所述齿和磁轭分别构成相互轴向地面对的交叠面，这些交叠面随着增加的扭转角度连续地增加并且重又下降。

根据一特别有利的实施例，磁阻电动机构造成多相的。例如，一个横向磁通电机具有多个沿转子的旋转轴线布置的、分别带有一个定子线圈的相，这些相分别由分布在周边上的、配属于绕组芯的磁轭的一个平面构成。在此，这些磁轭在径向内侧相互连接，从而根据定子线圈的布线而定，这些轴向对置的、包围待通电的线圈的磁轭分别构成一磁轭对并且该磁轭对的磁回路通过一在径向外侧嵌入到该磁轭对的磁轭中的齿来闭合。在此，已经证实有利的是，绕组芯的磁轭沿着旋转轴线在周向方向上错开。磁轭可以这样相互错开，使得绕组芯的轴向在前的磁轭和轴向在后的磁轭之间的角间距通过在轴向上沿旋转轴线布置的磁轭均匀地协调。由此，在转子的一转上形成的、均匀的力矩发展，通过在各个相的定子线圈轴向循环地连续通电的情况下形成磁通来得到。

根据在图1至4中示出的实施例进一步阐明本发明。附图示出：

图1示出构造为横向磁通电机的磁阻电动机的定子的三维视图，

图2示出图1的定子的正视图与转子的一齿，

图3示出图3的细节图，

图4a至4c示出图1至3的定子的细节图与转子的齿。

图1以三维视图示出未完整示出的、构造为外转子4形式的横向磁通电机3的磁阻电动机1的定子2。定子2以未示出的方式无相对转动地与壳体构件或类似物连接。绕组芯5优选由大量相互连接的、软磁性的磁通导引板材6构成并且具有分布在周边上的、相互轴向间隔开的、软磁性的磁轭7，这些磁轭在周边上分布地构成分别相互轴向间隔开的磁轭平面8，在这些磁轭平面之间分别轴向地布置定子线圈9。每两个布置在同一周边上并且将一定子线圈9轴向地包围在它们之间的磁轭7’构成一磁轭对10。

绕定子2布置（未示出）并且绕旋转轴线A旋转的转子具有径向向内指向的、软磁性的、齿形式的磁通导引板材，这些齿分布在周边上并且在构成齿平面的情况下分别嵌入到沿旋转轴线A并且分布在周边上的磁轭对10的磁轭7’之间。在这里，在转子相应地扭转角度时，每个齿分别与一磁轭对10的磁轭7’构成一闭合的磁回路，在所配属的定子线圈9通电的情况下在该磁回路上构成磁通。在示出的实施例中，磁轭7沿旋转轴线A成列地布置。这些磁轭也可以在周边上这样扭转，使得各个磁轭平面8的磁轭7沿旋转轴线A均匀地相互扭转并且占有分布在周边上的磁轭7的分度圆的齿距段之间的位置。

图2以正视图示出图1的定子2与转子的在周边上分布地布置的齿的单个齿11。该齿11在周向方向上构造成楔形的并且在图2中在周向方向上布置在磁轭对10a,10b的两个在周向方向上相邻的磁轭7a,7b之间，从而磁轭对10a,10b中没有一个的磁回路是闭合的并且因此不存在磁通或仅存在可被忽略的磁通。在转子和由此齿11向箭头12的方向绕旋转轴线A继续扭转时，齿11旋转到磁轭对10b中并且使该磁轭对的磁回路闭合，其中，如果所配属的定子线圈9通电，则磁通流动。

图3示出齿11的交叠面13和处于它后面的磁轭7的交叠面14。交叠面13通过齿11的楔形构成而构造成梯形的，其方式是，齿11的具有矩形基面13a的矩形构造借助于在周向方向上安装在齿11两侧上的附加磁通导引件15来附上附加面13b。磁轭7的和轴向对置的、构成（未示出的）磁轭对的磁轭的交叠面14保持不变。在具有矩形基面13a的齿11的原始状态下，基面13a和轴向对置的磁轭的交叠面14跳跃式地交叠。由此，闭合磁回路的以关于扭转角度沿交叠而改变的磁通的形式的特性曲线构造成陡峭地升高随后陡峭地下降。由此，在定子线圈9通电的情况下，由于所出现的磁力矩引起的相应强的加速度通过分布在周边上的齿11作用在定子上。这些磁力矩使得转子的可控性差，进而使得定子线圈的与旋转角度有关的通电的可控性差，并且会导致不希望的噪声形成。通过附加上附加面13b，在扭转增加的情况下，由于通过齿11的楔形而在交叠面13,14之间调节的角度α，交叠面的连续的非跳跃式构成产生磁力矩的显著更平缓的特性曲线，该磁力矩使转子不猛然地加速，从而定子线圈9的通电的角度控制能够更简单地并且更准确地（例如以1°至2°的精度）实现并且产生更小的噪声负载。

图4a至4c分别详细地示出图1的磁阻电动机1的局部。图4a示出齿11的斜视图，该齿带有在周向方向上在沿向箭头16方向的旋转方向上相互跟随的磁轭对10c,10d之间的、使该齿楔形扩宽的磁通导引件15。图4b示出看向沿旋转轴线A（图1）前后布置的、用于形成磁阻电动机1的不同相的磁轭对10’,10”的狭隙18中的图。在这里，齿11向旋转轴线A的跟随箭头16的方向运动。图4c示出在周向方向上布置的、一侧由磁轭7a,7b并且另一侧由7c,7d构成的磁轭对10c,10d的俯视图。磁轭7a,7b,7c,7d在其之间接收定子线圈9以及转子的分布在周边上的楔形齿，示例性示出这些齿中的齿11。在这些齿（如齿11）和磁轭7a,7b,7c,7d之间，根据转子的扭转角度，在保持气隙17并构成交叠面13,14的情况下，在周边上先后产生磁轭对10c,10d的磁回路。

附图标记列表

1磁阻电动机

2定子

3横向磁通电机

4外转子

5绕组芯

6磁通导引板材

7磁轭

7a磁轭

7b磁轭

7c磁轭

7d磁轭

7’磁轭

8磁轭平面

9定子线圈

10磁轭对

10a磁轭对

10b磁轭对

10c磁轭对

10d磁轭对

10’磁轭对

10”磁轭对

11齿

12箭头

13交叠面

13a基面

13b附加面

14交叠面

15磁通导引件

16箭头

17气隙

18狭隙

A旋转轴线

α角度

Claims (7)

1.磁阻电动机(1)，该磁阻电动机带有一转子和一定子(2)，该定子带有由至少一个定子线圈(9)缠绕的、单侧敞开的绕组芯(5)，该绕组芯带有布置在周边上的、分别相互间隔开的、构成磁轭对(10a,10b,10c,10d,10’,10”)的磁轭(7a,7b,7c,7d,7’)，其中，在所述磁轭对(10a,10b,10c,10d,10’,10”)之间径向地嵌入转子的多个分布在所述周边上的、周期性地调节所述磁轭(7a,7b,7c,7d,7’)之间的磁通的齿(11)，其特征在于，所述齿(11)在所述转子的转动方向上与所述磁轭(7a,7b,7c,7d,7’)形成根据旋转角度连续产生的面交叠。

2.根据权利要求1的磁阻电动机(1)，所述磁阻电动机构造为横向磁通电机(3)，并且，从轴向方向上观察，所述齿(11)构造成楔形的。

3.根据权利要求2的磁阻电动机(1)，其特征在于，在所述齿(11)上安装有构成楔形的磁通导引件(15)。

4.根据权利要求2的磁阻电动机(1)，其特征在于，所述齿一体式地构造成楔形的。

5.根据权利要求1至4中任一项的磁阻电动机(1)，其特征在于，所述磁阻电动机构造为外转子电动机(4)。

6.根据权利要求5中的磁阻电动机(1)，其特征在于，所述磁阻电动机由多个沿所述转子的旋转轴线(A)布置的相构成，所述相分别带有一定子线圈(9)和分布在所述周边上的磁轭(7a,7b,7c,7d,7’)的一些构成所述绕组芯(5)的、将所述定子线圈(9)相互分界的磁轭平面(8)。

7.根据权利要求6的磁阻电动机(1)，其特征在于，所述相的所述磁轭(7a,7b,7c,7d,7’)沿着所述旋转轴线(A)在周向方向上错开。