CN103503286B - 电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机（1），该电动机包括：‑定子装置（2），该定子装置具有偶数数目的沿着圆周方向布置的定子极（P），所述定子极（P）则包括设有一个或者多个永久磁体的永久磁体定子极和处于串联极装置中的串联极（4）；‑具有电枢的转子（6），该电枢关于所述定子极（P）如此布置，使得朝所述定子极（P）指向的表面与所述永久磁体定子极构成永久磁体气隙（7）并且与所述串联极（4）构成串联极气隙（8），其中所述串联极气隙（8）的宽度大于所述永久磁体气隙（7）的宽度。

Description

电动机

技术领域

本发明总地来说涉及电动机并且尤其涉及直流电动机。

背景技术

电刷换向的直流电动机在现有技术中在多种多样的变型方案中为人所知。尤其内转子-直流电动机用在许多领域中。

所述内转子直流电动机的一种常见的变型方案比如在公开文献US 4,372,035和DE 10 2009 033 623 A1中得到了公开。US 4,372,035示出了一种具有四个定子极的电动机，所述四个定子极以相对于彼此分别偏置了90°的方式围绕着能够旋转的转子来布置。所述定子极包括两个彼此关于所述转子对置的、设有永久磁体的定子极以及两个彼此对置的、构造为未配备永久磁体的极壳体的定子极。这种装置被称为串联极装置（Folgeanordnung）并且拥有设计上的优点，即永久磁体的数目相对于有些电动机来说得到了降低，对于所述有些电动机来说每个定子极都设有一个永久磁体。

从DE 10 2009 033 623 A1中也公开了一种这样的电动机。在该专利文件中此外建议，将所述定子的串联极与所述转子的电枢之间的气隙设计得小于所述永久磁体与所述电枢之间的气隙，用于使磁通量最大化。此外，由此根据几何上的公差将所述气隙降低到最低。从中获得这样的优点，即在那里不必对公差链中的磁体公差加以考虑。

在制造电动机时，一般会出现制造公差。这些制造公差比如由于保持着所述转子的轴承的定位公差、由于串联极的或者永久磁体的装置上的偏差、由于所述转子的电枢几何形状的偏差以及类似原因所引起，并且可能导致处于极壳体中的转子的或者转子的电枢的关于定子极的偏心度，由此所述气隙中的场分布变得不对称。作为后果，可能产生径向的力，所述径向的力随着齿槽频率（Nutfrequenzen）（取决于转子极的数目和转速）并且随着更高阶的频率而变化。由此会在电动机运行时引起干扰性的噪声形成。

因此，本发明的任务是，在具有串联极装置的直流电动机上设置一些措施，这些措施尤其在比如由于制造公差而出现了转子的关于定子极的偏心度或者说偏心率时引起噪声产生的降低。

本发明的公开内容

该任务通过按照权利要求1的电动机得到解决。

本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到了说明。

按照第一方面，设置了一种电动机。该电动机包括：

-定子装置，该定子装置具有偶数数目的沿着圆周方向布置的定子极，所述定子极则包括永久磁体定子极和处于串联极装置中的串联极；

-具有电枢的转子，该电枢关于所述定子极如此布置，使得朝所述定子极指向的外表面与所述永久磁体定子极构成永久磁体气隙并且与所述串联极构成串联极气隙，

其特征在于，

所述串联极气隙的宽度大于所述永久磁体气隙的宽度。

上述电动机引起所述系统的、关于所述转子的关于定子的朝所述串联极的装置的方向由于制造公差而出现的偏心度的敏感性的降低。这通过以下方式来实现，也就是将所述转子的电枢与所述串联极之间的串联极气隙设计得大于所述转子的电枢与所述永久磁体定子极之间的永久磁体气隙。这考虑到这样的事实，即对于串联极电动机来说，所述系统的关于所述转子的位置朝永久磁体的方向的偏差的敏感性小于所述系统的关于所述转子的位置的朝串联极的装置的方向的偏差的敏感性。

朝所述永久磁体定子极的方向的偏心度提高了在一个永久磁体定子极上的磁滞曲线修正系数（Scherung），并且降低了在与该永久磁体定子极对置的永久磁体定子极上的磁滞曲线修正系数，由此在这两个永久磁体之间仅仅产生较小的通量差。而朝所述串联极的装置的方向的偏心度则成比例地进入到所述转子的电枢与所述极壳体之间的磁阻中，这在所述气隙的宽度相同时相应于所述串联极上的气隙中的通量差与所述气隙的大小的相对偏差的明显更强的相关性。比如在将一条永久磁体气隙减半时（并且在相应地扩大对置的永久磁体气隙时）在所述两条永久磁体气隙之间产生仅仅大约10%的通量差，而在将相对于串联极的气隙减半时，则产生3:1的磁阻比，并且由此在所述两个串联极之间出现较大的通量差。

因此，通过朝所述串联极的装置的方向的气隙的扩大，可以降低所述电动机的这种敏感性。

此外，所述定子装置具有四个定子极。

可以规定，所述定子装置具有极壳体，该极壳体具有用于接纳转子的内部空隙。

可以如此布置所述永久磁体，使得其以相同的极性指向转子的方向。

按照一种实施方式，可以将所述串联极气隙的宽度最大选择得如此之大，使得在预先给定偏心度的情况下从对置的串联极的串联极气隙中穿过的磁通量之间的通量差大于从对置的永久磁体定子极的永久磁体气隙中穿过的磁通量之间的、在预先给定朝所述永久磁体的装置的方向的偏心度的情况下所引起的通量差。

此外，所述转子可以设有转子绕组，所述转子绕组能够通过换向器来通以电流。

尤其所述转子的电枢可以具有十个转子齿。

附图说明

下面借助于附图对本发明的优选的实施方式进行详细解释。附图示出如下：

图1是具有内转子的四极的串联极电动机的示意性的横截面图示；并且

图2是用于关于朝所述永久磁体定子极的装置的方向的以及朝所述串联极的装置的方向的偏心度示出通量差的曲线的图表。

具体实施方式

图1示出了电动机1的示意性的横截面图示，该电动机构造为电刷换向的直流电动机。该电动机1具有作为定子装置的极壳体2，在所述极壳体中构造了四个定子极P。所述极壳体2由能导磁的材料制成，并且拥有基本上柱筒状的形状，该形状具有用于接纳转子6的内部空隙。

两个彼此对置的永久磁体定子极设有永久磁体3。所述永久磁体定子极彼此对置并且朝中轴线A的方向具有相同的极性。比如所述永久磁体3的朝所述中轴线A指向的磁极可以相当于磁北极。优选所述永久磁体3由硬磁性的材料、比如具有稀土组成部分的材料构成。

此外，作为串联极4构造了其它的定子极，并且所述其它的定子极通过所述极壳体2的一个区域来限定，该区域由于其处于所述转子6的电枢的附近而在磁性方面有效地与所述电枢相耦合。

所述转子6被固定在轴上，该轴沿着所述中轴线A延伸，并且以能够围绕着该中轴线A旋转的方式来布置。所述转子包括一具有转子齿5的电枢，所述转子齿沿着径向的方向从所述轴上朝所述极壳体2伸出。所述转子6的电枢的外面的圆周由代表着所述转子齿加宽部的齿顶来限定，并且此外与所述永久磁体定子极构成永久磁体气隙7，并且与所述串联极4构成串联极气隙8。

所述转子6承载着转子绕组9，该转子绕组则具有多个围绕着所述转子齿5卷绕的转子线圈。未示出的在轴向上相对于所述转子6的电枢偏置地布置的换向器用于给所述转子线圈通电。所述换向器如此构成：如此进行所述转子线圈的通电，以便所述转子齿5产生磁场，该磁场用于以所期望的旋转方向来驱动所述转子6。

在构造这样的电动机1时，一般由于尤其对所述转子6的轴进行支承的轴承的定位偏差而出现所述转子6的关于所述极壳体2由该极壳体2成形的内部空隙的偏心度或者说偏心率，使得所述彼此对置的气隙7、8可能具有不同的宽度BP、BF。

图2示出了一张图表，该图表示出了所述永久磁体气隙7之间的通量差DF的以及所述串联极气隙8之间的通量差的、取决于所述转子的中间的装置的关于所述定子极P的相对偏差s的曲线。如果存在着所述转子的朝所述永久磁体定子极的装置的方向的偏心度（通过曲线K1来示出），那就提高了一个永久磁体定子极上的磁滞曲线修正系数，并且降低了另一个永久磁体定子极上的磁滞曲线修正系数。但是，在此通过所述永久磁体气隙7流动的磁通量之间的通量差DF的关于所述偏心度的梯度较小。

在一种实施例中，对于所述转子6的位置的50%的相对偏差来说所述通量差DF的相关性在没有朝这个方向的偏心度的情况下仅仅为所述通量的大约10%，也就是说对于所述永久磁体气隙7的0.5mm的宽度BP来说，朝所述永久磁体定子极的装置的方向的0.25mm的偏心度仅仅引起一种与无偏心度的通量差DF的10%相当的通量差，从而在所述电动机1运行时即使存在较高的朝所述永久磁体气隙7的布置的方向的偏心度，所产生的径向力也较小。

正如可以进一步从图2的图表中看出的那样，所述通量差DF的关于朝所述串联极4的装置的方向的偏心度s的敏感性（在曲线K2中示出）高于关于朝所述永久磁体定子极的装置的方向的偏心度的敏感性，因为所述偏心度成比例地进入到所述转子齿5与所述极壳体2之间的磁阻之中。所述偏心度在所述转子6没有偏心地得到支承的情况下按照百分比由所述气隙的宽度BP、BF来说明。在将气隙的宽度减半、并且相应地将与这条气隙对置的气隙的宽度提高了1.5倍的情况下，产生3:1的磁阻比，并且由此在所述两条串联极气隙之间产生较大的通量差DF。这在运行的过程中导致较高的变化的径向力，并且由此导致强烈地产生噪声。

比如所述通量差的关于朝所述永久磁体定子极的装置的方向的相对偏差的敏感性DF/ds为0.2，而朝所述串联极4的装置的方向的敏感性则为1/s，其中参量s被定义为相对偏差，该相对偏差代表着用于所述偏心度的尺寸。所述参量s作为扩大的气隙的隙宽相对于缩小的气隙的隙宽的比例而产生。比如对于0.5mm的气隙和偏离对称性的0.25mm的偏差来说产生1/3的偏心度。由此可以确定，所述串联极气隙8的磁通量之间的通量差与朝所述串联极4的装置的方向的位移的相关性明显高于所述永久磁体气隙8的磁通量之间的通量差与朝所述永久磁体定子极的装置的方向的位移的相关性。

为了降低这种相关性，因此建议，扩大所述串联极气隙8并且尤其将所述串联极气隙8构造得大于所述永久磁体气隙7。将所述串联极气隙8有意义地扩大到一种尺寸，对于该尺寸来说关于制造公差的、也就是说关于偏离对称性的偏差的敏感性DF/ds对通量差具有相同的影响，偏离所述朝永久磁体3的装置的方向的偏心度的相同的偏差具有所述相同的影响。

Claims (7)

1.电动机（1），包括：

-定子装置（2），该定子装置具有偶数数目的沿着圆周方向布置的定子极（P），所述定子极则包括永久磁体定子极和处于串联极装置中的串联极（4），其中所述永久磁体定子极具有永久磁体（3）；

-具有电枢的转子（6），该电枢关于所述定子极如此布置：使得朝所述定子极（P）指向的表面与所述永久磁体定子极构成永久磁体气隙（7）并且与所述串联极（4）构成串联极气隙（8），

其特征在于，

所述串联极气隙（8）的宽度（BF）大于所述永久磁体气隙（7）的宽度（BP），其中将所述串联极气隙（8）的宽度（BF）如此选择：使得在所述转子（6）关于定子装置（2）极壳体的由该极壳体成形的内部空隙存在偏心度的情况下，从对置的串联极（4）的串联极气隙（8）中穿过的磁通量之间的通量差大于从对置的永久磁体定子极的永久磁体气隙（7）中穿过的磁通量之间的、在朝所述永久磁体（3）的方向存在偏心度的情况下所引起的通量差。

2.按权利要求1所述的电动机（1），其中所述定子装置（2）具有四个定子极（P）。

3.按权利要求1或2所述的电动机（1），其中极壳体的内部空隙用于接纳所述转子（6）。

4.按权利要求1或2所述的电动机（1），其中所述永久磁体定子极设有一个或者多个永久磁体，其中所述永久磁体（3）朝转子的方向指向相同的极性。

5.按权利要求1或2所述的电动机（1），其中所述永久磁体气隙（7）的宽度（BP）为0.5mm。

6.按权利要求1或2所述的电动机（1），其中所述转子（6）设有转子绕组（9），所述转子绕组能够通过换向器来通以电流。

7.按权利要求1或2所述的电动机（1），其中所述转子（6）的电枢具有十个转子齿（5）。