CN103620927B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转电动机(1)，包括：带有定子极的定子结构(2)，其包括永久磁体‑定子极(P)和在交替极结构中的交替极；以及带有由导磁材料制的电枢的动子(6)，其中动子(6)的电枢的轴向长度(1)与动子的电枢的直径(d)之间的比值在1到2之间。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及电动机，尤其是其定子极布置在交替极结构中的电动机。
背景技术
从技术现状已知电动机有各种各样的方案。一种电动机是电刷换向的直流电动机，其中定子极由永久磁体构成，以便设有动子绕组的动子可以围绕定子结构(外动子电动机时)旋转，或在定子结构中(内动子电动机时)旋转。
定子结构的定子极可以只是部分地用永久磁体构成。在交替极结构中在圆周方向上尤其可以只是每隔一个定子极设有一个永久磁体。其他处于它们之间的定子极可以用导磁极靴构成而没有永久磁体。于是极靴例如通过定子结构的极壳与永久磁体的与指向动子方向的磁极对置的磁极处于导磁连接。
对于具有处于交替极结构中的定子极的定子结构，由永久磁体产生的磁通通常快速完全地通过动子的动子齿进入电枢中，并且穿过布置在动子上的动子绕组。这个磁通的大部分通过电枢到达定子结构的交替极。然而，永久磁体产生的磁通的不可忽略的比例在轴线方向上在动子的端面上离开，并且这样不与动子绕组的分配给面向交替极的动子齿的动子线圈链接。这部分磁通称为漏磁通，不形成转矩，并因此降低效率。
因此，本发明的任务在于，提供一种电动机，其中尽管由于在动子端面上交替极结构引起的漏磁通，仍旧可以达到相对较高的电动机效率。
发明内容
这个任务用按照权利要求1的电动机解决。
本发明其他有利的方案在从属权利要求中给出。
按照第一方面规定旋转电动机。该电动机包括：
●带有定子极的定子结构，其包括永久磁体-定子极和在交替极结构中的交替极；和
●带有由导磁材料制成的电枢的动子，
其特征在于，动子的电枢的轴向长度与动子的电枢的直径之间的比值处于1到2之间。
具有最优效率的电动机构造的构思在于，一方面要降低漏磁通在耦合到电枢中的整个磁通上占的比例，而另一方面，针对动子的动子绕组的欧姆电阻，对于动子和定子极之间的磁通链接达到可能最高的效率。尤其是在电阻最小时通过正方形或圆形线圈横截面达到最大磁通链接。因为在动子中在圆周方向上的线圈侧面小于动子的轴向长度，由此形成动子的最优轴向长度，其小于动子直径。随着动子极数变大，并因而绕组节距变小，动子的针对最大磁通链接的最优长度直径比还要更小。如上所述，在交替极电动机上通过动子端面的漏磁通不容忽略，而且对于小的长度直径比增大，这导致效率下降。由此原因，尤其对于具有较大极对数的电动机设计，长度直径比的减小会在动子中导致在磁通利用方面恶化的效率。
已经确定，对于不同类型的交替极电动机，动子的长度直径比的最优值总是处于1到2之间。就是说，可以最优化电动机的效率，因为以动子线圈的较低的欧姆电阻达到高的磁通链接，同时漏磁通较小。
此外，定子结构可以构成为四极的。
按照一个实施例，该动子可以构造成带有四个或六个动子齿。作为替代方案，动子齿数可以等于10或更大。
按照另一个实施方式，该电动机可以相当于电刷换向的直流电动机。
附图说明
现将参照附图对本发明优选的实施方式作较详细的说明。附图中：
图1是带有内动子的四极交替极电动机的示意横截面图；
图2是沿着与轴平行的平面穿过图1的交替极电动机的示意横截面图；而
图3是与具有交替极结构的四极电动机的动子的长度直径比相关的效率曲线图。
具体实施方式
图1表示构成为电刷换向的直流电动机的电动机1的示意横截面图。该电动机1有导磁极壳2作为定子结构，在该定子结构中构成四个定子极。极壳2由导磁材料制成，并基本上呈柱形，带有内腔，在内腔中布置动子6(内动子)。其他实施方式还可以设置定子结构带有指向外的定子极，围绕该定子极布置外动子。
动子6以其电枢布置在轴上，该轴沿着中心轴线A延伸并且可旋转地支承。该动子6的电枢载有动子绕组9，其动子线圈绕着电枢的动子齿5缠绕。未示出的换向器用于给动子线圈通电。换向器这样构成，使得该动子线圈的通电这样进行，使动子齿5产生磁场，其为驱动动子6引向期望的旋转方向。
极壳2具有两个对置的永久磁体-定子极P，其用永久磁体3构成。永久磁体-定子极相对于中心轴线A彼此对置，而且永久磁体3在中心轴线的方向上具有相同的磁极。例如，永久磁体3的指向中心轴线A的磁极可以相当于磁北极。
此外，极壳2还具有两个对置的不用永久磁体构成的交替极4。交替极4可以构造成带有极靴，并用极壳2的导磁区域限定。极靴模仿与面向极壳2的表面的运动轨迹基本上相应的轮廓。
交替极4通过导磁的极壳2与永久磁体-定子极(P)的永久磁体3的磁极磁连接，其与指向动子6的磁极对置。交替极4的极靴具有指向动子6的表面，其通过其到动子6的电枢的接近与之磁作用地耦合。
图2是图1电动机1的示意横截面图，其中该横截平面平行于中心轴线A。在图2中尤其可以看出动子的端面S，正如前言所描述的，通过端面一部分通过永久磁体耦入的磁通作为漏磁通未被利用地溢出。漏磁通的高度或漏磁通在由永久磁体3提供的整个磁通上占的比例是漏磁通因素Ws，它决定电动机1的总效率W。漏磁通在永久磁体3在动子6的电枢中耦入的磁通中占的比例取决于动子6的长度，尤其电枢的长度1。
决定电动机1的效率的另一方面是，相对于动子绕组的欧姆电阻的磁通链接。这在线圈横截面呈正方形或圆形时最优，因为那里在欧姆电阻较小时达到尽可能大的由动子绕组的动子线圈9包围的面积。如果对于电动机1的电枢线圈几何形状朝着矩形的线圈横截面的方向偏离于正方形的线圈横截面，则电动机1的总效率同样通过磁通链接因数WF减少。因为一般动子线圈宽度取决于动子6的直径d(在外动子时是内径)，所以在动子的长度直径比1/d在0.3到0.8之间时在磁通链接方面效率最优。
图3相对动子6的长度直径比示出由漏磁通决定的漏磁通因数Ws和磁通链接因数WF，它们决定电动机的总效率，从图3的曲线图可以看出，在动子的长度直径比处于1到2之间的范围内，有适当的折衷。特别有利的是，长度直径比在1.2到1.7之间。即使在考虑电动机1的质量和体积的情况下，这明显地取决于动子的长度直径比，可以看出这里长度直径比超过2也会导致电动机1的功率密度明显下降。

Claims (5)

1.旋转电动机（1），包括：
-带有定子极的定子结构（2），它包括永久磁体-定子极(P)和在交替极结构中的交替极；以及
-带有由导磁材料制成的电枢的动子( 6 )，
其特征在于，定子结构（2）构成为四极的，其中动子（6）的电枢的轴向长度(l)和动子（6）的电枢的直径(d)之间的比值处于1.2到1.7之间，由此以动子线圈的较低的欧姆电阻达到高的磁通链接，同时漏磁通小，其中分别对置的永久磁体-定子极(P)朝向中心轴线A同极地磁化，并且分别对置的交替极（4）朝向中心轴线A同极地相应反向地磁化。
2.按照权利要求1的旋转电动机（1），其中该动子（6）构造成带有四个或六个动子齿（5）。
3.按照权利要求1或2的旋转电动机（1），其中动子齿（5）的数目等于10或更多。
4.按照权利要求1或2所述的旋转电动机（1），其中该旋转电动机（1）相当于电刷换向的直流电动机。
5.按照权利要求1或2所述的旋转电动机（1），其中该电枢具有电气动子线圈（9），它形成矩形的线圈横截面。
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