CN103973001A - 用于电动调整机动车中可运动部件的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机（10），尤其用于电动调整机动车中可运动的部件，具有定子（12），在该定子中布置了转子（14），其中该定子（12）具有至少两个对置的永磁体（18），所述永磁体布置在形成磁性回路的极壳（16）中，其中转子（14）具有电枢轴（60），在该电枢轴上不可相对旋转地布置了用于容纳电绕组（64）的电枢叠组（62），并且电枢轴（60）借助于至少一个转子轴承（80）支承在极壳（16）和/或另一壳体部件（40）中，其中，经过电枢轴（60）和转子轴承（80）的漏磁通通过由不导磁的材料和/或导磁能力小的材料制成的区域（78）抑制。

Description

用于电动调整机动车中可运动部件的电机

技术领域

本发明以按独立权利要求所述类型的电机为出发点。

背景技术

用US 4，372，035公开了一种电动机，其中在极壳中布置了两个对置的永磁体并且在该永磁体之间布置了两个所谓的顺序极。为了构造顺序极，在极壳壁中成形了一个轮廓，该轮廓的弯拱的内表面到转子具有和壳状的永磁体的轮廓一样的距离。由于沿轴向的漏磁通，在这种实施方式中降低了用于激励转子的电绕组所提供的磁通，由此降低了电动机的效率。

发明内容

按本发明的具有独立权利要求所述特征的电机相应地具有以下优点，即通过在漏磁通的磁路中构造不导磁或者很差导磁的区域可以明显提高电机的效率。因为由于通过电枢轴和转子轴承的漏磁通出现了损耗，所以在电枢轴和/或转子轴承中构造了由相对于常规部件具有明显降低的导磁能力或者不导磁的材料制成至少部分区域或者整个部件。由此能够在有待提供的结构空间方面尤其在具有较小有待提供的安装空间的应用中例如活动天窗驱动器、座椅调节装置、后掀盖调节装置、车窗升降驱动器以及（后）雨刷电动机中提高扭矩密度。

通过在从属权利要求中提到的措施实现了在独立权利要求中说明的特征的有利的改进方案和改善方案。特别在极壳壁的部分构造成磁性极的顺序极电动机的构造中，沿转子轴向的漏磁通损耗是特别大的，由此按本发明在此可以比在纯粹的永磁体电动机中更明显地提高效率。

如果永磁体的相互面对的径向内侧面具有相同的极性，那么其相互排斥。在此，磁性的力线从永磁体出发由于电枢叠组而不朝对置的永磁体延伸，而是沿径向在侧面弯拱并且导向极壳壁的顺序极。通过这种排斥，磁通也特别强烈地沿轴向转向（轴向漏磁通），在这里磁通通过电枢轴以及转子轴承经由极壳再导回永磁体。通过在干扰的漏磁通的磁路中构造不导磁的区域明显降低了该漏磁通并且相应地提高了用于转子激励的磁通密度。

为了降低由转子的开槽引起的扭矩波动，然而同时将永磁体与转子之间的磁通保持得尽可能大，永磁体以及顺序极的内轮廓构造有极提升（Polabhebung）。例如在永磁体上构造不同的半径。在此，中间的区域具有最大比转子半径大15%的内半径，从而在此尽可能小地保持气隙。在永磁体的两个相邻的区域上构造更大的内半径，该内半径降低了力矩波动性。通过构造两个不连续的不同的内半径，相对于连续的极提升部分保持了更大的磁通。

为了很有效地中断沿轴向的漏磁通，优选可以由非导磁的材料或者说很差导磁的材料（与常规的铁材料相比）例如塑料、铝或烧结青铜构成直接布置在极壳上的转子轴承。

如果该转子轴承构造成圆柱形的或者球面状的滑动轴承，那么轴承座套或者轴承球面可以有利地由阻止漏磁通的材料制成。如果第二转子轴承同样支承在由能导磁的材料制成的壳体部件中，那么该第二轴承也由这种不导磁或者很差导磁的材料制成。

所述极壳有利地构造成极罐，极壳在一侧上具有与极罐一体构造的底部，该底部优选具有用于转子轴承的容纳部。在这种借助于深拉制成的极壳中，轴承容纳部作为轴向突起部分一体地成形在极壳上并且可以额外地具有用于转子轴向支承的止挡。因为在这个实施方式中圆柱形套筒或者轴承球面直接插入极壳的壳体壁（轴承容纳部）中，所以可以通过使用不导磁的材料-例如烧结青铜、铝或塑料-有效地阻止轴向的漏磁通。借助于深拉也可以在制造极壳时在一个工步中不用额外花费地成形用于构造顺序极的压槽。在此，所述压槽都沿轴向延伸直至极壳的底面。

作为替代方案或者补充方案，所述电枢轴可以由至少明显降低沿轴向通过其的磁通的材料制成。因为在本发明的实施方式中在电枢轴的自由端部上成形有优选滚压的传动蜗杆，所以必须还由钢制成所述电枢轴。然而可以特别有利地使用钢材，其中尽可能多的外来原子嵌入铁组织中。在这种高合金的优质钢中，相对于常规的钢明显降低了导磁能力。由此也可以阻止电枢轴的磁性的天线作用，使得不会有明显的磁通沿轴向从电枢叠组中出来。作为替代方案，也可以用不导磁的材料（例如塑料或铝）仅仅构造电枢轴的部分区域，从而中断轴向的磁通。

在优选的实施方式中，对置于极壳底部的敞开的极罐侧面具有法兰，该法兰在组装之后靠在另一壳体部分尤其传动机构壳体的相应的配对法兰上。与法兰直接相邻地在极壳上例如构造了连接区域，该连接区域在压扁的壳体侧面之间具有比扳手宽度更大的最大尺寸。该连接区域优选具有与带有两个平行内侧面的法兰一样的内轮廓。该连接区域可以有利地容纳电刷架部件，该电刷架部件轴向通过法兰的接口延伸到相邻的壳体部件中。在法兰上朝传动机构壳体例如构造了孔作为用于连接元件-优选螺栓或铆钉-的容纳部。按本发明的在带有连接区域的壳体法兰与极壳的过渡区域之间的接口特别适合于具有不同电动机的传动-驱动单元的模块化结构，这些电动机与不同的传动机构壳体组合。在此可以一直使用具有相同基体的电刷架部件，该基体沿轴向在两个壳体部件之间越过法兰区域进行布置。传动机构壳体尤其可以容纳不同的电子元件，例如具有插入式电子元件或集成的电路板或者仅仅一个减少的传感机构。同样可以组合没有电子元件的传动机构壳体，其中仅仅电刷架部件直接具有连接插头。通过模块结构能够显著节省开发成本，并且不用调整生产线尽快地提供不同的应用。将转子和电刷架部件沿轴向装配到极壳中实现了可预先明确给出的法兰接口，该法兰接口特别有利地适合于模块化的组件用来组合不同的极壳以及传动机构壳体。电枢轴可以有利地用转子轴承一直支承在电刷架部件中。如果电刷架部件和/或传动机构壳体由塑料制成，那么不需要由不导磁的材料制成该转子轴承，因为不存在通向极壳的磁性回路。在这种情况下用很差导磁或者不导磁的材料构造极壳中仅仅一个转子轴承就足够了-以及可选地额外构造电枢轴的至少一个区域。

按本发明的电机还具有以下优点，即通过在具有两个对置的顺序极的侧面之间构造极壳的最大扳手宽度可以优化机动车中调整驱动器的重量以及功率密度。尤其在具有较小的有待提供的安装空间的应用中，例如活动天窗驱动器、座椅调整装置、后掀盖调整装置、车窗升降驱动器以及（后）雨刷电动机中，可以通过将极壳设计到35mm的最大扳手宽度上或者说根据所需要的扭矩设计到最大30mm上来提供通用的调整驱动器用于不同的应用，其在最佳的结构空间利用中提供了最大的功率密度。特别有利的是，以扳手宽度的大致2%-7%构造极壳壁的-尤其在顺序极的范围内的-厚度，优选大约为3%-4%。在壁厚与扳手宽度的比例中，最佳值处在构造用于驱动转子的最大磁通和在最小化由极壳的振动引起的噪音激励的同时所述极壳的最小重量之间。有利的是，永磁体的径向厚度在扳手宽度的10%-25%的范围内，优选近似15%-18%。在磁路的这种设计中可以在最小重量以及最少使用昂贵的磁性材料时在有待提供的结构空间中实现最大的功率密度。在此，例如可以为磁体使用铁氧体材料，从而可以放弃稀土磁性材料的使用。在法兰和顺序极的压槽之间的轴向区域内构造了过渡区域，在该过渡区域内极壳的横截面从具有压槽的顺序极轮廓过渡到法兰的优选具有两个大致平行侧面的横截面中。所述壳状的永磁体的圆周侧的侧面具有倒斜面的或者倒圆的外棱边以及近似沿径向延伸的第一区段。在此，最佳地利用磁极的整个角度区域，因为永磁体的缺少的外棱边几乎不影响有效磁通。由于缺少棱边可以扁平地制造极壳并且尤其借助于深拉更简单地配合倒斜面的棱边。

附图说明

本发明的实施方式在附图中示出并且在下面的描述中进行更详细地解释。

附图示出：

图1：按本发明的电机的第一实施例，

图2：按图1的横截面，

图3：传动-驱动单元的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了按本发明的电机10，其构造成电动机11。该电动机11例如是传动-驱动单元130的组成部分，如其用于调整机动车中的活动天窗、玻璃或座椅部件。该电机10具有定子12，其中两个永磁体18对置地布置在极壳16中。所述永磁体18例如可以构造成铁磁体。在两个对置的永磁体18之间布置了两个对置的顺序极22，所述顺序极由极壳16的壳体壁26形成。为此，在极壳16的压扁的区域20内分别构造了两个沿轴向30延伸的压槽28。沿着周向方向32在两个压槽28之间将顺序极22构造成弯拱的极壳壁26，其连同压槽28以及用于永磁体18的固定区域34形成了极壳16的压扁的区域20。该极壳16具有轴向敞开的侧面36，在该侧面上构造了法兰38用于与另一壳体部件40连接。该法兰38具有用于连接元件25的容纳部42，所述容纳部例如构造成孔43。通过所述孔43能够将连接元件25-优选螺栓-拧入相应的配对法兰44中。在图1中转子14插入定子12中，其中在转子14和包围该转子的永磁体18以及顺序极22之间构造小的径向气隙46。在对置于敞开的侧面36的一侧33上，所述极壳16具有封闭的极壳底部82，在该极壳底部上作为极壳16的轴向突出部分85成形有用于第一转子轴承80的容纳部83。所述转子14具有电枢轴60，在该电枢轴上布置了用于容纳电绕组64的电枢叠组62。该电枢叠组62例如由单个轴向堆叠的板片组成，所述板片例如压紧到电枢轴60上。在电枢轴60的自由端部71上不可相对旋转地布置了传动蜗杆72，该传动蜗杆优选借助于塑性的材料变形尤其滚压由转子轴-材料形成。此外，作为用于电枢轴60的材料使用了具有较高非铁份额的优质钢，其具有比普通钢轴小很多的导磁能力。在电枢叠组64和传动蜗杆72之间构造了第二转子轴承80例如圆柱轴承27作为滑动轴承，该滑动轴承容纳在传动机构壳体41中的轴承容纳部83中。此外，所述圆柱轴承27具有轴承环29，该轴承环由非导磁的材料构成，例如烧结青铜、铝或塑料。作为替代方案或补充方案，可以在电枢叠组62和第二转子轴承80之间构造具有非导磁或很少导磁的材料的区域78，例如由塑料或橡胶材料制成的扭转缓冲元件。

在图2中示出了图1的定子12和转子14的横向于轴向30的剖面。永磁体18靠在极壳16的内壁17上并且例如进行粘贴并且/或者借助于磁性固定弹簧固定在极壳16中。所述两个永磁体18沿径向31同向地磁化，使得两个永磁体例如在其径向的内侧面217上形成南极。通过沿周向方向32形成磁性回路的极壳16产生了到顺序极22的磁性回路，所述顺序极例如在极壳16的壳体壁26的内侧面217上分别形成北极（或者反之）。在图2中描绘了永磁体18和顺序极22之间磁通的力线35。该力线35几乎不穿入电枢轴60中，因为该电枢轴由具有很差导磁能力的材料制成。通过永磁体18的排斥，所述力线35相互避让并且径向朝顺序极22偏转。在此，原则上也形成了沿轴向30的漏磁通，通过电枢轴60的很差导磁的材料以及转子轴承80的不导磁的材料在很大程度上阻止了所述漏磁通。因为在顺序极22的区域内没有布置永磁体18，所以压扁的区域20之间极壳16的最大尺寸25明显小于沿着两个永磁体18的沿中心平面212的方向的尺寸。该最大尺寸25是提供的安装空间的扳手宽度24，其按本发明最佳地配合相应的应用，尤其配合机动车中的安装位置。该扳手宽度24小于35mm，其中在此转子直径52例如最大为32mm。在电机10的功率需求较小时并且/或者在使用用于永磁体18的稀土磁性材料时，所述扳手宽度24也可以最大仅仅为30mm，其中转子直径52就最大为28mm。所述扳手宽度24定义为沿轴向在顺序极22的区域内在压扁的区域20上极壳16的最大径向尺寸25。在图2中在压槽28之间沿周向方向32在顺序极22的弯拱的区域上构造了最大的径向尺寸25。该极壳16的壁厚54关于重量、磁通以及噪音最小化是最佳的并且为扳手宽度24的3%到4%。根据不同功率的具体应用，所述壁厚54也可以在2%和7%之间，例如在0.8mm和1.8mm之间。壁厚54的这个尺寸涉及顺序极22和永磁体18的角度区域。因为所述极壳16制成深拉件，所以其壁厚54在整个圆周上是相对恒定的。永磁体18的径向壁厚56由于功率密度的优化而在扳手宽度24的15%到18%，然而在特殊情况下也可以为扳手宽度24的10%到25%。永磁体18和顺序极22具有所谓的极提升（Polabhebung）58，使得转子14和永磁体18或者说顺序极22之间的气隙46在其边缘上沿周向方向32扩大。永磁体18近似构造成环形段并且延伸通过大致85°到95°的角度区域，尽可能近似90°。永磁体18的沿周向方向32的端部侧面94具有倒圆的或者倒斜面的棱边26，从而能够扁平地构造极壳16，而由此不显著地影响永磁体18的磁通。所述电枢叠组64具有转子齿66，该转子齿由径向的齿柄68形成，所述齿柄由径向外部的齿冠70封闭。电绕组64在齿冠70的径向内部缠绕到齿柄68上。沿周向方向32的齿柄宽度72在电绕组64上大致为扳手宽度24的5%到7%，根据功率需求以及调整应用也可以是扳手宽度24的3%到10%。

在图3中示出了传动-驱动单元130的纵剖图，该传动-驱动单元作为电机10具有带有顺序极22的电动机11，该电动机在壳体部件40上法兰连接，该壳体部件构造成传动机构壳体41，在该传动机构壳体中布置了传动机构55。该传动机构55例如构造成蜗杆传动机构53，其中布置在电动机11的电枢轴60上的传动蜗杆72与支承在传动机构壳体41中的蜗轮73啮合。电动机11的驱动力矩从蜗轮73传递到输出元件57-尤其输出小齿轮59-上，该输出元件例如驱动-尤其机动车中的-有待调整的部件。所述壳体部件40具有用于容纳电子单元的电子元件壳体39，并且构造成传动机构壳体41的集成的组成部分。该传动机构壳体41在实施例中由塑料制成，尤其借助于喷铸方法制成。电动机11的极壳16由金属制成，尤其由能够导磁的钢制成，并且用作永磁体18和顺序极22之间的磁性回路。作为第一转子轴承80，在极壳16的轴向突出部分85中的轴承容纳部83中布置有轴承座套87作为滑动轴承，电枢轴60轴向插入该轴承座套中。转子轴承80、尤其轴承座套87由非导磁的材料制成，优选由烧结青铜、铝或塑料制成。由此防止不希望的漏磁通从电枢轴60经由转子轴承80进入极壳16中。该电枢轴60优选具有带有较高非铁份额的优质钢作为材料，其具有比普通的钢轴小很多的导磁能力。在此，电枢轴60的饱和极化小于纯铁的饱和极化的70%。在制造技术上有利的是，所述电枢轴60一体地由近似均质的材料制成。在此，整个电枢轴60构造成很差导磁的区域78。作为替代方案，所述电枢轴60可以具有区域78，在其中仅仅电枢轴60的一部分用很差导磁或不导磁的材料制成，该材料例如也可以通过后期的材料转换（例如奥氏体中利用热）产生。第二转子轴承80构造成球面轴承77，其中该轴承球面76容纳在由塑料制成的电刷架部件86的轴承容纳部83中。因此，该轴承球面76在此不需要由不导磁的材料制成。然而轴承球面76也可以替代地用在极壳16的轴向的突出部分85中。可以额外地在电枢轴60的端部71上构造另一转子轴承80作为支撑轴承，该支承轴承径向支撑在由塑料制成的止挡69上。

为了制造传动-驱动单元130，在固定永磁体18之后将转子14和电刷架部件86轴向插入极壳16中，使得电刷架部件86布置在连接区域37内并且轴向伸出超过法兰38。在电刷架部件86中布置了碳刷21，该碳刷与固定在电枢轴60上的集电器21共同作用。随后构造成传动机构壳体41的壳体部件40沿轴向经过电枢轴60套装到电刷架部件86上，直到法兰38靠在壳体部件40的配对法兰44上。随后，连接元件25-优选螺栓-插入法兰38的容纳部42中并且与壳体部件40连接。

值得注意的是，在附图中以及说明书中示出的实施例方面，单个特征相互间多种多样的组合方案是可以的。如此，例如使得转子轴承80的类型、几何形状以及材料选择配合制造过程或者具体的功率要求。同样可以相应地改变电枢轴60的制造并且例如用不导磁或者很差导磁的材料制成仅仅部分区域78。如此，可以将由塑料制成的耦合件用在电枢轴60中，或者通过热处理明显降低特定区域内的导磁能力。所述电机10优选用于机动车中的调整驱动器，例如用于调整座椅部件、车窗玻璃、活动天窗以及开口的盖板，然而不限制于这些应用。本发明对于电枢叠组62的长度/直径的比例小于1的转子14来说是特别有利的，其中转子直径例如大约为28mm并且电枢轴60的直径大约为6到8mm。

Claims (10)

1.电机（10），尤其用于电动调整机动车中可运动的部件，具有定子（12），在该定子中布置了转子（14），其中该定子（12）具有至少两个对置的永磁体（18），所述永磁体布置在形成磁性回路的极壳（16）中，其中转子（14）具有电枢轴（60），在该电枢轴上不可相对旋转地布置了用于容纳电绕组（64）的电枢叠组（62），并且电枢轴（60）借助于至少一个转子轴承（80）支承在极壳（16）和/或另一壳体部件（40）中，其特征在于，经过电枢轴（60）和转子轴承（80）的轴向漏磁通通过由不导磁的材料和/或导磁能力小的材料制成的区域（78）抑制。

2.按权利要求1所述的电机（10），其特征在于，沿周向方向（32）在永磁体（18）之间对置地布置至少两个磁性的顺序极（22），其中尤其所述极壳（16）在两个永磁体（18）之间具有区域（20），在该区域（20）处极壳壁（26）分别弯拱地构造成对置的顺序极（22）。

3.按权利要求1或2所述的电机（10），其特征在于，所述两个永磁体（18）沿径向（31）同向磁化，并且两个顺序极（22）沿径向也同向地然而反向于两个永磁体（18）地进行磁化，并且磁通（35）为驱动转子（14）形成了磁路，其从永磁体（18）出发通过电枢叠组（64）通向两个顺序极（22），并且经由极壳（16）再返回永磁体（18）。

4.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，所述转子（14）-优选十个-具有用于容纳电绕组（64）的转子齿（66），其中一方面在转子（14）和弯拱构造的永磁体（18）之间、并且另一方面在转子（14）和顺序极（22）之间构造径向的气隙（46），并且尤其永磁体（18）和顺序极（22）在其边缘上沿周向方向（32）相对转子（14）分别具有极提升（58）。

5.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，作为区域（78），所述至少一个转子轴承（80）作为滑动轴承由不导磁的材料制成-尤其作为具有轴承座套的圆柱轴承或者作为具有轴承球面的球面轴承。

6.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，作为用于转子轴承（80）的-尤其轴承座套和/或轴承球面的-不导磁的材料，使用塑料或烧结青铜。

7.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，所述极壳（16）在第一轴向端部（33）上封闭-优选极壳底部（82）与极壳（16）一体地构造成深拉件-并且在该端部（33）上成形有用于转子轴承（80）的轴承容纳部（83）。

8.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，作为区域（78），电枢轴（60）的至少一部分由相对于正常的钢具有明显更小导磁能力的材料制成（其中饱和极化小于纯铁的70%）-并且尤其由高掺杂的优质钢或铝或者塑料制成。

9.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，在极壳（16）上布置了另一壳体部件（40）-优选传动机构壳体（41）-电枢轴（60）以其自由端部（71）伸入该壳体部件中并且在该自由端部（71）上布置了传动蜗杆（72）-尤其滚压在转子轴（60）上-该传动蜗杆与相应的蜗轮（73）啮合，其中在极壳（16）和壳体部件（40）之间布置了电刷架部件（86），转子轴（60）借助于第二转子轴承（80）支承在该电刷架部件中。

10.按上述权利要求中任一项所述的电机（10），其特征在于，构造该电机作为机动车中的调节驱动器（130）用来调整座椅部件或车窗玻璃或活动天窗或开口的盖板或后掀盖。