CN105830320A - 电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机，包括转子(2)和定子(4)，转子具有限定多个转子磁极的磁化部分(3)，定子具有限定磁路的磁电枢(6)和多个线圈(8)。各个线圈包括呈现以被固定于磁电枢的磁性材料制成的预制件形式的线圈铁芯(14)，线圈铁芯包括限定定子磁极的齿部。齿部具有在轴向方向延伸的延展部(16a，16b)，齿部的高度H’和线圈的高度H与转子的磁化部分的高度H”相当。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及电动机领域和尤其涉及例如应用于医疗设备领域的盘式电动机。

背景技术

盘式电动机如在专利公开和专利申请US5708406、US8084913、EP1482626、US2010/0314962中描述。例如在US2009/0001824、US2002/0135243、JP2002-315295A或在JP2011-223776A中已知和描述的电动机，该电动机带有形成磁路的磁电枢，其中附接有线圈铁芯。

已知盘式电动机的转矩密度对于一些应用是不足的和/或电动机制造成本高和/或不足够可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、高性能和可靠的电动机。

有利地提供对于其尺寸而言具有大转矩密度的盘式电动机。

有利地提供具有高效率的电动机。

有利地提供制造成本低的电动机。

在本发明中，所描述的电动机包括定子和转子，转子具有限定多个转子磁极的磁化部分，定子具有限定磁路的磁电枢和多个线圈。各个线圈包括呈现以被固定于磁电枢的磁性材料制成的预制件形式的线圈铁芯。线圈铁芯包括限定定子磁极的齿部，所述齿部具有在与转子轴平行的轴向方向延伸的延展部。齿部的高度和线圈的高度与转子的磁化部分的高度相等或几乎相等。

根据本发明的第一方面，相邻线圈磁极间的距离小于线圈的最大宽度。

根据本发明的第二方面，用板材形成和切割成磁电枢和线圈铁芯，所述板材的主平面与转子转轴相垂直，齿部的延展部在主平面两侧被正交折叠而成。

根据本发明的第三方面，所述线圈铁芯的轴向厚度小于线圈的绕线部分(铜或其它导电材料部分)轴向厚度的一半。

根据本发明的第四方面，所述线圈被与线圈的磁铁芯在磁电枢的挖空部分中轴向地组装在一起，线圈的支架的侧板与挖空部分的边缘部分相配合，以将线圈在轴向方向上和径向方向(与轴向方向正交的平面中)定位在磁电枢中。

在有利的实施方式中，齿部的自由端的宽度比齿部的中央部分小。

在有利的实施方式中，磁电枢包括彼此相背对组装的两个相同板材。

在有利的实施方式中，磁路外接圆的直径相对于转子的磁化部分的高度的比率大于3。

在有利的实施方式中，磁性齿部的高度相对于磁电枢的主要部分的厚度的比率大于3。

在一种实施方式中，所述电动机具有两相并且包括两个线圈和八个定子磁极。

在一种实施方式中，所述电动机具有两相并且包括四个线圈和八个定子磁极。

在一种实施方式中，所述电动机具有三相并且包括三个线圈和九个定子磁极。

在有利的实施方式中，定子的磁极对的数量大于转子的磁极对的数量。

在有利的实施方式中，线圈铁芯和电端子被与线圈支架包覆模制。

附图说明

参照附图，通过对权利要求和/或本发明实施方式的如下详细描述的阅读，本发明的其它目的和有利方面将变得清楚，其中：

图1a为根据本发明电动机的第一实施方式的透视图(无壳体示出)；

图1b为图1a的电动机的俯视图；

图1c和1d为分别沿图1b的线Ic-Ic和线Id-Id的截面图；

图1e为所示的第一实施方式的无壳体和无转子的透视图；

图1f为图1e的一部分的详细透视图；

图2a为根据本发明的电动机的第二实施方式的透视图(无壳体示出)；

图2b为图2a电动机的俯视图；

图2c和2d为分别沿图2b的线IIc-IIc和线IId-IId的截面图；

图3a为根据本发明的电动机的第三实施方式的透视图(无壳体示出)；

图3b为图3a电动机的俯视图；

图3c和3d为分别沿图3b的线IIIc-IIIc和线IIId-IIId的截面图。

具体实施方式

参照附图，根据本发明的不同实施方式的电动机包括转子2和定子4，定子4具有线圈8和磁电枢6。所述转子包括限定多个转子磁极的磁化部分3。转子围绕限定轴向方向A的轴转动。图1a-1f示出的两相电动机包括两个线圈和八个定子磁极。图2a-2d示出的两相电动机包括四个线圈和八个(四对)定子磁极。该实施方式是特别有利的，这是因为一方面相对于具有两个线圈的定子，其提供增强的性能，以及在具有切割和折叠板材的解决方案的情况下，其提供更多用于切割磁电枢的磁极的位置。图3a-3d示出的三相电动机包括三个线圈和九个定子磁极。图1a至1d示出的指示标号还被应用于图2a至2d和3a至3d的对应特征。

转子的磁化部分可包括被耦接到磁性材料主体的轴向磁体，磁性材料主体具有形成磁极的齿部。磁性材料是指具有高导磁率的材料，如软铁、铁氧体、或用于电动机磁路或电磁转换器的其他材料。

在一种变型中，转子的磁化部分可为带有北/南交替方式的磁化圆周部分的环磁体的形式，或在上面附接有磁体(例如烧结钕铁硼NdFeB磁体)的环的形式。

定子具有的多个定子磁极12的数量可以等于或不同于转子磁极的数量。磁极可形成磁极对。在有利实施方式中，定子磁极的数量大于转子磁极的数量。例如，转子磁极对的数量可为3或5并且定子磁极的数量可为8或9。对于小尺寸的电动机，3对转子磁极比5对转子磁极给出令人意外的好结果。定子的磁电枢6可有利地具有总体上平坦的形状，平坦形状的主平面M基本垂直于转轴A定向。平坦形状的外周缘可构成围绕线圈和转子磁化部分的闭合磁路。

在有利的实施方式中，磁电枢包括具有至少一个第一部分6a和第二部分6b的多个被组装部分。第一部分和第二部分可有利地由冲压板制成。在所示实施方式中，两个部分6a、6b形状相同，被配置为相背对定向地组装，这能够减少制造工具和成本。板材外缘上互补腔体中容置的折叠舌片26允许定位和/或固定整个板材。在变型中，可使用本身已知的用于彼此定位和固定板材的其它方法，例如装订、半切割、胶合、或焊接。定子包括被围绕转子圆周地分布并且通过间隙与转子表面分隔开的齿部20。所述齿部限定定子的磁极12。一些齿部被直接耦接到线圈，而其它齿部被通过由磁电枢6形成的磁路间接耦接。

各个线圈8包括例如绝缘材料制成的线圈支架10，绝缘材料如模压或喷射成型的塑料，其中中空中央部分10a在一端的边缘是第一侧板10b并且在另一端的边缘是第二侧板10c。导线22(铜或其它导电材料)被缠绕在各侧板之间的中空中央部分上并且在其端部被连接到电端子24，例如电端子24为例如在其中一个侧板中进行包覆模制而被组装到支架上的引脚形式。线圈支架10的侧板10b、10c可有利地还用于将线圈8引导、定位和/或固定在磁电枢6上。在所示实施方式中，与其磁芯组装在一起的线圈有利地被轴向插在磁电枢6的挖空部分13中。在有利的变型中，线圈支架10、或线圈支架的一部分可在带有或不带有电连接端子的情况下被包覆模制在铁芯上。

侧板10c包括轴向定位挡块11，轴向定位挡块11将电枢压靠在组装位置上。侧板的边缘还可构成与挖空部分13的边缘部分相配合的轴向和/或径向轨道，以定位在线圈的径向平面(与轴向方向A正交的径向平面)中。因此侧板10c保证经由挡块的轴向定位，以及在一些实施方式中，还可包括锁夹或保持件。侧板10c还可有利地保证在径向方向上的定位，以便确保磁极相对于转子磁体的良好角度位置。这些功能的整体还保证尤其针对振动和撞击的最佳机械耐受性。

定子磁路另外包括以磁性材料预制件形式的线圈铁芯14，线圈铁芯14被插在各个线圈的中央、尤其被插在线圈支架的中空中央部分中。线圈铁芯14包括固定部分14a、中央部分14b、和磁极部分，磁极部分构成形成定子磁极的齿部20。固定部分14a被配置为例如通过焊接、铆接、嵌入、或其它机械方式被锚固到电枢6，从而建立与电枢的磁性连接和机械固定。线圈铁芯作为预制件的设置允许有利地在将线圈组装在电枢6中之前将线圈铁芯插在线圈10中。与将线圈缠绕到用磁电枢整体形成的铁芯上的配置相比，这允许具有较大尺寸(周长/直径/高度/宽度)的线圈。可通过用于制造电枢的相同材料和通过相同制造方法、例如通过板材冲压，来形成线圈铁芯14。在该最后一个例子中，可甚至用形成电枢的板材件形成和切割成铁芯，这允许减少材料浪费和加工成本。

然而，在变型中，可用与用于磁电枢不同的材料或通过不同制造方法来形成线圈铁芯。

在所示实施方式中，可有利地与磁电枢6的冲压板材一体地和整体地形成齿部20。

各个齿部包括在中央平面两侧的轴向方向上延伸的轴向延展部16a、16b，中央平面限定电枢的两部分6a、6b之间的界面。在用冲击板材制造电枢的情况下，在一侧突出的延展部16a被折叠并且从电枢的部分之一6a轴向地延伸，在另一侧突出的延展部16b被折叠并且从电枢的另一部分6b轴向地延伸。这允许有利地得到结构紧凑、高性能并且同时制造成本低的电动机。

各个齿部20的自由端18可具有例如斜面的小截面形状，这允许有利地具有与线圈的高度H相同或近似的齿部高度H′，同时在转子区域中的板材部分上冲压齿部。齿部的高度H’大于磁电枢的主要部分的厚度E并且基本上对应于线圈的高度H以及转子的磁极的高度。在有利的实施方式中，齿部高度H′相对于磁电枢的主要部分的厚度E的比率大于3：H’/E＞3。

线圈与转子的磁化部分允许的高度H”相同，通过使定子齿部的轴向高度与转子的磁化部分的高度相同，能够优化定子和转子之间的磁耦合。根据本发明的一个方面，导线填充的线圈的截面的轴向高度C1加上C2大于线圈铁芯的轴向厚度E的两倍：C1+C2＞2*E。该配置允许在(轴向方向A上)小高度电动机的情况下得到大电动机转矩密度。

在有利的实施方式中，磁路外接圆的直径D相对于磁化部分的高度H″的比率大于3：D/H”＞3。在一些变型中，由于除转矩生成之外的其它原因，例如传感器功能，可能需要延长转子磁体的轴向长度，并且在该情况下，比值D/H和/或D/H’可能大于3。

根据本发明的一个方面，绕线线圈的宽度L(在与间隙相切的方向)大于两个相邻磁极之间的距离P。因此磁极被附接并且导线体积(“铜”的体积)被最大化。

附图标号列表

电动机

转子2

磁极

磁体3

轴5

定子4

磁极12

磁电枢6

第一部分6a

第二部分6b

舌片26

齿部20

轴向延展部16a，16b

自由端18

挖空部分13

(附接的)线圈铁芯14

固定部分14a

中央部分14b

磁极部分→齿部20

线圈8

线圈支架10

中空中央部分10a

第一侧板10b

第二侧板10c

轴向定位挡板11

锁夹13

导线22

电端子24

轴向方向A

线圈的轴向高度H

转子的磁化部分的轴向高度H”

铜线轴向高度C1，C2

齿部轴向高度H’

线圈宽度L

磁极间距离P

线圈的磁铁芯的轴向厚度E

定子的磁路的外接圆直径D

Claims (14)

1.一种电动机，包括转子(2)和定子(4)，转子(2)具有限定多个转子磁极的磁化部分(3)，定子(4)具有限定磁路的磁电枢(6)和多个线圈(8)，各个线圈包括呈现以被固定于磁电枢的磁性材料制成的预制件形式的线圈铁芯(14)，线圈铁芯包括限定定子磁极的齿部(20)，齿部具有在轴向方向延伸的延展部(16a，16b)，齿部的高度(H’)和线圈的高度(H)与转子的磁化部分的高度(H”)相当，其特征在于，所述磁电枢以及线圈铁芯由板材形成和切割而成，板材的主平面(M)与转子转轴(A)垂直，齿部的延展部在主平面(M)的两侧被正交地折叠而成。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述齿部的自由端的宽度比齿部的中央部分小。

3.根据前两个权利要求其中一项所述的电动机，其特征在于，所述磁电枢包括被彼此背对组装的两个相同板材。

4.一种电动机，包括转子(2)和定子(4)，转子(2)具有限定多个转子磁极的磁化部分(3)，定子(4)具有限定磁路的磁电枢(6)和多个线圈(8)，各个线圈包括被缠绕于线圈支架(10)上的导线(22)和线圈铁芯(14)，线圈铁芯呈现以被固定于磁电枢的磁性材料制成的预制件形式并且包括限定定子磁极的齿部(20)，齿部具有在轴向方向延伸的延展部(16a，16b)，齿部的高度(H’)和线圈的高度(H)与转子的磁化部分的高度(H”)相当，其特征在于，所述线圈铁芯的轴向厚度(E)小于线圈的导线的绕线部分的轴向厚度(C1+C2)的一半。

5.一种电动机，包括转子(2)和定子(4)，转子(2)具有限定多个转子磁极的磁化部分(3)，定子(4)具有限定磁路的磁电枢(6)和多个线圈(8)，各个线圈包括带有中空中央部分(10a)的线圈支架(10)以及线圈铁芯(14)，中空中央部分(10a)在一端以第一侧板(10b)为边缘和在另一端以第二侧板(10c)为边缘，线圈铁芯(14)呈现以被固定于磁电枢的磁性材料制成的预制件形式，所述线圈铁芯包括限定定子磁极的齿部，所述齿部具有在轴向方向延伸的延展部(16a，16b)，齿部的高度(H’)和线圈的高度(H)与转子的磁化部分的高度(H”)相当，其特征在于，线圈被与线圈的磁铁芯在磁电枢的挖空部分(13)中轴向地组装在一起，所述侧板(10b，10c)与挖空部分(13)的边缘部分相配合，以将线圈在轴向方向上和与轴向方向正交的平面中定位在磁电枢中。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述磁路的外接圆的直径(D)与磁化部分的高度(H”)的比率大于3∶D/H”＞3。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述齿部的高度H’与磁电枢的主要部分的厚度E的比率大于3∶H’/E＞3。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述电动机具有两相并且包括两个线圈和八个定子磁极。

9.根据权利要求1至7中一项所述的电动机，其特征在于，所述电动机具有两相并且包括四个线圈和八个定子磁极。

10.根据权利要求1至7中一项所述的电动机，其特征在于，所述电动机具有三相并且包括三个线圈和九个定子磁极。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的电动机，其特征在于，所述定子的磁极的数量大于转子的磁极的数量。

12.根据权利要求11所述的电动机，其特征在于，所述转子的磁极对的数量为三个。

13.根据前述权利要求之一所述的电动机，其特征在于，相邻线圈的磁极之间的距离(P)小于线圈的最大宽度(L)。

14.根据前述权利要求之一所述的电动机，其特征在于，所述线圈铁芯(14)和电端子(24)被与线圈支架(10)一起包覆模制。