CN109889007A - 直流电动马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流电动马达。该直流电动马达设置有第一基础元件和第二基础元件，第一基础元件由导磁材料制成、具有平盘形状或平盘扇形状并且在其弯曲的外圆周携带单个单极取向的磁体系统，第二基础元件由非导磁材料制成、具有平盘形状或平盘扇形状，与第一基础元件轴向间隔开的第二基础元件携带至少一个线圈，所述至少一个线圈带有用于连接至直流电流源的引线，而第一基础元件和第二基础元件能够相互移动且所述线圈位于一个由导磁材料制成的芯上并且沿着所述磁体系统在径向上相互间隔开布置，使得气隙中的磁通相对于马达旋转轴线径向地取向，其中马达旋转轴线垂直于第一基础元件和第二基础元件并穿过第一基础元件的曲率中心。

Description

直流电动马达

本申请是申请日为2012年5月11日、申请号为201280023549.1、名称为“直流电动马达”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及直流电动马达。

背景技术

现有的直流马达(即，由直流电流供电的电动马达)基于被置于由交替取向的磁极感生的磁场内的导体中的电流换向来运行：依赖于磁通量的极性以及导体运动的方向的所述电流换向借助于换向器来进行，换向器是一种提供线圈之间切换的机械设备。电流借助于碳刷被供应给所述换向器。直流马达的速度大致依赖于流经马达的绕组的电压和电流，并且受到负载(即，受到制动扭矩)的影响。通过改变供应电压和/或通过当磁体由凸极上的绕组提供时的激励，直流马达的速度可以被容易地控制。必须应用换向器是已知直流机器构造的巨大缺点。由于其构造和巨大的机械应力，它需要定期维护，甚至常常需要更换刷子。刷子与换向器表面之间的火花导致了能量损失和电磁干扰。电力电子器件的开发和进步已经使经典直流机器逐渐被带有旋转磁场的电子激励的机器替代。通过机械换向器或通过电子装置的电流换向也表现出高的人力，并分别表现出高的材料和劳力成本。由永磁体制成的磁极简化了制造过程，但不适于所有应用，并且往往需要齿轮箱。

本发明的一个目的是创造一种简单的机器，其特征是旋转方向和速度的简单调节、低的惯性动量并且同时提供安装在相对小的区域内的能力。

本发明的又一个目的是创造一种机器，其特征是高的长期运行可靠性而不需要服务期间的维护。

发明内容

前述问题被根据本发明设计的直流电动马达解决，所述马达设置有第一基础元件，所述第一基础元件由导磁(magnetic conductive)材料制成并且携带单极取向磁体的系统，所述马达还设置有第二基础元件，所述第二基础元件由非导磁(magnetic non-conductive)材料制成并且携带至少一个线圈，所述至少一个线圈带有用于连接至直流电流源的引线。所述线圈位于一个由导磁材料制成的芯上并且沿着所述磁体的系统相互间隔开布置。所述第一基础部分和所述第二基础部分能够相互移动，这意味着所述第一基础元件相对于所述第二基础元件移动，或所述第二基础元件相对于所述第一基础元件移动，或每个基础元件都可以相对于另一个基础元件移动。在一个优选应用中，所述磁体由永磁体制成。在所述马达的第一优选实施方案中，所述第一基础元件充当定子，并且位于一个转动座(swivelling seat)中的所述第二部分携带一个芯，所述芯支撑至少一个线圈。在所述马达的第二优选实施方案中，定子包括所述第一基础元件和所述芯，而转子包括所述第二基础元件，所述第二基础元件被置于一个转动座中并且携带至少一个线圈，所述线圈在所述芯周围间隔开布置。

根据本发明的所述直流电动马达的特征是一种简单的构造，其排除了任何种类的电流换向，从而转子和定子沿着整个有效工作路径的相互位置不需要传感器识别来满足用于马达运行的物理条件。由于磁回路由固态材料制成，所以不必像标准直流机器那样使用层叠构造。

所述马达的设计提供了一种在经济上非常有优势的实施方案，不仅生产成本有优势，而且由于排除了运行期间的维护而使运行成本最小化，并且因排除了快速磨损的部分而使马达服务寿命非常长。根据本发明的马达表现出对环境(尤其是灰尘和潮湿)非常坚固的装备耐久性。根据本发明的另一个特定特征，所述马达的速度和动量可以无需原本必要的齿轮箱就被适配到驱动装备。

附图说明

本发明还通过呈现在附图中的实施例来例示，其中

图1示意性地例示了马达部分的布置和它们的功能，

图2以轴向横截面视图示出了一个实施方案，其中第一基础元件作为定子并且第二基础元件起到转子的作用，以及

图3描绘了根据图2的实施方案的一个变体，其中第二基础元件被布置为用于沿着圆形路径的反向运动。

具体实施方式

参看图2和图3，所述电动马达原则上由两个部分1、2组成。第一基础元件1由导磁材料制成，携带单极取向的永磁体3的系统。第二基础元件2由非导磁材料制成，携带至少一个线圈4，所述至少一个线圈4带有用于连接直流电源的引线。线圈4被置于芯5上，芯5由导磁材料制成。所述芯在径向上与永磁体3间隔开。芯5与永磁体3之间的间隔提供了所述马达的磁场的气隙6。

理论上，充当转子的第二基础元件2可以相对于表现为定子的第一基础元件1移动，或者这两个部分1、2可以具有相反的功能，即，第一部分1作为转子运行并且第二基础元件2是转子。也可行的是，这两个部分1、2都可以相对于另一个移动。图1为了简化只示出了第一基础元件1。

下面对所述马达的功能的解释假定第一基础元件是静止的，充当定子，并且第二基础元件充当转子。

根据图1的布置中的马达以如下方式运行：正向力(forward force)7源自气隙内的磁通密度的向量与线圈4导体中的电流的向量的向量积，反向力(backward force)8源自沿着芯5圆周的磁通密度的向量与线圈4导体中的电流的向量的向量积，正向力7显著大于反向力8，反向力8的作用方向与正向力7的作用方向相反。正向力7与反向力8之间的区别缘于永磁体3闭合的磁路的磁阻的非线性空间分布，从而离开在线圈4的电流向量9作用区域内的导磁芯5材料的磁通密度显著小于气隙6的磁通密度。这两个力7、8之间的差异提供了马达牵引力。沿着其工作路径的整个长度，所讨论的马达利用单极磁场。

上面讨论的布置的第一实用实施例是以简化形式在图2中呈现的实施方案。通过这个实施方案，机器转子沿着圆形路径旋转。

如图2所示，该马达设置有法兰10，用于附接至设立该马达的装备的构造，例如借助于螺栓11。轴12的一端附接在法兰10中，轴12携带第一基础元件1。如上所述，所述第一基础元件1由固态导磁材料制成。盘形的第一基础元件1在其圆周侧设置了单极取向的永磁体3的系统。在与法兰10的位置相反的一侧，在轴12的肩部上的轴承13中，放置有由非导磁材料制成的第二基础元件2。第二基础元件2具有平盘形状，携带悬垂附接的芯5。芯5由导磁材料制成并且具有四边形横截面的环的形状，与永磁体3间隔开布置。在芯5上放置有绕组线圈4，绕组线圈4连接至提供直流电流输入的集电环。为了简化绘图，未示出如此已知的集电环。线圈4(通常是三个或四个)沿着环形芯5的圆周规则地部署，并且芯4相对于所述永磁体径向布置。根据供应电压和所要求的电流，线圈可以被串联连接或并联连接。在所有线圈4中维持电流向量9的方向相同是重要的。

作为对上述构造的一个替代实施方案，芯5可以由布置在轴12处的一对第二基础元件2携带，其中第一基础元件1位于中间。这个设计提供了在机械上比芯5的悬垂座更好的布置，但在待设立所述马达的装备内要求更多空间。相似地，它适用于轴12的座。轴12也可以被支撑在两侧。

永磁体3和线圈4可以在轴向方向上也间隔开布置。

该基础布置的第二实用实施例是以简化形式在图3中呈现的实施方案。通过这个实施方案，机器转子执行反向运动，即，该运动沿着有限的路径，尤其是正向运动到设定位置并且反向运动回到原始位置。这个发明实施方案的原则布置与图2中的相同。该马达设置有法兰10，用于附接至应用的装备。法兰10支撑轴12的一端，在轴12上固定有第一基础元件1。第一基础元件1由固态材料制成并且具有平盘扇(flat disc sector)形状，在其前侧携带单极取向的永磁体3的系统。该扇的中心角依赖于所要求的转子运动范围，但总是小于180°。也通过这个发明实施方案，第一基础元件1充当定子。在与法兰10的位置相反的一侧，在轴12的肩部上的轴承13中，放置有由非导磁材料制成的第二基础元件2。第二基础元件2具有平盘扇形状，携带悬垂附接的线圈4中，或者可以有多于一个的线圈4的情况。这里，该扇的中心角分别对应于这一个线圈4或这一组线圈4的尺度。一个线圈4或多个线圈4松散地围绕芯5，以这种方式它可以沿着芯5自由移动。芯5具有环的形状，沿着永磁体3的表面间隔开地不断延伸，因此允许了线圈4沿着永磁体3的外表面移动。芯5在其两个最远侧都与第一基础元件1机械地连接，从而与根据图1的第一实施方案相当不同，芯5是定子2的一部分。第二基础元件2充当转子，将马达电力传递到所驱动的装备。

替代地，根据图3的实施方案可以被设计为线性马达。第一基础元件1和芯应充当定子，并且带有线圈4的第二基础元件2应具有转子的作用。根据本发明的线性马达也可以被设计成转子沿着具有预先选择的曲线形状的路径移动，即，沿着不仅仅是直的路径移动。

对于本领域的专家显然的是，在上面讨论的所有实施方案中，这两个基础元件1、2的功能都可以相互交换。

尽管在所有上述实施方案中仅讨论了永磁体，但也显然的是，替代永磁体3，当使用被供应了直流电流的绕组磁体时也可以获得相同的结果。不过，应用永磁体3是有利的，这是因为它们要求显著更少的空间。这两种类型的磁体之一的应用依赖于给定的关于针对待设立的马达所要求的输出和可用空间的运行参数。

提供与标准直流马达相同的用于速度控制的条件，根据本发明的马达的特征是非常简单的构造并且不需要运行期间的维护。

Claims (5)

1.一种直流电动马达，该直流电动马达设置有第一基础元件(1)，所述第一基础元件(1)由导磁材料制成、具有平盘形状或平盘扇形状并且在其弯曲的外圆周携带单个单极取向的磁体系统(3)，该直流电动马达还设置有第二基础元件(2)，所述第二基础元件(2)由非导磁材料制成、具有平盘形状或平盘扇形状，与所述第一基础元件(1)轴向间隔开的所述第二基础元件(2)携带至少一个线圈(4)，所述至少一个线圈(4)带有用于连接至直流电流源的引线，而所述第一基础元件(1)和所述第二基础元件(2)能够相互移动且所述线圈(4)位于一个由导磁材料制成的芯(5)上并且沿着所述磁体系统(3)在径向上相互间隔开布置，使得气隙中的磁通相对于马达旋转轴线径向地取向，其中所述马达旋转轴线垂直于所述第一基础元件(1)和所述第二基础元件(2)并穿过所述第一基础元件(1)的曲率中心。

2.根据权利要求1所述的直流电动马达，其特征在于，所述磁体是永磁体(3)。

3.根据权利要求1或2所述的直流电动马达，其特征在于，所述第一基础元件(1)充当定子并且一个转动座中的所述第二基础元件(2)携带一个芯(5)，所述芯(5)支撑至少一个线圈(4)。

4.根据权利要求1或2所述的直流电动马达，其特征在于，马达定子包括所述第二基础元件(2)和所述芯(5)，所述线圈(4)围绕所述芯(5)布置，而马达转子包括所述第一基础元件(1)。

5.根据权利要求1或2所述的直流电动马达，其特征在于，马达转子包括具有磁体的所述第一基础元件(1)，马达定子包括所述第二基础元件(2)、所述芯(5)和所述线圈(4)，所述线圈(4)围绕所述芯(5)布置。