CN109951051B - 包括电机和传动布置的电动机器和包括其的电动动力工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括电机和传动布置的电动机器和包括其的电动动力工具，其包括：电动马达、作业元件和传动布置，所述传动布置在功能上位于马达和作业元件之间。电动马达具有带有电绕组的定子和其上安装有永磁体的转子。传动布置是磁性传动布置，其利用磁场将旋转运动和扭矩从马达传递到作业元件，磁性传动布置具有可相对于彼此旋转的三个主要部件，其中具有第一数量磁极对的第一部件产生第一磁场，具有第二数量极对的第二部件产生第二磁场的，第三部件具有第三数量的铁磁极片。马达的转子沿轴向方向延伸超过马达的定子。磁极对设置在转子的延伸部分上，以使转子的延伸部分与磁极对一起形成磁性传动布置的第一旋转部件。

Description

包括电机和传动布置的电动机器和包括其的电动动力工具
技术领域
本发明涉及一种电动机器，其包括：电动马达、在电动马达启动时实现作业运动的作业元件、以及至少一个传动布置，所述传动布置在功能上位于电动马达和作业元件之间，用于将旋转运动和扭矩从马达传递到作业元件，以实现作业运动。电动马达具有带有电绕组的定子和其上安装有永磁体的转子。本发明还涉及一种具有这种电动机器的手持和/或手导电动动力工具。
背景技术
动力工具例如可以是钻头、研磨机(直磨机或角磨机)、砂光机、抛光机、上光机、搅拌机、螺丝刀等。因此，作业元件可以实施为钻夹头、研磨机的承载元件、或砂光机或抛光机的背衬垫。作业元件被实施为接收和保持工具附件，用于执行动力工具适于执行的期望作业。例如，钻夹头可以被实施为接收和保持各种尺寸的钻头。承载元件可以被实施为接收和保持砂轮。背衬垫可以被实施为接收和保持砂磨元件(例如砂纸、砂磨织物等)或抛光垫(例如泡沫垫、羊毛垫或微纤维垫)。
由作业元件和附接到其的工具附件执行的作业运动优选地是旋转类型。具体地，它可以是纯粹的旋转运动、传动装置驱动的旋转-轨道运动或随机轨道运动。此外，作业运动也可以是(非旋转的)纯粹的轨道运动。通过纯粹的旋转运动，作业元件围绕第一旋转轴线旋转，该第一旋转轴线与穿过作业元件平衡点的作业元件的中心轴线一致。通过旋转-轨道和随机轨道运动，作业元件围绕第一旋转轴线执行第一旋转运动，第一旋转轴线与作业元件的第二旋转轴线间隔开，该第二旋转轴线对应于穿过作业元件平衡点的中心轴线。除了第一旋转运动之外，作业元件还可围绕第二旋转轴线旋转。通过旋转-轨道运动，基于第一旋转运动，由传动机构迫使进行第二旋转运动。例如，对于围绕第一旋转轴线旋转360°(一次旋转)的第一旋转运动，作业元件可以围绕第二旋转轴线执行大约30至120转的多个传动装置驱动的第二旋转运动。通过随机轨道运动，作业元件可围绕第二旋转轴线自由旋转，而不依赖于其围绕第一旋转轴线的旋转。
例如，钻夹头和研磨机执行纯粹的旋转运动。砂光机和抛光机可以执行纯粹的旋转运动、旋转-轨道运动或随机轨道运动。电动驱动的随机轨道抛光机的一个示例是Vermezzo(IT)的RUPES S.p.A.生产和销售的
Figure BDA0001916316740000021
抛光机LHR 21ES。
在本领域已知的电动动力工具中，通常使用机械传动布置。传动布置可以将输入轴(例如马达轴)的第一旋转速度减小到输出轴(例如作业元件的旋转轴)的第二旋转速度，第二速度小于第一速度，从而在输出轴处产生更大的扭矩。此外，在已知的动力工具中使用锥传动布置，以便将转速和扭矩从输入轴转换到输出轴，其中两个轴的旋转轴线相对于彼此以角度α延伸，其中，角度可以是180°>α≥90°，以实现角动力工具。最后，如上所述，机械传动装置用于已知的旋转-轨道动力工具中，用于迫使作业元件实现旋转-轨道旋转运动。
此外，从完全不同的技术领域，已知使用磁性传动布置用于在电动机器(马达或发电机)和负载之间传递旋转运动和扭矩(例如参见US3，378，710)。这种磁性传动布置用于非常大的用具(诸如输送带、船舶推进器、发电动机器、风力涡轮机、大型泵等)中或用于航空航天应用、药物或食品制造和具有高卫生标准的其他环境的技术领域中。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种高度集成的电动机器来改进已知的手导和/或手持电动动力工具，该电动机器包括电动马达和适用于这种电动动力工具的磁性传动布置。
为了找到该问题的解决方案，提出一种包括以下特征的电动动力工具。具体地，提出所述至少一个传动布置被实施为磁性传动布置，其利用磁场将旋转运动和扭矩从马达传递到作业元件而没有机械接触。磁性传动布置具有三个主要部件，所有这三个主要部件可以围绕旋转轴线相对于彼此旋转。这三个部件包括产生第一磁场的具有第一数量磁极对的第一部件、产生第二磁场的具有第二数量极对的第二部件、以及具有第三数量铁磁极片的第三部件。第三部件用作第一部件和第二部件之间的磁路的无源部分。马达的转子沿轴向方向延伸超过马达的定子，其中第一数量的磁极对设置在转子的延伸部分上，以使转子的延伸部分与第一数量的磁极对形成磁传动布置的第一旋转部件。
本发明提供一种高度集成的电动机器，其包括电动马达和磁性传动布置。电动马达可以是外驱式或内驱式类型。磁性传动布置优选地是同轴传动布置，其中输入轴和输出轴围绕共同的旋转轴线旋转。当然，输入轴和输出轴的旋转轴线也可以彼此平行地延伸。根据本发明，电动马达的转子形成或构成磁性传动布置的旋转的第一部件的一部分。通过这样做，在根据本发明的电动机器中可以省略旋转的第一部件。或者换句话说，磁性传动布置的具有第一数量的磁极对的旋转的第一部件形成或构成电动马达的转子的一部分。通过这样做，在根据本发明的电动机器中可以省略电动马达的转子。因此，电动机器是高度集成的、紧凑的且重量轻的。
根据本发明的动力工具具有的优点是，通过磁性传动布置的动力传递在没有接触的情况下实现，从而避免了由机械传动布置的研磨部件产生的噪音。
根据本发明的动力工具使用强大永磁体的磁场来在马达和作业元件之间传递扭矩。磁性传动布置没有磨损件，因此不需要油或脂润滑，导致高的可靠性，且需要很少的维护或不需要维护。此外，与机械传动布置不同，磁性传动布置随着时间的推移保持其原始性能和效率，因为它们不易受机械磨损。它也比机械传动布置更有效，因为没有接触部件的摩擦。此外，磁性传动布置还在施加过大扭矩时通过无损害地滑动来防止过载，并且在移除过量扭矩时自动且安全地重新接合。这防止动力工具的马达的损坏，并且在使用者对工具施加过大的力的情况下，保护工具的使用者免于由于工具脱落而导致的事故和伤害。
发明人已经将作为噪声发射、重量、尺寸和维护要求的主要来源的已知的手导和/或手持电动动力工具的机械传动布置个性化。到目前为止，本领域中已知的所有手导和/或手持电动动力工具使用具有齿轮啮合齿的机械传动布置，以便将来自旋转电动机轴的旋转运动和扭矩传递到作业元件的旋转作业运动中。这些机械传动布置具有的缺点是：机械磨损、噪音发射、需要润滑和冷却、相对大的尺寸和相对高的重量。所有这些缺点都可以通过根据本发明的电动动力工具来克服。通过在动力工具中仅使用磁性传动布置，已经实现了手导和/或手持动力工具的设计的巨大飞跃。根据本发明的动力工具在耐用性、低维护和噪音降低方面提供了显著的优点。当然，当动力工具内的仅一个传动布置被实现为磁性传动布置时也适用这些优点。
根据本发明的第一优选实施例，电动马达是外驱式的，其具有带有电绕组的内部定子和带有安装在其上的永磁体的外转子。在具有外驱式电动马达的电动机器中，由转子的延伸部分与第一数量的磁极对一起形成的磁性传动布置的第一旋转部件位于具有第二数量的磁极对的第二内部部件的径向外侧。具有第三数量的铁磁极片的第三中间部件位于第一外部部件和第二内部部件之间。
优选地，具有第三数量的铁磁极片的第三中间部件保持静止，并且具有第二数量的磁极对的第二内部部件可围绕旋转轴线旋转。在这种情况下，有利地，第二旋转内部部件以抗扭矩的方式连接到动力工具的工具轴或中间轴。工具轴可以直接或间接地(例如，通过用于实现传动装置驱动(或旋转-轨道)作业运动的内摆线传动布置或通过用于实现随机-轨道作业运动的偏心元件)连接到在作业元件。中间轴可以直接或间接地(例如通过锥传动布置)连接到工具轴。
备选地，具有第二数量磁极对的第二内部部件保持静止，而具有第三数量的铁磁极片的第三中间部件可围绕旋转轴线旋转。在这种情况下，有利地，第三旋转中间部件以抗扭矩的方式连接到动力工具的工具轴或中间轴。同样，工具轴可以直接或间接地(例如通过用于实现传动装置驱动的(或旋转-轨道)作业运动的内摆线传动布置或通过用于实现随机-轨道作业运动的偏心元件)连接到作业元件。中间轴可以直接或间接地(例如通过锥传动布置)连接到工具轴。
根据本发明的第一优选实施例，电动机是内转式类型的，具有带有电绕组的外定子和带有安装在其上的永磁体的内转子。在具有内转式类型的电动马达的电动机器中，由转子的延伸部分与第一数量的磁极对一起形成的磁性传动布置的第一旋转部件位于具有第二数量磁极对的第二外部部件的径向内侧。具有第三数量的铁磁极片的第三中间部件位于第一旋转内部部件和第二外部部件之间。
优选地，具有第二数量磁极对的第二外部部件保持静止，而具有第三数量的铁磁极片的第三中间部件可围绕旋转轴线旋转。在这种情况下，有利地，第三旋转中间部件以抗扭矩的方式连接到动力工具的工具轴或中间轴。工具轴同样直接或间接地连接到作业元件，而中间轴直接或间接地连接到工具轴。
此外，马达的定子可以沿轴向方向延伸，以便围绕由转子的延伸部分与第一数量的磁极对一起形成的磁性传动布置的第一旋转部件，并且其中第二数量磁极对安装在定子的延伸部分上。由非磁性和非传导的支撑结构保持的铁磁极片位于第一数量的磁极对和第二数量的磁极对之间，即位于转子的延伸部分和定子的延伸部分之间。用于极片的支撑结构以抗扭矩的方式连接到工具轴或连接到直接或间接连接到工具轴的任何中间轴。这提供了电动马达与磁性传动布置的部件的进一步集成。
优选地，第一旋转部件的第一数量的磁极对的永磁体与安装到电动马达的转子的永磁体相同。因此，这些永磁体具有双重功能。
最后，提出铁磁极片(50)的数量(n_pp)为n_pp＝(n_输出-n_输入)或n_pp＝(n_输出+n_输入)，其中n_输出是第二部件54的磁极对58的第二数量，n_输入是第一元件52的磁极对56的第一数量。
附图说明
通过参考附图的以下详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。这些附图示出：
图1是根据本发明的手持和手导电动动力工具；
图2是用于解释说明其基本功能的磁性传动布置的示意性剖视图；
图3是图2所示磁性传动布置的示意性纵向剖视图；
图4是磁性传动布置的另一实施例；
图5是图1所示动力工具的示意性纵向剖视图；
图6是根据本发明的用于电动动力工具的电动机器的示意性纵向剖视图；
图7是根据本发明的用于电动动力工具的另一种电动机器的示意性纵向剖视图；
图8是根据本发明的用于电动动力工具的又一种电动机器的示意性纵向剖视图；
图9是现有技术中已知的用于电动动力工具的电动马达的示意性纵向剖视图；以及
图10是根据本发明的用于电动动力工具的另一种电动机器的示意性纵向剖视图。
具体实施方式
图1以立体图示出根据本发明的手持和手导电动动力工具1的示例。图5示出图1动力工具1的示意性纵向剖视图。动力工具1被实施为随机轨道抛光机器(或抛光机)。抛光机1具有壳体2，壳体2基本上由塑料材料制成。壳体2在其后端处设置有手柄3，并且在其前端设置有把手4，以在工具1的预期使用期间允许工具1的使用者握住工具1并在壳体2的前端的顶部上施加一定量的压力。在手柄3的底侧处设置有开关6，用于启动和停用电动动力工具1。开关6可以通过按钮7保持在其接通位置。动力工具1可设有调节装置(例如转轮)，用于调节位于壳体2内的工具电动马达15(参见图5)的旋转速度。调节装置在附图中未示出。壳体2可以设置有通气开口8，用于允许热量从壳体2的内部散出。热量可以由位于壳体2内部的电子部件(例如ECU，马达15等)产生。在壳体2的后侧处设置有电源线5，电源线5在其远端具有插头(未示出)，其用于将动力工具1连接到主电源。当然，动力工具1也可以利用来自至少部分地位于壳体2内的电池的电力运行，该电池可以是可充电的或可更换的。
动力工具1具有可围绕旋转轴线10旋转的盘状作业元件9(或背衬垫)。具体地，图1中所示的工具1的作业元件9执行随机轨道或旋转-轨道(传动装置驱动)运动11。通过随机轨道运动11，作业元件9围绕对应于旋转轴线10的第一旋转轴线执行第一旋转运动。限定与第一旋转轴线10间隔开并平行于第一旋转轴线10延伸的第二轴线16(参见图5)，作业元件9可独立于作业元件9围绕第一旋转轴线10的旋转而围绕第二轴线16自由地旋转。第二轴线16穿过作业元件9的平衡点延伸。随机轨道运动11借助于以抗扭矩方式附接到工具轴18的偏心元件17实现，作业元件9的旋转轴19被保持在偏心元件17中并且被引导为可围绕轴线16自由地旋转。
通过旋转-轨道运动，基于围绕第一轴线10的旋转，由传动机构(未示出)驱动作业元件9围绕第二轴线16的旋转。例如，对于围绕第一旋转轴线10的360°的旋转(一次旋转)，可以迫使作业元件9围绕第二旋转轴线16执行多个传动装置驱动的旋转(大约30至120转)。
作业元件9的底表面设置有用于可释放地附接工具附件12的装置，所述工具附件12用于执行动力工具1适于执行的期望作业。例如，在工具1是抛光机的情况下，工具附件12可以是抛光材料，包括但不限于：泡沫或海绵垫、微纤维垫、以及真的或合成的羔羊毛垫。在图1中，工具附件12被实施为海绵或泡沫垫。用于将工具附件12附接到作业元件9的底表面的附接装置可包括在作业元件9的底表面上的第一层钩环紧固件(或
Figure BDA0001916316740000071
)，其中工具附件12的顶表面设置有相应的第二层钩环紧固件。两层钩环紧固件彼此相互作用，以便可释放地但安全地将工具附件12固定到作业元件9的底表面。当然，对于其他类型的动力工具1而言，作业元件9和工具附件12可以不同的方式实施并连接到彼此。根据本发明的动力工具1可以是任何类型的动力工具，其设置有执行某种作业运动(纯粹的旋转运动、旋转-轨道(传动装置驱动)运动、随机轨道运动或纯粹的轨道运动)的作业元件9。
作业元件9由半刚性材料制成，优选地由塑料材料制成，其一方面足够刚性以在动力工具1的预期使用期间承载和支撑工具附件12并且在向下的并且基本上平行于作业元件的旋转轴线10的方向上将力施加到作业元件9和工具附件12，另一方面足够柔韧以避免作业元件9或工具附件12对待作业的表面的损坏或刮擦。
根据本发明的动力工具1包括至少一个磁性传动布置，该磁性传动布置在功能上位于气动马达15和作业元件9之间，用于将旋转和扭矩从马达轴22传递到作业元件9的相应旋转中，从而可以减少转数并增强扭矩。在图5中所示的实施例中，提供了两个磁性传动布置，一个是同轴磁性传动布置20，而另一个是磁性锥传动布置21。
同轴传动布置20适于将马达轴22的旋转运动和扭矩从马达15传递到中间轴23，从而优选地减小中间轴23相对于马达轴22的旋转速度并且增强扭矩。马达轴22形成输入轴，而中间轴23形成同轴传动布置20的输出轴。
由于动力工具1是角形的，所以设置锥传动布置21，其中马达轴22相对于工具轴18以一定角度(优选地在90°和小于180°之间)延伸。在所示出的实施例中，角度恰好是90°。磁性锥传动布置21还可以适于减小或增强工具轴18相对于中间轴23的旋转速度。在这种情况下，同轴传动布置20也可以省略。中间轴23形成输入轴，而工具轴18形成锥传动布置21的输出轴。
传统的同轴磁性传动布置20的设计将在下面参考图2至图4进一步详细说明。根据本发明，磁性传动布置20至少部分地集成在电动马达15中，优选地位于电动马达15的壳体内。备选地，电动马达15的至少一部分可以形成同轴磁性传动布置20的一部分。
通常情况下，磁性传动布置20，21利用磁场在没有机械接触的情况下将旋转运动和扭矩从马达15传递到作业元件9，以便实现作业元件9的期望的作业运动11。磁性传动布置20，21使用永磁体在相应的输入轴和输出轴之间传递扭矩。可在满负荷下以99％或更高的效率实现与机械传动装置相当的扭矩密度，并且在部分负荷条件下可以实现比机械传动装置更高的效率。由于运动部件之间没有接触，因此没有磨损，也不需要润滑。与机械传动布置不同，磁性传动布置20，21随着时间的推移具有恒定的高性能。基于以下事实，它们还提供噪音降低并且具有进一步的优点：传动布置20，21的驱动部件和从动部件彼此不直接接触，因此在动力工具1的预期使用期间，由旋转作业元件9引起的任何振动都会衰减，并且不通过手柄3和把手4传递到壳体2，从而提供动力工具1的均匀和平稳的操作以及非常舒适的使用。磁性传动布置20，21还在施加过大扭矩时通过无损害地滑动来防止过载，并且在移除过量扭矩时自动且安全地重新接合。
同轴磁性传动布置20的优选实施例在图2和图3中示出。传动布置20使用一系列铁磁(例如钢)段或极片50来调节由具有不同数量永磁体56，58(每个极对包括两个相反极性的磁体)的两个旋转永磁体部件52，54所产生的磁场。磁体56，58位于彼此相邻的部件52，54上，所述磁体56，58在圆周方向上具有交替的极性。极片50优选地由非磁性和非传导结构51支撑。内部部件52优选地以抗扭矩的方式连接到快速旋转输入轴或马达轴22。外部部件54优选地以抗扭矩的方式连接到输出轴或中间轴23。极片50和支撑结构51是静止的(参见图3)。在这种布置中，外部部件52和内部部件54的磁体阵列以不同的速度旋转，其中传动比由每个阵列中的磁极对56，58的比率来确定。在图2的实施例中，传动布置20的传动比分别为10：4或5：2。在图2的实施例中，传动布置20的传动比分别为10：4或5：2(i＝n_输出/n_输入＝10/4)，n_输出是第二部件54上的磁极对58的数量，n_输入是第一部件52上的磁极对56的数量。也可以实现50：1低至扭矩波动几乎为零的1.01：1的其他传动比。内部部件52以及外部部件54的共同旋转轴线用附图标记60指示。当然，两个部件52，54的旋转轴线不一定必须同轴地延伸，而是可以平行于彼此和彼此略微间隔开。在该实施例中，磁通量沿径向方向传递。
作为图3所示的替代方案，内部部件52也可以连接到马达轴22，中间部件包括支撑结构51，极片50连接到输出轴或中间轴23，外部部件54通过例如固定到动力工具1的壳体2或通过形成壳体2的一部分而保持静止。
通常而言，至少一个同轴磁性传动布置20具有三个主要部件50，52，54，全部三个主要部件50，52，54可围绕旋转轴线60相对于彼此旋转。应指出的是，其中一个部件静止时，部件50，52，54也相对于彼此进行相对旋转。三个部件的径向内部部件52产生第一磁场，所述径向内部部件52具有第一数量的极对56，每个极对包括两个相反极性的磁体。三个部件的径向外部部件54产生第二磁场，所述径向外部部件54具有第二数量的极对58，每个极对包括两个相反极性的磁体。为了提供不等于1的传动比，两个转子52，54的磁极对56，58的数量必须不同。三个部件的径向中间部件具有由非磁性和非传导的支撑结构51支撑的多个铁磁极片50。第三部件50，51用作第一部件52和第二部件54之间的磁路的无源部分。优选地，为了实现恒定的传动比，其中一个部件连接到输入轴22，而另一个部件连接到输出轴23并且第三部件保持静止。
因为运动利用磁场力跨气隙传递，所以任何驱动部件52和从动部件54之间没有物理接触。包括极片50和环形支撑结构51的中间部件位于内环52和外环54之间的气隙中，导致在具有极片50的支撑结构51与外环54之间的第一气隙53a(见图2)，并且导致在具有极片50的支撑结构51与内环52之间的第二气隙53b。这些气隙允许磁性传动布置20在没有润滑的情况下作业并提供安静和平稳的操作。
磁性传动布置20如下作业：通过旋转内部磁体部件52，其中钢段50尚未插入气隙中，由这些磁体56产生的磁场具有以相同速度旋转的四个北极和四个南极的阵列。在将钢段环50，51引入气隙之后，该场模式显著改变。外磁环54由更大数量的北极磁体58和南极磁体58的极对构成(在图2的实施例中为十个)。这些磁体将与由内磁体56产生的改变的磁场耦合并在与内环52相反的方向上以较低的速度旋转。如果外磁环54是静止的并且具有铁磁段50的中间环可围绕轴线60旋转，则这些磁体将在与内环52相同的方向上以较低的速度旋转。
同轴磁性传动布置20的另一个实施例在图4中示出。它包括第一环形部件52，第一环形部件52具有的第一数量的永磁体56，所述永磁体56沿第一环形部件52的圆周设置并具有变化的极性。在该示例中，第一部件52设置有总共四个磁体56(两个极对，每个极对具有一个正极性的磁体56和一个负极性的磁体56)，极性沿着第一环52的圆周变化。此外，图4的传动布置20包括第二环形部件54，第二环形部件54具有第二数量的永磁体58，所述永磁体58沿第二环形部件54的圆周设置并具有变化的极性。在该示例中，第二环54设置有总共十二个磁体58(六个极对，每个极对具有一个正极性的磁体58和一个负极性的磁体58)，极性沿着第二环54的圆周变化。两个环52，54同轴地定位，并且可围绕共同的旋转轴线60独立地旋转。具有第二数量极对58的第二部件54定位为沿着共同的旋转轴线60相对于具有第一数量极对56的第一部件52轴向移位。气隙53设置在部件52，54的彼此面对的两侧之间，气隙53在相对于旋转轴线60垂直的平面中延伸。
铁磁段50在外部围绕两个部件52，54，每个铁磁段50具有沿轴线60的纵向延伸。段50可以由支撑结构51保持(图4中未示出)。优选地，段50在轴线60的方向上沿着两个部件52，54和永磁体56，58的整个长度延伸。铁磁极片50的数量n_pp优选为n_pp＝(n_输出-n_输入)或n_pp＝(n_输出+n_输入)。在该实施例中，数量n_pp优选为(6-2＝4)或(6+2＝8)。在该示例中，沿着两个环52，54的外周设置有八个铁磁段50。优选地，段50在圆周方向上彼此等距地间隔开。在该示例中，磁性传动布置20具有3：1的传动比(i＝6极对/2极对)。在两个部件52，54的外圆周表面和铁磁段50的径向向内面向的表面之间提供气隙。在该实施例中，第一部件52(具有较少数量的磁极对56)连接到高速马达轴22，第二部件54(具有较大数量的磁极对58)连接到工具轴18或任何中间轴23。磁通量在横向方向上从第一环52传递到第二环54。更详细地，磁通量从第一磁性元件52径向地传递到铁磁段50并且还从铁磁段50传递到第二磁性元件54。外部铁磁段50以下述方式提供两个元件52，54的磁场传输：它们彼此相互作用，并且第二元件54根据传动比来以一定的转数旋转。在该实施例中，磁通量不是在第一元件52和第二元件54之间直接传递，而是通过铁磁元件50间接传递。
下面将参考图6至图10描述根据本发明的电动机器300的各个示例。电动机器300包括电动马达15和同轴磁性传动布置20。在根据本发明的电动机器300的所有实施例中，电动马达15和同轴磁性传动布置20至少部分地集成到彼此。
在图6的实施例中，电动马达15是外转式类型的。这意味着马达15具有设置有多个电绕组102的内定子100。围绕定子100的是设置有永磁体106的外转子104。优选地，转子104具有杯状形状，其中永磁体106附接到径向向内朝向定子100和绕组102的内圆周表面上。在电动马达15的操作期间，绕组102设置有交替极性的电流，从而产生连续交替极性的磁场。转子104的永磁体106被推离与磁体106相同极性的磁场并被相反极性的磁场吸引，从而激发外转子104围绕旋转轴线60旋转。马达15的转子104在轴向方向上延伸超过马达15的定子100。第一数量的磁极对56附接到转子104的延伸部分108，以便使得转子104的延伸部分108与第一数量的磁极对56一起形成磁性传动布置20的第一旋转部件52。
在形成磁性传动布置20的第一旋转部件52的转子104的延伸部分108内，第二旋转部件54与第二数量的磁极对58一起定位。第一旋转部件52和第二旋转部件54都围绕共同的旋转轴线60旋转。具有第三数量n_pp的铁磁极片50的第三部件51位于第一部件52的第一数量的磁极对56和第二部件54的第二数量的磁极对58之间。第三部件54用作第一部件52和第二部件54之间的磁路的无源部分，并且改变由第一数量的磁极对56产生的第一磁场。由于第一数量的磁极对56围绕旋转轴线60旋转，因此产生磁场模式并且磁场模式通过铁磁极片50而改变，第二部件54围绕旋转轴线60旋转。由于第一数量的磁极对56少于第二数量的磁极对58，第二部件54以比第一部件52更低的速度在相反方向上旋转。第二部件54可以连接到工具轴18或任何中间轴23。
在图7的实施例中，电动马达15是内转式类型。这意味着马达15具有设置有多个电绕组102的外定子100。在定子100内部是内转子104，其设置有可围绕旋转轴线60旋转的永磁体106。优选地，转子104具有圆柱体形状，其中永磁体106附接到径向向外朝向定子100的外圆周表面。在电动马达15的操作期间，内转子104围绕旋转轴线60旋转。电动马达15的转子104在轴向方向上延伸超出马达15的定子100。第一数量的磁极对56附接到转子104的延伸部分108，以使转子104的延伸部分108与第一数量的磁极对56一起形成磁性传动布置20的第一旋转部件52。
在形成磁性传动布置20的第一旋转部件52的转子104的延伸部分108的外侧，第二部件54与第二数量的磁极对58一起定位。优选地，第二部件54与定子100整体地形成为一个部件。为此目的，定子100在轴向方向上延伸超过马达15的转子104。第二数量的磁极对58附接到定子100的延伸部分110的内表面，所述内表面径向向内朝向磁性传动布置20的第一旋转部件52。磁性传动布置20的第二部件54是静止的并且不围绕旋转轴线60旋转。优选地，定子100的延伸部分110没有与定子100的磁性延续。定子100可以由硅铁薄金属板制成，而延伸部分110可以由单片钢材制成。
具有第三数量n_pp的铁磁极片50的第三部件51位于第一部件52的第一数量的磁极对56和第二部件54的第二数量的磁极对58之间。第一旋转部件52和第三部件50，51都围绕共同的旋转轴线60旋转。第三部件51用作第一部件52和第二部件54之间的磁路的无源部分，并且改变由第一数量的磁极对56产生的第一磁场。结果，第三部件50，51围绕旋转轴线60旋转。由于第一数量的磁极对56少于第二数量的磁极对58，第三部件50，51在相同方向上以比第一部件52更低的速度旋转。第三部件51可以连接到工具轴18或任何中间轴23。
在图6和图7的实施例中，磁通量沿径向方向从第一部件52传递到第二部件54，导致第二部件54(图6)或第三部件51(图7)围绕旋转轴线60以相对于第一部件52降低的速度旋转。
在本发明的上述两个实施例中，转子104的永磁体106可以与磁性传动布置20的第一旋转部件52的第一数量的磁极对的磁体56相同。两个实施例都提供高度集成的电动机器300，其将电动马达15与同轴磁性传动布置20集成在一起，类似于图2和3中所示的那样。由于电动机器300的紧凑尺寸和低重量，它特别适用于电动动力工具1。图7的实施例的优点在于定子绕组102位于电动机器300的外部，所述定子绕组102在马达15的操作期间产生大部分热量。这使得可以非常容易和有效地对绕组102进行冷却，例如，通过使它们与由金属或另一种良好导热材料制成的电极300的壳体(未示出)直接热接触。
图8示出电动机器300的又一个实施例。同样，电动马达15是内转式类型。这意味着马达15具有设置有多个电绕组102的外定子100。在定子100内部是设置有永磁体106的内转子104(类似于已经参照图7示出和描述的)。优选地，转子104具有圆柱体形状，其中永磁体106附接到径向向外朝向定子100的外周表面。在电动马达15的操作期间，内转子104围绕旋转轴线60旋转。
电动马达15的转子104具有双重功能。它不仅用作电动马达15的转子，而且还用作磁性传动布置20的第一旋转部件52。为此目的，转子104的永磁体106也用作第一部件52的第一数量的磁极对的永磁体56。具有第二数量的极对58的第二旋转部件54定位为相对于第一部件52沿着共同的旋转轴线60轴向地移位。气隙53设置在部件52，54的彼此面对的两侧之间，气隙53在相对于旋转轴线60垂直的平面中延伸。
铁磁段50在外部围绕两个部件52，54，每个铁磁段50具有沿轴线60的纵向延伸。段50可以由支撑结构51(图8中未示出)保持。优选地，段50在轴线60的方向上沿着两个部件52，54和磁极对56，58的永磁体的整个长度延伸。段50在圆周方向上彼此等距间隔开。在两个部件52，54的外圆周表面和铁磁段50的径向向内的表面之间提供气隙。第二部件54连接到工具轴18或任何中间轴23。在该实施例中，电动马达15集成到图4中所示类型的同轴磁性传动布置20中。
图9示出当前在传统动力工具中使用类型的传统电动马达15。马达15是外转式类型的。它包括静态马达壳体112，定子100和电绕组102附接到其上。此外，在壳体112的相对端部处两个轴承114附接到壳体112。马达轴22可旋转地安装在这些轴承114上。具有永磁体106的杯形转子104以抗扭矩的方式固定到马达轴22上。
图10示出基于图9的电动马达15的根据本发明的电动机器的另一实施例。具有绕组102的定子100仍然固定到马达壳体112。具有永磁体106的转子104位于定子100的径向外侧。转子104通过一个或多个轴承元件116保持就位，并且可相对于马达壳体112围绕旋转轴线60自由旋转。优选地，轴承元件116具有环形形状并将转子104轴向和径向保持就位。轴承元件116可以被实施为轴承环。
永磁体106在远离定子100的方向上轴向向下延伸，并形成同轴磁性传动布置20的第一部件52的永磁体56。因此，旋转磁体实现转子104的磁体106的功能以及第一部件52的磁体56的功能。从第一部件52径向向内定位的具有永磁体58的第二部件54定位成可围绕旋转轴线60自由旋转。优选地，第二部件54的永磁体58的数量大于第一部件52的永磁体56的数量。第二部件54以抗扭矩的方式附接到工具轴18或中间轴23。工具轴18或中间轴23分别通过一个或多个轴承114安装在壳体112中。在径向方向上位于第一部件52和第二部件54之间的是铁磁段50，其例如可以借助于支撑结构51(图10中未示出)直接或间接地附接到壳体112。根据磁性传动布置20的传动比，第二部件54以相对于第一部件52速度的一定速度旋转。在该实施例中，可以省略马达轴，从而产生非常紧凑和轻质的电动机器300。

Claims (15)

1.一种电动机器(300)，其包括：电动马达(15)、在电动马达(15)启动时实现作业运动(11)的作业元件(9)、以及至少一个传动布置，所述传动布置在功能上位于电动马达(15)和作业元件(9)之间，用于将旋转运动和扭矩从电动马达(15)传递到作业元件(9)，以实现作业运动(11)，其中电动马达(15)具有带有电绕组(102)的定子(100)和其上安装有永磁体(106)的转子(104)，其特征在于所述至少一个传动布置被实施为磁性传动布置(20)，其利用磁场在没有机械接触的情况下将旋转运动和扭矩从电动马达(15)传递到作业元件(9)，磁性传动布置(20)具有三个主要部件，所有这三个主要部件能够相对于彼此围绕旋转轴线(60)旋转，三个主要部件包括产生第一磁场的具有第一数量(n_输入)磁极对(56)的第一部件(52)、产生第二磁场的具有第二数量(n_输出)磁极对(58)的第二部件(54)、和具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的第三部件(51)，第三部件(51)用作第一部件(52)和第二部件(54)之间的磁路的无源部分，电动马达(15)的转子(104)沿轴向方向延伸超过电动马达(15)的定子(100)，其中第一数量(n_输入)的磁极对(56)设置在转子(104)的延伸部分(108)上，以使转子(104)的延伸部分(108)与第一数量(n_输入)的磁极对(56)一起形成磁性传动布置(20)的旋转的第一部件(52)。
2.根据权利要求1所述的电动机器(300)，其特征在于所述电动马达(15)是外转式类型的，其具有带有电绕组(102)的内定子(100)和具有安装在其上的永磁体(106)的外转子(104)。
3.根据权利要求2所述的电动机器(300)，其特征在于由转子(104)的延伸部分(108)与第一数量(n_输入)的磁极对(56)一起形成的磁性传动布置(20)的旋转的第一部件(52)位于具有第二数量(n_输出)的磁极对(58)的内部的第二部件(54)的径向外侧，并且具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的中间的第三部件(51)位于外部的旋转的第一部件(52)和内部的第二部件(54)之间。
4.根据权利要求3所述的电动机器(300)，其特征在于具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的中间的第三部件(51)保持静止，而具有第二数量(n_输出)的磁极对(58)的内部的第二部件(54)能够围绕旋转轴线(60)旋转。
5.根据权利要求4所述的电动机器(300)，其特征在于内部的旋转的第二部件(54)以抗扭矩的方式连接到动力工具(1)的工具轴(18)或中间轴(23)，其中工具轴(18)直接或间接地连接到作业元件(9)，中间轴(23)直接或间接地连接到工具轴(18)。
6.根据权利要求3所述的电动机器(300)，其特征在于具有第二数量(n_输出)的磁极对(58)的内部的第二部件(54)保持静止，而具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的中间的第三部件(51)能够围绕旋转轴线(60)旋转。
7.根据权利要求6所述的电动机器(300)，其特征在于中间的旋转的第三部件(51)以抗扭矩的方式连接到动力工具(1)的工具轴(18)或中间轴(23)，其中工具轴(18)直接或间接地连接到作业元件(9)，并且中间轴(23)直接或间接地连接到工具轴(18)。
8.根据权利要求1所述的电动机器(300)，其特征在于所述电动马达(15)是内转式类型的，具有带有电绕组(102)的外定子(100)和具有安装在其上的永磁体(106)的内转子(104)。
9.根据权利要求8所述的电动机器(300)，其特征在于由转子(104)的延伸部分(108)与第一数量(n_输入)的磁极对(56)一起形成的磁性传动布置(20)的旋转的第一部件(52)位于具有第二数量(n_输出)的磁极对(58)的外部的第二部件(54)的径向内侧，并且具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的中间的第三部件(51)位于内部的旋转的第一部件(52)和外部的第二部件(54)之间。
10.根据权利要求9所述的电动机器(300)，其特征在于具有第二数量(n_输出)的磁极对(58)的外部的第二部件(54)保持静止，而具有第三数量(n_pp)的铁磁极片(50)的中间的第三部件(51)能够围绕旋转轴线(60)旋转。
11.根据权利要求10所述的电动机器(300)，其特征在于中间的旋转的第三部件(51)以抗扭矩的方式连接到动力工具(1)的工具轴(18)或中间轴(23)，其中工具轴(18)直接或间接地连接到作业元件(9)，并且中间轴(23)直接或间接地连接到工具轴(18)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电动机器(300)，其特征在于所述电动马达(15)的定子(100)沿轴向方向延伸，以围绕由转子(104)的延伸部分(108)与第一数量(n_输入)的磁极对(56)一起形成的磁性传动布置(20)的旋转的第一部件(52)，并且其中第二数量(n_输出)的磁极对(58)安装到定子(100)的延伸部分(110)。
13.根据权利要求2至11中任一项所述的电动机器(300)，其特征在于旋转的第一部件(52)的第一数量的磁极对(56)的永磁体与安装到电动马达(15)的转子(104)的永磁体(106)相同。
14.根据权利要求2至11中任一项所述的电动机器(300)，其特征在于铁磁极片(50)的数量(n_pp)＝(第二部件(54)的磁极对(58)的第二数量(n_输出)-第一部件(52)的磁极对(56)的第一数量(n_输入))或铁磁极片(50)的数量(n_pp)＝(第二部件(54)的磁极对(58)的第二数量(n_输出)+第一部件(52)的磁极对(56)的第一数量(n_输入))。
15.一种电动手持和/或手导动力工具(1)，其包括：电动马达(15)、当电动马达(15)启动时实现作业运动(11)的作业元件(9)、以及至少一个传动布置，所述传动布置在功能上位于电动马达(15)和作业元件(9)之间，用于将旋转运动和扭矩从电动马达(15)传递到作业元件(9)，以实现作业运动(11)，其中电动马达(15)具有带有电绕组(102)的定子(100)和其上安装有永磁体(106)的转子(104)，其特征在于传动布置被实施为磁性传动布置(20)，并且动力工具(1)包括根据前述权利要求之一所述的电动机器(300)，其中电动机器(300)包括电动马达(15)和磁性传动布置(20)。
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