CN117280570A - 电动轴向磁通电机以及包括电动轴向磁通电机的协作式机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动轴向磁通电机(100)，该电动轴向磁通电机具有盘形的转子(1)，该转子具有主要部分(5)和P个磁极(8)，这些磁极沿着主要部分(5)的周向方向(10)以由相同的极距(9)相互间隔开的方式布置，并且该电动轴向磁通电机具有盘形的定子(2)，该定子具有Z个齿(4)，其中，P个磁极(8)沿着周向方向(10)布置成以交替的方式具有第一磁极宽度(6)和第二磁极宽度(7)。本发明还涉及一种协作式机械手(200)。
Description
技术领域
本发明涉及电动轴向磁通电机以及具有电动轴向磁通电机的协作式机械手。
背景技术
电动轴向磁通电机是用于在受限空间中使用电机的令人感兴趣的候选者。通常，电动轴向磁通电机具有沿轴向方向布置的一个或更多个盘形定子以及一个或更多个盘形转子。电动轴向磁通电机的磁通量沿轴向方向布置。如果转子沿轴向方向布置在两个定子之间，则该电动轴向磁通电机被称为内部转子式机器；如果转子布置在外侧，则该电动轴向磁通电机被称为外部转子式机器。
与径向磁通电机相比，轴向磁通电机在相同性能的情况下在轴向方向上的尺寸明显更短。紧凑的设计和相关联的高功率密度使电动轴向磁通电机成为消费电子、汽车工程领域以及特别是自动化工程中的流行替代品。
电动轴向磁通电机的转子和定子通常具有磁极或电枢齿，或者该电枢齿被简称为齿。在电动轴向磁通电机的操作期间，齿和磁极的相对运动导致下述事实：齿或者布置在两个齿之间的凹槽基部与磁极相对地交替布置。电动轴向磁通电机的磁阻以及因此驱动力会发生变化，从而导致运行不稳定。这对于本领域技术人员已知为极敏感度、齿槽扭矩或齿槽效应。
US10 566 866 B2公开了在转子上设置永磁体以降低轴向磁通电机中的极敏感度，这些永磁体中的每个永磁体在转子的周向方向上以不同的距离彼此分开。然而，这导致永磁体对转子的占用量减少，因此轴向磁通电机的扭矩减少。
发明内容
在此背景下，目的是提供一种其中极敏感度在高扭矩下显著降低的电动轴向磁通电机。
为了实现该目的，提出了根据权利要求1的电动轴向磁通电机。根据本发明的电动轴向磁通电机包括：盘形的转子，该转子具有主要部分和P个磁极，这些磁极各自布置成在主要部分的周向方向上以相同的极距间隔开；以及盘形的定子，该定子具有Z个齿，P个磁极布置成沿周向方向以交替的方式具有第一极宽度和第二极宽度。
根据本发明的电动轴向通量型机器由于转子中的磁极的交替设置的极宽度而具有显著降低的极敏感度。另外，可以同时在定子的极之间提供相同的距离，该距离可以被定尺寸成小到使得电动轴向磁通电机的扭矩仅受到轻微地影响。
优选地，P为偶数。
在本发明的意义上，磁极的极距是指在周向方向上相邻的两个磁极的中心之间的相对于周向方向的间距。
本发明的有利实施方式和进一步的改进可以在从属权利要求和参照附图的描述中找到。
根据本发明的有利实施方式，第一极宽度(6)可以在0.9[360°/P+(360°/LCM)*0.5]至1.1[360°/P+(360°/LCM)*0.5]的范围内，并且
第二极宽度(7)可以在0.9[360°/P-(360°/LCM)*0.5]至1.1[360°/P-(360°/LCM)*0.5]的范围内，
其中，P大于或等于4，并且U大于或等于4且不等于P，并且LCM为P和Z的最小公倍数。已经证明转子的这种实施方式对于降低极敏感度而言是特别有利的。第一极宽度(6)[360°/P+(360°/LCM)*0.5]是优选的，并且第二极宽度(7)为[360°/P-(360°/LCM)*0.5]，其中，P大于或等于4，并且U大于或等于4且不等于P，并且LCM为P和Z的最小公倍数。
根据本发明的优选实施方式，磁极由嵌入在转子的主要部分中的永磁体形成，这些永磁体在转子的周向方向上具有磁化强度。通过这样的实施方式，可以实现磁极在转子上的布置的高度准确性。永磁体可以在转子的周向方向上产生磁通量，该磁通量从盘形转子的一个端面、优选地在两个端面处出现。在这方面，磁极由转子的两个相邻的永磁体之间的位置限定。这种磁极的极宽度由相邻的永磁体之间的距离限定。在这种实施方式中，优选地，转子以内部转子的方式布置在两个定子之间。
根据替代性的优选实施方式，磁极由布置在转子的端面处的永磁体形成，永磁体特别是圆扇形或圆环扇形。在这种实施方式中，磁极各自由永磁体形成。因此，极宽度与永磁体在定子的周向方向上的宽度对应。永磁体优选地在轴向方向上被磁化，即平行于转子的旋转轴线被磁化。
根据本发明的有利的另一实施方式，主要部分被设置为压制部分。这有利地使得可以以节省材料的方式——即没有后续的去除材料的加工或者显著减少的后续的去除材料的加工——提供用于接纳磁极的凹部。
根据本发明的有利的另一实施方式，主要部分被设置为铁芯。主要部分优选地由制成。这使得可以以有利的方式提高电动轴向磁通电机的效率。Somaloy具有较低的磁滞损耗，并且可以容易地处理为压制部分。主要部分特别优选地具有/>5P。这使得能够实现特别低的磁滞损耗。也可以设想主要部分具有/>3P。这使得能够实现可以承受甚至最强机械影响的机械上极其坚固的主要部分。此外，可以设想主要部分具有/>1P。主要部分特别优选地具有/>1P和/>5P的混合物。还可以设想主要部分是/>1P和/>3P的混合物或者是/>1P、5P和/>3P的混合物。
根据本发明的有利的另一实施方式，磁极被设置为长方体磁体。这使得可以以明显更便宜的方式生产电动轴向磁通电机。通过使用长方体磁体，特别地可以省去梯形磁体。优选地，长方体磁体为长方体永磁体。
根据本发明的有利的另一实施方式，长方体磁体以辐条状方式布置在主要部分中。辐条状布置使得能够实现磁通量的显著增加。在本发明的上下文中，辐条状是指长方体磁体沿径向方向布置在主要部分中。
根据本发明的有利的另一实施方式，所有长方体磁体尺寸相同。这使得能够实现电动轴向磁通电机的非常成本有效的生产。通过使用相同尺寸的磁体，简化了制造过程并且减少了不同部分的数量。这直接降低了制造成本。
根据本发明的有利的另一实施方式，P＝14且Z＝12。这种磁极和齿的数目在常规的电动轴向磁通电机中、特别是在电动轴向磁通电机的机械旋转频率的6阶谐波中以高的极敏感度而众所周知。然而，根据本发明的这种有利的实施方式的电动轴向磁通电机仅具有低的极敏感度。
根据本发明的有利的另一实施方式，盘形定子具有印制的导体轨道。这使得能够实现电动轴向磁通电机的非常成本有效的批量生产。
本发明还涉及一种具有根据本发明的电动轴向磁通电机的协作式机械手。通过使用根据本发明的电动轴向磁通电机，协作式机械手的高度精确的运动顺序是可能的。在很大程度上防止了电动轴向磁通电机的不平稳运行，这意味着即使非常精细的工作也可以利用协作式机械手来完成。
先前公开的与根据本发明的电动轴向磁通电机有关的所有细节、特征和优点同样涉及根据本发明的协作式机械手。
附图说明
下面参照附图中所示出的示例性实施方式对本发明的其他细节和优点进行解释。在附图中：
图1(a)以示意图示出了根据本发明的电动轴向磁通电机的第一示例性实施方式。
图1(b)以示意图示出了根据本发明的电动轴向磁通电机的示例性实施方式的转子。
图2以示意图示出了根据本发明的电动轴向磁通电机的第二示例性实施方式。
图3以示意图示出了根据本发明的协作式机械手的示例性实施方式。
具体实施方式
图1(a)以示意图示出了根据本发明的电动轴向磁通电机100的示例性实施方式。电动轴向磁通电机100此处被设置为内部转子并且具有转子1，该转子沿轴向方向30布置在电动轴向磁通电机100的两个定子2之间。此处可以看到定子2的齿4，这些齿沿电动轴向磁通电机100的周向方向(参见图1(b))均匀地分布。出于视角的原因，这里无法看出此处所示的实施方式的定子2各自具有12个齿4。此处所示的视图为侧视图。还示出了径向方向20。
电动轴向磁通电机100通常经受对于本领域技术人员也已知为齿槽效应的极敏感度，这导致电动轴向磁通电机100的不平稳运行。此处，定子1和转子2的相对运动——其涉及将磁极(参见图1(b))拉动经过齿4——引起变化的磁阻并且因此变化的驱动力。
图1(b)以示意图示出了根据本发明的电动轴向磁通电机100的第一示例性实施方式的转子1。转子1具有磁极8，这些磁极通过嵌入在转子1的主要部分5中的两个相邻的永磁体3的相互作用而形成，永磁体在转子1的周向方向上被磁化。永磁体5在转子1的周向方向上产生磁通量，该磁通量从盘形转子1的两个端面出现。在这方面，磁极8由转子1的两个相邻的永磁体5之间的位置限定。这种磁极的极宽度6、7由相邻的永磁体5之间的距离限定。通过将磁极3、特别是其极宽度6、7沿电动轴向磁通电机100的周向方向10巧妙地布置，可以显著减小齿槽效应。
磁极8沿周向方向10以均匀的极距9布置并且交替地具有第一极宽度6和第二极宽度7。第一磁极宽度6为360°/P+(360°/LCM)*0.5。第二极宽度7为360°/P-(360°/LCM)*0.5。P为磁极8的数目，即在所示的示例性实施方式中为14，并且LCM为每个定子的齿(参见图1(a))的数目和磁极8的数目的最小公倍数，此处每个定子具有12个齿。在此处所示的示例性实施方式中，每个定子的齿的数目和磁极8的数目的最小公倍数为84。这导致磁极8在周向方向10上交替地具有的极宽度6、7为27.85°和23.57°。
由于交替的极宽度6、7，导致电动轴向磁通电机100不稳定运行的齿槽扭矩被分成两个齿槽扭矩，这两个齿槽扭矩总共彼此抵消。
磁极8此处被设计为相同尺寸的长方体永磁体。长方体永磁体布置在转子1的主要部分5中的凹部中并且沿径向方向20以辐条状方式延伸。主要部分5用于引导磁通量并且优选地由制造为压制部分。
图2示出了根据本发明的电动轴向磁通电机的第二示例性实施方式，特别地示出了其转子1。根据该示例性实施方式，磁极8由布置在转子1的端面处的圆环扇形的永磁体11形成。相邻的永磁体之间设置有间隙12，其中，转子1的主要部分5未被永磁体占据。永磁体在轴向方向30上被磁化，即平行于转子1的旋转轴线被磁化。在这方面，转子1的磁极8各自由永磁体11形成。因此，极宽度6、7与永磁体在定子1的周向方向10上的宽度对应。
图3以示意图示出了根据本发明的协作式机械手200的示例性实施方式。协作式机械手200包括根据本发明的优选实施方式的电动轴向磁通电机100。电动轴向磁通电机100的平稳运行使得协作式机械手200能够高精度地工作。
附图标记列表
1 转子
2 定子
3 永磁体
4 齿
5 主要部分
6 第一极宽度
7 第二极宽度
8 磁极
9 极距
10 周向方向
11 永磁体
12 间隙
20 径向方向
30 轴向方向
Claims (10)
1.一种电动轴向磁通电机(100)，包括：
盘形的转子(1)，所述转子具有主要部分(5)并且具有P个磁极(8)，所述磁极各自布置成在所述主要部分(5)的周向方向(10)上以相同的极距(9)间隔开，以及
盘形的定子(2)，所述定子具有Z个齿(4)，
其特征在于，P个所述磁极(8)布置成沿所述周向方向(10)以交替的方式具有第一极宽度(6)和第二极宽度(7)。
2.根据权利要求1所述的电动轴向磁通电机，其特征在于，
所述第一极宽度(6)在0.9[360°/P+(360°/LCM)*0.5]至1.1[360°/P+(360°/LCM)*0.5]的范围内，并且
所述第二极宽度(7)在0.9[360°/P-(360°/LCM)*0.5]至1.1[360°/P-(360°/LCM)*0.5]的范围内，
其中，P大于或等于4，并且U大于或等于4且不等于P，并且LCM为P和Z的最小公倍数。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电动轴向磁通电机，其特征在于，所述磁极(8)由嵌入在所述转子(1)的所述主要部分(5)中的永磁体(3)形成，其中，所述永磁体(3)在所述转子(1)的所述周向方向(10)上具有磁化强度。
4.根据前述权利要求1或2中的任一项所述的电动轴向磁通电机，其特征在于，所述磁极(8)由布置在所述转子(1)的端面处的永磁体(11)形成，所述永磁体特别地为圆扇形或圆环扇形。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电动轴向磁通电机(100)，其特征在于，所述主要部分(5)被设置为压制部分。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电动轴向磁通电机(100)，其特征在于，所述主要部分(5)被设置为铁芯。
7.根据权利要求3、5或6中的任一项所述的电动轴向磁通电机(100)，其特征在于，所述磁极(8)被设置为长方体磁体(3)。
8.根据权利要求7所述的电动轴向磁通电机(100)，其特征在于，所述长方体磁体(3)以辐条状方式布置在所述主要部分(5)中。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的电动轴向磁通电机(100)，其特征在于，所有的所述长方体磁体(3)尺寸相同。
10.一种协作式机械手(200)，所述协作式机械手包括根据前述权利要求中的任一项所述的电动轴向磁通电机(100)。
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