CN1289471A - 具有电换向定子和带永久磁铁的转子的电机 - Google Patents
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Abstract
通过如此特殊地构造定子气隙面获得一种具有一电换向定子和一个永久磁铁转子的无噪音且补偿制动力矩的电机,即它们至少部分地设有细齿并且形成了极对,其中至少一部分细齿分别相对错开。
Description
现有技术
本发明涉及一种具有带有另外的磁极的定子和带有数量与之相同的永久磁铁极的转子的电机,其中,为了减少制动力矩在定子和转子间区域内的气隙面上设有细齿。
US3604961公开了一种类似的电机。在这里,被构造成内转子的电激励转子在圆周侧具有一个形状相同的回曲形细齿,从而它在此方向上被设计成对称的。定子极由永久磁铁构成,但它们没有均匀地设置在外周方向上,因为它们交替地占据了一个比360°/η大或小的角度,其中η表示极数。如此选择不同的角度数值,即在定子和转子间的外周方向上获得一个均匀的磁场分布。这导致定子和转子间的制动力矩的降低。如果永久磁铁没有错位,则在定子和转子间会出现由极数决定的多个制动位置,它们可以在用手转动转子时得到确定并会在电机运转中发出噪音。
但这种已知的制动力矩的降低决定了定子的复杂结构,其中重要的是永久磁铁的精确装入。另外,电机结构或多或少地限制了制动力矩的减少。
本发明的任务是提供一种补偿制动力矩的电机,它结构简单、运行可靠,并提供了大大改善地减少并补偿制动力矩的可行方案。
该任务由带有权利要求1所述整体结构的电机解决。
细齿在定子气隙面区域内的偏移造成了对称构造的永久磁铁转子,它制造简单并且在圆周方向上产生了确定的磁场状况,它可以由安置在定子上的细齿以多种方式来控制。在此,定子可以被设计成大致对称的。制动力矩的补偿仍然受细齿设计的限制,这样的细齿可以通过实心电枢的简单冲压形成磁极而制成。由于只相应地改变冲压过程,所以也应包括简单地在电机制造过程中进一步改善制动力矩补偿。另外,由于可以借助简单的电气控制线路来实现供电,所以省去了通过电刷来供电。
当定子磁极数等于转子永久磁铁极数时,由此得到了一个特别简单的电机结构,其中尤其是规定了,定子被构造成内定子,而转子被构造成外转子。
根据这样一个设计方案,实现了对制动力矩非常有效的补偿,即极对细齿的错位距离相同并最好等于细齿齿距的一半。
根据一个设计方案,为转子结构拟定了这样的措施,即转子的永久磁铁极是由均匀分布在转子圆周上的单永久磁铁构成的,这些永久磁铁在圆周方向上具有交替的极性,其中,单永久磁铁也可以被单极磁化。
可以如此设计另一个转子方案,即转子的永久磁铁极是由许多个均匀分布在转子圆周上的两极环段永久磁铁构成的,这些永久磁铁的极在圆周方向上同向布置,其中永久磁铁极可以由多极环段永久磁铁构成。
细齿按照已知的方式被设计成回曲形,其中在最简单情况下细齿的齿和齿槽具有相同的宽度和相同的深/高度。
当细齿的齿和齿槽具有不同的宽度,然而具有相同的深/高度并且它们成极对地互补时,或者细齿极对的一个磁极的齿宽和其另一个磁极的齿槽至少在一个部分圆周区域内同样地变化,由此得到了对制动力矩的尽可能的补偿。细齿的齿与齿槽的数目最好是所构成极对数目的整数倍。
极对的形成和制动力矩的补偿一方面可以如此进行,即由分别相邻或在直径上相反对置的磁极构成的定子极对的细齿分别相互错开,另一方面由分别错开两个极距的磁极构成的定子极对的细齿分别相互错开。在这两种情况下,极对细齿的齿在圆周侧反相错开。在转子固定不变或运转的偏心率下,补偿的效力仍然有限。
在高极数电机中,如第二实施例所示的那样,细齿以双倍极距反相布置是有利的。
在这样的电机中,消除了转子偏心率的影响。
为提高制动力矩的补偿效力规定,齿高和齿槽深度等于或大于定子与转子间的气隙距离。
结合附图所示的实施例来详细描述本发明,其中:
图1-4示出了用于预定的八极永久磁铁转子的定子的分级布置,
图5示出由相对安置的磁极来形成极对,
图6示出了由错开两个极距的磁极来形成极对。
结合图1-图4来描述一个电机的构造,它分别具有八个在电换向定子St上的磁极P1-P8和八个在转子R上的永久磁铁极M1-M8,在图中分别记录下了作为套形外转子构造的转子R的转向。
在此电机结构中,在轴线A1-A4上形成了四个90度扇形区,如图3、4所示的那样,在这些区域内分别安置了转子R的两个永久磁铁极M1和M2、M3和M4、M5和M6、M7和M8以及分别安置了两个磁极P1和P2、P3和P4、P5和P6、P7和P8。由于极对形成应遍及分别错开两个极距的定子极对上,所以根据本发明,磁极P1和P3、P2和P4、P5和P7、P6和P8必须制有分别相对错开的细齿以便达到对制动力矩(Rastmomente)的补偿。
在图1-图4中示出了一个实施例,其中细齿总是遍及磁极P1-P8的整个气隙面上并具有相同并保持不变的齿距。这意味着,细齿齿宽和齿槽宽度是同样大小的。
为了获得图4示意画出的电机结构,例如使朝向永久磁铁极M7、M8的90度扇形区制有细齿Vz1,如图1所示,一个齿的前上升边缘对准了轴线A1。相应地制出为永久磁铁极M3、M4配置的细齿Vz3,如所示出的,一个齿的前侧面对准轴线A3。
相对轴线A2、A4错开半个齿距的细齿Vz2、Vz4具有与永久磁铁极M1和M2或M5和M6相配的90度扇形区。如果齿Z和齿槽ZL具有一致的宽度a,则错位等于a,即细齿Vz2、Vz4如图2所示地通过一个前上升边缘(Vorderf1anke)对准了轴线A2、A4。错位a因此出现在极对P1和P3、P2和P4、P5和P7、P6和P8中。极化作用因此通过这些磁极实现,它们错开定子St的两个极距。在此,在90度扇形区之间的接合位置上交替形成了较宽的齿和齿槽。
如果根据图3所示地将实心定子冲压,则产生了如图4所示的磁极P1-P8,细齿Vz1、Vz2、Vz3、Vz4被分别分成两个相同的细齿部Vz11和Vz12、Vz21和Vz22、Vz31和VZ32、Vz41和Vz42。细齿部Vz11和Vz21、Vz12和Vz22、Vz31和VZ41、Vz32和Vz42之间的错位距离a保持不变并在整个范围内有助于补偿制动力矩。
在实施例中,永久磁铁极M1-M8是由两极环段永久磁铁构成的,它们通过其中性中央轴对准轴线A1-A4并且在圆周方向上它们的极同向定位,从而环段永久磁铁的不同极在转子R的极间隙之间相对。转子结构也可以用多极(大于2)环段永久磁铁实现。
在此实施例中,定子St和转子R具有数量相同的η=8的极。极数也可以多一些或少一些,但必须是偶数。定子ST极数也可以不同于转子R极数。转子R的永久磁铁极M1-M8也可以由经过单极磁化的单永久磁铁构成。
根据图5,对于具有图4结构的电机再一次示出了在磁极P1、P3的细齿vz21和Vz31之间的错位距离a,这些磁极是对应于永久磁铁极M1和M3示出的。如果永久磁铁极M1和M3被构造为单永久磁铁,则细齿Vz31的齿Z的前上升边缘对准永久磁铁极M3的端部边缘,而细齿Vz21齿槽ZL的前上升边缘对准永久磁铁极M1的端部边缘,并且细齿Vz21和Vz31覆盖了磁极P1、P3以及永久磁铁极M1、M3的极宽度。
磁极P1、P3是按照(n+2)r的距离设置的,其中n=1或2,r是极距。
但是,细齿也可以在磁极P1-P8的部分圆周区域上伸展。在这种情况下,一般使极对的部分圆周区域彼此协调,即,在极对的磁极上作同样的选择。
具有统一结构的齿Z和齿槽的齿距也不一定是必需的。为了提高补偿能力,可以在极对细齿中只使部分齿和齿槽错位。另外,细齿中的齿宽和齿槽宽至少可以部分地改变。另外,如果一个磁极的细齿的齿Z与极对的另一个磁极细齿的齿槽ZL互补,这会是有利的。由此可看出,可以得到许多种影响制动力矩的方案,它们可以只通过图3所示的定子ST冲压过程来进行。在此,基本上保留了定子St的对称基本结构。只是改变了在磁极P1-P8的气隙面上的细齿。
如图6所示,在定子St上的极对形成也可以借助直径上相反布置的极对来完成,如用磁极P1和P5所示的那样。在此,细齿Vz21和Vz41相对错开半个齿距,如其前上升边缘相对于永久磁铁极M1和M5的终端边可看出的那样。
极对形成也可以由相邻磁极8、即错开一个极距的磁极如P1和P2直至P7和P8完成。也可以只通过图3示出的定子St的冲压过程实现极对形成。细齿的齿数最好大于定子St的极数,径向上齿Z高度和齿槽ZL深度等于或大于气隙宽度。
电机结构在每种情况下都保持简单并且容易实现。许多种方案效果不同地适用于补偿制动力矩。在每种情况下,都获得了相同的无噪音的电机运行。
Claims (16)
1.一种具有一个带有许多磁极(P1-P8)的定子(St)和一个带有相同数量的永久磁铁极(M1-M8)的转子(R)的电机,其中,为了降低制动力矩在转子(R)与定子(St)间区域内在气隙面上设有细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42),其中,定子(St)和转子(R)的极结构被设计得在圆周方向上基本上是对称的,定子(St)的磁极(P1-P8)至少在气隙面的部分区域上设有细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42),而定子(St)的磁极(P1-P8)构成了极对(P1,P3;P2,P4;P5,P7;P6,P8或P1,P5;P2,P6;P3,P7;P4,P8),其中细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)至少在彼此相应的部分圆周区域内分别相对错开。
2.如权利要求1所述的电机,其特征在于,定子(St)的磁极(P1-P8)数量等于转子(R)的永久磁铁极(M1-M8)数量。
3.如权利要求1或2所述的电机,其特征在于,极对(P1,P3;P2,P4;P5,P7;P6,P8或P1,P5;P2,P6;P3,P7;P4,P8)的细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)的错位距离相同并最好等于细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)齿距的一半。
4.如权利要求1-3之一所述的电机,其特征在于,定子(St)被构造为内定子,而转子(R)被构造为外转子。
5.如权利要求1-4之一所述的电机,其特征在于,转子(R)的永久磁铁极(M1-M8)由均匀分布在转子(R)圆周上的单永久磁铁构成,这些永久磁铁在圆周方向上具有交替的极性。
6.如权利要求5所述的电机,其特征在于,单永久磁铁被单极充磁。
7.如权利要求1-4之一所述的电机,其特征在于,转子(R)的永久磁铁极(M1-M8)由许多个均匀分布在转子(R)圆周上的两极环段永久磁铁构成,这些永久磁铁的极在圆周方向上同向布置。
8.如权利要求7所述的电机,其特征在于,转子(R)的永久磁铁极(M1-M8)由多极环段永久磁铁构成。
9.如权利要求1-8之一所述的电机,其特征在于,细齿(Vz11,Vz22…Vz41,Vz42)呈回曲形构造。
10.如权利要求9所述的电机,其特征在于,细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)的齿(Z)和齿槽(ZL)具有相同的宽度和深/高度。
11.如权利要求9所述的电机,其特征在于,细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)的齿(Z)和齿槽(ZL)具有不同的宽度,但它们具有相同的深/高度,而且它们成极对地互补。
12.如权利要求9或10所述的电机,其特征在于,细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)极对的一个极的齿(Z)宽度和其另一个极的齿槽(ZL)宽度至少在一个部分圆周区域内同样地变化。
13.如权利要求1-12之一所述的电机,其特征在于,细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)的齿(Z)和齿槽(ZL)的数目是所构成极对数目的整数倍。
14.如权利要求1所述的电机,其特征在于,由分别相邻或直径上相向对置的磁极(P1,P2;P3,P4;P5,P6;P7,P8)构成的定子(St)极对的细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)分别相对错开。
15.如权利要求1所述的电机,其特征在于,由分别错开两个极距的磁极(P1,P3;P2,P4;P5,P7;P6,P8)构成的定子(St)极对的细齿(Vz11,Vz12…Vz41,Vz42)分别相对错开。
16.如权利要求1-15之一所述的电机,其特征在于,齿(Z)的高度和齿槽(ZL)深度大约等于或大于定子(St)与转子(R)间的气隙宽度。
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