CN1441986A - 电动机的转子组件和具有内转子的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机的转子组件，包括一转子轴(10)和至少一个设置在所述转子轴(10)上的永久磁铁(14)。转子轴(10)和永久磁铁(14)容放在一套筒(20)之内而转子轴(10)可以自由地在所述套筒(20)之内转动。

Description

电动机的转子组件和 具有内转子的电动机

技术领域

本发明涉及一种用于电动机的转子组件，其具有一转子轴和至少一个配置在转子轴上的永久磁铁；一种采用这种转子组件的内转子电动机；以及一种用于制造这种内转子电动机的方法。

本发明涉及具有永久磁铁的无刷电动机领域，而具体地涉及设计成所谓内转子电动机的直流电动机领域。内转子电动机包括一转子组件，该组件包括一转子轴和一个或多个配置在转子轴上的永久磁铁，且转子组件插入一定子单元中，后者包括一定子主体和磁场绕组。

背景技术

这种电动机的一种结构在美国专利第5970600号之中描述。电动机包括一框架，其中结合有定子、转子组件和用于可转动地支承转子组件轴颈的轴承。定子包括一定子铁芯和绕组，并限定一个内部空间，转子组件可以插入其中。在US-A-5970600中，转子组件的轴承集成到电动机框架的端盖之中，从而完全获得一种紧凑的结构。

出现在制造这样一种内转子电动机方面的问题是，当转子组件被插进定子的内部空间时，一些铁磁颗粒会从转子磁铁上摩擦下来，并可能进入主要由转子磁铁的外部轮廓和定子的内部轮廓所形成的工作气隙中。可能且经常通过在组装之后设置一个外壳来防止整个电动机总成不受异物颗粒和泥土侵入，如在US-A-5970600之中那样，但在组装多个电动机部件期间，电动机内部、而特别是工作气隙未得以保护而防止这些异物颗粒的侵入。

其次，根据现有技术的内转子电动机具有的缺点是组装比较耗时，因为它主要是一种顺序组装，其中定子和至少一个轴承必须依次预先装配在外壳之中，而后转子组件必须配装到定子和轴承上。一般，各部件所要求的同心度只是通过一盖状凸缘产生，第二轴承也位于此凸缘之中，转子组件可转动地轴颈支承(journal)在第二轴承之中。这一组装步骤由于磁力而使之困难得多，该磁力来自转子磁铁并由于与定子铁芯相互作用而径向和轴向指向，以致转子的无接触同心配合根本不可能，或者只有在进行重大工程的情况下才可能。

自德国专利第3237196号得知一种同步微电动机，它包括一单件罐状外壳，其作为一在铁磁作用方面有效的磁轭包封无铁磁场绕组并包含一配置在磁场绕组之内的转子。转子的各永久磁铁配置在一个由一种导磁材料制成的套筒上。转子装放在一个装有轴承的气密外壳之中，而转矩通过一永磁联轴节予以传送，联轴节的一部分由转子的永久磁铁制成，而其另一部分由转子支架以外一轴上的永磁装置构成。转子的气密封装确保没有任何异物颗粒能够侵入转子；各轴承为自润滑式的并可防止环境的影响。整个电动机是通过把气密封装的转子插进一侧上开口的罐状套筒的圆柱形中空空间内而组装起来的，套筒由塑料制成，无铁磁场绕组嵌置在此套筒之中。这一套筒位于一箱体之中，后者也制成为如罐状并由铁磁材料制成。

德国专利DE3237196已经对上述现有技术加以改进，由于电动机的组装被简化，而组装期间从转子组件上磨去一些铁磁颗粒的现象由于另外完全嵌置在塑料之中的无铁磁场绕组则而一开始就被消除了。

DE3237196的配置具有的缺点是，具有无铁磁场绕组的电动机总是以一很低的效率运转，这是由于气隙很大。因此，这种电动机主要用作高速微电动机，优选地是在牙科医学领域之中。然而，为了传送较大转矩，比如为机动车辆所需的，它们完全是不适合的。

其次，DE3237196的内转子电动机具有的缺点是，转子组件的气密封装不允许负载的直接机械联接，而是从转子到轴的转矩传递必须只是以间接的方式予以实现，比如借助于磁性联轴器，如在专利说明书中所述。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电动机的转子组件以及一种内转子电动机，后者可以在短时间之内用较小的工程(minor engineering)而组装，并确保在组装和运行期间没有任何异物颗粒侵入电动机内部，尤其是侵入工作气隙。

这一目的是由一种具有权利要求1特性的转子组件以及由如权利要求12所述的内转子电动机予以实现的。本发明还提供一种用于分别制造如权利要求19和20所述的内转子电动机的方法。

根据本发明的转子组件具有的优点是，整个转子组件可以预装在套筒之中，预装比如在无尘室内进行，以确保没有任何异物颗粒进入转子组件。转子组件优选地以如下方式设计，即转子轴在套筒一端处引出套筒，而套筒主体与转子轴之间的密封是通过套筒端面上的可转动地支承转子轴轴颈的轴承来实现的。这样并不造成转子组件的气密密封，但套筒由轴承在其各端面上充分地予以密封，而轴承另外由密封件予以防护而不让异物颗粒侵入，以避免固体颗粒侵入。套筒的一个端面应当包括用于引出转子轴的开口，而相对的端面可以按需要而完全封闭起来。

根据本发明的套筒可避免现有技术的上述问题，即当转子组件被插进定子中时，铁磁颗粒从永久磁铁上被磨下而进入气隙。包封转子的套筒优选地由塑料制成，而作为一个整体的转子作为一预装成的组件插入定子的内部，以致不可能出现铁磁颗粒的磨下问题。

由于转子组件可以通过轴承以很小的同心偏差间接地配装到塑料套筒上，而塑料套筒本身又可以几乎无间隙地配装到定子中，所以可以获得比现有技术显著提高的转子与定子之间的同心度。此外，轴承与诸如凸缘、端盖等任何框架部件之间的金属接触从一开始就被消除了，以致所传递的因结构而引起的噪声可以基本上得到消减，而且因此，按照申请人所进行的初步研究，声音发射也可以降低达10dB。

包封在塑料套筒之中的转子组件具有的另外优点是，当它被插进定子时，由于转子组件与定子之间的磁力而在轴向上自对中，以致不必采取任何进一步的措施，诸如提供一止挡并调节该止挡，而正确地把转子定位在定子之内。只是应当注意以确保转子组件能够在定子之内充分自由地在轴向上移动，以致没有任何止动件、封闭端或类似物防碍转子组件依靠自身作磁性对中。

要用于转子组件的根据本发明的套筒包括套筒壁，并优选地在套筒壁外侧上包括附加加强构件。这样可以确保套筒一方面是充分稳定的，另一方面即使由定子内部轮廓和转子外部轮廓所确定的工作气隙很小的情况之下也可以使用。实际的套筒壁可以薄于为套筒稳定性所必需的，这是由于加强构件给予套筒以附加的强度。如果气隙足够大，套筒壁也可以不带加强构件而以它充分稳定的方式来确定尺寸。加强构件优选地是以如下方式形成为肋，即套筒外侧上加强构件的外部轮廓适配于定子的内部轮廓。这样导致定子内部空间的利用最佳，而此外的优点是，由于加强构件的外部轮廓与定子的内部轮廓相啮合，转子组件可以无间隙地和以一种防扭的方式插入定子中。

肋结构优选地包括在套筒的纵向或对角上沿着套筒外侧延伸的肋，以致转子组件可以通过沿穿过定子内部轮廓的直线或螺旋得以导引而插入定子中。

为容易组装起见，用于支承转子轴的轴承预先装配在它上面，以致转子可以随同轴承一起插入套筒。

根据一实施例，套筒包括一基本上圆柱形的密封段和一凸缘段，二者可以彼此啮合。亦即，密封段和凸缘段从相对两端滑套在转子轴上，并围绕转子一起形成一个封闭的框架。

套筒适配于转子的形状并大致为圆柱形。如下面所述，套筒可以具有两件式的或比如三件式的设计，后者具有圆柱形的中间部分和两个端部。

用于支承轴的轴承优选地以如下方式设置在套筒端面上，即它抵靠止挡，以致在密封段和凸缘段已经组装之后转子组件以密封方式包封在套筒之内。

其次，本发明提供了一种具有上述类型的转子组件以及定子的内转子电动机，转子组件插入定子，而套筒具有的壁厚等于或小于转子外径与定子内径之间的工作气隙。

优选地是，套筒外侧上的加强构件适配于定子的内部轮廓，加强轮廓的肋位于定子磁极(pole)之间。

替换地或附加地，定子的定子片可以在定子磁极上设置有内部沟槽，它们可以与套筒外侧上附加的加强肋相啮合。

优选地是，转子组件以如下方式无间隙地插入定子，即，转子在定子芯体之内依靠自身在轴向上对中。

因而，本发明提供一种电动机转子组件和一种内转子电动机，其中，转子连同轴承一起预装在套筒中，而此转子组件插入定子中。转子轴被引出套筒，套筒壁连同轴承及其密封件一起确保了转子组件的充分密封。此外，加强构件允许套筒以如下方式形成，即它具有很薄的壁部，以致这种转子组件甚至适合于定子与转子之间很小的工作气隙。加强构件可以以如下方式设计，即它适配于定子的内部轮廓，并比如与定子的极隙相啮合。根据本发明的结构会产生一种很紧凑的和也很简单的转子组件，该组件可以比如在无尘室内完全预装而后作为一个整体被插进定子中。提供套筒可以防止转子组件插入定子中时铁磁材料被磨掉并进入工作气隙中，密封的转子组件还可以防止其他异物颗粒的侵入。其次，具有优选由塑料制成的套筒的转子组件的密封导致以下效果，即当转子被插进定子中时，转子在轴向上可以依靠自身对中，而且如所期望的，没有任何由结构引起的噪声从转子传递到定子或电动机框架。

附图说明

本发明在下面参照各图借助于优选实施例子以解释，各图中：

图1示出根据本发明的转子组件的剖面视图；

图2示出密封段的剖面视图；

图3示出图2密封段的俯视图；

图4示出根据本发明的套筒的凸缘段的剖面视图；

图5示出图4凸缘段的底视图；

图6示出定子片的俯视图；以及

图7示出根据本发明的内转子电动机的剖面视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一种转子组件的优选实施例的剖面视图。根据本发明的转子组件包括一转子轴10，其承载由诸如铁的软磁性材料制成的轭环12。优选地为环形的永久磁铁14装接在轭环12上。轴10可转动地轴颈支承在轴承16、18中，其中，轴承16、18可以形成为抗磨或摩擦轴承并尤其形成为滚柱轴承。在此由转子轴10、轭环12和永久磁铁14制成的转子密封在一套筒20之中，后者包括一密封段22和一凸缘段24，将参照图2至5详细予以解释。

轴承16、18可以预装在转子轴10上并安放在套筒段22、24的端面之内，并压紧在它们之中和/或粘接于它们上，或以另一适当方式予以固定。在图示的实施例中，环形弹性件，例如一波浪形(nodular)垫圈26，设置在靠近轴承16的凸缘段端面上用于补偿轴向累积允差。通过该波浪形垫圈，两个轴承16、18可以无间隙地额外地彼此顶紧。

根据本发明的转子组件在图1之中以其基本零件示出，其中各零件具体的尺寸和特定的配置是可以改变的。具体地说，滚柱轴承16、18设置在图1之中，其中转子可以另外以任何其他适当的方式，诸如通过摩擦轴承、液压轴承、空气轴承等，可转动地轴颈支承。还有，转子组件可以另外包括图示之外的其他零件。在永久磁铁14的外周与套筒20内侧之间设置一尽可能小的气隙，该气隙可允许固定的套筒与转动的转子之间的相对运动。取决于转子组件和电动机的各项要求，所示实施例的许多其他改进，对于本领域技术人员来说，将是显而易见的。

套筒20优选地通过注塑或挤压加工用塑料制成。一种特别适合的塑料是LPC(液晶聚合物)。其他材料包括聚甲醛、聚氧化甲烯(POM)、聚砜(PSU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯撑硫(PPS)、聚酰胺-酰亚胺(PAi)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚-酰亚胺(PEi)。

在所示实施例中，套筒20包括一杯状密封段22(在图2和3中详细画出)，以及一盖状凸缘段24(在图4和5中详细示出)。这只是本发明的一项实施例，其中套筒20可以另外由两个基本上类似的啮合的杯状段或由三部分形成，或者可以以任何其他适当的方式形成。

在图2和3中详细示出的密封段22包括一端壁32和一邻接的套管部分30，后者具有较薄的内壁。在套筒部分30的外侧上，形成纵向肋34，所示实施例之中设置了18根纵向肋34。当然，本发明不限于特定数量的肋，只要设置足够数量的肋以给予套筒20所需的刚度即可。

在所示实施例中，纵向肋34基本上延伸过圆柱形套筒20的全部长度，并平行于其纵轴对齐。在其他一些实施例中，肋可能对角延伸，例如，肋的数量和外观适配于定子的内部轮廓，这一点参照图6将会显而易见。

图6示出单独的定子片50，其具有定子磁极52和极隙58。在所示实施例中，纵向肋34以如下方式形成并配置在套筒20密封段22的外侧上，即这些纵向肋35在转子组件插进定子时与极隙58的凹槽相啮合。

在另一实施例中，肋可以附加地或另外地以如下方式形成和配置，即它们与配置在定子磁极的沿径向向内指向的端面上的沟槽(未示出)相啮合。

对于本发明，肋的数量与极隙的数量相吻合并非至关重要，而是它们可以彼此形成任何比例。

如实施例中所示，如果肋形成为平行于套筒20纵轴而延伸的纵向肋34，则整个转子组件可以直着插进定子。如果它们比如是对角配置在套筒上，则转子组件必须“拧进”具有倾斜极隙的定子中，此定子在这种情况下由彼此相对扭转特定角度的多个定子片构成。

再次参照图2至5，套筒20的凸缘段24以如下方式形成有较短的侧壁40和端壁42，即凸缘段24可以插进密封段22中。优选地是，套筒段22、24通过粘合、焊接或以另外的适当方式连接起来。

在套筒段22、24的两个端壁32、42的每一个上，分别形成一个接头38和48，用于支承轴10的滚柱轴承18、16或任何适当轴承可以装配到接头之中。

根据优选实施例的内转子电动机的一项实施例示意性地图示在图7之中。同样的零件或与图1之中类似的零件用同样的附图标记标示，且在此不再解释。

图7示出参照图1所解释的根据本发明的转子组件，它被插入定子56的内部。定子56由单个定子片50构成一叠钢片并由绕组60示意性地图示在图之中。虚线42表明纵向肋34啮合在形成于定子磁极52之间的极隙58之中。

根据本发明的内转子电动机可以通过首先在无尘室内预先装配转子组件而很容易地组装。为此，铁轭环12和永久磁铁固定于转子轴10上，而轴承16、18预装在转子轴10上。两个套筒段22、24从轴10的相对两端滑套在转子上并彼此连接起来，并优选另外彼此粘合或胶接起来。转子轴承16、18然后紧配合在套筒段22、24的端面32、42上，并由波浪形垫圈26予以撑住。

在完全预先装配好的组件插入组件在其中沿轴自由移动的定子56内部，并由“自对中磁力”使之定位于磁性中心上之前，优选为液态的塑料可以施加在套筒外侧，以用于把组件永久地连接于定子上。

在所示的实施例中，定子环的两端是开口，以致并不约束转子组件的轴向移动。定子的其他一些结构对于本领域技术人员来说是显而易见的，本发明提供的主要优点是，不需要任何用于把转子对中在定子之内的止挡或其他装置。

在转子组件已经插进定子之后，粘接剂充满依然至少部分存在的一些空隙，并确保在固化之后转子在定子之内的一种紧密的固定配合。

转子的完全密封和所有运动、转动部件包封在相对于定子和框架固定的套筒之中会如所需地大大地减少了结构引起的噪声，并因而减小电动机整体的声音发射，如所曾提及的那样。

以这种方式设计的内转子电动机现在可以模塑或装放或插入封装框架内，或者可以设置有配置在端面上的固定凸缘，而决不会损害功能。

定子56不需要特别地适配于根据本发明的转子组件。在诸如轴10、轭环12与永久磁铁14的各个部件之间或在密封面22、24与轴承16、18之间的连接可以通过注塑、粘合、焊接、闩锁或以任何其他适当的方式予以实现。

为了避免在转子插进套筒时套筒20塑料的磨损，永久磁铁14的边沿可以倒圆或倒角。对于本领域技术人员来说，本发明的大量的进一步改变和修正将会是显而易见的。

套筒部分30的壁厚选定得以致它基本上填充了转子的永久磁铁14与定子56内侧之间的气隙，其中，由于肋加强，套筒部分30的内壁可以另外薄于此气隙，或者即使工作气隙很小，也可以采用根据本发明的密封转子组件。如以上曾经解释的那样，肋34以如下方式形成，即它们适配于定子的内部轮廓，并且它们啮合于内部轮廓，从而它们给予整个套筒以附加的刚度。

除了所示的实施例之外，比如可以设置成把定子56也密封起来并将其模制在塑料中。

在以上的描述中、在权利要求书和附图中所公开的各种特点，无论单独地还是任意选择和组合，对于以多种实施例实现本发明都是重要的。

Claims (23)

1.一种用于电动机的转子组件，包括：

转子轴(10)和至少一个配置在转子轴上的永久磁铁(14)，其上配置有永久磁铁(14)的转子轴(10)容放在套筒(20)之中，而转子轴(10)在套筒(20)之内自由转动。

2.如权利要求1所述的转子组件，其中，套筒(20)包括在套筒(20)外侧上的加强构件(34)。

3.如权利要求1或2所述的转子组件，其中，套筒(20)包括在套筒(20)外侧上的肋构件(34)。

4.如权利要求3所述的转子组件，其中，肋构件包括沿着套筒(20)的外侧在套筒(20)的纵向上或对角上延伸的肋(34)。

5.如上述权利要求中任一项所述的转子组件，其中，用于支承转子轴(10)的轴承(16、18)集成到套筒(20)中。

6.如上述权利要求中任一项所述的转子组件，其中，转子轴(10)在套筒的一端处被引出套筒(20)。

7.如权利要求6所述的转子组件，其中，套筒的另外一端是封闭的或者基本上是封闭的。

8.如上述权利要求中任一项所述的转子组件，其中，套筒(20)具有两件式结构。

9.如权利要求8所述的转子组件，其中，套筒(20)包括一基本上圆柱形的密封段(22)和一凸缘段(24)，它们可以彼此啮合。

10.如权利要求1至7中任一项所述的转子组件，其中，套筒(20)具有三件式结构。

11.如上述权利要求中任一项所述的转子组件，其中，套筒(20)基本上是圆柱形的。

12.如权利要求11所述的转子组件，其中，用于支承轴(10)的轴承(16、18)配置在套筒(20)的端面上并以密封方式把转子组件包封在套筒(20)之中。

13.一种内转子电动机，包括如上述权利要求中任一项所述的转子组件和一定子，其中所述转子组件插入定子中。

14.如权利要求13所述的内转子电动机，其中，定子(56)包括定子片(50)，它们具有指向内部的定子磁极(52)。

15.如权利要求13或14所述的内转子电动机，其中，套筒(20)具有等于或小于转子外径与定子(56)内径之间的工作气隙的壁厚。

16.如权利要求13至15中任一项所述的内转子电动机，其中，套筒(20)外侧上加强构件(34)的外部轮廓适配于定子(56)的内部轮廓。

17.如权利要求16所述的内转子电动机，其中，加强构件包括位于定子磁极(52)之间的极隙(58)之中的肋(34)。

18.如权利要求13至17中任一项所述的内转子电动机，其中，转子组件无间隙地插进定子(56)。

19.如权利要求18所述的内转子电动机，其中，转子组件压配合到定子(56)中。

20.如权利要求13至19中任一项所述的内转子电动机，其中，它是内装式的(potted)。

21.一种用于制造内转子电动机的方法，此电动机包括如权利要求1至12中任一项所述的转子组件和一定子，此方法中转子组件被插入定子(58)中，而在插入期间，套筒(20)外侧的加强构件(34)由定子(56)的内部轮廓予以导引。

22.一种用于制造内转子电动机的方法，此电动机包括如权利要求1至12中任一项所述的转子组件和一定子，此方法中转子组件插入定子(56)中，而转子组件自身在定子(56)之内对中。

23.如权利要求21或22所述的方法，其中，在转子组件被插入定子(56)中之前，可流动的粘接剂施加于转子组件的外侧和/或定子(56)的内侧，粘接剂不会限制转子组件的插入，并在转子组件已经插入之后固化。

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