CN1065685C - 部件之间可以相互运动的电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一个其部件(10、20)之间可以相互运动的电动机。电动机的第一部分(10)藉助具有2P个磁极(13)的永久磁铁(11)在空气间隙(1)中形成一个多极的励磁磁场；其第二部分是一个磁轭(21)，这个磁轭上有T个面向气隙(1)凸出并带有励磁线圈(23)的极齿(22)，这些极齿由极间空隙(24)隔开。在电动机的情况下，2P个磁极数和T个极齿数没有大于1的公因数，每一个极齿面向气隙表面的中央有一个辅助槽。

Description

部件之间可以相互运动的电动机
本发明是关于一个其部件之间可以相互运动的电动机，其中第一部分是藉助具有2P个磁极的永久磁铁在空气间隙中形成一个多极的励磁磁场，其第二部分是一个磁轭，这个磁轭上有T个面向气隙凸出并带有励磁线圈的极齿，这些极齿由极隙隔开。
这种电动机就是所谓的旋转电动机，正如在DE 28 23 08 C2和DE31 22 049 C2中所称。在这种电动机中由永久磁体的磁极和磁轭的极齿相互作用而产生起动转矩，这个起动转矩通常是不合乎要求的，因为它可能产生有害的振荡。转矩的基频阶数取决于2P个磁极数和T个极齿数的最小公倍数，它应该尽可能的大，因为不需要的转矩振幅随着转矩基频阶数的增加而减少。因此，电动机具有大的起动转矩和小的起动转矩取决于永久磁体的2P磁极和T个极齿的数目。一个电动机极对数2P＝2和极齿数T＝3则其起动转矩的基频阶数为6。起动转矩的振幅则相对较高。DE 28 23 208 C2描述了在极齿上刻凹槽可以减少起动转矩的振幅。
然而，一些电动机基于它们磁极2P和极齿T的数目，不采用这种附加办法，也有一个小的起动转矩。例如，一个具有2P＝8磁极数和T＝9极齿数的电动机，其起动转矩基频阶数为72，因此，它的起动转矩振幅是很低的。然而，这种电动机的问题在于它是不对称的，亦即气隙中的磁场是不对称的，导致有径向力作用于电动机的转动部分上。例如，如果电动机的一个磁极穿过气隙直接面对一个极齿，则当在圆周的方向上转过180°后的磁极将面对一个极隙，由于这个缘故，电动机两个部件之间的径向力不再会相互抵消了。
本发明的目的是要构造一个如上述开篇所定义的电动机，目标在于减少或消除由气隙中不对称磁场所产生的径向力。
根据本发明，上述目的可以用以下方法达到，在电动机的2P个磁极数和T个极齿数没有大于1的公因数的情况下，在两个极齿面对气隙的表面中间都有一个辅助槽。
若气隙中磁场不对称，则无例外地会出现径向力。从圆周方向去考察，若磁场将仅在转360°后才能周期性的重复，则气隙中的磁场不对称。若磁极数和极齿数没有大于1的公因数，情况正是这样，因为由最大公约数所等分的周波正是360°。
这种类型电动机的实例包括具有3个极齿和两个磁极，3个极齿和4个磁极以及9个极齿和8个磁极的电动机。
由于磁极数2P总是偶数，则仅在如上安排的极齿T为奇数的情况下才出现径向力。若每个极齿面对气隙的表面中间都提供有一个辅助槽，则轭朝向气隙的开口数会成倍地增加，亦即：T个极隙和T个辅助槽。这样就使得气隙中磁场的对称化。如果一个磁极面对一个极隙，在圆周方向上转过180°的磁极将会面对一个辅助槽，从而减少电动机两个运动部件间的径向力。
本发明优选方案的特点在于：用这种方法形成辅助槽，使每个辅助槽都有和极齿之间的极隙相同的磁效应。
如果每个极齿都有一个辅助槽，则它在形成磁场方面的作用相当于极隙的作用，使得在气隙中磁场完全对称，径向力完全消除。
辅助槽的补偿作用也可以基于以下理解来解释：若每个极齿都有一个辅助槽，它在形成磁场方面的作用相当于极隙的作用，则使有效的齿数增加了一倍。由于这导致有效的齿数变为偶数，因此现在齿数和磁极数有一个公约数，径向力就被消除了。
如上所述，起动转矩的基波阶数等于齿数和磁极数的最小公倍数，上述方法对此没有任何影响，因为在偶数个磁极情况下，由因数2去乘奇数个齿数所得乘积导致有效齿数加倍，而并不影响其最小公倍数。
本发明通过所附的图示更详细地加以说明：所附的图是电动机的剖面图，展示了部件之间可以相互运动的电动机。电动机包含的第一部分10是固定在软-铁轭(12)上的多极永久磁体11，软-铁轭环绕着永久磁体。永久磁体(11)有8个磁极(13)，它们均匀地分布在圆周上并且沿着圆周方向交替变换极性。第一部分(10)和第二部分(20)被支撑起来以便相互可以转动，且这两部分(10)和(20)之间有一个气隙(1)。第二部分(20)包含一个具有9个极齿(22)的软-铁轭(21)，每个极齿朝向气隙(1)凸出来并带有励磁线圈(23)。从圆周方向看，在第二部分(20)的9个极齿(22)之间有9个极隙(24)。第二部分(20)中每个极齿(22)凸向气隙(1)的表面中间都有一个辅助槽(25)，槽的大小和极隙(24)的大小大致相同。
本实施方案描述的电动机起动转矩的基频阶数等于齿数T＝9和磁极数2P＝8的最小公倍数，即72。由于起动转矩的振幅随着转矩基频阶数的增加而减少，因此起动转矩的振幅非常小，使得这种电动机可以广泛地应用于不同的场合。当这种电动机有T＝9奇数个极齿时，假如没有其他的措施，气隙中磁场将是不对称的，以致在电动机第一部分(10)和第二部分(20)之间就出现了径向力。辅助槽(25)确保了气隙场变得对称从而消除了径向力。
为了说明这些辅助槽(25)的功能，应进一步深入地考虑具有辅助槽(32)的极齿(31)，极隙(35)，磁极(33)以及圆周对面的磁极(34)。这此元件和其它磁极(3)，极间空隙(24)，极齿(22)以及辅助槽(25)完全相似，只是为了说明辅助槽(25)的作用而给了另外的标号。从圆周的方向上看，在附图所示的第一部分(10)和第二部分(20)的位置上，带有辅助槽(32)的极齿(31)对准了永久磁体(11)的磁极(33)的中心。在圆周方向上，相对于磁极(33)转过了180°的磁极(34)与极间空隙(35)的中心对准。由于极隙(35)和辅助槽(32)在大小上大致相等，所以它们对形成气隙(1)中的磁场也有相同的磁效应。第二部分(20)相对于第一部分(10)磁极(34)的磁阻与第二部分(20)相对于第一部分(10)磁极(33)的磁阻是相等的，所以在磁极(34)、(33)方向上电动机部件(10)和(20)部分之间的径向力相互抵消。同理，对于永久磁体(11)的其它磁极(13)也相类似。因此，在电动机(10)和(20)部件之间不会出现因这些部件之间磁场相互作用而产生的径向力。
具有极对数2P＝8和极齿数T＝9的电动机实施方案是一个没有辅助槽(25)的电动机的实例，这种电动机的气隙中磁场将不对称的。对于所有具有不对称气隙磁场的电动机来说，通过采用辅助槽(25)的办法以达到气隙场的对称化从而消除径向力是可能的。辅助槽(25)对称化作用的关键在于必须把它安置在极齿(22)的中央。这些放置在极齿(22)中央的辅助槽(25)不会改变起动转矩的基频阶数。

Claims (3)

1、一个部件(10，20)之间可以相互运动的电动机，其第一部分(10)藉助具有2P个磁极(13)的永磁体(11)在气隙(1)中形成一个多极的励磁磁场，第二部分(20)是一个磁轭(21)，这个磁轭有T个面向气隙(1)凸出并带有励磁线圈(23)的极齿(22)，这种此极齿由极间空隙(24)隔开，其特征在于，在电动机的情况下如2P个磁极数和T个极齿没有大于1的公因数，每个极齿(22)面向气隙表面的中央都有一个辅助槽(25)。
2、权利要求1中所述的电动机，其特征在于：辅助槽(25)的宽度和极齿(22)之间的极间空隙(24)的宽度相同，使得辅助槽(25)和板间空隙(24)有相同的磁效应。
3、权利要求1或2中所述的电动机，其特征在于：辅助槽在形状大小上与极隙(24)是相似或是相同的。
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