CN1890858A - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机、尤其是无刷直流电动机，该电机具有一个转子(2)和一个设置有一些导电绕组的定子(3)，其中，该转子(2)在圆周方向上装备有多个永磁体(7)，这些永磁体各这样嵌入到该转子(2)的圆周面与轴(4)之间的一个磁体容纳部(6)中，使得这些永磁体(7)在径向方向上完全被该转子(2)的圆周面包围。在这些磁体容纳部(6)旁边一些材料空隙(8)在该转子(2)的圆周方向上在侧面在该转子(2)内部轴向地延伸。

Description

电机
本发明涉及一种电机、尤其是无刷直流电动机，该电机具有一个设置有一些导电绕组的定子和一个至少部分地可磁化的转子，该转子在圆周方向上装备有多个永磁体，这些永磁体各这样嵌入到转子的圆周面与轴之间的一个磁体容纳部中，使得这些永磁体在径向方向上完全被该转子的圆周面包围。
这种电机的工作方式是，以一个预给定的时间模式对绕组这样地加载电压，使得由此在绕组中出现的电流产生一个旋转的磁场，转子在该磁场中试图定向并由此驱动所述轴；或者其工作方式是，通过所述轴被从外部驱动的转子通过旋转永磁体的磁场在定子绕组中感应出振荡电流。
永磁体在高转速时不能从转子松脱，为此，这些永磁体被嵌入到转子中并且在径向方向上完全被转子铁芯包围。以此方式在这些永磁体的极之间通过转子铁芯形成闭合的磁回路，由此，转子与定子之间的磁通量减小并且电机的效率因此降低。
本发明的任务是，给出一种成本低廉的具有高效率的电机，该电机被设计用于高转速范围。
所述任务通过具有权利要求1所述特征的电机来解决。
所述电机、尤其是无刷直流电动机，具有一个转子和一个设置有一些导电绕组的定子。该转子在圆周方向上装备有多个永磁体，这些永磁体分别这样嵌入到该转子的圆周面与轴之间的一个磁体容纳部中，使得这些永磁体在径向方向上完全被该转子的圆周面包围。在这些磁体容纳部旁边一些材料空隙在转子圆周方向上在这些永磁体侧面在该转子内部轴向地延伸。以此方式引导转子铁芯中的磁通量环绕这些材料空隙。这具有的优点是，提高了转子与定子之间的磁通量，由此可在电机运行时达到高的效率。
尤其是这些材料空隙在这些磁体容纳部的两侧延伸。以此方式在转子旋转时不仅在一个永磁体接近一个定子齿时、而且在该永磁体远离该定子齿时都可实现磁通量的对称分布。由此还减小了在转子圆周上出现的转子与定子之间磁通量密度的差异。这导致具有小波动性的转矩、小的保持力矩并且由此即使在转子转速高的情况下也导致低的噪声产生。
根据一个优选的实施形式，这些材料空隙与该转子的圆周面相邻地延伸。这具有的优点是，尤其是当壁厚被最小化使得壁厚刚好承受住这些永磁体在转子最大可能的转速时的离心力时，通过磁通量快速地使保留的壁厚饱和。
嵌入到磁体容纳部中的永磁体以有利的方式伸入到材料空隙中，尤其是至少以其与该转子圆周面相邻的轴向棱边伸入到材料空隙中。以此方式，提高了永磁体与转子的圆周面之间的转子铁芯、即所谓极靴中的磁通量，因为永磁体在圆周方向上比极靴颈宽，并且因此从永磁体的伸入到材料空隙中的部分开始的磁力线的主要部分在它们从永磁体出来以及进入转子铁芯中之前经过它们的穿过永磁体直至极靴的通路。
优选这些材料空隙垂直地通到这些永磁体的与该转子的圆周面相邻的外表面上。以此方式，磁通量相邻材料空隙地垂直地从永磁体的外表面出来以及进入极靴中，由此极靴中的磁通量密度变得最大，因为磁流在极靴颈中首先被集束并且紧接着才在极靴头中又被分散。
这些材料空隙以有利的方式具有被作成圆形的、从与该转子的圆周面平行的走向到与永磁体外表面垂直的走向的过渡部。以此方式，磁通量在材料空隙与转子的圆周面之间的保留的壁厚中可以被这样导向，使得转子与定子之间的磁通量变得最大而保持力矩变得最小。
根据一个优选的实施形式，永磁体在圆周方向上以该永磁体的外表面的部分宽度靠置在该转子的一个极靴上，其中尤其是该部分宽度至少近似相当于一个定子齿的齿靴在圆周方向上的宽度。这具有的优点是，当该永磁体精确地位于该定子齿对面时，在转子与定子之间可出现最大的磁通量，由此可获得高的效率。
优选通过材料空隙在磁体容纳部上构造一些轴向延展的凸起，用于保持永磁体。以此方式，这些永磁体可以以特别简单的方式被保持在这些磁体容纳部中。
放弃弯曲的磁体外表面允许比具有弧状外表面的传统磁体价格远远便宜地制造磁体。在理想情况下，根据本发明的电机的磁体是简单长方六面体状的并且它们的窄侧面布置在圆周方向上。
根据一个有利的实施形式，该定子具有多个定子齿，这些定子齿的齿靴的与该转子相邻的端部面被平坦地且在该转子的圆周面的切向上构造。这具有的优点是，在该电机运行时可以获得具有特别小的波动性的转矩。由于该电机的与此相联系的特别低的保持力矩，这即使在转子的转速高的情况下也导致低的噪声产生并且导致改善的效率。
优选每个定子齿承载一个单个线圈的绕组。以此方式，该电机是特别有效的并且在材料投入方面是成本低廉的并且仅仅产生小的漏磁损耗。
为了获得具有良好的同步性和小的噪声产生的电机，优选定子的十二个定子齿及由此十二个单个线圈位于转子的八个永磁体对面。这些单个线圈分别周期交替地与三个不同相连接。其它数量的永磁体和定子齿也是可以的，优选永磁体的数量与定子齿的数量在比例上是二比三、四比三、五比六或者七比六。
尤其是这些永磁体与它们的朝着这些材料空隙的侧面平行地被磁化，由此这些永磁体成本特别低廉。
矫顽力或顽磁高的永磁体是优选的；优选这些永磁体包括铁氧体和/或NdFeB和/或稀土金属。尤其是用NdFeB制成的永磁体具有高的顽磁并且具有有利的成本-材料量比。
优选地这些永磁体在轴向方向上长度与该转子相等或比该转子长，以便补偿端部磁漏效应。
根据本发明的电机的一个优选的应用领域是用于洗衣机的驱动装置，尤其是永磁体混合电动机的形式的驱动装置。在这样的驱动装置中典型地产生可达每分钟大约20000转数量级的转速。
这些材料空隙可以用非磁性材料填充以平衡转子。
从下面参照附图对实施例的说明中得到本发明的其它特征及优点。附图表示：
图1根据本发明的电机的实施例的定子及转子的径向截面的一个四分之一圆周，以及
图2根据图1的一个齿靴上的放大局部。
根据附图，电机1构造有一个转子2和一个定子3，其中，用于传递转矩的转子2支承在一个轴4上。转子2在轴向方向上由一个用一些相同地成形的单个片制成的叠片组5组成，按照图1中所示的径向横截面来构造这些相同地成形的单个片。叠片组5具有总共八个磁体容纳部6，这些磁体容纳部各装备有一个永磁体7。在每个磁体容纳部6两侧旁在转子2的圆周方向上在侧面各一个材料空隙8在轴向上穿过整个叠片组5延伸。这些永磁体7构造成长方六面体状并且它们的窄侧面布置在圆周方向上。在这些材料空隙8上构造有一些用于保持这些永磁体7的凸起9。
定子3具有一个外部框，十二个定子齿10从该外部框径向向内延伸，这些定子齿在它们的端部上扩宽成齿靴11。这些定子齿10中的每一个承载一个单个线圈的导线绕组(未示出)。这些导线绕组分别周期交替地与由一个电子逆变器提供的三相供电电压的三个不同相连接。这些定子齿10在圆周方向上的宽度b为这些定子齿的轴向长度1的至少四分之一，即定子齿10的横截面是相对紧凑的。由此达到所缠绕的导线长度或质量与定子齿10的横截面积的有利的比例并且还可以快速地制造这些绕组，因为提供绕组导线、在绕线时围绕绕组芯环行的引导工具仅仅需要相对较小的轴向行程。
图2中示出了图1的一个放大的局部，其中，永磁体7中之一直接位于一个定子齿10的对面。永磁体7的磁体容纳部6两侧的材料空隙8与转子2的圆周面相邻地、平行地、具有壁厚W地延伸。永磁体7以其朝着定子3的轴向棱边12伸入到两侧的材料空隙8中。这些材料空隙8垂直地通到永磁体7的与转子2的圆周面相邻的外表面13上。永磁体7以这个外表面13靠置在转子2的极靴14上。定子齿构造有齿靴11的朝着转子2的平坦的端部面15。这个端部面15在圆周方向上具有宽度BZ，该宽度至少近似相当于极靴14的宽度BS。
通过叠片组5构成的转子2具有一个轴向长度，该轴向长度稍微小于永磁体7的轴向长度。这些长方六面体状的永磁体7被平行地磁化并且用NdFeB(钕铁硼)制成。对于用在洗衣机中在转子直径在60mm数量级的情况下永磁体7的典型尺寸是：高度大约2.5mm，轴向长度比叠片组5的轴向长度长大约2至3mm，棱边宽度在圆周方向上处于12至16mm范围中、尤其是大约14mm。这些永磁体7以它们的棱边宽度的大约百分之五各伸入到两侧的材料空隙8中的一个中。为了在可达每分钟大约20000转的典型转子转速的情况下可以承受住永磁体的离心力，磁体容纳部6或空隙8与转子2的圆周面之间的最小壁厚W为大约1.0mm。

Claims (17)

1.电机、尤其是无刷直流电动机，该电机具有一个设置有一些导电绕组的定子(3)和一个至少部分地可磁化的转子(2)，该转子在圆周方向上装备有多个永磁体(7)，这些永磁体各这样嵌入到该转子(2)的圆周面与轴(4)之间的一个磁体容纳部(6)中，使得这些永磁体(7)在径向方向上完全被该转子(2)的圆周面包围，其特征在于：在这些磁体容纳部(6)旁边一些材料空隙(8)在该转子(2)的圆周方向上在侧面在该转子(2)内部轴向地延伸。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：这些材料空隙(8)在这些磁体容纳部(6)的两侧延伸。
3.根据权利要求1或2的电机，其特征在于：这些材料空隙(8)与该转子(2)的圆周面相邻地延伸。
4.据权利要求1至3中一项所述的电机，其特征在于：嵌入到磁体容纳部(6)中的永磁体(7)伸入到材料空隙(8)中。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于：永磁体(7)至少以其与该转子(2)的圆周面相邻的轴向棱边(12)伸入到材料空隙(8)中。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于：这些材料空隙(8)垂直地通到这些永磁体(7)的与该转子(2)的圆周面相邻的外表面(13)上。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：这些材料空隙(8)具有被作成圆形的、从与该转子(2)的圆周面平行的走向到与永磁体(7)的外表面(13)垂直的走向的过渡部。
8.根据权利要求4至7中一项所述的电机，其特征在于：永磁体(7)在圆周方向上以该永磁体的外表面(13)的部分宽度(BS)靠置在该转子(2)的一个极靴(14)上。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于：该部分宽度(BS)至少近似相当于一个定子齿(10)的齿靴在圆周方向上的宽度(BZ)。
10.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：通过材料空隙(8)在磁体容纳部(6)上构造一些轴向延展的凸起(9)，用于保持永磁体(7)。
11.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：这些永磁体(7)是长方六面体状的并且它们的窄侧面布置在圆周方向上。
12.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：该定子(3)具有多个定子齿(10)，这些定子齿的齿靴(11)的与该转子(2)相邻的端部面(15)被平坦地且在该转子(2)的圆周面的切向上构造。
13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于：每个定子齿(10)承载一个单个线圈的绕组。
14.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：该电机(1)构造有八个永磁体(7)和十二个定子齿(10)。
15.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：这些永磁体(7)与它们的朝着这些材料空隙(8)的侧面平行地被磁化。
16.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：这些永磁体(7)包括铁氧体和/或NdFeB和/或稀土金属。
17.根据上述权利要求中一项所述的电机，其特征在于：这些永磁体(7)在轴向方向上长度与该转子(2，5)相等或比该转子(2，5)长。
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