具有迴路環的電機的製作方法
2023-06-05 16:12:16
專利名稱：具有迴路環的電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一個迴路環(return ring)的、如獨立權利要求前序部分所述的電機。
小功率的電機大量地用於家用器具、或例如手持工具器械中，它們在技術和經濟的要求方面應該儘可能最佳地設計。如果前景是轉速和轉矩的一種良好的控制方法，則最好使用直流電機。根據直流電機的布線可以由此形成有針對性的特性。因此例如一種直流並勵電機的特徵是轉速與負荷很少相關。
直流電機的激勵不僅可以通過永久磁鐵實現，而且可以通過電磁鐵實現。在使用電磁鐵時存在一個並勵電機，它可以通過相同取向的交流電來驅動，其中保留直流電機的特性。
一種具有高功率密度的電機可以通過使用永久磁鐵來實現，轉子在其磁場中旋轉。當成對地使用至少近似地直徑地相對置的永久磁鐵的時候，則實現所述電機的一種特別簡單的結構方式。藉助於一個可磁化的迴路環來導引位於磁鐵之間的轉子部位以外的磁流。
所述迴路環除了導引磁流以外，還承擔其它任務。例如該迴路環可以包括用於固定永久磁鐵的容納體。此外該迴路環可以承擔進一步裝配電機的功能。
由EP 179 963 A1已知一種根據上述類型的、具有一個迴路環的電機。在迴路環的內側面上設置不同極性的成對的永久磁鐵，它們至少近似地直徑地相對置。由導磁的杆材料製成的迴路環具有至少兩個線圈，它們圍繞永久磁鐵纏繞。用於確定迴路環壁厚的線圈數量與迴路環中的磁流這樣相協調，使得避免接近或超過所使用的材料的磁化極限。已知的磁迴路環以對於磁流有效的表面為基準地到處具有相同的厚度。
本發明的目的是，給出一種具有一個迴路環的電機，它能夠實現具有高功率密度的小結構的電機。
這個目的通過在獨立權利要求中給出的特徵得以實現。
本發明的優點按照本發明的電機具有一個迴路環，在其內側面上設置不同極性的成對的磁鐵，它們至少近似地直徑地相對置，該電機的特徵在於，所述迴路環在圓周方向上具有一個變化的、有針對性規定的壁厚。
按照本發明規定的措施，即變化的、有針對性規定的壁厚能夠實現具有一個儘可能最小體積的迴路環。由此可以製成具有高功率密度的扁平電機，它由於迴路環儘可能微小的體積是特別輕的。通過有針對性規定的壁厚使材料用量最小化，由此在電機批量生產中得到優點。
按照本發明的具有一個迴路環的電機的優選改進方案和結構方案在從屬權利要求中給出。
一種優選方案規定，所述壁厚根據磁流來確定。通過這種措施一方面保證，所述壁厚在具有高磁流的部位中以一個數值確定，該數值不會使迴路環的材料達到磁飽和。另一方面可以在具有更小磁流的部位中減小壁厚，並且只以機械穩定性設計。
一種優選方案規定，所述壁厚在位於磁鐵之間的一個第一和/或第二圓周部位中比在至少局部包圍該磁鐵的一個第三和/或第四圓周部位中的壁厚要大。通過這種改進方案考慮到，在磁鐵之間出現最大的磁流密度。
這種優選方案的另一改進方案規定，所述壁厚在第三和第四圓周部位的中間以一個數值確定，該數值取決於迴路環的最小所需強度。通過這個措施可以使壁厚減小到一個數值，其中可以保證迴路環在使用儘可能少的材料時仍然具有承載能力。
按照本發明的具有一個迴路環的電機的另一優選方案規定，在所述迴路環的至少一個端側面上設置至少一個用於容納和/或支承所述電機的至少另一構件的功能元件。該功能元件例如是一個凹槽或一個凹坑，在其中例如嵌入一個軸承法蘭，該軸承法蘭由此固定在其位置上。
另一種有利的方案規定，在迴路環的軸向上設置至少一個縱向筋。該縱向筋可以承擔結構上的任務、如一種間隔墊或一種固定物。通過縱向筋最好能夠實現迴路環的一種更好的冷卻。
這種優選方案的一種改進方案規定，設置至少一個縱向筋副，並且在這兩個縱向筋之間的距離與一個裝配件的容納體相協調。該裝配件例如是一個螺栓，利用該螺栓來固定地旋緊一個軸承法蘭、或者可以使兩個分別設置在迴路環的端側面上的軸承法蘭相互螺栓連接起來。
這種優選方案的另一改進方案規定，設置至少兩個這樣的縱向筋副，其中該縱向筋副分別至少近似地直徑地相對置地設置。通過這種措施能夠例如使一個軸承法蘭只通過兩個螺栓就固定地旋擰住，或者使兩個軸承法蘭只通過兩個螺栓就連接起來。
一種優選方案規定，設置至少一個用於容納一個裝配件的凹槽。該凹槽例如可以是一個容納一個螺栓的孔。
這種有利的方案的另一改進方案規定，設置至少兩個凹槽，它們至少近似地直徑地相對置地設置。通過這種措施同樣能夠使例如一個軸承法蘭只通過兩個螺栓就固定地旋擰住，或者使兩個軸承法蘭只通過兩個螺栓就連接起來。
一種優選方案規定，在所述迴路環的內表面上設置至少一個用於固定一個磁鐵的容納體。該容納體尤其能夠使永久磁鐵進行簡單裝配，例如通過粘接來進行。
一種優選方案規定，所述磁鐵由永久磁鐵構成，並且該磁鐵的一個極完全貼靠在迴路環的內表面上。這種措施一方面支持所述至少一個永久磁鐵的裝配，另一方面能夠實現一個使整個裝置具有一個最小體積的穩定結構。
按照本發明的具有一個迴路環的電機的其它優選方案和改進方案由下面的說明給出。
圖1示出一個按照本發明的具有一個迴路環的電機的立體圖，圖2示出一個按照本發明的具有一個迴路環的電機的縱截面圖，圖3示出一個迴路環在一個端側面上的俯視圖，圖4示出一個迴路環的立體圖。
圖1示出一個電機10的立體圖，它具有一個迴路環11，在其在圖1中不可見的第一端側面12a上貼靠一個第一軸承法蘭13a、而在其在圖1中同樣不可見的第二端側面12b上貼靠一個第二軸承法蘭13b。這兩個軸承法蘭13a，13b通過一個第一裝配件14a、並通過一個在圖1不可見的第二裝配件14b相互連接。
在第一軸承法蘭13a中，設置一個第一軸承15a而在第二軸承法蘭13b中設置一個在圖1中不可見的第二軸承15b。在軸承15a，15b中支承所述電機10的一個軸16。
第一軸承法蘭13a具有一個第一和第二電刷導向體17a，17b。在第一電刷導向體17a中導引一個第一電刷18a，並在第二電刷導向體17b中導引第二電刷18b。
為了更清楚地表示按照本發明的、具有迴路環11的電機10的結構，在圖2中示出通過電機10的一個縱截面圖。那些與在圖1中所示部件相一致的部件在圖2中分別具有相同的附圖標記。圖2示出在圖1中不可見的第二軸承15b的結構。該電機10的軸16具有一個換向器20，它與第一和第二電刷18a，18b共同起作用。該軸16還具有一個被迴路環11所包圍的電樞21。
圖3示出迴路環11的兩個端側面12a，12b中的一個端側面的俯視圖。該迴路環11具有與位置有關的壁厚，該壁厚以附圖標記30表示。該壁厚30在一個第一圓周部位31a和一個第二圓周部位31b中比在一個第三圓周部位32a和一個第四圓周部位32b中的壁厚要大。
所述端側面12a，12b包括功能元件33，34，35，36，37，38，該功能元件基本上設置在第一和第二圓周部位31a，31b中。在功能元件35的部位處設置一個第一凹槽39、並在功能元件36的部位處設置一個第二凹槽40。
所述迴路環11在第三圓周部位32a中包括一個第一和第二縱向筋30，31，它們共同構成一個縱向筋副。該迴路環11還在第四圓周部位32b中包括一個第三和第四縱向筋32，33，它們同樣共同構成一個縱向筋副。
一個第一和第二磁鐵46，47位於迴路環11的一個內側面45上，它們具有一個不同的極性。例如第一磁鐵46的北極與第二磁鐵47的南極緊挨著位於迴路環11的內側面45上。第一磁鐵46支承在一個第一容納體48上，它設置在迴路環11的內側面45上。第二磁鐵47相應地支承在一個第二容納體49上，它同樣設置在內側面45上。
為了進一步表明，在圖4中示出迴路環11的一個立體圖。那些與在圖3中所示部件相一致的部件在圖4中分別具有相同的附圖標記。
在圖4中，功能元件33-38裝入到端側面12a中的凹坑中。
所述迴路環11最好在一個燒結工藝中製成，其中一種適合的材料、例如軟磁的純鐵粉末在高壓下受到壓制。這種加工工藝能夠在一個加工步驟中製成所述迴路環11，其中也形成功能元件33-38、縱向筋41-44、凹槽39，40、容納體48，49以及其它在附圖中未示出或沒有詳細描述的迴路環11的形狀。所述燒結工藝尤其能夠實現迴路環11在圓周方向上變化的壁厚30。
所述壁厚30最好根據磁流變化。關於磁流取決於表面。前提是，該迴路環11在軸徑上至少近似地到處都具有相同的長度，僅僅壁厚30對於相應的表面是重要的，因此在下面僅涉及壁厚30。
所述迴路環11、或者說壁厚30最好這樣構成使得在迴路環11中出現最大磁流的地方選擇最大的壁厚30。對於在圖3中所示的磁鐵46，47結構，在位於磁鐵46，47之間的第一和第二圓周部位31a，31b中分別出現最大的磁流，因此最好在那裡使壁厚30大於分別至少局部包圍住磁鐵46，47的第三和第四圓周部位32a，32b中的壁厚。在第三和第四圓周部位32a，32b中可以使壁厚30以一個最小值確定，該值由迴路環11在這個部位中所需的最小強度來確定。在第三和第四圓周部位32a，32b中的最小壁厚30也可以根據加工工藝來確定。該最小壁厚30大致可以在第三和/或第四圓周部位32a，32b的中點規定，它與磁鐵46，47的中間相一致。
按照本發明的措施—使迴路環11的壁厚30在圓周方向上變化、且有針對性地規定，這能夠實現在結構上非常扁平的和輕的電機10，它具有一種高功率密度。
特別有利的是，所述磁鐵46，47的結構為永久磁鐵，它們成對地在迴路環11的內表面45上以不同的極性相對置。所述不同的極性意味著，所述一個磁鐵46的北極與另一磁鐵47的南極在迴路環11的內表面45上相鄰。所述永久磁鐵46，47由磁鐵段構成。這種磁鐵46，47的結構導致該磁鐵46，47在迴路環11中的一種簡單的結構布置。
尤其是具有稀土元素的磁鐵適合於作為永久磁鐵46，47，例如釤鈷磁鐵或尤其是釹鐵硼磁鐵，它們提供一個特別高的磁流。
所述磁鐵46，47在迴路環11的內表面45上通過容納體48，49固定在位置上，它們可以例如進行粘接。所述容納體48，49例如由在迴路環11的軸向方向上的縱向筋構成。無需使容納體48，49在軸向上連續地存在。在迴路環11的第一和第二端側面12a，12b部位處存在容納體48，49就足夠了。在圖3和4中僅僅分別示出每個磁鐵46，47的一個容納體48，49。對於每個磁鐵46，47可以設置兩個容納體48，49。
所述迴路環11的至少一個端側面12a，12b按照一種特別優選的方案包括功能元件33-38，它們按照在圖4中所示的實施例由凹槽或凹坑構成。代替凹坑也可以加工凸起。此外也可以設置複雜的功能元件33-38，它們能夠通過燒結工藝在一個工作步驟中與迴路環11一起製成。所述功能元件33-38的其它優點在於，所述電機10的其它構件可以形狀配合連接地與迴路環11相連接。這些構件例如是軸承法蘭13a，13b。所述軸承法蘭13a，13b的凸起嵌入到由凹坑構成的功能元件33-38中，如同在圖2中截面圖所示的那樣。
所述迴路環11的一個特別的方案規定至少一個縱向筋41-44的形狀。所述至少一個縱向筋41-44最好設置在第三和/或第四圓周部位32a，32b中。所述至少一個縱向筋41-44的一種第一功能是提高電機10的冷卻能力。另一功能例如是對於電機10另外提供的裝配元件。
最好設置至少一個縱向筋副41，42；43，44，其中單個的縱向筋41，42；43，44例如相互間具有一種規定的距離，或者例如形成一個規定的空間。這樣一種空間例如可以是一個燕尾槽導向體。由此使各個縱向筋副41，42；43，44提供了用於容納裝配件14a，14b的可能性。作為裝配件14a，14b例如考慮螺栓，它們使所述兩個軸承法蘭13a，13b相互間通過擠壓而對著第一或第二端側面12a，12b進行連接。如果成對存在的縱向筋41，42；43，44至少近似地直徑地相對置地設置，則特別好地實現這個目的。這種布置能夠使軸承法蘭13a，13b分別均勻地頂壓在各端側面12a，12b上，同時最少地使用僅僅兩個裝配件14a，14b。
所述迴路環11的另一種特殊方案設置所述至少一個凹槽39，40，它們同樣可以容納一個裝配件14a，14b。在這種情況下例如也可以是一個螺栓，它使所述兩個軸承法蘭13a，13b相互連接起來。如果所述凹槽39，40至少近似地直徑地相對置地設置，則也特別好地實現這個任務。
附圖標記列表10 電機 31a 第一圓周部位11 路環 31b 第二圓周部位12a 第一端側面 32a 第三圓周部位12b 第二端側面 32b 第四圓周部位13a 第一軸承法蘭 33，34，35，13b 第二軸承法蘭 36，37，38 功能元件14a 第一裝配件 39 第一凹槽14b 第二裝配件 40 第二凹槽15a 第一軸承 41 第一縱向筋15b 第二軸承 42 第二縱向筋16 軸 43 第三縱向筋17a 第一電刷導向體 44 第四縱向筋17b 第二電刷導向體 45 內表面18a 第一電刷 46 第一磁鐵18b 第二電刷 47 第二磁鐵20 電流換向器 48 第一容納體21 電樞 49 第二容納體30 壁厚
權利要求
1.具有一個迴路環(11)的電機(10)，在該迴路環的內側面(30)上設置不同極性的成對磁鐵(46，47)，它們至少近似地直徑地相對置，其特徵在於，所述迴路環(11)在圓周方向上具有一個變化的、有針對性規定的壁厚(30)。
2.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，所述壁厚(30)根據磁流來確定。
3.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，所述壁厚(30)在位於磁鐵(46，47)之間的一個第一和/或第二圓周部位(31a，31b)中比在至少局部包圍住該磁鐵(46，47)的一個第三和/或第四圓周部位(32a，32b)中的壁厚要大。
4.如權利要求3所述的電機(10)，其特徵在於，所述壁厚(30)在第三和/或第四圓周部位(32a，32b)內部以一個數值確定，該數值取決於迴路環(11)的最小所需強度。
5.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，在所述迴路環(11)的至少一個端側面(12a，12b)上設置至少一個用於容納和/或支承電機(10)的至少另一構件(13a，13b)的功能元件(33-38)。
6.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，在所述迴路環(11)的軸向上設置至少一個縱向筋(41，42；43，44)。
7.如權利要求6所述的電機(10)，其特徵在於，設置至少一個縱向筋副(41，42；43，44)，並且由縱向筋(41，42；43，44)所限定的空間與一個裝配件(14a，14b)的容納體相協調。
8.如權利要求7所述的電機(10)，其特徵在於，設置至少兩個縱向筋副(41，42；43，44)，其中該縱向筋副(41，42；43，44)分別至少近似地直徑地相對置地設置。
9.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，在所述迴路環(11)的軸向上設置至少一個用於容納一個裝配件(14a，14b)的凹槽(39，40)。
10.如權利要求9所述的電機(10)，其特徵在於，設置至少兩個凹槽(39，40)，它們至少近似地直徑地相對置地設置。
11.如權利要求1所述的電機(10)，其特徵在於，在所述迴路環(11)的內表面(30)上設置至少一個用於固定一個磁鐵(46，47)的容納體(48，49)。
12.如上述權利要求中任一項所述的電機(10)，其特徵在於，所述磁鐵(46，47)由永久磁鐵構成，並且該磁鐵(46，47)的每個極分別完全貼靠在迴路環(11)的內表面(30)上。
全文摘要
一種設置一個迴路環(11)的電機(10)，在該迴路環的內側面(30)上設置不同極性的成對磁鐵(46，47)，它們至少近似地直徑地相對置。所述迴路環(11)在圓周方向上具有一個變化的、有針對性規定的壁厚(30)。所述壁厚(30)最好在位於磁鐵(46，47)之間的第一和/或第二圓周部位(31a，31b)中比在至少局部地包圍住磁鐵(46，47)的第三和/或第四圓周部位(32a，32b)中的壁厚要大。按照本發明的具有一個迴路環(11)的電機(10)能夠實現扁平的且較輕的電機(10)，它們具有一種高的功率密度。
文檔編號H02K1/12GK1839527SQ03827036
公開日2006年9月27日 申請日期2003年9月5日 優先權日2003年9月5日
發明者A·賓德 申請人:克雷斯電氣電動馬達有限公司