專利名稱：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有換向器的電動(dòng)機(jī)，優(yōu)選地涉及一種串勵(lì)(Reihenschluss)運(yùn)行開啟式空冷(durchzugsbelueften)有高的功率密度尤其用于手操縱的電動(dòng)手工工具機(jī)如螺旋工具機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置的通用電機(jī)。
這種電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，設(shè)計(jì)為電樞的轉(zhuǎn)子設(shè)有繞齒的通電的電樞繞組，以及包括一個(gè)外套狀圍繞電樞的定子，定子有通電的定子繞組，用于產(chǎn)生作為總磁場(chǎng)一部分的勵(lì)磁場(chǎng)，繞齒設(shè)置的電樞繞組處于總磁場(chǎng)磁極之間，磁場(chǎng)經(jīng)定子的極靴、氣隙和轉(zhuǎn)子的齒通過電樞繞組。
通過一個(gè)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)換電樞線圈基線的換向器，保證電樞繞組的面始終大體垂直于由定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向。借助于通過磁場(chǎng)作用在通電導(dǎo)線上的力，產(chǎn)生相對(duì)于定子驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的扭矩。為此，定子繞組的磁場(chǎng)作為勵(lì)磁場(chǎng)主要沿極靴通過電樞繞組，為避免渦流損失極靴彼此絕緣并大多由電工薄鋼片組成，在這種情況下在極靴內(nèi)產(chǎn)生大的磁感應(yīng)。
流入電樞繞組的電流在由薄片和電刷組成的換向器內(nèi)分成兩部分，它們繞過電樞流動(dòng)，使電樞垂直于定子繞組的勵(lì)磁場(chǎng)磁化。稱為電樞交軸磁場(chǎng)的寄生磁場(chǎng)疊加在勵(lì)磁場(chǎng)上?？?合成)磁場(chǎng)相對(duì)于勵(lì)磁場(chǎng)以一個(gè)銳角移動(dòng)，而與之垂直的中性區(qū)也是如此，在此中性區(qū)內(nèi)不感應(yīng)電抗電壓。
通過電刷暫時(shí)將兩塊薄鋼片導(dǎo)電連接，當(dāng)此短路斷開時(shí)，促使通過總磁場(chǎng)形成電抗電壓，由此引起電刷火花。為了達(dá)到無電流轉(zhuǎn)換使電機(jī)無火花運(yùn)行并因而實(shí)現(xiàn)電刷最小磨損，將電刷通過電路移動(dòng)(Schaltverschiebung)設(shè)在相對(duì)于總磁場(chǎng)為中性的區(qū)內(nèi)，它與勵(lì)磁繞組構(gòu)成一個(gè)限定的角度。因此，換向器的電刷不再相對(duì)于勵(lì)磁場(chǎng)方向軸對(duì)稱地布置，其結(jié)果是不能沿兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向最佳地運(yùn)行。
已知另一種可供選擇的方案，其中勵(lì)磁場(chǎng)的軸線相對(duì)于對(duì)稱地設(shè)在定子中的換向器，通過設(shè)計(jì)為多個(gè)部分并按工作類型(驅(qū)動(dòng)、制動(dòng))聯(lián)接的部分勵(lì)磁繞組，繞非對(duì)稱的極靴旋轉(zhuǎn)。例如由文獻(xiàn)DE 19636519已知此類電動(dòng)機(jī)。這種相對(duì)于勵(lì)磁場(chǎng)的對(duì)稱軸為非對(duì)稱的電動(dòng)機(jī)中存在的缺點(diǎn)是，它們只能沿一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向以最小的電刷磨損運(yùn)行。此外，與沒有電路移動(dòng)而特性曲線相同的電動(dòng)機(jī)相比，需要通過更多的轉(zhuǎn)子匝數(shù)進(jìn)行有害的繞組匹配。
例如用作螺旋工具機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)方向大體等分地變換，因此電刷和極的結(jié)構(gòu)對(duì)稱地設(shè)計(jì)，然而與單一旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)行的同類非對(duì)稱電動(dòng)機(jī)相比，這樣做導(dǎo)致較高的電刷磨損。在文獻(xiàn)DE-OS 1563022中公開了，仍在繞定子極靴的勵(lì)磁繞組多部分設(shè)計(jì)并聯(lián)結(jié)的方案中存在的，經(jīng)沿兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向足夠的換向后限制磨損的可能性。在這種方案中存在的缺點(diǎn)主要是與之相關(guān)連的高的生產(chǎn)成本以及有必需附加的而在某種運(yùn)行方式下卻不利用的勵(lì)磁繞組部分。
由于電樞的齒在較高的功率范圍內(nèi)高的磁飽和度，所以它們處于非線性的特性曲線區(qū)內(nèi)，因此通過由此而受限制的總磁場(chǎng)造成勵(lì)磁場(chǎng)的減弱，這稱為電樞反作用。在沖擊式加載時(shí)，例如在螺旋操作時(shí)所需的那樣，勵(lì)磁場(chǎng)的減弱導(dǎo)致磁場(chǎng)抑制沖擊，這危及電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。為了將電樞反作用保持在允許的極限范圍內(nèi)，通常增大極靴與齒之間的氣隙，然而這引起需要更強(qiáng)的勵(lì)磁并因而降低效率。
一種排除電樞交軸磁場(chǎng)的方法是附加地設(shè)垂直于勵(lì)磁繞組的補(bǔ)償繞組，它被稱為輔助極(wendepole)。補(bǔ)償繞組和電樞繞組就電流而言處于反接串聯(lián)電路中，所以始終提供補(bǔ)償。然而出自于制造技術(shù)方面的原因，只有大型電動(dòng)機(jī)才配備這種輔助極，因?yàn)樵谛⌒烷_啟式風(fēng)冷高功率密度的通用電機(jī)中，輔助極的配置技術(shù)上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)用于手操縱驅(qū)動(dòng)裝置并因而需要小而輕的電動(dòng)機(jī)而言，這種方案是不適用的。
本發(fā)明的目的是，對(duì)于沿兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)行的具有換向器的電動(dòng)機(jī)，通過改善換向性能，尤其在電動(dòng)機(jī)具有對(duì)稱于勵(lì)磁場(chǎng)或定子軸線設(shè)置的換向器電刷的情況下，通過減少由于電樞交軸磁場(chǎng)造成的電刷火花，延長(zhǎng)電刷的壽命。這些尤其應(yīng)能在小和輕的電動(dòng)機(jī)中在制造技術(shù)方面有利地實(shí)現(xiàn)。
此目的通過獨(dú)立權(quán)利要求達(dá)到。由從屬權(quán)利要求給出有利的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于達(dá)到此目的而言重要的是，在定子的極靴之間構(gòu)成一個(gè)平行于勵(lì)磁場(chǎng)方向的槽，它在材料一側(cè)有比定子小的磁導(dǎo)率或飽和度。槽與勵(lì)磁場(chǎng)平行，因此實(shí)際上對(duì)勵(lì)磁場(chǎng)沒有影響，但與對(duì)換向性能有不良作用的電樞交軸磁場(chǎng)串聯(lián)并因而顯著減弱了電樞交軸磁場(chǎng)。因此與無槽的定子相比，不僅顯著減小了電樞交軸磁場(chǎng)，而且顯著減小了與之相關(guān)連的電樞反作用。其結(jié)果是改善了換向性能和延長(zhǎng)了電刷壽命。
因?yàn)榇擞糜谘a(bǔ)償電樞交軸磁場(chǎng)的解決方案即使在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)中和在沒有輔助極的電動(dòng)機(jī)中也能采用，所以此方案尤其適用于小和輕的電動(dòng)機(jī)。此外與沒有槽的電動(dòng)機(jī)相比不需要繞組匹配。
通過減小電樞交軸磁場(chǎng)達(dá)到的使電樞反作用有利地減小，降低了在沖擊式加載時(shí)，例如尤其在驅(qū)動(dòng)螺旋工具機(jī)時(shí)出現(xiàn)的沖擊式加載的情況下磁場(chǎng)抑制沖擊的危險(xiǎn)。
有利的是，通常充填空氣的開口槽也可以用另一種非鐵磁性和非各向同性導(dǎo)電的材料充填，例如用塑料充填，以免槽被松散物質(zhì)填塞。
下面借助于附圖表示的有利的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中

圖1帶槽的電動(dòng)機(jī)和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)的磁場(chǎng)圖形；以及圖2有或沒有槽時(shí)電樞交軸磁場(chǎng)對(duì)比圖。
按圖1，電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子1，設(shè)計(jì)為電樞的轉(zhuǎn)子設(shè)有繞齒3的通電的電樞繞組2，以及包括一個(gè)外套狀圍繞轉(zhuǎn)子的定子4，它有通電的定子繞組5，用于產(chǎn)生作為總磁場(chǎng)6一部分的勵(lì)磁場(chǎng)，繞齒3設(shè)置的電樞繞組2處于總磁場(chǎng)的磁極之間，磁場(chǎng)6經(jīng)定子4的極靴7、氣隙8和轉(zhuǎn)子1的齒3通過電樞繞組2。定子4在位于勵(lì)磁場(chǎng)對(duì)稱軸9中的極中心內(nèi)部設(shè)一至少部分貫通的槽10，它有利地在兩個(gè)極處設(shè)計(jì)為相同的，槽用空氣中或其他非鐵磁性的材料充填，并因而對(duì)勵(lì)磁場(chǎng)沒有影響或沒有顯著的影響，然而卻明顯地削弱了總磁場(chǎng)6垂直于對(duì)稱軸9的磁場(chǎng)分量。槽10的寬度有利地是氣隙8寬度的多倍，并因而取決于具體的尺寸，其數(shù)量級(jí)為幾個(gè)毫米。
在圖2中分別對(duì)于按本發(fā)明有槽10的電動(dòng)機(jī)12和已知的類似設(shè)計(jì)的沒有槽10的電動(dòng)機(jī)13的要抑制的電樞交軸磁場(chǎng)的磁感應(yīng)的磁場(chǎng)圖形加以比較。由圖可見，在按本發(fā)明有槽10的電動(dòng)機(jī)12中垂直于對(duì)稱軸9方向的電樞交軸磁場(chǎng)明顯地較弱。因此，即使在相對(duì)于對(duì)稱軸9為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)中，由電樞交軸磁場(chǎng)引起的有害后果大大減小。尤其改善了換向性能并因而延長(zhǎng)了電刷壽命。采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)于兩個(gè)可能的旋轉(zhuǎn)方向所獲得的這一優(yōu)點(diǎn)是相同的。因?yàn)榘幢景l(fā)明有槽10的電動(dòng)機(jī)12沒有輔助極也足已滿足要求，所以它在制造技術(shù)方面尤其對(duì)于小型和輕型的電動(dòng)機(jī)是有利的，這種電動(dòng)機(jī)例如應(yīng)用于手操縱的螺旋工具機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中。
對(duì)于一臺(tái)具體尺寸的電動(dòng)機(jī)，通過有限元法模擬計(jì)算，證實(shí)了通過用空氣充填的2.5mm寬的槽在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)邊界位置電樞交軸磁場(chǎng)的減小。
權(quán)利要求
1．有換向器的電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(1)，設(shè)計(jì)為電樞的轉(zhuǎn)子設(shè)有通電的電樞繞組(2)，以及包括一個(gè)外套狀圍繞電樞的定子(4)，用于產(chǎn)生作為磁場(chǎng)(6)一部分的勵(lì)磁場(chǎng)，其特征為定子(4)在勵(lì)磁場(chǎng)的對(duì)稱軸(9)內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)至少部分貫通的槽(10)，以及，槽(10)有比定子(4)小的磁導(dǎo)率和/或飽和度。
2．按照權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為槽(10)在兩個(gè)極處有相同的幾何尺寸。
3．按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為換向器垂直于對(duì)稱軸(9)布置。
4．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為電動(dòng)機(jī)相對(duì)于對(duì)稱軸(9)設(shè)計(jì)為對(duì)稱的。
5．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為槽(10)設(shè)計(jì)為沿對(duì)稱軸(9)貫通。
6．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為槽(10)充填一種非鐵磁性的材料。
7．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為槽(10)的寬度等于氣隙(8)寬度的多倍。
8．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)，其特征為電動(dòng)機(jī)沒有輔助極。
9．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于手操縱的電動(dòng)工具機(jī)內(nèi)，選擇串勵(lì)法。
10．按照權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于可變換旋轉(zhuǎn)方向的電動(dòng)工具機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有換向器的電動(dòng)機(jī),它有可變換的旋轉(zhuǎn)方向,優(yōu)選地作為手操縱的電動(dòng)工具機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置,為了減小電樞交軸磁場(chǎng)和延長(zhǎng)電刷壽命,在定子(4)對(duì)稱軸(9)內(nèi)設(shè)槽(10),其中,換向器有利地對(duì)稱于此對(duì)稱軸設(shè)置。
文檔編號(hào)H02K23/42GK1319932SQ0111176
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2001年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者埃希特勒·卡爾, 德格邁爾·安德烈亞斯 申請(qǐng)人:希爾蒂股份公司