带有无流制动的无刷直流电机

摘要

无刷直流电机(1)包括定子(2)、带有多个永久磁极(N，S)的环绕定子(2)的转子杯(30)和带有多个极靴(41)的与定子(2)相连接的用于产生将环绕的转子杯(30)带到止动位置中的止动力矩的止动力矩板(4)。极靴(41)布置在止动位置中，相应地在环绕的转子杯(30)的两个相邻的极(N，S)之间形成磁短路。止动力矩板(4)主要布置在通过定子(2)在运行中产生的旋转磁场之外，由此，止动力矩的产生被与无刷直流电机(1)的电气特性分离且无刷直流电机(1)的功率不被止动力矩板(4)的存在显著影响。

权利要求

1.一种无刷直流电机(1)，其包括定子(2)和带有多个永久磁极(N, S)的环绕所述定子(2)的转子杯(30)，其特征在于带有多个极靴(41)的与所述定子(2)相连接的用于产生将所述环绕的转子杯(30)带到止动位置中的止动力矩的止动力矩板(4)，其中，所述极靴(41)这样布置，使得其在所述止动位置中相应在所述环绕的转子杯(30)的两个相邻的极(N, S)之间形成磁短路，其中，所述止动力矩板(4)主要布置在通过所述定子(2)在运行中产生的磁场之外。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述止动力矩板(4)至少近似在垂直于旋转轴线(z)延伸的平面中布置在所述定子(2)之上或之下。

3.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述止动力矩板(4)包括数个极靴(41)，其对应于所述环绕的转子杯(30)的极(N, S)的数量的整数的约数或倍数。

4.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述极靴(41)设计成T形，并且其横梁(410)相应布置在同心于所述环绕的转子杯(30)的圆上。

5.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述极靴(41)设计成T形，且其横梁(410)在所述止动位置中相应在所述环绕的转子杯(30)的两个相邻的极(N, S)的永磁体(31a, 31b)的部分区域上延伸。

6.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述定子(2)包括轴向的定子支架(20)，且所述止动力矩板(4)安装在所述定子支架(20)处。

7.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述环绕的转子杯(30)包括由硬磁材料构成的永磁体(31, 31a, 31b)，且所述止动力矩板(4)由导磁材料构成。

8.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述无刷直流电机(1)包括多个相同设计的、彼此覆盖地叠置的止动力矩板(4)。

9.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述无刷直流电机(1)包括多个相同设计的止动力矩板(4)，其中，所述止动力矩板(4)中的至少一个在垂直于旋转轴线(z)延伸的平面中布置在所述定子(2)之上并且所述止动力矩板(4)中的至少一个在垂直于所述旋转轴线(z)延伸的平面中布置在所述定子(2)之下。

10.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述止动力矩板(4)完全布置在形成所述永久磁极(N, S)的永磁体(31a, 31b)的主磁通中。

11.根据权利要求1所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述止动力矩板(4)这样布置，使得其在其端面(4s)上被所述永久磁极(N, S)的永磁体(31)覆盖。

12.根据权利要求7所述的无刷直流电机(1)，其特征在于，所述硬磁材料为钕-铁-硼，以及所述导磁材料为铁。

说明书

带有无流制动的无刷直流电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种带有无流制动(Hemmung)的无刷直流电机。本发明尤其涉及一种带有无流制动的无刷的、三相的、永磁的直流电机，其具有定子和带有多个永久磁极的、环绕定子的转子杯(Rotorbecher)。

背景技术

[0002] 为了将停止运行的且不被供电的电动机带到期望的止动位置中，例如为了阻止由驱动器驱动的阀门移动或阀转动，典型地使用制动弹簧，其持久地压到驱动器的传动装置上且由此尽可能阻止电机在无电流的状态中的转动。尽管制动弹簧的使用是成本有利的，但是具有该缺点，即其还在运行中制动电机且由此导致功率损失。由此，通过制动弹簧可产生的最大的制动被限制。由于制动弹簧与传动装置的机械接触，此外在运行中产生不期望的且经常干扰的噪音。此外，极其难以产生在限定的公差界限内的驱动器利用制动弹簧的制动，这根据制造策略导致经常在运行中被过度制动的或在停止运行中具有经常不足的制动的驱动。

[0003] 在带有永磁体的电动机中存在两个磁场。一个由永磁体产生且在无电流的状态中也存在。第二个由由电流流过的线圈产生。两个磁场的相互作用引起电机的旋转运动和转矩产生。铁磁材料(铁芯)的存在改变了磁场的取向。

[0004] 在文件DE 202004018822U1中描述了一种带有无流制动的无铁芯的且无刷的电机，其包括由铁磁材料构成的平的制动盘。永磁体安装在转子轴上且有间隔(气隙)地由线圈(其固定在罩壳的内壁处且从壳底延伸直至壳盖)包围。制动盘安装在壳盖的内侧上且与旋转的永磁体的磁场这样共同起作用，使得转子在切断电机时被保持在限定的止动位置中。因为制动盘处于线圈区域之内且由此也在定子的线圈的磁场中，所以然而其也影响运行中的两个磁场的相互作用且由此降低电机的工作效率。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提出一种带有无流制动的无刷直流电机，其至少不具有已知的电动机的一些缺点。本发明的目的尤其是提出一种带有无流制动的无刷直流电机，其包括定子和带有多个永久磁极的、环绕定子的转子杯。

[0006] 根据本发明，这些目的尤其通过独立权利要求的要素来实现。此外，另外的有利的实施形式由从属权利要求和说明书得知。

[0007] 上面所提及的目的通过本发明尤其由此实现，即提供一种(无刷的)同步电机，其具有定子和带有多个永久磁极的、环绕定子的转子杯，在其中设置有带有多个极靴的与定子相连接的用于产生将环绕的转子杯带到止动位置中的止动力矩的止动力矩板，其中，止动力矩板的极靴这样布置，使得其在止动位置中相应在环绕的转子杯的两个相邻的极之间形成磁短路。通过借助于止动力矩板产生止动力矩，制动弹簧完全不用考虑或可至少被明显减少，使得在运行中不由于制动引起功率减小或仅引起较少的功率减小，且此外产生止动力矩，其在狭窄的公差范围内对应于限定的额定值且使比利用制动弹簧总体更高的制动成为可能。止动力矩通过止动力矩板(其极靴在环绕的转子杯的相邻的极之间产生磁短路)的产生，此外使止动力矩板在通过定子在运行中产生的旋转磁场之外的特别有利的布置成为可能。由此阻止由于止动力矩板的存在对无刷直流电机的电气特性的影响和尤其对无刷直流电机的功率降低的影响。

[0008] 优选地，止动力矩板主要布置在通过定子在运行中产生的磁场之外。根据实施方案，止动力矩板在垂直于旋转轴线延伸的平面中布置在定子之上或之下。在一实施变体中，无刷直流电机包括多个相同设计的止动力矩板，其中，止动力矩板中的至少一个在垂直于旋转轴线延伸的平面中布置在定子之上并且止动力矩板中的至少一个在垂直于旋转轴线延伸的平面中布置在定子之下。通过将止动力矩板放置在定子上方和/或下方，止动力矩板这样布置，使得其对定子的线圈的磁场没有影响。由此，不由于止动力矩板的存在而损害负责运行中的电机的电气特性的磁路。因此，止动力矩板处于在无刷的直流电机的运行中出现的磁路之外，其从定子的极靴经由气隙、转子的永磁体和在转子杯上的回流闭合。通过将止动力矩板放置在定子上方和/或下方，止动力矩的产生即可与电机的电气特性分离且无刷的直流电机的电气特性不由于止动力矩板的存在而被显著影响。因此，与制动弹簧相比可产生大若干倍的制动力矩，其在电机运行中实际不产生功率损失。

[0009] 在一优选的实施变体中，止动力矩板这样布置，使得其在它的面对永磁体的端面上被永磁体覆盖。因此，止动力矩板完全布置在永磁体的主磁通中。

[0010] 优选地，止动力矩板包括数个极靴，其对应于环绕的转子杯的极的数量的整数的约数或倍数。

[0011] 在一实施变体中，极靴设计成T形，且其横梁相应布置在同心于环绕的转子杯的圆上。T形的极靴的横梁在止动位置中相应在环绕的转子杯的两个相邻的极的永磁体的部分区域上延伸。

[0012] 优选地，止动力矩板安装在定子的轴向的定子支架处。

[0013] 环绕的转子杯优选地包括由硬磁材料诸如钕-铁-硼(NdFeB)构成的永磁体且止动力矩板例如由导磁材料、尤其由铁构成。然而，其也可由其它的软磁的、半硬磁的或硬磁的材料构成。

[0014] 在一实施变体中，无刷的直流电机包括多个相同设计的、彼此覆盖地叠置的止动力矩板。

附图说明

[0015] 接下来根据示例说明本发明的实施方案。该实施方案的示例通过以下的附图来说明：

[0016] 图1：显示了带有环绕的转子杯和布置在定子上方的止动力矩板的无刷直流电机的示例性的实施方案的轴向的横截面。

[0017] 图2：显示了图1的无刷直流电机的定子的轴向的横截面。

[0018] 图3：显示了图1的无刷直流电机的环绕的转子杯的轴向的横截面。

[0019] 图4：显示了止动力矩板的示例性的实施方案的俯视图。

[0020] 图5：显示了在止动位置中带有磁场线的示意性的图示的穿过止动力矩板和的环绕的转子杯的垂直于旋转轴线延伸的横截面。

[0021] 具体实施形式

[0022] 在图1中，附图标记1涉及无刷直流电机，其具有定子2和带有多个通过永磁体31形成的永久磁极N、S的环绕的转子3。无刷直流电机1尤其三相地且例如作为插入驱动(Steckantrieb)来实施且在加热、通风和空调技术中例如被用于打开和关闭阀门，其中，其以带有例如1∶5000的传动比的较大的传动装置来使用。

[0023] 定子2包括定子支架20，其大致空心柱状地、围绕旋转轴线z旋转对称地来构造。定子支架20具有用于固定在承载的装置处的下端部区域以及与此相反的上端部区域。如在图1和2中所示，定子2包括多个安装在定子支架20处的且围绕定子支架20旋转对称地布置的、相应由定子板22和定子线圈21形成的用于在无刷直流电机1的运行中产生移动的旋转磁场的极靴23。极靴23相应具有垂直于旋转轴线z延伸的中心轴线，其在旋转轴线z上的共同的交点相交。

[0024] 此外，在定子支架20处安装有止动力矩板4，其优选地在上端部区域中在定子2之上、尤其在定子2的极靴23之上(也就是说在定子板22和线圈21之上)在垂直于旋转轴线z延伸的平面中布置且取向。在一实施变体中，止动力矩板4此外或作为备选在下端部区域中在定子2下方、尤其在定子2的极靴23下方(也就是说在定子板22和线圈21下方)在垂直于旋转轴线z延伸的平面中布置且取向。在一变体中，止动力矩板4构造成多层且包括多个统一设计的、彼此覆盖地叠置的止动力矩板4或者止动力矩板层。止动力矩板4和定子板22例如由导磁材料、尤其由铁(铁板)构成。

[0025] 定子支架20具有孔25和布置在其中的用于容纳或者支承环绕的转子3的同心于旋转轴线z布置的转子轴32的轴承24。定子支架20例如由铜合金而转子轴32例如由不锈钢制成。

[0026] 环绕的转子3包括环绕定子2的转子杯30，其利用支撑部33固定在转子轴32处。转子杯30例如具有二至五厘米的外径和二至四厘米的高度。如在图5中显而易见的那样，在面对转子轴32的内侧处(也就是说在转子杯30的内壁处)安装有多个永磁体31作为环形交替的极，例如十二个交替的磁北极和南极N、S。永磁体31优选地由硬磁材料诸如钕-铁-硼(NdFeB)来制造且形成布置在转子杯30的内壁处的环绕转子轴32的箍或环。代替环，磁体也可以以圆形分散地布置。在图5中，白色的虚线圆示意性地说明了在例如由铁板构成的环绕的转子杯30与安装在其上的环绕的箍状的多极的永磁体区域之间的界限。

[0027] 在组装的状态中，转子3(如在图1中所示)以转子轴32可旋转地支承在定子支架20中，并且转子杯30钟状地被翻在定子2之上且可自由地围绕旋转轴线z和定子3旋转。

[0028] 如在图4和5中所示，止动力矩板4包括内部的支撑环40和多个极靴41，其旋转对称地布置在支撑环40的外侧处。如在图1中显而易见的那样，止动力矩板4或其支撑环40固定在定子支架20的上面的(和/或下面的)端部区域处，使得支撑环的中心Z处于旋转轴线z上。在组装的状态中，转子轴32因此被引导通过支撑环40的开口。

[0029] 极靴41设计成T形且相应地具有纵轴线p，其在支撑环40的中心相会。T形的极靴41的横梁410相应与支撑环40背对地布置在同心于支撑环40的外部的圆上。如在图5中显而易见的那样，T形的极靴41的横梁410的与支撑环背对的端面4s从支撑环40的中心Z起以圆半径rp倒圆。横梁410的倒圆的端面4s的圆半径rp小于转子3从转子轴32(旋转轴线z)的中心直至环绕地布置在转子杯30处的永磁体31、31a、31b的内径ri，使得在止动力矩板4的极靴41之间、尤其在极靴41的横梁410的端面4s与永磁体31、31a、31b之间存在气隙L2且转子力矩板4不在机械上阻碍转子3的转动。

[0030] 止动力矩板4的极靴41的数量优选地是环绕的转子杯30的极的数量的整数的约数或整数的倍数。

[0031] 在图5的示例中，转子3在转子杯30处具有十二个交替的北极和南极N、S并且止动力矩板4具有六个极靴41。

[0032] 如在图5中所示，极靴41这样布置，使得其纵轴线p在止动位置中相应处在两个并排处于转子杯30处的相邻的永磁体31a、31b之间，使得其横梁410相应在两个相邻的北极和南极N、S之间形成磁短路，如由永磁体31、31a、31b的通过极靴41所影响的磁场线5的示出的走向显而易见的那样。在此，极靴41的横梁410在纵轴线p两侧在止动力矩板4的平面中相应在相邻的永磁体31a、31b中的一个的部分区域上延伸且无接触地覆盖该部分区域(利用横梁410的端面4s)。在图5的示例中，横梁410的宽度小于永磁体31、31a、31b的宽度，使得在止动位置中相应小于永磁体31、31a、31b的一半在止动力矩板4的平面中由极靴4的横梁410无接触地覆盖。在缺少定子2的旋转磁场的情况下(也就是说在无电流的状态中)，当无刷直流电机1不运转时，在交错的南极与北极N、S之间通过极靴41这样产生的磁短路足够用于产生制动无刷直流电机1的止动力矩，其将环绕的转子杯30和因此转子3带到限定的止动位置中。

[0033] 如在图1中显而易见的那样，止动力矩板4大致垂直于永磁体31取向且具有面对永磁体31的端面4s，其如在图4中所示相应处于极靴41的横梁410的关联于永磁体31的侧面上。止动力矩板4关于旋转轴线z的纵取向这样布置，使得其在其端面4s上完全被永磁体31覆盖。这意味着，端面4s的整个通过止动力矩板4的上侧4o和下侧4u所限制的区域仅通过气隙L2分离地与通过永磁体31形成的永磁区域相对而置。通过永磁体31在端面4s的整个通过止动力矩板4的上侧4o和下侧4u所限制的区域上延伸离开且在其上出去，止动力矩板4完全处在永磁体31的主磁通中。

[0034] 在运行中，定子线圈21的(移动的)磁场相应经由定子2的通过定子板22形成的极靴23取向。磁路在运行中从定子2的极靴23经由气隙L1、转子3的永磁体31并且通过在转子杯30上的回流闭合。通过将转子力矩板4放置在定子2上方和/或下方，止动力矩板4处在该磁路之外。由此阻止无刷直流电机1的电气特性由于止动力矩板4的存而被显著影响。因为止动力矩板4即主要布置在通过定子2在运行中产生的旋转磁场的作用区域之外，所以止动力矩板4和尤其其极靴41在运行期间对无刷直流电机1没有功率降低的影响。