專利名稱：電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有換向器的電動機，優(yōu)選地涉及一種串勵(Reihenschluss)運行開啟式空冷(durchzugsbelueften)有高的功率密度尤其用于手操縱的電動手工工具機如螺旋工具機作為驅動裝置的通用電機。
這種電動機包括一個繞旋轉軸線旋轉的轉子，設計為電樞的轉子設有繞齒的通電的電樞繞組，以及包括一個外套狀圍繞電樞的定子，定子有通電的定子繞組，用于產生作為總磁場一部分的勵磁場，繞齒設置的電樞繞組處于總磁場磁極之間，磁場經定子的極靴、氣隙和轉子的齒通過電樞繞組。
通過一個在轉子旋轉時轉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生的磁場方向。借助于通過磁場作用在通電導線上的力，產生相對于定子驅動電動機轉子的扭矩。為此，定子繞組的磁場作為勵磁場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產生大的磁感應。
流入電樞繞組的電流在由薄片和電刷組成的換向器內分成兩部分，它們繞過電樞流動，使電樞垂直于定子繞組的勵磁場磁化。稱為電樞交軸磁場的寄生磁場疊加在勵磁場上?？?合成)磁場相對于勵磁場以一個銳角移動，而與之垂直的中性區(qū)也是如此，在此中性區(qū)內不感應電抗電壓。
通過電刷暫時將兩塊薄鋼片導電連接，當此短路斷開時，促使通過總磁場形成電抗電壓，由此引起電刷火花。為了達到無電流轉換使電機無火花運行并因而實現(xiàn)電刷最小磨損，將電刷通過電路移動(Schaltverschiebung)設在相對于總磁場為中性的區(qū)內，它與勵磁繞組構成一個限定的角度。因此，換向器的電刷不再相對于勵磁場方向軸對稱地布置，其結果是不能沿兩個旋轉方向最佳地運行。
已知另一種可供選擇的方案，其中勵磁場的軸線相對于對稱地設在定子中的換向器，通過設計為多個部分并按工作類型(驅動、制動)聯(lián)接的部分勵磁繞組，繞非對稱的極靴旋轉。例如由文獻DE 19636519已知此類電動機。這種相對于勵磁場的對稱軸為非對稱的電動機中存在的缺點是，它們只能沿一個旋轉方向以最小的電刷磨損運行。此外，與沒有電路移動而特性曲線相同的電動機相比，需要通過更多的轉子匝數(shù)進行有害的繞組匹配。
例如用作螺旋工具機驅動裝置的電動機，它的旋轉方向大體等分地變換，因此電刷和極的結構對稱地設計，然而與單一旋轉方向運行的同類非對稱電動機相比，這樣做導致較高的電刷磨損。在文獻DE-OS 1563022中公開了，仍在繞定子極靴的勵磁繞組多部分設計并聯(lián)結的方案中存在的，經沿兩個旋轉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主要是與之相關連的高的生產成本以及有必需附加的而在某種運行方式下卻不利用的勵磁繞組部分。
由于電樞的齒在較高的功率范圍內高的磁飽和度，所以它們處于非線性的特性曲線區(qū)內，因此通過由此而受限制的總磁場造成勵磁場的減弱，這稱為電樞反作用。在沖擊式加載時，例如在螺旋操作時所需的那樣，勵磁場的減弱導致磁場抑制沖擊，這危及電動機的穩(wěn)定性。為了將電樞反作用保持在允許的極限范圍內，通常增大極靴與齒之間的氣隙，然而這引起需要更強的勵磁并因而降低效率。
一種排除電樞交軸磁場的方法是附加地設垂直于勵磁繞組的補償繞組，它被稱為輔助極(wendepole)。補償繞組和電樞繞組就電流而言處于反接串聯(lián)電路中，所以始終提供補償。然而出自于制造技術方面的原因，只有大型電動機才配備這種輔助極，因為在小型開啟式風冷高功率密度的通用電機中，輔助極的配置技術上幾乎不可能實現(xiàn)。因此，對用于手操縱驅動裝置并因而需要小而輕的電動機而言，這種方案是不適用的。
本發(fā)明的目的是，對于沿兩個旋轉方向運行的具有換向器的電動機，通過改善換向性能，尤其在電動機具有對稱于勵磁場或定子軸線設置的換向器電刷的情況下，通過減少由于電樞交軸磁場造成的電刷火花，延長電刷的壽命。這些尤其應能在小和輕的電動機中在制造技術方面有利地實現(xiàn)。
此目的通過獨立權利要求達到。由從屬權利要求給出有利的進一步發(fā)展。對于達到此目的而言重要的是，在定子的極靴之間構成一個平行于勵磁場方向的槽，它在材料一側有比定子小的磁導率或飽和度。槽與勵磁場平行，因此實際上對勵磁場沒有影響，但與對換向性能有不良作用的電樞交軸磁場串聯(lián)并因而顯著減弱了電樞交軸磁場。因此與無槽的定子相比，不僅顯著減小了電樞交軸磁場，而且顯著減小了與之相關連的電樞反作用。其結果是改善了換向性能和延長了電刷壽命。
因為此用于補償電樞交軸磁場的解決方案即使在兩個旋轉方向運行的電動機中和在沒有輔助極的電動機中也能采用，所以此方案尤其適用于小和輕的電動機。此外與沒有槽的電動機相比不需要繞組匹配。
通過減小電樞交軸磁場達到的使電樞反作用有利地減小，降低了在沖擊式加載時，例如尤其在驅動螺旋工具機時出現(xiàn)的沖擊式加載的情況下磁場抑制沖擊的危險。
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電的材料充填，例如用塑料充填，以免槽被松散物質填塞。
下面借助于附圖表示的有利的實施例進一步說明本發(fā)明。其中

圖1帶槽的電動機和磁場的磁感應的磁場圖形；以及圖2有或沒有槽時電樞交軸磁場對比圖。
按圖1，電動機包括一個繞旋轉軸線A旋轉的轉子1，設計為電樞的轉子設有繞齒3的通電的電樞繞組2，以及包括一個外套狀圍繞轉子的定子4，它有通電的定子繞組5，用于產生作為總磁場6一部分的勵磁場，繞齒3設置的電樞繞組2處于總磁場的磁極之間，磁場6經定子4的極靴7、氣隙8和轉子1的齒3通過電樞繞組2。定子4在位于勵磁場對稱軸9中的極中心內部設一至少部分貫通的槽10，它有利地在兩個極處設計為相同的，槽用空氣中或其他非鐵磁性的材料充填，并因而對勵磁場沒有影響或沒有顯著的影響，然而卻明顯地削弱了總磁場6垂直于對稱軸9的磁場分量。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)量級為幾個毫米。
在圖2中分別對于按本發(fā)明有槽10的電動機12和已知的類似設計的沒有槽10的電動機13的要抑制的電樞交軸磁場的磁感應的磁場圖形加以比較。由圖可見，在按本發(fā)明有槽10的電動機12中垂直于對稱軸9方向的電樞交軸磁場明顯地較弱。因此，即使在相對于對稱軸9為對稱結構的電動機中，由電樞交軸磁場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了電刷壽命。采用對稱結構，對于兩個可能的旋轉方向所獲得的這一優(yōu)點是相同的。因為按本發(fā)明有槽10的電動機12沒有輔助極也足已滿足要求，所以它在制造技術方面尤其對于小型和輕型的電動機是有利的，這種電動機例如應用于手操縱的螺旋工具機驅動裝置中。
對于一臺具體尺寸的電動機，通過有限元法模擬計算，證實了通過用空氣充填的2.5mm寬的槽在轉子的兩個邊界位置電樞交軸磁場的減小。
權利要求
1．有換向器的電動機，包括一個繞旋轉軸線A旋轉的轉子(1)，設計為電樞的轉子設有通電的電樞繞組(2)，以及包括一個外套狀圍繞電樞的定子(4)，用于產生作為磁場(6)一部分的勵磁場，其特征為定子(4)在勵磁場的對稱軸(9)內設計一個至少部分貫通的槽(10)，以及，槽(10)有比定子(4)小的磁導率和/或飽和度。
2．按照權利要求1所述的電動機，其特征為槽(10)在兩個極處有相同的幾何尺寸。
3．按照權利要求1或權利要求2所述的電動機，其特征為換向器垂直于對稱軸(9)布置。
4．按照前列諸權利要求之一所述的電動機，其特征為電動機相對于對稱軸(9)設計為對稱的。
5．按照前列諸權利要求之一所述的電動機，其特征為槽(10)設計為沿對稱軸(9)貫通。
6．按照前列諸權利要求之一所述的電動機，其特征為槽(10)充填一種非鐵磁性的材料。
7．按照前列諸權利要求之一所述的電動機，其特征為槽(10)的寬度等于氣隙(8)寬度的多倍。
8．按照前列諸權利要求之一所述的電動機，其特征為電動機沒有輔助極。
9．按照前列諸權利要求之一所述的電動機應用于手操縱的電動工具機內，選擇串勵法。
10．按照權利要求9所述的電動機應用于可變換旋轉方向的電動工具機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有換向器的電動機,它有可變換的旋轉方向,優(yōu)選地作為手操縱的電動工具機的驅動裝置,為了減小電樞交軸磁場和延長電刷壽命,在定子(4)對稱軸(9)內設槽(10),其中,換向器有利地對稱于此對稱軸設置。
文檔編號H02K23/42GK1319932SQ0111176
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月23日 優(yōu)先權日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 申請人:希爾蒂股份公司