专利名称：车窗升降装置及其永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及车窗升降装置以及可用于车窗升降装置的永磁电机。
背景技术：
车窗升降装置(window lift)包括电机和齿轮箱，该电机通过齿轮箱驱动车窗玻 璃。车窗升降装置对电机的外形、尺寸有特殊的要求。现有的一种用于车窗升降装置的电 机的径向截面如图12所示，该电机为扁圆状，其外壳包括两个平面侧壁1’和3’以及两个 弧形侧壁2’和4’，侧壁2’和4’的内侧表面分别安装有弧形磁钢5’和6’，磁钢5’和6’ 形成两个磁极。电机的转子7’可转动地安装到该两块弧形磁钢所形成的空间内。随着节能汽车的发展，要求车窗升降装置的电机在满足性能要求的情况下，体积 尽可能小，重量尽可能轻，即要求电机的功率密度要尽可能高。众所周知，增加转子的直径 是提高电机功率密度的有效方法之一。但是，车窗内部安装空间有限，尤其是车窗内部两个 侧壁之间的距离有限，这就限制了车窗升降装置电机的大小。例如，对于图12所示的扁圆 形电机，要求电机的宽度D2不能超过某一尺寸，这样，转子直径就受到电机宽度D2、定子铁 壳厚度、转子与两平行侧壁1’和3’之间的气隙厚度的限制。一般而言，在相同的外形尺寸 下，电机的极数越多，需要的定子铁壳厚度就越小，转子直径就越大。然而这种扁圆形电机 只适合做成两极电机。因为倘若在电机的两平行侧壁1’和3’增加两个磁钢以形成四极结 构，此时转子直径受到电机宽度、磁钢厚度、定子铁壳厚度以及两平行侧壁和转子之间气隙 的限制，必然要求减小转子直径，从而影响电机的性能。因此，亟需一种能满足车窗内部安装空间要求且功率密度高的车窗升降装置电 机。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种永磁电机，包括定子和安装在定子内的转子，所述 定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，所述外壳包括η个侧壁和η个连接部，η为大于或 等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢， 每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。本发明的一种优选方案是每个侧壁的径向截面都呈圆弧状，所述圆弧的圆心偏 离电机的旋转中心。本发明的一种优选方案是每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所 述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。本发明的一种优选方案是每个侧壁的径向截面都包括一段圆弧和两段直边，所 述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。本发明的一种优选方案是每个连接部的径向截面呈圆弧状。本发明还提供一种结合了上述电机的车窗升降装置，该车窗升降装置包括电机和 齿轮箱，电机的转轴具有蜗杆用于驱动齿轮箱的齿轮。
本发明实施例的电机具有以下有益效果本发明的电机外壳包括若干个连接部和 若干侧壁，连接部的内侧表面安装有磁钢，每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线的中 间部分相对于其两端向外凸出，这种电机结构更加紧凑，能满足车窗内部安装空间要求并 具有较高的功率密度。此外，在运行时或受到外部激振力的情况下，这种电机还具有较小的 振动和较低的噪音。为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中图1是本发明第一实施例的车窗升降装置的示意图；图2是图1所示电机的组装示意图；图3是图2所示电机的定子的径向截面示意图；图4是本发明第二实施例的电机定子的径向截面的示意图；图5是本发明第三实施例的电机定子的径向截面的示意图；图6本发明的电机定子和传统的圆柱形电机定子的径向截面的示意图；图7是三种电机定子的径向截面示意图，其中电机X是传统的圆柱形电机，电机Y 是一种方形电机，电机Z是本发明的电机；图8是图7所示三种电机在0-20000赫兹下振动的有限元分析(FEA)的振动比较结果；图9是图7所示三种电机在0-10000赫兹下振动的有限元分析(FEA)的振动比较结果；图10是本发明第五实施例的电机定子的径向截面的示意图；图11是本发明第六实施例的电机定子的径向截面的示意图；图12是现有的一种圆柱形的直流电机的径向截面的示意图。
具体实施例方式下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案 及其他有益效果显而易见。图1是本发明的一个实施例的车窗升降装置的示意图，该车窗升降装置包括永磁 电机1和齿轮箱2，图2是永磁电机1的组装示意图。永磁电机1与齿轮箱2安装在一起， 电机1的转轴10固定有蜗杆(图中未示出)用于驱动齿轮箱中2的齿轮(图中未示出)。图3是永磁电机1的定子的径向截面示意图。参考图1至图3，永磁电机1包括定 子和安装到定子内的转子14，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢13。外壳包括四个侧 壁12和四个连接部11，每个连接部11连接相邻的两个侧壁12，每个侧壁12连接相邻的两 个连接部11。连接部11的径向截面是弧形边，以平滑地连接相邻的两个侧壁12。本实施 例中定子具有4块磁钢13，每块磁钢13安装到对应的连接部11的内侧表面。侧壁12的 径向截面是一个拱起来的曲线，该曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。在本说明书和 权利要求书中，“曲线”可以由一段圆弧或者若干段圆弧组成，也可以由若干段线段组成，还可以由圆弧和线段组成。本实施例中，每个侧壁12的径向截面都包括一段直边122和两段 弧形边121，直边122的两端分别通过所述两段弧形边连接到相邻的两个连接部11。如图 3所示，弧形边121的圆心0’偏离转子的中心0。连接部11的圆心可以与电机转子的中心0重合，也可以不重合。与现有的两个磁极的扁圆形电机相比，本实施例的电机在四个连接部安装磁钢形 成四个磁极，提高了电机内部的空间利用率，使得电机的结构更加紧凑。本实施例电机的转 子直径可以比扁圆形两极电机大，使得电机具有更好的性能。此外，因为侧壁具有直边122， 所以也比较容易测量电机的两相对侧壁的距离D3。图4是本发明另一个实施例的电机的径向截面示意图。该电机的外壳同样包括四 个连接部11和四个侧壁12，连接部11为弧面用于平滑连接相邻的两个侧壁12。每个侧壁 12的径向截面包括一段弧形边121和两段直边122，每段弧形边121的两端通过所述两段 直边122连接到相邻的两个连接部11。优选地，弧形边121的圆心0’偏离转子的旋转中 心0，连接部11的圆心与转子的旋转中心0重合。磁钢13安装到连接部11，并贴靠到连接 部11内侧表面和侧壁的直边122部分的内侧表面。因为侧壁直边122部分的内侧表面是 一个平面，因此，磁钢13的表面能够较好地贴靠到外壳的内侧表面，便于安装磁钢。图5是本发明另一个实施例的电机的径向截面的示意图。电机的外壳包括四个侧 壁12以及四个连接部11，每个连接部11连接相邻的两个侧壁12，每个侧壁12两端连接到 连接部11。每个侧壁的径向截面都是向外凸出的圆弧边。换言之，每个侧壁12都是向外凸 出的圆弧面。侧壁12的径向截面所形成的圆弧的圆心0’偏离电机的旋转中心0，因此，相 邻的两个侧壁所形成的两个圆弧的圆心是不重合的。在本实施例中，每个连接部11都是圆 弧面以平滑连接相邻的两个侧壁。优选地，在电机的径向截面上，每个连接部11的弧长A 都小于侧壁12的弧长，每个连接部的圆弧半径都小于相邻的侧壁的圆弧半径。例如，连接 部11的圆弧半径A小于侧壁18的圆弧半径B。本实施例中，每个侧壁的圆弧半径都大于转 子的半径，每个侧壁的圆心都偏离电机的中心；优选地，连接部的圆弧半径与侧壁的弧面半 径的比值在 80%的范围。参考图5，对角处的外径是电机的最大外径D4，而相对的侧壁的距离就是电机的 最小外径D3。磁钢13安装在电机的最大外径处的外壳内侧，以有效地利用外壳内的空间。 在本实施例中，磁钢13安装在连接部11处的内侧，磁钢13的内表面(朝向电机转子14的 表面)为弧面，磁钢13的内表面和电机转子14之间具有气隙(air gap)以允许转子14转 动，在本实施例中，磁钢13和电机转子14之间的气隙厚度是均勻的，定子的外壳的厚度也 是均勻的，即连接部11和侧壁12的壁厚是相同的。作为一种可选的方案，磁钢和转子之间的气隙可以是不均勻的，例如，磁钢最厚处 对应的气隙厚度大于磁钢最薄处对应的气隙厚度，或者磁钢最厚处对应的气隙厚度小于磁 钢最薄处对应的气隙厚度。这种不均勻的厚度有利于减小电机的齿槽转矩。作为另一种替 换方案，定子的外壳的厚度可以是不均勻的，例如，连接部11的壁厚可以小于或者大于侧壁12的壁厚。图6是传统的圆柱形电机X和本发明的电机Z的定子的径向截面的示意图，电机 X和电机ζ性能相同，电机Z的最大外径D4(也就是相对的两个连接部的距离)约等于电 机X的直径D5，显然，电机Z的最小外径D3将小于电机X的直径D5，可以推算出电机Z的5径向截面的面积小于电机X的截面积，从而推算出电机Z的体积小于电机X的体积。所以， 与传统的圆柱形电机相比，本发明的电机Z具有更高的功率密度。因此，在性能相同的情况 下，本发明的电机比传统的圆柱形电机具有更小的体积。图7是三种电机的径向截面示意图，其中电机X是传统的圆柱形电机，电机Y是一 种方形电机，电机Z是本发明的电机。电机Y记载在2008年9月23日申请的中国专利申 请CN 200810216336.6中。在有限元分析(FEA)中，在装有磁钢的地方向每个电机施加四 个激振力，每个电机受到的激振力大小相同，方向相似。有限元分析的对比结果如图8和图 9所示。图8是图7所示三种电机在频率为0-20000赫兹下振动的有限元分析(FEA)结 果比较，其中，横坐标表示频率(单位赫兹)，纵坐标表示电机的振幅(单位毫米/平方 秒)。如图8所示，本发明的电机Z在整个频率范围内具有更小的振幅，具有更小的噪音。图9是图7所示三种电机在频率为0-10000赫兹下振动的有限元分析(FEA)结果 比较。如图9所示，本发明的电机Z在整个频率范围内具有更小的振幅，具有更小的噪音。图10是本发明另一个实施例的电机定子的径向截面的示意图。本实施例与图5 所示的实施例的区别在于，本实施例的外壳的连接部11不是弧面，而是直的平面，连接部 11在外壳的径向截面上为一段直边，该直边构成相邻的两个侧壁的倒角，该直边的长度小 于侧壁的弧长。以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术 构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求 的保护范围。例如，电机的外壳的径向截面可以包括3个侧壁和3个连接部，或者是η个侧 壁和η个连接部，其中，η为大于3的偶数。
权利要求
1.一种车窗升降装置，包括永磁电机和齿轮箱，所述永磁电机的转轴通过蜗杆驱动所 述齿轮箱中的齿轮，所述永磁电机包括定子和安装到定子内的转子，所述定子包括外壳和 安装在外壳内侧的磁钢，其特征在于所述外壳包括η个侧壁和η个连接部，η为大于或等 于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢，每 个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。
2.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都是一段 圆弧，所述圆弧的圆心偏离电机转子的旋转中心。
3.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一 段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。
4.根据权利要求1所述的车窗升降装置，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一 段圆弧和两段直边，所述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车窗升降装置，其特征在于，每个连接部 的径向截面都是一段圆弧，所述连接部的圆弧半径与所述侧壁的圆弧半径的比值是 80%。
6.根据权利要求5所述的车窗升降装置，其特征在于，所述连接部的圆弧的圆心与电 机转子的旋转中心重合。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的车窗升降装置，其特征在于，η= 4。
8.—种永磁电机，包括定子和安装在定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳 内侧的磁钢，其特征在于所述外壳的径向截面包括η个侧壁和η个连接部，η为大于或等 于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢；每 个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。
9.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都是一段圆弧， 所述圆弧的圆心偏离电机的旋转中心。
10.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段直 边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。
11.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，每个侧壁的径向截面都包括一段圆 弧和两段直边，所述圆弧的两端分别通过所述两段直边连接到相邻的两个连接部。
12.根据权利要求8至11中任意一项所述的永磁电机，其特征在于，每个连接部的径向 截面呈圆弧状，连接部的圆弧半径与侧壁的圆弧半径的比值是 80%。
13.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，η等于3、4、6或者8。
14.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机包括η块磁钢，每块 磁钢与所述外壳的一个连接部对应。
15.根据权利要求12所述的永磁电机，其特征在于，所述磁钢为环形磁钢，与所述外壳 的连接部对应的磁钢厚度大于与所述侧壁对应的磁钢厚度。
全文摘要
本发明提供涉及车窗升降装置及其永磁电机，该车窗升降装置包括永磁电机和齿轮箱，永磁电机的转轴通过蜗杆驱动齿轮箱中的齿轮。所述永磁电机包括定子和安装到定子内的转子，所述定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁钢，所述外壳包括n个侧壁和n个连接部，n为大于或等于3的整数，每个连接部连接相邻的两个侧壁，所述连接部的内侧表面安装有所述磁钢；每个侧壁的径向截面都呈曲线状，所述曲线相对于经过其两端的直线向外凸出。在一个实施例中，每个侧壁的径向截面都包括一段直边和两段圆弧，所述直边的两端分别通过所述两段圆弧连接到相邻的两个连接部。本发明的电机具有更小的体积和更高的功率密度，具有更小的振动和噪音。
文档编号H02K5/04GK102044933SQ20091011054
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者杜成顺, 江远 申请人:德昌电机(深圳)有限公司