专利名称：具有双极永磁体转子的对称两相电机以及制造该电机的方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于驱动模拟显示装置的指针的小尺寸电机。更具体是，本发明涉及这样的两相型电机，所述电机具有配置有双极永磁体的转子，所述永磁体被设置在定子的开孔中、且具有相对于转子旋转轴的径向磁极化。例如，根据本发明的电机可以用于这样的装置中，所述装置驱动用于显示测量的物理量的值的指针，所述物理量尤其是在钟表领域中的时间、速度或频率。特别是，本发明的电机可以有利地用于驱动设置在车辆的仪表板中的计数器的指针。
背景技术：
本领域的技术人员已知若干种用于驱动模拟显示器的小尺寸两相电机。尤其是这样的电机，其定子具有三个磁极，所述三个磁极分布在定子开孔周围的120度的圆的三个扇区中。三个磁极中的一个对于该电机的两个主磁路是共用的。这样的电机具有较简单的结构，并且具有平面定子结构，所述定子结构有利于集成小厚度的装置，尤其是手表机心。然而，这样的电机的缺点在于，其不是磁对称的，即在转子的磁体和两个绕组的每一个之间存在耦合通量，其具有1/4周期相差(约90度相差)。从而，这样的两相电机在定子的磁极的区域中表现出适于三相电机的结构，其中在磁体-绕组耦合通量之间具有约120度的相差。在这样的两相电机中，不对称的耦合通量产生高脉动偶(pulsing couple)，其限制电机在动力机制中的有用耦合，增加了电耗并产生了电机的振动。
本领域技术人员还已知这样的对称两相电机，其具有两两耦合到绕组的四个磁极。电机的两个磁路彼此独立地设置，即它们在磁上隔离。加工和组装这样的电机通常比上述具有三个磁极的两相电机更加复杂。而且，磁隔离彼此穿过的定子的两个磁路通常需要具有较大厚度或高度的定子的结构；这尤其允许在重叠两个磁路的区域之间形成空气间隙。
发明内容
本发明的目的是通过减小的制造成本，提供具有平面定子结构、小空间要求以及高性能的对称型两相电机。
为此，本发明提供一种小尺寸的两相电机，由带有两个电源绕组的定子以及具有双极永磁体的转子形成，所述定子限定第一主磁极、第二主磁极以及第三主磁极，所述三个主磁极一起限定其中容纳所述双极磁体的定子开孔。所述第一和第二主磁极分别通过两个磁芯连接到所述第三主磁极，每个所述磁芯承载所述两个绕组中的一个。所述电机的特征在于，所述第三主磁极限定两个相邻的次磁极，所述两个次磁极被在所述定子开孔的周缘区域的高磁阻的区域隔开。所述第一和第二主磁极和所述两个次磁极分布在所述定子开孔周围的约90度的圆的四个扇区中。
根据本发明的特定特征，由开向定子开孔的盲槽限定用于隔开所述两个次磁极的高磁阻的区域。该较长的槽从而穿入第三主磁极而不将其分为两半。所述槽从而是盲槽。
所述定子优选由铁-硅合金形成。
本发明的另一个目的是提供一种制造上述电机的方法。
为此本发明还提供了如权利要求6的制造小尺寸电机的方法。
通过非限制性示例的下文的参考附图的描述，将更详细地描述本发明，其中图1是根据本发明的电机的第一实施例的定子和转子的永磁体的透视图；图2是图1的电机的俯视图；
图3示意示出了第一实施例的两个绕组中的每个根据转子的角位置的磁体-绕组耦合通量；图4是根据本发明的电机的第二实施例的俯视图；图5示出了根据本发明的电机的第二实施例的定子；以及图6a至6d描述了用于制造根据第二实施例的电机的根据本发明的方法的步骤。
具体实施例方式
根据第一实施例的电机包括定子2和转子4，所述转子被配置有环形的且具有径向磁化的双极永磁体6。定子2由三个主磁极8、10和12形成。第一和第二主磁极8和10分别通过两个磁芯16和18连接到第三主磁极12，所述磁芯16和18的总体形状为L形。三个主磁极限定定子开孔40，在所述开孔40中容纳有永磁体6。磁芯16和18分别承载两个电源绕组20和22。第三主磁极限定两个次磁极26和28，所述两个次磁极相邻且部分限定定子开孔40。两个次磁极26和28由高磁阻的区域30隔开，所述区域30在定子开孔周缘区域限定两个次磁极之间的空气间隙。注意，通过向开孔40开放的盲槽形成空气间隙30。槽30从而不延伸通过，且其尺寸为使得通过极12的外部36磁连接两个次磁极26和28。该外部的特征在于其是高磁导率的。
在根据本发明的电机配置中值得注意的是，通过彼此没有磁隔离的主磁路获得对称两相电机。该结果是由于，两个主磁极8和10以及两个次磁极26和28的配置、并且还由于永磁体是双极的。从而，根据本发明，第一和第二主磁极8和10以及两个次磁极26和28分布在定子开孔周围约90度的圆的四个扇区中，也就是说相对于转子4的旋转几何轴。从而，这四个极的每个具有在角度上相对于相邻极偏移90度的极片。次磁极26和28通过分别限定两个通槽的空气间隙31和32与两个主磁极8和10隔开。两个主磁极8和10通过限定第三通槽的空气间隙33隔开。注意，槽31、32和33在其外部具有凹陷，用于组装和定位定子部件。同样，槽30由圆孔35终结，所述圆孔可供销钉通过以定位设置在基座中的定子，所述基座用于接收根据本发明的电机。
图3示出两个绕组20和22的每一个的磁体-绕组耦合通量。通过模拟获得具有约90度的相差的两个绕组20和22各自的两个曲线46和48。从而通过定子极的结构以及使用具有径向磁化的双极磁体使本发明的电机具有准对称特性。
注意，优选在所述实施例中在Fe-Si中实现所述定子。然而，在其它实施例中可以提供Fe-Ni合金，允许由高磁阻峡道(isthmuse)代替槽31、32和33，而不会过多地影响电机的性能。该后一实施具有的优势在于，其物理连接定子极，从而确保开孔40具有更好的圆形。
图4示出本发明的第二实施例。该第二变型的不同之处在于，多个定子部件具有简单的形状，从而容易加工或形成。
定子2的主磁极8A和10A具有基本矩形，在具有凹入圆轮廓的角上具有凹陷，以限定其中设置转子的开孔。在具有用于通过转子轴的孔的壳52中安装转子，该轴承载壳外的传动装置的齿轮54。
第三主磁极12A不同于第一变型之处在于，槽30具有恒定宽度，所述宽度对应于第三主磁极12A的定位钉56的直径。电机被设置到具有四个定位钉56、57、58和59的支撑件50上。这些定位钉包括具有第一直径的底部62和具有比第一直径小的第二直径的上部64。底部62用于定位定子部件，而上部64用于定心转子的壳52。
芯16A和18A具有矩形。注意，可以通过螺钉或其它已知固定元件、通过激光焊接、通过利用具有良好磁导率的材料的接合、或者简单地通过用于接收本发明的电机的壳的部件来保持到位，而将所述芯16A和18A与其它定子部件组装起来。所述壳例如通过支撑件50和具有与芯相邻的部件的盖(未示出)形成。
注意，电机的壳可以包括用于电机的多个部件的其它钉或其它定位装置。
另外注意，在第二实施例中，绕组20和22缠绕在各个绕线模66和68上。这些绕线模尤其用于配置用于提供绕组的电触点。
图5示出了根据本发明的电机的第二实施例的定子2。该电机由限定三个主磁极8、10和12的三个部件形成。极12限定两个次磁极26和28，所述两个次磁极由终止于圆凹陷的槽77隔开。通过槽74a、75a、和76a将极8、10和12彼此磁隔离。用于转子的永磁体的开孔40的直径为D。隔离两个次磁极26和28的槽77是盲槽且深度为P。该深度P略小于直径D。从而注意，槽77具有较大的深度P，其尺寸与开孔40的直径D具有相同量级的大小。图5中没有示出两个绕组芯，但是其设置类似于图4。这样加工定子2，使得磁路具有基本相等的最小宽度X、Y和Z。
下面参考图6a至6d描述制造根据本发明的定子的方法的步骤，所述定子具有被设置在同一单个基本平面中的若干个磁极。从磁性材料的板72形成根据本发明方法的电机的定子，其中在第一步骤中切割板72，以限定用于通过转子的开孔40以及用于限定该开孔40的几个磁极8、10、26和28。这里将磁极彼此连接并通过盲槽74、75、76和77隔开。从而这里通过单个平坦部件物理形成所述磁极。盲槽设置在开孔40的周缘，并更准确地限定提供的磁极的极片。
注意，在变型中，盲槽74、75或76中的一个在这里可以是通槽。然而，优选图6a中示出的部件72的形状。由于部件72是整体的，从而可以非常精确地加工开孔40。磁极8、10、26和28位于定子的相同的基本平面。
在第二步骤中，将环形元件80施加到切割的板72，使得其与开孔40对心，如图6b所示。这样设置盲槽74、75以及76和环形元件80，使得所述元件适配在槽74、75、76以及77上方，所述槽延伸超过环形元件80的外部轮廓或周缘。从而，所述元件80至少覆盖磁极8、10、26和28的部分。元件10优选由非磁性材料制成，但是在一个变型中，考虑使用相比于定子具有弱磁性的材料，从而限制杂散磁通量。尤其是环形元件由非磁性或弱磁性的材料形成。元件10例如是不锈钢的。
然后，将环形元件80固定到磁极，如图6b所示。优选通过激光焊接来固定环形元件80。这允许精确控制施加的能量，以避免过热部件72，否则可能导致对板72的结构改变以及从而对其在极片区域中的磁特性的改变。在环形元件由例如不锈钢的金属形成的情况下，可以在区域82至85通过元件80完成所述焊接。为了完成上述，将使用的激光束射向环形元件相对于定子的上表面，这里定子仍由板72限定。
最后，如图6d所示，切割板72，使得延伸槽74、75和76，从而获得通槽74a、75a和76a。因此将主磁极8、10和12磁隔离。通常，当希望将定子的至少一个磁极与其它极隔离时，使用该方法。这样获得的定子2对应于如图5所示的根据本发明的电机的第二实施例。最后一阶段的切割不影响对磁极的定位，通过环或圈80将所述磁极刚性保持在位。另外，所述环加固了在开孔40的区域中的定子，所述开孔用于保持转子的永磁体。
可以提供其它将环80固定到部件72的方法，尤其是通过电焊接或甚至通过粘合。然而，激光焊接是优选的变型，尤其由于上述原因。
权利要求
1.一种小尺寸的两相电机，其由带有两个电源绕组(20，22)的定子(2)以及具有双极永磁体(6)的转子(4)形成，所述定子限定第一主磁极(8)、第二主磁极(10)以及第三主磁极(12)，所述三个主磁极一起限定其中容纳所述双极磁体的定子开孔(40)，所述第一和第二主磁极分别通过两个磁芯(16，18)连接到所述第三主磁极，每个所述磁芯承载所述两个绕组中的一个，其特征在于，所述第三主磁极(12)限定两个相邻的次磁极(26，28)，所述两个次磁极在所述定子开孔的周缘区域被高磁阻的区域(30)隔开、并通过高磁导率的定子部件(36)彼此连接，所述第一和第二主磁极和所述两个次磁极分布在所述定子开孔周围的约90度的圆的四个扇区中。
2.根据权利要求1的两相电机，其特征在于，所述用于隔开所述两个次磁极(26，28)的高磁阻的区域(30)由向所述定子开孔开放的盲槽限定。
3.根据权利要求1或2的两相电机，其特征在于，所述三个主磁极通过在相同的基本平面中延伸的三个平面部件形成。
4.根据前述权利要求中任一项的两相电机，其特征在于，所述定子由铁-硅合金形成。
5.一种在移动车辆中指示测量的物理量的值的指示器装置，所述装置具有模拟显示器，其特征在于，所述装置包括根据前述权利要求中任一项的电机，用于驱动所述模拟显示器。
6.一种制造小尺寸电机的方法，所述电机在用于容纳永磁体转子的开孔(40)的周围包括具有若干个磁极(8，10，26，28)的定子(2)，所述方法包括以下连续步骤切割由磁性材料形成的板(72)，以限定所述用于转子的开孔和在相同的基本平面延伸的所述若干个磁极，所述磁极限定极片，所述极片被在所述开孔的周围区域中的槽隔开，所述槽的至少部分是盲槽，从而在该步骤中保持通过单个部件(72)物理形成所述磁极；相对于所述开孔对心地将环形元件(80)加到所述切割的板(72)，设置所述槽和该环形元件，使得所述环形元件在所述槽的上方通过，且所述槽延伸超过所述环形元件的外部轮廓，所述环形元件至少部分覆盖所述若干个磁极、且由非磁性材料或相对于所述磁性材料板磁性较弱的材料形成；将所述环形元件固定到所述若干个磁极；切割所述板，使得延伸所述盲槽中的至少两个以获得通槽，所述通槽将形成的所述定子(20)的至少一个磁极与其它磁极磁隔离。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，通过激光焊接完成所述对所述环形元件的固定。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，通过所述环形元件进行所述激光焊接，将所述激光束射到所述元件相对于所述板的上表面。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述环形元件由非磁性或弱磁性材料形成。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述环形元件是不锈钢的。
全文摘要
一种小尺寸的两相电机，由包括设置在相同基本平面的主磁极(8，10，12)的定子以及具有双极永磁体(6)的转子形成。所述第一和第二主磁极分别通过两个磁芯(16，18)连接到所述第三主磁极，每个所述磁芯承载所述两个绕组中的一个。所述第三主磁极(12)限定两个相邻的次磁极(26，28)，所述两个次磁极由高磁阻的区域(30)彼此隔开。所述第一和第二主磁极(8，10)和所述两个次磁极(26，28)分布在所述定子开孔(40)周围的约90度的圆的四个扇区中。本发明还涉及制造上述类型的电机的定子的方法。
文档编号H02K15/02GK1947327SQ200580006930
公开日2007年4月11日 申请日期2005年3月7日 优先权日2004年3月5日
发明者D·塔格佐特, M·武利奥梅内特 申请人:微元件股份有限公司