电动马达和真空泵的制作方法

文档序号:33622430发布日期:2023-03-25 12:55阅读:57来源:国知局

1.本发明涉及一种具有根据权利要求1前序部分所述特征的电动马达。本发明还涉及一种根据权利要求13前序部分所述的真空泵。


背景技术:

2.工业上通常使用的电动马达的一种实施方式是多轴电动马达,所述多轴电动马达用于以同步方式驱动多个轴。典型的应用、尤其是针对具有两个轴的电动马达的应用是泵,其中,两个以相反方向旋转的压挤元件引起泵的输送功率。这尤其是包括螺杆泵、罗茨泵或遥杆式活塞泵以及螺杆压缩机。在上述泵中,轴分别反向运行。压挤元件、例如螺杆主轴在旋转运动时尽可能紧密地接合到彼此中。然而,压挤元件在此实际上不应相触碰,因为这将在运行期间以磨损、噪音发展和功率消耗的增加的形式引起负面影响。尤其是鉴于这样的泵的转速通常较高,因此可运动的构件的精确制造以及精确平衡和取向是重要的。由于所需的密封性,在压挤元件的区域中的间隙宽度极其小地确定尺寸。因此,仅设置有较小的制造公差并且对两个轴的旋转运动的同步性存在较高要求。
3.为了使两个轴同步,从现有技术中已知不同的方法。例如,可以将轴机械地、例如借助齿轮传动机构耦联。在这种情况下,通常驱动仅一个轴就足够,其中,另外的轴经由传动机构来驱动。然而,在此不利的是,由于耦联环节的构件的机械接触而出现上述问题,即磨损、运行声量和功率消耗的增加。除了相对较大的空间需求之外,在该解决方案中通常还需要足够的润滑,该润滑又需要对汲取空间(sch
ö
pfraum)进行安全且同时耐久的密封。由于结构耗费高,这种方法是相对昂贵的。
4.一种备选方案在于,对轴的转速及其相对相位进行纯电子调节。然而,尤其是在高转速方面,在此需要具有低延迟时间的非常精确的调节。除了相应功率强的调节电子设备之外,在此由于相应用于两个轴的耗费的传感装备,结构耗费是相对较高的。
5.上述解决方案的缺点部分地通过如下方法克服,在该方法中使用如下马达,其中两个轴布置在共同的定子场中。在此,定子场同时作用到两个转子磁体装置上,这两个转子磁体装置分别与一个轴连接。因此,两个转子磁体装置始终以相同的方式经受定子场的可能的波动。由此,很大程度上避免了相应的同步波动。
6.此外,通过转子磁体装置的相邻布置引起轴的旋转运动的耦联,所述转子磁体装置就此而言形成磁传动机构。
7.然而这里的问题是,两个磁场(定子场和相应另一个转子磁体装置的磁场)分别基本上彼此独立地作用到每个转子磁体装置上。由于在实践中校准精度存在限制,因此在此可能出现如下情况,即在轴的取向方面,相对于静态定子场的静止位置与关于转子磁体装置的磁相互作用的静止位置不完全彼此一致。定子场的场强通常高于转子磁体装置相对于彼此的耦联作用。因此,在定子场激活时,在上述情况下的两个轴始终相对于其相对于彼此的静止位置偏移一定的旋转角度。
8.对应于张紧的弹簧的情况,在此在转子磁体装置之间存在呈力形式的张力,该张
力作为相对转矩传递到轴上。在定子场发生变化时,即当进行轴的驱动时,该转矩也保持存在。在泵运行时,在这种情况下由较小的同步波动可能发展成叠加的扭转振动,该扭转振动影响轴的同步旋转,并且因此可导致显著干扰。这样的扭转振动以有问题的方式出现,尤其是在具有相对较长的轴的相对较小的设备中或在单侧支承的系统中出现。此外,塑料(如peek)由于其耐化学性而通常用于制造泵构件。然而,与金属材料相比,塑料通常具有较低的密度和较高的弹性,这有利于材料中构造振动。
9.由于在共同的定子场中,轴的旋转无法单个地电子地进行调节,因此必须采用备选可行方案来抵抗干扰性扭转振动。例如,这种扭转振动的振幅可以通过在正常情况下无触碰地一同运行的、机械的应急传动机构来限制。轴的相对旋转在此例如通过接合到彼此中的齿轮的触碰而停止。然而,一方面,这导致显著的噪音发展,并且另一方面,由于齿轮的磨损在短时间之后导致维护耗费增加。
10.通过移动共振频率对扭转振动的阻尼此外尤其是将需要适配参与的构件的质量。然而,这种方法并不同样适用于所有转速。此外,过轻的结构形式伴随着结构不稳定性,而太重的结构形式导致能量需求的不期望的增加。


技术实现要素:

11.在此背景下,本发明目的在于,提供一种具有两个轴的电动马达,在该电动马达中轴的旋转以特别可靠的方式同步并且尤其是避免上述问题。
12.上述目的通过具有根据权利要求1的特征的电动马达以及具有根据权利要求13的特征的真空泵来实现。
13.通过根据本发明的电动马达的两个轴中的每个轴上的至少一个校准磁体装置,能够平衡呈作用在两个轴的转子磁体装置之间的力的形式的上述磁张力。为此,通过一个轴的校准磁体装置与相应另一个轴的互补的校准装置的磁相互作用,在两个轴之间产生反转矩。反转矩在此优选地在如下意义下用作校正,即在定子场激活时,至少基本上没有基于相对于相对静止位置的转动角度移动相对彼此的力作用在转子磁体装置之间。
14.校准磁体装置优选具有与转子磁体装置类似的结构。例如,校准磁体装置包括至少一个磁体,其磁极可以与互补的校准磁体装置的磁体的磁极相互作用。然而,磁体的数量、布置和/或取向可以是单独不同的。已证明特别合适的是,围绕轴的磁体或磁极的环形、优选等距布置。
15.关于相对旋转,由转动角度移动引起的转矩对应于在能振动的系统中抵抗弹簧力的偏转。如果合成的转矩几乎为零,则本系统即使在高转速的情况下也不倾向于发展出叠加的扭转振动,该扭转振动根据共振条件可以增加直至临界范围。如果这样的扭转振动的振幅过大,则转子磁体装置之间的磁耦联可能脱离节拍,从而不再确保两个轴的同步运行。例如,在泵的情况下,可能造成旋转的压挤元件的碰撞,这除了磨损增加和运行噪音增加之外,在严重的情况下还可导致泵故障。
16.如果在运行期间在轴之间出现相对同步波动,则校准磁体装置相对于彼此旋转。根据本发明,由此引起校准磁体装置的相应彼此配属的磁极之间的起校正作用的力的增加,该力无磨损地抵抗扭转振动的构造。
17.结合本发明,在泵运行时与轴一同旋转的所有构件的组统称为“转子”。除了轴本
身之外,这还尤其是包括配属于轴的转子磁体装置、校准磁体装置、可能的压挤元件和/或其他构件,所述构件如此与轴或转子的其他部分连接,使得所述构件在运行电动马达时一同旋转。
18.两个转子关于其相互的磁相互作用相对彼此张紧(即转动移动)的程度基本上与在制造构件时以及在装配电动马达时不可避免的公差有关。该程度因此几乎不能准确预测。出于该原因,校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置如此可旋转地固定在相关的轴上,使得至少一个校准磁体装置可以借助旋转相对于该相关的轴进行调整。备选地或附加地,校准磁体装置的可调整性可以通过以下方式来表达,即,该校准磁体装置可以在其相对于相应另一个轴的互补的校准磁体装置的旋转角度位置方面进行变化。校准磁体装置的校正位置的具体校准因此可以根据单个情况进行。
19.尽管不是强制性需要使互补的对的相应两个彼此相互作用的校准磁体装置以上述方式可调整地构造,但这在优选实施方式中设置。由此,能够易于调整(多个)校准磁体装置的正确的平衡位置。此外,可以支持装置的操纵,例如如果校准磁体装置中的一个校准磁体装置由于结构现实而对于用户而言难以够到。
20.如在转子磁体装置的情况下,通过校准磁体装置的相互影响优选也引起根据磁传动机构原理的转子的耦联。除了其平衡作用之外,例如为了避免上述叠加的扭转振动,校准磁体装置以这种方式附加地有助于转子的稳定同步。
21.除了实际上磁相互作用的构件(即一个或多个磁体)之外,校准磁体装置还包括其他元件,所述其他元件例如用于固定在轴处、将磁体保持在一起和/或尤其是能够以旋转和/或轴向移动形式进行调整。这同样适用于转子磁体装置。
22.除了布置为定子场中的驱动器的一部分的转子磁体装置和校准磁体装置之外在定子之外,根据本发明的电动马达的转子或具有根据本发明的电动马达的泵的转子还具有另外的转子磁体装置,所述另外的转子磁体装置用于转子的进一步的磁耦联。根据本发明,可调整的校准磁体装置也可以与刚性的转子磁体装置组合实施。在此优选地,可通过相对于轴转动进行调整的部分满足校准磁体装置的上述功能,即尤其是转子相对于彼此的不期望的相对转矩的静态和/或动态平衡,而与轴刚性连接的部分仅用于增强转子的相对耦联。
23.不言而喻的是,也可以为每个轴设置多个校准磁体装置。轴的校准磁体装置在此尤其是不同地设计,例如通过校准磁体装置包括不同数量的磁体。由此,在一些应用情况下,能够进行平衡力或平衡转矩的更精确的调整。
24.优选地,每个轴的校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置优选地布置在定子外。由此,校准磁体装置不经受由定子场产生的附加力。校准磁体装置的平衡功能因此可以独立于其余作用到转子上的力进行。
25.在功能上,应区别作用在校准磁体装置之间的校正力和作用在两个互补的转子磁体装置之间的耦联力。这种区别与由于互补的校准磁体装置的相互作用也发生耦联并不对立。校正力尤其引起由在校准磁体装置之间的相对旋转角度的有针对性的调整。在转子在运行期间旋转时,在两个校准磁体装置之间的校正力优选地相对于在两个转子磁体装置之间的耦联力表现出相位偏移。在耦联力方面的张力例如可以导致转子旋转运动的加速,该旋转运动被相位偏移作用的校正力制动。
26.耦联力名义上仅用于同步转子。当前,校正力因此尤其具有平衡耦联力的跳动、取
向和/或相位中的误差的功能。这些误差不仅可以是静态的,也可以是动态的。在后一种情况下,通过平衡防止了上文阐释的叠加的扭转振动的形成。
27.在优选实施方式中,在互补的校准磁体装置之间的校正力在量值方面大于或等于作用在两个互补的转子磁体装置之间的耦联力。以这种方式,平衡的校正力能以特别有效的方式作用。尤其是,在最大可达到的校正力明显大于耦联力的情况下,相对的同步波动和所出现的叠加的扭转振动迅速衰减,优选在扭转振动以显著程度增加之前或在转子相对彼此的转动移动达到临界程度之前。
28.根据本发明的电动马达的转子磁体装置和/或校准磁体装置在最简单的实施方式中仅具有一个磁体。然而,具有多个磁体的实施方式是特别优选的,以便在转子磁体装置的情况下确保转子的可靠耦联以及此外确保在校准磁体装置的情况下更准确的校准。所述一个或多个磁体可以作为整体和/或在多件式实施方式的意义下由多个单个部件构成地装入到转子磁体装置或校准磁体装置中或安设在转子磁体装置或校准磁体装置处,尤其是粘合在转子磁体装置或校准磁体装置处。因此能以简单且成本适宜的方式制造相应的构件。优选使用烧结和/或塑料粘合的磁体。
29.转子磁体装置中的至少一个转子磁体装置和/或校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置优选地包括磁多极。由于每个磁体本身已经是一个偶极,术语磁多极当前涉及包括至少一个磁四极的设计方案,即如下实施方式,在该实施方式中设置至少四个磁极。然而,特别优选使用更高阶的磁多极,优选至少八重多极,更优选至少12重多极,特别优选至少24重多极。然而,根据本发明,磁极的数量没有上限。因此,原则上,可以在任何阶的多极的意义下使用n重多极。根据转子磁体装置或校准磁体装置的极数,可实现转子的相应更精确的耦联或校准磁体装置的更精细的调整以平衡上述张力。
30.不言而喻的是,在根据本发明的电动马达中转子磁体装置和/或校准磁体装置不必始终具有相同数量的磁体或磁极。然而,相应互补地彼此相配属的转子磁体装置或校准磁体装置优选地在其磁体或磁极的数量和方面/或在其另外的设计方面彼此相对应。尤其是,一对互补地彼此相配属的转子磁体装置或校准磁体装置至少基本上相同或对称的设计方案是优选的。
31.考虑到低的结构耗费,尤其是永磁体适用于在转子磁体装置和/或校准磁体装置中使用。除了成本适宜的铁磁体之外,尤其是,含钕的磁体是优选的,含钕的磁体的特征在于高剩磁并且因此尤其适用于转子或校准磁体装置的结构小的实施方式。备选于或附加于永磁体,校准磁体装置也可以具有电磁体。由此,不仅可以调整校准磁体装置相对于相应另一个转子的互补的校准磁体装置的相对位置,而且可以调整场强度并因此调整校正力。
32.此外,作为电磁体的设计方案允许校准磁体装置按照需求接通和切断,如果应是必要的话。例如,结合电动马达的电子调节,尤其是关于转速,如果确定同步波动或不同步,则可以通过接通校准磁体装置的电磁作用来进行校正介入。尤其是,因此可以在早期抑制叠加的扭转振动的发生,优选地在振动振幅达到临界程度之前,由此正常运行将被干扰。
33.关于旋转运动,校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置具有柱状基体。在此,柱体的纵向轴线尤其是平行于转子的轴的旋转轴线伸延并且优选与其重合。校准磁体装置的磁极在此优选可以等距环绕地布置在柱体周面上。
34.备选地或附加地,校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置也可以尤其是通过以
下方式偏离纯柱状形状,即,校准磁体装置具有径向突出的、优选环形的元件或多个这样的元件,尤其是轴向间隔开的元件。原则上,磁体或磁极的位置因此可以进一步径向向外移动,使得两个转子的校准磁体装置之间的间距减小,而不总体上、即在整个轴向长度上增大校准磁体装置的直径。以这种方式,尽管磁极进一步向外移动,调节装置的惯性矩仍保持相对较低,并且干扰性不平衡的风险降低。由此实现转子的更平稳的运行以及更旋转运动的更好的可控制性。
35.本发明的一个特别优选的设计方案设置成,两个互补的校准磁体装置分别具有至少一个径向突出的元件,尤其是轴向区段,其至少部分地从相应的轴径向突出到这样的程度,使得互补的校准装置的相应区域在轴向投影中至少部分重叠。这例如可以通过校准磁体装置的一个或多个盘状结构来实现,这些结构分别接合到相应互补的校准磁体装置的相应自由空间、优选环形槽中。如果校准磁体装置的磁极在相应区域中(即尤其是在盘状结构中)径向布置在外部,则由此导致互补的校准磁体装置的磁极相互发生空间交错。在这种情况下,磁相互作用不再仅通过校准磁体装置的彼此相对的切向面进行。而是,交错布置允许将磁极进一步引入到互补的校准磁体装置的相应配属的磁极的场中。由此,在校准磁体装置之间的磁耦联,即尤其是最大可达到的校正力增强。在多个、尤其是轴向偏移的、径向突出的元件的情况下(例如以多个平行布置的盘状结构的形式)校准磁体装置的磁极优选如此穿入到互补的校准磁体装置的所设置的自由空间中,使得两个或多个与自由空间邻接的磁极的磁场相应作用到其上,由此进一步增强耦联。
36.更高的集成度可以通过以下方式来实现,即,校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置至少基本上集成到相关的轴中。在这种情况下,在校准磁体装置的区域中,校准磁体装置没有或至少仅一小部分突出超过轴的中心半径。这在轴的紧密相邻布置的情况下是特别有利的。尤其是在这种情况下,但也独立于此,至少一个转子磁体装置的相应集成也是优选的。不仅校准磁体装置而且转子磁体装置的集成不必设置在同一轴上,也可以设置在不同的轴上。
37.用于通过转子磁体装置影响转子耦联中的误差平衡的另一个起点通过以下方式提供,校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置可以沿着相关的轴轴向移动。例如,由此可对沿轴向方向局部发生的不平衡或临时和/或周期性发生的转子或轴的扭转作出反应。备选地或附加地,布置在定子中的转子磁体装置中的至少一个转子磁体装置也可布置成相对于互补的转子磁体装置可轴向移动和/或偏移。
38.根据本发明,校准磁体装置不一定需要在特定的轴向位置处仅具有一个磁体组,例如以围绕轴布置的磁体或磁极的环的形式。在一个优选的实施方式中,也可以设置多个轴向偏移布置的磁体和/或磁体组,这些磁体和/或磁体组被配属给一个校准磁体装置。因此,这样的校准磁体装置也可以具有环形布置的多个磁体组,其中,不同的磁体或磁体组沿轴向方向既可以彼此直接邻接布置,也可以彼此间隔开地布置。此外,一个校准磁体装置的不同磁体组也可以具有不同数量的磁极。优选地,磁体组也可以通过调整其相对于相应另一个轴的互补的校准磁体装置的旋转角度位置来彼此独立地调整。
39.转子的均匀运行通过连续的磁相互作用实现,尤其是在两个互补的校准磁体装置之间的连续的磁相互作用实现。为此,在具有轴向彼此偏移的磁体的校准磁体装置的情况下,这些磁体围绕轴轴线相对于彼此旋转。特别优选地,在此得到相应相同磁极围绕轴轴线
的螺旋形状或螺旋形布置。在这种情况下,在转子旋转时,相对彼此互补的校准磁体装置的两个磁极首先相互作用。如果继续旋转,这些磁极将再次彼此远离,而轴向相邻的磁极之间进行更强的相互作用。由于相应相同磁极螺旋形地围绕轴轴线伸延的布置结构,随着转子继续旋转,该序列沿轴向方向继续并在一次完全的旋转之后重新开始。
40.校准磁体装置相对于相关的轴以特定的旋转角度进行的用以平衡上述干扰效应的旋转调整即使在螺旋形布置的情况下也可以说对所有磁极产生影响。然而,以这种方式避免了在校准磁体装置之间作用的校正力的峰值的周期性出现。当校准磁体装置的两个互补的磁极因旋转而达到相对彼此最小间距时,校正力最大。如果继续旋转,则校正力首先再次减小,直到下一对磁极彼此相互作用。通过力峰值的周期性作用,可引起不期望的震动,所述震动导致转子的不平稳的运行。作用在两个互补的校准磁体装置的磁极之间的校正力在校准磁体装置的部分周缘上,优选地在其整个周缘上的几乎连续的分布可以显著降低上述影响。
41.磁极的螺旋形的布置是特别优选的,其中,在校准磁体装置的一个轴向端部处的第一磁极的相互作用尽可能无缝地紧接着校准磁体装置的另一个轴向端部处的最后的磁极的相互作用。为此,通过磁极描述的围绕转子的螺旋线优选实施一个完整的环绕或一个整数的环绕。因此,在这种情况下,校准磁体装置的第一对磁极和最后一对磁极表现得好像它们直接相邻并且螺旋线将继续进行。因此,当转子旋转时,在校准磁体装置之间的相互耦联或校正力的作用方面不发生显著中断。
42.一个或多个校准磁体装置可通过相应的承载装置与轴连接。为此,承载装置(该承载装置尤其是优选由铝制成的套筒)以合适的方式布置在轴上。如果首先在承载装置上产生校准装置,然后借助该承载装置以相应的方式推移到相应的轴上或以其他方式安置到相应的轴上,则这总体上显著简化了转子或电动马达的结构。除了成本适宜的制造外,与此相关联的还有更容易的维护和维修。出于这些目的,校准磁体装置能以小的耗费从轴上取下并在电动马达外部进行维修或更换。
43.当前,具有根据本发明的电动马达以用于驱动的真空泵也具有自身的发明意义。根据本发明的真空泵具体是尤其是转动活塞泵或遥杆式活塞泵或罗茨泵或螺杆泵。通常,根据本发明的真空泵具有至少两个由电动马达旋转驱动的压挤元件。然而,在此,泵不确定于特定类型的压挤元件。不同类型的压挤元件的组合、例如以多个下游的泵级形式的压挤元件的组合也是可能的。
44.根据本发明的真空泵尤其设计用于中等和低的输送功率。优选地,该真空泵具有小于50m3/h的抽吸能力。
45.在一个特别的设计方案中,压挤元件中的至少一个压挤元件具有附加的转子磁体装置,从而在汲取空间中也存在转子的磁耦联。备选地或附加地,相应的轴的校准磁体装置或附加的校准磁体装置也可以设置在轴的压挤元件处或压挤元件中。由此进一步降低了集成度并且因此减小了泵的尺寸。此外,用于通过压挤元件区域中的布置来平衡角度误差位置的附加的耦联和/或校准可能性在两个转子的同步运行的叠加的扭转振动或其他同步波动或干扰具有最强负面影响的地方开始。
46.为了检测转子的旋转位置或旋转速度优选设置相应的检测装置。尤其是,真空泵具有与转子的互补的发送器磁体相互作用的相应传感器电路。在一个特别优选的实施方式
中,转子的校准磁体装置中的至少一个校准磁体装置包括磁体,所述磁体在这样的布置结构中满足发送器磁体的功能。
附图说明
47.下面借助实施例更详细地解释本发明。在此,所描述和/或附图示出的所有特征分别形成本发明的独立方面,而与其在实施例中的组合或权利要求的回引无关。
48.其中:图1示出了根据本发明的电动马达在驱动区域中的示意性剖视图,图2示出了图1的对应于图1的电动马达在备选运行状态下的图示,图3示出了根据本发明的电动马达的示意性纵截面,图4a示出了两个转子磁体装置的横截面图,图4b示出了两个校准磁体装置的横截面图,图5以俯视图示出了根据本发明的真空泵的两个转子的示意图,图6示出了根据本发明的真空泵的示意性纵截面,以及图7示出了两个校准磁体装置的优选实施方式的示意性纵截面。
具体实施方式
49.在图1中,以横截面图示出了根据本发明的具有两个轴2的电动马达1。在当前的图示中,剖切平面垂直于轴2在实际的电动马达驱动器的区域中的纵向或旋转轴线伸延,如图3中通过点划线i/ii/iva所示。电动马达1优选构造为双轴同步马达。
50.轴2尤其是平行伸延并且分别承载转子磁体装置3,该转子磁体装置与轴2抗转动地连接。在电动马达1运行时,两个轴的转子磁体装置3用于驱动轴2的尤其是反向旋转运动。当前,转子磁体装置布置在共同的定子4中,如图1和2图中所示。定子4构造成产生磁场,该磁场与转子磁体装置3相互作用,并且在定子场的相应周期性变化的情况下在驱动的意义下将其置于旋转。
51.在电动马达1的运行状态下,两个转子磁体装置3仿佛经受由定子4产生的磁场的影响。可是这并不意味着在两个转子磁体装置3的位置处的磁场形状和/或场强必须相同。而是这可以由应用决定地根据结构形式而不同地设计。然而,两个转子磁体装置3在定子4接通时(也就是说尤其是当该定子通电时)关于场的所有变化或波动同时且同步地经受所产生的场。由此确保了就此而言不预期两个轴2的同步波动或转速差。
52.定子4具有定子内部空间5,转子磁体装置3布置在该定子内部空间中。在定子内部空间5中,定子4的磁场借助场发生器6产生,优选地借助多个场发生器6产生。场发生器6尤其是如下线圈,所述线圈在其由电流穿流时产生磁场。通过场发生器6的数量和布置,可以影响定子内部空间5中的磁场的形状和局部场强。
53.定子内部空间5尤其是构造在壳体7中。在此,壳体7可以延伸直至定子内部空间5。然而,此外,如下实施方式也是可能的,在该实施方式中,壳体7仅是可运动的且导电的部件的外包覆件并且就此而言用于保护用户。定子内部空间5最终由场发生器6的布置结构形成并且在其形状方面受到决定性影响。在功能上,定子内部空间5是由场发生器6包围的区域,在该区域中产生用于驱动转子磁体装置3的磁场。然而,如图1和图2所示,壳体7的尽可能精
确地与此相适配的区段关于热和/或电磁屏蔽或在噪音隔离方面可以是有利的。
54.在电动马达1运行时,转子磁体装置3由于定子4的变化磁场而被置于旋转中。如上所述,定子4的场尤其是由场发生器6产生。如果用作磁场发生器6的线圈以恒定的方式由不变的直流电流穿流,则在定子内部空间5中产生静态磁场,根据该静态磁场,转子磁体装置3关于其旋转位置取向。
55.为此,转子磁体装置3包括至少一个磁体,用于与定子4的场相互作用。相应地,转子磁体装置3分别具有至少两个磁极8(磁北极n和磁南极s)。如果现在在转子磁体装置3的区域中施加足够强度的外部场,则磁极8根据该场取向,由此引起转子磁体装置3与轴2一起旋转。通过外部场的周期性变化分别进行磁极8的进一步取向,使得旋转运动继续并且可以连续地维持。
56.在没有外部场、尤其是定子场的情况下,两个相邻布置的转子磁体装置3的磁极8的相互作用变得明显。转子磁体装置3关于其旋转角度位置如此取向,使得两个转子磁体装置3的两个不同的磁极8面向彼此并且彼此尽可能近地间隔开,根据图1的图示。由这种相互作用引起转子磁体装置3之间在磁传动机构意义下的耦联作用。
57.在存在由定子4产生的磁场的情况下,上述相互作用中的两者(即磁体或磁极8对外部场的反应和互补的转子磁体装置3的磁极8相对彼此的相互耦联)共同地以竞争性的方式进行。关于无干扰的运行,在制造电动马达1时原则上试图使根据定子4的场以及根据磁极8的场的转子磁体装置3的取向尽可能对应于相应互补的转子磁体装置3。在这种情况下,即使在(静态)定子场被激活时,也可以预期根据图1的转子磁体装置3的取向。
58.然而,当通过例如利用时间上不变化的直流电使定子通电,使定子4产生恒定磁场时,由于制造公差和在实践中受限的装配精度,图2中所示的情况经常出现。由于由定子4产生的外部场在量值方面通常大于在转子磁体装置3的磁极8之间的耦联,因此转子磁体装置在此尤其根据外部场取向。如果转子磁体装置3一方面关于外部场以及另一方面关于另一个转子磁体装置3的磁场的相应的静止位置由制造决定地彼此不同,则出现图2中所示的情况。在此,转子磁体装置3占据如下位置,该位置很大程度上对应于关于定子4的更强磁场的静止位置。然而,该位置是从关于转子磁体装置3的相互的磁相互作用的静止位置中的偏转。如果场发生器6以尤其是周期性变化的方式通电,则该不平衡即使在转子磁体装置3转动时也在动态变化的定子场中继续。
59.由转子磁体装置3相对于关于其相互耦联的静止位置的上述偏转产生呈合成的相对力形式的张力,其对应于在偏转的机械弹簧中的弹簧张力。该力在转子磁体装置3或轴2之间产生相对转矩。这可能尤其是在电动马达1的高转速的情况下是有问题的,即由于转子磁体装置3相对彼此的张力而形成能振荡的系统。在电动马达1的运行期间,由此可出现转子磁体装置3或轴2的相对于彼此的叠加的扭转振动。随着该叠加的扭转振动的振幅增加,转子磁体装置3的耦联和因此两个轴2的旋转运动的同步性越来越远离期望的范围。当能振荡的系统或叠加的扭转振动在特定转速的情况下发生共振时,这尤为关键。在这样的情况下,由于振动振幅的增加,可出现由电动马达1驱动的构件的碰撞或甚至所述部件的破坏。
60.在此,通过在两个轴2中的每个轴上布置至少一个校准磁体装置9来采用本发明。每两个校准磁体装置9优选地形成互补相互作用的对。
61.当前,校准磁体装置9附加于转子磁体装置3布置在轴2上,如图3中示例性所示。校
准磁体装置9中的至少一个校准磁体装置在此尤其布置在定子4外。在图3的图示中,这通过使壳体7在轴向方向上限制于转子磁体装置3的区域而在视觉上示出。不言而喻的是,然而壳体7也可以包围校准磁体装置9以及电动马达1的其他部分。
62.校准磁体装置9的作用基于如下:校准磁体装置9中的至少一个校准磁体装置可以借助相对于相关的轴2的旋转进行调整,或者可以在相对于相应另一个轴2的相应互补的校准磁体装置9的旋转角度位置方面进行变化。为此,校准磁体装置9如此固定在轴2上,使得该校准磁体装置虽然在轴2旋转时一同旋转,但可以在其相对于轴2和因此相对于另一个轴2的互补的校准磁体装置9的旋转角度位置方面进行变化并且固定在该经改变的位置中。
63.图4a和图4b的图示阐明了转子磁体装置3和校准磁体装置9相对于彼此的相对取向。在此,图4a对应于根据图2中所示情况的转子磁体装置3的剖面,但没有定子4和壳体7的周围装置。可以看出,两个转子磁体装置3的最近地面向彼此的磁极8不位于如下位置中,该位置对应于由于其相互吸引而产生的静止位置。在该静止位置中,当前布置在左侧的转子磁体装置3的离当前布置在右侧的转子磁体装置3最近的磁北极n作为参考磁体或参考磁极如此取向,使得其中心点是最靠近右侧的转子磁体装置3的点。在本示例中,磁北极n的上述中心点与周向方向几何相关。在功能上,该中心点尤其是如下点,在该点处磁场线垂直地和/或以最高密度显现。这同样相应地适用于另一个转子磁体装置3的磁南极s。静止位置最终对应于转子磁体装置3的在图1中所示的取向。
64.在图4a中所示的转子磁体装置3相对彼此的张力的情况(包括其上述的负面后果在内)可以通过根据本发明设置的校准磁体装置9来补偿,或者至少减少到可接受的程度。在图4b中示出了根据剖切平面ivb穿过图3中所示的校准磁体装置9的剖面。对比图4a可以看出,校准磁体装置9也相对于如下位置旋转了一定的相对角度,该位置对应于借助校准磁体装置9的磁极8所产生的静止位置。除了作用在转子磁体装置3之间作用的耦联力f2之外,一定的校正力f1现在作用在校准磁体装置9之间。
65.在图4a所示的转子磁体装置3相对彼此的张力的静态观察的情况下,通过校正力f1在校准磁体装置9之间产生相对转矩,该相对转矩与合成的相对转矩相对立,该相对转矩由于转子磁体装置3相对于其静止位置的偏转由耦联力f2引起。根据图3中的图示,共同的轴2的转子磁体装置3和校准磁体装置9经由该轴相互旋转耦联。在理想情况下,由耦联力f2引起的不期望的转矩和由校正力f1借助校准磁体装置9产生的关于轴2的反转矩基本上相互平衡。
66.出现图4a中所示的转子磁体装置3相对彼此的不期望的张力的程度通常无法足够准确地预测。因此,根据本发明的解决方案允许调整磁体装置9相对于彼此的旋转角度位置,以便使校正力f1或由此引起的反转矩在各个情况下与相应的应用情况相适配。
67.在动态观察的情况下,即在轴2在电动马达1的运行期间旋转运动时,可能造成上述的叠加的扭转振动的形成。如果振幅(即转子磁体装置3的相对旋转角度)在扭转振动的增加的过程中升高,则校准磁体装置9也由于与相应的转子磁体装置3的耦联而相对彼此更强烈地扭转。根据互补的校准磁体装置9的基本的相对取向的调整,校正力f1在高振幅的情况下引起轴2之间的相应增大的、与振动相反指向的转矩,由此干扰扭转振动被阻尼并被压倒。
68.在上述过程中有利的是,校正力f1在量值方面大于或至少等于耦联力f2。这尤其
可以关于两对分别互补的转子磁体装置3和校准磁体装置9的比较来理解。备选地或附加地,该条件也可以适用于所有出现的校正力f1的总和以及所有出现的耦联力f2的总和(如果设置多个校准磁体装置9和/或转子磁体装置3)。
69.借助对比图4a和图4b可看出,转子磁体装置3和校准磁体装置9不必具有相同数量的磁极8。而是相应的数量取决于在具体应用情况下在转子磁体装置3之间的耦联或校准磁体装置9的校正作用的可调整性应有多精细。
70.转子磁体装置3和/或校准磁体装置9分别包括至少一个磁体,由所述磁体提供磁极8。磁体优选地烧结和/或可以通过粘合、挤压、收缩或以其他方式材料配合地、力配合地和/或形状配合地固定在轴2或转子磁体装置3或校准磁体装置9的单独的、但为了清楚起见未单个示出的承载装置处。
71.特别优选地,根据本发明的电动马达1的转子磁体装置3和/或校准磁体装置9具有磁多极。出于简化的原因,当前选择示出磁四极(图1、图2、图4a)或八重多极(图4b)。然而,原则上,可以涉及n重多极,即更高阶的多极,其中根据本发明不存在针对磁极8的数量的原则上的上限。八重多极、更优选12重多极和特别优选24重多极已证明为在所需的结构耗费与良好功能作用之间的特别合适的折衷。上述值在此尤其是对应于针对多极的优选极数的下限。
72.转子磁体装置3和/或校准磁体装置9的磁体尤其是永磁体,其独立于外部能量供给而产生磁场并因此发挥耦联或校正作用。然而,在一个优选的实施方式中,至少一个转子磁体装置3和/或至少一个校准磁体装置9的磁体构造为优选具有一个或多个接触电刷的电磁体。备选地或附加地,这样的电磁体也可以构造用于无接触运行,尤其是借助感应无接触运行。此外,感应涡流也有助于抵抗同步波动。因此,可以尤其是无级地影响校正力f1和/或耦联力f2的强度,并且/或者可以相应接通和切断与此相关联的作用。不言而喻的是,永磁体和电磁体也可以组合地设置在转子磁体装置3或校准磁体装置9处,或者设置在不同的转子磁体装置3/校准磁体装置9处。
73.尤其是对于校准磁体装置9、但也对于转子磁体装置3而言,在电动马达1的运行期间由其实施的旋转运动方面,柱状形状是有利的。与此相应地,校准磁体装置9和/或转子磁体装置3可以具有柱状基体。如图3所示,柱体的旋转对称轴线在此尤其平行于轴2的纵向轴线和旋转轴线或与之重合。
74.校准磁体装置9或转子磁体装置3的基体的平均柱状的基本形状不排除可以设置从柱状基本形状径向突出的一个或多个元件、尤其是呈盘状结构形式的元件的可能性。在这种情况下,关于垂直于旋转轴线的横截面的总体上旋转对称的设计方案是有利的。图7示例性示出了校准磁体装置的一个相应的实施方式。在此,尤其是磁极8处于突出的元件的位于径向外部的区域中。
75.通过构造具有位于其之间的自由空间的盘状结构(当前呈环绕的环形槽形式),可以使彼此相配属的磁极8在空间上交错(verschr
ä
nkung),而即使在强烈的同步波动的情况下也不存在构件发生机械碰撞的危险。
76.在所示的优选的设计方案中,校准磁体装置9的磁北极n相应位于互补的校准磁体装置9的两个磁南极s之间,反之亦然。校准磁体装置9由此与在磁极8仅相对而置布置的情况下,即在没有在此所示的交错的情况下相比更强地彼此耦联。因此,在轴2之间发生同步
波动时,可以施加更大的校正力。由于校准磁体装置9的旋转,磁北极n和磁南极s分别交替置于离彼此最近的位置中,使得图7中所示的北极n和南极s的情况分别周期性地反转。
77.不言而喻的是,与根据图7的图示不同,也可以设置突出的元件和相应的自由空间的不规则或不对称的布置。此外,一个或两个校准磁体装置9也可以具有多个单独的、轴向彼此间隔开的盘、环等,它们以上述方式彼此共同作用。
78.反过来,备选地或附加地,校准磁体装置9和/或转子磁体装置3也可以集成到轴2中,以便实现尽可能紧凑的结构形式。为此,轴2在相应的校准磁体装置9或转子磁体装置3的区域中可以具有相应减小的直径,从而因此在相关的区域中不存在校准磁体装置9或转子磁体装置3的伸出超过轴2的最大半径的构件。
79.此外,校准磁体装置9也决不需要以如图3所示的方式靠近转子磁体装置3布置。根据本发明,沿着轴2的轴线的相应间隔也是可能的。在一个特别优选的设计方案中,校准磁体装置9中的至少一个校准磁体装置甚至可以在轴向方向上,即沿着轴2可移动地构造。
80.图1、图2、图4a和图4b的剖视图可以表明转子磁体装置3或校准磁体装置9虽然可以沿着其周缘具有大量磁体或磁极8,但它们在轴向方向上具有恒定的结构。然而,根据本发明,如下结构形式也是可能的,在该结构形式中,在校准磁体装置9中设置多个、尤其是不同设计的磁体。所述磁体尤其可以是优选环形地围绕轴2布置的一系列磁体,其中,每个环的磁极8的数量可以是不同的。
81.此外也可能的是,不仅在轴向方向上设置有直接相邻的磁体,而且可以在轴向偏移的磁体之间或尤其是在环形磁体组之间设立间隔。由此,可以根据各个应用情况考虑结构现实。
82.此外,轴向偏移布置的磁体也能够以不同的旋转角度偏移。在此,尤其是磁体或磁极8的斜齿部、优选地呈磁极8围绕轴2的螺旋形的布置结构形式的斜齿部是可能的,由此校正力f1的几乎连续的作用在更好的安静运行的情况下出现。
83.此外,通过校准磁体装置9的多个轴向偏移布置的且可彼此独立调整的磁体或磁体组以及通过轴2上的多个校准磁体装置9,也可以对除了纯扭转振动以外的干扰现象作出反应。所述干扰现象例如包括轴2的叠加的弯曲振动或扭转振动。
84.出于简化的原因未单个示出的用于校准磁体装置9或转子磁体装置3的磁体的承载装置和/或用于校准磁体装置9或转子磁体装置本身的承载装置尤其是构造为套筒。在此优选地,使用铝套筒。特别优选的是如下设计方案,在该设计方案中设置有如下承载装置,该承载装置作为整体承载校准磁体装置9中的至少一个校准磁体装置,从而可以首先完全制造该校准磁体装置,并且然后借助承载装置将其安设到轴2上。尤其是,可以将一个磁体或多个磁体、优选地呈棒状磁体形式的磁体推入到套筒中。
85.尤其是套筒状的承载装置也可以附加地用作用于冷却磁体的冷却体。否则例如在永磁体的情况下,如果在运行期间温度升高过强,就会存在热退磁的危险。
86.根据本发明的电动马达1尤其适用于驱动真空泵10,如图6中示例性所示。在这样的真空泵10中,电动马达1、尤其是作为双轴同步马达用于驱动两个转子11,其在图5中以示意性俯视图描绘。真空泵10的转子11除了轴2之外还包括至少一个转子磁体装置3和校准磁体装置9,尤其是还有一个或多个压挤元件12。在当前所示的示例中,压挤元件12构造为用于螺杆泵的螺杆。在此,示例性地示出了一种非压缩的实施方式,在该实施方式中螺杆具有
恒定螺距。不言而喻的是,也可以设置具有可变螺距的实施方案,尤其是用于压缩。此外,例如呈转动或滚动活塞形式的压挤元件12或基于类似原理的压挤元件12也是可能的。
87.相应于图6的示例性示意图,在根据本发明的真空泵10中尤其是设置成,借助根据本发明的电动马达1驱动两个转子11。在此,使用校准磁体装置9的上文描述的功能。在此所示的真空泵10的情况下,平行的转子11一方面在电动马达1的起驱动作用的部分的区域中(即尤其在定子4中)和/或在电动马达1的壳体7中伸延。
88.此外,转子11的轴2如此延长,使得所述轴伸延穿过泵壳体13并且在那可转动地支承。压挤元件12布置在泵壳体13的前部部分中。压挤元件在那如此共同作用,使得输送介质、例如应从被包围的空间抽出的流体、优选气体经由抽吸接管14被吸入到泵壳体13中并且由压挤元件12进一步运输。在压挤元件12另一面的输送方向上,所运输的输送介质然后通过排出接管离开泵壳体13。在此所示的示例中,该排出接管布置在垂直于图像平面的方向上,并且因此未由当前剖视图示出。
89.压挤元件12优选地在运行期间既不相互接触也不接触泵壳体13。尽管如此仍必须确保压挤元件12之间以及相对于泵壳体13的充分密封。因此,在此使用在参与的构件之间的极其小的间隙间距。在出现同步波动、转子11之间的同步误差以及尤其是转子11的增加的叠加扭转振动的情况下的上述问题因此能够快速地以对真空泵10的运行关键的方式作用。
90.在一个特别优选的实施方式中,压挤元件12中的至少一个压挤元件可以具有附加的转子磁体装置3。由此,如果分别互补地共同作用的压挤元件12附加地通过相应的转子磁体装置3形成另外的磁传动机构,则可以增强两个转子11之间的耦联。
91.备选地或附加地,一个优选的设计方案可以设置成,一个或多个校准磁体装置9集成到压挤元件12中。所述校准磁体装置可以分别是原始校准磁体装置9中的一个校准磁体装置或附加的校准磁体装置9。通过校准磁体装置9的校正作用由此可以直接作用在如下处,在该处在上述方式的干扰的情况下将首先可察觉到负面的后果。
92.电动马达1或真空泵10还可以具有控制器15,尤其是电子控制器,借助于该控制器例如可以检测或监测转子11的转速、定子场的强度和/或相位、真空泵10的输送量、在真空泵10周围环境中的噪音水平、电动马达1的功率消耗和/或温度值。此外,也可以借助控制器15调节上述和/或另外的参数。
93.为了检测一个或两个转子11的转速和/或旋转位置,可以设置相应的装置。为此,真空泵10优选具有相应的传感器电路,其尤其集成在控制器15中。借助传感器电路可以读出发送器磁体,其向传感器电路或控制器15指示转子的完整或部分回转。相应的发送器磁体优选集成在校准磁体装置9中的至少一个校准磁体装置中,从而不必向转子11添加用于监测旋转运动的附加构件。校准磁体装置9的磁体或磁极8特别优选地由互补的传感器电路感知为发送器磁体。
94.附图标记列表1 电动马达2 轴3 转子磁体装置4 定子
5 定子内部空间6 场发生器7 壳体8 磁极9 校准磁体装置10 真空泵11 转子12 压挤元件13 泵壳体14 抽吸接管15 控制器n 磁北极s 磁南极。
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