CN101257236B - 马达 - Google Patents

Abstract

根据本发明的马达包括大致筒形的外壳，在该外壳中容纳定子部和转子部。该外壳包括：外壳体，该外壳体在其上侧具有开口；和盖部，该盖部布置在电枢与传感器之间，以封闭所述外壳体的开口。由于由磁性材料制成并布置在电枢与传感器之间的盖部，使由电枢处产生的磁力引起的在传感器上的磁效应最小化。通过其中使外壳的盖部用作磁屏蔽件的该构造，与其中布置额外的磁屏蔽层的构造相比，根据本发明的马达可以在轴向上更小。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种马达。

背景技术

传统上，在诸如客车等的车辆中利用液压助力转向来帮助操作者操纵车辆。液压助力转向设备利用由车辆发动机操作的泵来产生帮助操作者转向的力。近年来，已经可以使用利用通过车辆电池操作的马达的电动助力转向系统。该系统比传统的液压助力转向功效更高。

传统上，用于驱动电动助力转向系统的马达可包括用于检测转子相对于定子的旋转位置的永磁体和磁性传感器。

而且传统上，用于驱动电动助力转向系统的马达可大致呈筒形形状，具有筒形的定子和布置在定子内的转子。在该马达中，在转子或定子上方布置多个将定子的线圈连接到外部电源的环形端子，同时通过该端子的保持件保持该端子，其中在保持件上方布置检测转子的旋转位置的分解器(resolver)。

然而，根据传统马达，由于在定子与磁性传感器之间布置有用于使从定子到磁性传感器的磁效应最小化的磁屏蔽件，所以难以减小马达的轴向尺寸。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施方式提供了一种马达，该马达包括：定子部，该定子部包括电枢；转子部，该转子部包括与中心轴线同心的轴、以围绕方式布置在该轴处的具有大致筒形形状的转子芯、布置在该转子芯处并与所述电枢一起产生以所述中心轴线为中心的转矩的场磁体；第一轴承部和第二轴承部，它们均布置在所述转子芯的对应轴向侧，以可旋转地支撑所述轴；传感器，该传感器布置在所述电枢的轴向侧从而磁性检测所述转子芯相对于所述定子部的角度位置；以及外壳，该外壳布置成在其中容纳所述定子部和所述转子部。所述外壳包括：外壳体，该外壳体在其轴向侧具有开口；和盖部，该盖部布置在所述电枢与所述传感器之间以保持所述第一轴承部并封闭所述外壳体的开口。

通过该构造，可以使根据本发明的马达的轴向尺寸较小。

从以下参照附图对本发明优选实施方式的详细描述中将更加清楚本发明的其它特征、元件、步骤、特性和优点。

附图说明

图1是根据本发明第一优选实施方式的助力转向单元的示意图。

图2是根据本发明第一优选实施方式的马达的示意性平面图。

图3是根据本发明第一优选实施方式的马达的示意性剖视图。

图4是根据本发明第一优选实施方式的母线单元的示意性平面图。

图5是根据本发明第一优选实施方式的母线单元的示意性剖视图。

图6是根据本发明第一优选实施方式的在线圈、连接线部与端子之间的连接的示意图。

图7是根据本发明第一优选实施方式的在传感器周围的区域的示意性放大剖视图。

图8是根据本发明第一优选实施方式的磁体罩和传感器磁体的示意性平面图。

图9是根据本发明第一优选实施方式的传感器磁体的磁极的示意性平面图。

图10是另一实施方式的母线单元的示意性平面图。

具体实施方式

注意在本文对本发明的优选实施方式的描述中，诸如上、下、左、右、向上、向下、顶和底的用于描述各个部件之间位置关系和方向的词语仅仅表示图中的位置和方向。这些词语并不表示安装在实际装置中的部件的位置关系和方向。还要注意，以下示出的附图标记、图号和补充说明是用于帮助读者找到以下对优选实施方式的描述中的对应部件以利于理解本发明。应理解，这些表述绝不限制本发明的范围。

图1是具有根据本发明第一优选实施方式的马达1的助力转向单元8(例如，EPS(电动助力转向))的示意图。该助力转向单元8用于帮助操作者(例如，驾驶员)操纵诸如客车的车辆。

如图1所示，助力转向单元8优选包括：轴部81，其连接到方向盘和/或转向机构；传感器82，其检测施加到方向盘上的力；控制单元83，其基于来自传感器82的输出计算帮助操作者所必需的力的大小；马达1，其基于来自控制单元83的输出产生所需的转矩；以及减速机构84，其将转矩传导至转向机构。

在具有助力转向单元8的车辆中，通过操作者施加到方向盘上的力启动助力转向单元8的马达1。然后由马达1产生的转矩帮助对车辆进行转向，从而使操作者可以用相对较小的力使车辆转向，而不用直接依赖车辆的发动机输出。

图2是马达1的示意性平面图。图3是沿图2所示的马达1的线A-A剖取的示意性剖视图。注意，马达1是由三相交流电致动的三相马达。

如图3所示，作为内转子型马达的马达1优选包括：定子部2，其是固定组件；转子部3，其是转动组件；轴承机构4，其以中心轴线J1为中心相对于定子部2可旋转地支撑转子部3；母线单元5，其将定子部2的电枢21连接到外部电源；以及传感器6，其磁性检测转子部3的转子芯32(在以下描述)相对于定子部2的以中心轴线J1为中心的角度位置。注意在本文的描述中，母线单元5和传感器6在轴向上布置于电枢21的上方。

马达1还优选包括外壳11，外壳11呈带底的大致筒形形状，并在其中容纳定子部2、转子部3、轴承机构4和母线单元5。外壳11优选包括：外壳体12，其优选在上侧具有开口；和盖部13，其布置在电枢21与传感器6之间以封闭外壳体12的开口。外壳体12优选用铝合金通过压铸等(即，铝压铸)制成。盖部13优选通过压制磁性钢板制成。盖部13优选包括：第一凹部131，其从盖部13向下凹入；和第二凹部132，其布置在第一凹部131的径向内侧并向下凹入。

定子部2优选包括电枢21，电枢21通过诸如热收缩或填缝(caulking)等的变形处理而布置在外壳体12的内周表面。电枢21优选包括通过层压多个薄硅钢板形成的定子芯211。定子芯211优选包括呈环形形状的芯背(core back)2111和均从芯背2111朝中心轴线J1延伸的多个(本优选实施方式中为9个)齿2112。注意，定子芯211优选包括多个均包括齿2112的多段节芯(即，总共有9个段节)。根据本优选实施方式的定子芯211，芯背2111的外周部优选包括与布置在外壳体12的内周面处的突起相接合的凹部，从而使定子芯211的周向运动最小。当第一霍尔元件641和第二霍尔元件642(见图7)在外壳11的盖部13附接到外壳体12上时附接到电路板65上时，该凹部还用作第一霍尔元件641和第二霍尔元件642相对于传感器磁体62(在以下描述)的位置确定件。

电枢21优选包括：绝缘体212，其覆盖齿2112的表面、由绝缘材料制成；以及多个(本优选实施方式中为9个)线圈213，其通过经由绝缘体212以集中方式绕对应齿2112缠绕线而形成。

在马达1中，对应于驱动电流的U相的三个线圈213、对应于驱动电流的V相的三个线圈213、对应于驱动电流的W相的三个线圈213连接到外部电源的对应电极。在本优选实施方式中，对应于U相的三个线圈213以并联方式连接到外部电源的U相电极(其余的线圈213以相同方式连接)。

转子部3优选包括以中心轴线J1为中心的轴31、围绕轴31布置的转子芯32以及通过粘性剂布置在转子芯32的外周面处的场磁体33。转子芯32优选通过层压多个薄硅钢板而形成。在马达1中，场磁体33布置在以中心轴线J1为中心的电枢21的径向内侧。在电枢21与场磁体33之间产生以中心轴线J1为中心的转矩。

轴承机构4优选包括：第一轴承部41，其容纳在盖部13的第二凹部132中；和第二轴承部42，其布置在外壳体12的底部的大致中央部并向下凹入。注意，根据本优选实施方式，第一轴承部41和第二轴承部42优选为球轴承。注意，轴31的一部分优选从盖部13经由第二凹部132的中心开口向上突出。而且，轴31被第一轴承部41和第二轴承部42可旋转地支撑。

图4是母线单元5的示意性平面图。图5是图4所示的母线单元5沿着线B-B剖取的示意性剖视图。如图4和图5所示，母线单元5优选包括由导电材料制成的多个第一母线51和多个第二母线52以及由绝缘材料制成的母线保持件53。母线保持件53优选以使第一母线51与第二母线52之间不接触的方式保持第一母线51和第二母线52。如图4所示，第一母线51的数量和第二母线52的数量均等于从外部电源传导至电枢21的驱动电流的相数(本优选实施方式中为3)。

如图3和图4所示，母线单元5优选包括继电器54，可操作继电器54来控制从外部电源传导至电枢21的驱动电流。更具体地说，继电器54在线圈213损坏时(例如发生短路等)优选阻断外部电源与电枢21之间的连接，从而使电磁锁定(electromagnetic lock)等最小。如图3所示，呈大致筒形形状的外壳体12优选包括布置在开口附近的突出部，该突出部径向向外突出并且在其中容纳继电器54。继电器54通过粘性层541布置在外壳体12的内周面处。

在助力转向单元8中，外部电源电连接到电枢21，驱动电流从外部电源传导至电枢21。当在感测到控制驱动电流的控制信号异常时(例如驱动电流的开关有故障等)由于电枢21的磁力而发生转子芯32被锁定的电磁锁定时，继电器54断开电枢21的中性点从而解除电磁锁定。通过该构造，车辆的转向机构不会被锁定，因此使用者可以安全操作车辆。

如图4和图5所示，母线保持件53优选呈以中心轴线J1为中心的大致环形形状。而且，母线保持件53优选在其轴向上部包括一对彼此同心的凹槽部531。第一母线51和第二母线52均呈以中心轴线J1为中心的大致弧形形状，它们优选包括优选沿轴向延伸的表面。更具体地说，每个母线(51和52)呈沿着中心轴线J1延伸的大致筒形形状。

如图4所示，母线单元5的三个第二母线52布置在继电器54附近，三个第一母线51布置在继电器54相对中心轴线J1的相对端部处。三个第一母线51和三个第二母线52沿周向相互间等距离地布置。

第一母线51均优选包括：第一端子511，其连接到形成线圈213(见图3)的线的端部；第一母线体512，其呈大致弧形形状，第一端子511布置在该第一母线体512处；以及连接部513，其从第一母线体512径向向外延伸从而连接到外部电源。而且，第二母线52均优选包括：第二端子521，其连接到形成线圈213的线的端部；第二母线体522，其具有大致弧形形状，第二端子521布置在该第二母线体522处；以及继电器连接部523，其从第二母线体522径向向外延伸从而连接到继电器54。

根据本优选实施方式的母线单元5，三个第一母线51的连接部513优选靠近彼此地布置。一个第一母线51的第一母线体512优选沿顺时针方向在距中心轴线J1最远布置的凹槽部531处从连接部513延伸。对于另两个第一母线体512，这两个中的一个优选在布置于母线保持件53外侧的凹槽部531处延伸，这两个中的另一个优选在布置于母线保持件53内侧的凹槽部531处延伸，这两个第一母线体都沿逆时针方向从连接部513延伸。这两个第一母线体512包括在径向上重叠的部分。

而且，继电器连接部523彼此靠近地布置。一个第二母线体522布置于在母线保持件53内侧布置的凹槽部531处并沿逆时针方向从继电器连接部523延伸。布置在母线保持件53外侧的凹槽部531处的另一第二母线体522优选相对于继电器连接部523沿顺时针方向延伸，而布置在母线保持件53内侧的凹槽部531处的第三母线体522优选相对于继电器连接部523沿顺时针方向延伸。注意，上述两个第二母线体522沿径向重叠布置。

如上所述，根据本发明的本优选实施方式的母线单元5，三个第一母线51布置成不沿径向重叠。而且，三个第二母线52布置成不沿径向重叠。也就是说，由于第一母线51(和第二母线52)没有沿径向完全重叠，所以与其中三个母线沿径向重叠的构造相比，扩大了在中心轴线J1与最靠近中心轴线J1布置的第一母线51(和第二母线52)之间的空间。

根据本优选实施方式的马达1，形成对应于驱动电流的各个相的线圈213的三根线(即，本优选实施方式中为9根线)均包括连接到对应的第一母线51的第一端子511的端部，并且线的另一端部连接到对应的第二母线52的第二端子521并经由第二母线52连接到继电器54。

图6是将电枢21的9个线圈213连接到母线单元5的三个第一端子511以及三个第二端子521的线的多个连接线部2131的示意图。注意，图6中所示的字母(U、V和W)表示驱动电流的对应相。从图6可以看到，根据本优选实施方式的马达1，对应于驱动电流的三相的三个线圈213以并联方式布置。如图5所示，连接线部2131布置在线圈213与母线单元5之间的空间处。

而且，根据本优选实施方式的马达1优选在线圈213的径向内侧包括内侧突起部，该内侧突起部优选包括布置在绝缘体212处的多个第一内侧突起部2121以及布置在母线保持件53处的第二内侧突起部532。均优选呈大致环形形状的第一内侧突起部2121优选以朝母线单元5突出的方式布置在线圈213的径向内侧。而且，呈大致环形形状的第二内侧突起部532优选以朝第一内侧突起部2121突出的方式布置在线圈213的径向内侧。而且，连接线部2131的径向内侧被内侧突起部覆盖。

根据本优选实施方式的马达1，第一内侧突起部2121与第二内侧突起部532之间的轴向距离优选小于连接线部2131的直径。而且，第一内侧突起部2121的轴向顶端优选比线圈213更接近母线保持件53。

根据本优选实施方式的电枢21，绝缘体212优选在线圈213的径向外侧包括多个布置成大致环形的外侧突起部2122。外侧突起部2122优选朝母线保持件53突出。而且，外侧突起部2122的轴向顶端优选比线圈213更接近母线保持件53。

图7是在传感器6周围的区域的示意性放大剖视图。如图7所示，传感器6优选包括：轭61，其固定至轴31；传感器磁体62，其固定到轭61从而间接固定到轴31；以及磁体罩63，其覆盖传感器磁体62的与轭61接触的部分之外的表面。更具体地说，优选呈大致环形形状、垂直于中心轴线J1布置的轭61由磁性材料制成。传感器磁体62优选呈大致环形形状并且垂直于中心轴线J1布置。优选由非磁性材料制成的磁体罩63固定至轭61。磁体罩63优选由金属材料(本优选实施方式中为铝)制成。注意，磁体罩63可由非磁性不锈材料制成。还要注意，轭61、传感器磁体62和磁体罩63容纳在盖部13的第一凹部131中。

图8是磁体罩63和传感器磁体62的示意性平面图。如图8所示，传感器磁体62优选包括至少一个(本优选实施方式中为2个)切口部621，在该切口部621处传感器磁体62的外周线在从上方看去时呈直线。而且，磁体罩63优选在对应于切口部621的区域处包括至少一个(本优选实施方式中为2个)平坦表面部631。根据本优选实施方式的传感器6，切口部621和平坦表面部631构成一对均限制彼此间周向运动的接合部。

如图7所示，传感器6优选包括第一霍尔元件641、第二霍尔元件642、电路板65和背轭66。第一霍尔元件641和第二霍尔元件642优选布置在传感器磁体62的上表面处，而轭61优选布置在下表面处。电路板65优选布置在第一霍尔元件641和第二霍尔元件642的上方。更具体地说，第一霍尔元件641和第二霍尔元件642优选与传感器磁体62轴向相对地固定在电路板65的底面处。背轭66是由磁性材料制成的板件，其通过绝缘件固定在电路板65的顶面处。注意，电路板65轴向布置在第一霍尔元件641和第二霍尔元件642的上方。背轭66的轴向厚度优选大于大约0.5mm。

如图2所示，电路板65优选呈大致半圆形状。而且，如图7所示，电路板65优选固定在盖部13的顶面处，同时优选覆盖第一凹部131的一部分。

如上所述，传感器6优选包括三个第一霍尔元件641，所述三个第一霍尔元件641以中心轴线J1为中心周向彼此均匀隔开地布置。而且，传感器6优选包括两个第二霍尔元件642，所述两个第二霍尔元件642沿周向布置在第一霍尔元件641的径向外侧(即，第一霍尔元件641与中心轴线J1之间的距离不同于第二霍尔元件642与中心轴线J1之间的距离)。根据本优选实施方式，每个第二霍尔元件642优选包括两个霍尔元件并且是磁编码器。

图9是在从传感器磁体62的上表面(即，磁化面)看去时磁极的示意性平面图。注意，为了描述清楚，斜线表示北磁极。如图9所示，传感器磁体62优选包括：第一域622，其优选具有大致环形形状，在传感器磁体62旋转时与第一霍尔元件641(见图7)相对布置；以及第二域623，其优选具有环形形状，与第二霍尔元件642(见图7)相对布置。注意，第一域622的磁极的数量与第二域623的磁极的数量不同。根据本优选实施方式，第一域622的磁极的数量和第二域623的磁极的数量优选分别为6和72。

根据本优选实施方式的马达1，当图3所示的转子部3的转子芯32旋转时，图7所示的传感器6的传感器磁体62与轴31和转子芯32一起旋转。当传感器磁体62旋转时，第一霍尔元件641和第二霍尔元件642感测第一域622和第二域623的磁极。然后，基于来自第一霍尔元件641和第二霍尔元件642的输出，将检测转子芯32相对于电枢21的以中心轴线J1为中心的角度位置。

如上所述，根据马达1，盖部13布置在电枢21与传感器6之间，并由磁性材料制成。通过该构造，使由电枢21产生的磁力引起的在传感器6上的磁效应最小化。即，根据本发明的本优选实施方式，外壳11的盖部13用作传感器6的磁屏蔽件。因此，与在其中布置单独的磁屏蔽件的构造相比，可以减小马达1的轴向尺寸。

期望用于帮助操作者操纵车辆的马达的尺寸较小，从而改进车辆内部空间并有利于环境方面的考量(例如，燃料效率和减少二氧化碳等)。从而，如上所述的马达1特别适于用作帮助操纵车辆的马达等。

注意，由于盖部13通过压制而形成，所以盖部13可以在保持所需耐久性的同时较薄。通过该构造，具有该盖部13的马达1可以在轴向上较小。而且，可以容易地制造盖部13。

根据本优选实施方式的马达1，盖部13的第一凹部131和第二凹部132布置在母线保持件53的内侧(中心轴线J1附近)。而且，第一轴承部41和传感器6的传感器磁体62对应地容纳在第二凹部132和第一凹部131处。通过该构造，与其中第一轴承部41和传感器6布置在母线保持件53的上方或下方的构造相比，马达1可以更小。

根据本优选实施方式的传感器6，由于第一霍尔元件641对应于垂直于中心轴线J1布置的传感器磁体62轴向布置，所以传感器6的轴向尺寸可以较小，因此，马达1可以在轴向上较小。

而且，根据本优选实施方式的传感器6，第二霍尔元件642布置在第一霍尔元件641的径向外侧，对应于第一霍尔元件641的第一域622的磁极的数量与对应于第二霍尔元件642的第二域623的磁极的数量不同。而且，根据本优选实施方式的传感器6，由于基于来自第一霍尔元件641和第二霍尔元件642的输出检测转子芯32以中心轴线J1为中心的角度位置，所以与其中基于来自第一霍尔元件或第二霍尔元件的输出检测角度位置的构造相比，提高了检测精度。

根据本优选实施方式的马达1，由于改进了母线保持件53的径向尺寸，所以传感器磁体62可容易地布置在母线保持件53的内侧。通过该构造，具有与距中心轴线J1距离不同的第一霍尔元件641和第二霍尔元件642相对应的较宽径向尺寸的传感器磁体62可容易地布置在母线保持件53的内侧。

虽然以上已经详细描述了本发明的优选实施方式，但应理解，对于熟悉本领域的技术人员而言，不脱离本发明范围和精神的变型和修改是显而易见的。

例如，优选实施方式假设盖部13由磁性材料制成，但本发明不限于此。为了使电枢21处产生的电磁波在传感器6上的效应最小化，盖部13可由具有导电性而没有磁性的材料(例如，铝、铜等)制成。通过不需要额外电磁屏蔽层的该构造，可使马达1在轴向上尺寸较小。

虽然优选实施方式假设母线保持件53呈环形形状，但本发明不限于此。如图10所示，母线保持件53(下面称为“母线保持件53a”)可呈以中心轴线J1为中心的大致弧形形状。在母线保持件53a中，容纳第一母线51和第二母线52的凹槽部531包括以中心轴线J1为中心的大致弧形形状。而且注意，在母线单元5中，第一母线51和第二母线52优选通过夹物模压与母线保持件53a一体形成。

电枢21可包括多个线圈213，线圈213通过以分布方式绕定子芯211的对应齿2112缠绕线而形成。还要注意，虽然上述优选实施方式假设定子芯211包括分段节的芯，但本发明不限于此。而且注意，电枢21可呈大致矩形形状。

虽然上述优选实施方式假设轭61和传感器磁体62大致垂直于中心轴线J1布置，但本发明不限于此。传感器磁体62和轭61可呈与中心轴线J1大致平行布置的大致筒形形状。在这种情况下，霍尔元件布置在传感器磁体的径向外侧并与其相对。

虽然上述优选实施方式假设传感器6包括传感器磁体62和霍尔元件，但本发明不限于此。例如，可使用可变磁阻型分解器作为传感器。应理解，由于传感器6包括传感器磁体62和霍尔元件，所以传感器6可以沿轴向较薄，从而减小了马达的尺寸。

而且注意，虽然上述优选实施方式假设根据本发明的马达用于产生助力转向单元所用的转矩，但本发明不限于此。

Claims (5)

1.一种马达，该马达包括：

定子部，该定子部包括电枢；

转子部，该转子部包括与中心轴线同心的轴、以围绕方式布置在该轴处的具有大致筒形形状的转子芯、以及布置在该转子芯处并与所述电枢一起产生以所述中心轴线为中心的转矩的场磁体；

第一轴承部和第二轴承部，它们布置在所述转子芯的对应轴向侧，以可旋转地支撑所述轴；

传感器，该传感器布置在所述电枢的轴向侧从而磁性检测所述转子芯相对于所述定子部的角度位置；以及

外壳，该外壳布置成在其中容纳所述定子部和所述转子部，其中

所述外壳包括：

外壳体，该外壳体在其轴向侧具有开口；和

盖部，该盖部布置在所述电枢与所述传感器之间，以保持所述第一轴承部并封闭所述外壳体的所述开口，

其中，所述马达还包括母线单元，该母线单元布置在所述电枢的轴向侧，从而将所述电枢连接到外部电源，

该母线单元包括：

母线保持件，该母线保持件由绝缘材料制成，呈大致弧形形状并以所述中心轴线为中心，而且

在所述母线保持件的与所述中心轴线相对的一侧布置有所述第一轴承部和传感器中的至少一个，

所述传感器包括：

传感器磁体，该传感器磁体具有大致环形板形状，垂直于所述中心轴线布置并固定到所述轴；以及

第一霍尔元件，该第一霍尔元件布置成与所述传感器磁体的磁化面相对；

所述盖部包括：第一凹部，该第一凹部从所述盖部向下凹入；和第二凹部，该第二凹部布置在所述第一凹部的径向内侧并向下凹入；

所述第一凹部容纳有所述传感器磁体，所述第二凹部容纳有所述第一轴承部；

所述第一凹部和所述第二凹部布置在所述母线保持件的内侧；

在所述第一霍尔元件的上方布置有电路板；

所述电路板固定在所述盖部的顶面处。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，所述盖部由磁性材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的马达，其中，所述盖部通过压制而制成。

4.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述传感器包括第二霍尔元件，该第二霍尔元件布置成与所述传感器磁体的磁化面相对并且布置成比所述第一霍尔元件距所述中心轴线更远，并且

在所述传感器磁体的磁化面处，与所述第一霍尔元件相对应的大致呈环形形状的第一域的磁极数量和与所述第二霍尔元件相对应的大致呈环形形状的第二域的磁极数量不同。

5.根据权利要求1所述的马达，其中，所述马达用于帮助操作车辆。

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