CN102341677B - 位置传感器保持器 - Google Patents

Abstract

一种用于电机的位置传感器的保持器(1)，所述保持器(1)包括用于保持所述位置传感器的袋部(2)，邻接部(3)，以及可安装于电机的固定装置上的用来将邻接部(3)相对于固定装置偏压的偏压装置(4)。此外，电机(30)包括定子(32)，位置传感器(34)，以及传感器保持器(1)。所述传感器保持器(1)包括其中保持有位置传感器(34)的袋部(2)，邻接部(3)，以及将所述邻接部(3)朝向所述定子(32)偏压的偏压装置。

Description

位置传感器保持器

技术领域

本发明涉及一种用于电机的位置传感器的保持器，以及采用该保持器的电机。

背景技术

电机的输出功率关键地取决于相激励和转子位置的精确同步。电机因此需要用来准确地确定转子位置的装置。相对较廉价的解决方案是霍尔效应传感器。

在制造以及装配电机之后，传感器相对于定子以及转子的位置存在公差。该位置的公差导致了传感器的信号输出的电角度的偏移。作为结果，相激励和转子位置没有被优选地同步，且因此电机的功率以及效率被降低。

对很多电机来说，传感器位置的公差并不是一个问题。这可能是由于电机的尺寸相对较大，因此传感器位置的公差相对于转子的周长来说很小。因此，任何传感器的位置公差都只在传感器信号的电角度上产生可忽略的偏移。可替换地，电机的输出功率和/或效率并不关键，因此由传感器位置公差造成的功率损失被认为是可接受的。但是，对相对较小和/或其中需要相对较高效率的电机来说，传感器位置的公差是一个显著的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于电机的位置传感器的保持器，该保持器包括一个用来保持位置传感器的袋部，邻接部，以及可安装于电机的固定装置上、用来将邻接部相对于固定装置偏压的偏压装置。

保持器可被安装在电机内，以使得邻接部被朝向电机的定子偏压。通过将邻接部朝向定子偏压，袋部相对于定子的位置被很好地限定。相应地，被保持在袋部内的位置传感器可被准确且可靠地相对于定子定位。相激励和定子位置的同步可被改进，这将产生更高功率且效率更高的电机。附加地，传感器保持器允许霍尔效应传感器被准确且可靠地定位在其上电枢反应的影响最小的位置。

优选地，偏压装置包括一个或多个悬臂弹簧。更优选地，偏压装置包括一对布置在袋部的相对侧面上的悬臂弹簧。这样的优势是悬臂将邻接部沿x和y轴两者偏压。偏压装置因此能够更好地吸收电机的公差，以确保袋部，以及由此造成的保持在其中的传感器的位置，被相对于定子更精确地对齐。

每一个悬臂弹簧优选地包括弓形部分以及限定了弹簧的眼部的端部部分。弹簧的眼部可随后被安装在电机的固定装置之上，或其周围。端部部分优选地包括自由端。这可允许悬臂弹簧被安装在固定装置上而不拉伸弓形臂。任何弓形臂的拉伸都降低弹簧的弹性，并最终导致永久变形。每一个臂的端部都理想地较弓形部分的端部要长。相应地，电机的任何附加组件，诸如印刷电路板，可被安装在保持器的顶部上，而不阻碍弹簧的弓形部分的移动。

邻接部可构成袋部的一部分。作为结果，袋部相对于邻接部外表面的内表面被很好地限定。相应地，当邻接部被朝向电机的定子偏压时，袋部相对于定子的位置被很好地限定。

邻接部可包括具有平面表面的壁。该平面表面可和定子的侧面邻接，且特别地，和定子的磁极邻接。这样的优势是，除了控制袋部相对于定子的位置之外，邻接部控制袋部相对于定子的取向或倾斜度。邻接部的壁可限定袋部的壁。因此，当壁被朝向定子偏压时，袋部相对于定子的位置以及取向的公差被严格地控制，其被有效底限制在壁的厚度的公差之内。

优势地，邻接部的壁包括一个或多个脊部。壁和每一个脊部都限定了可自由地和电机的定子的角部，诸如定子的磁极的角部，接合的角部。作为结果，袋部相对于定子的位置可被沿x轴和y轴两者固定。

袋部优选地包括前壁部以及弹性地连接至前壁部的后壁部。相应地，保持在袋部内的位置传感器被朝向前壁部偏压。这可降低传感器相对于袋部的位置以及取向的公差，并由此使传感器相对于定子的位置以及取向的公差最小化。

保持器优选地由塑料制成。不止是因为这样保持器可被更廉价地制造，也是因为保持器可不经受电感加热，也不会使磁路短接。

在第二方面，本发明提供了一种电机，其包括定子，位置传感器以及传感器保持器，所述传感器保持器包括其中保持有位置传感器的袋部，邻接部，以及将邻接部朝向定子偏压的偏压装置。

通过将邻接部朝向定子偏压，袋部相对于定子的位置和/或取向被很好地限定。相应地，保持在袋部内的位置传感器被精确地相对于定子对齐。相激励和转子位置的同步可被改进，从而产生更高功率和更高效率的电机。此外，如果位置传感器是霍尔效应传感器，传感器可被相对于定子定位于其上电枢效应的影响最小的位置。

通过将邻接部朝向定子偏压，偏压装置产生作用，以吸收电机的公差。相应地，位置传感器被以相对于使用可作对比的固定传感器保持器而言高的多的精度相对于定子对齐。

优选地，邻接部被朝向定子的磁极偏压。相应地，位置传感器可被相对于定子的磁极精确地对齐。电机的转子相对于定子的磁极旋转。通过将位置传感器相对于定子磁极精确地对齐，也可实现相对于转子的精确的对齐。

更优选地，邻接部包括具有脊部的壁，且壁和定子的磁极的一侧邻接，而脊部和磁极的一面邻接。相应地，位置传感器被相对于定子中的沟槽开口精确地定位。位置传感器通常经由沟槽开口感知电机的转子的位置。通过将位置传感器相对于定子中沟槽开口精确定位，可实现相对于转子的精确对齐。事实上，邻接部的壁优势地包括一对脊部，且偏压装置在沟槽开口内偏压所述脊部。相应地，不论偏压装置沿x轴偏压邻接部的方向如何，脊部都被朝向磁极的一面偏压。脊部优选地被隔开大致地和沟槽开口对应的距离。相应地，邻接部沿x轴的移动被严格地控制。

偏压装置可被安装至电机的壳体。此外，壳体可包括一对其上安装有偏压装置的杆。定子也可被安装在相同的杆上(例如，定子可包括其中可收纳杆的凹口)。由于定子和传感器保持器被安装至相同的固定装置，即，杆上，和传感器保持器以及定子的对齐相关的几何公差被降低。电机也可包括印刷电路板，其覆盖在定子以及传感器保持器之上，且被螺丝固定至壳体的杆，以将定子、传感器保持器以及印刷电路板固定至壳体。这一特定布置可具有提供了电机的紧凑设计的优势。

位置传感器优选地是霍尔效应传感器。相应地，为永磁体转子的定位提供了一种相对廉价的解决方案。

电机可相对较小，且包括直径不超过50mm的转子。电机因此是紧凑的，但由于传感器保持器的存在，仍然具有相对好的效率，所述保持器确保了位置传感器被相对于转子精确地对齐。

附图说明

为了使得本发明可被更容易地理解，将通过示例的方式，结合附图，对本发明的实施例进行描述，其中：

图1是如本发明所述的传感器保持器的第一视图；

图2是图1中的传感器保持器的第二视图；

图3是如本发明所述的电机的分解视图；

图4是图3中电机的壳体、定子芯部以及传感器保持器的平面视图；和

图5是图3和图4中电机的定子芯部，位置传感器以及传感器保持器的剖面图。

具体实施方式

图1中的传感器保持器1包括袋部2，邻接部3以及偏压装置4。

袋部2限定了其中可以收纳位置传感器的凹口。袋部2包括连接至第一侧壁6的前壁部5，以及连接至第二侧壁8的后壁部7。后壁部7在基部处被弹性地连接至前壁部5。后壁部以及第二侧壁6、7因此可以相对于前壁部以及第一侧壁5、6弹性地移动。通过具有一对弹性壁6、7，位置传感器被牢固地保持在袋部2中。此外，位置传感器被稳固地保持为靠在袋部的前壁部5上。因此，位置传感器的位置以及取向都在袋部5中被对齐。

邻接部3包括具有平面外表面的壁10，所述外表面上形成有一对脊部11、12。邻接部2的壁10构成了袋部2的一部分。特别地，壁10构成了袋部2的前壁部5的一部分。作为结果，前壁部5的内表面相对于邻接部壁10的外表面被很好地限定。事实上，内表面和外表面之间的任何差异都是由壁10的厚度的公差所导致的。尽管邻接部3的壁10限定了袋部2的前壁部5，壁5、10的内表面和外表面不必须是平行的，即，前壁部5的内表面不需要和邻接部3的外表面平行。事实上，如下所述，为了使电枢反应的影响最小化，将前壁部5的内表面相对于邻接部壁10的平面表面倾斜可能是具有优势的。

偏压装置4包括一对布置在袋部2的相对侧面上的悬臂弹簧13、14。每一个悬臂弹簧都包括弓形部分15以及端部部分16。端部部分16被弯曲，以限定弹簧13、14的眼部17。端部部分16较弓形部分15要厚且长，这样做的优势将在下文中被阐明。

偏压装置4还包括支撑框架18，其形成在悬臂弹簧13、14的背部处。支撑框架18包括一对壁19、20(每一个都从悬臂弹簧13、14邻近袋部2的端部延伸出来)，以及在两个壁19、20之间延伸的拱形物21和支架22。支撑框架18帮助防止袋部2相对于邻接部3的扭曲。此外，两个悬臂弹簧13、14可被视作形成了一个单个叶片弹簧。支撑框架18此时增加了该叶片弹簧的刚度。

悬臂弹簧13、14在x-y平面内弯曲，且袋部2以及邻接部3从该平面向下(即，沿垂直于该平面的方向)延伸。

传感器保持器1意图被安装在电机的固定装置或类似构件上。传感器保持器1通过偏压装置4被安装至所述固定装置，所述偏压装置4将邻接部3相对于固定装置进行偏压。

图3示出了其中整合有传感器保持器1的电机30。除了传感器保持器1之外，电机30包括壳体31，定子32，转子33，位置传感器34，印刷电路板(PCB)35，以及一对非磁性螺丝36。

壳体31包括基部37以及一对从基部37垂直向上延伸的空心杆39，中央孔38被形成为穿过所述基部。

定子32包括定子芯部40以及缠绕在所述定子芯部40上的线圈41。定子芯部40为C形，且包括一对被沟槽开口44隔开的磁极42、43。每一个磁极42、43都包括一对和所述沟槽开口44邻近的磁极面45。定子芯部40还包括一对安装凹口46，其形成在所述定子芯部40的相对侧面上。定子32被安装至壳体31，此时每一个杆部39都被收纳在定子芯部40的安装凹口46中。杆39阻止定子芯部40在x-y平面内的移动(如图4所示)。

转子33包括其上安装有轴承组件48以及永磁体转子芯部49的轴47。转子33被通过轴承组件48安装至壳体31，所述轴承组件被固定在壳体31的孔38内。转子被固定至壳体31，此时转子芯部49位于定子32的两个磁极42、43之间。

位置传感器34是霍尔效应传感器，其响应垂直于传感器34的磁场，产生电势差或霍尔电压。位置传感器34被保持在传感器保持器1的袋部2内，此时传感器34的平面被对齐为和袋部2的前壁部5平行。

传感器保持器1在定子32之上的一个位置被安装至壳体31。壳体31的每一个杆39都被收纳在悬臂弹簧13、14的眼部17内。每一个眼部17都较相应的杆39要大。因此，传感器保持器39能够在x-y平面内相对于杆39自由地小范围地运动。

传感器保持器1被安装至杆39，此时袋部2以及邻接部3向下朝向定子32伸出。如下文中将更详尽地描述的一样，偏压装置4将邻接部3朝向定子32偏压，此时袋部3的位置以及取向，以及由此造成的保持在其中的位置传感器34的位置和取向，被相对于定子32准确地对齐。

PCB35被电联接至定子32的线圈41以及位置传感器34。响应位置传感器34的信号，PCB控制线圈41的相激励。所述PCB包括一对穿通孔50且位于定子32以及传感器保持器1之上，此时所述每一个穿通孔50都被和壳体31的相应的杆39对齐。PCB35被通过一对非磁性螺丝36螺丝固定至杆39，以将PCB35，传感器保持器1以及定子32固定至壳体31。

如上所述，每一个悬臂弹簧13、14的端部部分16都较弓形部分15要长且厚。由于其更长，PCB35仅和每一个悬臂弹簧13、14的端部部分16接触。PCB 35因此不和每一个悬臂弹簧13、14的弓形部分15接触，或阻碍所述弓形部分。由于其更厚，每一个弹簧13、14的端部部分16都能够更好地承受在PCB35和定子32之间的压缩力。传感器保持器1的支撑框架18和端部部分16一样长，且提供和作用于PCB35和定子32之间的压缩力相反的额外的支撑。

壳体31以及传感器保持器1都由塑料制成。这样的优势是壳体1或传感器保持器1都不会遭受电感加热，或造成磁路的局部短路。

现在回到传感器保持器1，图4示出了安装在定子32的顶部上的传感器保持器1，所述转子和保持器都被安装至壳体31的杆39。悬臂弹簧13、14将邻接部沿x轴和y轴两者偏压。每一个悬臂弹簧13、14的端部部分16都具有自由端，且因此每一个弹簧13、14的眼部是打开的。因此，在将悬臂弹簧13、14安装至壳体31的杆39时，每一个弹簧13、14的端部部分16移动，以收纳杆39。悬臂弹簧13、14因此被安装至杆39，而不造成弓形臂15沿x轴发生的拉伸。任何弓形臂15的拉伸都将降低弹簧13、14的回复力，并可能最终导致永久变形。

现在参见图5，悬臂弹簧13、14将邻接部3的壁10的平面表面偏压靠在定子芯部40的磁极43的侧面上。这固定了邻接部3沿y轴相对于定子32的位置。该平面表面也固定了邻接部3相对于定子32的倾斜或取向。此外，壁10具有了其上分布有较多的悬臂弹簧13、14的偏压力的相对较大表面。

悬臂弹簧13、14也将邻接部3的脊部11、12中的一个朝向磁极42、43中的一个的面45偏压。这固定了邻接部3沿x轴相对于定子32的位置。邻接部3的两个脊部11、12被隔开一段距离，所述距离大致对应着定子芯部40内沟槽开口的宽度。通过偏压邻接部3，悬臂弹簧13、14将脊部11、12拉入定子芯部40内的沟槽开口44。尽管脊部11、12的间距理想地对应着沟槽开口44的宽度，存在有和两个脊部11、12的间距相关的公差，也存在有和沟槽宽度相关的公差。作为结果，脊部11、12的间距略微小于沟槽开口的宽度。但是，差别相对较小，且不负面地影响位置传感器34相对于定子32的对齐。

如果仅一个脊部11被提供，可能将能够通过悬臂弹簧13、14将脊部11从磁极42、43的面45上拉开。作为结果，邻接部3沿x轴相对于定子32的位置将不是固定的。通过具有一对被偏压进入沟槽开口44的脊部11、12，脊部11、12中的至少一个被朝向磁极面45偏压，从而邻接部3沿x轴的位置被固定。

悬臂弹簧13、14因此将邻接部3朝向定子芯部40偏压，此时邻接部3相对于定子32的位置和取向被精确地限定。传感器保持器1的袋部2被相对于邻接部3固定。此外，袋部2的前壁部5的内表面被相对于邻接部3的壁10的外平面表面很好地限定。因此，袋部2，以及由此造成的保持在其中的位置传感器34也被相对于定子精确地对齐。传感器保持器1因此确保了位置传感器34被相对于定子32，特别是定子32的沟槽开口44，精确地定位以及对齐。

电机30的转子33相对于定子芯部40的磁极42、43旋转。通过将位置传感器34相对于定子芯部40的磁极43精确地对齐，也实现了位置传感器34相对于转子33的精确对齐。此外，位置传感器34经由流经沟槽开口44的磁通感知转子33的位置。通过将位置传感器34相对于沟槽开口44精确地对齐，改进了位置传感器34相对于转子33的对齐。

通过将邻接部3沿x轴和y轴两者偏压，传感器保持器1的偏压装置4吸收了电机30的公差。例如，存在有与壳体31的柱39的位置，安装凹口46相对于定子内的沟槽开口44的位置，以及传感器保持器1的尺寸相关的公差。如果固定的传感器保持器被安装至壳体31的柱39，电机30的构件的公差将意味着位置传感器34没有被相对于定子32以及转子33精确地对齐。相反，本发明中的传感器保持器1的偏压装置4吸收了电机的公差，由此确保了位置传感器34被以更高的精度相对于定子32以及转子33对齐。

由于传感器保持器1允许了位置传感器34被相对于定子32，特别是沟槽开口44，准确地对齐，从而在相激励和转子位置之间实现了更好的同步。特别地，任何由于传感器错位造成的位置传感器34输出的信号的电角度的偏移被显著地降低。作为结果，实现了功率更高、更有效率的电机30。

位置传感器34相对于定子34的精确对齐对相对较小的电机(例如，定子直径小于50mm的电机)来说特别重要。任何位置传感器34的错位都导致传感器信号的电角度的较大的偏移。所述电角度的较大的偏移降低了电机的功率和/或效率。本发明中的传感器保持器1，通过准确且可靠地对齐位置传感器34，允许了小型、高功率且高效的电机的实现。

对于很多电机来说，由于位置传感器的错位造成功率损失可简单地通过增加输入功率来补偿。但是，这可降低电机的总体效率。效率对电池驱动的电机来说特别重要，此时电池的寿命和效率相关。通过使用本发明中的传感器保持器1，实现了相激励和转子位置之间更好的同步。相应地，输出功率的损失被显著地降低，且电机30的效率被增加。传感器保持器1因此理想地适用于其中需要相对较高效率的电机中，所述电机诸如使用电池的电机。

由于电枢反应的影响，霍尔效应传感器对转子磁场以及电枢磁场(即，由定子32的线圈41内的电流产生磁场)两者都敏感。电枢磁场是动态的，且随着线圈41内的电流发生变化。电枢反应的影响因此导致了传感器信号的电角度的偏移，所述偏移随着线圈41内的电流一起发生变化。这使得将相激励和转子位置精确的同步变得困难。为了使得电枢反向的影响最小化，霍尔效应传感器34被定位于一个相对于定子32的位置，在所述位置上电枢反应的影响最小。传感器保持器1确保一旦最小电枢影响的位置被确定，霍尔效应传感器34可相对于定子32准确且可靠地对齐，以使得电枢的影响最小化。通过使得电枢影响最小化，由于线圈41内的电流造成的电角度的偏移被最小化，从而产生了功率更高、更有效率的电机30。

电枢反应的影响对使用电池的电机来说尤其重要，其中线圈41内的电流随着电池放电而下降。由于传感器保持器1确保了霍尔效应传感器34被定位于其上电枢影响最小的位置，电机能够在电池放电时保持相激励和定子位置的相对精确的同步。因此，电机能够维持良好的效率。

其上电枢反应的影响最小的位置可能需要霍尔效应传感器34被相对于定子倾斜。相应地，袋部2的前壁部5的内表面可相对于邻接部3的平面壁10被倾斜。因此，传感器保持器1确保了霍尔效应传感器34的位置以及取向都被相对于定子32精确地对齐。

在上述的实施例中，偏压装置4包括一对悬臂弹簧13、14，其将邻接部朝向定子32偏压。但是，也可使用可替换装置，以用来将邻接部朝向定子32偏压。例如，和上述的实施例不同的偏压装置可包括单个悬臂弹簧，所述单个悬臂弹簧被固定地安装至壳体31的一个端部。袋部2以及邻接部3可被定位于所述悬臂弹簧的自由端。可替换地，偏压装置4可包括叶片弹簧。事实上，上述的实施例中的两个悬臂弹簧13、14可被视作单个叶片弹簧的两个臂。仅出于袋部2的位置的考虑，才最好地将上述的实施例中的偏压装置认为是两个悬臂弹簧13、14，而不是单个叶片弹簧。但是，袋部2可被定位于连续的叶片弹簧的前部或后部。

在如上所述的电机30中，传感器保持器1被安装至一对杆39，所述杆构成了壳体31的一部分。而且，定子32以及PCB35被安装至同一对杆39。但是，传感器保持器1可被相同地安装至电机30的不同固定装置。例如，传感器保持器1可被安装至和定子32以及PCB所安装的杆不相同的一对杆。此外，和被安装至壳体31不同，传感器保持器1可被安装至电机31的不同构件。仅作为实例，定子32的线圈41可缠绕至绕线架，而传感器保持器1可被安装至所述绕线架。

如上所述的传感器保持器包括一对弹性壁6、7，其将位置传感器34朝向袋部2的前壁部5偏压。弹性壁6、7具有消除传感器保持器1的袋部2的任何公差的优势，以确保位置传感器34被固定为靠在袋部2的前壁部5上。但是，也可相同地使用具有固定的壁的袋部2。尽管其中将存在和位置传感器34相对于袋部2的前壁部5的位置以及取向相关的公差，该公差可能是在可接受的范围内的。

如上所述的位置传感器34是霍尔效应传感器。但是，传感器保持器1可在其中需要位置传感器相对于定子32被精确地对齐的情形中，被相同地用来保持可替换类型的位置传感器34。例如，位置传感器34可包括光学传感器。

在如上所述的实施例中，邻接部3包括其上形成有一对脊部11、12的壁10。但是，邻接部3的形式不限于此，而可具有可替换的形式。仅通过示例的方式，邻接部3可包括单个凸起，其和定子芯部40的凹口或其他特征接合，以固定传感器保持器1相对于定子32的位置。

通过本发明中的传感器保持器，位置传感器可被相对于电机中的定子和转子更精确地对齐。此外，可在相激励和转子位置之间实现更好的同步，这将产生功率更高、更有效率的电机。

Claims (12)

1.一种用于电机的位置传感器的保持器，所述保持器包括：用于保持所述位置传感器的袋部；邻接部；以及能安装于所述电机的固定装置上的用来将所述邻接部相对于所述固定装置偏压的偏压装置，

其中，所述偏压装置包括一个或多个悬臂弹簧，

其中，所述邻接部包括具有脊部的壁，且该壁被偏压在所述电机的定子的磁极的一侧上，且所述脊部被偏压在所述磁极的表面上，

其中，所述定子具有位于邻近的磁极之间的沟槽开口，所述壁包括一对脊部，且所述偏压装置偏压所述脊部于所述沟槽开口内。

2.如权利要求1所述的保持器，其中，所述偏压装置包括布置在所述袋部的相对侧上的一对悬臂弹簧。

3.如权利要求1所述的保持器，其中，每个悬臂弹簧都包括弓形部分以及端部部分，该端部部分限定了所述弹簧的眼部。

4.如权利要求3所述的保持器，其中，每个弹簧的所述端部部分都包括自由端。

5.如权利要求3所述的保持器，其中，每个弹簧的所述端部部分都高于所述弓形部分。

6.如前述任意一项权利要求所述的保持器，其中，所述邻接部形成所述袋部的一部分。

7.如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的保持器，其中，所述邻接部包括具有平面表面的壁。

8.一种电机，其包括定子，位置传感器以及传感器保持器，所述传感器保持器包括其中保持有所述位置传感器的袋部，邻接部，以及将所述邻接部抵靠所述定子偏压的偏压装置，其中，所述偏压装置包括一个或多个悬臂弹簧，

其中，所述邻接部包括具有脊部的壁，且该壁被偏压在所述定子的磁极的一侧上，且所述脊部被偏压在所述磁极的表面上，

其中，所述定子具有位于邻近的磁极之间的沟槽开口，所述壁包括一对脊部，且所述偏压装置偏压所述脊部于所述沟槽开口内。

9.如权利要求8所述的电机，其中，所述邻接部被偏压在所述定子的磁极上。

10.如权利要求8或9所述的电机，其中，所述电机包括具有一对杆的壳体，且所述偏压装置被安装至所述杆。

11.如权利要求10所述的电机，其中，所述定子被安装至所述杆。

12.如权利要求10所述的电机，其中，每个悬臂弹簧都包括弓形部分以及限定了所述弹簧的眼部的端部部分，且每个杆都被接收在相应的弹簧的眼部内。