CN102714442B - 用于安装在磁芯上的线圈架、用于磁阻解算器的磁芯,及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于安装在用于旋转电力设备或者解算器上的磁芯(118)上的线圈架(100)以及涉及相应的磁芯。本发明进一步涉及磁电角度传感器，特别地磁阻解算器，其定子根据本发明的原理进行构造。线圈架具有用于缠绕绕组的缠绕架(102)，所述绕组架(102)包括用于接收磁芯(118)的齿(116)的凹陷(124)、与磁芯(118)的保持结构(120)一体形成并与该保持结构配合的用于固定线圈架到齿的至少一个保持肋(114)。磁芯包括由金属片制成的多个层叠片(136)，该层叠片以平面平行方式一个层叠在另一个之上并互连，一个位于另一个之上的每两个层叠片相对于彼此旋转通过一偏移角度以形成保持结构(120)。

Description

用于安装在磁芯上的线圈架、用于磁阻解算器的磁芯,及制造方法

技术领域

本发明涉及用于安装在旋转电机的磁芯上的线圈架以及相应的磁芯。本发明进一步涉及磁电角度传感器，特别地磁阻解算器，其定子根据本发明的原理构造。最后，本发明涉及用于制造该类型的磁阻解算器的制造方法。

背景技术

该类型的磁阻解算器具有至少部分地软磁性的旋转对称的定子以及至少部分地软磁性的旋转对称的转子，定子和转子彼此相对地定位以形成一间隙。该间隙中的磁阻基于转子的围绕圆周变化的形状周期性变化。

角度传感器包括磁通量发送器，其安置在定子上并在间隙中通过至少一个极对产生给定的磁通量分布。磁通量接收器进一步安置在定子上，并通过至少两个相互角偏移的信号极对测量磁场强度，从而可以从两个接收器信号推断出关于转子相对于定子的相对位置的角度值。

这种类型的角度传感器，其是基于在定子和转子之间的间隙中的可变磁通密度的原理，已知具有各种形式。它们大致包括用于在发送器中产生磁通链的不同原理以及用于测量接收器部分中的磁场的不同原理。为一次绕组和二次绕组形式的电磁线圈用于自动同步机，也就是解算器和同步机。这种类型的为解算器和同步机形式的自动同步机长久以来以精确和稳定的角度传感器而著称。在这里，所谓的无源磁阻解算器也是已知的，其中，一次绕组和二次绕组容纳在定子中，而转子仅仅通过软磁部件无绕组地即无源地影响磁通路。软磁转子的例如通过提供凸角而实现的不均一形状对一次绕组和二次绕组之间的磁通量具有不同影响，由此转子的角位置可以通过感生电压而被推出。

存在用于制造这种类型的定子的多种技术生产选择。一方面，绕组可以每一个直接绕制在磁芯的一个或多个齿上。另一方面，对于其中仅单一的齿被绕组或每个绕组围绕的缠绕方案，存在这样的选择，即先将绕组缠绕到塑料材料的线圈架，然后在组装过程中将这些线圈架滑动到磁芯的齿上。这种类型的配置例如从US5,300,884是已知的。但是，在该配置中，没有线圈架可通过其保持在磁芯上的机械固定选择。

因此，进一步已知的是在线圈架上形成在安装状态下围绕磁芯218的轭背的抓持钩214，从而固定线圈架200到磁芯。图30是通过这种类型的安装后的线圈架200的剖面图，图31是具有抓持钩214的已知的线圈架200的透视图。

这种已知的解决方案的一个问题在于，在许多情形下，在磁芯218的齿上的抓持钩214具有如此多的游隙以至于线圈在操作过程中会移动，由此线圈200的电气端子212在一些情形中，尤其是在振动情形中，遭受过度的负荷。该解决方案的另一缺点在于，线圈会在转动方向相对于齿的轴运动，并相对于所述轴横向运动，同样导致在电气端子上的负荷。

为了避免该转动，进一步已知的是在抓持钩的延伸部中一体地形成压接肋226，其与磁芯218合作从而形成线圈200在各个齿上的固定，从而形成干涉配合。但是，已经发现，由于其位置，这些压接肋226在安装过程中在磁芯的金属片组件的锋利边缘上被导引，从而导致压接肋容易被剪断而不是变形的高度危险。这导致产生塑料材料碎屑，并且这会导致配置的污染。

进一步地，由层叠在彼此顶部上的金属层叠片形成的磁芯在层叠金属片的方向比在其横向方向具有更大的尺寸公差。例如，这种类型的定子组件的典型公差值为±8%或者单个金属片的厚度的1倍。如图33所示的压接肋226必须适应这种高公差，因此在特别薄的金属片组件的情形中，线圈架在齿上的保持力会不足，而在特别厚的金属片组件的情形下，塑料材料碎屑被削出。

已知的抓持钩214的另一缺点在于，在制造过程中部件会互锁并且该形状并不利于焊接处理。

发明内容

因此，存在一种需求，即固定线圈架到磁芯的齿以使得它们可以容易地安装，但是在操作中提供具有长期稳定性的可靠的座。

该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利发展形成从属权利要求的主题。

本发明因此基于在线圈架上一体形成至少一个保持肋的构思，所述肋与磁芯的保持结构配合以使得线圈架被固定到齿。

特别地，保持肋可以尺寸适合以使得线圈架以干涉配合被固定到齿上。这种解决方案具有优点：可以实现相对高的保持力并可靠地防止线圈滑离齿。同时，可以可靠地防止线圈在齿上的扭曲以及在电气端子上产生的机械载荷。这在当配置要用于例如其中发生大的振动和温差的汽车领域时是特别有利的。

根据本发明的固定可以以特别简单的方式提供，如果保持肋一体地形成在线圈架的面对磁芯的轭背的侧面上。

根据本发明的有利的发展，用于接收磁芯的齿的凹陷设置在绕组架中，线圈架的绕组缠绕在该绕组架上，并且，使得在齿和线圈架之间的额外的干涉配合成为可能的至少一个压接肋一体地形成在凹陷的壁上。这额外地增大了固定的可靠性。

为了防止这些压接肋被磁芯的薄片组件剪断，根据本发明，压接肋安置在线圈架的边角区域并且压接肋在两个方向进一步倾斜。这意味着压接肋能够相对于磁芯的齿定心线圈架。因为这些压接肋与磁芯的向着磁芯的层叠部的平行面层延伸的侧面配合，在该情形下，尺寸不再随着时间变化并且固定在配置的整个寿命期间保持可靠。

最后，根据本发明的线圈架可以包括凹陷，该凹陷安置为以使得其横截面逐步渐缩或者以漏斗形状倾斜。这样，可以在完全安装状态下在磁芯的齿的末端区域上形成干涉配合。

根据本发明，还可以对磁芯进行修改并且该修改使得线圈架的安装改进和简化。一方面，保持结构设置在磁芯上并且与线圈架上的保持肋配合。例如，该保持结构可以由接合在保持肋中的两个钩子形状的突起形成。

因为相对面对的保持突起之间的距离必须相对较小，以使得塑料材料的保持肋可以可靠地接合，所以如果两个突起要设置在每个单独的金属层叠面中，则必须提供相对昂贵的冲压工具。

相比之下，根据本发明，提供的是，每个单独的层叠片配置为以使得突起在第一和第三象限在一个方向取向而在第二和第四象限则在相反方向取向。通过层合金属片为在每两个彼此层叠的片之间具有90°的径向角偏移，可以机械地形成紧凑的保持结构而不必在冲压单独的层叠片时保持这些低结构宽度。为了使得层叠工艺可以简单地自动进行，根据本发明配置的单独层叠片可以总是从一层到下一层在相同方向也就是顺时针或者逆时针径向偏移。

自然地，通过单独金属片的相应改变的布局，还可以实施其它的偏移角度。

进一步地，磁性的各个齿可以每个设置有极靴。这些极靴，其可以由分布在相应层中的齿的末端区域形成，在根据本发明的配置中具有两个非常重要的目的。

一方面，直接从一个极流通到一个极而没有被转子导引的磁通可以通过这种类型的形成而减小。特别地，在解算器中的应用中，不会通过间隙的磁通的任何部分导致信号强度的降低，从而导致解算器精度的降低。在电机或者发电机中，对于扭矩和效率而言，重要的是，磁通具有通过间隙并跨过转子的路径。

另一方面，包括极靴的这种类型的构型还可以机械地使用以紧固线圈架。为此，有利地，线圈架的内壁的横截面渐缩以使得当处于完全安装位置时线圈架仅被挤压接触磁芯的极靴。进一步地，为了减小在安装过程中产生的力，线圈架的凹陷的表面的仅一部分比例应当接触磁芯的极靴。为此，可以在线圈架的内壁上设置进一步的压接肋。

为了进一步对其的理解，通过在附图中示出的实施例更详细地描述本发明，其中相同的部件被提供相同的附图标记和相同的部件名称。进一步地，所示和所描述的实施例的单独特征或者特征组合可以独立地代表本发明的方案本身，或者根据本发明的方案。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明的没有绕组的线圈架的透视图；

图2是当完全安装在磁芯上时通过根据本发明的线圈架的剖视图；

图3是图1的线圈架旋转通过180°后的视图；

图4是图1的线圈架的第一平面视图；

图5是图1的线圈架的截面视图；

图6是图1的线圈架的第一侧视图；

图7是线圈架的第二侧视图；

图8是通过图7的线圈架的剖面图；

图9是图1的线圈架的另一平面视图；

图10是通过图9的线圈架的剖视图；

图11是根据本发明的磁芯的平面视图；

图12是图11的磁芯的第一细节；

图13是图11的磁芯的第二细节；

图14是图11的磁芯的保持结构的透视图；

图15是磁芯的透视图；

图16是图13的细节；

图17是根据图11的磁芯的截面视图；

图18是图17的细节；

图19是根据本发明的单独金属层叠片的平面视图；

图20是图19的金属层叠片的第一细节；

图21是图19的金属层叠片的第二细节；

图22是设置有缠绕的线圈架的磁芯的侧视图；

图23是图22的配置的平面视图；

图24是图23的细节；

图25是图22的设置的磁芯的透视图；

图26是根据第二实施例的磁芯的细节；

图27是根据第二实施例的磁芯的透视图；

图28是根据第三实施例的磁芯的细节；

图29是根据第三实施例的磁芯的透视图；

图30是通过已知的借助于抓持钩固定的线圈架的剖面图；

图31是已知的线圈架的透视图。

具体实施方式

在下文中，参照附图更详细地描述本发明的有利实施例。在这方面，应当注意到，尽管可以用作磁阻解算器的定子的磁芯在下面总是被呈现，但是，本发明自然可以应用到任何类型的旋转电气设备。这意味着，线圈架的根据本发明的固定类型也可以用于都位于定子芯上和转子芯上的电机和发动机。

进一步地，本发明并不局限于这些实施例：其中磁芯的齿向着中心轴从环形轭背向内突起；安置在磁芯外周边上的磁芯齿也可以相应地以等同的类似方式设置有根据本发明的线圈架。

最后，根据本发明的线圈架不仅可以与层叠的磁芯组合，也可以与制造为单一件的磁芯组合。

图1是根据本发明的线圈架100的透视图。线圈架包括绕组可以安置在其上的绕组架102。线圈架100还具有用于导引绕组的第一凸缘104和第二凸缘106。绕组的端子可以经由馈送通道108导引并固定到绕组接线端子110，该端子可以例如形成为所谓的绕接端(也称作绕接端子)。绕组接线端子110导电地连接到接触销112，接触销112可以经由焊接连接而根据期望的布线方案互连到相应的电路板，如在德国专利申请DE102009021444.5中提出的。刻槽130有助于导线绕组的缠绕。

根据本发明，两个保持肋114一体形成在线圈架100上，如结合图2的横截面视图可以看出的，这些保持肋114的每个形成为以使得当完全安装在磁芯118的齿116上时被挤压在保持结构120的两个突起134之间。进一步地，可以提供锁定到磁芯的至少一个保持肋。

如图2所示，齿116，其传统地称作极，具有加宽的头区域122，该区域122用作极靴并与线圈架的凹陷124进一步配合以使得线圈架100能够在齿116上形成干涉配合。这样，线圈架通过干涉配合在与第一凸缘104相关的侧面和相对侧面上都机械地固定到磁芯118。

同时，线圈架100并不具有任何不必的会阻碍安装和组装的凸出部分。

将参照图3-10更详细地解释根据本发明的线圈架的进一步的细节。

压接肋126设置在凹陷124的内壁上，以使得在齿116的极靴122和凹陷124之间的摩擦在最后的安装状态下不会变得过高。这些压接肋126具有斜面128，其使得在安装过程中线圈架100的导引和定心的优化成为可能。

该配置的进一步的优点在于，压接肋126，如可以从图4看出的，仅在侧面接触磁芯118，所述侧面由层叠的金属片限定并且其公差完全由冲压工具确定。这样，座一旦建立，则座可以被防止劣化，如果层叠的磁芯组件的厚度随着其寿命而减小的话。

进一步地，凹陷124被形成台阶（stepped）以使得与间隙相关并设置有压接肋126的第二凸缘106的区域具有最小的横截面并可以以干涉配合固定到齿116的极靴。

绕组接线端子110可以与各个接触销112一起制造为单一件的倾斜构件并一体地浇铸到线圈架100中。线圈架100的绕组架102包括用于导引和保持绕组的刻槽130。

在下面，将参照图11-21更详细地讨论根据本发明的磁芯118的构型。

在所示实施例中，磁芯118包括总共十六个齿116，例如根据DE102009021444.5对于6速解算器的16极定子的构型所提出的。各个116经由轭背132互连。在轭背132和齿116之间的过渡区域中，一对保持突起134一体形成在齿116的两个侧面的每个上。这些保持突起，例如在图14的透视图中所示的，接合在保持肋114中以使得线圈架100刚性固定到齿116。

因为在两个保持突起134之间的必需的距离d必需相对较小以便与保持肋可靠接合，相对精确的机加工的以及昂贵的冲压工具将必须用于形成这种低结构宽度，如果两个保持突起134都设置在形成磁芯的层叠片堆的每个金属片上的话。但是，根据本发明，每个单独的片仅设置有每一保持结构120的一个保持突起134。这增大待冲压的开口的最小结构宽度到D，如图16所示。

根据本发明，突起134在第一象限I和第三象限III在一个方向取向，而它们在第二和第四象限（II，IV）在相反方向取向，如图19所示的。这样，当磁芯由如图19所示的层叠片136构成时，两个相继的层叠片仅需相对于彼此每个旋转通过90°而层叠以在两个侧面上都实现保持结构，如图14所示。这可以例如在统一的旋转方向连续发生以有利于堆叠过程的自动进行。

层叠片136进一步包括缺口144，其作为定位装置配合在彼此内部以固定组件来防止不期望的位移，如图18所示。第一层叠片142包括在该位置的开口以使得层叠片组件的外部轮廓是平滑的。

四个安装突起140用于在最终安装状态旋拧和固定磁芯到例如电机壳体上。

图22和25示出完全绕制的线圈如何安置在磁芯上。

根据本发明的原理自然还可以应用于修改后的磁芯结构。如可以从例如图26和27看出的，32极的定子118也可以被配置为以使得用于固定线圈的保持突起134安置在齿116之间。如可以例如从图26的详细视图看出的，在该情形中，单独的金属片的层叠片不必布置成从一个片到另一个片偏移，如在图14的实施例中所示的，而是也可以构造为在相对小的组件中偏移，这些小组件叠合地一个位于另一个之上。

最后，第三实施例示出在图28和29中。通过与前面的磁芯比较，该磁芯由一个叠合地位于另一个之上的完全相同的层叠片136构成。这种非常简单的实施例与图14或者26的实施例相比具有缺点，即，精细的保持结构必须用相应的精细的工具低公差地制造。但是，这种方案也具有优点，即，更易于在磁芯118周围层叠各层叠片，并且不需要复杂的装置来实现角偏移。

在下面，参照图1-25详细解释根据第一实施例的磁阻解算器的安装。为此，在第一生产步骤中，根据本发明的线圈架100被准备并设置有相应的绕组。导线经由馈送装置108被导引到绕组接线端子110，在那里它们作为绕接进行固定。或者，也可以使用其它类型的接触。

进一步地，磁芯118由冲压的金属片136层叠，一个位于另一个之上的每两个金属片相对于彼此旋转通过90°而彼此层叠。这形成保持突起134，保持突起134相对于彼此以小的距离d定位并且可以作为三维保持结构120与保持肋114和线圈架100配合。根据图26和27，一般可以选择N×360°/t的偏移角度，N为自然数，t表示齿数。或者，层叠片组也可以被层叠以便为偏移的。

在以下步骤中，线圈架100滑动到齿116上。倾斜的压接肋126有助于将线圈架100定心在齿116上。当线圈架100在磁芯118上的最终定位实现时，一方面保持肋114在保持突起134之间滑动如此远以使得线圈架被刚性固定，另一方面，线圈架100的凹陷124的内壁与齿116的极靴接合。这也使得线圈能够在操作过程中相对于齿扭曲。

在下面的生产步骤中，使得单独的线圈绕组之间的必要的布线成为可能的电路板148在接触销112上滑动，并且焊接步骤闭合电连接。自然地，也可以替代地提供压入接触或者其它电连接方法。

总之，根据本发明的配置在当用于磁阻解算器时和当用于电动机或者发电机时都具有以下优点。

线圈架可以特别牢固地紧固到磁芯。这实质上能够更好地抵抗环境的影响，例如抵抗振动和温度突变的影响。进一步的，线圈架明显更好地定心在定子组件的中心，以使得电气设备的电力属性得以改善，因为所有的线圈都呈现相同的位置。

进一步地，提供根据本发明的安装，可以防止塑料材料碎屑污染配置。然而，却未必增大定子组件的制造成本，因为根据本发明的层叠意味着更宽的结构足以产生需要的窄的保持突起。

最后，具有集成的极靴的定子的构型使得解算器应用中的更高的精度成为可能并使得在电机和发电机中更高的效率成为可能。

Claims (18)

1.一种用于安装在磁芯(118)上的线圈架，所述磁芯具有多个齿(116)，其中，该线圈架(100)包括：

用于缠绕一绕组的绕组架(102)，所述绕组架(102)包括用于接收所述磁芯(118)的齿(116)中的一个的凹陷(124)；

一体地形成在所述线圈架(100)上并与磁芯(118)的保持结构(120)配合而固定所述线圈架到所述齿的至少一个保持肋(114)，所述保持结构形成在所述磁芯(118)的其中两个齿(116)之间，

其中所述至少一个保持肋(114)中的每一个形成为当所述线圈架完全安装在磁芯(118)的齿上时被挤压在所述保持结构(120)的两个突起之间。

2.如权利要求1所述的线圈架，其中，至少一个保持肋(114)尺寸适合以使得所述线圈架以干涉配合固定到所述齿。

3.如权利要求1或者2所述的线圈架，其中，至少一个保持肋(114)形成为以使得所述线圈架通过锁定被固定到所述齿。

4.如权利要求1或2所述的线圈架，进一步包括第一和第二凸缘(104，106)，其中所述第一凸缘(104)支撑所述至少一个保持肋(114)并且在安装时面对磁芯(118)的轭背(132)。

5.如权利要求1或2所述的线圈架，其中，至少一个压接肋(126)一体形成在凹陷(124)的壁上并接合所述磁芯的齿(116)以使得压接肋(126)变形并且在所述齿和所述线圈架之间提供干涉配合。

6.如权利要求5所述的线圈架，其中，所述至少一个压接肋(126)安置为以使得它接合所述齿的外表面，该外表面在构成所述磁芯的层叠片(136)被层叠的方向上延伸。

7.如权利要求1或2所述的线圈架，其中，所述凹陷(124)的横截面具有锥形，该锥形导致与所述齿的端面区域(122)的干涉配合。

8.一种磁芯，其由多个层叠片(136)形成，所述层叠片由金属片制成，所述层叠片以平面平行的方式彼此层叠和互连，其中，所述磁芯包括多个齿和形成在其中两个齿之间用于固定如前述权利要求之一所述的线圈架(100)的保持结构(120)，

其中所述保持结构(120)包括相互面对的钩子形状的突起(134)，所述突起与所述至少一个保持肋(114)配合。

9.如权利要求8所述的磁芯，其中，一个位于另一个之上的每两个层叠片相对于彼此旋转通过一偏移角度以形成所述保持结构(120)。

10.如权利要求9所述的磁芯，其中所述偏移角度为N×360°/t，N为自然数，t为齿数。

11.如权利要求8、9或者10所述的磁芯，所述磁芯形成为环形芯，包括轭背(132)和多个齿(116)，所述齿安置在内周边侧上并通过凹槽彼此分离。

12.如权利要求11所述的磁芯，其中，所述齿(116)包括端面区域(122)，该端面区域与到所述轭背的连接区域相对地加宽。

13.一种磁电角度传感器，包括至少部分地为铁磁性的定子(118)以及至少部分地为铁磁性的转子，所述定子和转子彼此相对地定位以使得形成环形间隙，当转子围绕旋转轴旋转时，在该间隙中的磁阻基于转子的随着圆周改变的形状而周期性变化，

包括磁通发送器，该磁通发送器安置在所述定子(118)上并利用至少一个极对产生分布在所述间隙中的预定磁通量，

包括磁通接收器，该磁通接收器安置在所述定子(118)上并利用至少两个相互角偏移的信号极对测量磁场的强度，从而能够从两个接收器信号推断关于所述转子相对于定子(118)的相对位置的角度值，其中所述定子(118)由根据权利要求8-12之一所述的磁芯形成，所述磁通发送器或者磁通接收器包括安置在如权利要求1-7之一所述的线圈架(100)上的绕组。

14.一种磁电角度传感器，包括至少部分地为铁磁性的定子(118)以及至少部分地为铁磁性的转子，包括磁通发送器，该磁通发送器安置在所述转子上并利用至少一个极对产生分布在所述间隙中的预定磁通量，

包括磁通接收器，该磁通接收器安置在所述定子(118)上并利用至少两个相互角偏移的信号极对测量磁场的强度，从而能够从两个接收器信号推断关于所述转子相对于定子(118)的相对位置的角度值，

其中所述定子(118)由根据权利要求8-12之一所述的磁芯形成，所述磁通接收器包括安置在如权利要求1-7之一所述的线圈架(100)上的绕组，或者其中所述转子由根据权利要求8－12之一所述的磁芯形成，所述磁通发送器包括安置在如权利要求1-7之一所述的线圈架(100)上的绕组。

15.一种用于制造磁电角度传感器的方法，包括步骤：

生产磁芯，该磁芯包括在圆周上分布的多个齿，所述齿通过凹槽彼此分离；

生产多个线圈架，该线圈架设置有绕组；

通过径向滑动所述线圈架而安装所述线圈架在所述磁芯的齿上，其中至少一个保持肋一体地形成在每个线圈架上，使得当所述线圈架完全安装到所述磁芯的齿上时所述保持肋被挤压在形成在磁芯的其中两个齿之间的保持结构的两个突起之间。

16.如权利要求15所述的方法，其中，提供磁芯的步骤包括：

从金属片冲出多个层叠片；

将层叠片以平面平行的方式层叠以形成磁芯，一个位于另一个之上的每两个层叠片相对于彼此旋转通过一偏移角度以形成用于固定线圈架的保持结构。

17.如权利要求15或者16所述的方法，其中，当所述线圈架被安装时，安置在线圈架上的至少一个压接肋接合所述齿的表面，该表面在构成所述磁芯的层叠片被层叠的方向上延伸，并且其中所述压接肋的变形导致所述线圈架在所述齿上的干涉配合。

18.如权利要求15或16所述的方法，其中，当所述线圈架被安装时，所述齿的每个端面区域与所述线圈架的凹陷的锥形横截面区域配合以使得所述线圈架通过干涉配合而保持在所述齿的端面区域上。