CN103490560B - 车辆和具有非磁性解析器屏蔽环的转子毂组件 - Google Patents

车辆和具有非磁性解析器屏蔽环的转子毂组件 Download PDF

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Abstract

一种用于电机的毂组件，包括转子毂和电机转子。电机转子的旋转产生电磁（EM）场。毂组件包括解析器转子，其将电机转子的角位置编码为解析器信号组。位于解析器转子和转子毂之间的EM场屏障环增加电机转子和解析器转子之间的磁屏障，以减少解析器信号中的噪声。解析器转子可粘合到EM场屏障环。EM场屏障环可具有L形横截面，并且可压配合到转子毂的凹部中。车辆包括具有输入构件的变速器和具有连接到变速器的输入构件的转子轴的电机。电机包括上面所述的毂组件。

Description

车辆和具有非磁性解析器屏蔽环的转子毂组件
技术领域
本公开涉及用于转子毂组件中的非磁性解析器屏蔽环。
背景技术
马达和/或发电机形式的电机可用于广泛的应用中。例如，在混合动力电动、电池电动或增程式电动车辆中，电牵引马达可被用于给变速器提供输出扭矩。存储在这样的车辆的通常的电池模块中的相对高的DC电压可经由辅助电源模块(APM)降低到更适当的水平。APM输出，通常为12V DC，可被用于给整个车辆的更小的驱动马达供电。
在各种型号的电机中，转子毂组件可被用于容纳转子。在其中需要马达位置和速度数据的应用中，马达解析器可相对于转子毂定位。解析器测量转子的角位置，并且将转子的角位置转变为可由控制器使用的电信号。控制器处理接收到的解析器信号，以精确地确定马达的输出扭矩和相对旋转速度。这样的值然后可被用于马达和/或可连接到马达的其他装置的反馈控制中。
发明内容
本文公开了一种用于电机中的毂组件。该毂组件包括转子毂，定位在转子毂中的马达/电机转子、解析器转子、和环形电磁(EM)场屏障，后文称为EM场屏障环。EM场屏障环定位在解析器转子和转子毂之间。当电机被激励时，在电机转子周围产生电磁场。该解析器转子，与通常的现有技术的装置不同，其定位在电机转子的电磁场内，将电机转子的角位置编码为解析器信号组。EM场屏障环配置为减少电机转子的电磁场与解析器转子的直接耦合，以由此减少解析器信号组中的噪声。
EM场屏障环可完全围绕限制解析器。另外，EM场屏障环的设计允许解析器转子直接被安装到转子毂。以相同方式安装的传统设计可能在任何产生的解析器信号中产生不可接受的噪声水平，因而需要附加的并且可能麻烦的控制步骤，例如信号处理/滤波。
本文还公开了一种车辆，其包括变速器和电机。电机包括转子轴，该转子轴连接到变速器的输入构件。电机包括上面所述的毂组件。
在特定实施例中，EM场屏障环可由奥氏体不锈钢构成。转子毂可限定圆周凹部。EM场屏障环可压配合或以其他方式设置在圆周凹部中。EM场屏障环可以可选地粘合到解析器转子。例如EM场屏障环可具有由一对垂直布置的壁限定的L状横截面。在这样的配置中，解析器转子可粘合到垂直布置的壁中的每一个。
在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实现所附权利要求中限定的本发明的一些最佳模式和其他实施例的详细描述非常显而易见。
附图说明
图1是具有如本文所述的带电磁(EM)场屏障环的转子毂组件的示例性车辆的示意图。
图2是这样的转子毂组件的示例的示意图。
图2A是图2中所示的毂组件的一部分的示意图，其示出用于放置EM场屏障环的圆周凹部。
图3是示例性解析器和EM场屏障环配置的示意性剖视图。
图4是描绘示例性解析器电压信号的基线时间曲线的图表。
图5是描绘可通过在图2的毂组件内就位的EM场屏障环产生的示例性解析器电压信号的另一基线时间曲线的图表。
具体实施方式
参照附图，其中，在所有附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，示例车辆10示意性显示在图1中。车辆10可包括电机16，即马达、发电机或马达/发电机单元。电机16包括毂组件20，在毂组件20中，解析器转子28被用于来测量马达转子26(参见图2)的变化的角位置。如本领域可完全理解的，解析器具有旋转部件(转子)和静止部件(定子)。图2中所示以及下面讨论的解析器转子28因此为总解析器组件(未示出)上的特定部分，该总解析器组件可被安装或定位在毂组件20中。
电机16还包括电磁(EM)场屏障环29，如下面参照图2和3详细描述的。EM场屏障环29有效增加对当电机16被激励时从关于毂组件20产生的任何磁通量进入解析器转子28中的转子场的磁屏障，由此减少由解析器转子28传送到控制器13的解析器信号组(箭头11)中的信号噪声或失真。
在图1的示例性构造中，电机16实现为电牵引马达，并且因而配置为将马达输出扭矩通过转子轴18传递给变速器14。电机16可以是多相装置，其可由能量存储系统23通过功率逆变器模块22选择性地激励。如本领域中所知，功率逆变器模块22将来自能量存储系统23的DC功率转变为适于由电机16使用的多相AC功率。
虽然本文中参照图1描述车辆实施例，但是本领域技术人员应意识到，可使用本文公开的类型的毂组件20以及可使用解析器进行控制的任何类型的电机16可受益于本发明的屏蔽方法。因此，应用不限于图1中所示的特定车辆10，甚至不限于通常的车辆应用。
当图1的示例性车辆10配置为混合动力电动车辆时，内燃发动机12可被用于单独地或协同电机16通过驱动轴17将扭矩传递到变速器14的输入构件19。可通过输入离合器15的操作而影响驱动轴17和输入构件19的选择性连接。变速器14的输出构件21最终将输出扭矩传递到一个或多个驱动轴30，驱动桥30最终为一组驱动轮25提供动力。
图1的控制器13可实现为通常包括CPU的数字计算机。解析器信号(箭头11)组将毂组件20中的马达转子26(参见图2)的角位置编码。控制器13接收解析器信号(箭头11)，并且使用被接收的解析器信号(箭头11)组中的被编码信息来计算电机16的马达控制值(一个或多个)，例如旋转速度和/或转子位置。控制器13具有足够的存储器，包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)等。控制器13可包括高速时钟、模拟数字(A/D)和/或数字模拟(D/A)转换电路、以及输入/输出(I/O)电路和装置，以及适当的信号调制和缓冲电路。
解析器转子28关于电机16定位。由于如下参照图2所述的EM场屏障环29的使用，解析器转子28可被直接安装到毂组件20。这样的布置与传统设计形成鲜明对照，传统设计将不同配置的解析器(未示出)完全布置到毂组件20的外部，以避免来自由其中使用的转子产生的电磁场的任何干扰/噪声。
参照图2，毂组件20可包括转子毂24，转子毂容纳上面所述的电机转子26。转子毂24包括内圆周壁27。当图1的电机16被激励时，转子轴18绕其旋转轴线40与电机转子26一起旋转。转子毂24可由碳钢或其他磁性/至少部分含铁材料构成。
EM场屏障环29可定位在转子毂24和解析器转子28之间。屏蔽环29可将解析器转子28完全围绕限制在轮毂组件20内，因而确保解析器转子28与马达转子26的电磁场的磁隔离。EM场屏障环29的使用可有助于最小化解析器信号组(图1的箭头11)中的信号失真或噪声的量。下面参照图4和5更详细地描述噪声减少。另外，EM场屏障环29的使用允许解析器转子28被直接安装到转子毂24，如上面所述。
图2中所示的EM场屏障环29可由任何非磁性材料构成，以增加对磁场的强磁阻。在特定实施例中，EM场屏障环29可由奥氏体不锈钢构成。这样的钢的示例包括不锈钢型号302、303、304和316L。在其他实施例中，黄铜、铜、镍或铝，以及这些金属的合金或其他合适的非磁性材料可用于代替不锈钢。如本文中所用，术语“非磁性材料”描述具有在1和5之间的相对磁导率的材料，相对磁导率在1和1.5之间是理想的。
参照图2A，显示了转子毂24的一部分，以示出安放图2的EM场屏障环29的一种可行方法。为了能够将EM场屏障环29压配合或粘合到图2的转子毂24，转子毂24可能必须被改动以接收EM场屏障环29。例如，如图2A中以虚影所示的具有深度(D1)的圆周凹部31可退入(routed)或机加工到转子毂24的内圆周壁27中。
在示例制造过程中，转子毂24可被机加工或退入以形成圆周凹部31，例如，沿径向和轴向均以2mm机加工或退入。之后，EM场屏障环29可被插入圆周凹部31中。解析器转子28可于是被插入EM场屏障环29中，如图3所示，并且可选地被使用适当的粘合剂粘合到EM场屏障环29。适当的高强度粘合剂应具有，例如，中到低粘度、厌氧热固性、和对车辆变速器或电马达中通常经受的热、震动和振动水平的良好抵抗性。
参照图3，在一种可行配置中，EM场屏障环29可具有大体L状横截面，包括第一壁37和第二壁39。侧壁37和39可关于彼此垂直地设置，如图所示，其中解析器转子28被粘合到侧壁37和39中的每一个。EM场屏障环29的下表面33和外表面35最终倚靠图2和2A中所示的转子毂24，即在图2A的圆周凹部31内。由于EM场屏障环29完全围绕限制解析器转子28，因此EM场屏障环29的材料始终设置在图2和2A的转子毂24和解析器转子28之间。以该方式，EM场屏障环29有效地减少所产生的任何解析器信号组(图1的箭头11)中的信号失真的量。
示例性解析器信号组11和111分别显示在图4和5中。垂直轴线表示电压水平(V)，而水平轴线表示时间(t)。图4的解析器信号组11包括迹线32和36，其分别代表正弦和余弦值。迹线34代表激励信号。不使用图2和3的EM场屏障环29，则噪声可产生在被接收的解析器信号组11中。例如，如由区域38所示，迹线36(余弦)中可产生显著的噪声。图5的解析器信号组111(其中迹线132、134和136对应于图4的相应迹线32、34和36的后续测量值)在信号噪声方面具有明显减少，是使用上文详细陈述的设计和方法容易地获得的结果。
虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是熟悉本发明涉及的领域的人员将意识到实现本发明的在所附权利要求范围内的多种可替代设计和实施例。

Claims (7)

1.一种车辆，包括：
变速器，具有输入构件；
转子轴，连接到变速器的输入构件；和
毂组件，其包括：
转子毂，包括内圆周壁；
电机转子，定位在转子毂内，其中，电机转子为车辆上使用的电机的旋转部分；
解析器转子，定位在电机转子的电磁场内，其中，解析器转子配置为将电机转子的角位置编码为解析器信号组；和
非磁性的电磁场屏障环，定位在解析器转子和转子毂之间且完全围绕限制解析器转子，其中电磁场屏障环压配合或粘合到转子毂的内圆周壁；
其中，电磁场屏障环形成解析器转子和电机转子的电磁场之间的磁屏障，以由此减少解析器信号组中的噪声。
2.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括与解析器转子通讯的控制器，其中，控制器配置为从解析器转子接收所述解析器信号组，并且使用接收的解析器信号组计算电机的控制值。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，电磁场屏障环由奥氏体不锈钢构成。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述转子毂限定圆周凹部，并且其中，电磁场屏障环至少部分地定位在圆周凹部中。
5.一种毂组件，包括：
转子毂，由碳钢构成且包括内圆周壁；
电牵引马达的电机转子，其中，电机转子定位在转子毂内，并且其中，电机转子的旋转产生电磁场；
解析器转子，定位在电机转子的电磁场内，其中，解析器转子配置为产生解析器信号组，所述解析器信号组将电机转子的角位置编码；和
非磁性的电磁场屏障环，由奥氏体不锈钢构成，其中，电磁场屏障环被压配合或粘合到转子毂的内圆周壁，位于解析器转子和转子毂之间，以使电磁场屏障环完全围绕限制解析器转子；
其中，电磁场屏障环被粘合到解析器转子，并且将解析器转子与电机转子的电磁场磁隔离，以由此减少解析器信号中的噪声。
6.根据权利要求5所述的毂组件，其中，所述转子毂限定圆周凹部，并且其中，电磁场屏障环被压配合到在圆周凹部内的内圆周壁。
7.根据权利要求6所述的毂组件，其中，电磁场屏障环具有由一对垂直布置的壁限定的L状横截面，并且其中，解析器转子被粘合到所述垂直布置的壁中的每一个。
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