CN104124827A - 旋转电机和使用旋转电机的驱动装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种旋转电机和使用它的驱动装置。电机（10）包括安装到壳体（20）圆柱部分（21）上的定子芯（51）、在定子芯（51）中可旋转的转子芯（41）、从转子芯（41）径向延伸的软磁极（42）和设于软磁极（42）之间的磁极（43）。壳体（20）包括具有环形板部分（23）的底部部分（22）、突出部分（24）和从突出部分（24）延伸的轴承支撑部分（25）。满足条件L2≥t和条件L1≥L2，其中，t表示底部部分（22）厚度，L1表示在轴向方向中、在接近于定子芯（51）环形板部分（23）的侧表面（83）与接近于转子芯（41）突出部分（24）的突出端（81）之间的距离，且L2表示在轴向方向中、在侧表面（83）与对着转子芯（41）的轴承（26）端面（84）之间的距离。

Description

旋转电机和使用旋转电机的驱动装置

技术领域

本公开涉及一种旋转电机和使用该旋转电机的驱动装置。

背景技术

JP-2012-005252A（US2011/0309707A1）公开了一种交替极型电动机，其中，一半磁极是软磁极，从而减少了大量稀土元素。在这种情况下，稀土元素对应于被用作永磁体磁场的转子所包含的永磁体的材料。转子芯和定子芯形成主磁路用于产生转矩。众所周知的是，由转子的永磁体产生的磁通量容易从主磁路泄漏。根据JP-2012-005252A，在轴向方向上被布置在有底圆柱壳体的底部部分的中心部分和转子芯之间的间隙距离至少等于且至多十倍于在径向上被布置在定子芯和转子的软磁极之间的间隙的距离。

在无刷电动机的控制中使用旋转位置检测部分，其使用半导体磁传感器和检测磁体，而不是使用与磁调制类型的旋转位置检测器相对应的旋转变压器。在这种情况下，半导体磁传感器可以是包括磁阻元件的MR传感器，并且检测磁体被用作用于生成被检测信号的源。当半导体磁传感器被布置在沿无刷电动机的转轴的位置上时，从电动机泄漏的磁通量干扰半导体磁传感器，并且对半导体磁传感器的旋转位置的检测准确性可能恶化。根据JP-2012-005252A，在有底圆柱壳体的底部部分和转子芯之间建立间隙以减少从有底圆柱壳体向半导体磁传感器所泄漏的磁通量。

然而，当有底圆柱壳体的底部部分和转子芯之间的间隙过小时，间隙的磁电阻减小，从而通过有底圆柱壳体的磁通量增加。因此，中心部分变为磁饱和，并且从有底圆柱壳体向半导体磁传感器泄漏的磁通量增加。由永磁体产生的且在有底圆柱壳体的圆柱部分的轴向方向上流动的磁通量在有底圆柱壳体的底部部分中径向地流动，并且在中心部分处会合。由于中心部分具有的磁通路截面积小于圆柱部分的磁通路截面积，因此中心部分容易磁饱和。

当通过冲压形成底部部分以具有按照到中心部分的距离减小而增加的厚度时，可以防止中心部分变为磁饱和。然而，使用冲压来形成底部部分是困难的。因此，会增加成本。

发明内容

本公开的目的是提供一种旋转电机和使用该旋转电机的驱动装置。旋转电机能够限制对传感器的检测准确度的下降。

根据本公开的一个方面，一种旋转电机包括转轴、转子芯、多个软磁极、多个磁极、定子、壳体、轴承和检测磁体。所述转子芯被固定到转轴上。所述软磁极从所述转子芯径向延伸。所述磁极被布置在所述软磁极之间。所述定子是从软磁极和磁极向外被径向地布置的。所述壳体包括被安装到定子外围表面的管状部分、从该管状部分的端部径向向内延伸的环形板部分、从该环形板部分内周端向转子芯延伸的突出部分、以及在转子芯的相反方向中从该突出部分的内周端延伸的管形轴承支撑部分。所述轴承被安装到所述轴承支撑部分的内部，并且旋转地支撑所述转轴。所述检测磁体被布置在相对于所述轴承而与所述转子芯相对的转轴端部部分处，并且产生磁场以检测软磁极和磁极的旋转位置。

根据本公开，满足条件L2≥t和L1≥L2。在这种情况下，t表示所述环形板部分的厚度，L1表示在转轴轴向方向中、在接近于所述定子芯的所述环形板部分的侧表面与接近于所述转子芯的突出部分的突出端之间的距离，L2表示在轴向方向中、在所述侧表面和转子芯相对面的轴承端部表面之间的距离。

根据上面的构造，所述壳体的突出部分能够适当地与所述转子芯分开，并且所述轴承和所述轴承支撑部分能够适当地与所述检测磁体分开。由于所述壳体的突出部分能够适当地与所述转子芯分开，因此能够防止该壳体的突出部分变为磁饱和，并且能够减少从该壳体向传感器泄漏的磁通量。进一步地，由于所述轴承和所述轴承支撑部分能够适当地与所述检测磁体分开，因此能够限制由所述轴承引起的磁通量干扰传感器。因此，能够限制对传感器的检测准确度的下降。

附图说明

参照附图，根据以下详细描述，本公开的所述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的具有电动机的驱动装置；

图2是从图1中的线II-II看的电动机的剖面图；

图3是图2中的部分III的放大图；

图4示出了根据修改的驱动装置；以及

图5示出了根据另一修改的驱动装置。

具体实施方式

下面将描述本公开的实施例。在实施例中，与前述实施例中描述的内容相对应的部分可以用相同的附图标记，并且可以省略对该部分的多余解释。当在实施例中只描述一部分构造时，另一前述实施例可以被应用于该构造的其他部分。即使未明确描述该部分能够被组合，该部分也可以被组合。即使未明确描述实施例能够被组合，实施例也能够被部分地组合，只要该组合中没有坏处。

下面，参照附图，将描述本公开的实施例。

（实施例）

图1示出了根据本公开的实施例的被应用于与旋转电机相对应的电动机10的驱动装置5。驱动装置5被用作交通工具的动力转向系统的动力源。

首先，参照图1和图2，将描述驱动装置5的构造。驱动装置5是机械和电力综合型驱动装置，其一体地装备有电动机10和控制电动机10的控制装置70。

电动机10是具有三相的无刷电动机，并且包括壳体20、第一盖30、第一轴承26、第二轴承31、转轴35、转子40、定子50和位置检测部分60。

壳体20是由软磁材料制成的板构件的冲压产品，并且包括圆柱部分21和堵塞圆柱部分21的第一端的底部部分22。圆柱部分21被安装到定子50的外周面上。根据本实施例，圆柱部分21是圆柱形的。然而，根据本公开，圆柱部分21可以对应于管形的管状部分。底部部分22包括环形板部分23、突出部分24和轴承支撑部分25。环形板部分23从圆柱部分21的第一端径向地向内延伸。突出部分24从环形板部分23的内周端88延伸。根据本实施例，突出部分24在朝向转子芯41的延伸方向上延伸。管形的轴承支撑部分25在与所述延伸方向相反的方向中从突出部分24的内周端延伸。第一轴承26被安装到轴承支撑部分25的内部。

第一盖30是由软磁材料制成的板构件的冲压产品，并且堵塞圆柱部分21的第二端。第二轴承31被布置在第一盖30的中心部分。

转轴35由第一轴承26和第二轴承31可旋转地支撑。

转子40是电动机10的场磁体，并且包括转子芯41、多个软磁极42、多个磁极43和磁体盖44。根据本实施例，转子40对应于永久场磁体。转子芯41被固定到转轴35。每个软磁极42都从转子芯41径向地延伸。根据本实施例，转子芯41和软磁极42由同一构件形成。每个磁极43由永磁体形成，并且被布置在软磁极42之间。磁极43具有与转子40的径向相对应的磁化方向。磁极43被布置成使得每个磁极43的相同极性朝向转子40的外部被径向地定位。磁体盖44由非磁性材料制成，并且覆盖软磁极42和磁极43以防止磁极43与软磁极42分开。

转子40是具有彼此交替排列的磁极43和软磁极42的交替极型转子。根据本实施例，转子40包括磁极。磁极43和软磁极42被布置成使得转轴35被定位在转轴35的径向方向中的磁极43和软磁极42之间。

定子50是电动机10的电枢，并且朝向转子40外部而被径向地布置。电动机10是内转子型电动机。定子50包括定子芯51和绕组线54。定子芯51包括轭部52和多个齿53。圆柱形的轭部52被安装到圆柱部分21的内部。齿53从轭部52径向地向内延伸。根据本实施例，轭部52是圆柱形的。然而，根据本公开，轭部52可以是管形的。绕组线54包括U相绕组线、V相绕组线和W相绕组线。绕组线54围绕齿53之间的槽缠绕。根据本实施例，绕组线54在整节距绕组处缠绕。通过未示出的缆线，绕组线54电连接到外部电源。此外，图2中未示出绕组线54。

位置检测部分60检测转子40的磁极的旋转位置，并且包括检测磁体61和传感器62。通过支撑构件63，检测磁体61被固定到转轴35的端部部分36。端部部分36是相对于第一轴承26而与转子芯41相对的转轴35的一部分。检测磁体61产生用于检测旋转位置的磁场。根据本实施例，检测磁体61是柱形的，且具有与检测磁体61的径向相对应的磁化方向。

传感器62是被布置在相对于检测磁体61而与第一轴承26相对的控制基板64的位置处的半导体磁传感器。此外，传感器62被布置在转轴35的旋转轴中心。换句话说，传感器62被布置成在转轴35的轴向方向中与检测磁体61相对。根据本实施例，传感器62包括对平行于感测表面的磁场进行感测的磁阻元件。该磁阻元件输出与按照转轴35的旋转而变化的内电阻大小相对应的信号。传感器62基于从磁阻元件发送的信号来获得转子40的磁极的旋转位置，并且将该旋转位置输出到控制装置70。

控制装置70包括第二盖71和电路基板72。管形的第二盖71包括底部部分和固定到底部部分22的开口部分。电路基板72和控制基板64都通过螺栓73被固定到底部部分22。根据从传感器62发送的旋转位置，电路基板72产生绕转轴中心旋转的旋转磁场。换句话说，根据旋转位置，电路基板72通过转换成按顺序给U相绕组线、V相绕组线和W相绕组线供能而产生旋转磁场。转子40根据旋转磁场而旋转。

下面，参照图1至图3，将描述电动机10的构造。

由磁极43产生的一部分磁通量在通过定子芯51流到圆柱部分21之后，在平行于轴向方向的方向上分别流动。当磁通量流经在周边方向上接近于磁极43中心的位置时，磁通量在平行于轴向方向的方向中相对地流动。当磁通量流经在周边方向上远离磁极43中心的位置时，磁通量在相对于轴向方向的向软磁极42倾斜的方向中流动。到达环形板部分23的磁通量以在周边方向中变化的磁通量密度而径向地流向突出部分24。然后，磁通量经过第一间隙82流向转子芯41。在这种情况下，第一间隙82是突出部分24的突出端81和转子芯41之间的间隙。圆柱部分21、环形板部分23和突出部分24形成返回磁路以将从产生转矩的主磁路泄漏的磁通量返回到转子40。换句话说，圆柱部分21、环形板部分23和突出部分24用作被布置在转子40和传感器62之间的磁屏蔽。

第一厚度t表示底部部分22的厚度。第一距离L1表示在轴向方向中、在接近于定子芯51的环形板部分23的侧表面83与接近于转子芯41的突出部分24的突出端81之间的距离，第二距离L2表示在轴向方向中、在侧表面83与在转子芯41相对面的第一轴承26的端部表面84之间的距离。根据本实施例，第二距离L2大于或等于第一厚度t（L2≥t），且第一距离L1大于或等于第二距离L2（L1≥L2）。因此，突出部分24能够适当地与转子芯41分开，且第一轴承26和轴承支撑部分25能够适当地与检测磁体61分开。

当突出部分24和转子芯41彼此太接近时，第一间隙82的磁电阻变更小，且流经壳体20的磁通量增加。当流经壳体20的磁通量增加时，流经绕组线54的交链磁通量减小，并且电动机10的性能下降。此外，底部部分22变为磁饱和，并且磁通量泄露到传感器62。当泄露到传感器62的磁通量增加时，通过传感器62检测旋转位置的准确度可能恶化。根据本实施例，准确度对应于检测准确度。

当第一轴承26和轴承支撑部分25二者太接近于检测磁体61时，由第一轴承26引起的磁通量被布置在磁场中用于检测旋转位置，并且检测准确度性可能恶化。

当第二距离L2大于或等于第一厚度t（L2≥t）以及第一距离L1大于或等于第二距离L2（L1≥L2）时，能够限制由突出部分24和转子芯41之间的距离或第一轴承26、轴承支撑部分25和检测磁体61之间的距离所造成的检测准确度的下降。

例如，当在轴向方向中在突出端81和端部表面84之间的距离等于10mm时，第一距离L1能够设为7mm，且第二距离L2能够设为3mm，以使得满足第一距离L1大于或等于第二距离L2（L1≥L2）这一条件。此外，第一厚度t能够设为2mm，以使得满足第二距离L2大于或等于第一厚度t（L2≥t）这一条件。

有必要适当地设置底部部分22的磁通路截面积以有效地防止壳体20变成磁饱和。根据本实施例，轭部52的外径称作最大直径D0，轭部52的平均直径称作平均直径D1，并且在轭部52的轴向方向中的轭部52的厚度称作第二厚度AA。第一厚度t被设置成满足条件t≥（D1×AA）/（2×D0）。平均直径D1是将轭部52的最大直径D0和内径之和除以2的结果。根据上面的描述，从定子芯51泄漏的超过90%的磁通量能够被返回到返回磁路。

例如，当最大直径D0等于80mm时，与轭部52的外周面相对应的底部部分22的磁通路截面积等于（80π×t）。当平均直径D1等于76mm时，并且当第二厚度AA等于4mm时，第一厚度t能够被设为2mm以使得满足条件t≥（D1×AA）/（2×D0）。

从由转子芯41和定子芯51产生的主磁路泄漏的磁通量，随转子芯41的在轴向方向中被布置在软磁极42、磁极43和齿53之间的第二间隙85的最小距离δ的增加而增加，或者随第一厚度t的增加而增加。通过减小返回磁路的磁电阻，从主磁路泄漏的磁通量容易地被返回。然而，当返回磁路的磁电阻过量地减小时，从主磁路泄漏的磁通量增加。

根据本实施例，第三距离L3表示布置在轴向方向中、在突出端81和转子芯41之间的第一间隙82的距离。第三距离L3被设为满足条件L3≥3/（δ×t）。由于设置了第三距离L3的下限，因此能够限制从主磁路泄漏的磁通量的增加。

例如，当最小距离δ等于0.7mm时，并且当第一厚度t等于2mm时，第三距离L3被设为大于或等于2.1mm以满足条件L3≥3/（δ×t）。

根据本实施例，为了有效地防止由第一轴承26引起的磁通量干扰传感器62，轴承支撑部分25和第一轴承26被布置在相对于虚拟线86的接近于转子40（转子芯41）的位置处。虚拟线86对应于将内周端88连接到检测磁体61的端部表面中心65的线。因此，防止了第三距离不必要地变得更大，并且能够防止电动机10的尺寸增加。

此外，软磁极42具有与朝向软磁极42外部被径向地布置的表面相对应的外侧面87。外侧面87是径向向外延伸以具有弧形的曲面。因此，在沿外侧面87周边的方向中的外侧面87的中心处，布置在外侧面87和齿53之间的第二间隙85的距离是最小的。因此，改进了主磁路的输出特性，并且能够优化引起振荡的齿槽转矩和转矩波动特性。

如上所述，在根据本实施例的电动机10中，第一距离L1和第二距离L2被设置成满足第一距离L1大于或等于第二距离L2（L1≥L2）这一条件和第二距离L2大于或等于第一厚度t（L2≥t）这一条件。因此，突出部分24能够适当地与转子芯41分开，并且第一轴承26和轴承支撑部分25能够适当地与检测磁体61分开。因此，能够限制由突出部分24和转子芯41之间的距离或第一轴承26、轴承支撑部分25和检测磁体61之间的距离所造成的检测准确度的下降。

根据本实施例，第一厚度t被设置成满足条件t≥（D1×AA）/（2×D0）。因此，有效地防止了壳体20变为磁饱和。

根据本实施例，第三距离L3被设置成满足条件L3≥3/（δ×t）。由于设置了第三距离L3的下限，因此能够限制从主磁路泄漏的磁通量的增加。

根据本实施例，轴承支撑部分25、第一轴承26和转子40被布置在由虚拟线86划分的区域中。因此，能够阻止电动机10的尺寸增加，并且能够有效地防止由第一轴承26引起的磁通量干扰传感器62。

根据本实施例，圆柱部分21、环形板部分23、突出部分24和轴承支撑部分25由相同材料制成。因此，由于与磁屏蔽相对应的壳体20是通过深拉伸工艺而形成的，因此能够提高尺寸准确度并且能够缩减工时。

此外，在具有安装到底部部分22上的控制装置70的驱动装置5中，能够获得磁屏蔽性能和驱动装置5尺寸增加之间的平衡。

（其他实施例）

根据其他实施例，如图4所示，壳体90包括圆柱部分91和底部部分22。圆柱部分91具有阶梯部分。可选地，如图5所示，壳体95包括圆柱部分96和底部部分22。圆柱部分96具有从底部部分22的外周端倾斜的锥形部分。根据第一厚度t，能够确立磁通路截面积。

传感器可以包括磁阻元件之外的其他元件。例如，传感器能够包括霍尔元件。

转子芯的磁极数量可以是一个非十的值。如图2所示，定子芯的槽的数量等于六十。然而，定子芯的槽的数量可以是一个非六十的值。

根据上面的实施例，定子芯的绕组线在整节距绕组处缠绕。然而，绕组线能够在诸如短节距绕组、波形绕组或叠绕组的其他绕组处缠绕。

根据上面的实施例，所述壳体是冲压产品。然而，所述壳体可以是铸造产品。

所述转子芯和所述定子芯可以被布置在电磁钢板的叠层体处。

所述电动机可以被用于设备，而不是用于交通工具的动力转向系统。

本公开不限于上面提到的实施例，并且能够应用于本公开的精神和范围内的各种不同的实施例。

Claims (7)

1.一种旋转电机包括：

转轴（35）；

被固定到所述转轴上的转子芯（41）；

从所述转子芯径向延伸的多个软磁极（42）；

被布置在所述软磁极之间的多个磁极（43）；

朝所述软磁极和所述磁极的外部而被径向地布置的定子（50）；

壳体（20），其包括

被安装到所述定子的外周面上的管形部分（21），

从所述管形部分的端部径向向内延伸的环形板部分（23），

从所述环形板部分的内周端（88）向所述转子芯延伸的突出部分（24），以及

在与所述转子芯相反的方向中从所述突出部分的内周端延伸的管状的轴承支撑部分（25）；

被安装到所述轴承支撑部分内部的轴承（26），所述轴承可旋转地支撑所述转轴；以及

被布置在相对于所述轴承而与所述转子芯相对的所述转轴的端部部分（36）处的检测磁体（61），所述检测磁体产生用于检测所述软磁极和所述磁极的旋转位置的磁场，其中

满足条件L2≥t和条件L1≥L2，其中，t表示所述环形板部分的厚度，L1表示在所述转轴的轴向方向中、在接近于所述定子芯的所述环形板部分的侧表面（83）与接近于所述转子芯的所述突出部分的突出端（81）之间的距离，并且L2表示在轴向方向中、在所述环形板部分的所述侧表面与所述转子芯相对面的所述轴承的端部表面（84）之间的距离。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述定子包括

被安装到所述壳体的所述管形部分内部的管形轭部（52），以及

从所述轭部径向向内延伸的多个齿（53），以及

满足条件t≥（D1×AA）/（2×D0），其中，D0表示所述轭部的最大直径，D1表示所述轭部的平均直径，并且AA表示在所述轭部的径向方向中的该轭部的厚度。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

满足条件L3≥3/（δ×t），其中，（i）L3表示在轴向方向中被布置在所述壳体的所述突出部分的突出端与所述转子芯之间的第一间隙（82）的距离，（ii）δ表示在所述转子芯的径向方向中被布置在所述软磁极、所述磁极和所述齿之间的第二间隙（85）的最小距离。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述轴承支撑部分和所述轴承被布置在相对于虚拟线（86）而接近于所述转子芯的位置处，其中所述虚拟线对应于将所述环形板部分的内周端连接到所述检测磁体的端部表面的中心（65）的线。

5.如权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述管形部分、所述环形板部分、所述突出部分和所述轴承支撑部分是由相同材料制成的。

6.如权利要求3所述的旋转电机，其中，

所述软磁极具有与朝所述软磁极外部而被径向布置的表面相对应的外侧面（87），所述外侧面是径向向外延伸以具有弧形的曲面，以及

在沿所述外侧面的周边方向中的该外侧面的中心处，被布置在所述外侧面与所述定子之间的第二间隙（85）的距离是最小的。

7.一种驱动装置，包括：

如权利要求1或2所述的旋转电机；以及

被安装到所述环形板部分的控制装置（70），所述控制装置包括装备有在轴向方向中面对所述检测磁体的传感器（62）的控制基板（64）。