CN104335014B - 整流电机的转子位置传感系统的磁感测环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整流电机的转子位置传感系统的磁感测环，所述磁感测环与整流电机的转子抗扭地连接并且所述磁感测环包括预设数量的具有交替的磁化方向的磁极。在能够可靠地确定换相点的磁感测环中，每个磁极对具有至少一个凹部。

Description

整流电机的转子位置传感系统的磁感测环

技术领域

本发明涉及一种整流电机的转子位置传感系统的磁感测环，所述磁感测环抗扭地与整流电机的转子连接并且所述磁感测环包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁体。

背景技术

在现代机动车辆尤其是乘用车中越来越多地使用自动离合器，如在DE 10 2011014 936A1中描述的。使用这种离合器具有改进的驾驶舒适性的优点并且引起：能够更频繁地以具有长传动比的档位行驶。在此使用的离合器用在液压的离合器系统中，其中电液压的由整流电机驱动的促动器经由液压管路与离合器连接。

DE 20 2006 008 962U1公开了一种用于检测转子的位置的系统，所述系统具有感测结构，所述感测结构安置在转子上并且能够随所述转子一起运动。

尤其在传感器设置在电动机的转动轴线之外的电动机中，需要高的位置分辨率。电动机的转子仅具有有限数量的极对，从所述极对中能够使用预定数量的边沿来确定位置。磁感测环抗扭地与转子空心轴、例如在轴端上连接，因此磁感测环固定在轴线上。探测由磁感测环展开的磁场的传感系统例如固定在马达的定子上(偏离轴线)进而不随转子空心轴一起转动。

作为用于评估通过可转动的磁感测环展开的磁场的传感系统，已知不同的器件，例如开关型霍尔传感器、线性传感器和增量传感器。当然，所述传感器都具有缺点。

因此，在开关型霍尔传感器中存在下述缺点：电动机不能够任意地定位并且传感器信号的分辨率仅是有限的。尽管如此，开关型霍尔传感器广泛用于阻塞换相的换相确定。在线性传感器中，模拟信号的传递是对干扰非常敏感的，其中在高转速的情况下具有电平的信号传递是过慢的。高分辨率的增量感测器具有下述缺点：在接通电源之后，不存在增量与整流电机的换相时间点的关联性。

在设置在转子空心轴上的磁感测环中，在通过极的数量和环直径确定的极长度方面存在问题。在所述构成为空心柱体的磁感测环中，极长度是非常有限的，因为场变化曲线没有对于传感系统而言理想地构成。在此，在输出信号交零时的理想斜度和尽可能长的线性区域中之间存在冲突。

借助模拟的霍尔传感器，能够将近似6mm以下的极长度作为可评估的正弦示出。但是，根据结构类型，需要9mm的极长度。在输出信号交零时，在已知的实施方案中不能够确保足够的斜度，使得不能够准确地确定开关型霍尔传感器的开关点。

发明内容

因此，本发明基于下述目的：提出一种整流电机的转子位置传感系统的磁感测环，其中传感器的开关点由于传感器滞后的尽可能小的公差能够准确地确定。

根据本发明，所述目的通过下述方式实现：提出一种整流电机的转子位置传感系统的磁感测环，所述磁感测环与所述整流电机的转子抗扭地连接，并且所述磁感测环包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极，每个磁极对具有至少一个凹部，所述凹部从所述磁极的端面所在的平面凹入。所述凹部具有下述优点：在两个换相步骤之间调节磁通量密度的近似线性的区域并且同时在传感器输出信号交零时输出信号的斜度不小于预设的应用相关的值，例如2mT/°(电学)。由此确保，在由传感器输出的输出信号交零时，确保最小斜度，由此传感器的开关点不会出现由于传感器滞后造成的过大的公差。

有利地，凹部通过磁极对的各两个并排的磁极形成，其中每个磁极具有至少一个部分凹部，所述部分凹部在优选无间隙的磁体边界的区域中组合。所述设计方案允许应用具有直至例如10mm的较大的极长度的磁极。由于磁极的大小，部分凹部能够简单地实现。通过改变磁极的几何形状，传感器的输出特性曲线能够简单地改变，因为磁场通过所述凹部改变。

在一个设计方案中，凹部近似梯形地构成。凹部的类似梯形的形状允许：磁场的通量特性在传感器信号的零点附近获得足够线性的变化曲线。由此可靠地避免过于平缓的输出信号，因此确保对传感器的输出信号的可靠的评估。通过磁极的几何形状的改变，磁通量以近似45°线性伸展，这可非常好地评估。

替选地，凹部也能够近似圆形地构成，由此磁场的通量密度同样形成为，使得在交零时能够检测传感器的输出信号的可充分评估的线性的变化曲线。凹部的待选择的几何形状能够多样化地选择并且取决于传感器的位置和磁体的宽度。

为了充分影响磁场的通量密度，凹部沿磁体的磁化方向延伸。

在一个变型形式中，具有交替的磁化方向的磁极垂直于磁感测环设置。通过所述构成方案，能够经由凹部尤其好地影响磁场，使得评估装置在评估传感器的输出信号时能够精确地识别出换相点。

在另一个实施方式中，具有交替的磁化方向的磁极关于马达的转子的轴线轴向设置。该布置的优点在于，在磁极之间存在磁场的优化的通量变化曲线，因为在两个换相步骤之间存在尽可能线性的区域，并且同时交零时的斜度不小于预设的应用相关的值，例如为2mT/°(电学)。

在一个替选方案中，具有交替的磁化方向的磁极关于整流电机的转子的轴线径向设置。这尤其在下述情况下始终是有利的：磁感测环构成为平坦的具有磁体的柱形环。因为磁极在前侧固定在磁感测环上，所以偏轴设置的传感器的输出信号的评估得到改进。

本发明的一个改进形式涉及一种整流电机，包括：转子，所述转子抗扭地与磁感测环连接，其中在磁感测环上设置有预定数量的具有交替的磁化方向的磁极；和定子，在所述定子上在转子的转动轴线之外设置有传感系统。在在两个换相点之间具有磁通量密度的尽可能线性的变化曲线的整流电机中，磁感测环根据本专利申请的特征之一构成。

附图说明

本发明允许多种实施方式。其中的一种实施方式应根据以图片示出的附图详细阐述。

附图示出：

图1示出固定在转子上的磁感测环，

图2示出磁感测环，

图3示出根据图2的磁感测环的一部分，其中磁极的几何形状是优化的，

图4示出在磁极的几何形状优化和不优化的情况下的信号变化曲线，

图5示出在磁极的几何形状优化的情况下的信号变化曲线。

相同的特征由相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1中示出转子1，所述转子构成为空心轴。没有进一步示出的整流电机的转子1在朝向安置在定子上的传感系统的前侧上具有构成为空心柱体的磁感测环2，所述磁感测环具有预设数量的磁极N、S，所述磁极以交替的方式设置。磁感测环2的磁极N、S相对于转子1的轴线径向设置。在构成为空心轴的转子1之内固定转子磁体3，其中转子磁体3具有与磁感测环2相同数量的极对N、S。极对N、S在此由两个磁极N、S形成，其磁化方向沿相反的方向伸展。转子磁体3的数量通过整流电机预设，由此也确定磁感测环2上的磁极N、S的数量。此外，应当将传感系统理解成由传感器和评估装置组成的单元。

图2示出根据图1的磁感测环2的俯视图。在磁感测环2上，凹部4在每个磁极N、S之间伸展，所述凹部在磁体边界7中收缩磁极N、S。所述凹部4在任何情况下仅在磁感测环2的朝向传感系统的一侧上构成并且空间受限。

图3示出贯穿磁感测环2的磁极对的剖视图，其中示出两个并排的磁极N、S。贯穿磁极N、S的所述剖视图平行于转子1的轴线引导。磁极N或S的磁化方向通过箭头5和6表示，其中磁极N形成北极，而磁极S形成南极。每个磁体对N、S在磁体边界7中几乎无间隙地接合，其中所述磁体边界7在传感器的电输出信号中表示交零。

凹部4沿各个磁极N、S的磁化方向构成并且由磁极N的第一部分凹入部8和磁极S的第一部分凹入部9形成。两个部分凹入部8和9的组合在此形成凹部4，其中部分凹入部8或9构成为，使得在该位置上将材料从磁极N或S移除，而在此不分开磁极N、S。在磁极N、S的表面上的所述面状的凹部4引起，在磁感测环2的该位置上的磁通量密度改变。

部分凹入部8、9尤其在磁极N、S的径向延伸的角区域处构成。为了在要连接的磁极N、S的区域中形成其他凹部4，不仅磁极N、而且磁极S具有其他的部分凹入部10或11。

在图4中示出轴向的磁通量密度关于整流电机的转子1的转动角度的信号变化曲线。整流电机在此借助阻塞换相来控制，其中垂直地以60°、120°、180°、240°和300°电伸展的线分别表示换相点K。在预设的示例中，两个霍尔传感器探测磁场的磁通量，所述磁通量由于固定在转子1上的磁感测环2的运动而改变。曲线H1在此由没有进一步示出的第一霍尔传感器探测。在磁感测环2和传感系统之间出现为1mm的标称距离。曲线H2示出第二霍尔传感器的输出信号。在记录曲线H1时，在磁极N、S的几何形状没有优化的情况下使用磁感测环2，因此相应的输出信号在换相点K的区域中非常平缓进而不足以被准确评估以便按照规定调节马达的电换相(elektrische Kommutierung)。

通过换相点K＝180°电铺设的直线G示出在磁极N、S以近似梯形的凹部4进行几何形状优化之后磁场的磁通量密度的变化曲线。通过几何形状优化，改变磁场，使得所述磁场的由传感器在磁感测环2的不同位置中探测的通量密度在输出信号的交零的范围中近似具有45°的斜度。这种线性的斜度允许高精度地确定马达的换相点。

除了凹部4的宽度之外，也可预设凹部4的深度Ti以及尺寸。这在与所使用的传感器紧密配合的情况下进行并且必须在考虑技术个别情况下由本领域技术人员决定。这种具有凹部4的磁感测环2能够借助于常规的制造方法产生。所述磁感测环2在此构成为，使得在两个换相步骤之间出现轴向的磁通量密度的尽可能线性的区域并且同时交零时的磁通量密度的斜度不小于预设的应用相关的值，例如2mT/°(电学)。

图5在磁感测环2和传感系统之间的不同间距情况下示出磁通量密度关于转子1的转动角度的示例性的变化曲线。虚线A在此示出具有磁通量密度的应用特定的在该情况下为2mT/°电学值的最小斜度的直线，而虚线B示出应用特定的期望斜度，在该情况下，例如说明电磁通密度的例如为4mT/°(电学)。曲线C示出在磁感测环2的几何形状没有优化的情况下传感器输出信号的变化曲线，其中间距为0.75mm。曲线D表示传感器输出信号，所述传感器输出信号在没有修正磁感测环2的磁极N、S的几何形状的情况下在间距为1.25mm时被记录。如果磁极N、S设有类似梯形的深度Ti为0.4mm的凹部4，那么得出如在曲线E中示出的曲线变化。在间距为0.75mm时，能够将所述曲线E与曲线C进行比较，其中没有影响磁极N、S的几何形状。如从中可见的是，在此，曲线E在为90°的电学值的零点周围具有近似线性伸展的斜度。

同样地，在记录曲线F时应用具有深度Ti为0.4mm的近似梯形的凹部4的磁极N、S，其中曲线F具有线性的斜度，所述斜度非常接近曲线B的期望斜度。相比于在没有几何形状影响的情况下记录的曲线D，曲线F因此相应于霍尔感测器的期望的几何形状影响的输出信号。

在另一个对比位置中，在记录曲线H时同样使用未修正的磁极N、S，而在曲线J中使用具有深度Ti为0.4mm的梯形的凹部4的磁极N、S。在磁感测环2和传感系统之间的间距为1.75mm时，得出具有线性斜度的曲线J的变化曲线，所述斜度近似地相应于最小斜度曲线A。基于所述比较图，变得清楚的是，换相点由于磁感测环2的磁极N、S的几何形状的变化能够以高精度探测，因为出现磁通量密度的优化的变化曲线，所述磁通量密度能够由传感系统更好地评估，由此能够实现更好地确定马达的换相时间点。

附图标记列表：

1 转子

2 磁感测环

3 转子磁体

4 凹部

5 箭头

6 箭头

7 磁体边界

8 部分凹入部

9 部分凹入部

10 部分凹入部

11 部分凹入部

N 磁极

S 磁极

K 换相时间点

Ti 凹部的深度

Claims (10)

1.一种整流电机的转子位置传感系统的磁感测环，所述磁感测环与所述整流电机的转子(1)抗扭地连接，并且所述磁感测环包括预定数量的具有交替的磁化方向的磁极(N，S)，

其特征在于，每个磁极对(N，S)具有至少一个凹部(4)，所述凹部从所述磁极的端面所在的平面凹入。

2.根据权利要求1所述的磁感测环，其特征在于，所述凹部(4)通过各两个并排的磁极(N，S)形成，其中每个磁极(N，S)具有至少一个部分凹部(8，9，10，11)，所述部分凹部在磁体边界(7)的范围中组合。

3.根据权利要求2所述的磁感测环，其特征在于，所述部分凹部在无间隙的磁体边界(7)的范围中组合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁感测环，其特征在于，所述凹部(4)类似梯形地构成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述磁感测环，其特征在于，所述凹部(4)近似圆形地构成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的磁感测环，其特征在于，所述凹部(4)沿所述磁极(N，S)的磁化方向延伸。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的磁感测环，其特征在于，具有交替的磁化方向的所述磁极(N，S)垂直于所述磁感测环(2)设置。

8.根据权利要求7所述的磁感测环，其特征在于，具有交替的磁化方向的所述磁极(N，S)关于所述整流电机的所述转子(1)的轴线轴向设置。

9.根据权利要求7所述的磁感测环，其特征在于，具有交替的磁化方向的所述磁极(N，S)关于所述整流电机的所述转子(1)的轴线径向设置。

10.一种整流电机，包括：与磁感测环(2)抗扭连接的转子(1)，其中预设数量的具有交替的磁化方向的磁极(N，S)在所述磁感测环(2)上延伸；定子，在所述定子上在所述转子(1)的转动轴线之外设置有传感系统，

其特征在于，所述磁感测环(2)根据上述权利要求1至9中任一项构成。