CN104919680A - 用于组装在磁芯上的线圈主体、磁阻分析仪和生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于组装在旋转电机的磁芯(118)上的线圈主体(100)以及磁-电角度传感器，具体地磁阻分析仪，其定子依据本发明原理构造。线圈主体具有用于施加绕组的绕组主体(102)，其中绕组主体(102)具有用于接收磁芯(118)的齿形部(116)的接收构件(124)，其中绕组主体(102)具有部分地开放的横截面以便线圈主体(100)能够沿横向于齿形部(116)的纵向轴线的方向装配到齿形部，并且其中线圈主体(100)形成为使得它与磁芯(118)装配用于固定。此外，可提供至少一个引导元件(134)，用于在缠绕线圈主体(100)期间引导线圈线材(111)。

Description

用于组装在磁芯上的线圈主体、磁阻分析仪和生产方法

技术领域

本发明涉及用于组装在旋转电机的磁芯上的线圈主体，和磁-电角度传感器，特别地磁阻分析仪，其定子依据本发明原理构造。最后，本发明涉及用于生产这些磁阻分析仪的生产方法。

背景技术

这些磁阻分析仪具有旋转对称的、至少部分地软磁的定子和旋转对称的、至少部分地软磁的转子，转子和定子彼此相对布置，其中形成气隙。在气隙中的磁阻由于在周界上变化的转子的形状而周期性改变。

角度传感器具有磁通量发送器，该磁通量发送器布置在定子上并且在至少一个极对上产生在气隙中的预定磁通分布。在定子上还布置有磁通量接收器，该磁通量接收器在相对彼此以某一角度偏移布置的至少两个信号极对上测量磁场强度，转子相对于定子的相对位置的角度值能够根据两个接收机信号得出。

基于改变定子和转子之间的气隙中的磁通密度的原理的这些角度传感器已知有许多变形。原则上，在本示例中可考虑用于在发送部分中产生磁负载的各种原理以及用于测量接收器部分中的磁场的各种原理。在分析仪系统中，也就是说，分析仪和同步器，使用为主绕组和辅助绕组形式的电磁线圈。为分析仪和同步器形式的这些分析仪系统已知有时是准确且可靠的角度传感器。另外还已知所谓的无源磁阻分析仪，其中主绕组和辅助绕组被容纳在定子上，而转子不以任何绕组影响磁通量回路，即是无源的，仅利用软磁部件实现。由于软磁转子的非均一形状，例如，通过设置凸起，在定子中在主绕组和辅助绕组之间的磁通量以不同方式受到影响，根据这些方式，转子的角位置能够经由感应电压得出。

为生产这些定子，存在不同的技术构造可能性。首先，绕组可直接缠绕在磁芯的一个齿形部上，或缠绕在磁芯的多个齿形部上。其次，对于其中绕组仅包围单个齿形部的绕组图，在组装期间可以将绕组仅施加到塑料线圈主体以及将那些线圈主体装配到磁芯的齿形部。这样的布置例如从US 5300884中是已知的。但是，关于其中线圈主体可固定到磁芯的方式，该布置并不具有任何机械固定能力，直到例如经由形成布线布置的印制电路板安装了确定的固定构件。类似布置另外从DE102009061032A1可知。

另外已知借助于专用固位结构将线圈主体固定到磁芯，如例如在DE102010004887A1中提出的。

但是，上述已知的线圈主体仅被缠绕且接着在沿着各个齿形部的纵向轴线的方向上安装在磁芯上。随后，必需形成线圈的被分离开的单个连接的电接触，例如经由印制电路板(PCB)实现。该措施要求大量的单个部件，以及在组装和接触期间的高度复杂性。

另一方面，从US7385323B2已知线圈绕组也可以仅在线圈主体已被安装在磁芯上时装配到线圈主体。在US 7385323B2的布置中，例如，金属磁芯起始地由塑料材料的半壳包围，随后绕组被装配。线圈线材然后缠绕到绝缘体半壳上，且通过在磁极齿形部的各侧形成的狭槽，以便以圆形串联布置形成大量线圈。上部和下部绝缘体半壳彼此装配，以将线圈主体固定到磁芯。

但是，该布置的缺陷在于，仍需要较多量的个体的塑料部件，以提供设有线圈的磁芯。

在其中绕组直接缠绕在芯部齿形部上的磁芯的生产中的另一重要方面是绕线操作期间对线圈线材的引导。存在于多种措施以尽可能高效地执行该缠绕。例如，US 6685127B2提供出缠绕感应机器的转子的方法，其中使用属于绕线机的钩子来引导线材并且防止绕组管口就其空间定向而言移动，即防止从纵向移动到水平。

但是，仍需要将线圈主体固定到磁芯的齿形部，以使它们能够以简单且成本有效的方式安装，但仍确保在操作期间随时间保持稳定的可靠布置，并且另外允许特别有效且准确的绕线操作。

发明内容

该目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求涉及本发明的有利发展例。

本发明基于以下构思：将绕组主体构造为具有部分地开放的横截面，以便线圈主体能够在横向于齿形部纵向轴线的方向上装配到齿形部，并且被固定到齿形部以与齿形部协作。以此方式，在一方面，需要仅单个塑料部件用于线圈主体，并且在另一方面，能够易于自动化的特别有效的组装是可能的。

本发明的发明人已经认识到：大致鞍形结构的线圈主体足够用于线圈绕组的引导、固定和绝缘，并且完全闭合的横截面是不必要的。通过特别简单的方式，线圈主体被固定到磁芯，因为在线圈主体的接收构件上设有卡扣配合钩子或者压接肋，线圈主体经由卡扣配合钩子或者压接肋被牢固地固定到齿形部，齿形部被接收在接收构件中。因此与已知方案不同，在根据本发明的方案中仅提供一个半壳，而不是常规方案中的双部件构造。

替代地或者额外地，还可以设有固定装置，该固定装置布置在线圈主体的朝向磁芯的磁轭定向的区域中，并且与磁芯的固位结构协作以固定线圈主体。这些可以例如是装配在磁芯的相应开口中的钩子。这些连接可例如根据DE 102010004887A1的原理来构造。

本发明的另一方面是提供专门构造的引导元件，用于在绕线操作期间引导线圈线材。

特别地，引导元件具有倾斜的引导构件，该引导构件从布置在线圈主体上的引导元件的前部区域延伸直到引导元件的基部区域。特别地，引导元件构造为使得基部区域具有比前部区域小的横截面尺寸。这可以通过引导元件的截棱锥结构实现，截棱锥的底面位于前部区域中且具有多边形、圆形或者椭圆体形状。但是，引导元件也可以为斜棱柱或者斜圆柱的形状，即具有在朝向基部区域中的期望线材位置的方向上相对于前部区域偏移的横截面，但前部区域具有与基部区域类似的平坦尺寸。

在任何情况下，决定性方面在于，通过牵拉线材，使得线材承受在朝向基部区域的方向上的分力，且由此自动到达正确位置。

根据本发明的有利发展例，可在绕线操作之后进一步对缠绕的线材进行预处理以使其能够被结合，因此不需要在常规方案中的浇注步骤。例如，线材可以设有相应涂层，该涂层在绕线操作之后在烘箱中由热风熔融，或者由流过线材的电流加热。以此方式，能够进一步简化根据本发明的线圈主体及相关磁芯和传感器系统的生产。

附图说明

为更好地理解本发明，参考附图中例示的实施例更详细地说明本发明。相同部件用相同附图标记和相同部件标示来指示。此外，在所示和描述的实施例的单个特征或特征组合也可以构成创造性的本身独立的方案或者根据本发明的方案。在图中：

图1是完全组装后的根据本发明的磁芯的透视图；

图2示出了图1的细节；

图3是组装期间在磁芯上的线圈主体阵列的透视图；

图4示出了图3的细节；

图5示出了图3的另一细节；

图6示出了缠绕之前的磁芯；

图7示出了缠绕之后的磁芯；

图8是旋转过180°的图6的磁芯的图；

图9是图1中磁芯的侧视图。

具体实施方式

下面参考附图更详细地说明本发明的有利实施例。应强调的是，虽然下面始终基于可用作磁阻分析仪中的定子的磁芯，本发明当然可用于任何类型的旋转电机。这意味着用于固定根据本发明的线圈构件的方法也可用于马达和发电机，用在定子芯以及转子芯中。

此外，本发明不局限于其中磁芯的齿形部从环形轭背沿中心轴线的方向突出的实施例，而是替代地，以相应的类似方式，布置在芯部外周处的磁芯齿形部也可以相应地设有根据本发明的线圈主体。

最后，根据本发明的线圈主体可以不仅结合层压的磁芯而且用一体地生产的磁芯。

图1是根据本发明的磁芯118的透视图。

在所示的实施例中，磁芯118具有总共十六个齿形部116，如例如根据DE 102009061032A提出的，用以产生用于六速分析仪的十六极定子。各个齿形部116借助于轭背132彼此连接。相应的突出部114在其中与线圈主体接合的保持开口120设置在齿形部116两侧位于轭背132和齿形部116之间的过渡区中，以便线圈主体100被牢固地固定到齿形部116。

根据本发明，各线圈主体100形成为使得其能够在绕组110被装配之前，被沿着横向于齿形部116的纵向轴线的方向装配。组装方向在图1中以箭头122标示。

根据图1中例示的具体实施例，各个线圈主体100连接到彼此以形成整体式线圈主体阵列140，该线圈主体阵列140根据磁芯118的形状是大致环形的。因此，全部十六个线圈主体100能够大致同时地安装在磁芯118上。但是，本发明原理不必局限于线圈主体阵列的该环形构造。

如根据以下附图将更清楚地理解的，每个线圈主体100构造为使得它直接与磁芯协作，特别是与齿形部116协作，以将线圈主体与之固定。因此，不需要额外部件来固定线圈主体，并且绝缘体的实际组装利用沿方向122的按压步骤来完成。例如，压接肋或者限制器装置可以布置在绕组主体102的内面以固定线圈主体100。

根据本发明的另一方面，每个线圈主体具有例如两个引导元件134，该两个引导元件134在绕线操作期间在变换操作情况下将线材111引导到下一线圈，以使缠绕装置的绕组线管口不必移出其水平位置。引导突出部具有沿朝向线圈的方向渐缩的横截面，以便通过对线材111施加拉伸力，线材111被在朝向磁芯118的方向上沿着倾斜的引导构件自动向下牵拉。当然，除图1所示的方形底面之外，大致为截棱锥形式的引导元件134也可以其它方式具有椭圆形、圆形或者多边形的底面。

但是，如已经提及而图中未例示的，引导元件134也可以是斜棱柱或者斜圆柱的形式，也就是说，在基部区域可具有相对于前部区域在朝向期望线材位置的方向上偏移的横截面，但前部区域具有类似于基部区域的平面尺寸。在任意情况下，决定性方面在于，通过牵拉线材111，线材111承受沿朝向基部区域的方向的分力，且由此自动地移入正确位置。

绕组的布置可以例如根据DE 102009061032A1的原理形成，其中缠绕次序执行为使得起始地，全部绕组沿一个方向(也就是说，例如，沿顺时针方向的电极16、电极2、电极4等等，直至电极14，随后沿逆时针方向为电极13、11、9至电极15)缠绕。由此能够确保不缠绕具有定子直径的单个大圆，而是替代地，大圆起始地沿一个方向被缠绕，且随后第二圆沿相反方向被缠绕。对于传感器系统，具有仅一个绕组的单个巨大线圈将意味着，在该绕组中，延伸穿过分析仪的磁场将破坏分析仪的信号。在根据本发明的布置中，破坏性作用有利地最终得到平衡。

图1所示的实施例的额外优点在于由线圈线材111直接形成绕组，以便不需要额外的印刷电路板(PCB)。在一方面，这使得生产更容易，且在另一方面，降低了结构高度。

图2示出了图1的细节，特别地使得引导元件134的操作更清楚。如在图2中可看到的，引导元件134形成倾斜的引导构件126，在缠绕期间，线材111沿着引导构件126在朝向磁芯118的方向上被牵拉。通过提供的相应供给通道108，可进一步确保线材被朝向和背离个体的线圈主体100引导以限定方式引导。如通常已知的，磁芯118包括个体的板136。

如已经提及的，个体的线圈主体100均可以构成个体的塑料部件。在这一情况下，模制缝会在位置128处。但是替代地，整个环也可以作为连贯线圈主体100的单个阵列140制成在线圈主体上。

图3至5例示了在组装到磁芯118上期间根据本发明的线圈主体100的示例性构造。图3和4显示限制器突出部114被提供作为磁芯118的齿形部116上的保持元件。但是替代地，另外可提供压接肋或者大体的压装配布置。图5还示出了各线圈主体100均具有两个保持突出部114，该两个保持突出部114被引入磁芯118上的相应开口120中以允许牢固的保持和定位。保持突出部114通过被按压在开口120中而固定，磁芯118与其开口120的构造根据DE 102010004887A1的原理来实现。

特别地，与线圈主体100上的保持突出部114协作的保持结构设置在磁芯118上位于开口120中。例如，该保持结构可以由接合在保持突出部114中的两个钩子状突出部形成。

由于磁芯的彼此相对的保持结构之间的间隔必须较小，以能够可靠地夹持塑料保持突出部，所以如果需要在每个个体的金属板136中提供两个突出部，则必须提供较昂贵的冲压工具。

因此，如DE 102010004887A1所述的，每个个体的板构造为使得在第一和第三象限，突出部沿一个方向定向，而在第二和第四象限，突出部沿相反方向定向。通过层压金属片，其中在一个定位在另一个之上的两个金属片之间径向角偏移90°，在机械上可以构造这样的保持结构，该保持结构是紧凑的且不必要遵循模压单个金属板时的那些窄结构宽度。为允许成层操作的简单自动化，根据本发明构造的个体的板可以逐个位置沿相同方向(也就是说，沿顺时针方向或者逆时针方向)径向偏移。

此外，磁芯的个体的齿形部均可设有极靴138。可由以相应宽泛方式构造的齿形部116的端部区域形成的那些极靴在根据本发明的布置中用于两个不同的重要目的。

首先，通过该成型，可以减少直接从电极流动到电极而不被引导通过转子的磁通量。特别地当用在分析仪中时，不通过气隙的磁通量的各部分导致信号强度的降低且因此导致分析仪精度的降低。由于与驱动力矩和效率有关的原因，有必要在马达或者发电机中使磁通量采取通过气隙且经由转子的路径。

其次，带有极靴的该结构也可在机械上用于固定线圈主体。为此，有利的是线圈主体就其内壁的横截面而言渐缩，以便线圈主体在其完全组装位置仅移动以与磁芯的极靴按压邻接。为减少装配操作期间发生的力，线圈主体的接收构件的仅小的表面部分应进一步接触磁芯的极靴。为此，在线圈主体的内壁上可设置额外的压接肋。

如已经提及的，形成引导元件134的塑料销的形式使得线材引导不必在缠绕期间枢转，以从一个线圈移动到下一个线圈。线材引导可以始终保持在水平定向状态，并且倾斜的引导构件126确保线材自动到达其期望的最终位置。在生产期间，线材引导仅移动越过销，且然后在线圈主体之间移动和对中，随后开始缠绕。为防止缠绕期间的中断，如已经提及的，另外为线材设有供给通道，线材布置在供给通道中以不会在缠绕线圈时阻碍成层动作。

以那种方式，防止了或者至少减少了无序缠绕，且因此在小的空间中能够容纳更多的绕组。此外，传感器的工作精度也得到提高，因为无序缠绕情况下的角误差变得更大。

如果线材引导装置不必倾斜，则整个缠绕过程更快，且更简单的装置可用于缠绕。

如在图5中可另外看到的，凹部布置在引导元件134下方，由此，不必在用于此模制部件的注射模制模具中设置滑动构件，因此简化了生产。

图6示出了在装配线圈绕组之前安装有线圈主体100的磁芯118。

图7是图1的布置的平面图，用于限定绕组布置的个体的电极标示为P1至P16。向外指向的个体的触头引脚112标示为C1至C6，并且下面在表格1中给出示例性绕组图。在本情况下，CW标示沿顺时针方向的绕组，而CCW标示沿逆时针方向的绕组。

表格1：绕组图、连接和缠绕装置

图8示出了旋转过180°的布置。在这一情况下，同样清楚的是各齿形部116具有极靴138。

最后，图9是完全组装后的图1中分析仪定子146的侧视图。如从该图可看到的，全部的线材连接111在线圈主体的塑料材料中延伸。因此，它们不接触磁芯118的金属。

根据本发明的分析仪定子的生产在下面参考全部图1至9详细说明。例如，假设全部的线圈主体100彼此连接以形成线圈主体阵列140。为了生产，磁芯118首先由大量成层板136构造成。随后，线圈主体阵列140以环件形式装配到磁芯118的全部齿形部116上。固定和调节在一方面经由保持元件114且在另一方面经由限制器元件130执行。

在下一步，线圈主体被缠绕，线材111借助于引导元件134引导，如上所述。根据有利实施例，具有例如聚氨基甲酸酯搪瓷底釉、涂布有炉烘珐琅并且包括聚乙烯醇缩丁醛的所谓炉烘珐琅线材用于缠绕。在缠绕之后，可以通过相应的电流浪涌或者由烘箱中的回火来加热线材，以将绕组牢固地烘烤于彼此。替代地，也可以将聚酰胺用作烘烤搪瓷。

以此方式，可避免在单独的操作步骤中经常使用的绕组注射模制。此外，焙烧在一起的线材层还以大致更节约空间方式布置。

总之，根据本发明的布置对于在磁阻分析仪和在电动机或者发电机中的使用特别地提供如下优点。

线圈主体能够以特别牢固的方式固定到磁芯。由此，提供了对于诸如振动和温度变化的环境影响的明显更好水平的耐受性。此外，线圈主体以明显更好的方式在定子组件上对中，以便改进发电机的电性能，因为全部线圈占据相同的位置。

设有线圈的磁芯在最大可能的范围内明显更快地且以自动化方式生产出，减小了要供给的各个部件的数目。

总体布置的结构高度能够被明显减小。

附图标记列表

附图标记	描述
		100	线圈主体
102	绕组主体
		104	第一凸缘
106	第二凸缘
		108	用于线材的供给通道
110	绕组
		111	线路布置
112	指向外的触头引脚
		114	保持突出部，保持元件
116	齿形部(电极)

118	磁芯
		120	保持开口
122	组装方向
		124	接收构件
126	倾斜的引导构件
		128	模制缝
130	限制器突出部
		132	轭背
134	引导元件
		136	板
138	极靴
		140	线圈主体阵列
146	分析仪定子
		148	引导元件下方的凹部

Claims (19)

1.用于组装在磁芯(118)上的线圈主体，其中所述线圈主体(100)具有：

绕组主体(102)，所述绕组主体(102)上用于布置绕组，其中所述绕组主体(102)具有接收构件(124)以用于接收所述磁芯(118)的齿形部(116)，

其中所述绕组主体(102)具有部分地开放的横截面，以便所述线圈主体(100)能够沿横向于所述齿形部(116)的纵向轴线的方向装配到所述齿形部，并且其中所述线圈主体(100)形成为使得它与所述磁芯(118)协作用于固定。

2.根据权利要求1所述的线圈主体，其中，所述接收构件(124)定尺寸为使得所述线圈主体(100)在所述组装状态下借助于压装配布置固定到所述齿形部。

3.根据权利要求1或2所述的线圈主体，其中，用于与所述齿形部(116)接合的至少一个限制器装置(130)形成在所述接收构件(124)的内面上。

4.根据先前权利要求中任一项所述的线圈主体，进一步包括第一凸缘(104)和第二凸缘(106)，其中结合所述磁芯(118)的保持开口(120)将所述线圈主体(100)固定到所述齿形部(116)的至少一个保持元件(114)形成在所述第一凸缘(104)上。

5.根据先前权利要求中任一项所述的线圈主体，进一步包括至少一个引导元件(134)，用于在缠绕所述线圈主体(100)期间引导线圈线材(111)。

6.根据权利要求5所述的线圈主体，其中，所述引导元件(134)具有至少一个倾斜的引导构件(126)，该至少一个引导构件从布置在所述线圈主体上的所述引导元件的前部区域延伸到所述引导元件的基部区域，并且被定向为使得所述线圈线材(111)从所述前部区域延伸到所述基部区域。

7.根据权利要求5或6所述的线圈主体，其中，所述线圈主体(100)具有凹部(108)，用于接收直接邻近所述至少一个引导元件的所述线圈线材。

8.用于组装在磁芯(118)上的线圈主体，其中，所述线圈主体(100)具有：

绕组主体(102)，所述绕组主体(102)用于施加绕组，其中所述绕组主体(102)具有接收构件(124)以用于接收所述磁芯(118)的齿形部(116)，

第一凸缘(104)和第二凸缘(106)，其中用于在缠绕所述线圈主体期间引导线圈线材(111)的至少一个引导元件(134)布置在所述第一凸缘(104)上，所述引导元件(134)具有至少一个倾斜的引导构件(126)，该至少一个引导构件从布置在所述线圈主体上的所述引导元件的前部区域延伸到所述引导元件的基部区域，并且被定向为使得所述线圈线材(111)从所述前部区域延伸到所述基部区域。

9.根据权利要求8所述的线圈主体，其中，所述绕组主体具有部分地开放的横截面，以便所述线圈主体(100)能够沿横向于所述齿形部(116)的纵向轴线的方向装配到所述齿形部。

10.根据权利要求8或9所述的线圈主体，其中，所述接收构件(124)定尺寸为使得所述线圈主体在所述组装状态下借助于压装配布置固定到所述齿形部。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的线圈主体，其中，用于与所述齿形部(116)接合的至少一个限制器装置(130)形成在所述接收构件(124)的内面上。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的线圈主体，其中，结合所述磁芯(118)的保持结构(120)将所述线圈主体(100)固定到所述齿形部(116)的至少一个保持元件(114)形成在所述第一凸缘(104)上。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的线圈主体，其中，所述线圈主体(100)具有凹部(108)，用于接收直接邻近所述至少一个引导元件的所述线圈线材(111)。

14.包括大量根据先前权利要求中任一项所述的线圈主体(100)的线圈主体阵列(140)，其中所述线圈主体(100)连接到彼此以使它们能够大致同时地组装在所述磁芯(118)的齿形部(116)上。

15.根据权利要求14所述的线圈主体阵列，该线圈主体阵列作为模制部件制成为单件。

16.具有至少部分地铁磁性的定子(118)和至少部分地铁磁性的转子的磁-电角度传感器，所述定子(118)和转子彼此相对以便形成环形气隙，其中当所述转子绕旋转轴旋转时，所述气隙中的磁阻基于在周界上变化的所述转子的成形而周期性地改变，

具有磁通量发送器，所述磁通量发送器布置在所述定子(118)上，并且在至少一个极对上在所述气隙中产生预定磁通分布，

具有磁通量接收器，所述磁通量接收器布置在所述定子(118)上并且测量布置为相对于彼此偏移一个角度的至少两个信号极对上的磁场强度，其中所述转子相对于所述定子(118)的相对位置的角值能够从两个接收机信号得出，

其中所述定子(118)由磁芯和所述磁通量发送器形成，并且所述磁通量接收器包括布置在根据权利要求1至13中任一项所述的线圈主体(100)或者根据权利要求14或15所述的线圈主体阵列上的绕组。

17.生产磁-电角度传感器的方法，具有以下步骤：

提供具有大量齿形部的磁芯，所述大量齿形部处于分布在周界上的状态下并且彼此以凹槽分离开；

提供大量线圈主体；

通过沿横向于所述齿形部的纵向轴线的方向装配将所述线圈主体安装在所述磁芯的齿形部上，其中每个线圈主体具有横截面部分地开放的绕组主体；

将包括线圈线材的绕组装配到安装后的线圈主体。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述线圈线材是由炉烘珐琅线材形成。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述炉烘珐琅线材具有耐热基部绝缘和保护层，所述保护层被加热以粘结，优选地变得聚合。