CN106026600B - 具有转子磁场的直接采样的电子整流电机 - Google Patents

具有转子磁场的直接采样的电子整流电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有定子(2)和转子(3)的电子整流电机(1)，转子具有以分布方式在圆周方向上被放置并确定了所述转子的磁场的几个永久磁铁(4)，由此电机(1)具有至少一个传感器(5)，所述传感器使得通过转子的磁场的直接采样可记录转子(3)的位置或速度，由此，传感器(5)以下述方式与定子(2)间隔开：传感器(5)仅低程度记录定子场且优选完全不记录定子场，并且由此磁通量引导元件(6)被放置在转子(3)的前侧，所述磁通量引导元件随转子(3)一起移动并且将转子的磁场的至少一部分引导到传感器(5)。根据本发明，提供了在转子(3)的圆周方向中查看时，通量引导元件(6)被分别放置在转子(3)的两个永久磁铁(4)之间。

Description

具有转子磁场的直接采样的电子整流电机
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求1的通用术语的具有转子磁场的直接采样的电子整流电机。根据该类别的电机包括定子和转子，所述转子具有以分布方式在圆周方向上被安置并确定了所述转子的磁场的多个永久磁铁。而且，电机具有允许通过转子的磁场的直接采样来记录转子的位置或速度的传感器，其中所述传感器以下述方式与定子间隔开：传感器仅低程度记录定子场且优选完全不记录定子场。？磁通量引导元件被放置在转子的前侧，所述元件随转子移动并且将转子的磁场的至少一部分引导到传感器。
背景技术
对于具有永久磁铁转子的无刷电机的整流(commutation)，要求检测转子位置。为此，可以对固定在转子上的任一附加控制磁铁进行采样。或者，可能直接采样转子的永久磁铁。直接采样提供了以下优势：通常要求较少安装空间，且最重要的是可以节省用于附加控制磁铁的花费。然而，直接采样具有下述缺陷：在采样期间定子场频繁地引起相当大的干扰。同时，转子磁场的采样总是导致定子场的某种采样，这可以导致(特别是在高定子电流的情况下)所使用的传感器的信号和/或以它们为基础计算的整流信号变得无用。
在现有技术中已经知晓多种解决方案，在其中传感器的位置被离开定子地向外移位以便减少定子场的影响。
DE 29802297 U1处理了具有在其中转子的采样被移位到外部的内部转子的无刷直流电机。传感器接近转子的定位将具有下述缺陷：要求与在其上安装有整流电子器件的控制板的附加接触。为了解决该问题，根据DE 29802297 U1提供了霍尔传感器被安装在控制板上，所述控制板被放置离开转子一距离并且它们通过导磁插入部件被连接到转子的磁场。通过所述插入部件，在转子处漏出的磁场的一部分被引导到由霍尔传感器形成的整流发射器。由于插入部件的端部处的场强低于直接在转子处的场强，使用了合适灵敏度的传感器。在从DE 29802297 U1处知晓的解决方案中，导磁插入部件可以相对于轴承以固定方式被放置。
EP 1542344 A1也处理了转子的磁场的采样。转子磁铁的磁场依靠至少部分为磁软的导体被引导到传感器，当从轴向方向查看时所述传感器被放置在定子的外部。磁软导体要么被放置在转子和定子之间的空隙中要么放置在转子磁铁的外部圆周处的定子的齿隙中。还是在该解决方案中，磁软导体不与转子一起旋转。
类似地，WO 2005119888 A1示出无刷直流电机，在其中，依靠多个磁通量引导元件来确保转子的磁铁的采样，然而，所述磁通量引导元件不与转子一起旋转而是固定在定子上。
DE 102007060241 A1也示出一种解决方案，在其中磁通引导元件相对于轴承以固定方式被放置。可以穿过磁通引导元件形成磁轭以引导在转子的磁铁的相对极之间的转子磁通。
在磁通量引导元件被相对于轴承固定的所述解决方案中，不仅是转子的磁场的一部分而且还有定子场的一部分总是被传送给传感器。因此，对干扰的易感性对于这些解决方案来说就相对地高。
DE 2008002180 A1示出具有径向磁化的转子磁铁的电机。转子磁铁的杂散场通过围绕转子轴的套筒形磁软耦合元件被向外引导到霍尔传感器。
JP 2004129456示出了根据所述类别的电机。它也处理改进转子位置的检测。为了减少定子场的影响，传感器被放置在离开定子的径向间隔的位置中。转子包括由金属片叠层构成的核心。转子磁铁被插入到核心的连续凹陷中。在一端上，转子由非磁性钢板完工。磁通量引导元件被插入到钢板中，所述元件将转子的磁铁的磁场传递到磁性元件，所述磁性元件继而由传感器采样。在圆周方向中查看，所述磁通量引导元件被放置在与转子磁铁相同的位置中。它们应该被尽可能接近定子放置。因此，在该解决方案中也存在定子的磁场的影响。
EP 1124309 A2示出具有转子的电机，所述转子具有由金属片叠层构成的核心。在所述核心中在交替磁化的方向中分别集成了多个永久磁铁。所述转子结构在其端部上由非磁性板完工。当以圆周方向查看时在与永久磁铁相同的位置处，磁性材料的较小板被放置在非磁性板之上或之中。这些小板由霍尔传感器采样。在从EP 1124309 A2知晓的电机中，通过定子场的采样过程的干扰也无法被完全消除。
发明内容
本发明的目的是以下述方式改进根据所述类别的该类型的电子整流电机：进一步减少定子场对转子的磁场的直接采样的干扰。
该问题通过独立权利要求1中的特征来解决。根据该权利要求，存在一种根据本发明的对在根据类别的该类型的电子整流电机中的该问题的解决方案，如果在转子的圆周方向中查看，通量引导元件每个被放置在转子的两个永久磁铁之间。
因此，实现了转子磁场到所使用的一个或多个传感器的显著改进的传送。转子的永久磁铁优选地在一行中被彼此等间距地放置。这同样优选地适用于通量引导元件的定位。在转子的圆周方向中查看，每个通量引导元件优选地被进一步中心定位在转子的两个相应的永久磁铁之间。转子的极数对应于永久磁铁的数目。相邻的永久磁铁被分别相对彼此地极化。转子优选地被设计成内部转子。
本发明的优选实施例是各子权利要求的目标。
在本发明的特定优选实施例中，提供了每个永久磁铁的磁化方向实质上垂直于转子的径向。由此，确保了通过通量引导元件的转子的磁场的最优传送。永久磁铁优选地以轮辐(spoke)形方式围绕转子的轴被放置。更优选地，在转子的径向上测得的永久磁铁的高度大于在垂直于这样的高度上测得的永久磁铁的宽度。因此，永久磁铁的高度对应于轮辐的长度，永久磁铁的宽度对应于轮辐的厚度。
在本发明的更加特别优选的实施例中，转子的磁软铁芯被相应放置在两个相邻的永久磁铁之间，由此，在圆周方向中查看，每个通量引导元件被中心定位在磁软铁芯之一上。因此，确保了到传感器的磁场的最优引导。永久磁铁优选地具有均匀宽度，由此，在垂直于转子的轴的平面中的磁软铁芯具有扇形和/或楔形的横截面。可以相对容易且经济地制造具有均匀宽度的永久磁铁。归因于楔形铁芯，永久磁铁的磁场被最优地影响。更优选地，提供了与磁软铁芯一样多的通量引导元件。
在本发明的更特定优选实施例中，在转子的圆周方向中测得的通量引导元件的最大宽度对应于在各自位置处也在转子的圆周方向中测得的相关联的磁软铁芯的宽度。由此，在通量引导元件中实现了磁场的高集中度。这同时确保了良好的传感器信号强度。
在本发明的更优选实施例中，通量引导元件被以销(pin)形方式形成，由此，通量引导元件的轴与转子的轴平行对齐。该实施例也确保了到传感器的磁场的最优传送。因此，通量引导元件优选地具有环形横截面。因此，以圆柱形方式来优选形成它们。在本实施例中，可以经济地制造通量引导元件。或者，通量引导元件可以也具有矩形横截面或长椭圆形横截面。在后一种情况中，如果椭圆横截面的较长主轴在径向上相对于转子的轴对齐，则可实现磁场的特别良好的引导。更优选地，销的长度等同于它们的直径。
在本发明的更优选的实施例中，通量引导元件以磁软方式形成。然而，也可能使用磁硬通量引导元件。特别优选地，通量引导元件由磁软钢制成。
在本发明的更优选的实施例中，通量引导元件被嵌入在优选包括整个转子的塑料外壳的凹陷中。在本实施例中，实现了相对简单和成本经济且精确定位的通量引导元件。塑料外壳可以通过注模方法被特别经济地制造。
在替换实施例中，通量引导元件被集成到放置在转子的前侧上的非磁性盘的凹陷中。如果所述盘依靠在轴向完工所述转子而形成永久磁铁和铁芯的轴锁(axial lock)，则将是特别有利的。在此情况中，盘具有双重功能。在该上下文中盘同时表示转子的平衡盘是更加特别优选的。由此，转子模块的结构将被保持得特别紧凑。依靠在盘的外部圆周上的系统性材料移除，发生转子的平衡。因此，在盘的凹陷中集成的通量引导元件必须被定位得远离盘的外部圆周直到不受平衡过程影响。非磁性盘优选为非磁性金属、特别优选为非磁性钢来制造。
在本发明的更优选的实施例中，通量引导元件在塑料套筒的凹陷中和/或非磁性盘的凹陷中被磁性地保持。在本实施例中，将存在相对简单和成本经济的组件。为了改进通量引导元件的稳定性，可以提供将通量引导元件粘贴到塑料套筒或非磁性盘。
在本发明的更加特别优选实施例中，在通量引导元件和各个相邻永久磁铁(在它们之间放置了所述通量引导元件)之间的距离为2mm或更少，优选甚至为1mm或更少的量。这样，实现了磁场的最优引导。更优选地，在通量引导元件和传感器之间的距离为2mm或更少，优选为1mm或更少的量。由此确保了由传感器的最优采样。
在本发明的更加优选实施例中，传感器是霍尔传感器。
在本发明的更优选的实施例中，通量引导元件被安置为相对于转子的轴要么尽可能向外远离要么尽可能向内。
本发明的优选实施例将在下面借助附图被更加详细地解释。
附图说明
附图示出：
图1：根据本发明的电子整流电机的纵向截面，
图2：根据来自图1的本发明的电机的转子的斜视图，
图3：来自图2的转子的轴向视图，
图4：来自图3的具有转子的通量引导元件的替换版本的视图，
图5：来自图4的具有通量引导元件的另一替换版本的视图，
图6：根据本发明的另一实施例的基于本发明的电子整流电机的纵向截面。
具体实施方式
对于下面的实施例，相同的部件用相同的附图标记来指定。如果在附图中包括了在附图的有关描述中没有被进一步说明的附图标记，则应该参考附图的前述或后续描述。
图1示出根据第一实施例的基于本发明的电子整流电机1的纵向截面。电机1具有外部中空圆柱形定子2以及被指定为内部转子的转子3。转子在附图2中被更加详细地示出。在本显示中，还示出了出于简明的目的而在图1中已经忽略其显示的轴14。在图3中示出了转子的轴向俯视图。
转子具有几个永久磁铁4，所述永久磁铁4以轮辐形方式且相对于转子的轴7彼此等距地被放置。如在图3中所见，每个永久磁铁的磁化方向实质上垂直于转子的径向。由此，相邻的永久磁铁具有相反的磁极性。在相邻的永久磁铁之间分别存在一个磁软铁芯8。在图3中可见，在转子的径向上测得的永久磁铁的高度大于在垂直于这样的高度上的永久磁铁的所测得的宽度。永久磁铁的高度实际上对应于轮辐的长度，永久磁铁的宽度对应于轮辐的厚度。由于永久磁铁具有均匀的宽度，磁软铁芯的横截面是扇形和/或楔形的。
在图1中的右侧上的转子的前端上，放置了多个磁通量引导元件6，其目的在于将转子的磁场传递到在轴向上放置在定子外部且牢固地连接到电机的轴承13的霍尔传感器5。通过霍尔传感器记录转子的位置。传感器信号被用于定子场的整流。通量引导元件被放置在环上，所述环的中心位于转子的轴7上。图3示出，在转子的圆周方向中查看时，每个通量引导元件被放置在两个相邻的永久磁铁4之间。通量引导元件6实际上中心定位在位于其之间的铁芯8上。在离转子的轴7的相应距离处，通量引导元件的宽度9对应于铁芯的宽度。在所显示的实施例中，磁通量引导元件6以圆柱形形成。因此，它们具有环形横截面。然而，其他横截面也是可能的。如图4所示的长椭圆横截面是特别有利的。在该实施例中，永久磁铁4的磁场被最优传送给传感器。图5示出了在其中通量引导元件6具有矩形横截面的另一个实施例。而且，在图1中可见，通量引导元件的轴与转子的轴7平行对齐，并且通量引导元件的长度大致对应于它们的直径。
在图1-3中所示的实施例中，通量引导元件被集成在非磁性钢盘12的凹陷11中。钢盘12在一侧上完工转子，并且同时用于轴向固定永久磁铁4和磁软铁芯8。而且，钢盘12还可以被用作转子的平衡盘。为了平衡转子，在盘的外部圆周上的合适位置处例如依靠激光分别移除材料。因此，要求通量引导元件6具有与盘的外部圆周的足够距离。
通过由永久磁铁4所引起的磁力以及在通量引导元件6上的该影响，通量引导元件在盘12已被就地维持在凹陷11中。为了改进稳定性，可以提供将通量引导元件粘合到所述盘上。
为了确保传感器5对转子的磁场的最优采样，在通量引导元件和相应的相邻转子磁铁之间的距离以及在通量引导元件和传感器之间的距离必须被保持得尽可能低。在该实施例中，在通量引导元件和传感器之间的畅通距离为小于1mm的量。由于通量引导元件的宽度9对应于在相应位置处的磁软铁芯8的宽度，在通量引导元件和相应的相邻永久磁铁4之间不存在距离。
在图6中示出了在其中通量引导元件6没有被集成在非磁性钢盘中而是集成在塑料套筒10中的进一步实施例，所述塑料套筒是作为塑料包胶模(overmold)形成并围绕所述转子。
当然，取代个别传感器5可以提供几个传感器。传感器可以例如被定位在圆周方向中的不同位置处。代替霍尔传感器，还可以使用其他适合于检测转子的磁场的传感器。

Claims (23)

1.具有定子(2)和转子(3)的电子整流电机(1)，所述转子具有以分布方式在圆周方向上被放置并确定了所述转子的磁场的几个永久磁铁(4)，由此所述电机(1)具有至少一个传感器(5)，所述传感器使得通过所述转子的磁场的直接采样能够检测所述转子(3)的位置或速度，由此所述传感器(5)以由所述传感器(5)仅最小程度检测定子场的方式与所述定子(2)间隔开，并且由此磁通量引导元件(6)被放置在所述转子(3)的一个前侧，所述磁通量引导元件随所述转子(3)一起移动并且将所述转子的磁场的至少一部分引导到所述传感器(5)，其特征在于，在所述转子(3)的圆周方向中查看时，所述通量引导元件(6)每个被定位在所述转子(3)的两个永久磁铁(4)之间。
2.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述传感器(5)以由所述传感器(5)完全不检测定子场的方式与所述定子(2)间隔开。
3.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，每个所述永久磁铁(4)的磁化方向实质上垂直于所述转子(3)的径向。
4.如权利要求1或2所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述转子的磁软铁芯(8)被分别放置在两个相邻的永久磁铁(4)之间，由此，在转子(3)的圆周方向中查看，每个通量引导元件(6)被中心定位在所述磁软铁芯(8)之一上。
5.如权利要求4所述的电子整流电机(1)，其特征在于，在所述转子(3)的圆周方向中测得的所述通量引导元件(6)的所测得的最大宽度(9)对应于也在所述转子(3)的圆周方向中测得的相关的磁软铁芯(8)的所测得的宽度。
6.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)被以销形方式形成，由此，所述通量引导元件(6)的轴与所述转子(3) 的轴(7)平行对齐。
7.如权利要求6所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)具有环形横截面。
8.如权利要求6所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)的长度对应于它们的直径。
9.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)是磁软的。
10.如权利要求9所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)是由磁软钢制成的。
11.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)被嵌入在围绕所述转子(3)的塑料套筒(10)的凹陷(11)中。
12.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)被集成到被放置在所述转子(3)的前侧上的非磁性盘(12)的凹陷(11)中。
13.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，依靠在轴向上完工所述转子(3)，所述盘(12)形成所述永久磁铁(4)和所述转子(3)的铁芯(8)的轴锁。
14.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述盘同时是所述转子(3)的平衡盘。
15.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述盘(12)由非磁性金属制成。
16.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述盘(12)由非磁性钢制成。
17.如权利要求11所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)在所述塑料套筒(10)的凹陷(11)中被磁性地保持。
18.如权利要求11所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)被粘合到所述塑料套筒(10)。
19.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)在所述非磁性盘(12)的凹陷(11)中被磁性地保持。
20.如权利要求12所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)被粘合到所述非磁性盘(12)。
21.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)和在其间放置了所述通量引导元件(6)的相应相邻的转子磁铁(4)之间的距离以及在所述通量引导元件(6)和所述传感器(5)之间的距离为2mm或更少。
22.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述通量引导元件(6)和在其间放置了所述通量引导元件(6)的相应相邻的转子磁铁(4)之间的距离以及在所述通量引导元件(6)和所述传感器(5)之间的距离为1mm或更少。
23.如权利要求1所述的电子整流电机(1)，其特征在于，所述传感器是霍尔传感器。
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