CN107346696A - 用于霍尔传感器的磁性部件,包括其的电气组件/增压器 - Google Patents

用于霍尔传感器的磁性部件,包括其的电气组件/增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配置为相对于旋转部件(108)安装的磁性部件(120)，磁性部件(120)包括：具有预期与部件的旋转轴线对准的轴线(Δ)的非磁性主体(102)；四个第一磁体(104P、104N)，其容纳在主体(102)中并形成正和负磁体的交替，磁体是由主体(102)保持在一起的独立元件并且围绕主体(102)的轴线(Δ)以90°的角度相继地定位；四个第二磁体(105P、105N)，其容纳在主体(102)中并且定位在两个相继的第一磁体之间的相应的角度间隔中，第一磁体的剩余感应和第二磁体的剩余感应之间的比率在0.3至0.5的范围内。

Description

用于霍尔传感器的磁性部件，包括其的电气组件/增压器
技术领域
本发明涉及一种用于霍尔效应传感器的磁性部件，包括根据本发明的部件的电气组件以及包括根据本发明的电气组件的电动增压器。
背景技术
在本发明的上下文中，电动增压器是用于对内燃发动机进行增压并且与电机一起操作的装置。更准确地说，增压器压缩机包括由电机驱动的压缩轮。
除了涡轮增压器之外，电动增压器典型地被放置在特别是车辆的内燃机的进气管线上。电动增压器扮演与涡轮增压器相同的角色，即增加进入内燃机的新鲜气体的进气压力，但特别是在瞬态阶段使用，以减轻涡轮增压器响应时间的问题。
霍尔效应传感器与形成磁性目标的磁性部件组合使得可以检测电机的轴的旋转。例如，法国专利申请FR3025666描述了一种包括霍尔效应传感器的电动增压器。磁性目标由其中形成有正和负极化区域的磁体形成。正和负极化区域的交替使得能够通过霍尔效应传感器进行检测。这些极化区域通过其中材料经受强的正或负极化的极化操作形成在同一材料中。在该操作期间，需要有效地界定预期为正和负极化的材料的区域。此外，为了减小其中例如在电动增压器中集成磁性目标的组件的重量的目的，寻求减小特别是磁性目标的部件的重量。
因此，寻求一种形成用于霍尔效应传感器的磁性目标的磁性部件，其减轻了现有技术的缺陷。
发明内容
为了该目的，提出了一种磁性部件，其配置为相对于旋转部件安装以便使得能够通过霍尔效应传感器进行所述部件的旋转的检测，所述磁性部件包括：
-非磁性主体，具有预期与所述部件的旋转轴线对准的轴线，
-四个第一磁体，容纳在所述主体中并且形成正和负磁体的交替，所述磁体是由所述主体保持在一起的独立元件并且围绕所述主体的轴线以90°的角度相继地定位，
-四个第二磁体，容纳在所述主体中并且位于两个相继的第一磁体之间的相应角间隔中，
第一磁体的剩余感应和第二磁体的剩余感应(remanent induction)之间的比率在0.3至0.5的范围内。
磁性部件形成用于霍尔效应传感器的磁性目标。根据本发明的磁性部件的正和负极化区域由接收在磁性部件的主体中的第一独立磁体限定。由此避免了同一材料中不同极化区域的限定，这是实施起来费劲的步骤。通过四个第一磁体围绕主体的轴线规则地分布，获得了一种磁性目标，其能够通过霍尔效应传感器进行检测同时限制磁性部件中的磁体数量，由此减轻磁性部件。因此，磁性部件的特性使得能够相对于现有技术在重量方面改善。第二磁体使得可以通过在由霍尔效应传感器接收的可变磁场的上升沿或下降沿上实现陡峭的梯度来改善位置检测。获得的梯度例如大于4mT/°(毫特斯拉/度)。
根据一个实施例，在沿着主体的轴线的第二磁体的尺寸和沿着主体的轴线的第一磁体的尺寸之间的比率大于或等于1/3并且小于或等于2。
根据一个实施例，在沿着横向于主体的轴线的一个方向的第二磁体的尺寸和沿着该方向的第一磁体的尺寸之间的比率大于或等于0.2且小于或等于0.5。
根据一个实施例，第一磁体具有在0.2至0.6T的范围内的剩余感应；以及第二磁体具有介于0.6至1.2T的范围内的剩余感应。
根据一个实施例，磁性部件仅包括四个第一磁体和四个第二磁体，以便能够通过霍尔效应传感器进行所述部件的旋转的检测。
根据一个实施例，磁体彼此分开一径向角度。由此，磁性部件的重量可以减小，因为其不完全由磁体形成。根据为主体选择的材料，磁性部件因此可以比现有技术更轻，成本更低。
根据一个实施例，磁体是冰球(puck)的形状。
根据一个实施例，部件被配置为安装在旋转轴上以便能够通过霍尔效应传感器进行所述轴的旋转的检测。
根据一个实施例，主体具有围绕其轴线的中心孔，该中心孔配置为接收旋转轴。
本发明还涉及一种电气组件，包括：
-具有旋转轴的旋转电机；
-安装在旋转轴上的根据本发明的至少一个磁性部件；
-至少一个霍尔效应传感器，其配置为基于由磁性部件发射的磁场来检测所述旋转轴的旋转。
根据一个实施例，磁性部件沿着机器的旋转轴线被安装在第一轴向位置，并且霍尔效应传感器沿着所述旋转轴线被安装在与第一轴向位置不同的第二轴向位置处，以便面对磁性部件的至少一部分，以检测所述旋转轴的旋转。
根据一个实施例，磁性部件和霍尔效应传感器之间的距离在2.1至3.3mm的范围内。
本发明还涉及一种特别用于机动车辆的电动增压器，包括：
-根据本发明的电气组件；
-配置为由电气组件的电机驱动的气体压缩轮；
-包括所述霍尔效应传感器的电子系统。
附图说明
通过参照附图将更好地理解本发明，在附图中：
-图1示出了包括第一磁性部件的组件的顶部透视平面图；
-图2示出了图1所示的组件的底部透视平面图；
-图3示出了图1所示的磁性部件在当它围绕旋转轴安装时的透视图；
-图4示出了根据本发明的一个实施例的电动增压器的横截面视图；
-图5示出了第二磁性部件在当它围绕旋转轴安装时的透视图；
-图6示出了与第一磁性部件相关联地安装的霍尔效应传感器所看到的感应变化；
-图7示出了与第二磁性部件相关联地安装的霍尔效应传感器所看到的感应变化。
具体实施方式
图1至图3示出了形成用于霍尔效应传感器107的磁性目标的磁性部件100的示例。
磁性部件100包括非磁性主体102。例如，主体102具有小于50个单位的相对导磁率以便不干扰传感器信号。特别地，主体102承受与磁性部件100的旋转相关的机械应力。主体102具有轴线Δ。特别地，主体102具有围绕轴线Δ的旋转对称性。主体102可具有盘的大致形状。
主体102可以为若干部分。特别地，主体102包括形成空腔的基部102a，所述空腔接收容纳磁性部件102的磁体104P、104N的材料102b。容纳磁体104P、104N的材料102由此可以由与基部102a相比更轻和/或更少刚性的材料制成，从而使得可以减小磁性部件100的重量。特别地，基部102a可以由铝制成。容纳磁体104P、104N的材料102b可以是塑料。特别地，基部102a具有盘的形状，该盘包括在其周边上的连续壁以便形成接收材料102b的空腔。基部102a还可包括用于旋转轴通过的中心孔106，如下文将要描述的。壁界定中心孔106以便形成接收容纳磁体104P、104N的材料102b的空腔。然而，主体102可以由单个部件制成。然后，主体完全由容纳磁体104P、104N的材料形成，特别是具有中心孔106用于旋转轴的通过。
磁性部件100包括容纳在主体102中的四个磁体104P、104N。磁体104P、104N是独立的并且被主体102保持在一起。因此，磁性部件100不完全由磁体形成。这使得可以选择轻质材料以将磁体保持在一起。正磁体104P与负磁体104N交替定位。因此，磁性部件100包括两个正磁体104P和两个负磁体104N。术语“正磁体”被理解为意味着具有正极化的磁体。术语“负磁体”理解为意味着具有负极化的磁体。磁体104P、104N在以90°的角度分开的位置处围绕主体102的轴线Δ相继地定位。磁体104P、104N的这种布置使得能够通过霍尔效应传感器107有效地检测。磁体104P、104N特别是由铁氧体制成。特别地，磁体104P、104N具有相同的形状。通过避免特定于每个磁体的成形，磁性部件100的制造成本由此受到限制。特别地，磁体104P、104N可以是冰球形状的。更准确地说，磁体104P、104N可以具有圆柱形或棱柱形状。圆柱形状对退磁场表现出更好的抗性。特别地，磁体104P、104N具有在2和8mm之间的高度。特别地，磁体104P、104N具有在2和8mm之间的侧向尺寸。例如，磁体104P、104N具有圆柱形状和2至8mm的侧向尺寸，也就是直径。
例如，磁体104P、104N被容纳在主体102中，例如通过包覆模制。磁体104P、104N也可以被压配合在主体102中。
磁性部件100使得能够通过霍尔效应传感器进行旋转部件的检测。为了该目的，可以与霍尔效应传感器107相关联地安装磁性部件100，所述霍尔效应传感器检测与旋转部件相联系的磁性部件100的旋转。
图6示出了在磁性部件100的旋转期间，由霍尔效应传感器107捕获的磁场B(以毫斯拉表示)中的变化200相对于磁性部件100的角位置θ(以度表示)的函数，没有考虑环境干扰。面对霍尔效应传感器107的正和负磁体的交替产生上升和下降沿。通过检测与虚线所示的阈值S1、S2的交叉来计数磁性部件100的转数。阈值S1、S2可以分别等于+0.5mT和-0.5mT。
在与环境相关的磁干扰的影响下，噪声可能叠加在曲线200上。与磁干扰相关的噪声可能带来曲线200上的不规则性。噪声可被磁屏蔽所限制。然而，也优选将曲线200的灵敏度限制到该噪声。特别地，观察到上升或下降沿不具有规则图案。上升沿和下降沿分别包括位于其中梯度基本上为零的阈值S1、S2之间的部分202、204。现在，这些部分202、204上的噪声的存在会导致与阈值S1、S2的无意的交叉，这会错误地描述磁性部件100的转数。这样的不确定性通常对于其中磁性部件100的转速小于大约10 000转/分钟的应用是没有问题的。然而，对于高转速(例如大于10 000转/分钟，或大于60 000转/分钟，甚至70 000转/分钟)的应用，不确定性可能会成为问题。
图5示出了根据本发明的一个实施例的磁性部件120的示例。磁性部件120与先前描述的磁性部件100相同，除了它还包括容纳在主体102中的第二磁体105P、105N之外。第二磁体105P、105N可以以类似于第一磁体104P、104N的方式被容纳在主体102中。每个第二磁体105P、105N位于两个相继的第一磁体104P、104N之间的相应角度间隔中。换句话说，第二磁体105P、105N位于两个相继的第一磁体104P、104N之间。第二磁体105P、105N使得在第一磁体104P、104N的剩余感应和第二磁体105P、105N的剩余感应之间的比率在0.3和0.5之间。剩余感应是材料的磁性参数，其对应于在将样品极化到饱和且然后将极化降低至零之后保留在材料样品中的感应。图5中所示的磁性部件120可以与磁性部件100在相同的条件下使用，特别是在图1和图2中所示的组件中使用。
图7示出了在磁性部件120的旋转期间，没有考虑到环境干扰的情况下，由霍尔效应传感器107捕获的磁场中的变化210相对于磁性部件120的角位置的函数。观察到，在阈值S1、S2之间，上升沿和下降沿不再包括其中梯度基本上为零的部分202、204。在曲线210上，依靠剩余感应之间的比率，阈值S1、S2之间的部分单调增加或减小。观察到，第二磁体105P、105N的引入导致曲线210上的不规则性，但是这些不规则性位于检测阈值S1、S2之外，因此不影响通过霍尔效应传感器107的磁性部件120的旋转的检测。
特别地，第二磁体105P、105N包括正磁体105P和负磁体105N。第二正磁体105P与第二负磁体105N交替地定位。因此，磁性部件120包括两个第二正磁体105P和两个第二负磁体105N。第二磁体105P、105N可以在以90°的角度分开的位置处围绕主体102的轴线Δ相继地定位，每个第二磁体105P、105N处于两个相继的第一磁体104P、104N之间的中间位置。
特别地，第二磁体105P、105N可以与第一磁体104P、104N分开一径向角度。换句话说，第二磁体105P、105N不会接触第一磁体104P、104N。具体地，磁性部件120不需要包括围绕轴线Δ的连续的磁性区域。通过将磁性区域定位在围绕轴线Δ的径向位置处，实现了通过霍尔效应传感器的有效检测，同时限制了在磁性部件120中使用的磁性材料的重量。
在磁性部件120和霍尔效应传感器107之间的给定距离处，可以确定第一磁体104P、104N以使得能够通过霍尔效应传感器进行位置检测。此后可以确定第二磁体105P、105N，使得沿着主体102的轴线Δ的第二磁体105P、105N的尺寸和沿着主体102的轴线Δ的第一磁体104P、104N的尺寸之间的比率大于或等于1/3且小于或等于2。沿着与主体102的轴线Δ横向的方向的第二磁体105P、105N的尺寸和沿着该方向的第一磁体104P、104N的尺寸之间的比率可大于或等于0.2并且小于或等于0.5。特别地，横向方向对应于相对于主体102的轴线Δ垂直的方向。因此确保阈值S1、S2之间的曲线210的梯度特别地在4和7mT/°之间或在-7和-4mT/°之间，这可以使磁性部件120的角位置的检测精度实现0.5以内或甚至0.2°以内。
图3和图5示出了其中磁性部件100、120安装在旋转轴108上以便能够通过霍尔效应传感器107检测轴108的旋转的示例。特别地，主体102的轴线Δ与旋转轴108的轴线对准。特别地，旋转轴108穿过中心孔106。然而，中心孔106可以是盲的。然后，可以将转轴108的一端接收在中心孔106中。
特别地，旋转轴108是例如图4中所示的旋转电机5的旋转轴。磁性部件100、120可以沿着机器5的旋转轴线安装在第一轴向位置，并且霍尔效应传感器107可以沿着旋转轴线安装在不同于第一轴向位置的第二轴向位置。特别地，霍尔效应传感器107面对磁性部件100、120的至少一部分，以便检测旋转轴108的旋转。通过霍尔效应传感器107进行的磁性部件100、120的检测由此轴向地实施。
霍尔效应传感器107可以安装在电子板109上，该电子板沿着垂直于旋转轴108的轴线的平面延伸，特别地沿着垂直于机器5的旋转轴的轴线的平面延伸。特别地，电子板109安装在前述的第二径向位置处。
磁性部件100、120可以与三个霍尔效应传感器107相关联，以提高磁性部件100、120的检测精度。这些霍尔效应传感器107特别面向磁性部件100、120围绕旋转轴108的轴线(特别地机器5的旋转轴的轴线)分布。霍尔效应传感器107例如被布置成使得第一霍尔效应传感器与另外两个霍尔效应传感器分开90°。
为了减少对通过霍尔效应传感器107进行的磁性部件100、120的检测的干扰，屏蔽件可以将其中机器5(特别地机器5的定子)所在的区域与其中磁性部件100、120和(一个或多个)霍尔效应传感器107所在的另一区域分开。
第二磁体105P、105N可以具有与第一磁体104P、104N类似的形状。由此，第二磁体105P、105N可以是冰球的形状。更准确地说，磁体105P、105N可以具有圆柱形或棱柱形状。特别地，这些形状是基本相同的，只要确保磁体体积和面向霍尔效应传感器107的磁体表面积保持相同即可。
特别地，第一磁体104P、104N具有在0.2至0.6T的范围内或甚至在0.3至0.4T的范围内的剩余感应；并且第二磁体105P、105N具有在0.6至1.2T的范围内，或甚至在0.7至1T的范围内的剩余感应。第二磁体105P、105N包括例如稀土，以实现剩余感应值。特别地，这些剩余感应值是为磁性部件100、120和霍尔效应传感器107之间的距离在2.1至3.3mm的范围内的构造而定制的。第一磁体104P、104N可以具有高度约为4.83mm和半径为8mm的圆柱形形状。第二磁体105P、105N可以具有高度为4.6mm，半径为2mm的圆柱形形状。
图4示出了包括图3中所示的磁性部件100或图5中所示的磁性部件120的电动增压器1的示例。特别地，增压器1被配置为结合到车辆中以压缩车辆的内燃机的进气。增压器1包括压缩轮10，特别地预期压缩内燃机的进气，增压器1与其相关联地安装。压缩轮10通过电机5借助于旋转轴108驱动旋转。增压器1还包括含有霍尔效应传感器107的电子系统2。特别地，电子系统2包括电压转换器，其从电网给电机5供电。特别地，电网是车辆的电网并且包括给所述电网供电的电池。
电子系统2特别放置在电机5和压缩轮10之间。特别地，电子系统2处于位于压缩轮10和电机5之间的轴向位置。作为替代的选择，电子系统2可以放置在电动增压器1的轴向端。特别地，电子系统2可以被放置在电机5后面的轴向端，使得电机5位于电子系统2和压缩轮10之间。
本发明不限于所描述的示例。特别地，磁性部件100、120可以用在除电动增压器之外的装置中，例如用于起动机交流发电机或其他装置中。

Claims (12)

1.一种磁性部件(120)，配置为相对于旋转部件(108)进行安装以便能够由霍尔效应传感器(107)进行所述部件(108)的旋转的检测，所述磁性部件(120)包括：
-非磁性主体(102)，具有预期与所述部件的旋转轴线对准的轴线(Δ)；
-四个第一磁体(104P、104N)，容纳在所述主体(102)中并形成正磁体(104P)和负磁体(104N)的交替，所述磁体(104P、104N)是由所述主体(102)保持在一起的独立元件并且围绕所述主体(102)的轴线(Δ)以90°的角度相继地定位；
-四个第二磁体(105P、105N)，容纳在所述主体(102)中并且定位在两个相继的第一磁体之间的相应的角度间隔中，
第一磁体(104P、104N)的剩余感应和第二磁体(105P、105N)的剩余感应之间的比率在0.3至0.5的范围内。
2.根据权利要求1所述的磁性部件(120)，其中，沿着所述主体(102)的轴线(Δ)的第二磁体(105P、105N)的尺寸和沿着所述主体(102)的轴线(Δ)的第一磁体(104P、104N)的尺寸之间的比率大于或等于1/3且小于或等于2。
3.根据权利要求1或2所述的磁性部件(120)，其中，沿着横向于所述主体(102)的轴线(Δ)的一方向的所述第二磁体(105P、105N)的尺寸和沿着该方向的第一磁体(104P、104N)的尺寸大于或等于0.2且小于或等于0.5。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁性部件(120)，其中所述第一磁体(104P、104N)具有在0.2至0.6T的范围内的剩余感应；以及第二磁体(105P、105N)具有在0.6至1.2T的范围内的剩余感应。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁性部件(120)，其中所述磁性部件(120)仅包括四个第一磁体(104P、104N)和四个第二磁体(105P、105N)，以便使得能够由霍尔效应传感器(107)进行所述部件(108)的旋转的检测。
6.根据前述权利要求中任一项所述的磁性部件(120)，其中所述磁体(104P、104N，105P、105N)彼此分开一径向角度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁性部件(120)，其被配置为安装在旋转轴(108)上，以便使得能够由霍尔效应传感器(107)进行所述轴(108)的旋转的检测。
8.根据前述权利要求所述的磁性部件(120)，其中所述主体(102)具有围绕其轴线(Δ)的中心孔(106)，该中心孔(106)配置为接收所述旋转轴(108)。
9.一种电气组件，包括：
-具有旋转轴(108)的旋转电机(5)；
-根据前述权利要求中任一项所述的、安装在所述旋转轴(108)上的至少一个磁性部件(120)；
-至少一个霍尔效应传感器(107)，配置为基于由所述磁性部件(120)发射的磁场来检测所述旋转轴(108)的旋转。
10.根据前述权利要求所述的电气组件，其中所述磁性部件(120)沿着所述电机(5)的旋转轴线(Δ)被安装在第一轴向位置处，以及所述霍尔效应传感器(107)沿着所述旋转轴线(Δ)被安装在与所述第一轴向位置不同的第二轴向位置处，以便面对所述磁性部件(120)的至少一部分，从而检测所述旋转轴(108)的旋转。
11.根据权利要求9或10所述的电气组件，其中所述磁性部件(120)和所述霍尔效应传感器(107)之间的距离在2.1至3.3毫米的范围内。
12.一种特别用于机动车辆的电动增压器(1)，包括：
-根据权利要求9至11中任一项所述的电气组件；
-配置为由所述电气组件的电机(5)驱动的气体压缩轮(10)；
-包括所述霍尔效应传感器(107)的电子系统(2)。
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