CN107645223A - 电机总成 - Google Patents

Abstract

一种电机总成，包括电机转子，以及与所述电机转子沿轴向排布的旋变定子，所述电机转子同时作为旋变转子；所述电机转子具有沿轴向贯通的若干通孔，所述通孔内设有导磁的连接部；所述旋变定子上设有激励线圈和感应线圈，所述激励线圈、感应线圈、连接部形成磁路；经过不同所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻。本方案可以将电机转子同时作为旋变转子，取消了传统旋转变压器中的旋变转子，从而能够减小电机与旋转变压器的安装结构的体积。

Description

电机总成

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种电机总成。

背景技术

旋转变压器(简称旋变)是一种输出电压与电机转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。

旋变包括旋变定子和旋变转子两大部分，当用于检测电机转子的位置时，旋变转子连接于电机转子，旋变定子则连接于固定结构上。

在汽车中，旋变一般安装于电机的轴向一端。现有结构多采用大电机、小旋变的布置方式，即电机的体积大、旋变的体积相对较小，旋变转子与电机转子轴向连接。为了防止旋变受到电机磁场的干扰，旋变转子在轴向端部与电机转子的接合面上需要设置一个屏蔽结构，那么安装完成后整个机构的轴向尺寸会比较大。

另外，对于外转子电机而言，相对于内转子电机，外转子电机的电机转子直径要大一些，而由于电机转子需要与旋变转子连接，那么旋变转子的直径也将变大，导致整个旋变的体积增大。但是，体积越大，旋变的造价越高、且占用的空间越大。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电机总成，能够减小旋转变压器的体积。

为解决上述问题，本发明提供一种电机总成，包括电机转子，以及与所述电机转子沿轴向排布的旋变定子，所述电机转子同时作为旋变转子；所述电机转子具有沿轴向贯通的若干通孔，所述通孔内设有导磁的连接部；所述旋变定子上设有激励线圈和感应线圈，所述激励线圈、感应线圈、连接部形成磁路；经过不同所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻。

可选的，在下列参数中，各个所述连接部之间至少有一个参数不同，并通过所述参数来使得经过各个所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻：所述连接部沿所述电机转子轴向的厚度；所述连接部沿垂直于所述电机转子轴向方向的横截面大小；所述连接部与所述电机转子的面向旋变定子的轴向端部之间的距离；所述连接部与所述电机转子的中心轴之间的距离；所述连接部的导磁率。

可选的，所述若干通孔分为若干组，每组的所述通孔位于与所述电机转子同轴的圆周上。

可选的，所述激励线圈、所述感应线圈位于与所述电机转子同轴的圆周上。

可选的，所述激励线圈、所述感应线圈分别具有多个且沿所在圆周的周向排布；所述激励线圈与一个或多个所述感应线圈对应。

可选的，所述旋变定子为圆形或圆弧段，且与所述电机转子同轴。

可选的，所述旋变定子的外径小于所述电机转子的外径。

可选的，所述电机转子包括多个导磁片，所述多个导磁片沿轴向层叠，所述连接部为其中若干所述导磁片的一部分。

可选的，所述导磁片为硅钢片。

可选的，所述连接部将所在通孔分为相互隔离的两部分；或者，沿垂直于所述电机转子的轴向方向，所述连接部的横截面积小于所述通孔的横截面面积。

可选的，所述旋变定子包括PCB板，所述激励线圈、所述感应线圈通过埋设于所述PCB板中的若干层电路板形成。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

将电机转子与旋变定子沿轴向排布，在电机转子中开设轴向贯通的通孔，并在通孔中设置导磁的连接部，旋变定子的激励线圈、电机转子、感应线圈形成磁路，经过各个所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻。

激励线圈产生的磁场能够自动寻找磁阻最小的磁路。当电机转子处于不同的转角位置时，其选择的磁路将各不相同。由于不同磁路的磁阻不同，感应线圈接收到的磁通量也不相同。那么，变化的磁通量使得感应线圈中产生感应电动势，并最终通过该感应电动势的变化来判断电机转子的转角。

通过上述方式，可以将电机转子同时作为旋变转子，取消了传统旋转变压器中的旋变转子，从而能够减小电机与旋转变压器的安装结构的体积。

附图说明

图1是本发明实施例的电机总成的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的电机总成中电机转子的立体结构示意图；

图3是本发明实施例的电机总成中电机转子的剖视图；

图4是本发明实施例的电机总成中旋变定子的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种电机总成，参照图1所示，该电机总成包括电机转子10、与电机转子10同轴且内外相互套设的电机定子(图中未示出)，以及与电机转子10沿轴向排布的旋变定子20，电机转子10同时作为旋变转子。

参照图1并结合图2、图3所示，电机转子10具有沿轴向贯通的若干通孔11(图1中示出了部分通孔)，通孔11内设有导磁的连接部12(图3)。

其中，连接部12可以有两种不同的设置方式。(1)连接部12将所在通孔11分为相互隔离的两部分，从电机转子10的横截面(即垂直于电机转子10的轴向截面)上看，连接部12填满所在通孔11。(2)沿垂直于所述电机转子的轴向方向，所述连接部的横截面积小于所述通孔的横截面面积。

电机转子10与旋变定子20沿轴向排布，旋变定子20上设有激励线圈21和感应线圈22。激励线圈21用于产生磁场，并在激励线圈21、电机转子10感应线圈22中形成磁路。即磁信号从激励线圈21中发出，并通过电机转子10后到达感应线圈22。其中，经过各个连接部12的磁路具有不同的磁阻。

其中，激励线圈21与一个或多个感应线圈22对应。也就是说，与同一激励线圈21对应的感应线圈22的数量可以是一个或者多个，本实施例中为两个。

磁路的传导与电路类似，会走磁阻相对最小的路径，但是对于阻抗稍大的路径，磁通量虽减少，但仍然有磁通量通过。本实施例通过设计位于电机转子10中连接部12的结构，使得通过各个连接部12的磁路具有唯一且互不相同的磁阻。但是，考虑到电机内部的电磁干扰及涡流损耗的影响，为了增加磁通量的绝对值精度，本实施例使用两个感应线圈22对应两个相近而磁阻不同的磁路，以两个感应线圈22接收到的磁通量的相对值来确定转子所对应的位置。

需要注意的是，在一个检测周期内，激励线圈21产生的磁场应当是稳定不变的。

旋变定子20中，激励线圈21与电源电气连接，工作时由电源向激励线圈21通入交变电流，根据电磁感应原理由该交变电场产生稳定的磁场，即激励线圈21产生的磁场不变。磁信号(也可以理解为磁力线)经由电机转子10后反馈至感应线圈22。根据电磁感应原理，如果感应线圈22接收到的磁通量有所变化，则在感应线圈22中会产生感应电动势，通过该感应电动势，可以计算得到电机转子10的转角。

本实施例中，通过对通孔11和连接部12的设计，使得经过不同连接部12的磁路具有不同的磁阻。而当磁信号进入电机转子10后，磁信号会自动选择最近的路径以反馈至感应线圈22。那么，当电机转子10转动至不同转角的位置时，磁信号所选择的路径将有所不同，从而形成不同的磁路。由于不同磁路的磁阻不一样，那么磁信号经过不同磁路反馈至感应线圈22时，感应线圈22接收到的磁通量会有所变化，从而能够在感应线圈22中引起感应电动势。

需要注意的是，磁信号进入电机转子10后，磁力线分为两部分，经由连接部12反馈至感应线圈22的为第一部分磁力线，经由电机转子10的其他位置反馈至感应线圈22的为第二部分磁力线。当电机转子10转动时，对于第二部分磁力线来说，反馈至感应线圈22的磁通量是恒定、无变化的。而在感应线圈22中，只有变化的磁通量才能够引起感应电动势，因此对于第二部分磁力线对于感应电动势没有贡献，不予考虑，只需要考虑第一部分磁力线的磁通量的变化即可。

下面举例说明。

假设在单位时间内，当电机转子10从第一转角θ1转动至第二转角θ2，电机转子10转过的角度Δθ＝θ1-θ2。

当电机转子10处于第一转角θ1时，磁力线经由该位置下的最短路径中连接部12，到达感应线圈22时，该最短路径所对应磁路的磁阻为R1，磁通量为Φ1；

当电机转子10处于第二转角θ2时，磁力线经由该位置下的最短路径中连接部12，到达感应线圈22时，该最短路径所对应磁路的磁阻为R2，磁通量为Φ2。

由此可以计算得到，当电机转子10从第一转角θ1转动至第二转角θ2时，感应线圈22收到的磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ1-Φ2。根据ΔΦ则可以计算得到感应电动势的大小，从而根据感应电动势的大小可以通过计算出电机转子10转过的角度Δθ的大小。

由此，只要定义电机转子10的初始转角，就可以通过电动势的大小来判断电机转子10相对于初始转角的相位差。由于电机转子10与旋变定子20的激励线圈21、感应线圈22之间的轴向位置不变，因此，对于电机转子10的每一个转角位置，磁信号所选择的最短路径即磁路是确定的，即第一部分磁信号所经过的连接部12也是确定的，磁信号经由每一磁路反馈至感应线圈22时的磁通量也是确定的。相应的，每一转角位置相对于初始转角的磁通量的变化量也是唯一确定的。由此，可以根据感应电动势反推出磁通量的变化量，从而计算出电机转子10的相位。

进一步，对电机转子10作如下设置：在下列参数中，各个连接部12之间至少有一个参数不同，并通过参数来使得经过各个连接部12的磁路具有不同的磁阻：

(1)连接部12沿电机转子10轴向的厚度；

(2)连接部12沿垂直于电机转子10轴向方向的横截面大小；

(3)连接部12与电机转子10的面向旋变定子20的轴向端部之间的距离；

(4)连接部12与电机转子10的中心轴之间的距离；

(5)连接部12的导磁率。

任意两个连接部12之间，在上述几个参数中，至少有一个参数不同，使得经过各个连接部12的磁路具有不同的磁阻。

其中，对于参数(1)、(2)来说，其影响的是磁信号通过的横截面面积，如果这两个参数不同，则磁阻不同。连接部12沿电机转子10轴向的厚度越大、或者连接部12沿垂直于电机转子10轴向方向的横截面越大，则磁信号通过的横截面面积越大，磁阻越小、单位时间通过的磁通量越大，反之磁阻越大、单位时间通过的磁通量越小。

对于参数(3)、(4)来说，其影响的是磁路的长短，如果磁路长短不同，则磁阻不同。连接部12与电机转子10的面向旋变定子20的轴向端部之间的距离越大，则磁路越长，相应地磁阻越大、单位时间通过的磁通量越小，反之则磁阻越小、单位时间通过的磁通量越大。

对于参数(5)来说，应当理解，导磁率不同，则磁阻不同。导磁率越大，则磁阻越小、单位时间通过的磁通量越大，反之磁阻越大、单位时间通过的磁通量越小。

如果考虑参数(5)，则连接部12的材料与电机转子10的材料可以不相同；如果不考虑参数(5)，则连接部12的材料与电机转子10的材料可以相同。本实施例中，连接部12的材料与电机转子10的材料可以相同。

具体地，电机转子10包括多个硅钢片，多个硅钢片沿轴向层叠，连接部12为其中若干硅钢片的一部分。也就是说，电机转子10可以由多个硅钢片沿轴向层叠而成，并通过各个硅钢片的形状，来形成通孔11和连接部12。

理论上，通孔11的排布方式、激励线圈21和感应线圈22与电机转子10的中心轴之间的距离均可以不作限定。

但是，通孔11的排布方式、连接部12在通孔11内的深度、连接部12的尺寸，激励线圈21和感应线圈22与电机转子10的中心轴之间的距离等参数都有可能影响电机转子10的转角的运算规则。为了简化运算规则，优选的，若干通孔11采用一种规律的排布方式，例如沿电机转子10的周向均匀排布；激励线圈21和感应线圈22与电机转子10的中心轴之间的距离设置为相等，且位于与电机转子10同轴的圆周上。也就是说，通孔11所处的圆周与激励线圈21和感应线圈22所处的圆周同轴，但轴向具有间隔。

进一步，旋变定子20可以为圆形或圆弧段，且与电机转子10同轴设置，激励线圈21和感应线圈22则沿旋变定子20的周向排布。

其中，激励线圈21、感应线圈22可以分别设置多个，且排布于同一圆周上，激励线圈21和感应线圈22一一对应。对应激励线圈21、感应线圈22构成一组，在单位时间内当电机转子10转过一定角度后，每个感应线圈22根据磁通量的变化得到一个感应电动势，旋变定子20可以将各个感应线圈22得到的感应电动势的平均值作为用于计算电机转子10的转动角度的计算基准值。

本实施例中，如图4所述，旋变定子20为圆弧段，激励线圈21、感应线圈22分别为一个且沿旋变定子20的周向排布。

应当理解，为了减小整个机构的体积，旋变定子20的外径可以小于电机转子10的外径。

在其他实施例中，旋变定子20也可以是其他形状，不限于圆形或者圆弧段。

进一步，如图4，旋变定子20包括PCB板(图中未标注)，激励线圈21、感应线圈22通过埋设于PCB板中的若干层电路板形成。其中，PCB板中还可以集成用于计算电机转子10的转角的算法。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电机总成，其特征在于：包括电机转子，以及与所述电机转子沿轴向排布的旋变定子，所述电机转子同时作为旋变转子；

所述电机转子具有沿轴向贯通的若干通孔，所述通孔内设有导磁的连接部；

所述旋变定子上设有激励线圈和感应线圈，所述激励线圈、感应线圈、连接部形成磁路；

经过不同所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻。

2.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，在下列参数中，各个所述连接部之间至少有一个参数不同，并通过所述参数来使得经过各个所述连接部的所述磁路具有不同的磁阻：

所述连接部沿所述电机转子轴向的厚度；

所述连接部沿垂直于所述电机转子轴向方向的横截面大小；

所述连接部与所述电机转子的面向旋变定子的轴向端部之间的距离；

所述连接部与所述电机转子的中心轴之间的距离；

所述连接部的导磁率。

3.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述若干通孔分为若干组，每组的所述通孔位于与所述电机转子同轴的圆周上。

4.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述激励线圈、所述感应线圈位于与所述电机转子同轴的圆周上。

5.如权利要求4所述的电机总成，其特征在于，所述激励线圈、所述感应线圈分别具有多个且沿所在圆周的周向排布；

所述激励线圈与一个或多个所述感应线圈对应。

6.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述旋变定子为圆形或圆弧段，且与所述电机转子同轴。

7.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述旋变定子的外径小于所述电机转子的外径。

8.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述电机转子包括多个导磁片，所述多个导磁片沿轴向层叠，所述连接部为其中若干所述导磁片的一部分。

9.如权利要求8所述的电机总成，其特征在于，所述导磁片为硅钢片。

10.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述连接部将所在通孔分为相互隔离的两部分；或者，

沿垂直于所述电机转子的轴向方向，所述连接部的横截面积小于所述通孔的横截面面积。

11.如权利要求1所述的电机总成，其特征在于，所述旋变定子包括PCB板，所述激励线圈、所述感应线圈通过埋设于所述PCB板中的若干层电路板形成。