CN108134485A - 具有一体式磁位置传感器的旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有转子(150)的角位置的一体式磁传感器(101)的旋转电机(100)。该传感器包括旋转部分(108)，旋转部分(108)具有在机器的后部处固定于旋转轴(160)的端部(160b)的磁体(102)，并且面向固定部分(103)，固定部分包括霍尔效应传感器并且安装在连接到机器的框架的固定支承件(106)上。机器包括轴承(104)，轴承定心于轴线(X)上，从而将传感器的旋转部分和固定部分分开。固定于轴并固定于传感器的固定部分的金属支承件并且优选地与旋转部分接触的该轴承构成接近于传感器的新的机械参考。本发明独立于轴会受到的机械的和磁性的干扰而提供精确且鲁棒的位置信息。

Description

具有一体式磁位置传感器的旋转电机
技术领域
本发明涉及旋转电机的领域，具体地涉及旋转电机的转子的角位置的测量。
本发明更具体地涉及包括集成磁位置传感器的同步磁阻旋转电机。
背景技术
旋转电机通常包括固定部分、即定子以及旋转可动的部分，即转子，它们相对彼此同轴设置。转子通常容纳在定子内部，定子承载产生用于驱动转子旋转的磁场的电绕组。转子通常由一堆叠层组成的主体构成并放置在旋转轴上。这些叠层在转子的周界处包括形成磁极的绕组或永磁体。磁体可能在转子的表面上可见或完全集成在转子内部。
关于转子位置的精确信息对于控制这些机器而言是必不可少的，尤其是在高速度下。图1示出操作的原理以及电机4、控制机器扭矩的算法3以及由电压Um、电流Im和机器转子位置pm的传感器获得的信息2之间的关系。关于机器4的转子的位置pm的精确信息通常由算法3用于机器扭矩的矢量控制。这通常称为矢量控制，因为为了使机器4产生目标应用所需的扭矩，所以在其中循环的电流必须保持同相并与转子的位置同步。为了实现这一点，集成到控制机器的逆变器中的、机器的微控制器1通过向机器4的端子施加电压Ua来控制机器，那些电压由扭矩控制算法3提供。
已知用于获得旋转电机的转子的角位置的各种方式。第一种方式在于完全通过软件估算该位置，第二种方式在于使用位置传感器确定该位置。使用位置传感器提供更精确的信息。一些旋转电机，例如包括很少磁体的同步磁阻机器，需要关于转子位置的非常精确的信息。考虑到一个电度等于一个机械度乘以极对数，测量通常必须精确到小于一个电度，尤其是在高速下。更通常地，最高的可能的精确度通常旨在实现对机器的鲁棒(稳固)且可靠的控制。
可以使用许多已知类型的位置传感器，包括通常提供精确测量但昂贵的“解析器”型传感器，并且可能需要适应逆变器的控制方式。可以使用其它类型的传感器，诸如成本较低的磁传感器或增量传感器。
本发明涉及包括用于确定转子的角位置的磁位置传感器的旋转电机。
图2示出标准的磁位置传感器，其工作原理与根据本发明的机器中使用的原理相同。位置传感器10包括两部分：包括磁体的旋转部分11，该部分11的旋转运动由箭头示出；以及包括多个霍尔效应磁传感器的固定部分12。旋转部分固定在机器的转子的轴上，磁体通常集成在轴上。固定部分12的霍尔效应磁传感器检测由随着轴旋转的磁体产生的旋转磁场的幅值，这使得可以产生给出磁体位置的输出信号，从而产生转子的角位置。电缆13用于发送由位置传感器10产生的电信号。这种传感器由DC(直流)电压、例如5伏特±5％的DC(直流)电压Vdd供电。传感器产生两个输出信号：转子角位置的正弦和余弦。这些信号VA和VB通常是正弦形式并被偏移90°。因此，为了控制电机，这两个信号在用于控制机器的微控制器中被使用和调节。
固定在轴上的磁体和固定部分的磁传感器之间的径向距离会大大影响输出信号的幅值和测量的精确性。
上述位置传感器拓扑具有以下若干优点：
-与传感器可以产生的位置测量的精确性相关的低成本；
-根据标准EN 60529的高“IP”保护指数，通常为保护指数IP67；
-安装方便。
另一方面，这种位置传感器对于旋转部分的磁体相对于包括磁传感器的固定部分的径向和轴向运动非常敏感。轴向运动是指在由轴线(X)限定的方向上的运动，转子的轴围绕该轴线旋转，而径向运动是指垂直于轴线(X)的运动。这些运动可以由例如累积的机械公差、热效应(例如铁的膨胀)、磁体支承件的机械公差(轴中孔的运动)产生。累积的机械公差与位置传感器和常规采用的机械参考之间的中间部分(支撑旋转轴的轴承)的存在，特别是旋转的中间部分(诸如安装在轴上以冷却机器的风扇)的存在有关。在位置传感器和支撑旋转轴的轴承(在机器的后端)之间的任何中间部分使得难以对各种机械部件(特别是位置传感器)保持严格的累积公差。现在，严格的公差对于通过磁位置传感器保证转子的精确测量非常重要。
此外，输出信号，特别是信号的(峰到峰)幅值可能受到机器的感应出来的磁场和安装有磁体的轴的磁化的干扰。磁体的支承件通常是非磁性的，这使得一方面可以保护磁体免受来自定子的磁场线的影响，另一方面可以保持磁体的磁场的集中。然而，通常总是存在不能由支承件过滤的泄漏磁场线，特别是在高电流的情况下。如果轴被磁化，则存在位置传感器的磁体随时间变得退磁的风险，并且也可能在定子中产生磁场线，然后所有的这些都会干扰磁位置传感器的操作，从而影响测量。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点并提供具有转子的角位置的集成传感器的旋转电机，其能够独立于易于发生在马达的轴上的机械的和/或磁性的干扰，提供关于转子的位置的鲁棒且精确的信息。
具体地，本发明目的在于在确保位置传感器的容易集成和/或关于所述传感器密封的高水平、典型地根据标准EN 60529的保护指数IP67的防护的同时，提供关于转子位置此类的信息，以便与关于电机的密封的要求和/或用于转子的位置的测量的有限且节约的成本相配。
因此，为实现上述目标中的至少一个，特别地，本发明提出旋转电机，该旋转电机包括：
-定子，其设置在框架中，所述定子包括绕组；
-转子，其包括固定于旋转轴的主体，该旋转轴可旋转地安装在定子中，并且围绕轴线(X)旋转；
-第一轴承，其支撑旋转轴的驱动负载的端部；
-第二轴承，其支撑旋转轴的与驱动负载的端部相对的端部；
-前凸缘，其设置在框架的第一端部处，并且在其中间部分包括第一壳体以接纳第一轴承；
-后凸缘，其设置在与第一端部相对的框架的第二端部处，并且在其中间部分包括第二壳体以接纳所述第二轴承；
前凸缘和后凸缘各自具有内表面和外表面；
-磁位置传感器，其用于在轴的旋转期间测量转子的角位置，位置传感器包括：
-旋转部分，其包括固定于与驱动负载的端部相对的旋转轴的端部的磁体，以便限制成在轴的旋转期间与旋转轴一起旋转；
-固定部分，其包括霍尔效应传感器和用于传送传感器的输出信号的装置，所述固定部分面对旋转部分并且安装在连接到机器的框架的固定金属支承件上；
位置传感器的旋转部分和固定部分由定心在轴线(X)上的第三轴承分开，第三轴承一方面固定在与驱动负载的端部相对的旋转轴的端部上，另一方面固定在形成在金属支承件中的开口的壁上，开口适于允许包括传感器的旋转部分在内的旋转轴的端部穿过。
根据本发明的一个实施例，第三轴承与位置传感器的旋转部分接触。
根据一个实施例，位置传感器的旋转部分包括容纳在空腔中的插件，空腔形成在与驱动负载的端部相对的旋转轴的端部处，空腔包括朝向机器的外部的开口，插件与位置传感器磁体一起设置在空腔的开口的该侧上。
位置传感器的旋转部分的插件优选地由非磁性(无磁)材料，优选为非磁性钢或黄铜制成。
第三轴承优选地由铁磁性材料、优选为铁磁性钢制成。
第三轴承可以是具有滚动元件(优选为滚珠)的类型，并且优选地包括固定于金属支承件的开口的壁的外圈，以及固定于与驱动负载的端部相对的旋转轴的端部的内圈，第三轴承与传感器的旋转部分接触。
传感器的固定部分的固定金属支承件优选地具有面向后凸缘的内表面和朝着机器的外部定向的外表面，外表面包括在金属支承件的开口的周界处的平面，所述平面与位置传感器的固定部分接触。
根据一个实施例，该机器进一步包括冷却系统，冷却系统包括用于冷却框架和前凸缘和后凸缘的外部冷却装置，外部冷却装置包括外部风扇，外部风扇固定在旋转轴上并且设置在后凸缘的外表面和第三轴承之间，以便在前凸缘的方向上沿框架引导外部空气。
框架有利地具有外表面，外表面包括基本上沿平行于旋转轴的轴线(X)的轴线延长的一组冷却翅片，并且后凸缘有利地具有连接到圆柱形周界部分的呈环的形式的中心部分、和至少一个开口，该开口设置在后凸缘的中心部分和周界部分之间，以将外部空气从外部风扇引入通道，该通道由框架的外表面上的该组冷却翅片形成。
外部风扇优选地包括在后凸缘的外表面和第三轴承之间安装在旋转轴上的外部空气叶轮，并且用于位置传感器的固定金属支承件通过固定于覆盖外部风扇的保护板而连接到框架，保护板包括用于外部空气的进入的孔口，并且固定于后凸缘的周界部分。
框架和前凸缘和后凸缘优选地形成密封壳体，并且冷却系统优选地进一步包括设置在框架内部的一对内部风扇，以在转子旋转时产生框架内部的空气的流动，每个风扇在转子的主体和轴承之间固定地安装在旋转轴上，并且前凸缘和后凸缘中的每个的内表面包括翅片，翅片布置在凸缘的第一和第二壳体的周界部分上，以定向空气流，并捕获空气流的热量。
与机器集成的磁位置传感器优选地具有根据欧洲标准EN 60529的保护指数IP67。
根据本发明的电机优选地具有20kW和75kW(含20kW和75kW)之间的额定功率。
根据本发明的电机优选地为同步磁阻类型。
通过阅读以下以非限制性示例的方式提出的本发明的特定实施例的描述，并且参考下面描述的附图，本发明的其他目的和优点将显而易见。
附图说明
图1已如上面描述示出关于用于电机中的马达控制的转子位置的信息的使用的理论图。
图2已如上面所述是可用于根据本发明的电机中的与位置传感器相同类型的标准磁位置传感器的一个示例的立体图。
图3是根据本发明的一个实施例的电机的后面部分的剖切立体图。
图4是根据本发明的相同实施例的电机的前面部分的剖切立体图。
图5是根据本发明的相同实施例的电机的纵切面的视图。
图6是来自图4的详细视图，该图集中于将转子位置传感器集成到根据本发明的电机中。
图7是来自图3的详细视图，该图集中于将转子位置传感器集成到根据本发明的电机中。
在附图中，相同的参考标号指代相同的或类似的元件。
具体实施方式
本发明的主题涉及具有用于感测转子的角位置的集成磁传感器的旋转电机。
图3至图7是根据本发明的一个实施例的旋转电机的各种剖视图，旋转电机可以用作电动或混合动力车辆中的牵引电动马达。
如图3至图7中所示的马达是同步磁阻马达，例如也被称为同步-顽抗马达，具有35kW的连续额定功率和52kW的瞬时(峰值)额定功率，并且能够利用350V的DC(直流)总线上的电源电压操作。
虽然本发明有利地应用于同步磁阻电机，但是本发明不限于电机拓扑结构，并且更广泛地涉及任何类型的电机，特别是额定功率在20kW和180kW(含20kW和180kW)之间的电机。更具体而言，在图3至图7中所示的电机通常可以具有20和75kW(含75kW)之间的额定功率，该电机包括专门的冷却系统，该冷却系统特别包括通过与空气通风进行冷却的外部(框架和凸缘)冷却。高于75kW的电机优选地包括其它外部冷却装置，例如用于通过液体的循环进行冷却。
电动马达100包括框架130，框架130在一端由前凸缘110封闭，另一端由后凸缘120封闭。具有绕组的定子190和电动马达的转子150容纳在框架130内。在其内完成连接的接线盒(在附图中无附图标记)被固定到框架130，特别是在马达前部处封闭框架的凸缘110的水平面处。框架130和凸缘110和120由金属制成，例如铝或铁。未被示出，框架可以与凸缘中的一个形成为一体，或者每个凸缘可以与框架的一部分形成单体式部件，然后将两个部件接合在一起，以形成容纳定子和转子的壳体。
转子150包括固定到可旋转地安装在定子中的旋转轴160的主体。旋转轴160围绕轴线(X)旋转，由前凸缘110和后凸缘120承载：前凸缘110支撑驱动负载的旋转轴160的端部160a，并且后凸缘120支撑与驱动负载的端部相对的、旋转轴160的端部160b。
在说明书的其余部分中，机器的前部是指由转子的旋转轴所驱动的负载的机器的一侧，机器的后部指的是相对侧。
更具体而言，前凸缘110和后凸缘120各自具有朝着机器内部定向的内表面111、121、朝着机器外部定向的外表面112、122、以及定位在内表面111、121的中间部分中以接纳轴承171、172的壳体116a、126a。轴承171和172(例如，球轴承)分别支撑驱动负载的旋转轴160的端部160a以及与驱动负载的端部相对的旋转轴的端部160b。
根据本发明，电机包括用于在轴的旋转期间测量转子的角位置的磁位置传感器101。在图6和图7中，特别清楚地看出位置传感器101及其与电机的集成，图6和图7分别是如图4和图3所示的机器后面部分的细节。
位置传感器包括：
-旋转部分108，其包括固定到旋转轴160的端部160b的磁体102，以便被限制为与轴一起旋转；
-固定部分103，其包括霍尔效应传感器和用于传送传感器109的输出信号的装置。固定部分103面向旋转部分108，并且安装在连接到机器100的框架130的固定金属支承件106上。通常，霍尔效应传感器可以在360度机械角度上规则地分布。例如，如果固定部分103包括三个霍尔效应传感器，则霍尔效应传感器相隔120度定位。
根据本发明，位置传感器101的旋转部分108和固定部分103由轴承104分开。轴承104定心于轴的旋转轴线X上。轴承104一方面固定到轴160的端部160b上，另一方面固定到形成在金属支承件106中的开口的壁上，所述开口适于穿过承载有传感器的旋转部分的旋转轴160的端部。
轴承104优选地与传感器的旋转部分接触，这提高了该特定组件的机械鲁棒性和机械精度。
根据本发明，轴承104构成可以安装在轴上的部件的新的机械参考，代替了通常的参考即轴承172，特别是用于位置传感器的部件。由于它邻近轴位置传感器，因此新的参考可以确保位置传感器的径向和轴向位置的低公差(更高的精确度)以及磁体和传感器之间的恒定且精确的距离。因此，由轴承104和位置传感器形成的组件能够对由传感器101所测量的转子的位置提供鲁棒且精确的信息，而不受任何可能干涉的机械干扰，例如由于存在安装在轴上的其它机械部件、诸如下文所述的外部风扇产生的干扰。
轴承104和位置传感器101的配置也具有闭合磁场线感应的作用，如果轴由铁磁材料制成，则磁场线可以通过轴的磁化来形成。因此，传感器的磁体与由转子的磁化所感应出的任何磁性干扰隔离，这否则将损害转子位置的测量。因此，本发明限制了位置传感器随时间退磁的风险。
旋转轴的位置通过检测与固定在轴160上的磁体102的旋转相关的磁场变化来测量。霍尔效应装置类型的磁位置传感器的工作原理是本领域技术人员所熟知的，在这里不再描述。传感器的输出信号通过装置(通常是电缆)发送到集成到控制马达的逆变器中的微控制器，该装置用于传送传感器109的输出信号。
根据与密封相关的欧洲标准EN 60529，磁性位置传感器101优选地具有IP 67的保护指数。该指数IP将设备对固体和液体的侵入提供的保护水平分类。由标准IEC 60529给出的指数的格式为“IP”后跟两位数字和/或一个字母。第一位数字涉及防尘保护，并且第二位数字涉及防止水入侵的保护。具有指数IP 67的物体完全可以防止灰尘和临时浸入(高达1米)的影响，如果在规定的压力和时间的条件下将设备沉浸于水中(浸没高达1m)，则水的渗透不可能达到有害的量。
传感器101的旋转部分108优选地包括装有磁体102的插件105。插件105容纳在形成在轴160的端部160b处的空腔107中。空腔107包括朝向机器外部的开口。磁体102在该开口的这侧上定位在插件105中。可以通过对轴的端部160b钻孔来产生这种空腔。插件105例如通过螺纹固定到轴160。
位置传感器101的旋转部分108的插件105优选地由非磁性材料、例如非磁性钢或黄铜制成。该组分有助于保护磁体免受来自定子的磁场线的影响，并且保持针对磁体的磁场的集中。
轴承104优选地由铁磁材料、例如铁磁钢制成。因此能够封闭泄漏场线。
轴承有利的是具有滚动构件(通常是滚珠，虽然同样也可以是辊)的类型。因此，轴承可以包括固定到金属支承件106的中心开口的壁的外圈和固定到轴160的端部160b的内圈，并且该内圈与传感器的旋转部分108接触，特别是与空腔107外部的插件105的一部分接触。
传感器101的固定部分103的固定金属支承件106具有面向后凸缘120的内表面和朝向机器外部的外表面。支承件106的外表面在金属支承件中的开口的周界处具有平面106a，该平面与位置传感器的固定部分103接触。更具体而言，金属支承件106的外表面包括接纳传感器的固定部分103的环形壳体，所述环形壳体包括平面106a，平面106a位于用于轴的端部的开口的周界处，该轴包括位置传感器的磁体。固定金属支承件106可以采取如图3至图7所示的盘的形式，或者是任何其他形状。
本发明有利地应用于包括冷却系统的电机，该冷却系统包括用于冷却框架和前后凸缘的外部冷却装置，特别是位于机器后部并安装在旋转轴上的外部风扇。
根据图3至图7所示的本发明的实施例，外部冷却装置包括固定在旋转轴160上并设置在后凸缘120的外表面122和位置传感器的轴承104之间的外部风扇140，以便在前凸缘110的方向上沿框架130引导外部空气。
根据本发明的机器中轴承104的存在提供了一种新的机械参考，轴承104定位在风扇140(沿轴线X朝向机器的外部)之后，即在风扇140和位置传感器101之间。因此，位置传感器附近的这种新的机械参考使得可以具有关于位置传感器的径向和轴向位置的低公差以及磁体和传感器之间的恒定且精确的距离。这种配置有利于传感器的免于干扰(也就是说显著地包括很少的谐波)的精确的输出信号，因此易于利用。
根据图3至图7所示的本发明的实施例，框架130具有包括一组细长的冷却翅片131的外表面，冷却翅片131基本上沿平行于旋转轴160的轴线X的轴线延伸。后凸缘120包括连接到圆柱形周界部分128b的呈环的形式的中心部分128a和在后凸缘120的所述中心部分128a和所述周界部分128b之间的至少一个开口127，以将来自外部风扇140的外部空气引导到由位于框架130的外表面上的一组冷却翅片131形成的通道中。
外部风扇140优选地包括在后凸缘120的外表面122和位置传感器的轴承104之间安装在旋转轴160上的外部空气推动器(空气叶轮)。
保护板129定位在马达的后部，覆盖外部风扇140。保护板129固定到后凸缘120的周界部分128b上。保护板129包括孔口129a，用于使由风扇140的叶轮吸入的外部空气的进入。
用于位置传感器101的固定金属支承件106例如通过将其固定到保护板129而连接到框架。
本发明同样可以应用于包括外部冷却装置的电机，该外部冷却装置包括用于冷却框架和前后凸缘的冷却液回路。
根据本发明的用于冷却电机的系统优选地进一步包括两个内部风扇181、182，两个内部风扇在转子的两个端部处固定地安装在转子150的轴160上，各自面向包括翅片113、123的凸缘110、120的内表面，这些翅片适于定向由内部风扇产生的空气流并且捕获其热量。
在这种情况下，具有包括一对内部风扇的这种集成冷却系统的电机是封闭的旋转电机。下面给出包括内部冷却系统的特定实施例的详细描述。
封闭型电机是指其转子和定子封装在也可称为外壳的密封框架中的电机。
在图3至图7所示的本发明的实施例中，容纳电机的转子和定子的框架通过两个凸缘110和120以密封方式封闭。前凸缘110和后凸缘120实际上包括用于以密封方式封闭框架130的密封装置。
前凸缘110包括呈环的形式的中心部分118a和为圆柱形状的周界部分118b。面向框架130的内部的内表面111包括定位在内表面的中间部分中用于接纳轴承171的壳体116a。壳体116a在其中心处具有用于使转子的旋转轴160穿过的孔口。密封件设置在用于轴160的孔口的水平处，并且设置在用于与框架130接触的周界部分118b的周界上。凸缘110的周界部分118b还包括用于将前凸缘110固定到框架130的固定点。
前凸缘110的内表面111包括布置在轴承171的壳体116a的周界上的一组翅片113。如下文所述，这些翅片113的功能是定向由内部风扇181(该内部风扇放置在轴承171和转子150之间)的旋转产生的空气流，并且捕获该空气流的热量。前凸缘110的内表面111例如承载十二个翅片113。
翅片113优选地围绕壳体116a规则地分布。翅片和凸缘的主体优选地形成单个(单块)实体，该单个(单块)实体例如使用模具制造而成。翅片有利地具有使得它们有助于内部空气的特定循环的形状，这种循环有效地冷却机器的绕组头部和旋转部分。每个翅片优选为平面并且具有梯形的大致形状，其基部(平行的相对两侧)与轴线(X)正交，并且其与壳体116a相对的侧部不是直的而是弯曲的，具有凹度(相对于径向上与翅片一致(在一直线上)的凸缘的周界118b处的点)。翅片边缘的凹度使得可以在确保最佳的空气流以有效冷却的同时提供与绕组头部的最佳接近度。翅片的描述是基于在凸缘的表面处可见的部分(并且基于凸缘的截面)。在剖过翅片的纵切面中，后者具有直角梯形的大致形状，与基部形成直角的翅片的侧部构成壳体116的壁。内部翅片具有鸟翼形状，可以说是其肩胛部分面向凸缘的内表面。翅片的尺寸使得在内部风扇和面向内部风扇的翅片的顶部之间留有最大空间，以便保持与内部风扇的接近度，从而适于在机器的凸缘和内部元件之间留有的空的空间中的空气的良好循环。通过非限制性示例，在装置中的内部风扇和翅片的顶部之间留有4至5mm的空间，该装置包括承载长约20mm的内部翅片的、内径约20cm的凸缘，翅片的长度(或高度)被理解为翅片沿轴线(X)的尺寸。
前凸缘110的周界部分118b可另外在其外表面112上包括散热翅片117。散热翅片117基本上沿平行于转子的轴线(X)的轴线延长(为狭长的)。如果框架130具有包括一组冷却翅片131的外表面，则然后前凸缘110的翅片117延长了由框架130的冷却翅片131所形成的通道。
后凸缘120包括连接到圆柱形周界部分128b的呈环的形式的中心部分128a。如在前凸缘110的情况下，面向框架130的内部的内表面121包括定位在内表面的中间部分中用于接纳轴承172的壳体126a。壳体126a在其中心处具有用于使转子的旋转轴160穿过的孔口。密封件设置在用于轴160的孔口的水平处，并且设置在用于与框架接触的中心部分128b的周界处。后凸缘120的周界部分128b和中心部分128a包括连接件，连接件还包括用于将凸缘固定到框架的固定点。例如，后凸缘包括具有四个固定点(例如，螺孔)的四个连接件。
后凸缘120的内表面121像前凸缘110那样包括一组翅片123，翅片123布置在轴承172的壳体126a的周界处。这些翅片123具有定向由内部风扇182的旋转产生的空气流并且捕获空气流的热量的相同的功能，内部风扇182放置在轴承172和转子150之间。后凸缘120的内表面121例如承载十二个翅片123。
翅片123优选地围绕壳体126a规则地分布。它们的形状和尺寸优选地与上述前凸缘110的内表面111上的翅片113的形状和尺寸相同。
后凸缘120包括在中心部分128a和周界部分128b之间的至少一个开口，用于沿框架130引导来自外部风扇140的外部空气，特别是将空气引导到由位于框架130的外表面上的一组冷却翅片131形成的通道。后凸缘120包括例如这种类型的四个开口。这些开口例如具有圆弧形状，并且均匀分布在凸缘120的中心部分128a的周界。
在框架130的外表面上的冷却翅片131沿基本上平行于转子的轴线(X)的轴线延长(为狭长的)。基本上平行于轴线(X)是指相对于轴线(X)在正或负25°的角度内。这些冷却翅片131的作用是增加框架与空气的交换面积，以增加散热，并且在框架的表面上引导外部空气流，以便覆盖来自一个凸缘到另一个凸缘的框架的整个长度。如果前凸缘110的周界部分还包括散热翅片117，优选地沿与框架130的冷却翅片相同的方向定向的散热翅片117，则产生用于外部空气流动的连续通道，从而改善框架和前凸缘的冷却。
在本说明书中，外部空气是指封闭的旋转电机外部的空气，内部空气是指容纳在封闭的电机中的空气，更为精确地是包封在机器的密封框架中的空气。
电动马达可以进一步包括金属板、优选铝板132，其安装在框架130上并围绕冷却翅片131，以在空气沿框架流动时将空气保持在框架130的外表面和冷却翅片131的附近。在图3至图7所示的马达示例中，金属板132稍微弯曲以便跟随框架外表面的形状。金属板132优选地围绕框架规则地分布；例如八个板被固定到框架上，2×2成组以形成围绕框架间隔开的单元。金属板132安装在框架上，以便留有用于来自外部风扇140的外部空气流动的通道。因此，金属板132可以搁置在后凸缘120的周界部分上。
框架内部的一对内部风扇181、182使得可以在转子旋转时在框架内部产生空气流。通过操作时在内部风扇181和182以及框架130内部的机器的结构元件、特别是凸缘110和120的内表面的结构之间的相互作用可以引起在密封框架内部的空气流。更具体而言，在前、后凸缘110、120的内表面111、121上的翅片113、123适于朝向定子190的绕组头部191径向地引导由每个内部风扇181、182产生的空气流(沿绕旋转轴160的轴线X离心的方向流动)，然后使空气流从绕组头部191朝向凸缘的中心，首先在绕组头部的水平处沿平行于轴线(X)的方向，然后径向地朝向旋转轴(平行于轴线X流动，然后围绕轴线X沿向心方向流动)返回。因此，这种空气的内部循环产生在马达的前侧和后侧上，并且产生在转子150的任一侧上。除了定向内部空气流之外，在凸缘113和123的内表面上的翅片使得可以消散空气流的热量，并因此冷却定子190的绕组头部191以及电机160的轴160和转子150。
在后凸缘120的外表面与轴承104之间定位在马达后部的外部风扇140有助于通过产生外部空气流动来冷却框架130和凸缘，该空气首先被引导径向朝向后凸缘120的外表面的周界，然后平行于旋转轴线X被引导朝向前凸缘110，以便沿框架130的外表面延伸，框架130优选地设置有冷却翅片131并且优选地由金属板132覆盖，金属板132限定框架130的外表面上的空气流。因此，空气优选地基本上沿轴线X进入形成在细长的各翅片之间的通道，其被限制于形成在金属板和框架130的外表面之间的空间。后凸缘120中的开口127有利地允许来自风扇140的外部空气从凸缘的外表面朝向框架130的外表面通过，该框架的外表面优选地设置有冷却翅片131。
外部风扇140大于内部风扇181和182。根据马达的功率和最大转速来选择风扇140的尺寸，以确保最佳冷却。
本发明有利地应用于同步磁阻马达，并且优选地应用于具有功率在20kW和180kW之间(含20kW和180kW)的功率的机器。通过非限制性示例，根据本发明冷却的马达可以是同步磁阻马达，该同步磁阻马达具有30kW的连续额定功率和52kW的瞬时(峰值)额定功率，能够以350V的DC总线电源电压操作，并且能够具有以下尺寸：转子外径134mm、定子外径200mm、框架外径250mm、马达长度214mm、有源部件的长度(对应于转子的一堆叠层的长度)100mm。

Claims (14)

1.一种旋转电机(100)，其包括：
-定子(190)，其设置在框架(130)中，所述定子包括绕组；
-转子(150)，其包括固定于旋转轴(160)的主体，所述旋转轴可旋转地安装在所述定子中，并且围绕轴线(X)旋转；
-第一轴承(171)，其支撑所述旋转轴(160)的驱动负载的端部(160a)；
-第二轴承(172)，其支撑所述旋转轴(160)的与所述驱动所述负载的端部相对的端部(160b)；
-前凸缘(110)，其设置在所述框架(130)的第一端部处，并且在其中心部分内包括第一壳体以接纳所述第一轴承(171)；
-后凸缘(120)，其设置在于所述第一端部相对的所述框架的第二端部处，并且在其中心部分内包括第二壳体以接纳所述第二轴承(172)；
所述前后凸缘(110、120)各自具有内表面和外表面；
-磁位置传感器(101)，其用于在所述轴的旋转期间测量所述转子的所述角位置，所述位置传感器(101)包括：
-旋转部分(108)，其包括固定于与驱动所述负载的端部相对的所述旋转轴(160)的端部(160b)的磁体(102)，以便限制成在所述轴的所述旋转期间与所述旋转轴(160)一起旋转；
-固定部分(103)，其包括霍尔效应传感器和用于传送所述传感器(109)的输出信号的装置，所述固定部分(103)面对所述旋转部分(108)并且安装在连接到所述机器的所述框架的固定金属支承件(106)上；
所述位置传感器(101)的所述旋转部分(108)和所述固定部分(103)由定心在轴线(X)上的第三轴承(104)分开，所述第三轴承一方面固定于与所述驱动所述负载的端部相对的所述旋转轴(160)的端部(160b)，另一方面固定于形成在所述金属支承件(106)中的开口的所述壁，所述开口适于允许包括所述传感器的所述旋转部分在内的所述旋转轴(160)的所述端部穿过。
2.根据权利要求1所述的电机，其中所述第三轴承(104)与所述位置传感器(101)的所述旋转部分(108)接触。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的电机，其中所述位置传感器的所述旋转部分(108)包括容纳在空腔(107)中的插件(105)，所述空腔(107)形成在与驱动所述负载的端部相对的所述旋转轴(160)的端部(160b)处，所述空腔(107)包括朝向所述机器的所述外部的开口，所述插件(105)与所述位置传感器磁体一起设置在所述空腔(107)的所述开口的所述侧上。
4.根据权利要求3所述的电机，其中所述位置传感器(101)的所述旋转部分(108)的所述插件(105)由非磁性材料、优选为非磁性钢或非磁性黄铜制成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述第三轴承(104)由铁磁性材料、优选为铁磁钢制成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述第三轴承(104)是具有滚动元件、优选为滚珠的类型，所述第三轴承(104)优选地包括固定于所述金属支承件(106)的所述开口的所述壁的外圈，以及包括固定于与所述驱动端部相对所述旋转轴(160)的端部(160b)的内圈，所述第三轴承与所述传感器(101)的所述旋转部分(108)接触。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述传感器的所述固定部分(103)的所述固定金属支承件(106)具有面向所述后凸缘(120)的内表面和朝着所述机器的所述外部定向的外表面，所述外表面包括在所述金属支承件的所述开口的所述周界处的平面(106a)，所述平面(106a)与所述位置传感器(101)的所述固定部分(103)接触。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其进一步包括冷却系统，所述冷却系统包括用于冷却所述框架和所述前凸缘和后凸缘的外部冷却装置，所述外部冷却装置包括外部风扇(140)，所述外部风扇(140)固定在所述旋转轴(160)上，并且设置在所述后凸缘(120)的所述外表面(122)和所述第三轴承(140)之间，以在所述前凸缘(110)的方向上沿所述框架(130)引导外部空气。
9.根据权利要求8所述的电机，其中：
-所述框架(130)具有外表面，所述外表面包括基本上沿平行于所述旋转轴(160)的所述轴线(X)的轴线延长的一组冷却翅片(131)；
-所述后凸缘(120)具有连接到圆柱形周界部分(128b)的、呈环的形式的中心部分(128a)和至少一个开口(127)，所述开口(127)设置在所述后凸缘(120)的所述中心部分(128a)和所述周界部分(128b)之间，以将所述外部空气从所述外部风扇(140)引入所述通道，所述通道由所述框架(130)的所述外表面上的所述一组冷却翅片(131)形成。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的电机，其中所述外部风扇(140)包括外部空气叶轮，所述外部空气叶轮在所述后凸缘(120)的所述外表面(122)和所述第三轴承(104)之间安装在所述旋转轴(160)上，并且其中用于所述位置传感器(101)的所述固定金属支承件(106)通过固定于覆盖所述外部风扇(140)的保护板(129)而连接到所述框架，所述保护板(129)包括用于所述外部空气的进入的孔口(129a)，并且固定于所述后凸缘(120)的所述周界部分(128b)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的封闭型电机，其中所述框架(130)和所述前凸缘和所述后凸缘形成密封壳体，并且其中所述冷却系统进一步包括设置在所述框架(130、230)内部的一对内部风扇(181、182)，以在所述转子(150)旋转时产生所述框架内部的空气的流动，每个风扇在所述转子(150)的所述主体和轴承(171、172)之间固定地安装在所述旋转轴(160、260)上，并且所述前凸缘和所述后凸缘中的每个的所述内表面包括翅片(113、123)，所述翅片(113、123)布置在所述凸缘的所述第一和第二壳体(116a、126a、216a、226a)的周界部分上，以定向所述空气流，并捕获所述空气流动的热量。
12.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中与所述机器集成的所述磁位置传感器具有根据欧洲标准EN 60529的保护指数IP 67。
13.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机具有20kW和75kW之间、含20kW和75kW的额定功率。
14.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机是同步磁阻类型的电机。
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