CN109075687B - 汽车电动流体泵 - Google Patents

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Abstract

一种具有无刷电子换向驱动电机(12)的汽车电动流体泵(10)。所述驱动电机(12)包括围绕旋转轴线(61)旋转并设有多个转子磁极(381、382、383)的永磁电机转子(30)、多个定子侧电磁线圈(40)、以及位于横向平面内的印刷电路板(50)。所述驱动电机(12)还包括至少两个定子侧霍尔传感器(601、602、603),这些霍尔传感器布置在印刷电路板(50)的近侧,并面向电机转子(30),其中所述霍尔传感器(601、602、603)偏心地布置,从而所述霍尔传感器(601、602、603)检测转子磁极的轴向磁场,并且在印刷电路板(50)的远侧设有铁磁性背铁构件(70),该铁磁性背铁构件使霍尔传感器(601、602、603)彼此直接磁耦合。铁磁性背铁构件(70)包括分别延伸到印刷电路板(50)的开口(721、722、723)中的轴向突起(711、712、713),并且每个突起(711、712、713)面向相应的霍尔传感器(601、602、603)。

Description

汽车电动流体泵
技术领域
本发明涉及一种具有无刷电子换向驱动电机的汽车电动流体泵,其设有用于精确检测旋转转子位置的多个霍尔传感器。
背景技术
所述驱动电机包括围绕旋转轴线旋转并设有多个转子磁极的永磁电机转子、多个定子侧电磁线圈、以及位于横向平面内的印刷电路板。所述驱动电机还包括至少两个定子侧霍尔传感器,这些霍尔传感器在印刷电路板上布置在近侧处,并面向电机转子,其中所述霍尔传感器偏心地布置,从而这些霍尔传感器检测转子磁极的轴向磁场。此外,在印刷电路板的远侧设有铁磁性背铁构件,该铁磁性背铁构件使霍尔传感器彼此直接磁耦合。
在现有技术EP 2 701 291 A1中公开了一种具有无刷电子换向驱动电机的相应汽车电动流体泵。电机转子的位置由安装在印刷电路板(PCB)上的三个霍尔传感器检测,这些传感器连接至三个磁场导引柱。在PCB的与设有霍尔传感器的一侧相反的另一侧安装有干扰环。
由电子换向驱动电机驱动的汽车流体泵的电机转子的旋转转子位置的精确检测对于安全和节能操作而言非常重要。驱动电机的精确控制需要精确检测电机转子的旋转转子位置。精确的电机控制避免了不希望有的工作状态,例如启动问题、所谓的切换等。在容积式流体泵中尤其可能出现这种不希望有的工作状态,因为容积式流体泵的扭矩范围很宽。另外,通过定子线圈换向的精确定时,能够最大限度地减少总能耗。
为了精确检测转子位置,可使用霍尔传感器,它们可沿电机转子的轴向布置。由此霍尔传感器检测由转子磁极产生并经过这些霍尔传感器的旋转磁场。在使用霍耳传感器进行转子位置检测时,检测精度与霍尔传感器检测到的转子磁极磁场的绝对场强和干扰场的场强相关。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有无刷电子换向驱动电机的汽车电动流体泵,该汽车电动流体泵更精确地检测旋转转子位置,并能够更经济地制造。
本发明的汽车电动流体泵具有铁磁性背铁构件,该铁磁性背铁构件使霍尔传感器彼此直接磁耦合。铁磁性背铁构件包括分别延伸到印刷电路板的开口中的轴向突起。每个突起面向相应的霍尔传感器。从而最大限度地减小铁磁性传感器电路构件与霍尔传感器之间的距离。由转子磁极沿轴向发出的磁场的磁路显著改善,即,霍尔传感器电路中的磁阻减小。
在霍尔传感器的侧面与转子磁极之间设有磁隙。磁路的质量通过铁磁性背铁构件得到改善。从而每个霍尔传感器处的信噪比显著提高,因而能更精确地确定转子位置。能够避免不希望有的转子工作状态,并降低电机控制的要求,从而能使电机控制机构保持简单且廉价。
在本发明的一种优选实施方式中,铁磁性背铁构件通过焊接固定在印刷电路板上。从而能轻松、快速地将传感器电路构件连接至印刷电路板。因此,能够更经济地制造该汽车电动流体泵。
在一种进一步优选的实施方式中,铁磁性背铁构件限定位于横向平面中的封闭环。霍尔传感器与铁磁性背铁构件之间的磁耦合通过该闭合环得到改善。因此霍尔传感器环中的磁阻减小,从而提高了信号质量。
铁磁性背铁构件优选限定圆形环。从而圆形环中间的区域是空闲的,以便转子轴可以穿过环。
优选设有磁场导引柱,这些磁场导引柱基本沿轴向布置,并朝近侧方向分配给每个霍尔传感器。因此霍尔传感器可布置在与电机转子相隔一定轴向距离的位置,从而霍尔传感器可与电机控制器一起布置在单块印刷电路板上。磁场导引柱的近端在轴向上尽可能靠近电机转子布置。磁场导引柱集束转子磁极的轴向磁场,并以较低的磁损耗将该轴向磁场传递至相应的霍尔传感器。磁场导引柱与铁磁性背铁构件一起提供了一条低损耗磁路,该磁路确保为霍尔传感器提供很强的信号。因此,霍尔传感器可布置在远离定子线圈的位置,从而由磁线圈引起的磁干扰相对较小。但是信号足够强,使得电机控制器可具有相对简单的设计,从而可节省制造成本。
根据本发明的一种优选实施方式,铁磁性背铁构件是金属片体。由金属片体制成的铁磁性背铁构件较廉价,并可通过冲压和深拉方式轻松加工。因此,能够经济地制造铁磁性背铁构件。
此外,上述突起优选通过深拉制成,并限定近侧鼻部。不需要为铁磁性背铁构件提供另外的元件。因此,铁磁性背铁构件可由单件材料制成。从而可节省一些制造步骤。因而能够经济地制造铁磁性背铁构件。
此外,每个突起优选具有大于印刷电路板厚度的80%的轴向长度。根据本发明,突起的轴向长度是延伸到开口中的突起的长度。因而,铁磁性背铁构件的突起与霍尔传感器之间的距离可以很小,从而能够提高信号质量。
在一种进一步优选的实施方式中,每个突起具有比印刷电路板中的相应开口的直径至少小0.7毫米的外径。因此,即使开口的位置与突起的位置不完全一致,铁磁性背铁构件也能安装到印刷电路板上。因而制造公差可以不那么严格,从而能够更经济地制造电动流体泵。
每个突起优选形成为圆锥状。根据本发明,圆锥状突起的直径随着到霍尔传感器的距离的减小而减小。尤其是,突起优选形成为截锥体。
作为一种进一步优选的实施方式,每个突起在其远端处设有颈圈部。本发明的颈圈部是环状部,其在横向平面内围绕突起。从而,突起的伸入开口中的最大深度受到限制。因而能精确调整突起与霍尔传感器之间的最终的最小距离。
附图说明
通过以下结合附图给出的对本发明的实施方式的详细说明,本发明的其它优点将变得明显,在附图中:
图1示意性地示出了包括驱动电机和泵送单元的汽车电动流体泵的示意图;
图2是图1中所示的汽车电动流体泵的驱动电机的纵向截面图;以及
图3是包括铁磁性背铁构件的印刷电路板的俯视图。
具体实施方式
图1示出了包括两个模块(即,驱动电机12和泵送单元14)的汽车电动流体泵10的示意图。泵送单元14可以是容积式泵,例如叶片泵、旋转叶片泵或活塞泵。泵送单元14也可以是流量泵,例如离心泵或叶轮泵。
图2示出了驱动电机12的纵向截面。驱动电机12是无刷电子换向驱动电机12。驱动电机12包括具有四个转子磁极381-384的永磁激励电机转子30,在每个转子磁极中嵌入有永磁体36。在定子侧布置有六个电磁线圈40,这些电磁线圈40产生旋转的转子磁场。电磁线圈40布置在电机壳体20中。电机壳体20由壳体杯状部22和壳体盖24限定。电机转子30包括直接驱动泵送单元14的泵轴的电机轴32。
在驱动电机12的轴向端侧布置有印刷电路板50,该印刷电路板50背对泵送单元14,并位于横向平面内。印刷电路板50包括板体52,该板体在其近侧处具有导体路径54。板体52的近侧是在轴向上面向电机转子30的一侧。板体52的远侧是在轴向上较远离电机转子30的一侧。电机控制机构的控制电子器件和功率电子器件都布置在板体52的近侧。此外,在板体52的近侧布置有三个霍尔传感器601、602、603。霍尔传感器601、602、603至作为旋转轴线61的电机轴线的半径与电机转子30的永久磁铁36的半径大致相同。
印刷电路板50的功率电子器件通过导体路径54和轴向连接线66电连接至电磁线圈40。每个霍尔传感器601、602、603分别与铁磁性轴向磁场导引柱621、622、623相关联,这些铁磁性轴向磁场导引柱布置到邻近相应的霍尔传感器601、602、603的位置。轴向磁场导引柱621、622、623的近侧纵向端距电机转子30的轴向相对端的距离很小。
如图2所示,铁磁性背铁构件70布置在印刷电路板50的远侧。铁磁性背铁构件70由单件铁磁材料制成,并焊接至印刷电路板50。铁磁性背铁构件70包括三个轴向圆锥状突起711、712、713,这些突起延伸到印刷电路板50的相应开口721、722、723中,从而每个轴向突起711、712、713轴向面对霍尔传感器601、602、603。在轴向突起711、712、713与相应的霍尔传感器601、602、603之间形成较小的缝隙74。
图2进一步示出了包括控制电子器件的印刷电路板50、霍尔传感器601、602、603和轴向磁场导引柱621、622、623铸造到整体的塑料铸件55中。印刷电路板50的导体路径54通过连接线连接至电机插头68。
图3示出了包括铁磁性背铁构件70的印刷电路板50的俯视图。铁磁性背铁构件70形成为环状构件。每个突起711、712、713被位于横向平面内的圆形颈圈部76包围,它们都遮盖开口721、722、723
从图2能够看出,位于霍尔传感器601-603的远侧的铁磁性背铁构件70、邻近霍尔传感器601-603的轴向磁场导引柱621、622、623和铁磁性电机转子30形成磁路。因此,总磁阻很低。由转子永磁体36产生的磁场在霍尔传感器601-603的区域中产生较高的场强。因此,在霍尔传感器601-603处存在高信噪比,这实现了一系列构造和概念上的简化,从而减少了电力损耗并简化了制造。
附图标记
10 流体泵
12 驱动电机
14 泵送单元
22 壳体杯状部
24 壳体盖
30 电机转子
32 电机轴
36 永久磁铁
381-384 转子磁极
40 电磁线圈
50 印刷电路板
52 板体
54 导体路径
55 整体塑料铸件
601-603 霍耳传感器
61 旋转轴线
621-623 铁磁性轴向磁场导引柱
66 轴向连接线
68 电机插头
70 铁磁性背铁构件
711-713 突起
721-723 开口
74 缝隙
76 颈圈部

Claims (11)

1.一种具有无刷电子换向驱动电机(12)的汽车电动流体泵(10),所述驱动电机(12)包括:
围绕旋转轴线(61)旋转并设有多个转子磁极(381、382、383)的永磁电机转子(30),
多个定子侧电磁线圈(40),
位于横向平面内的印刷电路板(50),
布置在印刷电路板(50)的近侧处并面向电机转子(30)的至少两个定子侧霍尔传感器(601、602、603),其中霍尔传感器(601、602、603)是偏心布置的,从而霍尔传感器(601、602、603)检测转子磁极的轴向磁场,并且,
在印刷电路板(50)的远侧设有铁磁性背铁构件(70),该铁磁性背铁构件使霍尔传感器(601、602、603)彼此直接磁耦合,
其特征在于:
铁磁性背铁构件(70)包括分别延伸到印刷电路板(50)的开口(721、722、723)中的轴向突起(711、712、713),并且每个突起(711、712、713)面向相应的霍尔传感器(601、602、603)。
2.如权利要求1所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,所述铁磁性背铁构件(70)通过焊接固定至印刷电路板(50)。
3.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,所述铁磁性背铁构件(70)限定位于横向平面内的封闭环。
4.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵,其特征在于,所述铁磁性背铁构件(70)限定圆形环。
5.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,设有磁场导引柱(621、622、623),这些磁场导引柱基本上沿轴向定向,并朝近侧方向分配给每个霍尔传感器(601、602、603)。
6.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,所述铁磁性背铁构件(70)是金属片体。
7.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,所述突起(711、712、713)通过深拉制成,并限定近侧鼻部。
8.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,每个突起(711、712、713)具有大于印刷电路板(50)的厚度的80%的轴向长度。
9.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,每个突起(711、712、713)具有比印刷电路板(50)上的相应开口(721、722、723)的直径至少小0.7毫米的外径。
10.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,每个突起(711、712、713)形成为圆锥状。
11.如权利要求1或2所述的汽车电动流体泵(10),其特征在于,每个突起(711、712、713)在其远端设有颈圈部(76)。
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