CN109328428A - 电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气设备(10)，其包括无刷单相驱动电机(20)和由驱动电机(20)驱动的机械单元(12)，驱动电机(20)包括：电机转子(30)，其径向永久磁化并围绕旋转转子轴线(33)旋转；非对称定子背铁结构(40)，其具有限定两个定子极(41、42)的转子开口(18)和横向桥接部分(43)；单个定子线圈(50)，其围绕桥接部分(43)；极分离间隙(60)，其与横向桥接部分(33)径向相对并且磁性地分离定子极(41、42)；电子控制设备(16)，其用于驱动定子线圈(50)；以及单个霍尔传感器(52；56)，其电连接到控制设备(16)，其中，霍尔传感器(52；56)相对于转子轴线(33)大致径向地与定子线圈(50)相对布置。这种布置为霍尔传感器提供了高信号质量，从而实现了精确的换向。

Description

电气设备
技术领域
本发明涉及一种电气设备，其具有无刷单相驱动电机和由驱动电机驱动的机械单元。特别地，本发明涉及一种在机动车应用中的电辅助设备，例如电动流体泵，尤其涉及一种电动气泵。本发明特别涉及具有相对小的驱动电机的相对小的设备。
背景技术
单相驱动电机通常是紧凑且简单的结构，因此与多相驱动电机相比相对便宜。由于电机是无刷的，因此提供了一种电子控制设备，用于驱动定子线圈并提供电磁换向。
JP 2000-102283 A公开了一种典型的单相驱动电机，其具有非对称定子背铁结构并且具有布置在卫星位置的单个定子线圈。电机不设置有任何霍尔传感器，因此难以感测正确的换向时刻。
具有非对称定子背铁结构的单相驱动电机可以设置有用于检测换向时刻的霍尔传感器。由于霍尔传感器检测到任何磁场，如果电磁定子线圈关闭特定时间段以精确感测由旋转电机转子产生的旋转磁场的变化，则实现最佳霍尔传感器信号质量。这具有如下缺点：如果在每次完整的转子旋转期间必须关闭电磁定子线圈两次，则驱动电机的电气性能显着降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气设备，其具有无刷单相驱动电机的高电性能。
该目的通过具有权利要求1的特征的电气设备来实现。
根据本发明的电气设备设置有无刷单相驱动电机和由驱动电机驱动的机械单元。机械单元优选是用于泵送流体的泵送单元。
驱动电机设置有电机转子，该电机转子永久地径向磁化并且围绕转子轴线旋转。电机转子可以实现为具有分离的永磁体的转子体，但是可替代地并且优选地设置为一个单个铁磁转子体。
驱动电机设置有非对称定子背铁结构，该定子背铁结构限定了限定两个定子极的轴向转子开口。定子背铁结构还设置有横向桥接部分，该横向桥接部分磁性地连接两个定子极。通常，定子背铁结构由许多定子片限定。桥接部分由单个定子线圈围绕。
在桥接部分和定子线圈相对于转子轴线大致径向相对的位置，设置极分离间隙，该极分离间隙磁性地分开背铁结构的限定两个定子极的两个臂。分离间隙可以设计成使背铁结构的两个定子极臂彼此完全分开，使得在背铁结构的两个臂之间仅存在气隙。但是，分离间隙可以替代地设置为部分间隙，使得背铁结构的相对小的机械连接部分机械地连接背铁主体的相应端部部分和极。
驱动电机设置有电子控制设备，用于电驱动定子线圈。电子控制设备包括多个功率半导体，用于换向驱动定子线圈的电能。
设置一个单个霍尔传感器，其电连接到控制设备，从而向控制设备发出换向时刻的信号。霍尔传感器相对于转子轴线大致径向地与定子线圈相对地布置。霍尔传感器不一定但优选地设置在电机转子的径向外侧，使得霍尔传感器基本上看到电机转子的径向磁场。霍尔传感器尽可能远离定子线圈定位，使得定子线圈产生的空中磁场在霍尔传感器的位置处相对较弱。结果，由定子线圈产生的磁场相对于由电机转子产生的磁场在霍尔传感器位置处相对较弱。结果，不再需要关闭定子线圈以提供足够的电磁状况来感测霍尔传感器位置处的电机转子磁场。
由于定子线圈几乎在完全360°旋转期间可以保持电磁有效，因此驱动电机的可用性能得到显着改善。尽管定子线圈几乎总是有效，但是在霍尔传感器位置处的感测到的由电机转子产生的磁场高得多，以至于可以实现足够的换向可靠性并且由霍尔传感器向控制设备发出相对精确的换向时刻的信号。
结果，由霍尔传感器产生的换向信号精确地足以优选地直接触发控制设备处的换向。因此，控制设备优选地仅设置有模拟硬件，模拟硬件的换向装置由霍尔传感器产生的换向信号直接触发。控制设备没有设置有复杂的微处理器或甚至没有设置有任何类型的数字微处理器。结果，控制设备简单、可靠并且可以低成本提供。
根据本发明的优选实施例，霍尔传感器布置在从所述定子线圈的中间看并且参考旋转转子轴线的160°至200°的角度内。定子线圈的中间尤其是定子线圈的几何和电磁中心。霍尔传感器不需要精确地径向相对，即相对于线圈中间恰好地成180°的角度，但是在180°附近的+/-20°的范围内，使得定子线圈产生的电磁场对传感器位置处的旋转电机转子的磁场的干扰相对低。然而，霍尔传感器优选地定位在旋转位置中，该旋转位置与换向时刻恰好对应。
优选地，霍尔传感器至少部分地与分离间隙重叠。分离间隙处的轴向电磁场相对低，使得霍尔传感器仅读取由来自该区域中的背铁结构的电磁场引起的相对弱的干扰信号。然而，霍尔传感器可以定位在由电机转子限定的交叉平面的外侧，但是优选地具有相对于电机转子的最小轴向位移。
更优选地，霍尔传感器至少部分地定位在分离间隙中。这意味着，霍尔传感器可以定位在电机转子的交叉平面内，从而可以实现由旋转转子引起的磁极过渡的相对精确的检测。
优选地，霍尔传感器的有源平面定向到旋转轴线。更确切地说，霍尔传感器的有源平面的法线指向并穿过转子轴线。因此，霍尔传感器处于最佳的宽敞位置，以精确地检测经过的两个磁转子极的磁极过渡。
根据优选实施例，背铁结构设置有非圆柱形转子开口，并且设置有两个轴向凹部，所述两个轴向凹部在几何上关于转子轴线彼此相对。从圆周方向看，两个凹部提供非对称电磁结构，当驱动电机启动时，该非对称电磁结构限定一个单个旋转方向。该结构允许驱动机械单元，该机械单元被实现为泵并且允许仅使用一个单个的霍尔传感器，因为不需要检测旋转方向。因此，电气设备的这种概念允许提供低成本的电动泵。
优选地，电机转子径向磁化。电机转子的径向磁化提供了霍尔传感器位置处由旋转电机转子产生的准正弦磁场。结果，通过霍尔传感器检测转子磁极过渡是精确和可靠的。
附图说明
参考附图描述了本发明的两个实施例，其中，
图1示出了具有霍尔传感器的电气设备的第一实施例，霍尔传感器布置在分离间隙中，并且
图2示出了具有霍尔传感器的电气设备的第二实施例，霍尔传感器布置成相对于由电机转子限定的交叉平面轴向偏移。
具体实施方式
两个图都示出了电气设备10，其包括直接驱动机械单元12的无刷单相驱动电机20。机械单元12是单向泵送单元，例如用作所谓的用于泵送燃料蒸汽的净化泵的气泵。
驱动电机20包括由为永久磁化的铁磁材料的单个电机转子体限定的电机转子30。电机转子30径向磁化并限定直径磁化80，从而限定两个磁极31、32。
驱动电机20还包括非对称定子背铁结构40，其具有轴向转子开口18并限定两个径向相对的定子极41、42。从横截面看，轴向转子开口18不是圆柱形的，而是设置有两个轴向的凹部46、47，以可靠地限定电机转子30的单个旋转起始方向。定子极41、42由两个极分离间隙74、60分开，该两个极分离间隙74、60相对于转子轴线33彼此精确地径向布置。靠近定子线圈50的极分离间隙74是总间隙，使得在定子极41、42之间不存在机械或电磁连接。另一个极分离间隙60相对于定子线圈50的交叉平面或相对于定子线圈50的几何中间50'以大约170°的角度远离定子线圈50。
背铁结构40由位于相对于转子轴线33的交叉平面中的铁磁金属片43限定。背铁结构40设置有横向桥接部分35，其机械地和磁性地连接两个背铁定子极41、42。背铁结构还设置有轴向线圈开口70，该轴向线圈开口70由横向桥接部分33和背铁结构40的限定定子极41、42的部分限定。
驱动电机20包括定子线圈50，定子线圈50由单个线圈线72组成并且完全围绕背铁结构桥接部分43。定子线圈50的中间50'被限定在并位于定子线圈50的轴向和径向中心，并且还限定定子线圈50的机械平衡点。定子线圈50相对于转子轴线33设置并定位为卫星。
定子线圈50由电机控制设备16电驱动，电机控制设备16仅包括模拟硬件而不包括任何数字微处理器，使得控制设备16简单、可靠且成本有效。
驱动电机20还设有单个霍尔传感器56；52，用于检测由电机转子30产生的磁场。霍尔传感器52；56电连接到控制设备16，用于向控制设备16发送换向信号。
图1的第一实施例的霍尔传感器56位于并布置在极分离间隙60中并且在电机转子30的平面中。
图2中所示的第二实施例的霍尔传感器52定位成与极分离间隙60轴向重叠，而图1中所示的第一实施例的霍尔传感器56完全定位并布置在极分离间隙60中。相应的霍尔传感器52；56的有源平面52'；56'精确地定向于旋转转子轴线33。

Claims (8)

1.一种电气设备(10)，其包括无刷单相驱动电机(20)和由驱动电机(20)驱动的机械单元(12)，驱动电机(20)包括：
电机转子(30)，其径向永久磁化并围绕旋转转子轴线(33)旋转，
非对称定子背铁结构(40)，其具有磁性连接两个定子极(41、42)的横向桥接部分(43)和用于电机转子(30)的转子开口(18)，
单个定子线圈(50)，其围绕桥接部分(43)，
极分离间隙(60)，其与横向桥接部分(43)径向相对并且磁性地分离定子极(41、42)，
电子控制设备(16)，其用于驱动定子线圈(50)；以及
单个霍尔传感器(52；56)，其电连接到控制设备(16)，
其中，霍尔传感器(52；56)相对于转子轴线(33)大致径向地与定子线圈(50)相对布置。
2.根据权利要求1所述的电气设备(10)，其中，霍尔传感器(52；56)布置在从所述定子线圈(50)的中间(50')看并且参考转子轴线(33)的160°至200°的角度内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，霍尔传感器(52；56)至少部分地与分离间隙(60)重叠。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，霍尔传感器(52；56)的有源平面(52'；56')定向到旋转转子轴线(33)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，霍尔传感器(56)定位于分离间隙(60)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，霍尔传感器(52；56)产生换向信号，所述换向信号直接驱动控制设备(16)的换向硬件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，背铁结构(40)设置有非圆柱形的转子开口(18)，所述转子开口(18)设置有两个轴向凹部(46、47)，所述两个轴向凹部(46、47)在几何上关于转子轴线(33)相对。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(10)，其中，电机转子(30)被径向磁化。
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