CN111201696B - 电机 - Google Patents

Abstract

一种电机，包括：框架；以及包括轴的转子组件，轴上安装有至少一个轴承和至少一个磁体；该框架包括轴承座，转子组件的轴承被安装到该轴承座，且其中轴承座轴向地延伸超过轴承以环绕磁体，轴承座包括用于相对于磁体保持位置传感器组件的定位结构。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机。

背景技术

电机的输出功率严重依赖于相位激励和转子位置的精确同步。因此，在电机(比如高速电机)中，电机的角度位置的精确测量是很重要的。

对于许多电机，传感器的位置的公差不是问题。这可以是因为电机的尺寸是相对较大的，且由此传感器的位置的公差相比与转子的周长是较小的。因此，传感器中的任何位置公差都会导致零交点的电性角出现可忽略的偏离。替代地，电机地输出功率和/或效率不是关键，因此由传感器的位置公差引起的功率损失被认为是可以接受的。然而，对于相对较小和/或相对较高效率的电机被需要的情况，传感器位置的公差是一个重大的问题。

发明内容

本发明提供了一种电机，包括：框架；以及包括轴的转子组件，轴上安装有至少一个轴承和至少一个磁体；该框架包括轴承座，转子组件的轴承被安装到该轴承座，且其中轴承座轴向地延伸超过轴承以环绕磁体，轴承座包括用于将位置传感器组件相对于磁体保持的定位结构。

结果，磁体由轴承座保护。此外，由于轴承座为转子组件提供了安装点，同时也为位置传感器组件提供了安装点，相对位置的严格控制可更容易被实现。这进而为电机的控制系统提供了更精确的位置测量，其可提高电机的性能。

位置传感器可包括位置传感器和位置传感器保持器。位置传感器保持器可包括用于保持位置传感器的容器。因此，被保持在容器内的位置传感器可以可靠地被定位，同时也受保持器保护。

该容器包括窗口，位置传感器被定位在该容器内，以使位置传感器的工作面直接暴露于磁体。因此，传感器可被定位为更靠近磁体，以使更强的信号可由传感器产生来反映磁体的角度位置。

位置传感器可为霍尔效应传感器。因此，相对便宜的解决方案被提供用于精确地检测磁体的角度位置，且由此检测转子组件。

磁体的外部直径可小于轴承座的内部直径，以便二者之间限定环形空气间隙。因此，磁体能够在轴承座内自由旋转。磁体与轴承座之间的距离可在0.5mm和2.5mm之间。

位置传感器组件可突出进入环形空气间隙中，使得磁体与位置传感器组件之间的距离小于磁体与轴承座之间的间隙。因此，位置传感器组件被定位在靠近磁体的位置，且更强的传感器输出可被实现，为转子组件的角度位置提供更清晰的读数。磁体与位置传感器组件之间的距离可在0.1mm和1.0mm之间。

位置传感器组件可被安装到印刷电路板上，该印刷电路板被安装到电机的外壳或外部外壳上。因此，传感器能够直接提供信号到电路板上的部件(比如用于控制电机的处理器)，允许更精确地读数用于转子组件的角度位置。此外，印刷电路板可被固定到电机的外壳，减少印刷电路板相对于电机的任何运动，进而减少位置传感器组件传感器由于任何这种相对运动而损坏的可能性。

外壳可被安装到框架。因此，这进一步降低了任何相对运动损坏位置传感器组件的可能性。

轴承座的外表面可提供外壳的安装点。因此，外壳可与霍尔传感器保持器固定到框架的相同部分，进一步降低了位置传感器组件、印刷电路板、框架和外壳之间的任何相对运动的可能性。这进一步降低了位置传感器组件的任何损坏的可能性。

轴承座的壁可包括从轴承座的端部延伸的切口部分，该切口部分的边缘可形成定位结构。因此，位置传感器组件可被安装在轴承座内，且位置传感器保持器对电机内部可用空间的影响可被降低。

位置传感器组件可包括轴向延伸的槽，该轴向延伸的槽被配置为接收切口部分的边缘。因此，位置传感器可通过沿槽滑动切口部分的边缘被装配入轴承座，其用于实现所需的轴承座和位置传感器组件之间的相对定位，而不需要任何额外的部件。

位置传感器组件可被配置为插入切口部分，以使位置传感器组件形成轴承座的壁的一部分。因此，额外的空间不被需要以将位置传感器组件容纳在壳体内，而且电机的总尺寸可被减少。

磁体可为传感器磁体，且电机包括被固定到轴的第二磁体，该第二磁体是用于电机的转子芯部的永磁体。因此，位置传感器组件不被需要被定位为靠近永磁体的位置，允许转子和定子组件的相对位置具有更大的自由度。这可帮助实现具有更小直径的电机，也可提高电机的性能。

传感器磁体和第二磁体可在轴承的两侧上被固定到轴。结果，轴上部件的更好的平衡可被实现，且轴承的使用寿命可被提高。

附图说明

为了本发明可被更容易地理解，本发明的实施例现在将要参考下面的附图通过实例而被描述，其中：

图1示出了压缩机的一部分的局部分解透视图；

图2A和图2B示出了在装配阶段期间穿过图1中的压缩机的一部分的横截面视图；

图3示出了穿过压缩机的一部分的横截面视图；以及

图4示出了穿过上述图中的压缩机的轴承座部分的横截面视图。

具体实施方式

本文中使用的术语“轴向地”是描述平行于电机的轴的旋转轴线的方向，且可替代地被称为“纵向地”。

图1示出了压缩机1形式的电机的一部分的局部分解透视图。为了清晰起见，某些部件(比如控制电子器件和定子组件)没有被示出。压缩机1包括框架2，电机的定子组件和转子组件可被安装到该框架2。没有示出的其他部件也可被安装到框架，例如外壳，或扩散器。

转子组件的一部分可在图1看到。转子组件包括轴4，当装配时该轴上被安装具有磁体5。图1中的实施例中的磁体5是传感器磁体。转子组件包括图1中不可见的其他部件，包括转子芯部永磁体、第一和第二平衡环以及第一和第二轴承。轴承被安装在轴4上，在转子芯部永磁体的两侧上，且在轴承座处被固定到框架2，其在后面的图中会更清楚地示出，下面会有更详细的描述。由于本实施例中的电机为压缩机，叶轮被安装在轴4的一个端部处。叶轮被容纳在框架2的罩部分6内。

位置传感器组装7包括霍尔传感器8的形式的位置传感器和位置传感器保持器9(本文中和霍尔传感器保持器可交换使用)，且位置传感器组装7在轴承座3处被固定到框架2，以使当装配时，霍尔传感器8邻近传感器磁体5(其由轴承座围绕)。轴承座3的壁具有切口部分10，且位置传感器保持器9插入轴承座3的切口部分10。位置传感器保持器9具有槽11，切口部分10的边缘可被接收到该槽11中。因此，该切口部分的边缘充当定位特征部，将位置传感器组件7保持在位。

位置传感器保持器9包括窗口12。当霍尔传感器8被装配到位置传感器保持器9中时，霍尔传感器8被保持在位置传感器保持器9中的容器内，霍尔传感器8的工作面通过窗口12被暴露于传感器磁体5。

图2A和2B示出了位置传感器组件7，其被插入轴承座3的切口部分10内的位置中。轴承14和15被示出在图2A和2B中，但是为了清晰起见，转子组件的其他部件被隐藏。横截面示出轴承座3是如何轴向地延伸超过轴承14且限定一腔，且磁体5可被定位在该腔内以使轴承座3围绕磁体5。

切口部分10的边缘与设置在位置传感器保持器中的槽接合，且位置传感器沿图2A中的箭头A所示的轴向方向滑动到位。如图2B中所示，当安装到位时，位置传感器组件7形成轴承座3的壁的一部分。通过将位置传感器组件7并入轴承座3的壁中，轴承座的外部直径可被最小化，因为不需要将位置传感器安装在轴承座的内部直径内侧，与传感器磁体一起。

图3示出了穿过压缩机1的一部分的横截面视图。图3显示的压缩机1的部件比上面的图中示出的多。转子组件包括轴4，附接到该轴的转子芯部永磁体16，传感器磁体5，叶轮17以及第一和第二轴承14，15(其分别被安装到轴4，永磁体16的两侧)。叶轮17定位在框架2的罩部分6内侧。一个或多个平衡环，没有示出，也可被固定到轴，优选在永磁体16的任意侧上。

包括一些定子芯部和绕组的定子组件为了清晰起见没有被示出。然而，这些将固定在形成在框架2内、靠近转子芯部永磁体16的细长槽内。

传感器磁体5被安装到轴4，使得传感器磁体5和永磁体16被安装在轴承14的两侧。这允许位置传感器组件7被放置在电机内，远离定子组件部件(比如定子芯部)放置的位置。这允许定子芯部被封装为更靠近转子芯部永磁体16，且直径更小、性能更好的压缩机可被实现。

位置传感器组件7将通常被固定到印刷电路板(PCB)上，如图3中的实施例所示，以使来自霍尔传感器的信号可被直接地提供给控制器和控制压缩机1的PCB上的其他部件。印刷电路板(PCB)18在与叶轮17相对的端部处被安装到压缩机1的端部。印刷电路板(PCB)18可不直接地安装到框架2，而是可被安装到外壳(图中没有示出)，该外壳进而被安装到框架2。该外壳有时被称为电机外壳或外部框架。

图4示出了穿过压缩机1的框架2的一部分的轴承座3的横截面视图。图4的横截面视图垂直于图2A、2B和3中所示的轴向横截面视图的方向。横截面被截取以使该横截面穿过轴承座3的一部分，轴承座3的该部分具有切口部分10、位置传感器保持器9、霍尔传感器8，以及轴4和传感器磁体5。该横截面还穿过位置传感器保持器8中的窗口12，以使可看到霍尔传感器8的工作面直接暴露到传感器磁体5。由于窗口12，霍尔传感器8和传感器磁体5之间的距离可被减小，因为位置传感器保持器9的任何部分都不位于霍尔传感器8的工作面和传感器磁体5之间。

传感器磁体5的外部直径小于轴承座3的内部直径，以使二者之间存在环形空气间隙20。因此，轴4和传感器磁体5能够在轴承座3内自由旋转。由磁体5与轴承座3之间的距离限定的环形空气间隙20的厚度(如由图4中的距离B表示)，对于图中所示的压缩机是在0.5mm和2.5mm之间。

轴承座3的切口部分的边缘被接收在位置传感器保持器8的槽11内。这允许对霍尔传感器8和传感器磁体5之间的相对位置进行严格控制。包括霍尔传感器8和霍尔传感器保持器9的位置传感器组件7填充轴承座3的切口部分，以使位置传感器组件7形成轴承座3的壁的一部分。

位置传感器组件7突入环形空气间隙20中，使得传感器磁体5与位置传感器组件7之间的距离小于传感器磁体5与轴承座3之间的距离。特别地，传感器磁体5与霍尔传感器8之间的距离(由图4中的距离C表示)小于距离B。距离C对于图中所示的压缩机是在0.1mm和1.0mm之间。通过将霍尔传感器8定位在更靠近传感器磁体5的位置，更强的信号和传感器输出可由霍尔传感器8提供。这将允许更清晰和精确的位置读数被提供给电机控制器。

尽管特殊实施例已被描述，应理解各种修改可在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下被做出。例如，本文所示和描述的实施例示出了具有独立传感器磁体的电机。然而，位置传感器组件和转子芯部可被定位以使霍尔传感器感应转子芯部永磁体的位置，而不是独立的传感器磁体。在这种情况下，例如，永磁体可在轴承座内侧延伸，以使磁体的一部分与位置传感器轴向地对齐。

此外，在另一实施例中，位置传感器组件可不被安装到PCB，且可被定位为远离PCB。这可允许PCB相对于电机的其他部件的布局和定位的更多自由度。来自位置传感器的信号于是可通过信号线或其他电缆转发到PCB。此外，取代位置传感器组件插入轴承座的切口部分内侧，位置传感器组件可包覆模制到轴承座上的定位结构上。

作为另一实施例，本文中所示和描述的实施例涉及具有叶轮的压缩机。然而，本发明将有利于驱动不同于叶轮的负载的其他类型的电机，比如无刷电机。

Claims (15)

1.一种电机，包括：

框架；以及

转子组件，包括轴，至少一个轴承和至少一个磁体被安装到该轴；

所述框架包括轴承座，转子组件的轴承被安装到所述轴承座，且其中轴承座轴向地延伸超过轴承以围绕磁体，且轴承座包括定位结构，用于相对于磁体保持位置传感器组件，

其中，所述轴承座的壁包括从轴承座的端部轴向延伸的切口部分，所述切口部分的边缘形成所述定位结构，

其中，所述位置传感器组件被配置为插入切口部分，以使所述位置传感器组件形成轴承座的壁的一部分。

2.根据权利要求1所述的电机，其中位置传感器组件包括位置传感器和位置传感器保持器。

3.根据权利要求2所述的电机，其中位置传感器保持器包括用于保持位置传感器的容器。

4.根据权利要求3所述的电机，其中所述容器包括窗口，位置传感器被定位在所述容器内以使位置传感器的工作面直接暴露到磁体。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的电机，其中位置传感器是霍尔效应传感器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中磁体的外部直径小于轴承座的内部直径，以便在两者之间限定环形空气间隙。

7.根据权利要求6所述的电机，其中磁体与轴承座之间的距离是在0.5mm和2.5mm之间。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的电机，其中位置传感器组件突入环形空气间隙中，以使磁体与位置传感器组件之间的距离小于磁体与轴承座之间的间隙。

9.根据权利要求8所述的电机，其中磁体与位置传感器组件之间的距离是在0.1mm和1.0mm之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中位置传感器组件被安装到印刷电路板，所述印刷电路板被安装到电机的外壳。

11.根据权利要求10所述的电机，其中所述外壳被安装到框架。

12.根据权利要求11所述的电机，其中轴承座的外表面为外壳提供了安装点。

13.根据权利要求1所述的电机，其中所述位置传感器组件包括轴向延伸的槽，所述轴向延伸的槽被配置为接收切口部分的边缘。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中所述磁体是传感器磁体，且电机包括被固定到轴的第二磁体，所述第二磁体是用于电机的转子芯部的永磁体。

15.根据权利要求14所述的电机，其中传感器磁体和第二磁体被固定到轴、在轴承的两侧。

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