CN113364219A - 一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，包括装配电路印制板及装配轴承的第一端盖、转子位置检测传感器；转子位置检测传感器由转子同步磁钢和转子位置采集电路组成；第一端盖采用钛合金TC6材料，将转子同步磁钢设置在第一端盖内部，与转子磁钢同轴且保持极性相同；转子位置采集电路设置在第一端盖的外部，与电机内部的冷却液隔离开来；第一端盖有与转子同步磁钢对应的凹槽，凹槽内安放霍尔集成电路，霍尔集成电路的感应面中心与转子同步磁钢中心位于轴向同一平面上并保持径向相对；转子同步磁钢和霍尔集成电路之间的厚度设计为1±0.2mm。本发明避免了导电的冷却液对霍尔信号的影响，有效提高霍尔集成电路的使用寿命和电机运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于航空泵用无刷直流电动机转子位置判断技术领域，涉及一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构。
背景技术
因无刷直流电动机具有调速性能优越、控制性能好、调速范围宽、起动转矩大、低速性能好、运行平稳、效率高等优点，并且克服了有刷电机机械换向的电磁干扰大、噪声大、寿命短、可靠性差、故障多等缺点，所以无刷直流电动机越来越多的应用到航空燃油泵电机中，也逐渐出现了以航空燃油作为冷却介质的泵用无刷直流电动机。在这种结构的无刷直流电动机中，用于转子位置判断的转子位置传感器(由转子同步磁钢和转子位置采集电路两部分组成)，一般作为一个整体设置在电动机内腔或电动机外部，并浸泡在燃油中，从而在燃油泵系统中实现了驱动电机的无刷化设计。
而在液冷泵系统中，由于航空冷却液具有导电性，作为转子位置采集电路核心部件的霍尔集成元件，其正负电源管脚与信号管脚会因为冷却液的导电性而发生短路，导致在燃油泵系统中具有明显优势的无刷直流电动机目前无法在液冷泵系统中正常应用。
发明内容
为了使无刷直流电动机能够应用在液冷泵驱动系统中，本发明提出一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，使液冷泵驱动系统具有无刷直流电动机的一系列的优良特性。
本发明的技术方案为：
所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，包括装配电路印制板及装配轴承的第一端盖、转子位置检测传感器；
所述第一端盖与电机机壳一端密封连接，将冷却液密封在电机机壳内；所述第一端盖采用非导磁的钛合金TC6材料；
在第一端盖朝向电机机壳的一面中心设计有用于与电机轴配合的台阶盲孔，台阶盲孔的轴向长度大于第一端盖的主体厚度；
第一端盖朝向电机机壳的一面中心具有突出的第一薄壁空心圆柱结构，第一端盖背向电机机壳的一面中心有突出的带封闭端的第二薄壁空心圆柱结构，共同组成了用于与电机轴配合的台阶盲孔，其中第二薄壁空心圆柱结构与第一端盖主体共同形成了台阶盲孔的小径段，第一薄壁空心圆柱结构形成了台阶盲孔的大径段；
电机轴插入台阶盲孔的小径段内，与台阶盲孔的底部端面以及小径段的侧面均具有间隙，间隙内有冷却液；
所述转子位置检测传感器由转子同步磁钢和转子位置采集电路组成；
转子同步磁钢固定安装在电机轴侧壁，与无刷直流电动机的转子磁钢同轴且保持极性相同，且转子同步磁钢在电机轴的轴向安装位置处于所述台阶盲孔的小径段内；
转子位置采集电路布置在第一端盖背向电机机壳的一面，与电机内部的冷却液隔离；其中第二薄壁空心圆柱结构在第一端盖背向电机机壳那一面的根部位置开有凹槽，凹槽内安放转子位置采集电路中的霍尔集成元件，霍尔集成元件的感应面中心与转子同步磁钢中心位于轴向同一平面上并保持径向相对，且霍尔集成元件的感应面与转子同步磁钢之间的距离为1±0.2mm；
转子位置采集电路的电路印制板通过紧固件固定在第一端盖背向电机机壳的一面。
进一步的，第一端盖侧面边缘形成台阶面，在台阶面与电机机壳的端面连接，且在侧面台阶面上布置密封圈，实现第一端盖与电机机壳之间的静密封配合。
进一步的，台阶盲孔的大径段安装用于与电机轴配合的电机轴承，用于支撑电机轴的一端。
进一步的，在台阶盲孔的台阶面上，具有与电机轴承装配配合的限位面以及径向凹槽，径向凹槽用于流过冷却液。
进一步的，电机轴为空心轴，台阶盲孔底部端面间隙内的冷却液与电机轴内部的冷却液连通。
进一步的，转子同步磁钢在电机轴的轴向安装位置对应第二薄壁空心圆柱结构在第一端盖背向电机机壳那一面的根部位置。
进一步的，第一端盖背向电机机壳的一面外侧安装有印制板保护端盖。
有益效果
本发明通过转子位置传感器的结构和材料设计，将电机转子位置传感器的两部分即转子同步磁钢和转子位置采集电路分别设置在电机端盖的内外，既能实现霍尔集成电路对电机转子同步磁钢位置的感应，又能使霍尔集成电路与电机内部的冷却液实现隔离，避免导电的冷却液对霍尔信号的影响，可有效提高霍尔集成电路的使用寿命和电机运行的可靠性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明的结构示意图；
其中：1、电路印制板；2、紧固件；3、霍尔集成元件；4、间隙；5、转子同步磁钢；6、印制板保护端盖；7、装配电路印制板及装配轴承的端盖；8、密封圈；9、电机机壳；10、冷却液；11、电机轴承。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，而且实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提出的用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，包括装有霍尔集成元件3的电路印制板1，固定印制板的紧固件2，转子同步磁钢5，磁钢与端盖之间的间隙4，印制板保护端盖6，装配电路印制板及装配轴承的端盖7，密封圈8，电机机壳9，电机轴承11。
其中的核心结构是装配电路印制板及装配轴承的端盖7，如图1所示，端盖7与电机机壳9一端密封连接，将冷却液10密封在电机机壳9内，例如图1所示，端盖7侧面边缘形成台阶面，在台阶面与电机机壳9的端面连接，且在侧面台阶面上布置密封圈8，实现端盖7与电机机壳9之间的静密封配合。
在端盖7朝向电机机壳9的一面中心则设计有用于与电机轴配合的台阶盲孔，由于台阶盲孔的轴向长度大于端盖7的主体厚度，所以端盖7朝向电机机壳9的一面中心具有突出的第一薄壁空心圆柱结构，端盖7背向电机机壳9的一面中心有突出的带封闭端的第二薄壁空心圆柱结构，共同组成了用于与电机轴配合的台阶盲孔，其中第二薄壁空心圆柱结构与端盖7主体共同形成了台阶盲孔的小径段，而第一薄壁空心圆柱结构形成了台阶盲孔的大径段。
电机轴插入台阶盲孔的小径段内，与台阶盲孔的底部端面以及小径段的侧面均具有间隙，间隙内有冷却液；而台阶盲孔的大径段安装用于与电机轴配合的电机轴承11，用于支撑电机轴的一端。在台阶盲孔的台阶面上，具有与电机轴承11装配配合的限位面以及径向凹槽，径向凹槽用于流过冷却液。此外电机轴也是空心轴，台阶盲孔底部端面间隙内的冷却液与电机轴内部的冷却液连通。
本发明的核心目的是实现液冷无刷直流电动机的转子位置检测，处于成本考虑，使用的转子位置检测传感器的基本原理与现有传感器无异，具有转子同步磁钢和转子位置采集电路，而是通过结构布局设计和相关材料的选择来实现转子位置采集电路与电机内部冷却液的隔离。
具体而言，如图1所示，电机轴端侧壁开有凹槽，凹槽内安装转子同步磁钢，将转子同步磁钢固定在电机轴侧壁，与无刷直流电动机的转子磁钢同轴且保持极性相同；而且转子同步磁钢在电机轴的轴向安装位置处于所述台阶盲孔的小径段内，并且由于转子同步磁钢的轴向安装位置对应着霍尔集成元件的安装位置，所以转子同步磁钢的轴向安装位置尽量对应第二薄壁空心圆柱结构在端盖7背向电机机壳9那一面的根部位置，这样在布置霍尔集成元件时，可以减小在端盖7上的开槽深度，避免对端盖7的机械强度产生过大影响。
转子位置采集电路布置在端盖7背向电机机壳9的一面，与电机内部的冷却液隔离开来，具体而言，在第二薄壁空心圆柱结构根部开有凹槽，凹槽内安放转子位置采集电路中的霍尔集成元件，霍尔集成元件的感应面中心与转子同步磁钢中心位于轴向同一平面上并保持径向相对。
为了使霍尔集成元件可以感应到来自转子同步磁钢的磁场，霍尔集成元件与转子同步磁钢之间的距离应尽可能小，即凹槽部位的径向厚度尽量薄，且材料性能不具有阻隔磁力线的功能；而要使电机端盖的机械强度能够满足使用环境中振动、冲击、加速度的需求，并能够承受电机内部冷却液的高压，又需要凹槽部位厚度尽可能厚。为了解决上述矛盾，端盖7采用非导磁的钛合金TC6材料，同时对凹槽部位的径向厚度进行强度以及导磁设计，最终确定转子同步磁钢和霍尔集成元件之间的距离为1±0.2mm，既能保证端盖7具有较高的机械强度，又能保证霍尔集成元件能够感应到转子同步磁钢的磁感应强度。本实施例中，转子同步磁钢嵌入在电机轴内，且转子同步磁钢外表面与电机轴外侧面齐平，转子同步磁钢和霍尔集成元件之间的距离由电机轴与台阶盲孔小径段侧面间隙以及凹槽部位径向厚度组成。而转子位置采集电路的电路印制板1通过紧固件2固定在端盖7背向电机机壳9的一面。端盖7背向电机机壳9的一面外侧安装有印制板保护端盖6。端盖6、端盖7与电机机壳9通过螺栓固定连接。
在无刷直流电动机内部充满冷却液时，转子位置采集电路安装在端盖7的外部，所以冷却液不会与转子位置采集电路的器件管脚接触，实现了转子位置采集电路与电机内部冷却液的物理隔离，使转子位置采集电路不受导电性液体的影响，同时又能保证端盖具有一定的机械强度。
采用该发明的某型泵用无刷直流电动机已在某型飞机的液冷泵系统上使用，电动机运行的可靠性有明显提高，转子位置采集电路的故障率明显降低。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：包括装配电路印制板及装配轴承的第一端盖、转子位置检测传感器；
所述第一端盖与电机机壳一端密封连接，将冷却液密封在电机机壳内；所述第一端盖采用非导磁的钛合金TC6材料；
在第一端盖朝向电机机壳的一面中心设计有用于与电机轴配合的台阶盲孔，台阶盲孔的轴向长度大于第一端盖的主体厚度；
第一端盖朝向电机机壳的一面中心具有突出的第一薄壁空心圆柱结构，第一端盖背向电机机壳的一面中心有突出的带封闭端的第二薄壁空心圆柱结构，共同组成了用于与电机轴配合的台阶盲孔，其中第二薄壁空心圆柱结构与第一端盖主体共同形成了台阶盲孔的小径段，第一薄壁空心圆柱结构形成了台阶盲孔的大径段；
电机轴插入台阶盲孔的小径段内，与台阶盲孔的底部端面以及小径段的侧面均具有间隙，间隙内有冷却液；
所述转子位置检测传感器由转子同步磁钢和转子位置采集电路组成；
转子同步磁钢固定安装在电机轴侧壁，与无刷直流电动机的转子磁钢同轴且保持极性相同，且转子同步磁钢在电机轴的轴向安装位置处于所述台阶盲孔的小径段内；
转子位置采集电路布置在第一端盖背向电机机壳的一面，与电机内部的冷却液隔离；其中第二薄壁空心圆柱结构在第一端盖背向电机机壳那一面的根部位置开有凹槽，凹槽内安放转子位置采集电路中的霍尔集成元件，霍尔集成元件的感应面中心与转子同步磁钢中心位于轴向同一平面上并保持径向相对，且霍尔集成元件的感应面与转子同步磁钢之间的距离为1±0.2mm；
转子位置采集电路的电路印制板通过紧固件固定在第一端盖背向电机机壳的一面。
2.根据权利要求1所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：第一端盖侧面边缘形成台阶面，在台阶面与电机机壳的端面连接，且在侧面台阶面上布置密封圈，实现第一端盖与电机机壳之间的静密封配合。
3.根据权利要求1所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：台阶盲孔的大径段安装用于与电机轴配合的电机轴承，用于支撑电机轴的一端。
4.根据权利要求3所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：在台阶盲孔的台阶面上，具有与电机轴承装配配合的限位面以及径向凹槽，径向凹槽用于流过冷却液。
5.根据权利要求1所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：电机轴为空心轴，台阶盲孔底部端面间隙内的冷却液与电机轴内部的冷却液连通。
6.根据权利要求1所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：转子同步磁钢在电机轴的轴向安装位置对应第二薄壁空心圆柱结构在第一端盖背向电机机壳那一面的根部位置。
7.根据权利要求1所述一种用于液冷无刷直流电动机的转子位置检测结构，其特征在于：第一端盖背向电机机壳的一面外侧安装有印制板保护端盖。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210907 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |