CN114974854A - 具有恒定的测量间隙的旋转变压器和电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有恒定的测量间隙的旋转变压器和电机系统，具体而言涉及一种用于确定电动马达(3)的转子(2)的角度位置的旋转变压器(1)，所述旋转变压器具有用于抗转动地布置在所述转子(2)上的发送器单元(4)和用于确定所述转子(2)相对于所述电动马达(3)的定子(6)的相对位置的评价单元(5)。所述发送器单元(4)能够围绕旋转轴线(R)旋转并且隔开限定的轴向间距(A)地保持在所述评价单元(5)上。本发明还涉及一种具有根据本发明的旋转变压器(1)的电机系统(16)。

Description

具有恒定的测量间隙的旋转变压器和电机系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定电动马达的转子的角度位置的旋转变压器，所述电动马达尤其是用于驱动机动车的电动马达。此外，本发明涉及一种电机系统，尤其是一种用于驱动机动车的电机系统，其具有电动马达和这种类型的旋转变压器。
背景技术
已知如下电机系统，在所述电机系统中提供旋转变压器以确定转子的角度位置。从DE 10 2013 204 784 A1已知一种用于机动车的驱动系统，其中，旋转变压器的发送器单元固定在电动马达的转子上。旋转变压器的传感器单元集成到电动马达的功率电子设备中。CN 101699720 A公开了一种电机系统，其中，旋转变压器的发送器单元也固定在电动马达的转子上。传感器单元保持在电动马达的马达壳体上。根据DE 20 2015 103 013 U1，发送器单元构造成多件式的，其中，发送器单元的发送器轴借助固定螺栓轴向地且旋转地保持在转子上。
DE 10 2017 207 239 A1表明一种变速器系统，其中，旋转变压器的发送器单元借助固定螺钉固定在变速器的变速器轴上，并且传感器单元固定在变速器壳体上。根据US2014/0230593 A1，发送器单元被压到变速器轴上。由US 5 981 940 A已知一种测量系统，其中，发送器单元抗转动地且轴向固定地保持在可转动的轴上。传感器单元在轴向方向上从两侧包围发送器单元。
具有旋转变压器的已知系统大多具有以下缺点：将发送器单元在转子上以及传感器单元在机器壳体上的分开的装配导致链公差，由于所述链公差，发送器单元和传感器单元之间的间距不再能被精确控制。例如，这些链公差基于制造公差、装配误差和单个的构件由于热膨胀引起的尺寸波动。如果发送器单元和传感器单元之间的间距偏差太大，则通过传感器单元对发送器单元的可靠的检测得不到确保，尤其是在感应工作的旋转变压器的情况下。此外，将发送器单元装配在转子或变速器轴上非常耗费且昂贵。由此，也显著增加了用于维护和更换旋转变压器的耗费。
发明内容
因此，本发明的任务是消除或至少部分消除上述在用于确定电动马达的转子的角度位置的旋转变压器中的缺点、尤其是用于驱动机动车的电动马达中的缺点。尤其是，本发明的任务是提供一种旋转变压器和具有电动马达和旋转变压器的电机系统，其以简单且成本适宜的方式具有改进的可装配性和/或提供转子的角度位置的改进的确定。
因此，该任务通过一种用于确定电动马达、尤其是用于驱动机动车的电动马达的转子的角度位置的旋转变压器以及通过一种电机系统、尤其是用于驱动机动车的电机系统来解决。在此，结合根据本发明的旋转变压器描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的电机系统，并且相应反之亦然，从而关于本发明的各个方面的公开内容总是相互参考或总是可以相互参考。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于确定电动马达、尤其是用于驱动机动车的电动马达的转子的角度位置的旋转变压器来解决。旋转变压器具有用于抗转动地布置在转子上的发送器单元和用于确定转子相对于电动马达的定子的相对位置的评价单元。根据本发明，发送器单元可以围绕旋转轴线旋转并且与评价单元保持隔开限定的轴向间距。
为了确定转子的角度位置，旋转变压器具有发送器单元和评价单元。旋转变压器优选地构造用于感应地确定位置，尤其是借助感应电压确定位置。
在本发明的范围内，发送器单元理解为将转子的角度位置转换成信号的装置。为此，发送器单元可以抗转动地布置在转子上。为了将角度位置转换为信号，发送器单元具有信号产生部件。发送器单元的信号产生部件优选地具有用于有针对性的场失谐的器件。这种器件优选地构造用于电磁场的有针对性的失谐，例如是导电元件和/或磁性元件。发送器单元可以如此布置在转子上，使得在转子的每个角度位置中可以借助发送器单元引起其他的场失谐或电磁场失谐。
发送器单元优选地具有用于将发送器单元与转子对准的对准装置。对准装置优选地具有对准器件，例如定心销、定心孔等，其优选地具有倾斜或锥形的定心区段。定心装置优选地构造成与对应定心装置共同作用地将发送器单元与转子对准。为此，对应定心装置优选地具有对应定心器件，例如定心孔、定心销等，其构造用于与定心器件相互接合。进一步优选地，对准装置构造成将发送器单元与转子的旋转轴线同轴地对准。对准装置特别优选地构造成以形状配合的方式防止发送器单元相对于转子相对旋转。这可以例如通过对准装置的非旋转对称构造或通过多个彼此间隔开的对准器件来实现。
旋转变压器具有评价单元，以用于转变由发送器单元的信号产生部件产生的信号。为此，评价单元具有信号检测单元。信号检测单元构造用于探测由发送器单元产生的信号。信号检测单元优选地构造用于探测电磁场的失谐。由发送器单元引起的场失谐或电磁场的失谐因此可以例如借助信号检测单元接收，并且可以通过评价单元的确定单元转变成转子的角度位置。进一步优选地，评价单元构造用于产生可由发送器单元失谐的电磁场。为此，评价单元优选地具有线圈，可以给线圈加载交流电。线圈优选地构造为信号检测单元的一部分。评价单元优选地如此构造，使得被加载交流电的线圈的阻抗可以通过与发送器单元的相互作用而改变。为了确定由发送器单元引起的场失谐，确定单元优选地具有测量装置。测量装置优选地构造用于测量阻抗，尤其是线圈的阻抗。根据本发明，也可以使用其他位置检测器件。评价单元优选地具有保持区段。保持区段优选地构造用于抗转动地布置在电动马达的马达壳体上或电动马达的定子上。进一步优选地，保持区段构造用于在轴向方向上的公差补偿。为此，保持区段例如具有柔性和/或弹性区域。轴向公差补偿优选地至少为0.5mm并且进一步优选地为大约1mm。通过保持区段的轴向公差补偿可以确保评价单元可以跟踪转子的轴向移动，例如由于热膨胀、制造公差等引起的轴向移动。
发送器单元围绕旋转轴线可旋转地布置在评价单元上。为此，发送器单元例如可以具有保持销，该保持销与旋转轴线同轴地布置，该保持销接合到评价单元的保持空隙中。
此外，发送器单元与评价单元保持隔开限定的轴向间距。在本发明的范围内，这理解为，发送器单元的信号产生部件和评价单元的信号检测单元之间的轴向间距被如此确定，使得信号产生部件的相对位置的可靠检测借助信号检测单元确保。因此，轴向间距优选地是恒定的或至少处于预设的公差场内，例如+/-0.3mm内。此外优选地，发送器单元能够如此抗转动地布置在转子上，使得转子相对于发送器单元的轴向的相对运动仍然是可能的。为此，保持销例如可以构造为轴向的线性导轨。以这种方式，可以补偿转子的轴向位置移动，而发送器单元继续保持抗转动地布置在转子上并且在轴向方向上相对于定子和/或马达壳体位置固定地布置。
根据本发明的旋转变压器相对于传统的旋转变压器具有以下优点：通过简单的手段并且以成本适宜的方式持久地确保可靠地确定角度位置。借助根据本发明的旋转变压器可以容易地补偿由于热膨胀或其他机械负荷引起的转子的制造公差或轴向移动。此外，根据本发明的旋转变压器具有显著改进的可装配性，因为在装配时发送器单元例如仅与转子接合，而评价单元可以固定在定子或马达壳体上。在根据本发明的旋转变压器的情况下，不需要将发送器单元耗费地固定在转子上以及随后将发送器单元和评价单元放在一起以及对准。
根据本发明的优选的扩展方案，在旋转变压器中可以设置成，所述评价单元具有与所述旋转轴线同轴构造的接纳轴，其中，所述发送器单元具有中央的穿通引导部，其中，所述接纳轴的背离所述评价单元指向的端部区段引导穿过中央的穿通引导部。接纳轴和中央的穿通引导部优选地构造成转动对称的，尤其是柱形的。发送器单元在周向方向上包围接纳轴的至少一部分，优选在整个周向上包围接纳轴的至少一部分。此外，发送器单元被布置成可相对于接纳轴围绕旋转轴线旋转。这具有以下优点：发送器单元在评价单元上的可旋转的布置以简单的手段并且以成本适宜的方式实现。此外，借助接纳轴实现旋转变压器的特别容易的装配。
根据本发明优选地，接纳轴具有台肩以用于限制发送器单元沿着旋转轴线朝向评价单元的运动。备选地或附加地，根据本发明可以设置成，在接纳轴上布置有卡环以用于限制发送器单元沿着旋转轴线朝向评价单元的运动。台肩或卡环如此构造，使得发送器单元可以在滑移方向上滑移到接纳轴上并且以形状配合的方式防止发送器单元在滑移方向上的进一步移动。由此，确定发送器单元相对于评价单元的轴向终端位置。如此选择终端位置，使得确保可靠地检测发送器单元相对于评价单元的角度位置。卡环优选地布置在接纳轴的环绕的槽中。这具有以下优点：能以简单的手段并且以成本适宜的方式在装配期间容易地设定发送器单元和评价单元之间的限定的轴向间距，在该轴向间距的情况下确保发送器单元相对于评价单元的相对角度位置的可靠探测。
进一步优选地，接纳轴具有卡环以用于限制发送器单元沿着所述旋转轴线远离评价单元的运动。备选地或附加地，接纳轴可以具有螺母以用于限制发送器单元沿着旋转轴线远离评价单元的运动。卡环优选地保持在接纳轴的环绕的槽中。因此，发送器单元相对于评价单元的轴向位置可以优选地通过台肩与卡环和/或螺母的相互作用或通过卡环与第二卡环和/或螺母的相互作用来确保。这具有以下优点：发送器单元能以简单的手段并且以成本适宜的方式轴向地固定在评价单元上。以这种方式，能以形状配合的方式防止发送器单元从评价单元脱离。此外，这种旋转变压器可易于装配。
在本发明的特别优选的设计方案中，可以在旋转变压器中设置成，发送器单元通过支承装置可转动地支承在评价单元上。根据本发明优选滚动轴承，尤其是深沟球轴承作为支承装置。备选地，支承件也可以借助滑动套筒、经覆层的表面等来实现。这具有以下优点：发送器单元和评价单元之间的相对旋转运动能以简单的手段并且以成本适宜的方式进行，其中减少了各旋转配对件之间的摩擦。因此，可以减小旋转变压器的内部旋转阻力，并且可以延长旋转变压器的使用寿命。
优选地，所述评价单元具有与所述支承装置电耦合的电流引出装置，其中，所述发送器单元与所述支承装置电耦合，并且其中所述发送器单元能够与所述转子电耦合。电流引出装置优选地通过电导体实现，例如铜导体、碳纤维导体等实现。电流引出装置优选地与支承装置直接电耦合，优选地通过直接接触支承装置的内环与支承装置直接电耦合。因此，支承装置优选地构造为导电的。这具有以下优点：在电动马达运行期间可能出现的电压可以通过发送器单元、支承装置和电流引出装置以简单的手段并且以成本适宜的方式从转子引出。支承装置只承受相对较小的机械负载，从而流过支承装置的电流只造成很小的磨损。以这种方式，可以避免电压通过电动马达的转子的主支承件引出，该主支承件在运行期间比旋转变压器的支承装置承受显著更大的机械负载。因此，可以减少主支承件的磨损，并且可以延长主支承件的使用寿命。
根据本发明的优选的实施方式，可以在旋转变压器中设置成，所述发送器单元具有形状配合区段，以用于以形状配合的方式抗转动地接触所述转子。为此，转子优选地具有对应形状配合区段，其构造成与形状配合区段相配合。形状配合区段优选地如此构造，使得在发送器单元和转子之间的轴向的相对运动行程上保持抗转动的接触。相对运动行程优选为至少1mm长。形状配合区段优选地构造在发送器单元的周缘侧上。这样的形状配合区段可以引入到转子的对应形状配合区段中，该对应形状配合区段构造为空隙或空心轴区段。根据本发明，形状配合区段也可以具有多个彼此间隔开的形状配合元件，这些形状配合元件至少部分地布置在旋转轴线旁边并且构造用于接合到转子的相应多个对应形状配合区段中。进一步优选地，形状配合区段构造用于在发送器单元和转子之间建立电耦合，尤其是用于在电流引出装置和转子之间建立电耦合。这具有以下优点：能以简单的手段并且以成本适宜的方式将旋转变压器装配在转子上。发送器单元能抗转动地且轴向可运动地布置在转子上。通过将旋转变压器的采样单元固定在定子、机器壳体等上，可以确保旋转变压器不从转子轴向脱落。因此，转子的轴向位置变化可以通过简单的手段来补偿。
形状配合区段特别优选地与旋转轴线同轴地布置。优选地，为了建立形状配合的、抗转动的联结，形状配合区段构造为具有多个棱边，例如三角形、四边形或多边形。这具有以下优点：以简单的手段并且以成本适宜的方式改进了旋转变压器在转子上的装配。
根据本发明优选的是，所述评价单元具有用于将所述评价单元装配在电动马达的马达壳体或定子上的保持区段。保持区段优选地具有保持器件穿通引导部，用于穿过保持器件，例如螺钉、螺栓等。根据本发明优选的是，保持区段具有外螺纹，该外螺纹构造在旋转变压器的旋转变压器壳体上并且构造用于将旋转变压器拧入到机器壳体的内螺纹中。以这种方式，通过围绕旋转轴线转动旋转变压器并与此相关联地将其拧入到机器壳体中或将其从机器壳体拧下，可以容易地设定旋转变压器与电动马达的相对轴向位置。保持区段优选如此构造，使得评价单元可以通过保持区段以位置稳定的方式固定在电动马达上。位置稳定意味着所有自由度被拿掉。进一步优选地，保持装置具有至少一个定心器件，用于在旋转变压器向装配位置运动时将旋转变压器与电动马达对准。这具有以下优点：以简单的手段并且以成本适宜的方式改进了旋转变压器在电动马达上的装配。
根据本发明的第二方面，所述任务通过一种电机系统来实现。电机系统具有带有转子和定子的电动马达。转子的作用部分优选地整个周向地或至少部分周向地被定子包围。根据本发明，电机系统具有根据本发明的旋转变压器，其中，发送器单元以抗转动地且轴向可移动地布置在转子上。优选地，评价单元优选借助评价单元的保持区段保持在电动马达的不可运动的部件上，例如定子或马达壳体上。通过发送器单元在转子上的抗转动的布置确保转子和发送器单元的共同旋转。通过发送器单元在转子上的轴向的可运动的布置确保转子相对于定子或机器壳体的轴向位置在预设的公差内的变化不会影响发送器单元相对于评价单元的轴向位置，其中仍确保发送器单元在转子上的抗转动布置。
在根据本发明的电机系统中得到对于根据本发明第一方面的旋转变压器已经描述的所有优点。因此，根据本发明的电机系统相对于传统的电机系统具有以下优点：以简单的手段并且以成本适宜的方式持久地确保可靠地确定转子的角度位置。借助根据本发明的旋转变压器可以容易地补偿由于热膨胀或其他机械应力引起的转子的制造公差或轴向移动。此外，根据本发明的电机系统具有旋转变压器的显著改进的可装配性，因为例如在装配时发送器单元仅与转子接合，而评价单元可以固定在定子或马达壳体上。在根据本发明的电机系统中，不需要将发送器单元耗费地固定在转子上以及随后将发送器单元和评价单元放在一起以及对准。
附图说明
下面参照附图更详细地阐释根据本发明的旋转变压器和根据本发明的电机系统。附图中分别示意性进行示出：
图1以剖视图示出根据本发明的优选的第一实施方式的电机系统的局部，以及
图2以剖视图示出根据本发明的优选的第二实施方式的电机系统的局部。
具有相同功能和作用原理的元件在图1和图2中分别设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示意性地以剖视图示出根据本发明的优选的第一实施方式的电机系统16的局部。电机系统16具有带有马达壳体15的电动马达3，定子6保持在马达壳体上。定子6包围构造为空心轴的转子2，该转子通过主支承装置19围绕旋转轴线R可旋转地支承在马达壳体15上。根据本发明的旋转变压器1的发送器单元4抗转动地布置在转子2的一个端侧上。为此，发送器单元4如此引入到转子2中，使得发送器单元4的沿径向方向向外指向的且环绕的形状配合区段13与转子2的沿径向方向向内指向的以及环绕的对应形状配合区段17接合。以这种方式，转子2和发送器单元4的轴向相对运动被释放。
发送器单元4具有中央的穿通引导部8，旋转变压器1的评价单元5的接纳轴7如此引入到该穿通引导部中，使得接纳轴7的台肩9形状配合地限制发送器单元4在第一方向上相对于评价单元5的轴向相对运动。此外，在接纳轴7的环绕的槽中引入卡环，该卡环形状配合地限制发送器单元4在与第一方向相反的第二方向上相对于评价单元5的轴向相对运动。因此，在发送器单元4和评价单元5之间确定限定的轴向间距A。
在接纳轴7和发送器单元4之间布置有构造为滑动套筒的支承装置11。评价单元5具有构造为外螺纹的保持区段14，该保持区段与构造在马达壳体15中的构造为内螺纹的对应保持区段18如此接合，使得评价单元5位置稳定地固定在马达壳体15上。通过使评价单元5相对于马达壳体15相对转动，可以引起评价单元5相对于马达壳体15并且因此相对于转子2的轴向相对运动。
图2示意性地以剖视图示出根据本发明的优选的第二实施方式的电机系统16的局部。第二实施方式基本上相应于第一实施方式，其中，支承装置11从现在起构造为滚动轴承。支承装置11的轴承内圈在接纳轴7上沿轴向方向固定在两个卡环10之间。支承装置11的轴承外圈沿轴向方向固定在发送器单元4的台肩9与保持在发送器单元4上的卡环10之间。此外，旋转变压器1具有电流引出装置12，该电流引出装置布置在评价单元5中并且将支承装置11的轴承内圈与马达壳体15电耦合。
附图标记列表
1旋转变压器
2转子
3电动马达
4发送器单元
5评价单位
6定子
7接纳轴
8中央的穿通引导部
9凸肩
10卡环
11支承装置
12电流引出装置
13形状配合区段
14保持区段
15马达壳体
16电机系统
17对应形状配合区段
18对应保持区段
19主支承装置
A轴向间距
R旋转轴线

Claims (10)

1.用于确定电动马达(3)的转子(2)的角度位置的旋转变压器(1)，所述旋转变压器具有用于抗转动地布置在所述转子(2)上的发送器单元(4)和用于确定所述转子(2)相对于所述电动马达(3)的定子(6)的相对位置的评价单元(5)，其特征在于，
所述发送器单元(4)能够围绕旋转轴线(R)旋转并且与所述评价单元(5)保持隔开限定的轴向间距(A)。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述评价单元(5)具有与所述旋转轴线(R)同轴构造的接纳轴(7)，其中，所述发送器单元(4)具有中央的穿通引导部(8)，其中，所述接纳轴(7)的背离所述评价单元(5)指向的端部区段引导穿过中央的穿通引导部(8)。
3.根据权利要求2所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述接纳轴(7)具有台肩(9)以用于限制所述发送器单元(4)沿着所述旋转轴线(R)朝向所述评价单元(5)的运动和/或在所述接纳轴(7)上布置有卡环(10)以用于限制所述发送器单元(4)沿着所述旋转轴线(R)朝向所述评价单元(5)的运动。
4.根据权利要求2或3所述的旋转变压器(1)，其特征在于，在所述接纳轴(7)上布置有卡环(10)以用于限制所述发送器单元(4)沿着所述旋转轴线(R)远离所述评价单元(5)的运动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述发送器单元(4)通过支承装置(11)可转动地支承在所述评价单元(5)上。
6.根据权利要求5所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述评价单元(5)具有与所述支承装置(11)电耦合的电流引出装置(12)，其中，所述发送器单元(4)与所述支承装置(11)电耦合，并且其中所述发送器单元(4)能够与所述转子(2)电耦合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述发送器单元(4)具有形状配合区段(13)，以用于以形状配合的方式抗转动地接触所述转子(2)。
8.根据权利要求7所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述形状配合区段(13)与所述旋转轴线(R)同轴布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转变压器(1)，其特征在于，所述评价单元(5)具有用于将所述评价单元(5)装配在电动马达(3)的马达壳体(15)或定子(6)上的保持区段(14)。
10.电机系统(16)，其具有带有转子(2)和定子(6)的电动马达(3)，其特征在于，
电机系统(16)具有根据前述权利要求中任一项所述的旋转变压器(1)，其中，发送器单元(4)抗转动地且轴向可运动地布置在转子(2)上。
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