CN117441106A - 用于测量相电流的电动机的相端子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于测量相电流的电动机的相端子的电驱动器，其中所述电驱动器包括转换器、包括多个相电流支路的电机，所述电机和所述转换器一起布置在壳体内，以及用于测量所述多个相电流支路钟至少一个的电流的至少一个无磁芯的磁场传感器，其中，所述多个相电流支路的至少一个相电流支路包括槽条，所述槽条至少部分地布置在电机的槽中并且在槽的外部形成相端子，其中所述相端子具有弯曲部，所述至少一个无磁芯的磁场传感器布置在该弯曲部的区域中。

Description

用于测量相电流的电动机的相端子

技术领域

本发明涉及具有电机的相端子的电驱动器的技术领域。用于操作电机的电流施加于相端子,以便为电驱动器的各相供应电流。更具体地,本发明涉及具有高度集成结构的电驱动器,其特征在于集成至少一个电动机和至少一个转换器作为电驱动器的一部分。

技术背景

具有交流发电机的牵引逆变器是已知的,其中，交流发电机向连接到电动机的各相的端子场、电线、供应电动机的一些相上的AC传感器、电线上的电流传感器、用于接收包括来自电源的限制电流和所需扭矩策略的至少一个值的信息的输入以及基于扭矩策略来控制电动机的相电流的控制器供应电流,同时基于来自电源的限制电流将电力线中的电流保持在可接受的值。因此,始终可以向电源施加最大电流,而没有损坏电源的风险(WO2011/064095A2)。

然而,在这种情况下，需要将传感器连接到电线并通过它分接相电流。这一方面需要载流电路元件来进行连接,另一方面,与电线相比,传感器需要合适的结构布置,这在结构上使驱动器中的这种传感器的实现和布置变得复杂。此外,使用这种传感器进行测量并获得精确的测量结果需要昂贵的测量技术,无论结构复杂程度如何,这进一步增加了成本。尤其是在多相系统的情况下,如从WO 2011/064095 A2已知的,需要多个传感器或测量装置以便测量各相的电流。尽管需要多个必要测量装置,但仍可以实现紧凑的结构,因此需要使用小型的传感器和电路元件,然而,对于所需的测量精度而言,这些传感器和电路元件特别昂贵。此外,经由电线的测量(例如通过连接的分流电阻器)将导致电压降,从而导致这些电路元件的损耗,这会不利地降低驱动器和系统的效率。最后,转换器作为必须通过连接线连接到电动机的外部单元的单独实施方式是不利地增加系统的所需安装空间和总重量的另一个方面。

另外,从WO2008/107773A1得知使用具有围绕电流导体布置的磁芯的开环传感器,以便测量由电流导体承载的电流。在该情况下，传感器布置在印刷电路板上,并且磁芯以线圈的形式布置在印刷电路板的开口周围。测量电流的电流导体穿过印刷电路板的开口,并因此穿过磁芯或线圈。然而,该解决方案也可以仅以非常复杂得方式实施,因为磁芯或线圈必须布置成包围承载待测量电流的整个导体。这使得结构变得复杂、麻烦,从而增加了施工成本。另外,这种电路板或印刷电路板的成本显著高于没有待测量的电流导体必须穿过的开口的电路板或印刷电路板的成本。将导体引导穿过这样的电路板开口也会导致不期望的EMC影响。也就是说，连接到电路板或印刷电路板的电子元件的功能会被穿过电路板或印刷电路板的导体的电或电磁效应严重削弱或完全破坏,这使得这种测量原理的应用变得非常困难或不可能。此外,磁芯本身的成本非常高,因为这种磁芯必须由昂贵的、具有非常小的磁滞的高磁性铁制成,以便获得有意义的测量结果。此外,由于包围导体的必要磁芯，该变体具有显著高得多的空间需求,而这在空间关键的电力驱动器中是不存在的。磁芯还不利地导致重量增加。此外,在该变型中磁芯与印刷电路板上的传感器通过相应结构改造的耦合是必须的。

如果相反地，没有磁芯、没有线圈或任何其它接收或检测磁场的元件与磁场传感器一起使用,以及如果相反地，仅使用无磁芯的磁场传感器,那么测量结果的准确性就会出现问题,因为磁场传感器与待测量电流的导体之间的距离对测量结果影响非常大。这是因为磁场传感器测量穿过它的磁场,由此可以计算出导体所承载的电流的电流强度。由于运动或振动,无磁芯的磁场传感器与电流导体之间的距离发生变化,因此无磁芯的磁场传感器测量的磁通密度也发生变化,这就是为什么即使待测量的电流没有变化,也会检测到测量电流的错误变化。因此,振动或运动会导致测量误差。这个问题是使用无磁芯的磁场传感器所固有的,因为在有磁芯的磁场传感器中,磁芯包围了整个导体,这就是为什么即使在整体振动或运动的情况下相同的磁场也会穿透磁芯。换句话说,有磁芯的磁场传感器不仅仅测量在无磁芯的磁场传感器的情况下的磁通密度,而是测量所限定的磁通量。因此,在具有磁芯或设有线圈的磁场传感器的情况下,不会出现这里描述的测量误差的问题,因为所测量的磁通量总是在它们中限定。

关于在电驱动器中使用无磁芯的磁场传感器,传感器和待测量的电流导体之间的距离的影响是非常成问题的,一方面因为电驱动器由于转子本身的运动而引起振动,并且另一方面因为交通工具中使用的电驱动器暴露于交通工具的运动。这种运动和振动意味着磁场传感器和导体也受到持续的运动和振动,这最终不断地改变磁场传感器和电流导体之间的距离,并且因此也不断地改变穿透磁场传感器的磁场。因此，出现了由振动和/或运动引起的测量不准确,这对偏离实际电流的所测得的电流值的准确性产生负面影响。当基于不正确的电流值来控制电驱动器时,电驱动器最终也被错误地控制和操作,这使得电驱动器在实践中不能被有效地使用。具体地,电力驱动器的扭矩保真度会受到影响。

使用无磁芯的磁场传感器时的另一个问题是,其它外部磁场的影响不能与要确定其电流的电流导体的待测磁场分开。这是因为在有磁芯的磁场传感器的情况下,这种外部磁场被磁芯抑制。然而,当精确地用于电驱动器时,存在大量载流导体,例如电驱动器的多个相的载流导体,它们非常靠近其中一相中待测量的电流导体,其结果是产生大量干扰磁场。结果,测量的电流也会受到负面影响并被篡改。

使用无磁芯的磁场传感器时的另一个问题是由待测量电流导体中的电流产生并穿过磁场传感器的磁场的磁通密度低。这是因为这样的传感器仅位于从电流导体开始的一侧,而磁芯包含整个导体,并且磁通密度被磁芯放大,例如100倍。因此,由于无磁芯就不存在高磁导率,因此在传感器处只能出现明显低很多的磁通密度,这就是为什么灵敏度和因此信噪比不利地低,这对测量精度具有进一步的负面影响。

发明内容

权利要求1中具体说明的发明基于最小化在具有集成电机和集成转换器的电驱动器中使用无磁芯的磁场电流传感器的缺点的问题,其需要相电流的精确电流测量以用于操作。通过集成转换器，可以使用连接到高度集成的驱动器的直流电源,并且可以向电机提供由集成转换器产生的交流电,而不需要另外的部件或零部件。这在电动汽车领域尤其重要,因为在许多电动汽车中,电能存储在电池存储系统中,而电池存储系统又提供直流电而不是交流电。相比之下,许多类型的电动机必须供应有交流电来运行,以便在电动机中产生期望的交变磁场,这导致这种电动机的定子中的转子运动。由于衡量电动汽车效率的非常重要的因素是其重量和功率密度、电动汽车驱动部件所需的尺寸和安装空间,因此本发明的一个基本目标是降低电动汽车的驱动部件的尺寸,从而减轻重量,同时系统的性能仍然尽可能高。最终,只有对驱动进行精确控制才能保证高效率,这就是为什么本发明还致力于提高相电流测量结果的准确性。

这些问题通过权利要求1中具体说明的特征来解决。高度集成的电驱动器除了转换器之外还包括电机。电机的槽条的至少一个相端子布置在对应相的槽外部。电流测量采用磁场测量的测量原理,在相端子的弯曲部处设置有无磁芯的磁场传感器。

本发明实现的优点是,代替具有磁芯的磁场传感器,无磁芯或线圈的磁场传感器也可以用来测量相电流,而不会失去具有磁芯的磁场传感器的测量精度。此外,使用无磁芯的磁场传感器简化了结构,因为这种传感器与例如分流电阻器或具有磁芯的磁场传感器不同,没有必须耦合到待测量导体或必须布置在待测量导体周围的任何电路元件。因此，与传统解决方案相比,系统效率提高了,并且简单的结构显著降低了空间需求和制造成本。尽管使用无磁芯的磁场传感器,但由于测量是由传感器在待测量电流的导体的弯曲部处进行的,所以仍能实现较高的测量精度。弯曲部导致磁场聚焦在传感器,这就是为什么穿过无磁芯的磁场传感器的磁场明显更强,这有利地提高了测量精度和信噪比。使用以同样实心相端子的形式连接到转换器的实心槽条,而不是具有引出的绕组端部的导线绕组,导致提高了相对于作用在槽条、特别是相端子上的加速度的刚度和鲁棒性,使得振动或运动仅对磁场传感器和待测量的电流导体(即相端子)之间的距离具有很小的影响。因此，对无磁芯的磁场传感器的测量结果的负面干扰影响降低了。

本发明的有利改进在从属权利要求中详细说明。

在一个实施例中,电驱动器包括：转换器；电机,其包括多个相电流支路,其中电机和转换器一起布置在壳体中；以及至少一个无磁芯的磁场传感器,其用于测量多个相电流支路中至少一个的电流,其中多个相电流支路中的至少一个相电流支路包括至少部分地布置在电机的槽中并在凹槽外部形成相端子的槽条,并且其中相端子具有曲率,在该曲率的区域中布置有至少一个无磁芯的磁场传感器。

在一个实施例中,相端子可以至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸，换句话说,在垂直于旋转轴线的平面内延伸。旋转轴线是电驱动器的转子的旋转轴线。

在一个实施例中,相端子可以在垂直于旋转轴线的平面内远离法线方向弯曲。

在一个实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器可以布置在电路板上。

在一个实施例中,至少一无磁芯的磁场传感器可以仅具有将至少一无磁芯的磁场传感器与电路板连接的一个物理连接。在这种情况下,所述一个物理连接可以包括一个或多个物理触点,然而,所述物理触点仅将至少一个无磁芯的磁场传感器连接到电路板而不连接到其它零部件或元件,例如磁芯。

在一个实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器可以由表面贴装元件组成,该表面贴装元件作为集成电路布置在电路板上的单独壳体中。

在一个实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器可以由有线元件构成,该有线元件作为集成电路布置在电路板上的单独壳体中。

在一个实施例中,相端子可以至少部分地平行于布置有电路板的平面延伸。

在一个实施例中,电路板可以是用于控制转换器的电路板。在另一实施例中,电路板可以是用于电流测量的电路板,其具有与用于控制转换器的电路板的信号传输连接。在该实施例中,传感器不布置在用于控制转换器的电路板上,并且传感器可以与电路板一起布置以在电驱动器上的任何期望位置处进行电流测量。

在一个实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器可以是霍尔传感器和/或闭环传感器或开环传感器之一和/或磁阻传感器、各向异性磁阻效应AMR传感器、巨磁阻GMR传感器、磁隧道电阻TMR传感器或巨磁阻CMR传感器之一。

在一个实施例中,相端子可以具有带曲率的柔性部分,该柔性部分将相端子件与至少部分地布置在电机的槽中的槽条部分连接。柔性部分可以至少在电机的转子的旋转轴线的方向上是机械柔性的,以便能够补偿至少在旋转轴线的方向上出现的机械应力。

在一个实施例中,用于测量多个相电流支路中的至少一个的电流的至少一个无磁芯的磁场传感器可以布置在柔性部分处以及柔性部分的弯曲区域中。

在一个实施例中,柔性部分可以与旋转轴线的方向正交,并且柔性部分的弯曲具有U形。

在一个实施例中,O形圈可以包围相端子件并将位于相端子周围的空间分成两个子空间并且以流体密封的方式将它们彼此隔开。

在一个实施例中,至少一子空间可填充有铸封料。

在一个实施例中,铸封料可以是导热且电绝缘的,并且铸封料可以与电驱动器的轴承护罩热耦合。代替轴承护罩或附加于轴承护罩,铸封料可以与电驱动器的散热器热耦合。

在一个实施例中,电驱动器还可包括加速度传感器。

在一个实施例中,转换器可以具有一种架构,该架构具有至少三个平面,这些平面与旋转轴线正交延伸并且在旋转轴线的方向上彼此偏移地布置。

在一个实施例中,转换器可以包括第一平面,用于控制转换器的电路板布置在第一平面上。

在一个实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器可以布置在第一平面上的用于控制转换器的电路板上。

在一个实施例中,转换器可以具有第二平面,其中，转换器的至少一个半导体元件布置在第二平面上。

在一个实施例中,至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸的相端子的部分可以布置在第二平面上。

在一个实施例中,转换器可以具有第三平面,其中用于冷却半导体元件的至少一个散热器布置在第三平面上。

在一个实施例中,第三平面可以具有带负极的DC端子,其中，第二平面具有带正极的DC端子。

在一个实施例中,转换器可以具有第四平面,其中，该第四平面具有由正极和负极组成的DC端子,至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸的相端子的部分可以布置在第四平面上。

在一个实施例中,转换器可以具有第四平面,其中至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸的相端子的部分布置在第四平面上,并且其中，第三平面具有带负极的DC端子,并且第二平面具有带正极的DC端子。

前述发明内容提供来总结一些实施例，以便提供对本文所描述的主题的各方面的基本理解。因此，上述特征不应被解释为限制本文所述主题的范围。此外，上述和/或另外的实施例可以以任何合适的组合进行组合，以便提供另外的实施例。从以下详细描述、附图和权利要求书中，本文所述主题的进一步特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

为了描述实现上述本发明的实施例的方式以及定义本公开的其它优点和特征，下面提供更精确的描述。在附图中，示出了描述的各方面，其中相似的数字表示相似的元件。应该理解，这些附图示出了本发明的示例性实施例并且因此不被视为对范围的限制，下面通过使用附图更详细地描述实施例。

图1示出了电驱动器的立体图。

图2示出了具有相端子的电驱动器的定子的一部分的立体图。

图3示出了具有相端子的电驱动器的定子的一部分的立体图。

图4示出了具有相端子的电驱动器的转换器的一部分的立体图。

图5示出了具有相端子的电驱动器的转换器的一部分的立体图。

具体实施方式

根据所示发明的构造和运行模式，参照附图对本发明进行说明。根据以下解释可以更好地理解本公开：

开环传感器通常被理解为指磁场传感器,也称为霍尔效应传感器,具有磁换能器以产生与被测电流成比例的电压。然后这个信号被放大以产生与导体中流动的电流成比例的模拟输出信号。导体被引导穿过铁磁芯(也称为磁芯)的中心,以集中磁场,并且该磁换能器放置在磁芯的间隙中。

相比之下,闭环传感器被理解为指一种磁场传感器,其包括由电流传感电路有源驱动的线圈,以产生与导体中的电流产生的磁场相反的磁场。这是因为在开环构型中,磁场电流传感器IC随温度变化的任何非线性或灵敏度漂移都可能导致误差,而使用有源驱动线圈可以避免这种情况。因此,具有闭合控制环路的闭环电流传感器不仅需要铁磁芯,还需要线圈和额外的更高功率放大器来使线圈工作。闭环传感器也由于其更高的复杂性而更大,并且消耗更多的电流,因为它们必须驱动补偿线圈,并且由于额外的线圈和驱动电路而更昂贵。因此,这种传感器也不利地降低了系统的效率。

无磁芯的磁场传感器应被理解为指没有磁芯或电流导体穿过的线圈的传感器,该电流导体的电流旨在通过无磁芯的磁场传感器来确定。无磁芯的磁场传感器相应地可以布置在电流导体上、电流导体处(即在电流导体的区域中)或电流导体附近,该电流导体的电流旨在通过无磁芯的磁场传感器来确定。在这种情况下，由于无磁芯的磁场传感器必须布置在载流电流导体周围形成的磁场的有效范围内,因此磁场传感器在电流导体上、电流导体处或电流导体附近的自由定位受到限制。在一些无磁芯的磁场传感器中,磁通量也必须垂直于测量表面,但在其它所谓的2D或3D传感器中,可以测量磁通量的矢量,并且不需要垂直于磁通量的布置。本发明不限于此,并且以下描述中包括的示例性实施例包括这两种变型,因为可以包括垂直布置和非垂直布置以及两种类型的无磁芯的磁场传感器。如果满足这些要求,则无磁芯的磁场传感器可以用于本发明。无磁芯的磁场传感器也可以被理解为指基于霍尔效应的传感器。磁场传感器及其子类型的功能对于本领域技术人员来说是已知的,这就是为什么本实例中没有给出传感器本身的确切结构的描述以及为什么所有类型的磁场传感器都可以用于本发明的原因。

电动交通工具应被理解为指具有电驱动器并至少部分地使用电驱动器,如在混合动力交通工具中,或者单独使用电驱动器,如在仅具有一个或多个电驱动器的交通工具中来驱动交通工具的任何交通工具。船舶、汽车、公共汽车或卡车等机动交通工具,以及飞机、无人机或直升机等飞机、轨道交通工具或属于这些类别的其它交通工具,以及电动滑板车、电动自行车等小型交通工具都可以理解为电动交通工具。该列表不应被理解为详尽的描述,而是仅列出了交通工具的示例性形式,如果交通工具具有电驱动器,则这些交通工具应被理解为电动交通工具。

在当前情况下,电机应被理解为指主要用作马达运行中的驱动器但也可以用于发电机运行中的电机,例如用于能量回收。电机也可以替代地被称为马达,并且包括转子和具有槽的定子,其中，定子的槽没有填充绕组,该绕组通常由多匝电线绕组(例如铜线绕组)组成,但是填充有条。与普通的电线绕组不同,这些条是实心金属元件,几乎完全填充槽。几乎完全填充应被理解为指槽中的填充程度例如超过80％,或在80％与90％之间,或超过90％。在技术意义上,槽条对应于匝数等于1/2的绕组。然而,槽条比电线绕组更加坚固和稳定,并且被制造为实心金属部件,例如通过挤压工艺或通过适合于此目的的其它工艺,例如铸造工艺。槽条可以由铝或任何其它导电金属(例如铜)或一些其它导电材料(例如石墨)制成。为了使这种槽条或从槽中引出并构成相端子的槽条的一部分具有弯曲部,需要以有针对性的方式制造槽条的相端子,例如利用相应弯曲的铸模,或者通过特别适合于该目的的自动弯曲机。因此,弯曲应被理解为指相端子的截面变形或形成,其偏离相端子的均匀形状，例如杆状或圆柱形,并且其不能简单地通过传统的绕组或其它布置或者在制造相端子之后仅通过传统的绕组线弯曲来制造,因为实心且坚固的相端子在其制造之后不再能够容易地弯曲成任何形状或以相应弯曲的方式布置。此外,弯曲还可以被实施为相端子的锥形部形式。

电路板,也称为印刷电路板、印制电路板或PCB,应理解为指电子元件的载体,其用于这些电子元件的机械紧固和电连接。印刷电路板由电绝缘材料组成,其上安装有导电连接,也称为导体轨道。电路板也可以构造为多层。

图1示出了电驱动器10的立体图。电驱动器10包括转换器11,其作为集成部件布置在电驱动器10中。因此,它是布置在电驱动器10的壳体内的集成转换器。转换器的集成布置使得电驱动器能够以特别紧凑的方式构造。这是因为转换器通常作为单独或外部设备使用,因此需要另外的壳体、电路元件和电耦合元件，所有这些又都占用空间。这导致驱动系统的空间需求更大以及系统重量更高。两者都是不利的,特别是当用于各种电动汽车时。

电驱动器10还包括电机12,电机12是集成到电驱动器10中的电机。虽然为了简化描述而提及一个电机,但是根据本发明的电驱动器10还可以包括多个电机并且不限于一个电机。电机12包括至少一个转子和一个定子。定子中设有相电流支路延伸穿过的槽。相电流支路用于产生由于相电流支路中存在的交变电流而不断变化的磁场。在异步电机的情况下,电机转子中的磁场变化会感应产生电流的电压,这导致转子旋转并因此导致电机运动。对于同步电机,转子和定子之间磁场的变化会产生磁能,系统试图通过旋转转子来最小化磁能。然而,电机12的功能对于本领域技术人员来说是已知的,因此在此不再进行更详细的描述,并且电机12既不限于异步电机也不限于同步电机,而是可以是异步电机或同步电机。

电驱动器10还包括接线盒13,接线盒13布置在电驱动器10的壳体15的马达外壳16上。在这种情况下，马达外壳16构成电机12区域中的壳体15的壳体壁,并且马达外壳16也可以被称为机壳。连接盒13用于将电驱动器10连接到一个或多个外部能源(图中未示出)。为此,源自一个或多个直流电源(例如电动交通工具的电池或电池系统)的电缆14联接至接线盒13和其中存在的电连接。这样,直流电可以供应给电驱动器10,然后由转换器11将其转换为交流电，以最终为电机12的相电流支路提供交流电。为了供电,电驱动器10具有在壳体15内的其它导电导体,其在附图中未示出并且确保电驱动器10的部件之间的导电连接。

图2示出了具有相电流支路的相端子22的电驱动器10的电机12的定子20的一部分的立体图。具有图2所示部件的定子20可以布置在壳体15中,如图1所示。然而,它也可以布置在电驱动器的任何其它壳体中。定子20由金属制成并且可以以金属片层压件的形式制成,但不限于此。定子包括槽23,槽条21布置在槽23中。然而,如图2所示,定子具有多个槽条和槽。槽条23形成相电流支路的一部分,该相电流支路经由相端子22连接至转换器11的电流供应部件。在这种情况下,相端子是槽条21的一部分,槽条21被引出槽并且延伸穿过电驱动器10的各种其它元件,这些元件在图2中未示出。因此,槽条21可以通过相端子22与转换器11电耦合。

槽条21被实施为实心金属部件。因此,它具有高水平的刚性和坚固性。相端子22也被实施为实心金属部件,其横截面积基本上对应于槽条21的横截面,并且因此具有与槽条21至少相同的高水平的刚性和坚固性。这种实心设计除了增加这些部件的耐用性之外,还可以确保相端子22至少与槽条21一样抵抗由于电驱动器10的运行中的振动或运动而导致的加速度的影响。这可以使相端子22与用于测量通向相端子22的相电流的磁场传感器之间的距离仅改变非常轻微或根本不改变,由此可以提高测量精度并且减少由于相端子22和磁场传感器之间的距离的变化而导致的测量误差。尽管相端子22在图2中示出为向电机12的转子的旋转轴线偏移布置,但是相端子22还可以布置成直接延伸到槽条21,即不向槽条21偏移,或者它还可以向从槽条21开始的不同方向偏移。横向或侧向偏移或距离也可以自由选择,以满足电驱动器10的结构的要求。

在图2所示的实施例中,相端子22还具有从电驱动器10的转子的旋转轴线开始侧向地或侧向地偏移的部分。相端子22的这个部分在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸。因此,相端子22至少部分地、具体地以侧向或侧向偏置部分的形式在电驱动器10的转子的旋转轴线的法线也在其内延伸的平面内延伸。然而,相端子也可以与此不同地布置和设计。另外,相端子部22还可以在该平面内远离法线方向弯曲,例如像叶轮那样径向向外弯曲。唯一重要的是,相端子22确保槽条21与转换器11的电耦合,并且其具有上述必要的坚固性和刚性,以便最小化振动或运动对相端子22的位置的影响。

另外,相端子22必须具有弯曲部24。相端子22的弯曲部实现了由相端子传导的相电流产生的磁场的聚焦。因此,比具有明显更强的磁场的磁场传感器的穿透也可以通过布置在弯曲部24的区域中的无磁芯的磁场传感器来实现。该测量原理基于以下事实:弯曲部24迫使电流遵循部分圆形路径。根据导体环路的毕奥-萨伐尔(Biot-Savart)定律，这导致磁场放大π倍,即超过3倍。然而，除了信号的纯粹放大之外,这还导致信噪比的改进,因为与布置在弯曲部24的区域中的无磁芯的传感器相比,弯曲部24仅放大待测量的信号,而不是来自其它磁场(例如相邻相端子的磁场)的干扰信号。因此,测量精度可以通过弯曲部24显著提高,而不需要使用磁芯,这与成本、空间和重量的节省相关。

在本发明的一个实施例中,电机12中的电驱动器10包括向定子20的槽条供电的十二个相电流支路。因此,每个单独的槽条不一定具有其自己的相端子,诸如图2中的槽条21的相端子22。相反,多个槽条可以在定子上彼此耦合,因此,一个相端子可以用于向定子中的多个槽条供电。槽条的数量可以是48个,如图2所示,并且这48个槽条可以通过十二个相端子供电,图2中仅示出了其中一个,使得在各种情况下，每个相端子有定子的四个槽条彼此互连。这些互连的槽条和相关联的相端子就形成本申请意义上的相电流支路。然而,槽条和相电流支路或相端子的数量可以不同于这里指定的数量,而不会因此对本发明产生不利影响,以便能够使电驱动器适应其各自的预期用途并且能够相应地对其进行优化。

在图2中,相端子22的部分被示出为布置在由多个半导体开关组成的组件25上,该部分从电驱动器10的转子的旋转轴线开始侧向地/横向地偏移并且在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸。半导体开关又经由导电连接件与电驱动器10的电源耦合,该导电连接件在图2中示出为在组件25的右侧以向上弯曲的方式延伸。布置在组件25的左手侧并且示出为以向上弯曲的方式延伸的连接件用于将半导体开关与转换器11的控制转换器11的电子元件连接。组件25的半导体开关将电源馈入的直流电转换成向相端子22供电的交流电。在这种情况下,如上面关于图1所描述的,电源由电驱动器10的电缆14和连接盒13提供。在本发明的实施例中,由变换器11的半导体开关向相端子22提供交流电。具体地,转换器11可以包括电路板,其在图2中未示出并且其承载控制转换器11所需的电子元件。包括因此被横向偏移地布置的相端子22的弯曲部24的相端子的横向偏移实施例在以这种方式实施的转换器架构中是有利的,因为相端子22的这个部分因此至少部分地平行于转换器11的其它电子元件(例如电路板51)的平面延伸,这将参考图5进一步解释。具体地,无磁芯的磁场传感器也可以安装在用于相电流测量的转换器11的电路板上。这种布置还可以自动地导致传感器的布置,通过该布置,磁通量基本上垂直于传感器的测量表面发生。然而,如果转换器架构不同于这里描述的转换器11的电路板51的布置,则也可以不同于本实施例,这可能取决于电驱动器10的结构尺寸和功率的要求。另外,如果弯曲部布置在相端子22的不同位置处,则也可以不同于该布置。至少一个无磁芯的磁场传感器50还可以布置在用于电流测量的电路板上(图中未示出),该电路板具有与用于控制转换器11的电路板的信号传输连接。在该实施例中,传感器50没有布置在用于控制转换器11的电路板51上,并且传感器50可以与用于电流测量的电路板一起布置在电驱动器上的任何位置处,例如布置在柔性部分32上。下面参考图3进一步解释这种不同的变型。

图3示出了具有相端子22的电驱动器10的定子20的一部分的立体图。与图2中所示和上述的实施例不同,根据图3中所示的实施例的相端子22具有柔性部分32,柔性部分32本身是弯曲的并因此构成弯曲部并且将相端子22与槽条21连接,槽条21至少部分地布置在电机12的定子20的槽中。图3中所示的其它元件与图2中的相同,因此下面将不再描述这些元件。因此,相端子22的柔性部分32可选地可添加至如关于图2所描述的实施例或从图3的实施例中移除。柔性部分32用于提供相端子22的额外机械解耦,以便最小化振动或运动对相端子22的位置的影响。在电机12的运行期间,由运行引起的运动会导致更大的机械应力,特别是在转子的旋转轴线的方向上。因此,柔性部分32可以至少在电机12的转子的旋转轴线延伸的方向上是机械柔性的,以便能够补偿至少在旋转轴线的方向上发生的机械应力。这可以确保相端子22和用于测量相电流的无磁芯的磁场传感器之间的距离仅非常轻微地改变或者根本不改变,由此可以如上所述避免测量误差。

如图3所示,相端子22的柔性部分32被设计为使得其形成槽条21在槽之外的延伸部,该延伸部具有U形。换句话说,柔性部分以弯曲的方式延伸,其中，弯曲形状整体形成约180°的角度,其中，角度可以偏离180°并且不固定于180°。由于这种形状,柔性部分具有更高的弹簧状变形能力,这有助于由振动或运动所引起的相端子22的位置变化的上述最小化。柔性部分32可以但不一定实施为独立部件,并且可以是相端子22的一体部分。此外,柔性部分32的弯曲形状具有与相端子22的弯曲部24相同的效果。对应于柔性部分32的相端子22的导体部分的弯曲轮廓迫使电流遵循部分圆形路径。根据导体环路的毕奥-萨伐尔定律,这会导致磁场放大π倍,即超过3倍。再次清楚地表明,弯曲部24也不一定呈现锥形,如图2和图3所示,而仅必须呈现相端子22的形状,该形状改变导体，使得电流至少部分地被迫遵循圆形路径。因此,就像弯曲部24一样,相端子22的柔性部分32可以用作用于测量相电流的合适点,在该点处无磁芯的磁场传感器可以以小的测量误差确定电流。

因此,在本发明的所有实施例中,无磁芯的磁场传感器也可以安装在柔性部分32上或其区域中,柔性部分32本身呈现弯曲。那么就不需要将另外的传感器安装在弯曲部24上,并且就可以省去具有弯曲部24的相端子的设计。然而,如图3所示,尽管有柔性部分32,弯曲部24仍然可以是相端子22的一部分,使得在各种情况下，也可以将无磁芯的磁场传感器安装在柔性部分32和弯曲部24上或在柔性部分32和弯曲部24处,这导致冗余性和可靠性增加。如上所述,在这种情况下,至少一个无磁芯的磁场传感器50可以布置在单独的、即额外的电流测量电路板上,该电流测量电路板不同于用于控制转换器11的电路板51。这种单独的电流测量电路板可以具有信号传输连接,通过该信号传输连接可以将传感器产生的数据传输到用于控制转换器11的电路板51。这个连接可以是无线连接或有线连接,换言之，与一个或多个电导体的连接。本实施例使得电驱动器10的设计具有更大的灵活性,因此电驱动器10的各个部件的结构可以根据节省空间的要求进行优化。因此，特别是在具有大量相电流支路的系统中,空间明显节省,因为这样不仅可以将一个传感器,而且可以将与相电流支路的数量相对应的多个传感器布置在具有弯曲部的至少一个相端子22的任何其它点处,在该点处存在用于传感器的更多空间。

因此,本发明要求相端子具有例如以锥形的形式或者以弯曲的形式布置在相端子的某个点处的弯曲部,从而实现如前所述的磁通量放大。该弯曲部是布置在如图2所示的相端子22的侧向/侧向偏移部分上,或是布置在如图3所示的相端子32的弯曲柔性部分33上,或者进一步偏离该弯曲部布置在可能不同构造的相端子的另一点处,都不是决定性的,只要满足根据前面描述的鲁棒性方面的要求以及由此在对振动和运动的敏感性、空间节省和相端子的磁场聚焦方面的要求即可。

图4示出了具有相端子22的电驱动器10的转换器11的一部分的立体图。图2或图3中未示出的电驱动器10的其它部分可以在图4中看到。因此，相端子22被引导通过转换器的各个平面。为此,可以在这些平面中设置相端子22穿过的开口。因此,相端子可以穿过这些开口的空间。为了额外的机械稳定性并且为了进一步最小化振动或运动对相端子22的位置的影响,O形圈可以包围相端子22,使得位于相端子周围且相端子22延伸通过的空间被分成两个子空间,因为O形圈承靠在该空间的壁上。因此,O形圈还用作环形密封元件并且能够以流体密封的方式将两个子空间彼此分隔开。因此，电机12和转换器11之间的气体交换被阻止,这对于电驱动器10的功能是有利的,因为这可以提高电驱动器10的安全性。另外,至少一个子空间可以填充有铸封料,因此所有子空间也可以填充有铸封料。铸封料可以是导热的和电绝缘的,并且可以与电驱动器的轴承护罩产生热耦合。轴承护罩可以是电驱动器10的元件的一部分或平面(图4中未示出),相端子22延伸穿过轴承护罩的开口。由于相端子22与轴承护罩的热耦合,热量可以从相端子部22消散到轴承护罩中,并且因此可以冷却相端子22。为此,轴承护罩也可以被被动或主动冷却,或者它只能用作热缓冲器。除了最小化振动或运动对相端子22的位置的影响之外,这还可以减少热膨胀以及由该膨胀引起的相端子22的位置的轻微变化,由此可以进一步提高无磁芯的磁场传感器的测量精度。另外,铸封料导致相端子22在相端子22延伸穿过的开口或空间中的进一步机械固定。

替代地或除了与电驱动器10的轴承护罩的热耦合之外,铸封料还可以产生与电驱动器的散热器的热耦合。在该实施例中,通过铸封料的热耦合被构造成与上述与轴承护罩的热耦合的形式相同,使得前述方面也可以应用于散热器,相端子22可以相应地延伸通过散热器的开口。在相端子22通过铸封料与轴承护罩或与散热器热耦合的情况下,相端子22并非绝对需要被引导穿过隧道形开口。相反,相端子必须至少部分地沿着轴承护罩的表面或散热器延伸，因此，存在一个接触表面作为这些部件之间的热传递界面,其与需要一定的机械固定的自动关联。

虽然上面提到了铸封料,但是铸封料不一定必须通过铸造上述材料来生产。铸封料还可以通过其它合适的生产工艺来生产,通过该工艺可以在相端子22与轴承护罩和/或散热器之间实现如上所述的热耦合。

此外，在图4中还可以看出,除了相端子22和组件25之外,还可以相邻地布置其它的这种相端子和组件,以便提供电驱动器的其它的相电流支路,如上所述。另外,从不同的角度示出了相端子22的弯曲部24。因此,可以更好地看到相端子部22在弯曲部24处的弯曲轮廓,在本实施例中，该弯曲部同时设置在左侧和右侧上并且因此可以被设计为相端子22的锥形部。然而,与该实施例不同,组件25的半导体开关也可以布置在转换器11上的不同位置处。同样,如上所述,相端子22可以不同地设计并且在不同点处具有曲率。在一个实施例中,转换器11的另一层布置在图4所示的层上方,该层包括印刷电路板,如图5所示。

图5示出了具有相端子22的电驱动器10的转换器11的一部分的立体图。在一实施例中,逆变器11可具有如上所述的电路板51。用于控制转换器11的电子元件可以布置在该电路板上。另外,电路板51上还可以设置无磁芯的磁场传感器50。在一个实施例中,传感器可以布置在电路板51上的弯曲部24上方。因此，传感器位于弯曲部24的区域中,由此其可以测量由弯曲部24放大的相端子22的磁场。如图5所示,无磁芯的磁场传感器50可以被构造为表面贴装元件,也称为SMD或表面贴装器件,其作为集成电路布置在印刷电路板51上的单独壳体中。

这种表面贴装元件可以在生产过程中完全自动地安装在电路板51上,这导致生产过程中的时间和成本节省。然而,无磁芯的磁场传感器50也可以被构造为有线电子元件,其作为集成电路布置在电路板51上的单独壳体中。这种有线电子元件可以通过插入式安装(也称为推入式安装或通孔技术)布置在电路板51上,然而,其比表面贴装元件更复杂且更昂贵。

与具有磁芯的磁场传感器相比,在电路板51上使用无磁芯的磁场传感器50简化了结构,因为除了传感器在电路板51上的简单安装之外,不需要另外布线和从传感器引出的另外连接。除了与电路板的一个物理连接之外,该一个物理连接被理解为指传感器通过一个或多个物理触点(例如触针或电线)与电路板的机械和电连接,因此这种传感器不包括另外的端子或连接。具体地,这种传感器不包括将传感器与磁芯耦合的物理连接。因此,可以避免否则会在其它端子、连接或元件处发生的损耗,这有利地提高了系统效率。

无论无磁芯的磁场传感器50是表面贴装型还是有线电子元件,传感器都可以是本领域技术人员已知的以下类型之一。因此，它可以是霍尔传感器和/或闭环传感器或开环传感器和/或磁阻传感器、各向异性磁阻效应AMR传感器、巨磁阻GMR传感器、隧道磁阻TMR传感器或巨磁阻CMR传感器之一。该列表不应被理解为限制性的,而是仅旨在阐明哪些类型的传感器适合用作无磁芯的磁场传感器50。

除了磁场传感器之外,电驱动器10还可包括至少一个加速度传感器,其可用于测量电驱动器10所经受的振动或运动。

在一个实施例中,转换器11可以具有一种结构,该结构具有至少三个平面,这些平面垂直于电机的转子的旋转轴线延伸并且在旋转轴线的方向上彼此偏移地布置。在这种情况下,转换器11可以包括第一平面,用于控制转换器11的印刷电路板51布置在第一平面上,如图5所示。在一实施例中,至少一个无磁芯的磁场传感器50可以布置在该电路板上。在一个实施例中,转换器11还可以具有第二平面,其中转换器11的至少一个半导体开关布置在第二平面上。因此,组件25可以布置在第二平面上。至少部分地在旋转轴线的法线在其其内延伸的平面内延伸的相端子22的部分也可以布置在第二平面上。在一个实施例中,转换器11可以具有第三平面,其中用于冷却半导体开关的至少一个散热器布置在第三平面上。另外,第三平面可以具有带负极的DC端子,并且第二平面可以具有带正极的DC端子。可以经由这些极向转换器11供应直流电。

另外,换流器11可以替代地具有第四平面,该第四平面具有由正极和负极两者组成的DC端子,其中，至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸的相端子22的部分也布置在第四平面上。另外,第四平面可包括布置在第四平面上的相端子22的部分,该部分至少部分地在旋转轴线的法线在其内延伸的平面内延伸。第三平面则可以包括带负极的DC端子,并而第二平面可以包括带正极的DC端子。如上所述,无磁芯的磁场传感器50既可以安装在控制变换器11的电路板51上,也可以安装在与控制变换器11的电路板51进行数据传输连接的电流测量电路板上。因此,无磁芯的磁场传感器50可以布置在先前描述的包括电路板51的转换器11的平面上,或者磁场传感器50可以布置在转换器11的平面之一的外部。因此,电驱动器还可以包括比仅电路板51更多的电路板。

然而,与此不同的是,上面描述为布置在三个平面或四个平面之一上的元件可以布置在仅两个平面或仅一个平面上。这使得转换器的架构特别紧凑。为了减少平面,可以使用所使用的部件和零部件中的凹部,或者多层零部件,即一层一层布置在另一层之上的零部件。然而,确切的转换器架构对于本发明来说并不是决定性的,使得这里描述的以及图4和图5示出的变型仅用于解释。

尽管前面的描述通常涉及一个无磁芯的磁场传感器50,但是也可以在电驱动器10中使用一个以上的无磁芯的磁场传感器50。首先,因为如上所述,电驱动器10可以具有多个相电流支路和相端子。其次,因为每个相端子可以具有多个弯曲部,在每个弯曲部上可以安装一个无磁芯的磁场传感器50。

附图标记列表:

10、电驱动器

11、转换器

12、电机

13、接线盒

14、电缆

15、壳体、

16、马达外壳

20、定子

21、槽条

22、相端子

23、槽

24、弯曲部

25、组件

32、柔性部分

50、无磁芯的磁场传感器

51、电路板

Claims (15)

1.一种电驱动器(10)，其特征在于，包括：

转换器(11)；

包括多个相电流支路的电机(12)，其中所述电机(12)和所述转换器(11)一起布置在壳体(15)中，以及

至少一个无磁芯的磁场传感器(50)，所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)用于测量所述多个相电流支路中的至少一个的电流；

其中，所述多个相电流支路的至少一个相电流支路包括槽条(21)，所述槽条(21)至少部分地布置在所述电机(12)的槽(23)中，并且在所述槽(23)外部形成相端子(22)；以及

其中，所述相端子(22)具有弯曲部(24、32)，在所述弯曲部(24、32)的区域中设置有所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)。

2.根据权利要求1所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述相端子(22)至少部分地在垂直于所述电驱动器(10)的转子的旋转轴线的平面内延伸；和/或

其中，所述相端子(22)在所述平面内远离垂直于所述旋转轴线的方向弯曲。

3.根据前述权利要求中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)布置在电路板(51)上。

4.根据权利要求3所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)仅具有由一个或多个物理触点组成的一个物理连接；以及

其中，所述一个物理连接仅将所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)连接到所述电路板(51)。

5.根据权利要求3和4中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)由表面贴装元件组成，所述表面贴装元件作为集成电路布置在所述电路板(51)上的单独壳体中；或

所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)由有线元件组成，所述有线元件作为集成电路布置在电路板(51)上的单独壳体中。

6.根据权利要求3至5中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述相端子(22)至少部分平行于所述电路板(51)布置在其上的平面延伸。

7.根据权利要求3至6中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述电路板(51)为用于控制所述转换器(11)的电路板。

8.根据权利要求3至5中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述电路板为用于电流测量的电路板，所述用于电流测量的电路板具有与用于控制转换器(11)的所述电路板(51)的信号传输连接。

9.根据前述权利要求中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)是霍尔传感器和/或闭环传感器或开环传感器中的一个和/或磁阻传感器、各向异性磁阻效应AMR传感器、巨大磁阻GMR传感器、磁隧道电阻TMR传感器或巨大磁阻CMR传感器中的一个。

10.根据前述权利要求中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述相端子(22)还包括具有弯曲形状的柔性部分(32)，所述柔性部分(32)将所述相端子(22)与至少部分布置在所述电机(12)的所述槽(23)中的所述槽条(12)的一部分连接，并且至少在所述电机(12)的转子的旋转轴线的方向上具有机械柔性，以便能够补偿至少在所述旋转轴线的方向上发生的机械应力。

11.根据权利要求10所述的电驱动器(10)，其特征在于，用于测量所述多个相电流支路中的至少一个的电流的所述至少一个无磁芯的磁场传感器(50)布置在所述柔性部(32)处和所述柔性部(32)的所述弯曲形状的区域中。

12.根据权利要求10和11中一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述柔性部(32)垂直于所述旋转轴线的方向延伸，其中，所述柔性部(32)的所述弯曲形状具有U形形状。

13.根据前述权利要求中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，O形圈包围所述相端子(22)，并将位于所述相端子(22)周围的空间分成两个子空间，并以流体密封的方式将它们彼此分隔开。

14.根据权利要求13所述的电驱动器(10)，其特征在于，

至少一个所述子空间填充有铸封料；以及

所述铸封料具有导热性和电绝缘性；以及

所述铸封料与所述电驱动器(10)的轴承护罩和/或散热器热耦合。

15.根据前述权利要求中的一项所述的电驱动器(10)，其特征在于，所述电驱动器(10)还包括加速度传感器。