CN221151127U - 直流电机组件以及执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电机组件，它包括直流电机(1)、编码磁体单元(2)以及磁感应式传感器单元(3)，所述直流电机包括壳体(11)以及从所述壳体伸出的电机轴(12)，所述编码磁体单元围绕所述电机轴的从所述壳体伸出的部分布置并且能与所述电机轴一起旋转，所述磁感应式传感器单元邻近所述编码磁体单元布置，以便与所述编码磁体单元感应交互而确定电机轴的转动位置。本发明可以显著提升现有直流有刷电机功能的集成性，并且继而提高使用该直流电机作为驱动装置的产品的紧凑性，同时降低了产品的制造难度和成本。本发明还涉及包括这种直流电机组件的执行器。

Description

直流电机组件以及执行器

技术领域

本发明涉及直流电机，尤其涉及直流有刷电机(或者也称为“有刷直流电机”)。更具体地说，本发明涉及小型直流有刷电机，这种直流有刷电机通常具有较小的外径、例如在30mm以内的外径，并且其电机轴具有较高的转速。本发明还涉及包括这种直流电机的执行器。

背景技术

电机作为驱动装置被广泛用于各种领域。例如，在汽车领域中，电机并且尤其是直流电机经常被用作车门、座椅、车尾门等部分的驱动装置。目前作为车用驱动装置的直流电机通常都是直流有刷电机单体，这种电机功能单一，并且需要附加的机构才能获取相应部件的位置等以将其用于控制信号。当然，也可以使用直流无刷电机单体作为驱动装置，以便在执行驱动功能的同时还能获取位置信号，但这种类型的电机成本较高。而且，汽车中使用的电机通常是小型直流电机，这种电机具有尺寸小且转速高的特点，电机结构改动难度很大。

因此，希望提出一种能集成位置获取功能并且结构紧凑的小型直流电机、尤其是直流有刷电机，使得不会显著增加其成本。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的问题，并且提出了一种直流电机组件。该直流电机组件特别是由直流有刷电机构成，并且可以提供旋转运动的位置信号。

具体地，本发明提供了一种直流电机组件，该直流电机组件包括：

-直流电机，该直流电机尤其是小型直流电机，并且包括壳体以及从所述壳体伸出的电机轴；

-编码磁体单元，该编码磁体单元围绕所述电机轴的从所述壳体伸出的部分布置，并且能够与所述电机轴一起旋转；以及

-磁感应式传感器单元，该磁感应式传感器单元邻近所述编码磁体单元布置，以便与所述编码磁体单元感应交互而确定电机轴的转动位置。

本发明可以显著提升现有直流有刷电机功能的集成性，并且继而提高使用该直流电机作为驱动装置的产品的紧凑性，同时降低了产品的制造难度和成本。在本发明中，用于位置感测功能的编码磁体单元和磁感应式传感器单元设置在直流电机的壳体外部，这样的构造既不需要改变直流电机本身的结构，又可以有效地使这些用于位置感测的单元免受电机内部由于电机轴的高转速而飞溅的碳刷粉末、润滑油/脂等造成的污染，以及避免这些用于位置感测的单元受到电机内部可能出现的换向电火花的干扰。

而且，由于磁感应式传感器单元设置在电机壳体的外部，因此除了霍尔元件以外，本发明还允许灵活地向该磁感应式传感器中集成用于确保或改进电磁兼容性(EMC)的电容、电阻或滤波电路等元器件或电路。因此，本发明的直流电机组件使得可以实现EMC解决方案的平台化，降低EMC优化的成本。

本发明的直流电机组件使得可以利用直流有刷电机的结构来实现通常利用直流无刷电机才能实现的功能，由此可以简化电机内部刷架以及导线框的设计，降低了整体成本。

本发明的直流电机组件也可以用于简单的需要实现旋转运动位置信号感应的产品或者场合。

本发明的直流电机组件包括如下有利的技术特征，这些技术特征可以单独应用或者进行技术上可能的任意组合：

-所述直流电机是直流有刷电机；

-所述编码磁体单元包括磁环；

-所述编码磁体单元还包括设置在该磁环的径向内侧且介于磁环与电机轴之间的金属衬套；

-所述磁环与所述金属衬套形成为整体式部件；

-所述磁环构造成包括多个磁极对，每个磁极对均包括成对的N级磁极和S级磁极；

-所述磁感应式传感器单元包括由印刷电路板承载的霍尔元件，所述印刷电路板安置在连接接头中，该连接接头旨在与控制单元连接；

-所述印刷电路板设置有信号输出线，该信号输出线能够与所述控制单元通信；

-该直流电机组件还包括封壳，所述封壳构造成封闭所述编码磁体单元以及所述磁感应式传感器单元。

另一方面，本发明提供了一种执行器，该执行器包括如前文所述的直流电机组件。该执行器可以用于驱动汽车的车门以使之打开和关闭。

附图说明

通过阅读下面参照附图给出的详细说明，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见。在附图中：

图1是根据本发明优选实施例的直流电机组件的整体透视图；

图2是根据本发明优选实施例的直流电机组件的部件分解图；以及

图3是图1-2中的直流电机组件的去除封壳和连接接头的透视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。下述参照附图对本发明的具体实施方式的说明旨在对本发明的总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，为简化附图，公知的结构和装置未以图示的方式体现。

本发明的直流电机组件可以有利地应用于汽车领域中，并且可以作为各种总成中的执行器的一部分或者说驱动装置，例如可以作为电动车门的执行器驱动装置。当然，本发明的直流电机组件也可以应用于其他任何需要驱动动力的领域。

参见图1-3，本发明的直流电机组件可以包括直流电机1、编码磁体单元2(见图2-3)以及磁感应式传感器单元3(见图2-3)，其中，所述编码磁体单元2和所述磁感应式传感器单元3布置成能彼此配合或者说能交互感应，以便通过感应磁场的变化来生成用于确定位置信息的信号。

所述直流电机1可以是标准的直流电机单体，尤其是直流有刷电机单体。特别地，所述直流电机1或者说直流电机单体是小型直流电机、尤其是小型直流有刷电机。这种小型直流电机或者小型直流有刷电机通常具有在30mm以内的外径，并且具有较高的转速。

如图2-3所示，该直流电机可以包括壳体11以及从所述壳体11伸出的电机轴12。在直流有刷电机的情况下，该直流电机1的壳体11内可以设置有由永磁材料制成的定子、绕有转子线圈的转子、换向器和电刷等常规结构。这种直流有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转，电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和电刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。所述电机轴12可以承载转子线圈，并且包括从壳体11伸出或露出的部分。

本发明的直流电机组件旨在为直流有刷电机单体集成位置感知功能，从而既可以利用直流有刷电机的经济性，又可以实现例如通过直流无刷电机才能实现的位置感知功能。当然，本发明的直流电机组件也不排除直流无刷电机单体的使用。

另外，如可从图2-3中看出的，直流电机1还可以如通常已知的那样包括用于封闭其壳体11的端盖13。该端盖13可以呈法兰盘的形式并且可以具有安装孔，以用于直流电机1的安装或者与其它部件的连接。

仍参见图2-3，根据本发明，直流电机组件的编码磁体单元2可以设置在直流电机1的电机轴12上，以便能随着该电机轴2转动并且由此利用磁场的变化来提供位置信号。具体地说，该编码磁体单元2可以围绕直流电机1的电机轴12设置，并且尤其是设置在该电机轴12的从壳体11伸出的部分上、也就是设置在电机轴12的位于由端盖13封闭的壳体内部空间之外的部分上。由此，该编码磁体单元2以及与之对应设置的磁感应式传感器单元3可以有效地免受电机内部高转速带来的碳刷粉末及其他诸如润滑油或润滑脂带来的污染问题，并且继而提高了位置感测精度。

根据图中所示的优选实施例，编码磁体单元2可以包括磁环，该磁环可以由永磁体制成或者通过烧结永磁材料制成，并且可以围绕直流电机1的电机轴12安装成能与该电机轴12一起旋转。

优选地，编码磁体单元2还可以包括设置在所述磁环的径向内侧并且当磁环安装在电机轴12上时介于磁环与电机轴12之间的衬套或衬环，以用于该磁环在电机轴12上的稳固装配。在此，所述衬套或衬环可以是金属衬套或衬环，并且可以通过嵌件注塑与磁环形成整体式部件，如此使得磁环能够被稳定地保持和支承在金属衬套上，从而避免了安装过程中磁环碎裂的风险。这种整体式部件可以被压装在电机轴12上，以便能稳固地保持在电机轴12上并且能随该电机轴一起旋转。

还优选地，所述编码磁体单元2、具体是所述磁环可以构造成包括多级充磁式磁体。具体地说，所述磁环可以构造成包括多组成对的N级磁极和S级磁极。例如，所述磁环可以构造成包括30组或更多组成对的N-S磁极。这样，可以通过增加N-S级磁极组的数量来改变并且尤其是提高本发明的直流电机组件的位置检测精度。

如尤其可从图3中看出的，在根据本发明的直流电机组件中，磁感应式传感器单元3可以邻近编码磁体单元2布置，以便能感测编码磁体单元2的磁场的变化，由此生成与该编码磁体单元2的转动角度有关、也就是与电机轴12的转动角度有关的信号，从而可以转换成所需的位置信号。

具体地，所述磁感应式传感器单元3可以包括霍尔电路，所述霍尔电路可以由布置在印刷电路板(PCB板)31上的霍尔元件32形成。该霍尔电路可以相对于编码磁体单元2的磁环安放，以便实现位置信号的感知。

优选地，所述霍尔元件32可以通过锡焊固定在PCB板31上，或者通过压配合安装在PCB板31上。

在此，应当指出，术语“编码磁体单元”可以意味着该编码磁体单元2并且尤其是作为其具体实施方式的磁环包括多个磁极对。而且，有利地，与编码磁体单元2对应设置的磁感应式传感器单元3所包括的霍尔电路中可以仅设置有一个霍尔元件32。这种多磁极对与单霍尔元件的组合使得即使磁环产生的磁场较弱也能准确地进行位置感测。

在如上文所述的将霍尔元件32集成在PCB板31上的情况下，该PCB板31上还可以承载有电容、电阻或滤波电路等用于改善EMC的元件或电路。这样的方案使得既可以实现通常例如通过直流无刷电机才能实现的位置感知功能，又可以有效地提高整个系统的电磁兼容性，而且还具有结构紧凑并且成本低的优点。

有利地，带有霍尔元件32的PCB板31可以设置有信号输出线，该信号输出线可以与控制单元(例如汽车的ECU)通信，以便使控制单元能实时获取直流电机1的电机轴12的转动角度或位置信息，并且由此得出采用该直流电机组件作为驱动装置的执行器(例如车门开关执行器)的位置或运行信息，从而实现对执行器的精确且实时的控制。

在此，如图1和2所示的，磁感应式传感器单元3、尤其是带有霍尔电路的PCB板31可以包封在标准的连接接头中4中，以便一方面对该传感器单元3进行保护，另一方面有利于与控制单元的连接。

当然，所述磁感应式传感器单元3或者更具体地说所述带有霍尔电路的PCB板31也可以设置有柔性的线束或线缆，以用于与控制单元等相关单元或系统相连。

最后，如可从图1中看出的，本发明的直流电机组件可以包括封壳5。所述封壳5可以用于包封直流电机1的前端部分，也就是包封该直流电机1的电机轴12的伸出部分以及设置在该电机轴12处的编码磁体单元2和磁感应式传感器单元3，由此对这些单元提供保护，同时允许电机轴12的端部露出以便连接执行器、例如齿轮和齿条等传动机构。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例做出各种修改和变型。本领域技术人员可以根据本说明书所公开的对本发明的实践设想其它实施例。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本发明的真正范围由所附权利要求及其等同方案指定。

Claims (11)

1.一种直流电机组件，其特征在于，该直流电机组件包括：

-直流电机(1)，该直流电机包括壳体(11)以及从所述壳体伸出的电机轴(12)；

-编码磁体单元(2)，该编码磁体单元围绕所述电机轴的从所述壳体伸出的部分布置并且能够与所述电机轴(12)一起旋转；以及

-磁感应式传感器单元(3)，该磁感应式传感器单元邻近所述编码磁体单元布置，以便与所述编码磁体单元感应交互而确定电机轴的转动位置。

2.根据权利要求1所述的直流电机组件，其特征在于，所述直流电机(1)是直流有刷电机。

3.根据权利要求1或2所述的直流电机组件，其特征在于，所述编码磁体单元(2)包括磁环。

4.根据权利要求3所述的直流电机组件，其特征在于，所述编码磁体单元(2)还包括设置在该磁环的径向内侧且介于磁环与电机轴(12)之间的金属衬套。

5.根据权利要求4所述的直流电机组件，其特征在于，所述磁环与所述金属衬套形成为整体式部件。

6.根据权利要求3所述的直流电机组件，其特征在于，所述磁环构造成包括多个磁极对，每个磁极对均包括成对的N级磁极和S级磁极。

7.根据权利要求1或2所述的直流电机组件，其特征在于，所述磁感应式传感器单元(3)包括由印刷电路板承载的霍尔元件，所述印刷电路板安置在连接接头中，该连接接头旨在与控制单元连接。

8.根据权利要求7所述的直流电机组件，其特征在于，所述印刷电路板设置有信号输出线，该信号输出线能够与所述控制单元通信。

9.根据权利要求1或2所述的直流电机组件，其特征在于，该直流电机组件还包括封壳，所述封壳构造成封闭所述编码磁体单元以及所述磁感应式传感器单元。

10.根据权利要求1或2所述的直流电机组件，其特征在于，该直流电机是小型直流电机。

11.一种执行器，其特征在于，该执行器包括根据权利要求1至10中任一项所述的直流电机组件，并且用于驱动汽车的车门以使之打开和关闭。