专利名称：电机转子上具有传感器目标的电机组件及其形成方法
技术领域：
本发明涉及一种电机转子端环上具有传感器目标的电机组件及其 形成方法。
背景技术：
电动机组件具有可旋转的转子。定子围绕转子并与转子相互作用 以致使转子旋转。在感应电机中，当电绕组被激励时，磁场作用在转 子上以使转子转动。转子可由多个转子叠片形成，这些转子叠片堆叠 在一起而形成转子的磁芯材料。在某些应用中，例如混合动力汽车动 力系统，可能期望知晓转子的速度和角取向。
发明内容
提供一种电机组件，该电机组件包括转子，该转子具有多个同 轴的转子叠片；导电的端环，该端环与所述转子叠片相邻，并形成所 述转子的轴向端；以及由所述端环支撑并可与所述转子一起旋转的目 标件。传感器可操作成在转子旋转时监测目标件。例如，可监测目标 件的速度和/或角位置。在一些实施方式中，所述目标件可以是转子叠 片，其与堆叠在转子内的转子叠片相同，或者经过修改以提高位置被 感测的精度。由于低相关滞后和涡电流损耗，与其它类型的目标件相 比，使用转子叠片作为目标件可提高性能。
一种电机组件的形成方法，其包括设置传感器目标和可操作成确 定该传感器目标的位置的传感器。该方法包括连接所述传感器目标和 电机转子端环，使得该传感器目标由该电机转子端环支撑以与其一同 旋转，并可在将传感器安装在所述端环附近时由所述传感器感测所述 传感器目标。将传感器目标连接至端环可以通过将传感器目标溢流浇 铸(overcasting)到电机转子端环上实现。
结合附图，从实施本发明的最佳模式的以下详细说明将很容易清 楚本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
图1是作为修改的转子叠片的传感器目标的第一实施方式的示意
端视图2是电机组件的第一实施方式的示意局部剖视和局部侧视图， 该电机组件包括带端环的转子、堆叠的转子叠片以及图1的修改的转 子叠片，该转子叠片粘附到端环上以用作安装至电机壳体的传感器的 传感器目标；
图3是作为未修改的转子叠片的传感器目标的第二实施方式的示 意端视图4是电机组件的第二实施方式的示意局部剖视和局部侧视图， 该电机组件包括带端环的转子、堆叠的转子叠片以及图3的转子叠片， 该转子叠片溢流浇铸到端环中以用作安装至电机壳体的传感器的传感 器目标；
图5是传感器目标的第三实施方式的示意端视图6是电机组件的第三实施方式的示意局部剖视和局部侧视图，
该电机组件包括带端环的转子、堆叠的转子叠片以及图5的传感器目
标，该传感器目标溢流浇铸到端环中；
图7是示出电机组件的形成方法的流程图；以及
图8是根据图7的方法，用于将传感器目标溢流浇铸到图3和图4
的端环上的模的剖视图。
具体实施例方式
参照附图，其中相同附图标记指代相同部件，图1示出呈转子叠 片形式的传感器目标10，这里也称为目标件。传感器目标10在直径 12和厚度14 (参见图2)方面与轴向层叠并相互同心的多个转子叠片 16中的每一个基本相同，如图2的电机组件18中所示。转子叠片16 铸造到包括铸造端环22的转子20中。转子叠片16以及传感器目标10 为铁材料，从而形成转子20的磁芯。端环22位于转子20的轴向端处 (即，位于端面24处)，并且为非铁但导电的材料，例如铝合金。
在图2的实施方式中，传感器目标IO通过任何合适的粘合材料或 结合材料粘附到端环22的端面24上。因而，当转子轴26(在图2中 以假想线示出)插入穿过各转子叠片16的中央开口 (与传感器目标10
5中的中央开口 28类似)时，转子20连同连接至其上的传感器目标10 旋转。
传感器30经由紧固件34及传感器安装板36安装至局部环绕转子 20的电机壳体32。(如本领域技术人员所理解的那样，定子安装至电 机壳体32并周向环绕转子20,但是为了图的清晰起见未在图1中示 出)。传感器30与转子20轴向隔开并径向定位成与传感器目标10中 的槽40对准，如图1中传感器30的假想绘图所示。传感器目标10在 槽40处限定边缘42。传感器目标10为转子叠片16的修改型式，其修 改之处在于形成附加槽40A以增加边缘数量。尽管仅示出了产生两个 附加边缘的一个附加槽40A，但是可通过任意数量的附加槽或其它形 式形成任意数量的附加边缘。传感器30可以是产生磁场的可变磁阻速 度传感器。当传感器目标10旋转时，磁场在铁叠片经过传感器时被中 断，然后在填充相邻槽40的铝合金转子材料经过传感器时重建。因而， 磁场随着各边缘42经过传感器30而变化，从而使得传感器目标10的 速度和/或角位置能够被监测。经过传感器30的铁材料和非铁材料之间 的边缘数量的增加使得传感器30能以更高精度监测转子20的角位置。 将变化磁场捕获为传感器信号，由传感器30将这些传感器信号传送至 控制器(未示出)，该控制器配置有可操作以从传感器信号确定转子20 的速度和/或角位置的算法。可使用可操作以感测铁传感器目标10以及 非铁端环22的经过的任何其它类型的传感器。例如可使用霍尔效应传 感器。
可利用传感器目标10中的开口 46将传感器目标10引导到端环22 上。在将端环22模铸在转子叠片16周围之前，在转子叠片16中形成 类似开口以将叠片16堆叠在一起，并经由间隔件保持叠片16分开。 另选的是，取代将传感器目标10粘附至端环22,可将紧固件插入穿过 开口 46以将传感器目标10连接至端环22。
参照图3和图4，示出了传感器目标110 (这里也称为目标件)和 电机组件118的第二实施方式。除了具有与转子叠片16相同的直径112 和厚度114还具有相同数量的槽140和边缘142之外，传感器目标110 在所有方面都与图1的传感器目标IO类似。因而，传感器目标110为 未修改的转子叠片，并且可与待用于转子的叠片一起批量购买，与转 子叠片一起存储等，从而可能降低成本。取代粘附至转子120，根据后
6述成形方法将传感器目标110溢流浇铸到端环122中。利用螺栓134 将传感器130螺栓联接至壳体132。如图4中以及图3中的假想线所示， 将传感器130定位成与传感器目标110的槽140和边缘142径向对准。 因而，当传感器目标110与转子120 (其在转子轴126上旋转) 一起旋 转时，利用传感器130传送的传感器信号通过控制器(未示出，但操 作连接至传感器130)确定转子120的转速和角位置。
参照图5和图6,传感器目标210由铁材料制成并且具有中央开口 228和多个槽240,其中传感器目标210在各槽240的每一侧限定边缘 242。如图6中所示，根据后述形成方法将传感器目标210溢流浇铸到 电机组件218的电机转子220的非铁端环222 (例如铝合金端环)中。 电机转子220具有多个轴向隔开的转子叠片216，这些叠片的形状类似 于图3的传感器目标IIO和转子叠片116的形状。
传感器目标210具有从其轴向延伸的带凸缘的周向延伸部243。在 图6中，延伸部243延伸出端环222外，不过期望的话可将传感器目 标210溢流浇铸到端环222中以使得整个传感器目标210嵌在端环222 中。因而，当转子轴226 (在图6中以假想线示出)插入穿过各转子叠 片216中的中央开口 (与传感器目标210中的中央开口 228类似)并 穿过中央开口 228时，转子220以及与其连接的传感器目标210与转 子轴226 —起旋转。另选的是，传感器目标210无需具有中央开口 228, 并可通过包括延伸穿过引导孔(图5-6中的实施方式未示出)的引导杆 在内的任何装置与转子叠片216对准地引导到端环222上。如有必要 可从各种区域229移除转子材料以平衡端环222。
利用螺栓234将传感器230螺栓联接至电机壳体232。如图5中的 假想线以及图6所示，传感器230定位成与传感器目标210的槽240 和边缘242径向对准。因而，当传感器目标210与转子220 (其在转子 轴226上旋转) 一起旋转时，利用传感器230传送的传感器信号通过 控制器(未示出)确定转子220的转速和角位置。在图6中，显然传 感器230延伸至由传感器目标210形成的腔237中。置于传感器230 的轴向端241处的感测元件239 (例如磁拾取器)定位成利用从其经过 的径向槽240和边缘242监测传感器目标210的速度和/或角位置。另 选的是或者此外，可在周向延伸部243中形成或才几加工出槽，并且可 将感测元件置于传感器230的外径向表面245上，以利用角延伸部243中的槽监测传感器目标210的速度和角位置。
参照图7和图8，针对图3和图4的电机组件118示出了电机组件 的形成方法300，不过方法300并不局限于形成电机组件118,而是可 用于形成电机组件的其它实施方式。方法300包括设置传感器目标和 传感器(步骤310)，例如图4的传感器目标IIO和传感器130。
接着，在步骤320中，传感器目标与电机转子端环连接，以与其 一同旋转。尽管连接步骤320可以以各种方式实施，但是对于具有堆 叠的转子叠片的电机转子(例如，图4的转子120)来说，连接步骤 320将首先包括在步骤330中堆叠转子叠片，然后将电机转子端环与堆 叠的电机叠片铸造成一体。如图8中所示，上模123可从下模121移 除，以允许接近铸造转子120。检修开口 125允许将铸造材料(例如铝 合金)注射到模121、 123中。可采用延伸穿过转子叠片116中的引导 开口或者置于相邻转子叠片之间的间隔件或插入件，以在铸造之前维 持转子叠片116的间距。接着，在步骤340中，将形成转子120的材 料(例如铝合金)浇铸到铸模121、 123中，填充转子叠片116之间的 间距，填充槽140 (图3和图4中示出)，并形成端环122，从而铸造 电机转子端环。相同的铸造步骤320可包括子步骤342，在子步骤342 中将传感器目标IIO溢流浇铸到电机转子端环122中。用在本文中时， "溢流浇铸"是指将铸造材料浇铸到部件上，该部件可以是预先铸造 或形成的部件，或者可以是与溢流浇铸部分同时铸造的部件。因此， 若使用间隔件或插入件距转子叠片116准确定位传感器目标110,则溢 流浇铸步骤342可与铸造步骤340同时实施。另选的是，可在步骤340 中铸造端环122,接着可优选在机加工端环122的外表面之后，将转子 叠片置于该外表面上，然后在步骤342中溢流浇铸以使端环122与转 子120形成一体。在铸造步骤340之后，可贯通转子120机加工或以 其它方式设置用于轴126的开口，以允许转子120连接至转子轴126。
作为溢流浇铸步骤342的另选方式，步骤320可包括步骤344,将 传感器目标粘附至电机转子端环，如针对图l和图2的传感器目标10 和端环22所述。作为再一另选方式，在步骤346中，取代将传感器目 标粘附至端环，可利用例如穿过图1中的开口 46的螺栓或其它紧固件 将传感器目标紧固至电机转子端环。
在形成连接有传感器目标的转子120之后，方法300还包括步骤348，将传感器安装在电机转子端环附近。在图3至图4的实施方式中， 传感器130被安装至静止的电机壳体132，轴向邻近传感器目标110。 在本发明的范围内，传感器130可安装至使传感器130能够充分靠近 传感器目标110并且利用传感器目标110与传感器130之间的相对转 动以确定由旋转的传感器目标110引起的变化磁场的任何位置。
因此，具有相对较低成本的传感器目标的改进电机组件使得能够 准确确定转子速度和角位置，并根据有效方法形成，该方法可包括将 传感器目标溢流浇铸到转子端环中。
尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所属 领域的技术人员会在所附权利要求的范围内想到用于实施本发明的各 种另选设计和实施方式。
9
权利要求
1.一种电机组件，该电机组件包括转子，该转子具有多个同轴的转子叠片；导电的端环，该端环与所述转子叠片相邻，并形成所述转子的轴向端；以及由所述端环支撑并可与所述转子一起旋转的目标件；以及传感器，该传感器可操作以在所述转子旋转时监测所述目标件。
2. 如权利要求1所述的电机组件，其中所述目标件中具有限定多 个边缘的多个槽；并且其中所述传感器可操作以在所述边缘旋转经过 该传感器时监测所述边缘，从而确定转子速度和转子角位置中的至少 一个。
3. 如权利要求1所述的电机组件，其中所述目标件与所述转子叠 片其中之一基本相同。
4. 如权利要求1所述的电机组件，其中所述目标件在厚度和直径 方面与所述转子叠片其中之一基本相同；其中所述转子叠片均具有限 定第 一数量的边缘的第一数量的槽，并且其中所述目标件具有限定与 所述第 一数量的边缘不同的第二数量的边缘的第二数量的槽。
5. 如权利要求1所述的电机组件，其中所述目标件为铁材料，所 述端环为非铁材料。
6. —种电才几组件的形成方法，该方法包才舌设置传感器目标和传感器，该传感器可操作以确定所述传感器目 标的速度和位置其中之一；以及连接所述传感器目标和电机转子端环，使得该传感器目标由该电 机转子端环支撑以与其一同旋转，并且可在所述传感器安装在所述端 环附近时由所述传感器感测该传感器目标。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述连接包括将所述传感器目 标溢流浇铸到所述电机转子端环上。
8. 如权利要求7所述的方法，该方法还包括 在将所述传感器目标溢流浇铸到所述电机转子端环上之前铸造所述电机转子端环。
9. 如4又利要求8所述的方法，该方法还包括堆叠所述转子叠片；并且其中所述电机转子端环绕堆叠的转子叠 片铸造。
10. 如权利要求6所述的方法，其中所述连接包括将所述传感器目 标粘附至所述电机转子端环。
11. 如权利要求6所述的方法，其中所述连接包括将所述传感器目 标紧固至所述电机转子端环。
12. 如权利要求6所述的方法，其中所述传感器目标为转子叠片。
13. —种电才几组件的形成方法，该方法包才舌将传感器目标溢流浇铸到电机转子端环上，使得该传感器目标由 该电机转子端环支撑以与其一同旋转，从而在将传感器安装在所述端 环附近时由该传感器检测所述传感器目标。
14. 如权利要求13所述的方法，该方法还包括 将所述传感器安装在所述电机转子端环附近。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述电机转子端环支撑多个 带槽的转子叠片；并且其中所述传感器目标与所述带槽的转子叠片其 中之一基本相同。
全文摘要
本发明涉及电机转子上具有传感器目标的电机组件及其形成方法。提供一种电机组件，其包括转子，该转子具有多个同轴的转子叠片；导电的端环，该端环与所述转子叠片相邻，并形成所述转子的轴向端；以及由所述端环支撑并可与所述转子一起旋转的目标件。传感器可操作成在转子旋转时监测例如目标件的速度和/或角位置。一种电机组件的形成方法，其包括设置传感器目标和可操作成确定该传感器目标的位置的传感器。该方法包括连接所述传感器目标和电机转子端环，使得该传感器目标由该电机转子端环支撑以与其一同旋转，并可由所述传感器感测。将传感器目标连接至端环可以通过将传感器目标溢流浇铸到电机转子端环上实现。
文档编号H02K11/00GK101685999SQ200910173280
公开日2010年3月31日 申请日期2009年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者D·H·努, K·P·科尔曼, R·M·沃茨尼亚克 申请人:通用汽车环球科技运作公司