CN108575104B - 用于检测转子位置的装置以及包括该装置的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子位置检测装置，包括：传感器，所述传感器包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和第二芯片在第一线上对齐以检测感测磁体中的磁通量变化，其中，所述传感器布置在所述感测磁体的径向方向上，使得所述第一线相对于穿过所述第一芯片和所述第二芯片中的任意一个的第二线倾斜。因此，本发明提供的有益效果是能够利用一个传感器来检测电动机的旋转方向和具体旋转角度。

Description

用于检测转子位置的装置以及包括该装置的电动机

技术领域

本发明涉及一种用于检测转子位置的装置以及一种包括该装置的电动机。

背景技术

通常，由于电动机中的转子和定子之间的电磁相互作用而使转子旋转。在此，由于***到转子中的旋转轴也旋转，所以产生旋转驱动力。

包括磁性元件的传感器作为转子位置检测装置而布置在电动机内部。传感器通过检测安装成与转子一起可旋转的感测磁体的磁力来确定转子的当前位置。

传感器可以包括多个磁性元件。在此，除了用于反馈U相、V相和W相信息的三个磁性元件之外，还在传感器中额外地安装了用于确定电动机的旋转方向和更精确的旋转角度的两个磁性元件。两个磁性元件被布置成在感测磁体的圆周方向上彼此间隔开预定距离(在下文中，被称为节距)。相应地，由两个磁性元件检测到的感测信号有相位差，并且因此更精确地确定电动机的旋转方向和旋转角度。

然而，由于使用两个磁性元件来检测电动机的旋转方向，所以存在制造成本增加的问题。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种能够使用一个磁性元件来检测电动机的旋转方向的转子位置检测装置以及包括该转子位置检测装置的电动机。

通过本发明的实施例要实现的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员通过以下说明书可以清楚地理解未在上文中描述的其他目的。

技术方案

本发明的一个方面提供了一种转子位置检测装置，其包括：传感器，所述传感器具有通过第一线对齐并检测感测磁体中的磁通量变化的第一芯片和第二芯片，其中，所述传感器具有所述第一线，所述第一线相对于在所述感测磁体的径向方向上穿过所述第一芯片和所述第二芯片中的任意一个的第二线倾斜。

所述第一芯片和所述第二芯片可以被布置为面对包括在所述感测磁体中的多个***磁体中的任意一个。

所述第一芯片与所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离可以小于所述***磁体在所述感测磁体的圆周方向上的宽度。

可以相对于所述***磁体的在所述感测磁体的径向方向上的中心来设定所述***磁体的所述宽度。

所述第一芯片和所述第二芯片可以在所述感测磁体的径向方向上与所述***磁体的中心线间隔开相同的距离。

所述第一芯片与所述第二芯片之间的距离可以对应于三角比中的斜边，所述第一线与所述第二线之间的倾斜角度可以对应于所述三角比中的锐角，并且所述第一芯片和所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离可以对应于所述三角比中的高度。

本发明的另一方面提供了一种电动机，该电动机包括：旋转轴；转子，所述转子包括其中布置有所述旋转轴的孔；定子，布置在所述转子外部；以及转子位置检测装置，布置在所述转子上方，其中，所述转子位置检测装置包括具有多个***磁体的感测磁体和被配置为检测所述感测磁体中的磁通量变化的传感器，所述传感器包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过第一线对齐并且被配置为检测所述感测磁体中的磁通量的变化，并且所述传感器具有所述第一线，所述第一线相对于形成在所述感测磁体的径向方向上的第二线倾斜。

在所述电动机中，所述第一芯片和所述第二芯片可以面对所述多个***磁体中的任意一个。

在所述电动机中，所述第一芯片和所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离可以小于所述***磁体在所述感测磁体的圆周方向上的宽度。

在所述电动机中，可以相对于所述***磁体的在所述感测磁体的径向方向上的中心来设定所述***磁体的所述宽度。

在所述电动机中，所述第一芯片和所述第二芯片可以在所述感测磁体的径向方向上与所述***磁体的中心线间隔开相同的距离。

在所述电动机中，所述感测磁体可以包括：布置在第一轨道上的主磁体；以及布置在第二轨道上的子磁体，其中，所述主磁体的***磁体的数量可以与所述转子的极数对应，并且所述子磁体的***磁体的数量可以大于所述主磁体的***磁体的数量。

在所述电动机中，所述第一芯片和所述第二芯片可以布置成面对所述子磁体的***磁体中的任意一个。

所述第一芯片与所述第二芯片之间的距离可以对应于三角比中的斜边，所述第一线与所述第二线之间的倾斜角度可以对应于所述三角比中的锐角，并且所述第一芯片和所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离可以对应于所述三角比中的高度。

有益效果

根据本发明的一个实施例，由于使用一个磁性元件来检测电动机的旋转方向，所以在降低制造成本方面具有有益效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的电动机的概念图；

图2是示出感测磁体的视图；

图3是示出感测信号的图；

图4是示出包括第一芯片和第二芯片的传感器的视图；

图5是示出感测磁体和传感器的视图；

图6是示出倾斜布置的传感器的图；

图7是示出第一芯片和第二芯片之间的节距的视图；

图8是示出根据传感器的倾斜角度的节距的视图；

图9是示出第一芯片和第二芯片的位置的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。本发明的目的、具体优点和新颖特征将通过示例性实施例和结合附图的以下详细描述中变得清楚。本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于通常使用的含义或词典中的含义，而应当基于发明人适当定义的术语概念的原则，被解释为具有与本发明的技术范围相一致的含义和概念，以便以最佳方式描述本发明。在本发明的描述中，当确定相关公知的功能的详细描述不必要地模糊了本发明的主旨时，将省略其详细描述。

应该理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，而第二元件可以被类似地称为第一元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和全部组合。

图1是示出根据本发明的一个实施例的电动机的概念图。参照图1，根据本发明的一个实施例的电动机可以包括转子位置检测装置100、壳体200、布置在壳体200内的定子300、可旋转地安装在定子300中的转子400、穿过转子400被安装到转子400中并且与转子400一起旋转的旋转轴500以及感测磁体600。

壳体200形成为圆筒形并且设置有定子300和转子400安装在其中的空间。这里，壳体200的形状或材料可以进行各种改变，并且可以很好地承受高温的金属材料可以用作壳体200的材料。

壳体200耦接到盖210以从外部屏蔽定子300和转子400。另外，壳体200还可以包括冷却结构(未示出)以便容易地散发内部热量。冷却结构可以包括空气冷却结构或水冷结构，并且壳体200的形状可以根据冷却结构适当地改变。

定子300被***到壳体200的内部空间中。定子300可以包括定子芯310和缠绕在定子芯310上的线圈320。定子芯310可以是形成为环形的集成芯(integrated core)或其中多个***芯耦接在一起的芯。

定子300可以根据电动机的类型适当地改变。例如，定子300可以制造成使得在直流(DC)电动机的情况下，线圈可以围绕集成的定子芯缠绕，而在三相控制电动机的情况下，U相、V相和W相被输入到多个线圈。

转子400可以可旋转地布置在定子300中。磁体安装在转子400处，并且转子400与定子300电磁相互作用以旋转。

旋转轴500耦接到转子400的中心部分。因此，当转子400旋转时，旋转轴500也旋转。这里，旋转轴500可以由轴承可旋转地支撑。

旋转轴500耦接到外部设备以向外部设备提供动力。作为示例，在电动助力转向(EPS)电动机的情况下，旋转轴500可以连接到车辆转向轴以向车辆转向轴提供辅助转向动力。

转子位置检测装置100检测与旋转轴500一起旋转的感测磁体600中的磁通量的变化，以检测转子400的旋转位置。布置在基板上的传感器110被布置成与感测磁体600间隔开并且可以根据磁通量的变化来计算旋转角度。传感器110可以是霍尔集成电路(IC)。

图2是示出感测磁体的视图。

参照图2，感测磁体600可以安置在感测板700上。感测板700耦接到旋转轴500。

感测磁体600可以形成为圆盘形状并且可以包括布置在感测磁体600的中心部分处的主磁体611和布置在感测磁体600的边缘处的子磁体612。主磁体611包括多个形成为裂环形状(split ring shape)的***磁体。主磁体611的***磁体(极)的数量与转子磁体(极)的数量相同，从而可以检测转子的旋转。

子磁体612布置在圆盘的边缘并且包括***磁体(极)，所述***磁体(极)的数量大于主磁体611的***磁体数量。因此，子磁体612的极是与主磁体611的一个极(***磁体)的细分(subdivision)相匹配。因此，可以更精确地测量旋转量。

转子位置检测装置100可以包括多个传感器，所述多个传感器被配置为根据感测磁体600的旋转来检测磁通量的变化，以便检测转子400的位置。

感测磁体600的主磁体611的位置与转子400的磁体的位置对应。必须检测主磁体611的磁通量的变化以检测转子400的位置。

图3是示出感测信号的视图。

参照图3，转子位置检测装置100可以检测主磁体611的磁通量的变化，以检测三个感测信号S1、S2和S3。另外，转子位置检测装置100可以检测子磁体612中的磁通量的变化，以检测两个感测信号E1和E2。这里，可以使用两个感测信号E1和E2来计算电动机的旋转方向和精确的旋转角度。

图4是示出包括第一芯片和第二芯片的传感器的视图。

参照图4，在根据本实施例的传感器110中使用两个芯片。

传感器110包括在其一个主体中的第一芯片111和第二芯片112。另外，第一芯片111和第二芯片112可以被布置为通过第一线10对齐。这里，第一芯片111和第二芯片112可以被布置为间隔开图4的距离L。

图5是示出感测磁体和传感器的视图。

参照图5，传感器110被布置为面对子磁体612。转子位置检测装置100还可以包括传感器113，传感器113被配置为检测图2的主磁体611中的磁通量的变化。传感器110和113安装在基板S上以面对感测磁体600。

例如，感测磁体600可以包括具有七十二个***磁体612a的子磁体612，并且在六极电动机的情况下，如图2所示，感测磁体600可以包括具有六个***磁体的主磁体611。

将子磁体612的外径R2和内径R1相对于感测磁体600的中心C的差称为子磁体612的长度。

图6是示出倾斜布置的传感器的视图。

参照图6，传感器110可以布置为使得第一线10相对于第二线20倾斜。这里，第一线10是第一芯片111和第二芯片112对齐的基准线，第二线20是相对于图5的感测磁体600的中心C在径向方向上穿过第一芯片111的基准线。

由第一线10和第二线20形成的角度对应于图6的倾斜角度θ。第一芯片111和第二芯片112可以对齐在一个***磁体612a上。在子磁体612中，由于N极***磁体612a和S极***磁体612a沿圆周方向交替布置，并且第一线10相对于第二线20倾斜，第一芯片111和第二芯片112可以对齐在一个***磁体上。

图7是示出第一芯片与第二芯片之间的节距的图。

必须通过子磁体612获得具有不同相位的两个感测信号，以便控制电动机的旋转方向和精确的旋转角度。因此，必须将两个传感器布置为在感测磁体600的圆周方向上彼此间隔开，并且该两个传感器必须对齐在具有相同极(N极或S极)的***磁体上。

这里，将两个传感器在圆周方向上的距离称为节距P。在子磁体612的情况下，由于许多***磁体612a导致***磁体612a的宽度较小，利用两个传感器确保了节距，但在本实施例中，如图7所示，可以利用在一个传感器中包括的第一芯片111和第二芯片112之间沿圆周方向形成的空间来确保节距P。

当穿过子磁体612在感测磁体600的径向方向上的长度的中心的沿圆周方向的基准线被称为图7的基准线C3，并且穿过感测磁体600的中心C和第二芯片112的基准线被称为图7的基准线30时，可以确保第二线20与基准线30之间的节距P在图7的基准线C3上。

图8是示出根据传感器的倾斜角度的节距的视图。

参照图8，将第一芯片111和第二芯片112对齐在一个***磁体上的倾斜角度θ和高度H可以被设定为使得计算出的节距P'是目标节距P。这里，节距P'可以不同于图7的在感测磁体600的径向方向上的节距P，但是因为节距P'与节距P之间的差很小，所以可以估计节距P'与节距P相同。

也就是说，第一芯片111和第二芯片112之间的距离L是固定值，并且可以改变倾斜角度θ使得节距P对应于目标节距。这里，图8的高度H可以被限定于感测磁体600的宽度。这里，倾斜角度θ对应于三角比中的锐角，距离L对应于三角比中的斜边的长度，而节距P'对应于三角比中的高度。

图9是示出第一芯片和第二芯片的位置的视图。

参照图9，从第一线10与图3的基准线C3的交点到第一芯片111的距离d1可以与从第一线10与图3的基准线C3的交点到第二芯片112的距离d2相同。

由于图9的宽度w与包括在子磁体612中的***磁体612a的宽度w对应，并且第一芯片111与第二芯片112之间的节距P小于***磁体612a的宽度w，第一芯片111和第二芯片112可以对齐在一个***磁体上。这种配置可以使用一个包括两个芯片的传感器而不使用两个传感器来生成具有不同相位的两个感测信号。

这里，***磁体612a的宽度w可以基于图7的穿过***磁体在感测磁体600的径向方向上的中心的基准线C3来设定。

如上所述，已经参照附图具体描述了根据本发明的一个示例性实施例的转子位置检测装置和电动机。

以上描述仅是描述本发明的技术范围的示例。本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、修改和替换。因此，以上和附图中公开的实施例应该仅被认为是描述性的而不是用来限制技术范围。本发明的技术范围不受这些实施例和附图的限制。本发明的精神和范围应该由所附权利要求来解释，并且包括落入所附权利要求的范围内的所有等同物。

附图标记：

100：转子位置检测装置

110：传感器部分

111：第一芯片

112：第二芯片

113：第三芯片

120：控制部分

200：壳体

300：定子

400：转子

500：旋转轴

600：感测磁体

611：主磁体

612：子磁体

612a：***磁体

700：感测板

Claims (8)

1.一种转子位置检测装置，包括：传感器，所述传感器包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过第一线对齐并检测感测磁体中的磁通量变化，

其中，所述传感器具有所述第一线，所述第一线相对于在所述感测磁体的径向方向上穿过所述第一芯片和所述第二芯片中的任意一个的第二线倾斜，

其中，所述感测磁体包括主磁体和布置在所述主磁体外部的子磁体，

其中，所述子磁体中的N极***磁体和S极***磁体沿圆周方向交替布置，

其中，所述第一芯片与所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离小于所述***磁体在所述感测磁体的圆周方向上的宽度，

其中，相对于所述子磁体的在所述感测磁体的径向方向上的中心来设定所述***磁体的所述宽度，

其中，所述第一芯片和所述第二芯片对齐在一个***磁体上，

其中，所述传感器包括在其一个主体中的第一芯片和第二芯片，

从所述第一线与基准线的交点到所述第一芯片的距离与从所述第一线与所述基准线的所述交点到所述第二芯片的距离相同，

其中，所述第一线是所述第一芯片和所述第二芯片对齐的基准线，

其中，所述基准线是穿过所述子磁体在所述感测磁体的所述径向方向上的长度的中心的沿所述圆周方向的基准线，

其中，所述转子位置检测装置仅使用包括所述第一芯片和所述第二芯片的一个传感器来生成具有不同相位的两个感测信号。

2.根据权利要求1所述的转子位置检测装置，其中，所述子磁体具有七十二个***磁体，并且所述主磁体具有六个***磁体。

3.根据权利要求1所述的转子位置检测装置，其中，所述第一芯片和所述第二芯片在所述感测磁体的径向方向上与所述***磁体的中心线间隔开相同的距离。

4.根据权利要求1所述的转子位置检测装置，其中：

所述第一芯片与所述第二芯片之间的距离对应于三角比中的斜边；

所述第一线与所述第二线之间的倾斜角度对应于所述三角比中的锐角；并且

所述第一芯片和所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离对应于所述三角比中的高度。

5.一种电动机，包括：

旋转轴；

转子，所述转子包括其中布置有所述旋转轴的孔；

定子，所述定子布置在所述转子外部；以及

转子位置检测装置，所述转子位置检测装置布置在所述转子上方，

其中，所述转子位置检测装置包括具有多个***磁体的感测磁体和被配置为检测所述感测磁体中的磁通量变化的传感器，

其中，所述传感器包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过第一线对齐并且被配置为检测所述感测磁体中的磁通量的变化，并且所述传感器具有所述第一线，所述第一线相对于形成在所述感测磁体的径向方向上的第二线倾斜，

其中，所述感测磁体包括主磁体和布置在所述主磁体外部的子磁体，

其中，所述子磁体中的N极***磁体和S极***磁体沿圆周方向交替布置，

其中，所述第一芯片与所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离小于所述***磁体在所述感测磁体的圆周方向上的宽度，

其中，相对于所述子磁体的在所述感测磁体的径向方向上的中心来设定所述***磁体的所述宽度，

其中，所述第一芯片和所述第二芯片对齐在一个***磁体上，

其中，所述传感器包括在其一个主体中的第一芯片和第二芯片，

从所述第一线与基准线的交点到所述第一芯片的距离与从所述第一线与所述基准线的所述交点到所述第二芯片的距离相同，

其中，所述第一线是所述第一芯片和所述第二芯片对齐的基准线，

其中，所述基准线是穿过所述子磁体在所述感测磁体的所述径向方向上的长度的中心的沿所述圆周方向的基准线，

其中，所述转子位置检测装置仅使用包括所述第一芯片和所述第二芯片的一个传感器来生成具有不同相位的两个感测信号。

6.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述子磁体具有七十二个***磁体，并且所述主磁体具有六个***磁体。

7.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述第一芯片和所述第二芯片在所述感测磁体的径向方向上与所述***磁体的中心线间隔开相同的距离。

8.根据权利要求5所述的电动机，其中：

所述第一芯片与所述第二芯片之间的距离对应于三角比中的斜边；

所述第一线与所述第二线之间的倾斜角度对应于所述三角比中的锐角；并且

所述第一芯片和所述第二芯片之间在所述感测磁体的圆周方向上的距离对应于所述三角比中的高度。

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