CN113258726A - 带有感应位置传感器组件的电机及其组装和对准方法 - Google Patents
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Abstract
带有感应位置传感器组件的电机及其组装和对准方法。电机包括由机器定子外接的机器转子，并且具有绕轴线旋转的转子轴、转子堆、和端盖。端盖包括在数量上等于机器转子的极对的数量的凸角。位置传感器组件具有与机器转子和定子的预定对准。传感器组件包括由凸角形成的传感器转子和具有印刷电路板的传感器定子，该印刷电路板带有导电正弦和余弦迹线。机器转子旋转使传感器组件将未调制正弦和余弦信号输出到控制器，控制器然后计算校准参考角。机器的电相位的磁轴对准并平分正弦迹线的峰。机器转子的直轴与凸角的边缘对准。
Description
技术领域
本公开涉及与具有定子和转子的旋转电机一起使用的位置传感器组件，并且涉及用于将这样的传感器组件与定子和转子组装的方法以及对准的方法。公开的方法使得相关联的电子控制器能够建立用于转子控制的校准参考角，其中执行这样的方法的控制器使用由传感器组件提供的纯/未调制正弦和余弦信号。由此，传感器可选地可配置为基于感应的传感器，其配置为输出这样的未调制正弦/余弦信号。因此，控制器能够准确地确定转子当前的角位置和速度。使用本传感器组件旨在简化电机的校准和实时控制工作，并降低电机的整体结构复杂性。
背景技术
如本领域普通技术人员将理解的，电机经常使用连接到机器的转子的驻留位置传感器。当电机的定子绕组通电以引起转子旋转时，位置传感器输出指示转子角位置的传感器数据。传感器数据通常传输到控制器，该控制器继而具有必要逻辑用于处理位置信号并得出转子的角位置和速度。随后，由控制器实时使用该位置和速度以调节电机的输出转矩和速度。
电传动系使用来自一个或多个电机的生成输出转矩以做功。例如，在多相/交流（AC）电机中，单个定子绕组的顺序激励用于生成相对于定子的旋转磁场。旋转的定子磁场与机器转子的固定磁场相互作用，通过这样的定子-转子场相互作用最终产生有用的机器旋转。随后，来自机器旋转的输出转矩使用齿轮组、带轮、或其他合适的转矩传递机构进行利用，并将传递到连接的负载。例如，在使用电传动系的电动或混合动力电动车辆中，来自电牵引电动机的输出转矩可用于为行驶轮提供动力并且从而推动车辆。
发明内容
本文中描述了位置传感器组件，其用作为电传动系内的改进的旋转位置传感器。如上所述，旋转位置传感器用于确定电机中机器转子的瞬时角位置和速度。为此目的，通常使用根据磁阻和激励原理的在4-10kHz范围内运行的旋转变压器，其中旋转变压器通常由层叠的传感器定子和转子构成。由于旋转变压器缺乏相关联的控制逻辑，已调制的正弦/余弦信号从旋转变压器通信到控制器和/或功率逆变器用于解调并然后得出电机的瞬时角位置和速度。如本文中描述地构造和对准的位置传感器组件可用于代替这样的旋转变压器，以帮助简化传感器校准工作并最小化总体结构和控制复杂性，以及其他附带的益处。
在某些实施例中，电机可构造为多相/AC永磁同步电动机（PMSM），其配置为用作搭载在机动车辆或其他移动平台上的牵引或推进电动机，并且使用车载控制器控制，例如，电动机控制处理器和相关联的存储器。在这样的实施例中，将来自PMSM的输出转矩引导到一个或多个行驶轮。电机可包括圆柱形转子和定子，其中在代表性的径向磁通机配置中定子围绕转子。
电机和所公开的传感器组件具有对应的转子和定子，为了更加清楚，在下文中将其分别称为机器转子、机器定子、传感器转子、或传感器定子。传感器转子可以本文中描述的方式与机器转子的结构集成。位置传感器组件可以足以建立校准参考角的方式与机器定子和机器转子对准。随后由控制器使用校准参考角以调节电机的持续操作。
在公开的实施例中，旋转电机包括由机器定子外接的机器转子，并且具有转子轴、转子堆、和环形端盖。转子轴、转子堆、和端盖共同地配置为绕旋转轴线一致地旋转。端盖可包括在径向和轴向方向上延伸的多个凸角。凸角在数量上等于机器转子的磁极对的数量。
在该特定实施例中的电机还包括感应位置传感器组件，其具有分别与机器转子和机器定子的预定对准。传感器组件包括由凸角形成的传感器转子和具有带有主表面的印刷电路板（PCB）的传感器定子。导电正弦和余弦迹线（例如，铜迹线）形成在PCB的主表面上。传感器组件配置为，一旦传感器组件正确对准并激励，并且响应于机器转子的旋转以及由此产生的转子凸角相对于正弦和余弦迹线的旋转，生成未调制正弦/余弦信号并将其输出到控制器。
转子堆可包括永磁体，永磁体以交替的北极和南极定向绕机器转子的周边布置。在这样的实施例中，电机可配置为永磁同步电动机。
在一些实施例中，凸角可由铜、铝、或钢构造，其中凸角具有至少0.5mm的轴向厚度。
该实施例或其他实施例的旋转电机可构造为多相/交流动力的电牵引电动机，并且正弦和余弦迹线具有各自的峰和谷。在与机器定子的预定对准中，电牵引电动机的预定电相位（例如，在示例性的ABC/三相实施方式中的A相位）的磁轴对准并平分正弦迹线的峰。
在与机器转子的预定对准中，机器转子的直轴（d轴）与传感器转子的凸角中的一个的边缘对准。
本文中还公开了电传动系。电传动系的实施例包括控制器、连接到电池组的牵引功率逆变器模块（TPIM）、以及连接到TPIM的多相旋转电机。电机如上所述构造，其中在该实施例中转子连接到驱动负载，诸如机动车辆的一个或多个行驶轮。传感器定子与控制器通信，该控制器继而配置为使用如从来自传感器组件的未调制正弦/余弦信号得出的校准参考角以控制电机的转矩和/或速度操作。
本文中还公开了用于组装与旋转电机一起使用的感应位置传感器组件的方法。该方法可包括提供具有PCB的传感器定子，该PCB带有在PCB的主表面上形成的导电正弦和余弦迹线；并且提供具有凸角的环形端盖，该凸角在数量上等于机器转子的极对的数量。方法可还包括以预定定子-定子对准将传感器定子连接到机器定子，以及以预定转子-转子对准将环形端盖连接到机器转子。响应于机器转子的旋转以及由此产生的凸角相对于正弦和余弦迹线的旋转，方法包括生成未调制正弦/余弦数据对并将其输出到控制器用于控制电机。
以上发明内容并非旨在表示本公开的每个实施例或方面。相反，前述发明内容举例说明了本文中记载的某些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求考虑时，根据用于实施本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述，本公开的上述及其他特征和优点将显而易见。
本发明还提供了以下技术方案：
1. 一种旋转电机，包括：
机器定子；
由所述机器定子外接的机器转子，并且所述机器转子具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，其中所述端盖包括在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量的多个凸角；以及
位置传感器组件，所述位置传感器组件具有与所述机器转子的预定对准以及与所述机器定子的预定对准，所述传感器组件包括：
由所述多个凸角形成的传感器转子；以及
具有印刷电路板的传感器定子，所述印刷电路板带有主表面，并且带有形成在所述主表面上的导电正弦和余弦迹线；
其中所述传感器组件配置为，响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成未调制正弦和余弦信号并将所述未调制正弦和余弦信号输出到控制器，并且其中与所述机器转子的所述预定对准以及与所述机器定子的所述预定对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准。
2. 根据方案1所述的旋转电机，其中所述机器转子包括绕所述机器转子的周边以交替的北极和南极定向布置的永磁体，并且其中所述电机是永磁同步电动机。
3. 根据方案1所述的旋转电机，其中所述凸角由铜、铝、或钢构造。
4. 根据方案3所述的旋转电机，其中所述凸角中的每个具有至少0.5mm的轴向厚度。
5. 根据方案1所述的旋转电机，其中所述旋转电机是多相/交流动力的电牵引电动机，并且所述正弦和余弦迹线具有各自的峰和谷，并且其中在与所述机器定子的所述预定对准中，所述电牵引电动机的预定电相位的磁轴对准并平分所述正弦迹线的峰。
6. 根据方案5所述的旋转电机，其中在与所述机器转子的所述预定对准中，所述机器转子的直轴（d轴）与所述凸角中的一个的边缘同轴地对准。
7. 根据方案1所述的旋转电机，其中所述位置传感器组件是感应位置传感器组件。
8. 一种电传动系，包括：
控制器；
电池组；
连接到所述电池组的牵引功率逆变器模块（TPIM）；
电连接到所述TPIM的多相/交流旋转电机，所述电机包括：
机器定子；
连接到驱动负载的机器转子，所述机器转子由所述机器定子外接并且具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，其中所述端盖包括在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量的多个凸角；以及
感应位置传感器组件，所述感应位置传感器组件具有与所述机器转子的预定对准以及与所述机器定子的预定对准，所述传感器组件包括：
由所述凸角形成的传感器转子；以及
具有印刷电路板的传感器定子，所述印刷电路板带有主表面以及形成在所述主表面上的导电正弦和余弦迹线，其中所述传感器定子与所述控制器通信；
其中所述传感器组件配置为，响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成并输出未调制正弦和余弦信号，与所述机器转子的所述预定对准以及与所述机器定子的所述预定对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准，并且其中所述控制器配置为使用所述未调制正弦和余弦信号建立所述机器转子的校准参考角并且随后使用所述校准参考角控制所述电机的操作。
9. 根据方案8所述的电传动系，其中所述机器转子包括绕所述机器转子的周边以交替的北极和南极定向布置的多个永磁体，并且其中所述电机是永磁同步电动机。
10. 根据方案8所述的电传动系，其中所述凸角由铜、铝、或钢构造，并且具有至少0.5mm的轴向厚度。
11. 根据方案8所述的电传动系，其中所述旋转电机是多相/交流动力的电牵引电动机，并且所述正弦和余弦迹线具有各自的峰和谷，并且其中在与所述机器定子的所述预定对准中，所述电牵引电动机的所述预定电相位的磁轴对准并平分所述正弦迹线的峰。
12. 根据方案11所述的电传动系，其中在与所述机器转子的所述预定对准中，所述机器转子的直轴（d轴）与所述凸角中的一个的边缘同轴地对准。
13. 根据方案11所述的电传动系，其中所述机器转子连接到负载，并且所述电机的所述操作包括控制由所述电机传递到所述负载的输出转矩的量。
14. 根据方案13所述的电传动系，其中所述负载是机动车辆的行驶轮的组。
15. 一种用于组装感应位置传感器组件的方法，所述感应位置传感器组件用于具有由机器定子外接的机器转子的旋转电机，所述机器转子具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，所述方法包括：
提供具有印刷电路板（PCB）的传感器定子，所述PCB带有在所述PCB的主表面上形成的导电正弦和余弦迹线；
提供具有多个凸角的环形端盖，所述凸角在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量；
以预定定子-定子对准将所述传感器定子连接到所述机器定子；
以预定转子-转子对准将所述环形端盖连接到所述机器转子；并且
响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成未调制正弦和余弦信号并将所述未调制正弦和余弦信号输出到控制器，其中所述预定定子-定子对准以及所述预定转子-转子对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准。
16. 根据方案15所述的方法，其中所述机器转子包括绕所述机器转子的周边以交替的北极和南极定向布置的多个永磁体，并且其中所述电机是永磁同步电动机。
17. 根据方案16所述的方法，其中所述旋转电机是多相交替交流动力的电牵引电动机，并且所述正弦和余弦迹线具有各自的峰和谷；并且其中以预定定子-定子对准将所述传感器定子连接到所述机器定子包括将所述预定电相位的磁轴与所述正弦迹线的峰对准，并且其中以预定转子-转子对准将所述环形端盖连接到所述机器转子包括将所述机器转子的直轴（d轴）与所述凸角中的一个的边缘对准。
18. 根据方案17所述的方法，还包括：
响应于由所述控制器接收到所述未调制正弦和余弦信号，使用未调制正弦/余弦数据对建立所述机器转子的校准参考角；并且
使用所述校准参考角控制所述电机的转矩和/或速度操作。
19. 根据方案18所述的方法，还包括：
将所述机器转子连接到负载；并且
使用来自所述电机的输出转矩为所述负载提供动力。
20. 根据方案19所述的方法，其中为所述负载提供动力包括为机动车辆的一个或多个行驶轮提供动力。
附图说明
图1是示例性移动平台的示意图，该移动平台具有如本文中描述地构造和对准的旋转电机和位置传感器组件。
图2是与图1的旋转电机一起使用的感应传感器组件的传感器定子和传感器转子的示意图。
图3是具有一体的凸角的环形端盖的透视图，该环形端盖可用作为本文中描述的感应位置传感器组件的部分。
图4是具有图3中描绘的环形端盖的感应位置传感器组件的分解示意性透视图。
图5是机器定子的部分和传感器定子的示意性平面图，描绘了定子-定子对准。
图6是机器转子的部分和传感器转子的示意性平面图，描绘了转子-转子对准。
本公开可具有修改和替代形式，其中代表性实施例以示例的方式在附图中示出并且在下文中详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的范围的修改、等同、组合、和替代。
具体实施方式
参考附图，其中在若干附图中类似的附图标记指代相同或类似的部件，图1中描绘了具有电传动系12的移动平台10。移动平台10可选地可构造为机动车辆，例如，混合动力或电池电动车辆、履带车辆、摩托车、或越野/全地形车辆。替代地，电传动系12可用作为机器人、动力设备、提升机、或其他移动或固定***的驱动***的部分。电传动系12的额外的示例性车辆应用包括拖拉机和其他农用车辆，以及飞机、船舶、和轨道车辆。然而，为了说明性的一致性，图1中描绘的移动平台10在下文中将在机动车辆的背景下描述，而本发明的教导不限于这样的实施例。
在图1的代表性车辆实施例中，移动平台10包括与路面（未示出）滚动接触的一个或多个行驶轮14。以这样的配置的电传动系12可包括至少一个旋转电机（ME）16，该旋转电机16可操作为电牵引电动机并且具有机器转子16R和机器定子16S。在可能的径向磁通配置中，机器定子16S外接机器转子16R并与其同轴地对准。以纯正弦和余弦信号形式的未调制旋转位置信号（箭头θ16）由连接到机器转子16R的位置传感器组件25测量并输出。本传感器组件25的实施例描绘在图2-4中，其中根据图5和6本文中描述的传感器组件25有意地分别与机器定子16S和机器转子16R对准，如下文记载的那样。
还关于图1的代表性电传动系12，电机16可体现为多相/交流（AC）牵引电动机。在这样的实施例中，机器定子16S经由AC电压总线20连接到牵引功率逆变器模块（TPIM）18，或者TPIM18可直接安装到电机16上。TPIM18继而经由直流（DC）电压总线24电连接到高压电池组（BHV）22。电机16经由中间TPIM18和控制器（C）50由电池组22选择性地供电，以在输出构件13上生成电动机输出转矩（箭头TO），该输出构件13联接到机器转子16R以与其结合地旋转。在示出的实施例中，输出转矩（箭头TO）随后传递到行驶轮14中的一个或多个以推动移动平台10。尽管为了说明简洁性而从图1中省略，但是输出构件13可为变速器或齿轮箱的输入构件提供动力，或者输出构件13可直接为行驶轮14提供动力，而不受限制。
电池组22可选地可体现为由锂离子、锌空气、镍金属氢化物、或其他适合应用的电池化学物质构造的多单电池高能量的能量储存装置。如本领域普通技术人员将理解的，通过位于TPIM18内的半导体开关（未示出）的开关控制，使以适合应用水平（例如，60V-400V或更高）存在于DC电压总线24上的DC电压（VDC）反向以产生AC波形。作为这样的高速开关控制的结果，在AC电压总线20上提供了AC电压（VAC）。电传动系12的一些实施例还可包括连接到DC电压总线24并连接到辅助电池（BAUX）22A的辅助功率模块（APM）26。APM26可配置为DC-DC电压转换器，其配置并控制为将在DC电压总线24上存在的电压水平降低到辅助电压水平（VAUX），例如，在典型的移动平台10的机动车实施例中为12-15V。
图1的控制器50以软件编程并且经由足够的硬件配置为调节电机16的持续的转矩和速度操作。为此，控制器50配备有处理器（P）和足够的存储器（M），包括诸如只读存储器的有形非暂时性存储器，例如光存储器、磁存储器和/或闪存。控制器50还包括足够应用量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等等，以及高速时钟、模数和数模电路、输入/输出电路和装置、以及适当的信号调节和缓冲电路。
响应于由控制器50接收的来自多种传感器和/或联网控制模块的输入信号（箭头CCI），由控制器50执行电动机控制例程，该输入信号包括如由位置传感器组件25测量和输出的上述未调制旋转位置信号θ16。如本领域普通技术人员将理解的，输入信号（箭头CCI）可额外地包括其他电动机控制参数，例如温度和直轴（d轴）和交轴（q轴）命令。控制器50最终生成用于控制电机16的操作的输出信号（箭头CCO），例如，其转矩和/或速度。
简要地参考图2，图1、3和4的感应位置传感器组件25的传感器转子28和传感器定子32示意性地描绘在平面图中，以说明位置传感器组件25的总体操作。在位置传感器组件25的实际实施例中，传感器转子28和传感器定子32可直接重叠，如由箭头BB指示地，一个在另一个之上，使得传感器转子28和传感器定子32沿在图1中示出的机器转子16R的公共旋转轴线AA同轴地对准。与上文提到的依靠磁阻原理并在4-10kHz范围内激励以产生调制正弦/余弦数据对的旋转变压器不同，感应传感器替代地使用约4MHz的高频激励，并依靠涡电流原理以产生图1中示出的未调制旋转位置信号（箭头θ16）。
在示例性配置中，传感器转子28可由固体导电材料构造，例如钢、铜、或铝，或具有至少足够应用的最小导电水平的其他材料。如下文参考图3和4描述的，传感器转子28可与机器转子16R的结构集成，该传感器转子28包括多个均等间隔的转子凸角30。每个转子凸角30连接到环形转子毂29或与环形转子毂29一体地形成，其中转子凸角30从环形转子毂29径向地突出。转子凸角30的数量匹配机器转子16R的磁极对的数量，其中在图2中描绘的凸角30的数量是本教导的代表而不是限制性的。
在位置传感器组件25的感应实施例中，传感器组件25包括具有主表面260的印刷电路板或PCB26，该主表面260蚀刻有导电迹线33和34，例如，细铜迹线。迹线33和34分别形成传感器定子32的正弦（SIN）和余弦（COS）信号迹线。尽管为了提高简洁性而省略，传感器定子32和/或控制器50还包括专用集成电路（ASIC）和/或合适的控制逻辑，用于生成传感器激励信号，以及用于在传感器转子28相对于迹线33和34的持续旋转期间处理未调制旋转位置信号（箭头θ16）。因此，图1的未调制旋转位置信号（箭头θ16）指示机器转子16R的瞬时角位置。
参考图3和图4，作为本方法的部分，在图2中示意性示出的转子凸角30可集成到机器转子16R的结构中。例如，如本领域普通技术人员将理解的，环形端盖40可定位为邻近机器转子16R的圆柱形转子堆216，其中转子堆216由适合应用数量的薄钢叠片构造。在一些实施例中，可由非磁性材料构造的端盖40限定了上文描述的凸角30，其中这样的凸角30的总数量等于机器转子16R的磁极对的数量。机器转子16R的简化的非限制性的8极实施例描绘在图3和4中，其中环形端盖40与凸角30中的四个一体地形成。在可能的实施例中，凸角30中的每个可具有的沿旋转轴线AA的厚度（T）为至少约0.5mm，例如，在一些实施例中，至少3-5mm，并且因此凸角30在轴向侧视图中呈现出低轮廓。额外地，具有这样的厚度的凸角30将足够厚以至于将在凸角30的表面上产生涡流，但是不会太厚以至于增加不期望量的重量和质量。
图4是图3的位置传感器组件25的示例性实施例的分解图，包括上文描述的端盖40。位置传感器组件25、机器转子16R、和传感器定子32沿旋转轴线AA同轴对准。机器转子16R的转子轴160类似地沿旋转轴线AA布置，其中端盖40和机器转子16R键连接到转子轴160，以便当图1的旋转电机16由TPIM18和电池组22供电时与转子轴160结合地旋转。整个位置传感器组件25可由相对设置的轴承44A和44B的组可旋转地支撑，其中在一些配置种可在轴承44B附近使用环形适配环42以提供必要的公差和配合。将凸角30集成到图3和4中示出的端盖40中旨在提供多种优点，包括但不必然限于减少零件数、增加传感器鲁棒性、以及简化与旋转电机16的集成。
为了上文描述的图4的位置传感器组件25将在图1的电传动系12中可用，传感器组件25首先与机器转子16R和机器定子16S正确对准。如本文使用的，这样的对准可包括将传感器定子32与机器定子16S的磁轴对准（“定子-定子对准”），将传感器转子28与机器转子16R的南极的d轴对准（“转子-转子对准”），并且可能地将转子键55（见图6）与转子凸角30对准。这样的对准使得能够建立校准参考角，以供控制器50用于建立图1的电机16的准确的持续控制。
位置传感器组件25的正确对准在本文中用作为初始传感器校准工作的部分，以便建立机器转子16R的校准参考角，其中该校准参考角随后由图1的控制器50使用，以调节电机16的转矩和/或速度操作。如将理解的，包括传感器组件25作为图1的电机16的机器转子16R的构成部件，而不还执行所公开的图5和6的对准，将导致随机的参考角，并因此降低准确性。如果没有本教导，则控制器50将因此要求应用偏移学习例程以提供近似控制准确性。因此，用于将位置传感器组件25与电机16对准的本方法旨在消除对这样的偏移学习的需要，简化总体校准工作，并提高控制准确性。
关于图5，传感器定子32示出为当其与旋转轴线AA正确对准时并且当其由机器定子16S围绕或外接时将呈现的那样。尽管机器定子16S形成了完全围绕传感器定子32和旋转轴线AA的圆柱体，但是为了说明简洁性，描绘了机器定子16S的径向上半部，其中定子绕组16W设置或缠绕在定子槽17内。如上文参考图2解释的，传感器定子32包括分别的正弦和余弦迹线33和34，以及用于生成合适的激励信号的ASIC（未示出）。如上所述，迹线33和34沿着预定图案，其中周期的数量匹配旋转电机16的极对的数量。如应将理解的，正弦和余弦迹线33和34分别具有峰37和39以及谷137和139。使用本方法，正弦迹线33的峰37中的一个与机器定子16S的预定电相的磁轴对准并平分，例如，在使用额定A、B、和C相位的电机16的三相实施例中的相位A（ϕA）。
图6描绘了电机16的机器转子16R。如关于图5的机器定子16S那样，为了说明简洁性，描绘了机器转子16R的上半部分。当旋转电机16实现为永磁同步电动机（PMSM）时，内转子磁体52的组绕机器转子16R的圆周均等地间隔开，例如，在示出的V状配置中，其中V角为磁体52朝向机器转子16R的外径表面160的开放。这样的转子磁体52的组布置为以形成交替的南北转子极，其中为清楚北极和南极分别缩写为N和S。
为了将传感器转子28与机器转子16R对准，凸角30中的一个的（以及可能的转子键55的）边缘30E与机器转子16R的南极的d轴对准。也就是说，d轴和边缘30E是同轴的并且彼此直接重叠。如图3中最佳示出的，传感器转子28的凸角30可集成到机器转子16R中，例如，集成到端盖40中，并且因此示出的图6的传感器转子28使用图2的示意性描绘以说明本教导。
鉴于前述公开，使得方法能够用于组装用于图1的旋转电机16的位置传感器组件25。可能的实施方式包括提供具有图5的PCB29的传感器定子32，其中导电正弦和余弦迹线33和34形成在其主表面26上；并且提供图3的环形端盖40，即具有在数量上等于机器转子16R的极对的数量的多个凸角30。方法可包括以预定定子-定子对准将传感器定子32连接到机器定子16S，以及以预定转子-转子对准将环形端盖40连接到机器转子16R。响应于机器转子16R的旋转以及由此产生的凸角30相对于正弦和余弦迹线33和34的旋转，方法包括生成未调制正弦/余弦数据对并将其输出到控制器50，其中这样的数据对由图1中的箭头θ16指示。
如图5中示出的，以上述预定定子-定子对准将传感器定子32连接到机器定子16S可包括将电机16的预定电相位的磁轴与正弦迹线33的峰37对准。如图6中示出的，以预定转子-转子对准将环形端盖40连接到机器转子16R可包括将机器转子16R的d轴与凸角30中的一个的边缘30E对准。虽然如上所述，凸角30集成到机器转子16R中提供了某些性能优势，但是其中凸角30不与机器转子16R集成的实施例也是可能的。在这样的实施例中，预定转子-转子对准可涉及将d轴与图6中示出的转子键55的边缘对准。
响应于控制器50接收到未调制正弦/余弦数据对，方法包括使用来自传感器组件25的未调制旋转位置信号（箭头θ16）建立机器转子16R的校准参考角，并且随后使用该校准参考角控制电机16的操作。如上所述，方法可包括将机器转子16R连接到驱动负载，例如，图1中示出的行驶轮14中的一个或多个，并且然后使用来自电机16的输出转矩（箭头TO）为驱动负载提供动力。当传感器组件25如上所述地构造时，输出自传感器组件25的正弦信号将与特定电相位（例如，相位A）的反电动势/反EMF对准，以提供用于由控制器50使用的校准参考。
尽管已经详细描述了一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实施限定在所附权利要求中的本教导的多种替代设计和实施例。本领域技术人员将认识到，可在不脱离本公开的范围的情况下对公开的实施例进行修改。而且，本概念明确包括所描述的元件和特征的组合和子组合。详细描述和附图对本教导是支持性和描述性的，其中本教导的范围仅由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种旋转电机，包括：
机器定子；
由所述机器定子外接的机器转子，并且所述机器转子具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，其中所述端盖包括在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量的多个凸角；以及
位置传感器组件，所述位置传感器组件具有与所述机器转子的预定对准以及与所述机器定子的预定对准，所述传感器组件包括：
由所述多个凸角形成的传感器转子；以及
具有印刷电路板的传感器定子，所述印刷电路板带有主表面，并且带有形成在所述主表面上的导电正弦和余弦迹线；
其中所述传感器组件配置为，响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成未调制正弦和余弦信号并将所述未调制正弦和余弦信号输出到控制器，并且其中与所述机器转子的所述预定对准以及与所述机器定子的所述预定对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中所述机器转子包括绕所述机器转子的周边以交替的北极和南极定向布置的永磁体，并且其中所述电机是永磁同步电动机。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中所述凸角由铜、铝、或钢构造。
4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中所述凸角中的每个具有至少0.5mm的轴向厚度。
5.根据权利要求1所述的旋转电机，其中所述旋转电机是多相/交流动力的电牵引电动机，并且所述正弦和余弦迹线具有各自的峰和谷，并且其中在与所述机器定子的所述预定对准中，所述电牵引电动机的预定电相位的磁轴对准并平分所述正弦迹线的峰。
6.根据权利要求5所述的旋转电机，其中在与所述机器转子的所述预定对准中，所述机器转子的直轴（d轴）与所述凸角中的一个的边缘同轴地对准。
7.根据权利要求1所述的旋转电机，其中所述位置传感器组件是感应位置传感器组件。
8.一种电传动系，包括：
控制器；
电池组；
连接到所述电池组的牵引功率逆变器模块（TPIM）；
电连接到所述TPIM的多相/交流旋转电机，所述电机包括：
机器定子；
连接到驱动负载的机器转子，所述机器转子由所述机器定子外接并且具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，其中所述端盖包括在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量的多个凸角；以及
感应位置传感器组件，所述感应位置传感器组件具有与所述机器转子的预定对准以及与所述机器定子的预定对准，所述传感器组件包括：
由所述凸角形成的传感器转子；以及
具有印刷电路板的传感器定子，所述印刷电路板带有主表面以及形成在所述主表面上的导电正弦和余弦迹线，其中所述传感器定子与所述控制器通信；
其中所述传感器组件配置为，响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成并输出未调制正弦和余弦信号，与所述机器转子的所述预定对准以及与所述机器定子的所述预定对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准，并且其中所述控制器配置为使用所述未调制正弦和余弦信号建立所述机器转子的校准参考角并且随后使用所述校准参考角控制所述电机的操作。
9.根据权利要求8所述的电传动系，其中所述机器转子包括绕所述机器转子的周边以交替的北极和南极定向布置的多个永磁体，并且其中所述电机是永磁同步电动机。
10.一种用于组装感应位置传感器组件的方法，所述感应位置传感器组件用于具有由机器定子外接的机器转子的旋转电机，所述机器转子具有共同地配置为绕旋转轴线旋转的转子轴、转子堆、和环形端盖，所述方法包括：
提供具有印刷电路板（PCB）的传感器定子，所述PCB带有在所述PCB的主表面上形成的导电正弦和余弦迹线；
提供具有多个凸角的环形端盖，所述凸角在数量上等于所述机器转子的磁极对的数量；
以预定定子-定子对准将所述传感器定子连接到所述机器定子；
以预定转子-转子对准将所述环形端盖连接到所述机器转子；并且
响应于所述机器转子的旋转以及由此产生的所述凸角相对于所述正弦和余弦迹线的旋转，生成未调制正弦和余弦信号并将所述未调制正弦和余弦信号输出到控制器，其中所述预定定子-定子对准以及所述预定转子-转子对准一起使所述未调制正弦信号与所述机器定子的预定电相位的反电动势对准。
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