本發(fā)明涉及無刷型多相電動馬達(dá)的領(lǐng)域，所述無刷型多相電動馬達(dá)具有與支承電線圈的軟鐵磁定子相互作用的一系列永磁體。通過由電子電路提供的電子開關(guān)向線圈提供多相交流電流。

更具體地，本發(fā)明提出了由馬達(dá)和電子組件構(gòu)成的致動器，該馬達(dá)和該電子組件以緊湊且簡單的方式以單獨的經(jīng)覆蓋的模塊(例如通過將塑料、聚合物或甚至金屬材料包覆成型)集成，并隨后被組裝。

在本文的其余部分中，術(shù)語“馬達(dá)”應(yīng)當(dāng)理解為是指能夠產(chǎn)生磁力的磁路的所有元件(線圈、軟鐵磁定子、永磁體和可能的軟鐵磁軛)，并且“致動器”是指在致動器的最終形態(tài)中與位置傳感元件以及發(fā)動機(jī)的供電元件相關(guān)聯(lián)的整個發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

在本發(fā)明的背景技術(shù)中存在許多永磁體無刷多相電動馬達(dá)，比如在申請人的兩個專利ep0949747或ep2002531中描述的馬達(dá)。這種類型的馬達(dá)由經(jīng)纏繞的定子組件以及包括多個磁體的轉(zhuǎn)子組件構(gòu)成。為了確保這些馬達(dá)的不同相的電切換，通常選擇的解決方案包括使用與多個磁體相對放置的至少一個霍爾探頭或者使用專用于這種切換的輔助性磁化組件。

為了實現(xiàn)致動器，霍爾傳感器、控制霍爾傳感器的電子電路以及馬達(dá)各個相的電連接器組件必須被組裝在集成式產(chǎn)品中，該集成式產(chǎn)品可以放置并使用在任何應(yīng)用中(例如，用于在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)機(jī)中移動不同的閥、翼片或軸)。

在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中存在各種形式的實施方式。例如，一些解決方案包括將馬達(dá)部分地包覆成型，最常見的是僅定子被包覆成型。pct專利申請wo/2009/055625涉及定子組件以及用于生產(chǎn)定子組件的方法。定子組件以導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物組合物包覆成型。定子組件的定子芯覆蓋有粘合劑組分，以允許向定子芯與經(jīng)包覆成型的線圈的交界面更好地?zé)醾鬟f。

專利申請ep1677404也公開了一種用于電動轉(zhuǎn)向裝置的馬達(dá)，在本專利申請中，可以在節(jié)省空間的同時容易地實現(xiàn)線圈的連接，本專利申請還公開了一種制造發(fā)動機(jī)的方法。定子線圈被組裝在定子芯中并通過連接環(huán)連接每個相。

專利申請ep2781758、us2010/301691、wo2011159674或us2008/023028描述了現(xiàn)有技術(shù)的其它示例性實施方式。

現(xiàn)有技術(shù)解決方案的缺點

現(xiàn)有技術(shù)的解決方案具有的缺點在于復(fù)雜的組裝，需要定子部件在凹部中的和/或相對于轉(zhuǎn)子的精確機(jī)械定位。在組裝期間，有必要進(jìn)行多種機(jī)械連接及電連接以確保利用電子電路、電連接器以及在必要時的印刷電路實現(xiàn)線圈至線束、或者連接元件的連接。這些不同的操作需要高精度并且會導(dǎo)致裝置具有脆弱性。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的包覆成型的解決方案使得難以確保對定子結(jié)構(gòu)的所有部件進(jìn)行覆蓋，并且僅部分地避免了組裝和電連接的問題。

具體地，在專利申請ep1677404中提出的解決方案中，經(jīng)纏繞的定子和連接器不形成封裝組件，這會導(dǎo)致機(jī)械性能方面的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過提出一種包括經(jīng)覆蓋的定子模塊的裝置來克服這些缺點，該經(jīng)覆蓋的定子模塊能夠插入到馬達(dá)或致動器的殼體中以便與轉(zhuǎn)子以電磁的方式相互作用并且與轉(zhuǎn)子模塊相配合操作。

從最廣泛意義上來說，本發(fā)明涉及由多相無刷馬達(dá)和第一電連接器組件制成的電子致動器，該多相無刷馬達(dá)包括：轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子設(shè)置有永磁體并固定至輸出軸；以及定子，該定子支承線圈并提供轉(zhuǎn)子的磁性驅(qū)動，并且所述第一電連接器組件為線圈供電，所述定子內(nèi)置于定子模塊中，該定子模塊由覆蓋經(jīng)纏繞的定子以及第一電連接器組件的材料制成。本發(fā)明的特征在于，轉(zhuǎn)子內(nèi)置于轉(zhuǎn)子模塊中，轉(zhuǎn)子模塊由覆蓋對轉(zhuǎn)子的軸進(jìn)行導(dǎo)引的軸承的凸緣構(gòu)成，并且本發(fā)明的特征在于，定子模塊和轉(zhuǎn)子模塊具有用于指引(indexing)以及用于相對于彼此附接的元件。

因此，轉(zhuǎn)子模塊形成第一部件，該第一部件集成有：

-由氣缸蓋構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，在該氣缸蓋上安裝有永磁體和輸出軸，

-導(dǎo)引元件；

-確保對上述組件進(jìn)行覆蓋的凸緣。

定子模塊形成第二部件，該第二部件集成有：

-經(jīng)纏繞的定子；

-第一電連接器組件；

-這些元件被同樣地覆蓋。

因此，馬達(dá)由既不需要電連接件也不需要緊固固件的兩個互補(bǔ)部件構(gòu)成。連接是由兩個經(jīng)覆蓋的部件的互補(bǔ)構(gòu)型提供的，每個經(jīng)覆蓋的部件具有帶指引的互補(bǔ)組裝交界面以保證這兩個部件的精確的相對定位。

該經(jīng)覆蓋的模塊化實施方式的顯著優(yōu)點是，更好地管控了電連接組件的溫度以及連接電連接組件的印刷電路的溫度。實際上，當(dāng)致動器在高溫下操作時，熱量被限制在容易地支持這種熱負(fù)荷的定子的水平面上，并且熱量僅在致動器的背面處朝向電氣連接元件和電子連接元件微弱地擴(kuò)散。因此，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的形式可以顯著地限制印刷電路的發(fā)熱。

當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的形式相比時，本發(fā)明及其模塊化的實施方式的主要優(yōu)點是顯著減少了致動器的實施方式所需的部件的數(shù)量。

可選地，定子模塊還包括電子電路，該電子電路被同樣地覆蓋以形成第二智能部件。

優(yōu)選地但非窮盡地，致動器包括第二電連接器組件，該第二電連接器組件對馬達(dá)的各個相的切換所需的傳感元件的供電和信號進(jìn)行管控，并且定子模塊覆蓋第一電連接器組件和第二電連接器組件。因此，當(dāng)任何人希望通過集成在發(fā)動機(jī)中的編碼器組件來控制發(fā)動機(jī)時，該第二組件是必要的。如果馬達(dá)在無傳感器模式下被驅(qū)動，則第二組件不是必須的。

優(yōu)選地，定子組件具有適于接納所述轉(zhuǎn)子模塊的腔。

在實施方式的一個方面中，第一電連接組件和第二電連接組件形成所述定子模塊的沿徑向覆蓋的延伸部。

在實施方式的一個方面中，第一電連接組件和第二電連接組件形成所述定子模塊的沿軸向覆蓋的延伸部。

優(yōu)選地，凸緣具有與定子模塊的接納區(qū)域互補(bǔ)的外部形狀，以便易于組裝。

例如，轉(zhuǎn)子模塊的所述凸緣具有定心銷，該定心銷適于接合在形成于定子模塊上的互補(bǔ)凹部中。

在一個具體形式的實施方式中，定子模塊包括具有多個齒的一組層疊疊片，該層疊疊片的至少一部分對電線圈進(jìn)行支承，所述電線圈中的每個電線圈具有沿軸向延伸的連接凸耳，所述定子模塊還包括用于連接互補(bǔ)連接器的多個齒，包括有所述經(jīng)纏繞的片材組件、所述線圈連接凸耳以及用于連接連接器的所述連接器凸耳的所有部件均覆蓋有絕緣塑料材料以形成圍封所述層疊片材的外表面的整體塊。

定子板的所述齒的內(nèi)表面可以被制成與所述整體塊的內(nèi)表面齊平，并且所述腔形成為柱狀并在其后部處由模制的底部封閉。在這種情況下，所述模制的底部可以包括用于對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行導(dǎo)引的環(huán)。

根據(jù)一個變型，定子板的所述齒的內(nèi)表面被包括在所述整體塊中，封裝的塑料材料的厚度小于轉(zhuǎn)子的柱狀外表面與由定子齒的表面所限定的柱狀包封部之間的空氣間隙。

本發(fā)明還涉及一種由經(jīng)覆蓋的套筒形成的磁化轉(zhuǎn)子模塊，該經(jīng)覆蓋的套筒包括用于對轉(zhuǎn)子進(jìn)行導(dǎo)引的軸承，其中，該套筒被能夠通過焊接或螺紋連接或鉚接固定至定子結(jié)構(gòu)的套環(huán)包圍。

在一個變型實施方式中，腔是敞開的并且致動器具有第三模塊，該第三模塊包括印刷電路并且在后部封閉致動器。

本發(fā)明還涉及一種用于制造磁化轉(zhuǎn)子模塊的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

-包覆成型前軸承以形成具有定位和指引銷的凸緣，

-將層疊疊片組裝在轉(zhuǎn)子軸上，

-使馬達(dá)的磁體(多個磁體)結(jié)合在所述層疊疊片上，

-將后軸承組裝在包括一堆疊片的軸上。

示例實施方式的詳細(xì)非限制性說明

附圖說明

本發(fā)明將通過參照附圖閱讀以下說明被更好地理解，所述附圖對應(yīng)于非窮舉的實施方式，在附圖中：

-圖1和圖2示出了纏繞有馬達(dá)和傳感組件的電連接的定子模塊，

-圖3示出了經(jīng)覆蓋的定子模塊，

-圖4和圖5分別示出了形成在經(jīng)覆蓋的定子中的腔在插入電子電路之前和在插入電子電路之后的視圖，

-圖6和圖7分別以四分之三側(cè)視圖和縱向截面示出了轉(zhuǎn)子模塊的視圖，

-圖8和圖9分別示出了在被稱為“盤”模式的第一形式的實施方式中經(jīng)覆蓋的定子與轉(zhuǎn)子模塊的組件在組裝之前和組裝之后的視圖，

-圖10至圖12分別示出了在被稱為“管狀”模式的第二形式的實施方式中經(jīng)覆蓋的定子與轉(zhuǎn)子模塊的組件在組裝之前的視圖(圖10)、在組裝之前的剖視圖(圖11)以及在組裝之后的視圖(圖12)，

-圖13和圖14分別示出了在轉(zhuǎn)子模塊圍繞定子模塊布置的第三形式的實施方式中在模塊組裝之前和模塊組裝之后的視圖，

-圖15示出了圖13和圖14中描述的模式的截面圖，

-圖16和圖17分別示出了替代性管狀實施方式的轉(zhuǎn)子模塊和定子模塊的截面圖，

-圖18是由圖16和圖17中描述的模塊組裝的發(fā)動機(jī)的截面圖，

-圖19示出了本發(fā)明的變型實施方式。

所描述的發(fā)明涉及一種通過組裝轉(zhuǎn)子模塊和定子模塊而形成的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。這些模塊的部件均以機(jī)械的方式連接以便被永久地固定。

轉(zhuǎn)子模塊被永久地組裝。類似地，定子模塊被嵌入絕緣塑料材料中，僅允許電連接器元件突出。這兩個模塊通過將轉(zhuǎn)子模塊插入到在定子模塊中為此目的設(shè)置的殼體中而被組裝，并且這兩個模塊通過螺紋連接、焊接或膠合而接合在一起。當(dāng)定子模塊具有腔開口時，第三模塊可以可選地封閉致動器。

具體實施方式

在第一形式的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的致動器通常包括具有定子1的馬達(dá)，定子1具有沿徑向延伸的齒并配備有電線圈2，電線圈2由線圈本體3承載，如圖1所示。

在所描述的這個示例中，馬達(dá)是如申請ep2002531中所描述的三相馬達(dá)，但本發(fā)明決不局限于這種特定的技術(shù)。

在定子1的端面上定位有第一連接器組件6，以確保線圈2的電連接。然后，第二連接器組件7根據(jù)第一連接器組件6的外表面上的狀態(tài)的指導(dǎo)被定位成對無刷馬達(dá)的操作所需的傳感元件(通常是霍爾效應(yīng)探針)進(jìn)行管控(供應(yīng)和輸出)，如圖2所示。

第一連接器組件6借助于設(shè)置在線圈本體3中用于精確定位的導(dǎo)引腔4被指引在定子1上。通過例如絕緣移位觸點(idc)將第一連接器組件6的線路端子插入線圈本體3的凹口5中來確保電連接。

在這個示例中有三個電相，所述三個電相由三個獨立的軌道6a、6b、6c供電。軌道6a、6b、6c沿徑向延伸并然后相對于定子側(cè)向延伸，并且軌道6a、6b、6c呈具有矩形截面的軌道形式。

所述軌道終止于用于由idc觸點連接電相的叉形連接突出部(未示出)中。

該組件通過切割和折疊金屬箔例如青銅或cuzn30型銅合金來生產(chǎn)，并且然后用絕緣樹脂8包覆成型，如圖2所示。

圖2中示出的第二連接器組件7允許一組信號從印刷電路至相同的連接器的連接，例如，所述信號為用于感測所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的位置的屬于編碼器的霍爾探針的信號。在此，使用五個軌道7a至7e來實現(xiàn)霍爾探針的信號的輸入和估算。然后，該第二組件7被定位在第一經(jīng)覆蓋的組件上，如圖2所示。

在申請fr12/59035中更準(zhǔn)確地描述了與第一連接器組件6和第二連接器組件7相關(guān)聯(lián)的定子1的這個實施方式。

定子1以及第一連接器組件6和第二連接器組件7在注塑模具中被一起覆蓋以形成圖3中示出的封閉的整體部件。然后，經(jīng)覆蓋的組件構(gòu)成定子模塊9。

該定子模塊9的形狀可以根據(jù)最終應(yīng)用而變化。在圖1至圖6的示例中，這是被稱為“盤”的第一實施方式，就此而言，所生產(chǎn)的致動器的直徑尺寸大于其高度尺寸。

在此，包覆成型的涂層覆蓋了定子的所有部件，除了各個軌道7a至7e和6a至6c的端部之外，所述端部從兩個開口10和11內(nèi)部突出以允許電連接至外部插口或電連接至附接的外部電子電路。

在該定子模塊9的內(nèi)部，定子1的齒與包覆成型件齊平或者在包覆成型期間用薄蒙皮覆蓋。形成定子模塊9的該整體部件具有環(huán)狀腔12，在圖4的第一實施方式中環(huán)狀腔12的底部是封閉的。定子模塊9具有三個帶孔的側(cè)向突起13至15以允許致動器被固定。經(jīng)包覆成型的定子模塊9因此是完全密封且獨立的。

腔12的底部允許第二連接器組件7的突出部16a至16e即軌道7a至7e的內(nèi)端部突出。這些突出部16a至16e連接至可以容納在腔12底部處的盤狀電子電路17，如圖5所示。

由于定子模塊9的形狀，定子模塊9能夠接納圖6和7中示出的轉(zhuǎn)子模塊18。

轉(zhuǎn)子模塊18包括凸緣19，凸緣19具有沿徑向延伸的定心凸耳20至24并且還具有機(jī)械剛性功能。凸緣19在轉(zhuǎn)子模塊18的內(nèi)側(cè)上形成環(huán)25，該環(huán)25接納對磁性轉(zhuǎn)子27的軸26進(jìn)行導(dǎo)引的導(dǎo)引元件28。

磁性轉(zhuǎn)子27由交替極性(北/南)的永磁體29至38交替構(gòu)成。

圖7示出了轉(zhuǎn)子模塊18的截面圖，以能夠更好地理解凸緣19與用于導(dǎo)引軸26的軸承25的相對定位?？梢钥吹?，在鐵磁氣缸蓋41上定位有具有交替的磁化極性的磁體29至38和編碼器磁體40。該編碼器磁體40用于與傳感元件以及電子電路17一起檢測轉(zhuǎn)子的位置，該電子電路17位于定子模塊9的非敞開腔12的底部處，當(dāng)定子模塊9和轉(zhuǎn)子模塊18被組裝時腔12面向該編碼器磁體40。

圖8示出了通過沿軸向移位(相對于致動器的旋轉(zhuǎn)軸線)的插入將轉(zhuǎn)子模塊18定位在定子模塊9中，兩個模塊借助于凸耳20至24被指引，并且所述凸耳容納在互補(bǔ)的凹部44至49中然后通過螺紋連接、膠合、超聲波焊接或任何其他已知的組裝方法被組裝。

圖9示出了兩個已組裝的模塊在其最終形態(tài)中形成致動器39的視圖。

圖10、圖11和圖12示出了致動器39的第二實施方式，其中，致動器39呈所謂的“管狀”形狀，也就是說，致動器的高度尺寸大于其直徑的尺寸。

在該變型中，致動器39驅(qū)動螺桿42。在該示例中，定子模塊9局部地具有相對于致動器39的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向延伸的電連接插口43。

轉(zhuǎn)子模塊18包括凸緣19，該凸緣19與第一實施方式一樣接納用于導(dǎo)引元件28的凹部。

圖11示出了另一變型實施方式的定子的剖視圖。轉(zhuǎn)子模塊18具有由一疊盤狀疊片50形成的內(nèi)芯，盤狀疊片50以受迫壓的方式接合在軸26上并且對呈瓦片的形式的永磁體29至38進(jìn)行支承。

定子1借助于申請人在歐洲專利ep2212985中描述的連接器組件來饋電。定子1接納用于霍爾探針的定位的第二連接器組件7。

該組件被包覆成型以形成具有主體51和第二本體52的整體部件，其中，第二本體52的縱向軸線垂直于主體51的縱向軸線。

在上文示出的實施方式中，基于兩個模塊的形狀的互補(bǔ)性，轉(zhuǎn)子模塊18被指引到在定子模塊9的內(nèi)部。

圖13和圖14示出了第三實施方式，其中，轉(zhuǎn)子模塊18從外部緊固至定子模塊9。

在這種情況下，轉(zhuǎn)子模塊18的凸緣19的直徑大于定子模塊9的定子1的直徑。

圖15使得可以理解在該實施方式中發(fā)現(xiàn)的元件的細(xì)節(jié)。所指出的各種元件的功能與在前述模式中提到的元件的功能相同。

本發(fā)明并不限于具有帶有徑向齒的定子的馬達(dá)。本發(fā)明還應(yīng)用于下述發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)的定子具有平行于軸線延伸的齒，該發(fā)動機(jī)具有盤狀轉(zhuǎn)子或線性馬達(dá)。

圖10、圖11和圖12的變型實施方式使得可以生產(chǎn)如上描述的所謂的“管狀”形態(tài)。

可以設(shè)想一個替代性實施方式以獲得更緊湊的設(shè)置。特別地，在圖16至18中描述了該替代性實施方式。

這種形式的實施方式與圖10中所描述的模式的不同之處在于：轉(zhuǎn)子模塊18包括第二導(dǎo)引元件28’，在將層疊疊片50安裝之后將該第二導(dǎo)引元件28’固定至軸26。該實施方式使得可以安裝較小尺寸的兩個導(dǎo)引元件28和28’并且允許在定子模塊9中更容易地組裝。

轉(zhuǎn)子模塊18通常由以下步驟制成：

-將前導(dǎo)引元件28進(jìn)行包覆成型以形成具有定位和指引銷20的凸緣，

-將層疊疊片50組裝在轉(zhuǎn)子軸26上，

-將馬達(dá)的磁體29結(jié)合在層疊疊片50上，

-將后導(dǎo)引元件28’組裝在包括層疊疊片50的軸26上。

然后，在所描述的示例中，傳感器磁體53通過其支承件被組裝在主軸的自由端部上(例如通過迫壓穿過或螺紋連接)。

在馬達(dá)的磁體和就位的傳感器的磁體被磁化后，軸+層疊疊片+馬達(dá)磁體+后軸承+磁體傳感器的這個組件在其支承件上最終被組裝到由后導(dǎo)引元件28和凸緣19形成的經(jīng)包覆成型的模塊。

定子模塊9具體地具有內(nèi)部敞開腔12，該內(nèi)部敞開腔12使得可以更容易地組裝成形的轉(zhuǎn)子模塊18并且可以將第三模塊56往后帶，由此在后部上封閉致動器。

在將定子模塊9和轉(zhuǎn)子模塊18兩者組裝之后，因此需要添加互補(bǔ)的電子模塊，在該示例中，該互補(bǔ)的電子模塊包括印刷電路17和封閉帽54，該印刷電路17接納磁場傳感器的檢測探針55。該實施方式的優(yōu)點在于，使得能夠集成(相比圖10和圖11的實施方式中示出的印刷電路)更大尺寸的印刷電路，使得還能夠布置直接驅(qū)動發(fā)動機(jī)的相的機(jī)載電子控制電路。

圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的致動器39的替代性實施方式，其中，定子模塊9容納有能夠?qū)崿F(xiàn)馬達(dá)控制系統(tǒng)管理的機(jī)載電子電路。這就是所謂的“智慧型”或“智能型”馬達(dá)，并且因為不需要將第二連接器組件7的電突出部從馬達(dá)移除，離開馬達(dá)的連接器技術(shù)裝置得以簡化。在該電子電路中可以找到的典型元件有：開關(guān)邏輯管理模塊60、一個或更多個濾波電容器61、控制各個相的供電的一組mosfet型開關(guān)晶體管62。然后，將這些電子元件定位在經(jīng)包覆成型的定子模塊9上，并且可以將蓋(未示出)以膠合、焊接、旋擰或鉚接的方式安置到位以完成馬達(dá)。