專利名稱：電動機解角器組件和測量電動機轉(zhuǎn)子的速度及位置的方法
技術領域：
本申請要求享有于2004年3月22日提交的美國臨時專利申請60/555141的優(yōu)先權，該申請通過引用整體地結(jié)合于本文中。
本發(fā)明涉及一種用于測量電動機轉(zhuǎn)子的速度和位置的電動機解角器。
背景技術：
例如那些用于帶有機電變速箱的混合動力車輛中的電動機使用了控制器，其依靠對轉(zhuǎn)子速度和位置的精確且可靠的測量來在電動機、發(fā)動機輸入軸和輸出部件之間平穩(wěn)地施加扭矩?？梢圆捎媚軌驕y量目標車輪旋轉(zhuǎn)的多速傳感器，然而這些器件要求速度傳感器相互之間有精確的定位(例如相互間精確地隔開90度)，這便需要容納了傳感器的變速箱殼體具有嚴格的機加工公差，并要求用于目標車輪的額外空間。外部的速度傳感器(即設于電動機之外)增加了整個變速箱的長度，并且還要求可增加慣性的目標對象。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于有效地裝配起來的電動機解角器組件的獨特屏蔽件，它能夠保證解角器組件所得到的轉(zhuǎn)子速度和位置信號的精度和可靠性。因此，用于具有定子和轉(zhuǎn)子的電動機的電動機解角器組件包括解角器定子和設置在解角器定子的徑向內(nèi)側(cè)的解角器轉(zhuǎn)子。解角器轉(zhuǎn)子可相對于解角器定子旋轉(zhuǎn)。電動機解角器組件包括大體上包圍了解角器定子和轉(zhuǎn)子的第一和第二屏蔽件。第一屏蔽件可隨解角器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并相對于第二屏蔽件旋轉(zhuǎn)。因此，第一和第二屏蔽件就保證了解角器定子和轉(zhuǎn)子免受外部的電磁干擾，例如源于電動機定子和轉(zhuǎn)子的電磁干擾。
優(yōu)選的是，電動機的定子和轉(zhuǎn)子設置在解角器定子和轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)，而屏蔽件徑向地設置在電動機和解角器轉(zhuǎn)子及定子之間。電動機轉(zhuǎn)子和解角器轉(zhuǎn)子可支撐在轉(zhuǎn)子輪轂上，使得它們均可隨轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)。第一解角器屏蔽件也稱為轉(zhuǎn)子屏蔽件，其優(yōu)選以過盈配合安裝在轉(zhuǎn)子輪轂和解角器轉(zhuǎn)子之間。同樣優(yōu)選的是，電動機定子由電動機外殼支撐，而第二屏蔽件(其可稱為定子屏蔽件)由同一電動機外殼支撐。解角器定子與定子屏蔽件以過盈配合安裝在一起。
轉(zhuǎn)子屏蔽件和定子屏蔽件必須能相互間相對轉(zhuǎn)動。這通過將轉(zhuǎn)子屏蔽件構造成具有第一徑向部分和從第一徑向部分中朝向定子屏蔽件延伸的第一軸向部分來實現(xiàn)。定子屏蔽件類似地構造成具有第二徑向部分和從第二徑向部分中朝向轉(zhuǎn)子屏蔽件延伸的第二軸向部分。第一和第二軸向部分相互間徑向地偏開，在它們之間形成了一個環(huán)形開口，這便允許轉(zhuǎn)子屏蔽件和定子屏蔽件之間相對轉(zhuǎn)動。第一和第二軸向部分優(yōu)選重疊在一起，使得外部電磁干擾很難從這些軸向部分之間穿過。轉(zhuǎn)子屏蔽件和定子屏蔽件優(yōu)選由鍍銅鋼形成并接地，從而可通過它們將電磁能量引導到與電動機共用的接地點處。
本發(fā)明還提供了一種測量電動機轉(zhuǎn)子相對于電動機定子的速度和位置的方法。該方法包括將電動機解角器定位在電動機轉(zhuǎn)子和電動機定子的徑向內(nèi)側(cè)。電動機解角器具有解角器定子和解角器轉(zhuǎn)子。該方法還包括用第一和第二屏蔽件(即轉(zhuǎn)子屏蔽件和定子屏蔽件)大致包圍電動機解角器，以便阻止來自電動機轉(zhuǎn)子和電動機定子的電磁干擾影響到電動機解角器。然后再測定解角器轉(zhuǎn)子和解角器定子的相對速度和位置。該方法優(yōu)選包括將電動機轉(zhuǎn)子支撐在轉(zhuǎn)子輪轂上，將解角器轉(zhuǎn)子支撐在同一轉(zhuǎn)子輪轂上，以及將轉(zhuǎn)子屏蔽件安裝在轉(zhuǎn)子輪轂和解角器轉(zhuǎn)子之間。同樣優(yōu)選的是，該方法包括將電動機定子支撐在電動機外殼上，將第二屏蔽件支撐在同一電動機外殼上，以及將解角器定子安裝在第二屏蔽件上。因此，解角器轉(zhuǎn)子的位置表示了電動機轉(zhuǎn)子的位置，這是因為它們被同一部件(轉(zhuǎn)子輪轂)所支撐。解角器定子和電動機定子的位置也是相關的，這是因為它們被同一電動機外殼所支撐。
從實施本發(fā)明的最佳方式的下述詳細描述中并結(jié)合附圖，可以容易地清楚本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它的特征和優(yōu)點。


圖1是具有電動機/發(fā)電機的混合型機電變速箱的示意性剖視圖；圖2是圖1所示電動機/發(fā)電機之一的示意性局部剖視圖，其帶有安裝在其徑向內(nèi)側(cè)的電動機解角器組件；圖3是圖2所示電動機解角器組件的示意性局部剖視圖；和圖4是圖2和3所示電動機/發(fā)電機和電動機解角器組件的局部剖開的示意性透視圖。
具體實施例方式
參見附圖，在圖中相似的標號表示相似的部件，圖1顯示了具有中心軸線12的混合型機電變速箱10。在變速箱10內(nèi)圍繞著中心軸線12設置了第一電動機/發(fā)電機組件14和第二電動機/發(fā)電機組件16。各電動機/發(fā)電機組件均包括轉(zhuǎn)子、支撐了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子輪轂、定子以及支撐了定子的電動機外殼，如下文中參考圖2所示和所述。主軸20縱向地設置并可圍繞中心軸線12旋轉(zhuǎn)。圍繞著主軸20同心地設置了多個內(nèi)軸如內(nèi)軸22，它們也可圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。在主軸20之前設有輸入軸24，其可被操作以將動力從發(fā)動機(未示出)傳遞到變速箱10中。設于變速箱10中的多個離合器(分別顯示為第一離合器26、第二離合器28、第三離合器30和第四離合器32)中的一個或多個離合器的接合分別與第一行星齒輪組34、第二行星齒輪組36和第三行星齒輪組38中的一個或多個互連，以便在不同的變速比下將動力傳遞給輸出件39。
參見圖2，第一電動機/發(fā)電機組件14包括固定在電動機外殼42的第一部分上的電動機定子40，其接地到變速箱外殼體44上。電動機定子40包括定子鐵心48，其帶有從中延伸出來的卷繞電繞組46。電動機轉(zhuǎn)子50支撐在可圍繞中心軸線12旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子輪轂52上。電動機轉(zhuǎn)子50的大小制成為可安裝在定子48內(nèi)，并可響應于繞組46的選擇性充電而旋轉(zhuǎn)，這是本領域的技術人員眾所周知的。電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子40一起可稱為電動機40，50。在轉(zhuǎn)子輪轂52和電動機外殼的第一部分42之間設有軸承54A，在轉(zhuǎn)子輪轂52和電動機外殼的第二部分45之間設有軸承54B，該第二部分45可與第一部分42配合操作，以將電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子40封閉起來。電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子40一起形成了電動機40，50。在軸承54A和轉(zhuǎn)子輪轂52之間設有電動機解角器組件56(詳見圖3)。在圖1所示的第二電動機/發(fā)電機組件16中使用了類似的電動機和電動機解角器組件。
參見圖3，電動機解角器包括了解角器定子58和解角器轉(zhuǎn)子60。解角器58，60通過檢測葉片式解角器轉(zhuǎn)子60在帶有一組感應線圈59的解角器定子58內(nèi)的相對運動來進行工作。定子線圈59接收來自電動機控制器(未示出)的激勵信號，兩個拾波線圈(未示出，但優(yōu)選設于解角器定子58上的與定子線圈59相似的徑向位置處)將信號返回給控制器，其電平取決于轉(zhuǎn)子葉片的鄰近性和速度。本領域的技術人員可以容易地理解解角器轉(zhuǎn)子60和解角器定子58的設計及功能。解角器轉(zhuǎn)子60支撐于轉(zhuǎn)子輪轂52上。第一解角器屏蔽件62在這里也稱為轉(zhuǎn)子屏蔽件62，其以過盈配合安裝在電動機轉(zhuǎn)子52和解角器轉(zhuǎn)子60之間。轉(zhuǎn)子屏蔽件62包括大致徑向延伸的部分64和從中延伸出來的大致軸向部分66。第二解角器屏蔽件68在這里也稱為定子屏蔽件68，其包括大致徑向的部分70和從中軸向延伸出來的大致軸向部分72。電動機解角器58，60和屏蔽件62，68一起稱為電動機解角器組件56。定子屏蔽件68至少部分地由電動機外殼的第一部分42支撐。解角器定子58以過盈配合安裝在定子屏蔽件68上。第一軸向部分66和第二軸向部分72相向地延伸，重疊且間隔開，從而形成了一個環(huán)形縫隙74。電動機轉(zhuǎn)子50相對于電動機定子40的相對速度和位置可通過測量解角器轉(zhuǎn)子60相對于解角器定子58的相對位置來確定(這是因為，解角器轉(zhuǎn)子60安裝在轉(zhuǎn)子輪轂52上并可隨之旋轉(zhuǎn)，解角器定子58是靜止的，并且安裝在還支撐了電動機定子40的第一電動機外殼部分42上)。由于定子屏蔽件68和轉(zhuǎn)子屏蔽件62圍繞著電動機解角器58，60，因此轉(zhuǎn)子屏蔽件62和定子屏蔽件68的重疊特性就可防止電動機40，50的磁場產(chǎn)生速度信號干擾。其速度由解角器組件56來監(jiān)測的電動機40，50會發(fā)出強烈電磁干擾(EMI)或電磁噪音，它們是由其旋轉(zhuǎn)磁場和電動機控制器所帶來的高頻切換所產(chǎn)生的。來自電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子40的電磁能量優(yōu)選通過屏蔽件62，68而接地。屏蔽件62，68優(yōu)選由鍍銅鋼沖壓件形成，它們形成了彼此重疊的迷宮密封結(jié)構，從而將電動機解角器58，60與磁場隔絕。來自電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子40的電磁能量通過屏蔽件62，68而引導開，并被引向地。轉(zhuǎn)子輪轂52、電動機外殼的第一部分42和軸承54A用作屏蔽件的一個延續(xù)部分，以便進一步攔截電磁能量并將其引向地。在第二電動機/發(fā)電機組件16所采用的電動機解角器組件內(nèi)使用了類似的屏蔽件(未示出)。
參見圖4，第一屏蔽件62和第二屏蔽件68的該另一視圖顯示了屏蔽件62，68相對于解角器定子58和解角器轉(zhuǎn)子60的環(huán)繞和重疊特征。
因此，參見圖1-4所示的結(jié)構，電動機轉(zhuǎn)子50的速度和位置的測量方法包括將電動機解角器58，60定位在電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子48的徑向內(nèi)側(cè)。接著，該方法包括用第一屏蔽件62和第二屏蔽件68大體上包圍電動機解角器58，60，以便阻擋來自電動機轉(zhuǎn)子50和電動機定子48的電磁干擾。電動機解角器組件56包括解角器定子58、解角器轉(zhuǎn)子60以及第一屏蔽件62和第二屏蔽件68。第一屏蔽件62和第二屏蔽件68中的一個可相對于另一個旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)子屏蔽件62可相對于定子屏蔽件68旋轉(zhuǎn))，該方法還包括測量解角器轉(zhuǎn)子60和解角器定子58的相對速度和位置。
該方法優(yōu)選還包括將電動機轉(zhuǎn)子50支撐在轉(zhuǎn)子輪轂52上，將解角器轉(zhuǎn)子60支撐在同一轉(zhuǎn)子輪轂52上；因此，解角器轉(zhuǎn)子60以與電動機轉(zhuǎn)子50相同的速度旋轉(zhuǎn)，并可用作電動機轉(zhuǎn)子50的速度和位置的指示。該方法還包括將第一屏蔽件(轉(zhuǎn)子屏蔽件62)安裝在轉(zhuǎn)子輪轂52和解角器轉(zhuǎn)子60之間。
該方法還包括將電動機定子40支撐在電動機外殼42上，將第二屏蔽件(定子屏蔽件68)支撐在同一零件即電動機外殼42上。解角器定子58安裝在定子屏蔽件68上。因此，由于轉(zhuǎn)子50，60可隨同一轉(zhuǎn)子輪轂52旋轉(zhuǎn)，并且定子40，58安裝在同一靜止零件即電動機外殼42上，因此，解角器定子58和解角器轉(zhuǎn)子60的相對位置可用作電動機定子40和電動機轉(zhuǎn)子50的相對位置的指示。
雖然已經(jīng)詳細地描述了實施本發(fā)明的最佳方式，然而熟悉本發(fā)明所屬領域的技術人員可以認識到屬于所附權利要求范圍內(nèi)的用于實施本發(fā)明的多種備選設計和實施例。
權利要求
1.一種用于具有定子和轉(zhuǎn)子的電動機的電動機解角器組件，所述解角器組件包括解角器定子；設置在所述解角器定子的徑向內(nèi)側(cè)并可相對于其旋轉(zhuǎn)的解角器轉(zhuǎn)子；大體上包圍了所述解角器定子和所述解角器轉(zhuǎn)子的第一和第二屏蔽件；所述第一屏蔽件可隨所述解角器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并相對于所述第二屏蔽件旋轉(zhuǎn)；和其中，所述第一和第二屏蔽件因此可保護所述解角器定子和解角器轉(zhuǎn)子免受外部的電磁干擾。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述電動機的定子和轉(zhuǎn)子設置在所述解角器定子、所述解角器轉(zhuǎn)子以及所述第一和第二屏蔽件的徑向外側(cè)；所述第一和第二屏蔽件因此可保護所述解角器定子和解角器轉(zhuǎn)子免受所述電動機的外部電磁干擾。
3.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件徑向地設置在所述電動機與所述解角器轉(zhuǎn)子和解角器定子之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述電動機轉(zhuǎn)子支撐在轉(zhuǎn)子輪轂上；所述解角器轉(zhuǎn)子隨所述轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)；所述第一解角器屏蔽件以過盈配合安裝在所述轉(zhuǎn)子輪轂和所述解角器轉(zhuǎn)子之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述電動機定子由電動機外殼支撐；所述第二屏蔽件由所述電動機外殼支撐。
6.根據(jù)權利要求5所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述解角器定子與所述第二屏蔽件以過盈配合安裝在一起。
7.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述第一屏蔽件具有朝向所述第二屏蔽件延伸的第一軸向部分；所述第二屏蔽件具有朝向所述第一屏蔽件延伸的第二軸向部分；所述第一和第二軸向部分相互間徑向地偏開，在它們之間形成了環(huán)形開口，以允許所述第一和第二屏蔽件之間相對轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權利要求7所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述第一和第二軸向部分至少部分地重疊在一起。
9.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件為鍍銅的鋼件。
10.根據(jù)權利要求1所述的電動機解角器組件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件接地，使得電磁能量被所述第一和第二屏蔽件引開。
11.一種混合型機電變速箱，包括具有電動機定子和電動機轉(zhuǎn)子的電動機；具有解角器定子和解角器轉(zhuǎn)子的電動機解角器；第一和第二屏蔽件，它們徑向地設置在所述電動機和所述電動機解角器之間，并大體上包圍了所述電動機解角器，所述第一屏蔽件具有第一徑向部分和從中延伸出來的第一軸向部分，所述第二屏蔽件具有第二徑向部分和從中延伸出來的第二軸向部分，所述第一軸向部分朝向所述第二徑向部分延伸，而所述第二軸向部分朝向所述第一徑向部分延伸，所述第一和第二軸向部分相互間徑向地偏開并至少部分地軸向重疊，以允許所述第一和第二屏蔽件相對轉(zhuǎn)動，同時保護所述解角器轉(zhuǎn)子和所述解角器定子免受來自所述電動機轉(zhuǎn)子和所述電動機定子的電磁干擾。
12.根據(jù)權利要求11所述的混合型機電變速箱，其特征在于，所述變速箱還包括支撐了所述電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子輪轂；包圍了所述電動機定子和電動機轉(zhuǎn)子并支撐了所述電動機定子的電動機外殼；其中，所述解角器轉(zhuǎn)子由所述轉(zhuǎn)子輪轂支撐并可隨之旋轉(zhuǎn)；所述第一屏蔽件與所述轉(zhuǎn)子輪轂以過盈配合安裝在一起；所述解角器定子由所述電動機外殼至少部分地支撐；和所述解角器定子與所述第二屏蔽件以過盈配合安裝在一起。
13.一種測量電動機轉(zhuǎn)子相對于電動機定子的速度和位置的方法，所述方法包括將電動機解角器定位在所述電動機轉(zhuǎn)子和電動機定子的徑向內(nèi)側(cè)；其中所述電動機解角器具有解角器定子和解角器轉(zhuǎn)子；用第一和第二屏蔽件大致包圍所述電動機解角器，以便阻擋來自所述電動機轉(zhuǎn)子和電動機定子的電磁干擾，其中，所述屏蔽件中的一個可相對于所述屏蔽件中的另一個旋轉(zhuǎn)；和根據(jù)來自所述解角器定子的信號來確定所述解角器轉(zhuǎn)子和解角器定子的相對速度和位置。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述電動機轉(zhuǎn)子支撐在轉(zhuǎn)子輪轂上；將所述解角器轉(zhuǎn)子支撐在所述轉(zhuǎn)子輪轂上；和將所述第一屏蔽件安裝在所述轉(zhuǎn)子輪轂和解角器轉(zhuǎn)子之間。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述電動機定子支撐在電動機外殼上；將所述第二屏蔽件支撐在所述電動機外殼上；和將所述解角器定子安裝在所述第二屏蔽件上。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述第一和第二屏蔽件接地，使得電磁能量被所述第一和第二屏蔽件引開。
全文摘要
一種電動機解角器組件，包括解角器定子以及設于解角器定子的徑向內(nèi)側(cè)并可相對于其旋轉(zhuǎn)的解角器轉(zhuǎn)子。可相對旋轉(zhuǎn)的第一和第二屏蔽件大體上包圍了解角器定子和轉(zhuǎn)子，以屏蔽它們使其不受來自徑向外側(cè)的電動機轉(zhuǎn)子和電動機定子的電磁能量的影響。還提供了一種可測量電動機轉(zhuǎn)子相對于電動機定子的速度和位置的方法。
文檔編號H02K11/02GK1744411SQ20051006376
公開日2006年3月8日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權日2004年3月22日
發(fā)明者E·M·赫爾茨, C·J·鮑斯, A·G·霍爾姆斯, J·A·拉什科夫斯基 申請人:通用汽車公司