帶有集成傳感器裝置的電機控制器,電機和控制器組件的製作方法

2023-06-21 17:03:11 3

專利名稱：帶有集成傳感器裝置的電機控制器,電機和控制器組件的製作方法
技術領域：
本申請大體涉及一種電機控制器，更具體地涉及一種帶有集成傳 感器裝置的電機和控制器組件。
背景技術：
本部分的說明只是提供與本申請有關的背景技術信息，而不構成 現有技術。
已經知曉將傳感器裝置結合到電機中來監控電機轉子的旋轉。電
機的霍耳效應傳感器裝置通常包括磁體和拾波傳感器(pickup sensor)。 磁體固定在轉子軸的端部並與轉子軸一起旋轉，而拾波傳感器固定在 電機殼體上磁體附近。當磁體與轉子軸一起旋轉時，載流拾波傳感器 檢測磁體的旋轉，從而檢測轉子軸的旋轉，並產生與轉子軸的旋轉相 對應的電信號。然後通過電線將電信號傳輸給設置成遠離電機的控制 器。
然而，這種現有技術配置在裝配和運輸上具有一定的缺點。將電 機和傳感器裝置連接到控制器上需要使用外部配線，因而增加了裝配 時間。此外，因為使用外部配線，所以需要與外部配線一起使用的各 種部件，如EMI抑制部件和連接器等，因而增加製造成本。此外，因 為現有技術中的配置使傳感器裝置暴露在外部環境中，所以在運輸和 裝配電機過程中傳感器裝置容易受損。
因此，人們希望獲得一種結構緊湊、裝配相對容易並且在運輸和 裝配中對傳感器損壞最小的電機、電機控制器和傳感器裝置。

實用新型內容
在一種形式中， 一種電機控制器包括可安裝到帶有磁體的電機上 的控制器殼體、安裝到控制器殼體上的傳感器，和設置在控制器殼體 上的配合部件。在控制器殼體安裝到電機上時，配合部件相對於磁體定位傳感器。
在另一種形式中， 一種電機控制器包括可安裝到電機上的控制器 殼體、設置在控制器殼體上的傳感器，用於在控制器殼體安裝到電機 上時相對於電機定位傳感器的配合部件。
在又一種形式中， 一種電機和控制器組件包括具有端部殼體的電 機、具有可拆卸地安裝到電機的端部殼體上的控制器殼體的控制器、 傳感器裝置、和對準結構。傳感器裝置包括布置在端部殼體中的磁體 和布置在控制器殼體中的傳感器。對準結構在控制器殼體安裝到端部 殼體上時相對於磁體定位傳感器。
通過在此的描述，本實用新型的其它適用範圍將會更加明顯。應 理解這些描述和具體實施例只是出於解釋說明的作用，並不試圖限制 本公開內容的保護範圍。


在此描述的附圖只是出於解釋說明的目的，而不傾向於以任何方
式限制本公開的保護範圍，其中
圖1是根據本公開的示教所構建的電機和控制器組件的透視圖； 圖2是根據本實用新型的示教的圖1所示的電機和控制器組件的
分解透視圖3是沿圖1的3-3線截取的電機和控制器組件的橫截面圖； 圖4是電機的端部殼體的頂視透視圖； 圖5是端部殼體的底視圖6是沿圖5的6-6線截取的端部殼體的橫截面圖； 圖7是控制器的控制器殼體的頂視透視圖； 圖8是控制器殼體的底視圖9是沿圖7的9-9線截取的控制器殼體的橫截面圖10是與圖3相似的局部橫截面圖，但僅示出了電機與控制器之
間的連接件上的組件；禾口
圖11是圖10中A部的放大圖。
在所有附圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。
具體實施方式

下文中的說明實質上僅僅是示例性的，而並不傾向於限定本公開、 申請或用途。應該理解在所有附圖中，相應的附圖標記表示相似或相 應的部件和特徵。
參考圖1至圖3，根據本公開的示教所構建的集成電機和控制器組 件總體上以附圖標記10表示。組件10包括電機12、安裝在電機12 上的電機控制器14，和位於電機12和電機控制器14之間的連接件18 上的霍耳效應傳感器裝置16。從圖3中清楚可知，傳感器裝置16包括 置於電機12上的磁體20，和置於控制器14上的傳感器22。 一種包括 互補的配合部件23和25的對準結構設置在連接件18上，用於在電機 控制器14安裝在電機12上時相對於磁體20定位傳感器22。配合部件 23設置在電機控制器14上，且配合部件25設置在電機12上。
電機12包括安裝凸緣24、定子26、端部殼體28、轉子軸30和安 裝在轉子軸30上並被定子26包圍的轉子32。轉子軸30沿電機]2的 縱向X延伸，並被安裝凸緣24、定子26和端部殼體28包圍。轉子軸 30包括輸出端34和與輸出端34相對的後端36。輸出端34從安裝凸 緣24向外延伸，用於驅動裝置的旋轉軸(未示出)。後端36置於端部 殼體28上。安裝凸緣24可將組件10安裝在裝置的面板(未示出)上。
電機12可以是變速控制感應電機(variable speed controlled induction motor)、永磁無刷電機或者開關磁阻電機。由於電機的結構 是現有技術中已知的，因此為了簡便起見在此不再贅述。
控制器14包括控制器殼體38、安裝到控制器殼體38的電路板組 件40，和可拆卸地連接在控制器殼體38上以保護電路板組件40的保 護蓋40。由金屬製成的保護蓋42通過螺釘43連接在電機12的端部殼 體28上，且同時充當散熱器。電機12內部產生的熱量可以通過螺釘 43傳遞給保護蓋42，而保護蓋42又將熱量散發到外部環境中。從而， 保護蓋42被適當地設置成不僅符合電路板組件40的外形以保護電路 板組件40，並具有足夠的表面面積以增加傳熱。電路板組件40包括印 刷電路板44和印刷電路板44上的各種電路元件45 。
參考圖4至圖6,端部殼體28由塑料製成，優選地利用注塑成型 製成。端部殼體28包括基部46和從基部46向前延伸的空心部件48。在整個公開文本中所使用的術語"向前"都是指電機12的輸出端34 附近位置或朝向電機12的輸出端34的方向，而術語"向後"或"後" 都是指遠離電機12的輸出端34的位置或方向。
四個連接腿50從基部46向前延伸，以將端部殼體28連接到定子 26。空心部件48包括第一圓筒部52和與第一圓筒部52相鄰的第二圓 筒部54。第一圓筒部52限定其中容納軸承55的軸承座。軸承55將轉 子軸30可旋轉地支撐在端部殼體28中。
配合部件25置於第二圓筒部54上，並包括內表面56、由內表面 56限定的空腔58，和空腔58附近的切口部60。如圖3所示，當轉子 軸30定位時，轉子軸30的後端36位於空腔58中。
基部46限定面向控制器14的止動表面62。周壁64設置在端部殼 體28上並從止動表面62向後延伸並圍繞止動表面62。
參考圖7至圖9，控制器殼體38由塑料製成，優選地利用注塑成 型製成。控制器殼體38包括用於接合端部殼體28的基部46的安裝部 70、從安裝部70向後延伸的周壁72，和從安裝部70向前延伸的配合 部件23。
配合部件23包括處於定位凸緣74形式的第一定位部件，和靠近 定位凸緣74的處於突起82形式的第二定位部件。定位凸緣74插入到 端部殼體28的空腔58。定位凸緣74具有與第二圓筒部54內表面56 接觸的外表面76，和限定中央開口 80的內表面78。
突起82限定其中容納傳感器22和傳感器電路板86的凹口 84。帶 狀電纜88安裝在安裝部70上，且將傳感器22和傳感器電路板86電 連接到下面的電路板組件40。突起82高於定位凸緣74並具有端面92。 安裝部70形成有多個開口 90，用於加強電機12和控制器14之間的空 氣循環，並用於減少控制器殼體38的材料。
參考圖10和圖11，傳感器裝置16的磁體20通過保持部件94安 裝到轉子軸30的後端36，在示例性實施例中，保持部件94包括包圍 磁體20的屏蔽罩96和用於將屏蔽罩96及磁體20固定在轉子軸30後 端36上的鉚釘98。磁體20包括多個等距間隔地圍繞在轉子軸30後端 36周圍的單獨片，構成多重極點(multiplepole)。在屏蔽罩96與第二 圓筒部54的內表面56之間形成有環形間隙100。當控制器殼體38安裝在端部殼體28上時，控制器殼體38的周壁 72與端部殼體28的周壁接合。同時，定位凸緣74插入環形間隙100 中，且突起82插入切口部60中。磁體20和轉子軸30的後端36部分 位於定位凸緣74的中央開口 90中。當安裝部70與端部殼體28的止 動表面62接觸時，該接觸防止控制器殼體38進一步朝向端部殼體28 移動。從而，傳感器22相對於磁體20適當地布置。
可選地，突起82和切口部60可被配置成當傳感器22布置定位時， 突起82的端面92與切口部的端壁102接觸，從而切口部60的端壁102 充當止動表面，以防止控制器殼體38進一步移動進入端部殼體28。
當控制器殼體38安裝到電機]2的端部殼體28上時，控制器殼體 38的配合部件23用於將傳感器22相對於電機12 (具體為磁體20)布 置。當定位凸緣74被插入環形間隙100中時，傳感器22在電機12的 徑向上被適當地定位。當突起82被插入切口部60中時，傳感器22在 電機12的周向上被適當地定位。因此，包括控制器殼體38的配合部 件23和端部殼體28的配合部件25的對準，在控制器14被安裝到電 機12上吋，相對於磁體20自動對準並定位傳感器22。
從圖11中清楚可知，定位凸緣74具有比在第二圓筒部54的內表 面56和磁體20周圍的屏蔽罩96之間所限定的環形間隙100更小的厚 度。因此，當定位凸緣74被插入環形間隙100中，且定位凸緣74的 外表面76接觸第二圓筒部54的內表面56時，在定位凸緣74的內表 面78與屏蔽罩96之間形成氣隙G。氣隙在大約0.040英寸至大約0.090 英寸範圍內，優選地在0.070英寸和0.090英寸之間。
應該理解和明白，儘管已經將定位凸緣74表示為環形凸緣，定位 凸緣74還可以具有其它結構。在不脫離本公開的實質的情況下，例如 可以在定位凸緣74的相同位置上設置多片結構，只要該結構沿磁體20 的徑向布置傳感器22並在磁體20和傳感器22之間保持適當的氣隙即 可。此外，除了環形形狀之外，定位凸緣74還可以具有矩形、正方形、 三角形或多邊形等其它形狀。
應該理解和明白，包括配合部件23和25的對準結構並不局限於 插頭插座結構，也可以是在電機控制器14安裝在電機12上時將傳感 器22引導至與磁體20對準的其它結構。由於使用集成的電機和控制器組件10，因此可以優選地不再需要 在己知設計中使用的各種組件，包括通常置於電機和控制器之間的配
線、通常包含在配線中的EMI抑制部件、連接器等。該集成電機和控 制器組件10產生更加緊湊的結構。
此外，對準結構允許在控制器14被安裝在電機12上時傳感器22 相對於磁體20自動對準。結果，，可以將對準傳感器裝置16和控制器 14安裝到電機12上實現為一個裝配步驟，因此顯著減少裝配時間。
此外，因為磁體20隱藏在端部殼體28內，並且傳感器22由突起 82支撐和保護，所以磁體20和傳感器22在運輸和裝配過程中不容易 被損壞。
上面對本實用新型的描述實質上僅僅是示例性的，因而在不脫離 本實用新型本質的各種變型也落在本實用新型的範圍內。這樣的變型 不被視為偏離本實用新型的實質和範圍。
權利要求1. 一種電機控制器，其特徵在於包括可安裝到包括磁體的電機上的控制器殼體；安裝到所述控制器殼體上的傳感器；和設置在所述控制器殼體上的配合部件，用於在所述控制器殼體安裝在所述電機上時相對於所述磁體定位所述傳感器。
2. 如權利要求1所述的電機控制器，其中所述配合部件可與設置 在所述電機上的相應配合部件配合使用。
3. 如權利要求2所述的電機控制器，其中所述傳感器設置在所述 控制器殼體的配合部件附近。
4. 如權利要求2所述的電機控制器，其中所述配合部件包括將所 述傳感器在所述電機的徑向上定位的第一定位部件，和將所述傳感器 在所述電機的周向上定位的第二定位部件。
5. 如權利要求4所述的電機控制器，其中所述第一定位部件包括 將被插入到所述電機的相應間隙中的定位凸緣。
6. 如權利要求4所述的電機控制器，其中所述第一定位部件包括 將插入到所述電機的環形間隙中的環形定位凸緣。
7. 如權利要求4所述的電機控制器，其中所述第二定位部件包括 可被插入到所述電機的切口部中的突起。
8. 如權利要求7所述的電機控制器，其中所述傳感器被布置在所 述突起上。
9. 如權利要求7所述的電機控制器，其中所述突起限定有凹口， 且所述傳感器容納在所述凹口中。
10. 如權利要求9所述的電機控制器，還包括容納在所述凹口內的 傳感器電路板。
11. 如權利要求1所述的電機控制器，還包括安裝在所述控制器殼 體上，用於控制所述電機的運轉的電路板組件。
12. 如權利要求1所述的電機控制器，還包括用於保護安裝在所述 控制器殼體上的電路板組件的保護蓋。
13. 如權利要求12所述的電機控制器，其中所述保護蓋用作散熱器。
14. 如權利要求:12所述的電機控制器，其中所述保護蓋通過螺釘連接到所述電機上。
15. —種電機控制器，其特徵在於包括 可安裝到電機上的控制器殼體； 設置在所述控制器殼體上的傳感器；和用於在所述控制器殼體安裝到所述電機上時相對於所述電機定位 所述傳感器的配合部件。
16. —種電機和控制器組件，其特徵在於包括 包括端部殼體的電機；控制器，包括可拆卸地安裝到所述電機的端部殼體上的控制器殼體；傳感器裝置，包括布置在所述端部殼體中的磁體和布置在所述控 制器殼體中的傳感器；和對準結構，用於在所述控制器殼體安裝在所述端部殼體上時相對 於所述磁體定位所述傳感器。
17. 如權利要求16所述的電機和控制器組件，其中所述對準結構設置在所述端部殼體與所述控制器殼體之間的連接件上。
18. 如權利要求16所述的電機和控制器組件，其中所述對準結構 包括設置在所述控制器殼體和所述端部殼體上的互補配合部件。
19. 如權利要求18所述的電機和控制器組件，其中所述端部殼體 包括用於可旋轉地支撐所述電機的轉子軸的第一 圓筒部。
20. 如權利要求19所述的電機和控制器組件，其中所述端部殼體 還包括與所述第一圓筒部相鄰的第二圓筒部，所述第二圓筒部限定有 所述端部殼體的配合部件。
21. 如權利要求20所述的電機和控制器組件，其中所述端部殼體 的配合部件包括內表面和由所述內表面限定的空腔。
22. 如權利要求21所述的電機和控制器組件，其中所述端部殼體 的配合部件還包括在所述空腔附近的切口部。
23. 如權利要求22所述的電機和控制器組件，其中所述磁體布置 在所述第二圓筒部中，在所述磁體與所述第二圓筒部之間限定了環形 間隙。
24. 如權利要求23所述的電機和控制器組件，其中所述控制器殼 體的配合部件包括被插入所述環形間隙中的定位凸緣，和被插入所述 切口部中的突起。
25. 如權利要求24所述的電機和控制器組件，其中所述傳感器布 置在所述突起上。
26. 如權利要求20所述的電機和控制器組件，其中所述電機還包 括其端部在所述第二圓筒部中的轉子軸，和連接到所述轉子軸的端部 的所述磁體。
27. 如權利要求26所述的電機和控制器組件，其中所述磁體包括 布置在所述轉子軸的端部周圍的多個片。
28. 如權利要求16所述的電機和控制器組件，還包括安裝到所述 控制器殼體上的電路板組件，其中所述傳感器連接到所述電路板組件。
29. 如權利要求16所述的電機和控制器組件，其中所述端部殼體 具有止動表面，用於在所述傳感器被定位時防止所述控制器殼體的進 一步移動。
專利摘要一種集成的電機和控制器組件，包括電機、安裝在電機上的控制器，和布置在電機與控制器之間連接件上的傳感器裝置。傳感器裝置包括布置在控制器上的傳感器和布置在電機上的磁體。對準結構設置在電機與控制器之間的連接件上，用於在控制器安裝在電機上時相對於磁體定位傳感器。磁體隱藏在電機中，且傳感器由控制器的控制器殼體保護。這種配置具有可以在運輸和裝配過程中保護傳感器裝置免受損壞並且可將傳感器裝置快速裝配和連接到電機和控制器上的優點。
文檔編號H02K5/22GK201230246SQ20072018627
公開日2009年4月29日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年1月22日
發明者D·E·希爾頓, G·A·彼得森, P·F·斯塔爾茲, T·馬瑟 申請人:艾默生電氣公司