专利名称：电动机解角器组件和测量电动机转子的速度及位置的方法
技术领域：
本申请要求享有于2004年3月22日提交的美国临时专利申请60/555141的优先权，该申请通过引用整体地结合于本文中。
本发明涉及一种用于测量电动机转子的速度和位置的电动机解角器。
背景技术：
例如那些用于带有机电变速箱的混合动力车辆中的电动机使用了控制器，其依靠对转子速度和位置的精确且可靠的测量来在电动机、发动机输入轴和输出部件之间平稳地施加扭矩。可以采用能够测量目标车轮旋转的多速传感器，然而这些器件要求速度传感器相互之间有精确的定位(例如相互间精确地隔开90度)，这便需要容纳了传感器的变速箱壳体具有严格的机加工公差，并要求用于目标车轮的额外空间。外部的速度传感器(即设于电动机之外)增加了整个变速箱的长度，并且还要求可增加惯性的目标对象。
发明内容
提供了一种用于有效地装配起来的电动机解角器组件的独特屏蔽件，它能够保证解角器组件所得到的转子速度和位置信号的精度和可靠性。因此，用于具有定子和转子的电动机的电动机解角器组件包括解角器定子和设置在解角器定子的径向内侧的解角器转子。解角器转子可相对于解角器定子旋转。电动机解角器组件包括大体上包围了解角器定子和转子的第一和第二屏蔽件。第一屏蔽件可随解角器转子旋转，并相对于第二屏蔽件旋转。因此，第一和第二屏蔽件就保证了解角器定子和转子免受外部的电磁干扰，例如源于电动机定子和转子的电磁干扰。
优选的是，电动机的定子和转子设置在解角器定子和转子的径向外侧，而屏蔽件径向地设置在电动机和解角器转子及定子之间。电动机转子和解角器转子可支撑在转子轮毂上，使得它们均可随转子轮毂旋转。第一解角器屏蔽件也称为转子屏蔽件，其优选以过盈配合安装在转子轮毂和解角器转子之间。同样优选的是，电动机定子由电动机外壳支撑，而第二屏蔽件(其可称为定子屏蔽件)由同一电动机外壳支撑。解角器定子与定子屏蔽件以过盈配合安装在一起。
转子屏蔽件和定子屏蔽件必须能相互间相对转动。这通过将转子屏蔽件构造成具有第一径向部分和从第一径向部分中朝向定子屏蔽件延伸的第一轴向部分来实现。定子屏蔽件类似地构造成具有第二径向部分和从第二径向部分中朝向转子屏蔽件延伸的第二轴向部分。第一和第二轴向部分相互间径向地偏开，在它们之间形成了一个环形开口，这便允许转子屏蔽件和定子屏蔽件之间相对转动。第一和第二轴向部分优选重叠在一起，使得外部电磁干扰很难从这些轴向部分之间穿过。转子屏蔽件和定子屏蔽件优选由镀铜钢形成并接地，从而可通过它们将电磁能量引导到与电动机共用的接地点处。
本发明还提供了一种测量电动机转子相对于电动机定子的速度和位置的方法。该方法包括将电动机解角器定位在电动机转子和电动机定子的径向内侧。电动机解角器具有解角器定子和解角器转子。该方法还包括用第一和第二屏蔽件(即转子屏蔽件和定子屏蔽件)大致包围电动机解角器，以便阻止来自电动机转子和电动机定子的电磁干扰影响到电动机解角器。然后再测定解角器转子和解角器定子的相对速度和位置。该方法优选包括将电动机转子支撑在转子轮毂上，将解角器转子支撑在同一转子轮毂上，以及将转子屏蔽件安装在转子轮毂和解角器转子之间。同样优选的是，该方法包括将电动机定子支撑在电动机外壳上，将第二屏蔽件支撑在同一电动机外壳上，以及将解角器定子安装在第二屏蔽件上。因此，解角器转子的位置表示了电动机转子的位置，这是因为它们被同一部件(转子轮毂)所支撑。解角器定子和电动机定子的位置也是相关的，这是因为它们被同一电动机外壳所支撑。
从实施本发明的最佳方式的下述详细描述中并结合附图，可以容易地清楚本发明的上述特征和优点以及其它的特征和优点。
图1是具有电动机/发电机的混合型机电变速箱的示意性剖视图；图2是图1所示电动机/发电机之一的示意性局部剖视图，其带有安装在其径向内侧的电动机解角器组件；图3是图2所示电动机解角器组件的示意性局部剖视图；和图4是图2和3所示电动机/发电机和电动机解角器组件的局部剖开的示意性透视图。
具体实施例方式
参见附图，在图中相似的标号表示相似的部件，图1显示了具有中心轴线12的混合型机电变速箱10。在变速箱10内围绕着中心轴线12设置了第一电动机/发电机组件14和第二电动机/发电机组件16。各电动机/发电机组件均包括转子、支撑了转子的转子轮毂、定子以及支撑了定子的电动机外壳，如下文中参考图2所示和所述。主轴20纵向地设置并可围绕中心轴线12旋转。围绕着主轴20同心地设置了多个内轴如内轴22，它们也可围绕中心轴线旋转。在主轴20之前设有输入轴24，其可被操作以将动力从发动机(未示出)传递到变速箱10中。设于变速箱10中的多个离合器(分别显示为第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30和第四离合器32)中的一个或多个离合器的接合分别与第一行星齿轮组34、第二行星齿轮组36和第三行星齿轮组38中的一个或多个互连，以便在不同的变速比下将动力传递给输出件39。
参见图2，第一电动机/发电机组件14包括固定在电动机外壳42的第一部分上的电动机定子40，其接地到变速箱外壳体44上。电动机定子40包括定子铁心48，其带有从中延伸出来的卷绕电绕组46。电动机转子50支撑在可围绕中心轴线12旋转的转子轮毂52上。电动机转子50的大小制成为可安装在定子48内，并可响应于绕组46的选择性充电而旋转，这是本领域的技术人员众所周知的。电动机转子50和电动机定子40一起可称为电动机40，50。在转子轮毂52和电动机外壳的第一部分42之间设有轴承54A，在转子轮毂52和电动机外壳的第二部分45之间设有轴承54B，该第二部分45可与第一部分42配合操作，以将电动机转子50和电动机定子40封闭起来。电动机转子50和电动机定子40一起形成了电动机40，50。在轴承54A和转子轮毂52之间设有电动机解角器组件56(详见图3)。在图1所示的第二电动机/发电机组件16中使用了类似的电动机和电动机解角器组件。
参见图3，电动机解角器包括了解角器定子58和解角器转子60。解角器58，60通过检测叶片式解角器转子60在带有一组感应线圈59的解角器定子58内的相对运动来进行工作。定子线圈59接收来自电动机控制器(未示出)的激励信号，两个拾波线圈(未示出，但优选设于解角器定子58上的与定子线圈59相似的径向位置处)将信号返回给控制器，其电平取决于转子叶片的邻近性和速度。本领域的技术人员可以容易地理解解角器转子60和解角器定子58的设计及功能。解角器转子60支撑于转子轮毂52上。第一解角器屏蔽件62在这里也称为转子屏蔽件62，其以过盈配合安装在电动机转子52和解角器转子60之间。转子屏蔽件62包括大致径向延伸的部分64和从中延伸出来的大致轴向部分66。第二解角器屏蔽件68在这里也称为定子屏蔽件68，其包括大致径向的部分70和从中轴向延伸出来的大致轴向部分72。电动机解角器58，60和屏蔽件62，68一起称为电动机解角器组件56。定子屏蔽件68至少部分地由电动机外壳的第一部分42支撑。解角器定子58以过盈配合安装在定子屏蔽件68上。第一轴向部分66和第二轴向部分72相向地延伸，重叠且间隔开，从而形成了一个环形缝隙74。电动机转子50相对于电动机定子40的相对速度和位置可通过测量解角器转子60相对于解角器定子58的相对位置来确定(这是因为，解角器转子60安装在转子轮毂52上并可随之旋转，解角器定子58是静止的，并且安装在还支撑了电动机定子40的第一电动机外壳部分42上)。由于定子屏蔽件68和转子屏蔽件62围绕着电动机解角器58，60，因此转子屏蔽件62和定子屏蔽件68的重叠特性就可防止电动机40，50的磁场产生速度信号干扰。其速度由解角器组件56来监测的电动机40，50会发出强烈电磁干扰(EMI)或电磁噪音，它们是由其旋转磁场和电动机控制器所带来的高频切换所产生的。来自电动机转子50和电动机定子40的电磁能量优选通过屏蔽件62，68而接地。屏蔽件62，68优选由镀铜钢冲压件形成，它们形成了彼此重叠的迷宫密封结构，从而将电动机解角器58，60与磁场隔绝。来自电动机转子50和电动机定子40的电磁能量通过屏蔽件62，68而引导开，并被引向地。转子轮毂52、电动机外壳的第一部分42和轴承54A用作屏蔽件的一个延续部分，以便进一步拦截电磁能量并将其引向地。在第二电动机/发电机组件16所采用的电动机解角器组件内使用了类似的屏蔽件(未示出)。
参见图4，第一屏蔽件62和第二屏蔽件68的该另一视图显示了屏蔽件62，68相对于解角器定子58和解角器转子60的环绕和重叠特征。
因此，参见图1-4所示的结构，电动机转子50的速度和位置的测量方法包括将电动机解角器58，60定位在电动机转子50和电动机定子48的径向内侧。接着，该方法包括用第一屏蔽件62和第二屏蔽件68大体上包围电动机解角器58，60，以便阻挡来自电动机转子50和电动机定子48的电磁干扰。电动机解角器组件56包括解角器定子58、解角器转子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中的一个可相对于另一个旋转(转子屏蔽件62可相对于定子屏蔽件68旋转)，该方法还包括测量解角器转子60和解角器定子58的相对速度和位置。
该方法优选还包括将电动机转子50支撑在转子轮毂52上，将解角器转子60支撑在同一转子轮毂52上；因此，解角器转子60以与电动机转子50相同的速度旋转，并可用作电动机转子50的速度和位置的指示。该方法还包括将第一屏蔽件(转子屏蔽件62)安装在转子轮毂52和解角器转子60之间。
该方法还包括将电动机定子40支撑在电动机外壳42上，将第二屏蔽件(定子屏蔽件68)支撑在同一零件即电动机外壳42上。解角器定子58安装在定子屏蔽件68上。因此，由于转子50，60可随同一转子轮毂52旋转，并且定子40，58安装在同一静止零件即电动机外壳42上，因此，解角器定子58和解角器转子60的相对位置可用作电动机定子40和电动机转子50的相对位置的指示。
虽然已经详细地描述了实施本发明的最佳方式，然而熟悉本发明所属领域的技术人员可以认识到属于所附权利要求范围内的用于实施本发明的多种备选设计和实施例。
权利要求
1.一种用于具有定子和转子的电动机的电动机解角器组件，所述解角器组件包括解角器定子；设置在所述解角器定子的径向内侧并可相对于其旋转的解角器转子；大体上包围了所述解角器定子和所述解角器转子的第一和第二屏蔽件；所述第一屏蔽件可随所述解角器转子旋转，并相对于所述第二屏蔽件旋转；和其中，所述第一和第二屏蔽件因此可保护所述解角器定子和解角器转子免受外部的电磁干扰。
2.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述电动机的定子和转子设置在所述解角器定子、所述解角器转子以及所述第一和第二屏蔽件的径向外侧；所述第一和第二屏蔽件因此可保护所述解角器定子和解角器转子免受所述电动机的外部电磁干扰。
3.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件径向地设置在所述电动机与所述解角器转子和解角器定子之间。
4.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述电动机转子支撑在转子轮毂上；所述解角器转子随所述转子轮毂旋转；所述第一解角器屏蔽件以过盈配合安装在所述转子轮毂和所述解角器转子之间。
5.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述电动机定子由电动机外壳支撑；所述第二屏蔽件由所述电动机外壳支撑。
6.根据权利要求5所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述解角器定子与所述第二屏蔽件以过盈配合安装在一起。
7.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，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轴向部分；所述第二屏蔽件具有朝向所述第一屏蔽件延伸的第二轴向部分；所述第一和第二轴向部分相互间径向地偏开，在它们之间形成了环形开口，以允许所述第一和第二屏蔽件之间相对转动。
8.根据权利要求7所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述第一和第二轴向部分至少部分地重叠在一起。
9.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件为镀铜的钢件。
10.根据权利要求1所述的电动机解角器组件，其特征在于，所述第一和第二屏蔽件接地，使得电磁能量被所述第一和第二屏蔽件引开。
11.一种混合型机电变速箱，包括具有电动机定子和电动机转子的电动机；具有解角器定子和解角器转子的电动机解角器；第一和第二屏蔽件，它们径向地设置在所述电动机和所述电动机解角器之间，并大体上包围了所述电动机解角器，所述第一屏蔽件具有第一径向部分和从中延伸出来的第一轴向部分，所述第二屏蔽件具有第二径向部分和从中延伸出来的第二轴向部分，所述第一轴向部分朝向所述第二径向部分延伸，而所述第二轴向部分朝向所述第一径向部分延伸，所述第一和第二轴向部分相互间径向地偏开并至少部分地轴向重叠，以允许所述第一和第二屏蔽件相对转动，同时保护所述解角器转子和所述解角器定子免受来自所述电动机转子和所述电动机定子的电磁干扰。
12.根据权利要求11所述的混合型机电变速箱，其特征在于，所述变速箱还包括支撑了所述电动机转子的转子轮毂；包围了所述电动机定子和电动机转子并支撑了所述电动机定子的电动机外壳；其中，所述解角器转子由所述转子轮毂支撑并可随之旋转；所述第一屏蔽件与所述转子轮毂以过盈配合安装在一起；所述解角器定子由所述电动机外壳至少部分地支撑；和所述解角器定子与所述第二屏蔽件以过盈配合安装在一起。
13.一种测量电动机转子相对于电动机定子的速度和位置的方法，所述方法包括将电动机解角器定位在所述电动机转子和电动机定子的径向内侧；其中所述电动机解角器具有解角器定子和解角器转子；用第一和第二屏蔽件大致包围所述电动机解角器，以便阻挡来自所述电动机转子和电动机定子的电磁干扰，其中，所述屏蔽件中的一个可相对于所述屏蔽件中的另一个旋转；和根据来自所述解角器定子的信号来确定所述解角器转子和解角器定子的相对速度和位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述电动机转子支撑在转子轮毂上；将所述解角器转子支撑在所述转子轮毂上；和将所述第一屏蔽件安装在所述转子轮毂和解角器转子之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述电动机定子支撑在电动机外壳上；将所述第二屏蔽件支撑在所述电动机外壳上；和将所述解角器定子安装在所述第二屏蔽件上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第一和第二屏蔽件接地，使得电磁能量被所述第一和第二屏蔽件引开。
全文摘要
一种电动机解角器组件，包括解角器定子以及设于解角器定子的径向内侧并可相对于其旋转的解角器转子。可相对旋转的第一和第二屏蔽件大体上包围了解角器定子和转子，以屏蔽它们使其不受来自径向外侧的电动机转子和电动机定子的电磁能量的影响。还提供了一种可测量电动机转子相对于电动机定子的速度和位置的方法。
文档编号H02K11/02GK1744411SQ20051006376
公开日2006年3月8日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者E·M·赫尔茨, C·J·鲍斯, A·G·霍尔姆斯, J·A·拉什科夫斯基 申请人:通用汽车公司