专利名称：电子换向电动机组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机。特别地，本发明涉及电子换向或无刷电动机。
背景技术：
在我们的早期申请W02008/015479中，我们描述了电子换向(EC)电动机在电池供电的割草机中的应用。整个电动机及其关联的电子装置被构造为单体单元。EC电动机本身已为人们所熟知，将不再详细描述。EC电动机的一个重要作用是使用三个霍尔效应传感器检测包含永磁体的转子的位置和旋转速度。为此，霍尔效应传感器需要非常精确并准确地位于电动机的定子叠片的齿之间，并且距转子的旋转磁体表面最大值为1. 8mm。在割草机的机械环境中保持这种定位的唯一方法是将传感器封入封装化合物中。对于单体自含式的电动机结构，封装化合物对包含和保护控制电子装置也是重要的。因此这种不是割草机所独有的设置具有很大的缺点，因为一旦电动机完全组装并全部嵌入封装化合物中，就可能不能拆卸、修理或查找故障。在失灵的情况下，必须要替换整个电动机和控制组件。本发明试图解决这个问题。
发明内容
在本发明最广义的层面上，在第一方面，本发明提供了一种包括电动机的电子换向电动机组件，所述电动机包括i)包括定子叠片的定子，所述定子叠片具有形成于其中的限定出定子齿的槽和包括多个可选择性地致动的线圈的定子绕组；ii)支承多个转子磁体的转子，所述转子可响应于所述线圈的选择性启动而旋转；其中所述电动机组件还包括将所述电动机容纳于其中的电动机壳体、被定位在所述定子叠片的齿之间的相应的槽中的一个或多个霍尔效应传感器；以及电子控制单元；其特征在于，所述电动机壳体包括电动机壳体孔，所述电动机组件包括所述一个或多个霍尔效应传感器位于其中的传感器壳体；其中所述传感器壳体适于与所述电动机壳体孔接合，以将所述一个或多个霍尔效应传感器定位在所述定子叠片的所述齿之间的相应的槽中。 优选地，所述传感器壳体和所述电动机壳体孔包括协同工作的表面，所述表面基
本上提供防止异物进入所述电动机壳体的密封。 有利地，所述传感器壳体可以从所述电动机壳体上卸下。 优选地，所述传感器壳体具有大致弓形的形状，所述弓形的形状具有基本上与所述电动机的所述定子的内曲率半径相对应的内曲率半径。 优选地，所述传感器壳体是注射成型塑料构件。更优选地，所述传感器壳体在邻近一个或多个霍尔效应传感器的区域内具有减小的厚度。甚至更优选地，所述减小的厚度小于或等于0. 6mm，更优选地在0. 3mm和0. 4mm之间。 优选地，所述电动机壳体孔包括朝向所述转子磁体的顶面延伸的孔壁。更优选地，所述孔壁延伸到与所述转子磁体的顶面相距12mm或更小、优选地相距8mm或更小的距离处。
4
优选地，所述电动机壳体被选择为将所述至少一个霍尔效应传感器中的每一个的 正面定位在与邻近的转子磁体的相对面相距0. 5mm和0. 8mm之间、更优选地相距0. 7mm和 0. 9mm之间的位置。 有利地，所述电动机壳体被形成为控制单元壳体的元件，以提供用于所述电动机 的电子控制单元的壳体。 优选地，所述电子控制单元包括为所述电动机提供电源和控制电子装置的初级电 路板；并且所述至少一个霍尔效应传感器安装在次级电路板上。更优选地，所述次级电路板 相对所述初级电路板成90。地安装。 优选地，所述次级电路板具有基本上与所述传感器壳体的曲率相对应的曲率。
在第二方面，本发明提供了一种包括如上所限定的电子换向电动机的植被切割装 置。适当地，所述植被切割装置是草坪养护装置，例如割草机、修剪器或草坪搂草机、纵切机 或松土器；或绿篱修剪器或链锯。 优选地，植被切割装置还包括电池以为电动机供电。更优选地，所述电池是可再充 电的电池，最优选地是锂离子电池。 优选地，所述电子控制单元还包括监测电池状态的电池监测电路。更优选地，所述 电池监测电路监测所述电池的温度和电压。
参考附图，仅通过实例，现在将进一步详细描述本发明的以上和其他方面，其中
图1是装配有根据本发明的电动机组件的实施方式的割草机的局部横截面；
图2是图1的割草机的电动机组件的透视图；
图3是图1的电动机的侧面分解图； 图4是从第一侧面和稍高处看时图1的电动机组件的控制单元的分解图；
图5是从第二侧面和稍低处看时图1的电动机组件的控制单元的分解图；
图6是图3电动机的电动机盖板的透视图； 图7是示出传感器关于场组合件位置的电动机组件的局部横截面图； 图8A、8B和8C以三个视图示出了图3的电动机的场组合件和图4的控制单元的
霍尔效应传感器在场组合件中的位置之间的接触面；禾口 图9以三个视图示出了图2的实施方式中控制单元在电动机上的安装。
具体实施例方式
图1示出了包括根据本发明的电动机组件的实施方式的旋转割草机型的割草机 IO，本发明的电动机组件包括电动机11和形成电子换向电动机的控制单元12。割草机10 包括电动机组件被支撑在其上的机架13。在应用中，机架13还支撑机身14，并且支承对与 地面接合的轮15进行支撑的轮轴。割草刀片16安装在电动机11的驱动轴上，割草机10 包括集草箱17，用于接收刀片16从草坪切割的草的碎屑。虽然基于割草机描述本发明，但 是应当理解，本发明可以一般地应用于电子换向电动机。所示出的割草机基本上如我们早 期的申请W02008/015479中所描述的那样，应该进一步参考该申请。割草机电动机由锂离 子电池供电。
5
图2独立地示出了图1的电动机组件。电动机组件包括具有电动机壳体20的电 动机11和具有控制单元壳体21的控制单元12，所述控制单元壳体21借助于一对配合夹紧 件22(只有一个在图2中示出)以及用于接收紧固螺栓或螺钉(未示出)的螺栓孔23安 装在电动机壳体20上。电动机组件包括用于与割草机的供电电源操作性连接的第一飞线 24，在此情况下，呈电池组形式、优选呈锂离子电池组(未示出)形式的直流电源以及用于 与割草机的遥控开关单元连接的第二飞线25典型安装在割草机的操作柄上。
电动机单元ll在图3中示出，并且通过将定子场组合件(field pack)30和旋转的 转子31及其支承件定位在紧凑的铝壳体内部而构造，所述铝壳体包括电动机壳体主罩32 和电动机壳体盖33。为了简明，使用术语主罩和盖，但所述术语并不应被认为是限制。用于 电动机壳体的组件的其他配置对本领域技术人员来说是显而易见的。转子由铁芯组成，在 铁芯外部周围装有若干永久高性能磁体36。场组合件30由传统多层叠片组成，一系列铜绕 组在多层叠片上缠绕。与这些线圈的电连接是经由飞线35上的三通凹入型连接器34进行 的，三通凹入型连接器34与主电路板40(图5)上的相应的连接器37电耦合。因为场组合 件30不包含精密及精确定位的霍尔效应传感器，因此在此应用中不必要将霍尔效应传感 器封入封装化合物中。 现在参考图4和5进一步详细描述控制单元12。控制单元12包括支承有用于电 动机的电源和控制电子装置的初级电路板40，包括以上描述的第一和第二飞线24、25，以 及联合散热器41。控制单元壳体21包括从其上向外凸出的弓形传感器壳体42。在所示的 实施方式中，传感器壳体42包括三个凸起或指状物43。每个凸起43与此后描述的霍尔效 应传感器相关联。 有利地，控制单元12与电池监测电路结合，以便监测锂离子电池的状态。在例如 为温度或电压的电池状态降低到预定限值之外的情况下，电路消除对电动机的供电。电池 单元包括合适的传感器。 在所示的实施方式中，组件包括三个霍尔效应传感器，每个传感器与并入定子的 三个线圈绕组中的一个关联。本领域技术人员将可认为具有更少或更多传感器的备选设置 是适当的。 在所示的优选实施方式中，用于检测转子的位置和旋转速度的霍尔效应传感器44 被安装在次级电路板45上。次级电路板45直接安装在初级电路板40上，但是与初级电路 板40成合适的角度。考虑到电动机组件的设计要求和预期目的的局限，备选设置对本领域 技术人员来说是同样显而易见的。例如，初级电路板可以远离次级电路板45定位，通过飞 线与其操作地连接。通过这种设置，为EC电动机提供"插入式定子组合件"。
在所示的实施方式中，次级电路板45形成弯曲的形状，具有被选择为与场组合件 的内曲率匹配的曲率。合适地，通过将单片lmm厚的电路板在两个位置中深度刻划(de印 scoring)和形成裂纹(cracking)以及提供铜跳线以保持电连续性，从而形成曲率。次级电 路板45的曲率因此由三条切线表示。 次级电路板45具有穿过形成于初级电路板40中的槽57的支脚50，以允许每个 板上的焊点(未示出)不需要电线而连接起来。在所示的实施方式中，在次级电路板45上 有五个焊点连接，其中三个焊点用于来自传感器44的数据，两个焊点用于传感器的电力供应。
6
传感器壳体42提供用于接收次级电路板45的空腔。次级电路板45位于传感器 壳体空腔中，如果需要，可以通过少量的封装化合物使其保持在适当的位置，以便确保对机 械和环境影响的抵抗力。 —旦次级电路板45与初级电路板40已经电连接并且两个元件以被组装进控制单 元壳体21中，电子装置即可以以通常的方式用封装化合物(为了清楚而省略)紧固和保 护，所述封装化合物将填充控制单元壳体21。 组装的电动机中的电动机单元11和控制单元12之间的相互操作在图6和7中更 清楚地示出。图6示出了电动机壳体盖33且示出了传感器壳体42穿过其中的传感器孔52 和转子支承件54。孔52包括辅助传感器壳体42关于转子31的旋转轴精确和稳固地径向 定位的孔壁53。有利地，孔壁53朝向磁场绕组延伸到相当大的程度。传感器壳体42和包 括孔壁53的孔52互定尺寸以提供紧密配合，在所示的实施方式中，还形成在电动机单元11 和控制单元12之间的主要定位装置。 在所示实施方式中，孔壁53的端部在相距转子磁体的顶面小于12mm、优选为8mm 或更小的距离内延伸，以使得仅有塑料传感器壳体的所述小长度被保留不被壁53引导(控 制)。 利用这样的尺寸，可以调节传感器壳体42的由于温度波动引起的任何变形而不 损失功能。 有利地，如在图7中最清楚地示出的那样，电动机壳体盖33和控制单元壳体21包 括协同工作的凸出表面和凹入表面54、55。这些表面有助于保持壳体的硬度，从而防止变形 和控制传感器位置尽可能接近其所需位置。表面54、55分别彼此封闭，以提供迷宫设置，从 而减少尘土和碎片的进入。 可以看出，传感器板精确位于控制单元壳体21的传感器壳体42的凸起43中。霍 尔效应传感器44表面安装在次级电路板44的最顶端，并且传感器壳体被模制成型为使传 感器44自身置于接近紧靠模具的内表面的位置。模制件自身具有局部减小的厚度，所述厚 度优选小于0. 6mm，更优选在0. 3mm和0. 4mm之间。 传感器44关于场组合件30的位置在图8中示出。图8A示出了部分插入场组合 件30的控制单元壳体21的分解图和局部横截面图。图8B是在场组合件顶部的刚好上方 截取的组装的控制单元壳体和场组合件的截面图，其示出了插入的传感器壳体42和场组 合件的平面图。图8C是图8A中沿线C-C的横截面。可以看出，场组合件30包括大致传统 结构的具有定子叠片60的定子，所述定子叠片60具有形成于其中的限定出定子齿62的槽 61。定子绕组63围绕定子齿62形成。本领域技术人员可以考虑到电动机的运转要求而选 择定子绕组63的精确设置，在此不再详细讨论。合适地，将绕组设置在三个互联的线圈中。
如在图8C中最清楚地看出的那样，传感器44定位在其中的传感器壳体42的凸起 43被定位和设定尺寸，以在定子叠片的齿之间的槽中形成精确配合，以便传感器对转子31 的外表面上的转子磁体36实现所需接近度。这个距离应该尽可能短，以便使霍尔效应传感 器44对于随转子31旋转的磁场变化的灵敏度最大化。理想地，选择转子磁体36的表面到 每个霍尔效应传感器44正面的距离在0. 5mm和1. 8mm之间，优选在0. 7mm和0. 9mm之间。
在所示实施方式中，传感器壳体42与控制单元壳体21的整体安装提供刚性结构， 所述刚性结构还形成控制单元壳体21和电动机之间的主要定位装置。特别地，传感器壳体
742距旋转的转子轴的径向位置通过电动机壳体盖33中的转子支承件54的位置到形成于电 动机壳体盖33中的孔壁53的外表面的距离而保证。优选地，壁53朝向磁场绕组63延伸 到相当大的程度。控制单元壳体21的刚性延伸元件设有呈肋或完整表面的形式的对应位 置特征。 有利地，可以机械加工电动机壳体盖33的支承件位置54和壁53的定位面。机械
加工能够实现传感器位置到旋转的转子表面的径向距离的附加的精度。 控制单元壳体21的角度位置由传感器壳体42的凸起43确定，凸起43在齿62之
间的槽61中的场组合件叠片的磁极之间准确定位。因为控制单元壳体自身到电动机壳体
盖33准确定位，所以盖33的精确的角度位置还可以由控制单元壳体/场组合件位置确定。
因此，电动机壳体盖具有到电动机壳体主罩32的圆形位置并且在固定点设有槽，以使得在
达到恰当的角度位置后，电动机壳体盖和电动机壳体主罩32可以被最终拧紧。 控制单元壳体21到电动机11上的固定必须提供稳固的、强制的和防振的定位。这
可以利用传统螺钉或螺栓固定件或优选用夹紧配合件22(图2)、可选地利用附加螺钉或螺
栓固定件实现。这在图9中示出，其中两个凸出夹紧元件70与控制单元壳体21的模制成
型整体形成，以与电动机壳体盖31上相应的凹入表面或元件71协同工作。 本发明使得霍尔效应传感器可以作为插件或可拆卸的部件生产。有利地，在所示
实施方式中，装置的全部控制电子装置可以作为可拆卸部件提供。这使得故障发现和修理
简单地完成，并且不需要更换整个电动机组件的必要花费。本发明提供霍尔效应传感器与
电子部件的结合，以及传感器在电动机磁场绕组中精确和准确定位的方法。特别地，就草坪
养护装置来说，附加的优点是磁场绕组和它们的连接件可以被做得足够坚固，从而不要求
附加的花费及嵌入封装化合物的复杂性。另一个优点是能够将电子装置组装件直接定位在
电动机单元的顶部，以便在将电子装置定位于由刀片功能产生的自然冷却气流中的同时，
产生用于结合进割草机的理想比例的紧凑组件。 虽然基于割草机示出了本发明，但是本发明同样适用于其他装置和其他领域的应 用。例如，电动机适合用在例如为草坪搂草机、松土器和纵切机或线修剪器；或绿篱修剪器 或链锯的其他草坪养护装置中。
8
权利要求
一种包括电动机(11)的电子换向电动机组件，所述电动机(11)包括i)包括定子叠片(60)的定子，所述定子叠片(60)具有形成于其中的限定出定子齿(62)的槽(61)和包括多个可选择性地致动的线圈的定子绕组(63)；ii)支承多个转子磁体(36)的转子(31)，所述转子(31)可响应于所述线圈的选择性启动而旋转；其中所述电动机组件还包括将所述电动机(11)容纳于其中的电动机壳体(20)、被定位在所述定子叠片(60)的齿(62)之间的相应的槽(61)中的一个或多个霍尔效应传感器(44)；以及电子控制单元(12)；其特征在于，所述电动机壳体(20)包括电动机壳体孔(52)，所述电动机组件包括所述一个或多个霍尔效应传感器(44)位于其中的传感器壳体(42)；其中所述传感器壳体(42)适于与所述电动机壳体孔(52)接合，以将所述一个或多个霍尔效应传感器(44)定位在所述定子叠片(60)的所述齿(62)之间的相应的槽(61)中。
2. 如权利要求l所述的电动机组件，其特征在于，所述传感器壳体(42)和所述电动 机壳体孔(52)包括协同工作的表面，所述表面基本上提供防止异物进入所述电动机壳体 (42)的密封。
3. 如权利要求1或权利要求2所述的电动机组件，其特征在于，所述传感器壳体(42) 可以从所述电动机壳体(20)上卸下。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的电动机组件，其特征在于，所述传感器壳体(42) 具有大致弓形的形状，所述弓形的形状具有基本上与所述定子的内曲率半径相对应的内曲 率半径。
5. 如任一项前述权利要求所述的电动机组件，其特征在于，所述传感器壳体(42)是注 射成型的塑料构件。
6. 如任一项前述权利要求所述的电动机组件，其特征在于，所述电动机壳体孔(52)包 括朝向所述转子磁体的顶面延伸的孔壁(53)。
7. 如权利要求6所述的电动机组件，其特征在于，所述孔壁(53)延伸到与所述转子磁 体(36)的顶面相距12mm或更小、优选地相距8mm或更小的距离处。
8. 如任一项前述权利要求所述的电动机组件，其特征在于，所述电动机壳体(42)被 选择为将所述至少一个霍尔效应传感器(44)中的每一个的正面定位在与邻近的转子磁体 (36)的相对面相距0. 5mm和0. 8mm之间、优选相距0. 7mm和0. 9mm之间的位置。
9. 如任一项前述权利要求所述的电动机组件，其特征在于，所述电动机壳体(42)被形 成为控制单元壳体(21)的元件，以提供用于所述电动机的电子控制单元(12)的壳体。
10. 如权利要求9所述的电动机组件，其特征在于，所述电子控制单元(12)包括为所述 电动机提供电源和控制电子装置的初级电路板(40);并且所述至少一个霍尔效应传感器(44) 安装在次级电路板(45)上。
11. 如权利要求10所述的电动机组件，其特征在于，所述次级电路板(45)相对所述初 级电路板(40)成90°地安装。
12. 如权利要求10或权利要求11所述的电动机组件，其特征在于，所述次级电路板(45) 具有基本上与所述传感器壳体(42)的曲率相对应的曲率。
13. —种植被切割装置，其包括如任一项前述权利要求所述的电动机组件。
14. 如权利要求13所述的植被切割装置，其特征在于，所述植被切割装置呈割草机 (10)、线修剪器、草坪搂草机、草坪松土器、纵切装置、树绿篱修剪器或链锯的形式。
15.如权利要求13或权利要求14所述的植被切割装置，其特征在于，所述植被切割装 置还包括为电动机供电的电池；所述电池优选为可再充电的电池；更优选为锂离子电池。
全文摘要
本发明涉及一种电子换向电动机组件。电动机组件包括电动机壳体(20)，电动机壳体(20)包括电动机壳体孔(52)和一个或多个霍尔效应传感器(44)置于其中的传感器壳体(42)。传感器壳体(42)适于接合所述电动机壳体孔(52)，以便在电动机的定子叠片的齿之间的槽中定位所述一个或多个霍尔效应传感器(44)。
文档编号H02K29/08GK101795043SQ201010110979
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月2日 优先权日2009年2月3日
发明者J·霍伊尔, R·巴克斯特 申请人:罗伯特·博世有限公司