專利名稱：電子換向電動機組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動機。特別地，本發(fā)明涉及電子換向或無刷電動機。
背景技術：
在我們的早期申請W02008/015479中，我們描述了電子換向(EC)電動機在電池供電的割草機中的應用。整個電動機及其關聯的電子裝置被構造為單體單元。EC電動機本身已為人們所熟知，將不再詳細描述。EC電動機的一個重要作用是使用三個霍爾效應傳感器檢測包含永磁體的轉子的位置和旋轉速度。為此，霍爾效應傳感器需要非常精確并準確地位于電動機的定子疊片的齒之間，并且距轉子的旋轉磁體表面最大值為1. 8mm。在割草機的機械環(huán)境中保持這種定位的唯一方法是將傳感器封入封裝化合物中。對于單體自含式的電動機結構，封裝化合物對包含和保護控制電子裝置也是重要的。因此這種不是割草機所獨有的設置具有很大的缺點，因為一旦電動機完全組裝并全部嵌入封裝化合物中，就可能不能拆卸、修理或查找故障。在失靈的情況下，必須要替換整個電動機和控制組件。本發(fā)明試圖解決這個問題。
發(fā)明內容
在本發(fā)明最廣義的層面上，在第一方面，本發(fā)明提供了一種包括電動機的電子換向電動機組件，所述電動機包括i)包括定子疊片的定子，所述定子疊片具有形成于其中的限定出定子齒的槽和包括多個可選擇性地致動的線圈的定子繞組；ii)支承多個轉子磁體的轉子，所述轉子可響應于所述線圈的選擇性啟動而旋轉；其中所述電動機組件還包括將所述電動機容納于其中的電動機殼體、被定位在所述定子疊片的齒之間的相應的槽中的一個或多個霍爾效應傳感器；以及電子控制單元；其特征在于，所述電動機殼體包括電動機殼體孔，所述電動機組件包括所述一個或多個霍爾效應傳感器位于其中的傳感器殼體；其中所述傳感器殼體適于與所述電動機殼體孔接合，以將所述一個或多個霍爾效應傳感器定位在所述定子疊片的所述齒之間的相應的槽中。 優(yōu)選地，所述傳感器殼體和所述電動機殼體孔包括協(xié)同工作的表面，所述表面基
本上提供防止異物進入所述電動機殼體的密封。 有利地，所述傳感器殼體可以從所述電動機殼體上卸下。 優(yōu)選地，所述傳感器殼體具有大致弓形的形狀，所述弓形的形狀具有基本上與所述電動機的所述定子的內曲率半徑相對應的內曲率半徑。 優(yōu)選地，所述傳感器殼體是注射成型塑料構件。更優(yōu)選地，所述傳感器殼體在鄰近一個或多個霍爾效應傳感器的區(qū)域內具有減小的厚度。甚至更優(yōu)選地，所述減小的厚度小于或等于0. 6mm，更優(yōu)選地在0. 3mm和0. 4mm之間。 優(yōu)選地，所述電動機殼體孔包括朝向所述轉子磁體的頂面延伸的孔壁。更優(yōu)選地，所述孔壁延伸到與所述轉子磁體的頂面相距12mm或更小、優(yōu)選地相距8mm或更小的距離處。
4
優(yōu)選地，所述電動機殼體被選擇為將所述至少一個霍爾效應傳感器中的每一個的 正面定位在與鄰近的轉子磁體的相對面相距0. 5mm和0. 8mm之間、更優(yōu)選地相距0. 7mm和 0. 9mm之間的位置。 有利地，所述電動機殼體被形成為控制單元殼體的元件，以提供用于所述電動機 的電子控制單元的殼體。 優(yōu)選地，所述電子控制單元包括為所述電動機提供電源和控制電子裝置的初級電 路板；并且所述至少一個霍爾效應傳感器安裝在次級電路板上。更優(yōu)選地，所述次級電路板 相對所述初級電路板成90。地安裝。 優(yōu)選地，所述次級電路板具有基本上與所述傳感器殼體的曲率相對應的曲率。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種包括如上所限定的電子換向電動機的植被切割裝 置。適當地，所述植被切割裝置是草坪養(yǎng)護裝置，例如割草機、修剪器或草坪摟草機、縱切機 或松土器；或綠籬修剪器或鏈鋸。 優(yōu)選地，植被切割裝置還包括電池以為電動機供電。更優(yōu)選地，所述電池是可再充 電的電池，最優(yōu)選地是鋰離子電池。 優(yōu)選地，所述電子控制單元還包括監(jiān)測電池狀態(tài)的電池監(jiān)測電路。更優(yōu)選地，所述 電池監(jiān)測電路監(jiān)測所述電池的溫度和電壓。
參考附圖，僅通過實例，現在將進一步詳細描述本發(fā)明的以上和其他方面，其中
圖1是裝配有根據本發(fā)明的電動機組件的實施方式的割草機的局部橫截面；
圖2是圖1的割草機的電動機組件的透視圖；
圖3是圖1的電動機的側面分解圖； 圖4是從第一側面和稍高處看時圖1的電動機組件的控制單元的分解圖；
圖5是從第二側面和稍低處看時圖1的電動機組件的控制單元的分解圖；
圖6是圖3電動機的電動機蓋板的透視圖； 圖7是示出傳感器關于場組合件位置的電動機組件的局部橫截面圖； 圖8A、8B和8C以三個視圖示出了圖3的電動機的場組合件和圖4的控制單元的
霍爾效應傳感器在場組合件中的位置之間的接觸面；禾口 圖9以三個視圖示出了圖2的實施方式中控制單元在電動機上的安裝。
具體實施例方式
圖1示出了包括根據本發(fā)明的電動機組件的實施方式的旋轉割草機型的割草機 IO，本發(fā)明的電動機組件包括電動機11和形成電子換向電動機的控制單元12。割草機10 包括電動機組件被支撐在其上的機架13。在應用中，機架13還支撐機身14，并且支承對與 地面接合的輪15進行支撐的輪軸。割草刀片16安裝在電動機11的驅動軸上，割草機10 包括集草箱17，用于接收刀片16從草坪切割的草的碎屑。雖然基于割草機描述本發(fā)明，但 是應當理解，本發(fā)明可以一般地應用于電子換向電動機。所示出的割草機基本上如我們早 期的申請W02008/015479中所描述的那樣，應該進一步參考該申請。割草機電動機由鋰離 子電池供電。
5
圖2獨立地示出了圖1的電動機組件。電動機組件包括具有電動機殼體20的電 動機11和具有控制單元殼體21的控制單元12，所述控制單元殼體21借助于一對配合夾緊 件22(只有一個在圖2中示出)以及用于接收緊固螺栓或螺釘(未示出)的螺栓孔23安 裝在電動機殼體20上。電動機組件包括用于與割草機的供電電源操作性連接的第一飛線 24，在此情況下，呈電池組形式、優(yōu)選呈鋰離子電池組(未示出)形式的直流電源以及用于 與割草機的遙控開關單元連接的第二飛線25典型安裝在割草機的操作柄上。
電動機單元ll在圖3中示出，并且通過將定子場組合件(field pack)30和旋轉的 轉子31及其支承件定位在緊湊的鋁殼體內部而構造，所述鋁殼體包括電動機殼體主罩32 和電動機殼體蓋33。為了簡明，使用術語主罩和蓋，但所述術語并不應被認為是限制。用于 電動機殼體的組件的其他配置對本領域技術人員來說是顯而易見的。轉子由鐵芯組成，在 鐵芯外部周圍裝有若干永久高性能磁體36。場組合件30由傳統(tǒng)多層疊片組成，一系列銅繞 組在多層疊片上纏繞。與這些線圈的電連接是經由飛線35上的三通凹入型連接器34進行 的，三通凹入型連接器34與主電路板40(圖5)上的相應的連接器37電耦合。因為場組合 件30不包含精密及精確定位的霍爾效應傳感器，因此在此應用中不必要將霍爾效應傳感 器封入封裝化合物中。 現在參考圖4和5進一步詳細描述控制單元12?？刂茊卧?2包括支承有用于電 動機的電源和控制電子裝置的初級電路板40，包括以上描述的第一和第二飛線24、25，以 及聯合散熱器41?？刂茊卧獨んw21包括從其上向外凸出的弓形傳感器殼體42。在所示的 實施方式中，傳感器殼體42包括三個凸起或指狀物43。每個凸起43與此后描述的霍爾效 應傳感器相關聯。 有利地，控制單元12與電池監(jiān)測電路結合，以便監(jiān)測鋰離子電池的狀態(tài)。在例如 為溫度或電壓的電池狀態(tài)降低到預定限值之外的情況下，電路消除對電動機的供電。電池 單元包括合適的傳感器。 在所示的實施方式中，組件包括三個霍爾效應傳感器，每個傳感器與并入定子的 三個線圈繞組中的一個關聯。本領域技術人員將可認為具有更少或更多傳感器的備選設置 是適當的。 在所示的優(yōu)選實施方式中，用于檢測轉子的位置和旋轉速度的霍爾效應傳感器44 被安裝在次級電路板45上。次級電路板45直接安裝在初級電路板40上，但是與初級電路 板40成合適的角度?？紤]到電動機組件的設計要求和預期目的的局限，備選設置對本領域 技術人員來說是同樣顯而易見的。例如，初級電路板可以遠離次級電路板45定位，通過飛 線與其操作地連接。通過這種設置，為EC電動機提供"插入式定子組合件"。
在所示的實施方式中，次級電路板45形成彎曲的形狀，具有被選擇為與場組合件 的內曲率匹配的曲率。合適地，通過將單片lmm厚的電路板在兩個位置中深度刻劃(de印 scoring)和形成裂紋(cracking)以及提供銅跳線以保持電連續(xù)性，從而形成曲率。次級電 路板45的曲率因此由三條切線表示。 次級電路板45具有穿過形成于初級電路板40中的槽57的支腳50，以允許每個 板上的焊點(未示出)不需要電線而連接起來。在所示的實施方式中，在次級電路板45上 有五個焊點連接，其中三個焊點用于來自傳感器44的數據，兩個焊點用于傳感器的電力供應。
6
傳感器殼體42提供用于接收次級電路板45的空腔。次級電路板45位于傳感器 殼體空腔中，如果需要，可以通過少量的封裝化合物使其保持在適當的位置，以便確保對機 械和環(huán)境影響的抵抗力。 —旦次級電路板45與初級電路板40已經電連接并且兩個元件以被組裝進控制單 元殼體21中，電子裝置即可以以通常的方式用封裝化合物(為了清楚而省略)緊固和保 護，所述封裝化合物將填充控制單元殼體21。 組裝的電動機中的電動機單元11和控制單元12之間的相互操作在圖6和7中更 清楚地示出。圖6示出了電動機殼體蓋33且示出了傳感器殼體42穿過其中的傳感器孔52 和轉子支承件54。孔52包括輔助傳感器殼體42關于轉子31的旋轉軸精確和穩(wěn)固地徑向 定位的孔壁53。有利地，孔壁53朝向磁場繞組延伸到相當大的程度。傳感器殼體42和包 括孔壁53的孔52互定尺寸以提供緊密配合，在所示的實施方式中，還形成在電動機單元11 和控制單元12之間的主要定位裝置。 在所示實施方式中，孔壁53的端部在相距轉子磁體的頂面小于12mm、優(yōu)選為8mm 或更小的距離內延伸，以使得僅有塑料傳感器殼體的所述小長度被保留不被壁53引導(控 制)。 利用這樣的尺寸，可以調節(jié)傳感器殼體42的由于溫度波動引起的任何變形而不 損失功能。 有利地，如在圖7中最清楚地示出的那樣，電動機殼體蓋33和控制單元殼體21包 括協(xié)同工作的凸出表面和凹入表面54、55。這些表面有助于保持殼體的硬度，從而防止變形 和控制傳感器位置盡可能接近其所需位置。表面54、55分別彼此封閉，以提供迷宮設置，從 而減少塵土和碎片的進入。 可以看出，傳感器板精確位于控制單元殼體21的傳感器殼體42的凸起43中?；?爾效應傳感器44表面安裝在次級電路板44的最頂端，并且傳感器殼體被模制成型為使傳 感器44自身置于接近緊靠模具的內表面的位置。模制件自身具有局部減小的厚度，所述厚 度優(yōu)選小于0. 6mm，更優(yōu)選在0. 3mm和0. 4mm之間。 傳感器44關于場組合件30的位置在圖8中示出。圖8A示出了部分插入場組合 件30的控制單元殼體21的分解圖和局部橫截面圖。圖8B是在場組合件頂部的剛好上方 截取的組裝的控制單元殼體和場組合件的截面圖，其示出了插入的傳感器殼體42和場組 合件的平面圖。圖8C是圖8A中沿線C-C的橫截面。可以看出，場組合件30包括大致傳統(tǒng) 結構的具有定子疊片60的定子，所述定子疊片60具有形成于其中的限定出定子齒62的槽 61。定子繞組63圍繞定子齒62形成。本領域技術人員可以考慮到電動機的運轉要求而選 擇定子繞組63的精確設置，在此不再詳細討論。合適地，將繞組設置在三個互聯的線圈中。
如在圖8C中最清楚地看出的那樣，傳感器44定位在其中的傳感器殼體42的凸起 43被定位和設定尺寸，以在定子疊片的齒之間的槽中形成精確配合，以便傳感器對轉子31 的外表面上的轉子磁體36實現所需接近度。這個距離應該盡可能短，以便使霍爾效應傳感 器44對于隨轉子31旋轉的磁場變化的靈敏度最大化。理想地，選擇轉子磁體36的表面到 每個霍爾效應傳感器44正面的距離在0. 5mm和1. 8mm之間，優(yōu)選在0. 7mm和0. 9mm之間。
在所示實施方式中，傳感器殼體42與控制單元殼體21的整體安裝提供剛性結構， 所述剛性結構還形成控制單元殼體21和電動機之間的主要定位裝置。特別地，傳感器殼體
742距旋轉的轉子軸的徑向位置通過電動機殼體蓋33中的轉子支承件54的位置到形成于電 動機殼體蓋33中的孔壁53的外表面的距離而保證。優(yōu)選地，壁53朝向磁場繞組63延伸 到相當大的程度?？刂茊卧獨んw21的剛性延伸元件設有呈肋或完整表面的形式的對應位 置特征。 有利地，可以機械加工電動機殼體蓋33的支承件位置54和壁53的定位面。機械
加工能夠實現傳感器位置到旋轉的轉子表面的徑向距離的附加的精度。 控制單元殼體21的角度位置由傳感器殼體42的凸起43確定，凸起43在齒62之
間的槽61中的場組合件疊片的磁極之間準確定位。因為控制單元殼體自身到電動機殼體
蓋33準確定位，所以蓋33的精確的角度位置還可以由控制單元殼體/場組合件位置確定。
因此，電動機殼體蓋具有到電動機殼體主罩32的圓形位置并且在固定點設有槽，以使得在
達到恰當的角度位置后，電動機殼體蓋和電動機殼體主罩32可以被最終擰緊。 控制單元殼體21到電動機11上的固定必須提供穩(wěn)固的、強制的和防振的定位。這
可以利用傳統(tǒng)螺釘或螺栓固定件或優(yōu)選用夾緊配合件22(圖2)、可選地利用附加螺釘或螺
栓固定件實現。這在圖9中示出，其中兩個凸出夾緊元件70與控制單元殼體21的模制成
型整體形成，以與電動機殼體蓋31上相應的凹入表面或元件71協(xié)同工作。 本發(fā)明使得霍爾效應傳感器可以作為插件或可拆卸的部件生產。有利地，在所示
實施方式中，裝置的全部控制電子裝置可以作為可拆卸部件提供。這使得故障發(fā)現和修理
簡單地完成，并且不需要更換整個電動機組件的必要花費。本發(fā)明提供霍爾效應傳感器與
電子部件的結合，以及傳感器在電動機磁場繞組中精確和準確定位的方法。特別地，就草坪
養(yǎng)護裝置來說，附加的優(yōu)點是磁場繞組和它們的連接件可以被做得足夠堅固，從而不要求
附加的花費及嵌入封裝化合物的復雜性。另一個優(yōu)點是能夠將電子裝置組裝件直接定位在
電動機單元的頂部，以便在將電子裝置定位于由刀片功能產生的自然冷卻氣流中的同時，
產生用于結合進割草機的理想比例的緊湊組件。 雖然基于割草機示出了本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣適用于其他裝置和其他領域的應 用。例如，電動機適合用在例如為草坪摟草機、松土器和縱切機或線修剪器；或綠籬修剪器 或鏈鋸的其他草坪養(yǎng)護裝置中。
8
權利要求
一種包括電動機(11)的電子換向電動機組件，所述電動機(11)包括i)包括定子疊片(60)的定子，所述定子疊片(60)具有形成于其中的限定出定子齒(62)的槽(61)和包括多個可選擇性地致動的線圈的定子繞組(63)；ii)支承多個轉子磁體(36)的轉子(31)，所述轉子(31)可響應于所述線圈的選擇性啟動而旋轉；其中所述電動機組件還包括將所述電動機(11)容納于其中的電動機殼體(20)、被定位在所述定子疊片(60)的齒(62)之間的相應的槽(61)中的一個或多個霍爾效應傳感器(44)；以及電子控制單元(12)；其特征在于，所述電動機殼體(20)包括電動機殼體孔(52)，所述電動機組件包括所述一個或多個霍爾效應傳感器(44)位于其中的傳感器殼體(42)；其中所述傳感器殼體(42)適于與所述電動機殼體孔(52)接合，以將所述一個或多個霍爾效應傳感器(44)定位在所述定子疊片(60)的所述齒(62)之間的相應的槽(61)中。
2. 如權利要求l所述的電動機組件，其特征在于，所述傳感器殼體(42)和所述電動 機殼體孔(52)包括協(xié)同工作的表面，所述表面基本上提供防止異物進入所述電動機殼體 (42)的密封。
3. 如權利要求1或權利要求2所述的電動機組件，其特征在于，所述傳感器殼體(42) 可以從所述電動機殼體(20)上卸下。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的電動機組件，其特征在于，所述傳感器殼體(42) 具有大致弓形的形狀，所述弓形的形狀具有基本上與所述定子的內曲率半徑相對應的內曲 率半徑。
5. 如任一項前述權利要求所述的電動機組件，其特征在于，所述傳感器殼體(42)是注 射成型的塑料構件。
6. 如任一項前述權利要求所述的電動機組件，其特征在于，所述電動機殼體孔(52)包 括朝向所述轉子磁體的頂面延伸的孔壁(53)。
7. 如權利要求6所述的電動機組件，其特征在于，所述孔壁(53)延伸到與所述轉子磁 體(36)的頂面相距12mm或更小、優(yōu)選地相距8mm或更小的距離處。
8. 如任一項前述權利要求所述的電動機組件，其特征在于，所述電動機殼體(42)被 選擇為將所述至少一個霍爾效應傳感器(44)中的每一個的正面定位在與鄰近的轉子磁體 (36)的相對面相距0. 5mm和0. 8mm之間、優(yōu)選相距0. 7mm和0. 9mm之間的位置。
9. 如任一項前述權利要求所述的電動機組件，其特征在于，所述電動機殼體(42)被形 成為控制單元殼體(21)的元件，以提供用于所述電動機的電子控制單元(12)的殼體。
10. 如權利要求9所述的電動機組件，其特征在于，所述電子控制單元(12)包括為所述 電動機提供電源和控制電子裝置的初級電路板(40);并且所述至少一個霍爾效應傳感器(44) 安裝在次級電路板(45)上。
11. 如權利要求10所述的電動機組件，其特征在于，所述次級電路板(45)相對所述初 級電路板(40)成90°地安裝。
12. 如權利要求10或權利要求11所述的電動機組件，其特征在于，所述次級電路板(45) 具有基本上與所述傳感器殼體(42)的曲率相對應的曲率。
13. —種植被切割裝置，其包括如任一項前述權利要求所述的電動機組件。
14. 如權利要求13所述的植被切割裝置，其特征在于，所述植被切割裝置呈割草機 (10)、線修剪器、草坪摟草機、草坪松土器、縱切裝置、樹綠籬修剪器或鏈鋸的形式。
15.如權利要求13或權利要求14所述的植被切割裝置，其特征在于，所述植被切割裝 置還包括為電動機供電的電池；所述電池優(yōu)選為可再充電的電池；更優(yōu)選為鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子換向電動機組件。電動機組件包括電動機殼體(20)，電動機殼體(20)包括電動機殼體孔(52)和一個或多個霍爾效應傳感器(44)置于其中的傳感器殼體(42)。傳感器殼體(42)適于接合所述電動機殼體孔(52)，以便在電動機的定子疊片的齒之間的槽中定位所述一個或多個霍爾效應傳感器(44)。
文檔編號H02K29/08GK101795043SQ201010110979
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權日2009年2月3日
發(fā)明者J·霍伊爾, R·巴克斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司