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CN104756379A - 具有一体式抗电磁干扰屏障的可变磁阻式旋转变压器和具有该可变磁阻式旋转变压器的旋转电机 - Google Patents

具有一体式抗电磁干扰屏障的可变磁阻式旋转变压器和具有该可变磁阻式旋转变压器的旋转电机 Download PDF

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CN104756379A
CN104756379A CN201380056288.8A CN201380056288A CN104756379A CN 104756379 A CN104756379 A CN 104756379A CN 201380056288 A CN201380056288 A CN 201380056288A CN 104756379 A CN104756379 A CN 104756379A
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CN
China
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resolver
barrier
machine
stator
rotary transformer
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CN201380056288.8A
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R·加勒
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Remy Technologies LLC
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Remy Technologies LLC
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Abstract

本发明公开了一种可变磁阻式旋转变压器(60、61)，包括：旋转变压器定子(70)，其具有围绕轴线(22)的环形旋转变压器定子芯(88)；旋转变压器转子(72)，其能够围绕轴线(22)相对于旋转变压器定子(70)旋转并且被旋转变压器定子芯(88)围绕；以及旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)。旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)包括设置在旋转变压器定子芯(88)的相对轴向侧面上的第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)。旋转变压器屏障(112、114、126、128)具有至少大约50的相对磁导率。此外，提供了一种具有这种可变磁阻式旋转变压器(60、61)的电机(20、21)。

Description

具有一体式抗电磁干扰屏障的可变磁阻式旋转变压器和具有该可变磁阻式旋转变压器的旋转电机
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月7日提交的名称为“具有一体式抗电磁干扰屏障的可变磁阻式旋转变压器和具有该可变磁阻式旋转变压器的旋转电机”且序列号为61/698,497的美国临时专利申请(代理人案号22888-0054)的利益和优先权。
背景技术
本发明涉及旋转电机，诸如马达和发电机，具体涉及在旋转电机中使用的可变磁阻式旋转变压器，更具体地涉及减小外部磁力对输出电压的影响的可变磁阻式旋转变压器。
当代旋转电机越来越多地使用电子控制装置和传感器(诸如旋转变压器)来控制电机的操作。旋转电机通常具有相对于彼此旋转并且彼此电磁地可操作地耦接的静止定子和可旋转转子。因此，旋转电机(诸如马达和发电机)的正常操作产生电磁场。电机操作所产生的电磁干扰(“EMI”)会劣化一些电子控制装置和传感器部件的操作。
旋转变压器是用于检测旋转电机(诸如马达或发电机)的旋转位置的一类装置，并且可用于确定机器转子和机器定子之间的相对旋转速度。根据所制造电机的应用，可能期望使可变磁阻式旋转变压器与机器转子可操作地耦接，以便知道其角位置，并且由此知道其速度。这类旋转变压器通常用于确定旋转轴的旋转速度和/或角位置，并且本领域普通技术人员公知它们的使用方法。例如，在混合动力车辆的发电机/牵引马达中，旋转变压器通常用于确定转子的角位置，由此控制器在控制与发电机/牵引马达可操作地耦接的转换器的操作时可利用此信息。
与用于较恶劣环境中的装配有霍尔元件或光电晶体管的可替代装置相比，旋转变压器由于其相对较好的能力而被广泛用作在差条件下使用的旋转机器的旋转位置检测装置。这类旋转变压器通常被放置在例如排列在机器外壳内的马达或发电机的激励器绕组附近，流过这些绕组的激励电流所产生的电磁噪声有时会叠加到旋转变压器定子激励线圈或输出线圈上。因此，不能检测到准确的旋转位置和速度。此外，旋转变压器由于在将它们安装到电机之前或期间的错误操作可能易于损坏。经常，旋转变压器采用部件式塑料盖，用于保护旋转变压器的脆弱或关键的功能区域免受操作损坏。
旋转变压器通常包括具有内周的旋转变压器定子和布置在旋转变压器定子内周的径向内部的旋转变压器转子。旋转变压器定子围绕旋转变压器转子并且相对于机器定子具有固定的位置。旋转变压器转子与机器转子同心地布置并且与机器转子一致地旋转。一类旋转变压器是具有缠绕在旋转变压器定子的相同多个磁极上的激励线圈和输出线圈的可变磁阻式旋转变压器。多个定子磁极输出线圈串联连接，以获得单输出线圈输出。这类可变磁阻式旋转变压器设置有在旋转变压器定子上的多个磁极、在旋转变压器转子上的多个齿、激励线圈、输出转子X方向或正弦分量的第一输出线圈、和输出转子Y轴或余弦分量的的第二输出线圈，其中输出线圈缠绕在旋转变压器定子的相关磁极上。
当从旋转变压器外部施加磁场时，常常存在以下情况，即，由外部磁场引起的磁通量与期望的可变磁场混合，该期望的可变磁场指示相对旋转的旋转变压器转子和旋转变压器定子之间的相对位置。外部磁场在每个可变磁阻式旋转变压器的定子输出线圈上感生电压，并且在输出线圈上产生额外的感生电压，从而降低了可变磁阻式旋转变压器的准确度。具体地，当空间限制需要旋转变压器密切靠近EMI源(电磁干扰源)时，必须采用屏障来保护旋转变压器信号不受外部干扰源影响。
现有技术电机的EMI屏障由导电、导磁的材料形成并通常是机器的可单独地组装并且利用诸如螺钉和螺栓的紧固件固定就位的部件。磁导率指的是材料支持在其自身内形成磁场的能力。导磁材料将响应于所施加的磁场而进行磁化。用亨/米或牛/平方安培计量磁导率。磁导率常数，μ0，被定义为自由空间(即，真空)的磁导率。材料的相对磁导率是该材料的磁导率与磁导率常数之比。高相对磁导率表示材料支持在其自身内形成磁场的能力较强。空气的相对磁导率约为1。铝和不锈钢通常被认为是非磁性的，并且具有落在大约1至大约2的范围内的相对磁导率；含铁金属材料通常具有在它们内支持磁场的能力并且具有较高的相对磁导率。例如，碳钢通常具有大约50至100的相对磁导率。高度可磁化的硅钢(例如4％的硅钢)常常具有至少大约2000的相对磁导率。电工钢通常具有在大约3000至大约8000范围内的相对磁导率。可采用相对磁导率至少为大约50的碳钢来提供具有EMI阻挡性的导磁屏障，这对一些应用是有利的。但是，使用相对磁导率至少为大约2000的硅钢或电工钢将提供更好的EMI屏蔽性但相对更贵。
用于电机的旋转变压器的EMI屏障通常由含铁金属(诸如电工钢冲压件)形成。这类屏障为旋转变压器提供一定程度的EMI隔离性，并且通常靠近机器转子芯的轴向端面之一并且与其轴向分隔开。除了部件机器屏蔽自身及其相关紧固件的可变成本之外，它们的使用也具有与安装和清点这些部件相关的伴随的可变成本和固定成本。此外，利用可单独地安装的部件机器屏障来屏蔽可变磁阻式旋转变压器可导致电机尺寸增大。此外，为了使这种EMI屏蔽有效，需要知道外部磁通量的方向并将机器屏障放置在它将起作用的地方，但在许多情况下难以确定最有效的屏障位置。另外，提供更有效的屏蔽可能成本过高或需要机器内难以获得的封装空间。
在不增加电机内的空间需求或电机尺寸或有助于减小机器空间需求并可能降低可变成本和固定成本的情况下，对现有技术旋转变压器EMI屏蔽效力进行改进将在相关技术中提供令人期望的进步。此外，实现这类益处并且保护旋转变压器的脆弱或关键的功能区域将相比现有技术旋转变压器和采用它们的电机提供额外的优点。
发明内容
包括根据本公开的旋转变压器的电机及旋转变压器自身有益地实现这些进步和优点。本文所公开的旋转变压器EMI屏障是旋转变压器的部件，并且可以是旋转变压器组件的一体部分；通过使用所述屏障，可节省空间和潜在成本，并且可实现更有效的旋转变压器屏蔽。此外，替代上述塑料盖的是，利用这种旋转变压器屏障作为保护盖来保护旋转变压器的一些部分使其不会在其被安装到机器之前或期间遭受操作损坏，不需要现有技术旋转变压器中所用的单独保护盖，进一步有助于降低成本、节省电机内的空间，以及可能减小机器自身的尺寸。
根据本公开，可变磁阻式旋转变压器具有由以下材料制成的保护盖，所述材料诸如是低碳钢或具有较高相对磁导率的钢，或具有EMI屏蔽能力的塑料类材料，所述盖提供提高的EMI屏蔽，而不会相对于现有技术旋转变压器增加封装空间需求。具有也用作保护盖的部件式EMI屏障的旋转变压器受到保护而不会在组装之前或组装期间遭受操作损坏，并且相对于现有技术旋转变压器，其额外具有阻挡或排除磁或电信号干扰的能力，由此降低潜在干扰源与旋转变压器信号结合的影响，提高旋转变压器的准确度。
此外，通过将这类EMI屏障作为旋转变压器自身的一体部件，可避免用于可单独地安装机器屏蔽部件的封装空间。实际上，可能去除这类机器屏蔽及其安装紧固件，由此可能存在减少成本和空间的机会，而不会伴随着旋转变压器EMI屏蔽减弱。可替代地，已经存在的机器屏蔽部件可保留并由部件旋转变压器屏障进行补充。
根据本公开，旋转变压器定子被牢固地附接在电机外壳内而不需要额外的部件，同时保持和/或减小现有技术旋转变压器的径向和/或轴向的封装尺寸，同时提高旋转变压器EMI隔离性。因此，根据本公开的电机适合用于空间受限并期望提高EMI屏蔽性的应用。
根据本公开，电机包括可相对于彼此旋转的机器定子和机器转子，以及用于确定机器转子相对于机器定子的角位置的可变磁阻式旋转变压器，旋转变压器具有旋转变压器定子和旋转变压器转子。旋转变压器定子包括防止旋转变压器遭受操作损坏的保护盖，该保护盖限定了由相对磁导率至少为大约50的导磁材料制成的部件屏蔽。保护盖因此为旋转变压器提供针对EMI的一体屏蔽。
除了提高旋转变压器的EMI屏蔽性之外，在一些实施例中，部件保护盖是旋转变压器自身的一体部分，具体的是旋转变压器转子的一体部分，由此容许所需的旋转变压器封装空间的轴向尺寸最小化，这容许根据本公开的电机相对于现有技术机器具有至少减小的尺寸。
本公开提供包括：机器定子；机器转子，所述机器转子被支撑成围绕轴线相对于机器定子进行相对旋转；以及可变磁阻式旋转变压器。可变磁阻式旋转变压器包括：旋转变压器定子，其具有围绕轴线并且相对于机器定子能够旋转地固定的环形旋转变压器定子芯；和旋转变压器转子，其能够与机器转子一起旋转并被旋转变压器定子芯围绕。所述机器包括旋转变压器EMI屏障，其具有设置在旋转变压器定子芯的相对轴向侧上的第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障。旋转变压器屏障具有至少大约50的相对磁导率。
电机的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是电机的可单独组装的部件。
电机的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是可变磁阻式旋转变压器的部件。
电机的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是旋转变压器定子的能够分离的部件。
电机的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯结合。因此，第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是旋转变压器定子的不可分离开的一体部件。
电机的另一方面在于：旋转变压器EMI屏障由相对磁导率至少为大约50的塑料类材料形成，并且第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障一体形成在一起并且通过旋转变压器定子芯结合在一起。
电机的另一方面在于：电机还包括位于机器转子和可变磁阻式旋转变压器之间的机器屏障，机器屏障具有至少大约50的相对磁导率。因此，经由旋转变压器EMI屏障补充机器屏障对可变磁阻式旋转变压器的EMI屏蔽。
电机的另一方面在于：电机还包括机器外壳，在机器外壳中设置有机器定子、机器转子和可变磁阻式旋转变压器，机器外壳和机器定子相对于彼此可旋转地固定，旋转变压器定子芯和旋转变压器EMI屏障附接到机器外壳。
电机的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障具有凸缘，所述凸缘与旋转变压器定子芯的相对轴向侧中的相应相邻一个轴向侧重叠，旋转变压器定子芯被夹在第一旋转变压器屏障的凸缘和第二旋转变压器屏障的凸缘之间。
电机的另一方面在于：旋转变压器转子具有内周和外周，所述外周与旋转变压器定子芯相接并且位于内周的径向外部，并且第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障中的至少一个具有在旋转变压器转子外周的径向内部的圆周部。
电机的另一方面在于：旋转变压器转子包括具有第一磁导率的旋转变压器转子芯和径向地位于旋转变压器转子芯和轴线之间的隔离套管，隔离套管具有明显小于第一磁导率的第二磁导率。
电机的另一方面在于：隔离套管的相对磁导率不大于大约2。
本公开还提供一种可变磁阻式旋转变压器，包括：旋转变压器定子，其具有围绕轴线的环形旋转变压器定子芯；旋转变压器转子，其能够围绕轴线相对于旋转变压器定子旋转并且被旋转变压器定子芯围绕；以及旋转变压器EMI屏障。旋转变压器EMI屏障包括设置在旋转变压器定子芯的相对轴向侧上的第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障。旋转变压器屏障具有至少大约50的相对磁导率。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是旋转变压器定子的可分离开的部件。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯结合。因此，第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障是旋转变压器定子的不可分离开的一体部件。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：旋转变压器EMI屏障由相对磁导率至少为大约50的塑料类材料形成，并且第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯结合在一起。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障具有凸缘，所述凸缘与旋转变压器定子芯的相对轴向侧中的相应相邻一个轴向侧重叠，旋转变压器定子芯被夹在第一旋转变压器屏障的凸缘和第二旋转变压器屏障的凸缘之间。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：旋转变压器转子具有内周和外周，所述外周与旋转变压器定子芯相接并位于内周的径向外部，并且第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障中的至少一个具有在旋转变压器转子外周的径向内部的圆周部。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：旋转变压器转子包括具有第一磁导率的旋转变压器转子芯和径向地位于旋转变压器转子芯和轴线之间的隔离套管。隔离套管具有明显小于第一磁导率的第二磁导率。
可变磁阻式旋转变压器的另一方面在于：隔离套管的相对磁导率不大于大约2。
附图说明
通过参照以下结合附图对本发明的实施例进行的描述，本发明的上述和其他特征以及获得这些特征的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本发明本身，在附图中：
图1是包括第一实施例旋转变压器的的第一实施例电机的局部剖视侧视图；
图2是包括第二实施例旋转变压器的的第二实施例电机的局部剖视侧视图；
图3是包括在图2的电机中的旋转变压器的侧剖视图；
图4是图3的旋转变压器的前视图；
图5是图3的旋转变压器的后视图；
图6是图5的旋转变压器的经修改的后视图，省略了其一体的后部屏蔽部分，露出了示例性的第一实施例旋转变压器和第二实施例旋转变压器所采用的示例性旋转变压器定子和旋转变压器转子的结构。
在所有的若干附图中，相应的附图标记表示相应的零件。尽管本文列出的每个示例都以一种形式说明了本发明的一个实施例，但所公开的实施例不旨在是详尽的，或者不应被解释为使本发明的范围受限于所公开的精确形式。此外，附图不必按比例或按相同比例绘制，并且某些特征被夸大了以更好地示出和解释本公开。
具体实施方式
在以下描述中，用于描述各个构件之间的位置关系和方向的用语，诸如上部、下部、左、右、向上、向下、顶部和底部，仅仅表示在图中的位置关系和方向。这类用语不表示安装在实际设备中的构件的位置关系和方向。再者，应注意的是，下面示出了附图标记、图号和补充描述，以便帮助读者在实施例的以下描述中找到相应的部件，从而易于理解本公开。应该注意的是，这些表达不以任何方式限制本发明的范围。
图1和2分别描述了根据第一实施例和第二实施例电机20、21。还应注意的是，图1是为了图解清楚已经进行简化的局部视图，未描绘电机20的在旋转轴线22下面的那一半，并且省略了在轴线22上方的电机部分。图2提供电机21的类似图，不包括轴线22。电机20和21各自包括机器定子24，该机器定子具有安装在外壳30内的机器定子芯26和机器定子绕组28。定子24具有常规结构，其中定子芯26由多个层叠的金属叠片32形成，并且具有用于容纳绕组28的大体轴向延伸的狭槽34。利用本领域普通技术人员公知的常规技术来制造机器定子24。可通过层叠电工钢叠片32来形成定子芯26，所述电工钢在连续模组件中由金属片材冲压制成。然后将缠绕成线圈的金属丝插入定子芯26的狭槽34中以形成绕组28。
电机20和21还各自包括可相对于机器定子24旋转的机器转子36。机器转子36包括机器转子毂38，机器转子芯40被安装并且旋转地固定在转子毂38上。转子毂38可以是由可硬化性高的齿轮钢和镍钢形成的焊件。转子芯40具有中心孔口42，该中心孔口与转子毂38过盈配合，其可按下述方式实现。转子芯40具有常规结构并由多个层叠的金属叠片44形成。在转子芯40的相对轴向端上的叠片44限定了转子芯40的相对轴向端面46(示出了其中一个)。转子芯40限定多个轴向延伸的狭槽48，所述狭槽48限定转子芯40的各轴向端面46中的开口50。利用本领域普通技术人员公知的常规技术来制造机器转子36。用于形成转子芯40的技术可类似于用于形成定子芯26的技术。例如，转子芯40可由在连续模组件中冲压和层叠的多个电工钢叠片44形成。连续模组件用于在用于形成转子芯40的每个叠片44中冲压出狭槽开口，并且将对齐叠片44，从而使得当叠片44层叠时叠片44中的冲压开口形成轴向延伸的狭槽48。由此，转子芯40的相对轴向端面46中的这些开口限定了通向轴向延伸狭槽48的开口50。
因此，电机20、21的定子芯26和转子芯40由层叠的电工钢叠片32、44形成。电工钢叠片由铁合金形成，并且通常包括含量范围可高达约6.5％但通常不多于约2％至3.2％的硅。电工钢中还可利用含量达约0.5％的镁和铝。电工钢易于广泛地获得并且为本领域普通技术人员所公知。可通过焊接、粘合剂、相邻叠片中的互相接合的凸起和狭槽或者通过其他合适的方法将形成机器定子芯26和机器转子芯40的各个叠片32、44固定在一起。例如，一种用于固定叠片的粘合剂方法涉及使用两部分式环氧树脂，其中，一部分被施加到各叠片的下表面，另一部分被施加到各叠片的上表面。一旦被层叠，就加热叠片以将两部分粘合在一起并且形成结合的芯32或44。
通过相对于转子毂38向转子芯40有差别地施加热能可将转子芯40过盈配合在转子毂38上。例如，可加热转子芯40以致使其热膨胀，并由此容许将转子毂38插入转子芯40的中心开口中。也可以冷却转子毂38，以进一步便于将转子芯40安装在其上。
磁体56可位于狭槽48中，并且由当被安装在转子芯40中时能够用作永磁体的材料制成。磁体56可在被安装在转子芯40中之前被磁化，或者可在被安装时是未被磁化而在被安装在转子芯40中之后将磁性赋予它们。有利地，磁体56可由钕铁硼形成。在形成磁体56时可包括镝，以提供较高的温度稳定性并容许磁性材料更好地抵抗磁损耗。还可使用各种其他材料来形成磁体56，包括稀土材料，诸如锂、铽和钐。利用这些和其他磁性材料形成用于电机的永磁体是本领域普通技术人员公知的。磁体56还可包括在磁体上形成外涂层的外材料层，诸如通过电镀形成在磁性材料上的镍层或通过气相扩散形成的铝层。这种外涂层可用于提高耐腐蚀性。在加热转子芯40之后，磁体56可被安装在狭槽48中并通过过盈配合保持在狭槽中。例如，可加热转子芯40以热膨胀转子芯40和狭槽48的尺寸，从而为将磁体56插入狭槽48提供足够大的空隙。还可冷冻磁体56以减小它们的尺寸。然后容许转子芯40和磁体56返回环境温度。转子芯40和磁体56的尺寸形成为使得当芯40和磁体56处于相同温度时，磁体56被转子芯40牢固地接合并固定在转子芯中。毂38、转子芯40和磁体56的尺寸可形成为使得一旦芯40位于毂38上并且容许这些零件返回环境温度，它们就紧紧地互相接合并固定在一起。可替代地，可借助于粘合剂、通过与转子芯40压力配合接合或通过其他合适的方式将磁体56保持在狭槽48中。
如图所示，转子芯狭槽48可被形成转子芯40的材料完全包围。可替代地，狭槽48可向外延伸到转子芯40的径向外周，并且由此形成具有开口的端部敞口的狭槽，该开口沿转子芯40的径向外表面轴向地延伸。可替代地，转子36可包括磁体56，所述磁体附接在转子芯40的径向外表面处而非位于轴向延伸的狭槽中。
机器20、21包括固定到外壳30并与旋转轴线22平行且同心地延伸的接地套管52。围绕接地套管52设置的轴承组件54相对于轴线22径向地和轴向地、旋转地支撑转子毂38，机器转子36围绕轴线22相对于外壳30旋转。在一些应用中，使用离合器组件(未示出)，以使转子毂38与联接到车辆驱动系统的外部轴(未示出)选择性地接合，由此电机20、21可选择性地被接合而作为牵引马达或发电机。
在第一实施例电机20和第二实施例电机21中，根据本公开的各个第一旋转变压器60或第二实施例旋转变压器61与机器转子36可操作地耦接。图1和6示出第一实施例旋转变压器60的基本结构，而图2-6示出第二实施例旋转变压器61的基本结构。在转子毂38的轴向端部处的是圆柱形突起或桩状部62。旋转变压器60、61与转子毂桩状部62和外壳30耦接，用于确定在机器操作期间机器转子36相对于机器定子24的位置和速度。如图1和2所示，第一实施例电机20和第二实施例电机21各自包括设置在机器转子36和旋转变压器60、61之间的机器屏障64。如上所论述的，机器屏障64通常是机器20、21的单独组装的部件并且具有至少大约50的相对磁导率。利用诸如螺钉66和螺母68的紧固件将机器屏障64固定到外壳30上。如上所论述的，尽管机器屏障64通常在现有技术电机中使用以屏蔽现有技术旋转变压器使其不受EMI影响，但根据本公开，屏障64可能不必与机器20、21中的旋转变压器60、61一起使用，并且屏障64可完全省略或者与旋转变压器60、61一起使用。因此，电机20、21可选地包括机器屏障64。
每个旋转变压器60、61具有围绕轴线22设置并附接到外壳30的内表面上的旋转变压器定子70。并且具有附接到转子毂桩状部62的旋转变压器转子72，旋转变压器定子70限定与旋转变压器转子72同心并包围转子72的圆环74。旋转变压器定子70和旋转变压器转子72沿轴线22大体轴向相同地定位。旋转变压器转子72是环形的并且由层叠的电工钢叠片82形成，该叠片82限定旋转变压器转子72的圆形内周84和外周86。利用由层叠的电工钢叠片76形成的芯88限定大体环形的旋转变压器定子环74。芯88具有多个(例如，在所公开的实施例中是12个)沿周向间隔开的齿90，每个齿朝向轴线22径向向内延伸，每个齿90的终端与径向相接的旋转变压器转子外周86形成间隙94。每个齿90限定旋转变压器定子极80，旋转变压器定子绕组78围绕该旋转变压器定子极缠绕。
电机外壳30包括围绕轴线22设置的平坦的圆形内表面部分96。部分96具有延伸到轴向突起的外壳凸台100中的圆形孔98阵列。孔98可被攻丝，以与螺钉的螺纹接合并且与圆形阵列的空隙孔102对准，空隙孔102在定子芯88的齿90的径向外部位置处沿轴向延伸通过旋转变压器定子芯88。合适的紧固件104(诸如有头螺钉)延伸通过定子空隙孔102并且接合孔98，由此将旋转变压器定子70固定到机器外壳30，使得旋转变压器定子前表面106与外壳内表面部分96重叠。因此，经由保持机构(在所公开的实施例中，包括紧固件104和对准孔98、102)使旋转变压器定子70和机器定子24的位置相对于彼此固定。
机器毂38和旋转变压器转子72的尺寸可形成为使得，在一些电机实施例中，旋转变压器转子72可通过过盈配合安装到转子毂38上，这可经由以下方式实现：加热旋转变压器转子72以扩大由旋转变压器转子内周84所限定的内径尺寸，然后围绕机器转子毂桩状部62设置旋转变压器转子72，接着将旋转变压器转子72冷却以使得内周84收缩。旋转变压器转子72和机器转子毂38，一旦在环境温度平衡，就会牢固地互相接合并保持旋转地固定在一起。在实现此过盈配合时，还可能期望冷冻转子毂38，以在将加热的旋转变压器转子72围绕转子毂38设置时提供更大的空隙。显然，将机器转子芯40和旋转变压器转子72组装到转子毂38都可作为单个操作的一部分来完成。也可以采用其他的用于将机器转子芯40和/或旋转变压器转子72固定到转子毂38的可替代方法。例如，它们或者可被焊接或键合到机器转子毂38。例如，旋转变压器转子72可包括径向向内延伸的键槽110，在键槽中容纳键(未示出)，该键与转子毂38接合以防止旋转变压器转子叠片82相对于机器转子36旋转地滑动。
但是，在某些电机实施例中，可能优选的是，旋转变压器转子72与转子毂桩状部62磁隔离，并且它们之间的安装结构基本是不导电的和/或具有低的相对磁导率，优选不大于大约2。这种安装结构可通过防止毂38与旋转变压器转子叠片82之间的直接接触而将旋转变压器转子72与转子毂38隔离开。圆柱形隔离套管108可被放置在旋转变压器转子叠片82和转子毂桩状部62之间，并且用于将旋转变压器转子叠片82与转子毂桩状部62基本磁隔离。隔离套管108可由低相对磁导率的材料(诸如铝或不锈钢)形成，以抑制磁通量从转子毂38传递到旋转变压器转子72。隔离套管108可以是旋转变压器转子72的一部件，其中旋转变压器转子叠片82通过例如旋转变压器转子内周84和套管108的径向外圆柱表面之间的压力配合接合而牢固地安装到隔离套管108。旋转变压器转子叠片82优选仅仅利用轻压力配合安装到隔离套管108上，以避免向旋转变压器转子72施加应力，这可能扭曲在旋转变压器60、61操作期间在其中产生的磁通量。然后，可按上述方式将旋转变压器转子72安装到转子毂38，从而使得其隔离套管108不会相对于转子毂38旋转或轴向滑动。优选地，通过任何方便的装置(诸如通过隔离套管108或通过限制旋转变压器转子72沿转子毂桩状部62的轴向移动)也可防止转子叠片82经由大体导磁的路径与转子毂38轴向接触。
旋转变压器转子外周86具有限定多个(例如，在所公开的实施例中是7个)周向分布的突起或峰92(在它们之间是谷)的波浪式形状。参照图6，在机器20、21操作期间，每个旋转变压器定子极80和旋转变压器转子外周86之间的径向距离或间隙94随旋转变压器转子72的旋转位置改变而改变，这取决于形成旋转变压器转子外周86的峰和谷的波浪的接近度。因此，当旋转变压器转子72相对于旋转变压器定子70移动时，旋转变压器定子绕组78的各个线圈中的磁通量和感生电流随旋转变压器转子外周86和旋转变压器定子极80之间的径向间隙94的变化而改变。
旋转变压器定子绕组78可包括围绕所有旋转变压器定子极80缠绕的旋转变压器激励线圈和/或围绕它们各自的定子极80缠绕的X输出线圈和Y输出线圈，如上所述地或按相关领域普通技术人员已知的另一种方式进行缠绕。布线(未示出)将信号从旋转变压器定子绕组78的输出线圈传送到控制单元(未示出)。在机器20、21操作期间，旋转变压器转子72和旋转变压器定子极80之间的磁通量变化引起绕组78中的电流变化，这容许通过控制单元确定旋转变压器转子72相对于旋转变压器定子70的旋转位置和速度。控制单元根据可能存在的情况调节电机的输出或输入，如上所述地或按相关领域普通技术人员已知的另一种方式进行调节。因此，旋转变压器60、61有助于对电机20、21进行操作控制。
参照图1，第一实施例旋转变压器60与前部屏障112和后部屏障114一起使用，前部屏障112和后部屏障114可以是旋转变压器定子70的部件并与其一起被安装到机器20中。可替代地，前部屏障112和后部屏障114可以是机器20的可单独组装的部件。屏障112、114分别在它们的凸缘部分120、122中设置有圆形阵列的空隙孔116、118。凸缘部分120、122将旋转变压器定子芯88夹在其间，并且空隙孔116、118与延伸通过旋转变压器定子芯88的空隙孔102对准。由此，利用上述紧固件104将屏障112、114相对于旋转变压器定子芯88和机器外壳30定位。紧固件104可以是有头螺栓，所述有头螺栓延伸通过对准的屏障空隙孔116、118和旋转变压器定子芯空隙孔102，并且与机器外壳表面部分96中的攻丝孔98接合。前部屏障凸缘部分120被夹在旋转变压器定子芯88和外壳表面部分96之间。后部屏障凸缘部分122被夹在旋转变压器定子芯88和螺钉104的头部124之间。屏障112、114由相对磁导率为50或更大的材料形成。
参照图2和3，第二实施例旋转变压器61与屏障126、128一起使用，屏障126、128由相对磁导率为50或更大的塑料类材料一体形成在一起，并通过旋转变压器定子芯88被结合。因此，前部后部屏障126和后部屏障128是旋转变压器定子70的不可分离开的一体部件，因此也是旋转变压器61的部件。将屏障126、128集成到第二实施例旋转变压器61的旋转变压器定子70中提供了比第一实施例旋转变压器60更紧凑的结构，因为消除了间隙G和G’(图1)，其他都保持相等同。如通过对比图1和2可示出地，轴向封装尺寸的这种减小将机器屏障64与各个后部屏障114、128之间的空隙从C1增大到C2。通过对比这两幅图中的距离D1和D2也可示出轴向空间的减小。
现有技术普通技术人员将意识到的是，减小由第二实施例旋转变压器61(图2)所提供的空隙C2和距离D2以匹配由第一实施例旋转变压器60(图1)所提供的空隙C1和距离D1可有助于使得第二实施例电机21中外壳30的轴向长度进行可能的减小，由此容许电机21的轴向尺寸稍短于机器20的轴向尺寸。但是，对于第一实施例旋转变压器60或第二实施例旋转变压器61中的任意一个，都提供了相比仅设置有部件机器屏障64的现有技术电机改进了的旋转变压器EMI屏蔽。此外，由于其屏障112、114或126、128，使用旋转变压器60、61可容许完全去除屏障64，而旋转变压器EMI屏蔽的效力不会有明显的下降，这可类似地允许减小第一实施例电机20或第二实施例电机21的外壳30的轴向长度，以及提供伴随的与去除屏障64自身及其安装紧固件66、68相关的成本降低。此外，作为它们各自的旋转变压器60、61的部件，前部屏障112、126和后部屏障114、128保护旋转变压器的脆弱的或功能性的关键区域不会受到与处理相关的损坏，而不需要用于保护现有技术旋转变压器不受这种损坏影响的其他保护盖(诸如上述塑料盖)。显然，前部屏障112、126和后部屏障114、128在旋转变压器转子外周86径向向内延伸，如参照图5和6可最佳地理解的，其中虚线圆示出了后部屏障114、128的内周位置。
尽管上文已经公开了示例性实施例，但是本发明不受限于所公开的实施例。反而，本申请旨在涵盖利用其基本原理的本公开的任何变型、用途或修改。此外，本申请旨在涵盖相对于本公开的属于本发公开明所属领域已知的或习惯用法并且落在所附权利要求的范围内的那些偏离。

Claims (20)

1.一种电机(20、21)，包括：
机器定子(24)；
机器转子(36)，其被支撑以围绕轴线(22)相对于机器定子(24)相对旋转；
可变磁阻式旋转变压器(60、61)，其包括旋转变压器定子(70)和旋转变压器转子(72)，所述旋转变压器定子具有围绕轴线(22)并且相对于机器定子(24)能够旋转地固定的环形旋转变压器定子芯(88)，所述旋转变压器转子能够与机器转子(36)联合旋转并且被旋转变压器定子芯(88)围绕；以及
旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)，其包括放置在旋转变压器定子芯(88)的相对轴向侧上的第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)，所述第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障(112、114、126、128)具有至少大约50的相对磁导率。
2.如权利要求1所述的电机(20)，其中，第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)是电机(20)的能够单独组装的部件。
3.如权利要求1所述的电机(20、21)，其中，第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)是可变磁阻式旋转变压器(60、61)的部件。
4.如权利要求3所述的电机(20)，其中，第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)是旋转变压器定子(70)的可分离开的部件。
5.如权利要求3所述的电机(21)，其中，第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯(88)结合，由此第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)是旋转变压器定子(70)的不可分离开的一体部件。
6.如权利要求1所述的电机(21)，其中，旋转变压器EMI屏障(126、128)由相对磁导率为至少大约50的塑料类材料形成，并且第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)一体形成在一起并且通过旋转变压器定子芯(88)结合。
7.如权利要求1所述的电机(20、21)，进一步包括机器屏障(64)，所述机器屏障位于机器转子(36)和可变磁阻式旋转变压器(60、61)之间，机器屏障(64)具有至少大约50的相对磁导率，由此，经由旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)补充机器屏障(64)对可变磁阻式旋转变压器(60、61)的EMI屏蔽。
8.如权利要求1所述的电机(20、21)，进一步包括机器外壳(30)，在机器外壳(30)中设置有机器定子(24)、机器转子(36)和可变磁阻式旋转变压器(60、61)，机器外壳(30)和机器定子(24)相对于彼此能够旋转地固定，旋转变压器定子芯(88)和旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)附接到机器外壳(30)。
9.如权利要求1所述的电机(20)，其中，第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)具有凸缘(120、122)，所述凸缘与旋转变压器定子芯(88)的相对轴向侧中的相应相邻一个轴向侧重叠，旋转变压器定子芯(88)被夹在第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)的凸缘(120、122)之间。
10.如权利要求1所述的电机(20、21)，其中，旋转变压器转子(72)具有内周(84)和外周(86)，所述外周与旋转变压器定子芯(88)相接并位于内周(84)的径向外部，第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)中的至少一个具有在旋转变压器转子外周(86)的径向内部的圆周部。
11.如权利要求1所述的电机(20、21)，其中，旋转变压器转子(72)包括具有第一磁导率的旋转变压器转子芯(82)和径向地设置在旋转变压器转子芯(82)和轴线(22)之间的隔离套管(108)，隔离套管(108)具有明显小于第一磁导率的第二磁导率。
12.如权利要求11所述的电机(20、21)，其中，隔离套管(108)的相对磁导率不大于大约2。
13.一种可变磁阻式旋转变压器(60、61)，包括：
旋转变压器定子(70)，其具有围绕轴线(22)的环形旋转变压器定子芯(88)；
旋转变压器转子(72)，其能够围绕轴线(22)相对于旋转变压器定子(70)旋转并且被旋转变压器定子芯(88)围绕；以及
旋转变压器EMI屏障(112、114、126、128)，其包括设置在旋转变压器定子芯(88)的相对轴向侧上的第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)，所述第一旋转变压器屏障和第二旋转变压器屏障(112、114、126、128)具有至少大约50的相对磁导率。
14.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(60)，其中，第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)是旋转变压器定子(70)的能够分离开的部件。
15.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(61)，其中，第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯(88)结合，由此第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)是旋转变压器定子(70)的不可分离开的一体部件。
16.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(61)，其中，旋转变压器EMI屏障(126、128)由相对磁导率为至少大约50的塑料类材料形成，第一旋转变压器屏障(126)和第二旋转变压器屏障(128)一体地形成在一起并且通过旋转变压器定子芯(88)结合。
17.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(60)，其中，第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)具有凸缘(120、122)，所述凸缘与旋转变压器定子芯(88)的相对轴向侧中的相应相邻一个轴向侧重叠，旋转变压器定子芯(88)被夹在第一旋转变压器屏障(112)和第二旋转变压器屏障(114)的凸缘(120、122)之间。
18.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(60、61)，其中，旋转变压器转子(72)具有内周(84)和外周(86)，所述外周与旋转变压器定子芯(88)相接并位于内周(84)的径向外部，并且第一旋转变压器屏障(112、126)和第二旋转变压器屏障(114、128)中的至少一个具有在旋转变压器转子外周(86)的径向内部的圆周部。
19.如权利要求13所述的可变磁阻式旋转变压器(60、61)，其中，旋转变压器转子(72)包括具有第一磁导率的旋转变压器转子芯(82)和径向地位于旋转变压器转子芯(82)和轴线(22)之间的隔离套管(108)，所述隔离套管(108)具有明显小于第一磁导率的第二磁导率。
20.如权利要求19所述的可变磁阻式旋转变压器(60、61)，其中，隔离套管(108)的相对磁导率不大于大约2。
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