[發明專利]具有一體式抗電磁干擾屏障的可變磁阻式旋轉變壓器和具有該可變磁阻式旋轉變壓器的旋轉電機

在審

• 申請號: 201380056288.8
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN104756379A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: R·加勒
• 申請（專利權）人: 瑞美技術有限責任公司
• 主分類號: H02K29/08
• 分類號: H02K29/08;H02K11/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 姜雪梅

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年9月7日提交的名稱為“具有一體式抗電磁干擾屏障的可變磁阻式旋轉變壓器和具有該可變磁阻式旋轉變壓器的旋轉電機”且序列號為61/698,497的美國臨時專利申請(代理人案號22888-0054)的利益和優先權。

背景技術

本發明涉及旋轉電機，諸如馬達和發電機，具體涉及在旋轉電機中使用的可變磁阻式旋轉變壓器，更具體地涉及減小外部磁力對輸出電壓的影響的可變磁阻式旋轉變壓器。

當代旋轉電機越來越多地使用電子控制裝置和傳感器(諸如旋轉變壓器)來控制電機的操作。旋轉電機通常具有相對于彼此旋轉并且彼此電磁地可操作地耦接的靜止定子和可旋轉轉子。因此，旋轉電機(諸如馬達和發電機)的正常操作產生電磁場。電機操作所產生的電磁干擾(“EMI”)會劣化一些電子控制裝置和傳感器部件的操作。

旋轉變壓器是用于檢測旋轉電機(諸如馬達或發電機)的旋轉位置的一類裝置，并且可用于確定機器轉子和機器定子之間的相對旋轉速度。根據所制造電機的應用，可能期望使可變磁阻式旋轉變壓器與機器轉子可操作地耦接，以便知道其角位置，并且由此知道其速度。這類旋轉變壓器通常用于確定旋轉軸的旋轉速度和/或角位置，并且本領域普通技術人員公知它們的使用方法。例如，在混合動力車輛的發電機/牽引馬達中，旋轉變壓器通常用于確定轉子的角位置，由此控制器在控制與發電機/牽引馬達可操作地耦接的轉換器的操作時可利用此信息。

與用于較惡劣環境中的裝配有霍爾元件或光電晶體管的可替代裝置相比，旋轉變壓器由于其相對較好的能力而被廣泛用作在差條件下使用的旋轉機器的旋轉位置檢測裝置。這類旋轉變壓器通常被放置在例如排列在機器外殼內的馬達或發電機的激勵器繞組附近，流過這些繞組的激勵電流所產生的電磁噪聲有時會疊加到旋轉變壓器定子激勵線圈或輸出線圈上。因此，不能檢測到準確的旋轉位置和速度。此外，旋轉變壓器由于在將它們安裝到電機之前或期間的錯誤操作可能易于損壞。經常，旋轉變壓器采用部件式塑料蓋，用于保護旋轉變壓器的脆弱或關鍵的功能區域免受操作損壞。

旋轉變壓器通常包括具有內周的旋轉變壓器定子和布置在旋轉變壓器定子內周的徑向內部的旋轉變壓器轉子。旋轉變壓器定子圍繞旋轉變壓器轉子并且相對于機器定子具有固定的位置。旋轉變壓器轉子與機器轉子同心地布置并且與機器轉子一致地旋轉。一類旋轉變壓器是具有纏繞在旋轉變壓器定子的相同多個磁極上的激勵線圈和輸出線圈的可變磁阻式旋轉變壓器。多個定子磁極輸出線圈串聯連接，以獲得單輸出線圈輸出。這類可變磁阻式旋轉變壓器設置有在旋轉變壓器定子上的多個磁極、在旋轉變壓器轉子上的多個齒、激勵線圈、輸出轉子X方向或正弦分量的第一輸出線圈、和輸出轉子Y軸或余弦分量的的第二輸出線圈，其中輸出線圈纏繞在旋轉變壓器定子的相關磁極上。

當從旋轉變壓器外部施加磁場時，常常存在以下情況，即，由外部磁場引起的磁通量與期望的可變磁場混合，該期望的可變磁場指示相對旋轉的旋轉變壓器轉子和旋轉變壓器定子之間的相對位置。外部磁場在每個可變磁阻式旋轉變壓器的定子輸出線圈上感生電壓，并且在輸出線圈上產生額外的感生電壓，從而降低了可變磁阻式旋轉變壓器的準確度。具體地，當空間限制需要旋轉變壓器密切靠近EMI源(電磁干擾源)時，必須采用屏障來保護旋轉變壓器信號不受外部干擾源影響。

現有技術電機的EMI屏障由導電、導磁的材料形成并通常是機器的可單獨地組裝并且利用諸如螺釘和螺栓的緊固件固定就位的部件。磁導率指的是材料支持在其自身內形成磁場的能力。導磁材料將響應于所施加的磁場而進行磁化。用亨/米或牛/平方安培計量磁導率。磁導率常數，μ₀，被定義為自由空間(即，真空)的磁導率。材料的相對磁導率是該材料的磁導率與磁導率常數之比。高相對磁導率表示材料支持在其自身內形成磁場的能力較強。空氣的相對磁導率約為1。鋁和不銹鋼通常被認為是非磁性的，并且具有落在大約1至大約2的范圍內的相對磁導率；含鐵金屬材料通常具有在它們內支持磁場的能力并且具有較高的相對磁導率。例如，碳鋼通常具有大約50至100的相對磁導率。高度可磁化的硅鋼(例如4％的硅鋼)常常具有至少大約2000的相對磁導率。電工鋼通常具有在大約3000至大約8000范圍內的相對磁導率。可采用相對磁導率至少為大約50的碳鋼來提供具有EMI阻擋性的導磁屏障，這對一些應用是有利的。但是，使用相對磁導率至少為大約2000的硅鋼或電工鋼將提供更好的EMI屏蔽性但相對更貴。