專利名稱：具有設(shè)置在槽里面的線匝的電機以及使電機運行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，具有設(shè)置在槽里面的線匝，本發(fā)明還涉及一種用于使如獨
立權(quán)利要求前序部分所述的電機運行的方法。 通過EP 0917755B1已知一個直流電動機的整流裝置，其中電刷頂靠在整流片的
接觸面上。在此電子電路獲得電機電流波動性的頻率，用于由此確定電機轉(zhuǎn)速。為了獲得可
靠的轉(zhuǎn)速信息，整流片的棱邊與整流器的縱軸線或者與電刷的棱邊具有一個確定的角度。
這種整流器的加工是非常費事的并且不能產(chǎn)生小于槽頻率的波動性頻率。 在這種電機中為了識別轉(zhuǎn)速，評價電流信號的交流分量。這個信號的波動性通過
不同的原因產(chǎn)生。大部分波動性具有整流器槽的數(shù)量。在電流信號中能夠識別槽數(shù)量和其
倍數(shù)。在此最小公倍數(shù)的階大多由槽數(shù)和磁鐵極數(shù)產(chǎn)生。這種波動性在下轉(zhuǎn)速范圍(較低
轉(zhuǎn)速)和在大負荷下由于電樞電阻在整流器上的變化引起。在接近空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和在低電流時
通過感應(yīng)電壓的變化產(chǎn)生波動性，該電壓由于磁場中的線圈繞組引起。在中等電機負荷時
波動性在電流信號的時間過程中通過兩個效應(yīng)引起。兩個效應(yīng)可以相互相位移并且在不同
的工作點消失，由此使槽級和其倍數(shù)在電流變化中在電機特征曲線上明顯變化并且也可能消失。 此外在電流變化中通過階產(chǎn)生比槽級的電流波動更小的電流波動。階大多是磁極的數(shù)倍。由于磁回路對稱中不期望的誤差如磁鐵的位置誤差或材料誤差引起電流波動的這些階。這些階在時間的電流變化中由于其不規(guī)則性妨礙可靠地評價，為了確定電機-轉(zhuǎn)速信號。為了評價電流波動的槽級還必需使波動性超過一定的振幅高度，用于可以評價信號。此外階的振幅在不同的工作點上變化，這附加地使評價更困難。對于較大槽數(shù)的電機絕大多數(shù)階在電流波動的電流變化中由于多數(shù)量的槽和磁極位于這樣地高，使得評價電路需要以更高的掃描頻率用于確定電機轉(zhuǎn)速。這意味著較高的費用和較高的成本，因為微處理器必需更快和更好。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明優(yōu)點 相比之下，具有獨立權(quán)利要求特征的按照本發(fā)明的電機以及按照本發(fā)明的用于使該電機運行的方法的優(yōu)點是，這樣改變線匝在轉(zhuǎn)子槽里面的數(shù)量，使先后整流的線圈的線匝數(shù)量近似正弦曲線地給出。這種在整流的時間順序上線匝數(shù)量的正弦形變化產(chǎn)生電動機電流信號的附加波動性，其頻率對應(yīng)于極數(shù)、每個整流相的正弦函數(shù)周期數(shù)與電機旋轉(zhuǎn)頻率的乘積。由此產(chǎn)生電流變化的附加波動性，它在頻率上小于槽頻率，它通過整流片的數(shù)量產(chǎn)生。這些附加產(chǎn)生的電流峰值與電機的工作點和負載電流的數(shù)值無關(guān)地近似具有恒定的振幅。因此可以非常有利地評價這個疊加的電流波動信號，用于獲得關(guān)于轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期時間的信息。通過在換向循環(huán)上導(dǎo)體數(shù)量的正弦形變化能夠在很大程度上使附加電流波動信號的更高階的干擾消失。由此可以明顯地降低由于電流波動性引起的電機的噪聲激勵，因此盡管轉(zhuǎn)矩波動性也實現(xiàn)對于舒適驅(qū)動相對安靜的運行。
3
通過在從屬權(quán)利要求中描述的措施能夠?qū)崿F(xiàn)在獨立權(quán)利要求中給出的實施例的 有利改進和改善。已經(jīng)證實特別有利的是，相繼地整流的線匝的數(shù)量精確地以一個線匝變 化。由此實現(xiàn)線匝變化的盡可能光滑的正弦曲線，由此最佳地抑制干擾的噪聲激勵。在此 也可以選擇地使兩個相繼的線圈具有相同數(shù)量的線匝。 在優(yōu)選的實施例中直流電動機的轉(zhuǎn)子具有14個槽，在其中同樣總共放入14個線 圈。這個實施例例如具有4個磁極，它們通過環(huán)繞的磁環(huán)產(chǎn)生，它具有最好90度的均勻極 環(huán)距。在這個實施例中通過線匝數(shù)量在整流器循環(huán)上的正弦形變化產(chǎn)生方便檢測的波動性 信號，它具有例如每個整流循環(huán)4個電流波動。 特別有利的是，最好對應(yīng)于轉(zhuǎn)子槽數(shù)量的整流片的數(shù)量不能由磁極的數(shù)量整除。 由此減小電機的止動轉(zhuǎn)矩并且改善電機的同步特性。 特別有利的是，利用每個線圈的線匝的變化構(gòu)成正弦函數(shù)在整流相上的正好一個
周期。由此可以使要檢測的電流波動的振幅最大化，由此可以簡化評價裝置。 在此不重要的是，在轉(zhuǎn)子圓周上相鄰的槽的線匝數(shù)量不連續(xù)正弦形地變化。重要
的是，關(guān)于先后整流的線圈的序列，線匝數(shù)量對應(yīng)于正弦函數(shù)變化，這通過所使用的繞組圖
可以不同于轉(zhuǎn)子上的槽布置。 在優(yōu)選的實施例中電機具有線圈，它具有8至15個單個的線匝。如果每個線圈的 線匝數(shù)量例如在10至13個線匝之間變化，則對于14槽的電機產(chǎn)生線匝變化的相對光滑的 正弦函數(shù)，方式是使每個相繼地整流的線圈大致正好以一個線匝變化。 按照本發(fā)明的每個線圈的線匝數(shù)量變化也可應(yīng)用于相對于轉(zhuǎn)子軸線點對稱纏繞 的線圈，它們由兩個對稱的分線圈構(gòu)成。在此兩個分線圈的線匝數(shù)量關(guān)于相鄰的分線圈以 相同的程度變化，由此不產(chǎn)生附加的徑向力。 按照本發(fā)明的用于使電機、最好是直流電動機運行的方法的優(yōu)點是，通過按照本 發(fā)明的單個線圈的線匝數(shù)量變化可以產(chǎn)生具有相對恒定振幅的相同的電流波動，它在電機 的不同工作范圍上只不明顯地變化。通過這個附加產(chǎn)生的電流波動的明顯更低的頻率可以 降低轉(zhuǎn)速評價單元的掃描速度，由此可以降低評價裝置的要求，由此也降低其成本。按照本 發(fā)明產(chǎn)生的電動機電流的波動性信號可以特別有利地用于實現(xiàn)電動調(diào)整的部件的卡緊保 護功能。在此利用評價單元研究代表轉(zhuǎn)速的信號隨時間的變化，為此求得單個電流波動之 間的時間間隔。


在附圖中示出本發(fā)明的實施例并且在下面的描述中詳細解釋。附圖中
圖1示出按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的第一實施例，具有簡示的線匝數(shù)量變化，
圖2示出電機的另一實施例，包括簡示的線匝數(shù)量變化。 在圖1中示出電機12，它例如由直流電機14構(gòu)成。該電機12具有支承在轉(zhuǎn)子軸 16上的轉(zhuǎn)子18，它為了容納電線圈30具有多個槽24。這些槽24例如在整流片組26里面 構(gòu)成，它由單個的、軸向相互疊摞的整流片板27組成。圖1中的轉(zhuǎn)子18具有例如8個槽 24，在其中設(shè)置總共8個線圈30。這些線圈30例如利用全節(jié)距繞組相對于轉(zhuǎn)子軸線17點 對稱地纏繞，由此在每個槽24里面設(shè)置兩個不同線圈30的半線圈。線圈30與整流器20 的整流器片22電連接，整流器通過未進一步示出的電刷28加載電流。每個線圈30由單個線匝36組成，其數(shù)量通過在槽24里面給出的數(shù)字表示。例如具體的線圈31具有11個線匝36，它們穿過對置的槽24纏繞。在相同的槽對里面設(shè)置第二線圈33，它具有11個線匝36，該線圈在本實施例中與線圈31同時整流。在轉(zhuǎn)子18的圓周方向上的下一線圈對61，63分別具有12個線匝36。然后在轉(zhuǎn)子18上銜接4個線圈30，分別具有10個線匝36，然后接著它們的是分別具有11個線匝36的線圈對31， 33。在圖右半部示出整流器20的被退繞的整流片組22，其中數(shù)字的序列分別表示先后的整流的線圈30的線匝36數(shù)量。在此產(chǎn)生先后的整流的分別具有不同數(shù)量的線匝36的線圈30的順序。因此在一個整流相中先后銜接的線圈30分別具有10， 11， 12， 10個線匝36，因此線匝數(shù)量的變化給出示意的近似正弦函數(shù)60。在此8個線圈30中總是由兩個線圈同時整流，其中它們具有總是相同數(shù)量的線匝36。整流相(在其中再達到相同的整流狀態(tài))在這里是四個先后銜接的整流狀態(tài)，它們周期地重復(fù)。根據(jù)電刷28的數(shù)量或者根據(jù)與此對應(yīng)的磁極32數(shù)量，在整流器-轉(zhuǎn)上的線匝數(shù)量變化的正弦形曲線60具有一個或多個周期38。在圖1中示出兩個周期38，它們通過鏡像面40分開。 在圖2中示出另一實施例，其中電機12具有定子34，它具有磁環(huán)46，該磁環(huán)具有例如四個具有約90°的極距角50的磁極32。該磁環(huán)46由封閉的環(huán)繞的環(huán)構(gòu)成，因此單個磁極32無縫隙地相互過渡。在轉(zhuǎn)子軸16上設(shè)置整流子20，在其上靠置有對應(yīng)于磁極32數(shù)量的同樣多的電刷28(例如4個)。在圖下半部也簡示出線匝數(shù)量在先后整流的線圈30的次序中的正弦形變化。每個線圈30的線匝36的數(shù)量在這里例如在10至13之間變化，其中該變化是每先后整流的線圈30只一個單一的線匝36。在此整流相在7個整流狀態(tài)上延伸，它們一起形成正弦曲線60的一個周期。由此得到對于線匝數(shù)量的變化的特別光滑的正弦曲線60。在這個4極電機12的實施例中由此得到對于利用線匝變化產(chǎn)生的附加電流波動性頻率的四倍轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率。在此通過磁極階向電動機電流變化上施加振動。這種電流波動性頻率明顯低于電機電流信號的相應(yīng)槽頻率。在這種情況下按照正弦曲線60的先后整流的線圈30的序列不與關(guān)于轉(zhuǎn)子18圓周的線圈30的順序完全相同。線圈30在這個實施例中分別由兩個對稱的分線圈29構(gòu)成，它們在幾何上相互平行地關(guān)于假想的通過轉(zhuǎn)子軸線17的平面鏡像地設(shè)置。在此兩個分線圈29同樣電并聯(lián)地接線并且分別與相同的整流片22連接，因此兩個分線圈29共同關(guān)于定子34的磁極32如同唯一的線圈30那樣起作用。這一點示例地以具體的線圈53表示，其中第一分線圈29順時針地纏繞在第一與第四槽24之間，并且第二分線圈29纏繞在第八與第十一槽24之間。由兩個分線圈29組成的線圈53分別具有例如13個線匝36。在順時針方向上后序的定子18線圈30分別由11， 10， 12， 12，10， 11個線匝36組成。在本實施例中整流器20具有十四個整流片22，它們與七個由總共14個分線圈29組成的線圈30連接。在此在整流后由7個相繼的線圈30再實現(xiàn)整流的相同相位，如同在初始位置時達到那樣，因此在14個整流片22和四個電刷28時在一個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)上得到四個周期38。 為了確定轉(zhuǎn)速信息，評價通過電刷28和整流器20流動的電動機電流信號的波動性，并由此得到信號，它代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速或周期長度。在為此將電動機電流信號輸送到電子單元40，它具有卡緊保護功能44。為了確定，是否超過例如對于利用電機12要調(diào)整的部件的確定關(guān)閉力，檢測代表轉(zhuǎn)速的信號的變化。為此將優(yōu)選以按照本發(fā)明的電流波動性的頻率讀出的測量值相互比較，用于識別轉(zhuǎn)速降。為了釋放關(guān)閉力，例如將代表轉(zhuǎn)速的信號的變化與給定值比較，由此可以調(diào)整低于關(guān)閉力或彈簧率的確定閾值。 要注意，對于在附圖和描述中所示的實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)各個特征相互間的多種組 合可能性。因此例如可以改變磁極32和整流片22的數(shù)量。由此可以使產(chǎn)生的電流波動信 號匹配于轉(zhuǎn)速評價的要求，其中電流波動信號最好具有比槽頻率更低的頻率。磁極32、線圈 30以及槽24的數(shù)量、布置和結(jié)構(gòu)可以匹配于各自的應(yīng)用、尤其是各自的功率要求。因此電 機12例如也可以由外轉(zhuǎn)子電機構(gòu)成。線圈30的纏繞方法同樣可以改變，例如也可以使用 單齒繞組，其線匝數(shù)量按照本發(fā)明型調(diào)整。電機12最好用于汽車中的伺服驅(qū)動，例如用于 調(diào)整座位部件、窗戶玻璃和窗簾，但是不局限于這些應(yīng)用。
權(quán)利要求
電機(12)，尤其用于電動地調(diào)整汽車中的活動部件，具有定子(34)和轉(zhuǎn)子(18)，其中在轉(zhuǎn)子(18)上構(gòu)成槽(24)，在其中設(shè)置電線圈(30)的單個線匝(36)，它們與整流器(20)的整流片(22)接觸，該電機還具有評價單元(40)，它由電動機電流信號的波動性求得轉(zhuǎn)速信息，其特征在于，選擇線圈(30)的單個線匝(36)的數(shù)量，使線匝(36)數(shù)量的序列在其整流的次序中接近正弦函數(shù)(60)。
2. 如權(quán)利要求l所述的電機(IO)，其特征在于，兩個先后整流的線圈(30)的線匝(36) 的數(shù)量正好相差一個線匝(36)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電機(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(18)具有正好十四個 槽(24)，所述定子(34)尤其具有正好四個磁極(32)，它們最好設(shè)置在封閉的、一體的磁環(huán) (46)上。
4. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(12)，其特征在于，所述整流器(20)的整流片 (22)數(shù)量不是磁極(32)數(shù)量的整倍數(shù)。
5. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(12)，其特征在于，在整流器(20)上正好頂靠 與設(shè)置在定子(34)上的磁極(32)數(shù)量一樣多的電刷(28)。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(IO)，其特征在于，通過線匝(36)在整流相上 的序列正好模型化具有最小值和最大值的周期(38)。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(IO)，其特征在于，所述線圈(30)關(guān)于整流順 序的布置次序與線圈(30)在轉(zhuǎn)子(18)圓周上空間布置的序列不同 。
8. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(IO)，其特征在于，每個線圈(30)的單個線匝 (36)的數(shù)量在8至15、尤其是10至13之間。
9. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(IO)，其特征在于，所述線圈(30)由關(guān)于轉(zhuǎn)子 (18)的旋轉(zhuǎn)軸線(17 )點對稱的分線圈(29)構(gòu)成，它們尤其電并聯(lián)或相互串聯(lián)地布線， 點對稱的分線圈(29)總是精確地具有相同數(shù)量的線匝(36)。
10. 用于使如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(12)、尤其是汽車中的伺服驅(qū)動裝置 運行的方法，其特征在于，選擇單個線匝(36)在整流順序上的數(shù)量變化，從而抑制電動機 電流信號波動性的高次諧波，并且產(chǎn)生波動性可檢測的頻率，其小于由于整流片(22)之間 的槽(24)產(chǎn)生的振幅變化的槽頻率，尤其是對應(yīng)于磁極(32)數(shù)量。
11. 用于使如上述權(quán)利要求中任一項所述的電機(12)運行的方法，其特征在于，作為 轉(zhuǎn)速信息，代表轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的周期長度的信號被輸送到評價單元(40)，它根據(jù)這個信 號的時間變化識別活動部件的卡緊，并使電機反向和/或停止。
12. 用于使如權(quán)利要求中任一項所述的電機(12)運行的方法，其特征在于，將所述信 號的變化與存儲的極限值進行比較，用于在超過或低于極限值時釋放卡緊保護功能(44)。
全文摘要
一個電機(12)，以及一種用于使這種電機運行的方法、尤其用于電動地調(diào)整汽車中的活動部件，具有定子(34)和轉(zhuǎn)子(18)，其中在轉(zhuǎn)子(18)上構(gòu)成槽(24)，在其中設(shè)置電線圈(30)的各個線匝(36)，它們與整流器(20)的整流片(22)接通，該電機還具有評價單元(40)，它由電機電流信號的波動性求得轉(zhuǎn)速信息，其特征在于，這樣選擇線圈(30)各個線匝(36)的數(shù)量，使線匝(36)數(shù)量的順序在其整流的次序中接近正弦函數(shù)(60)。
文檔編號H02K23/02GK101779367SQ200880101705
公開日2010年7月14日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者G·魯斯, T·法伯 申請人:羅伯特.博世有限公司