專利名稱：電子換向電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如獨立權(quán)利要求前序部分所述的電子換向電動機。
背景技術(shù)：
從EP-A732801中公開了一種上述類型的包括一個轉(zhuǎn)子位置測定裝置的電子換向電動機，該測定裝置檢測定子極和轉(zhuǎn)子極對峙于其上的一個表面。電子換向電動機，在所示實施例中是一個具有三相、6個定子極和4個轉(zhuǎn)子極的已接通的磁阻電動機，同時在所有三相上通上測試電流。由于在轉(zhuǎn)子極和定子極之間的重疊各不相同，所以在至少一個相里的電感與另外兩相里的電感是不同的。電感影響了測試電流的電流升高速度，這個速度可在這三個相里檢測到。對應(yīng)于電感的電流升高速度與三個預(yù)定的信號電平等級進(jìn)行比較并相應(yīng)分類。根據(jù)測量原理和涉及轉(zhuǎn)子極和定子極之間表面的幾何關(guān)系，上述位置測定裝置可以達(dá)到的精度為15°，這種精度足以確定為電動機起動過程而必須流入電流的相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是給出具有一個有高精度的轉(zhuǎn)子位置測定裝置的一種電子換向電動機。
本發(fā)明由獨立權(quán)利要求中給出的特征來解決。
在按照本發(fā)明的電子換向電動機中，位置測定裝置考慮了轉(zhuǎn)子極和定子極在其上對置的整個表面。在這里，定子極和轉(zhuǎn)子極的極角分別定為這樣的值，即在取該極角值時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈造成表面面積變化。
本發(fā)明以高精度提供了在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的一個角度范圍之內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置。該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度范圍取決于轉(zhuǎn)子的極數(shù)。對于四極轉(zhuǎn)子來說，求出在一個90°的角度范圍內(nèi)的位置就夠了。若是一個六極轉(zhuǎn)子，那么60°就夠了。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的這些角度范圍之內(nèi)，例如可以用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的裝置進(jìn)行粗略的位置測定。若是具有6個定子極和4個轉(zhuǎn)子極的一種三相電動機，那么可達(dá)到+/-15°的精度。在該角度范圍內(nèi)，本發(fā)明提高精度直至小于1°。轉(zhuǎn)子極和定子極的極角可以通過實驗或者根據(jù)表格來確定。優(yōu)選這樣的值，即在取該值時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時出現(xiàn)了最大面積變化。
本發(fā)明的電子換向電動機的有利其它實施形式和技術(shù)方案見從屬權(quán)利要求。
一種合適的技術(shù)方案規(guī)定，轉(zhuǎn)子角等于定子角。除了在考察磁通時得出的優(yōu)點之外，該技術(shù)方案的優(yōu)點是簡化了轉(zhuǎn)子極和定子極的極角的確定。
一種有利的技術(shù)方案規(guī)定了，定子至少由兩部分構(gòu)成并且在至少兩個定子部分之間的電容的測量被用來求出位置。電容耦合一方面發(fā)生在因定子劃分而形成的定子扇段上，另一方面出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子極和定子極之間的與位置相關(guān)的搭接面上。
另一種可選的技術(shù)方案規(guī)定，檢測由轉(zhuǎn)子和定子組成的整個裝置的電感。在這里，一些極并最好是轉(zhuǎn)子的所有極都有一個傳感線圈，其中所有線圈最好是串聯(lián)的。
另一種技術(shù)方案提出了電容測量和電感測量的組合。電感和電容被聯(lián)接成一個振蕩回路如一個串聯(lián)振蕩回路。頻率可變的振蕩器激發(fā)此振蕩回路，其中檢測振蕩回路電壓。根據(jù)頻率可變的振蕩器的頻率變化，可以確定振蕩回路的諧振頻率，它是衡量轉(zhuǎn)子位置的一個尺度。
本發(fā)明的電子換向電動機例如以已接通的磁阻電動機的形式來實現(xiàn)，其特點是構(gòu)造堅固，這是因為轉(zhuǎn)子沒有其它的電氣構(gòu)件。
本發(fā)明的電子換向電動機的其它有利技術(shù)方案見其它從屬權(quán)利要求和以下的說明。


圖1表示一個電子換向電動機的草圖，該電動機在所示實施例中有6個定子極和4個轉(zhuǎn)子極。
圖2a表示電感式位置測定。
圖2b表示電容式的精確測定。
圖2c表示用一個振蕩回路進(jìn)行的位置測定。
具體實施例方式
圖1中，作為電子換向電動機的例子地示出了一個接通的磁阻電動機，該電動機具有第一至第六定子極10-15和一個具有第一至第四轉(zhuǎn)子極17-20的轉(zhuǎn)子16。
定子極10-15的定子極角為βS，轉(zhuǎn)子極17-20的轉(zhuǎn)子極角為βR。定子極10-15配備有第一至第六極線圈21-26并各有第一至第六傳感線圈27-32。
第二至第六極線圈具有第一至第六極線圈接頭33-38。第一至第六傳感線圈27-32相互串聯(lián)，其中，該串聯(lián)被接第一傳感器接頭39。
電子換向電動機的定子16被分成第一、第二定子扇段40、41，這些扇段在第一、第二分離點42、43上連接起來。這兩個定子扇段40、41各自導(dǎo)電接通并通至第二傳感器接頭44。
定子極10-15在其端面上具有第一至第六定子極表面45-50，而轉(zhuǎn)子16在其轉(zhuǎn)子極17-20的端面上具有第一至第四轉(zhuǎn)子極表面51-54。
圖2a表示一個第一傳感器信號分析處理裝置60，它與第一傳感器接頭39連接。第一傳感器信號分析處理裝置60求出具有第一至第六定子極10-15以及具有第一至第四轉(zhuǎn)子極17-20的轉(zhuǎn)子16的裝置的電感61。根據(jù)電感61，第一傳感器信號分析處理裝置60輸出一個輸出信號60，該信號也是轉(zhuǎn)子極表面和定子極表面45-50；51-54在其上對置的表面面積的尺度。
圖2b示出了一個第二傳感器信號分析處理裝置70，它與第二傳感結(jié)構(gòu)44連接。第二傳感器信號分析處理裝置70測量在這兩個定子扇段40、41之間出現(xiàn)的電容71。第二傳感器信號分析處理裝置70發(fā)出一個輸出信號72，該信號也是轉(zhuǎn)子極表面和定子極表面45-50；51-54在其上對置的表面的尺度。
圖2c表示一個第三傳感器信號分析處理裝置80，它既與第一傳感器接頭39連接，也與第二傳感器接頭44相連。第三傳感分析處理裝置80包括一個具有電感61和電容71的振蕩回路。第三傳感器信號分析處理裝置輸出一個輸出信號81，它又是轉(zhuǎn)子極表面和定子極表面54-50；51-54在其上對置的表面的尺度。
圖1所示的并作為一個電子換向電動機的例子的接通的磁阻電動機在所示實施例中包含第一至第六定子極10-15和具有第一至第四轉(zhuǎn)子極17-20的轉(zhuǎn)子16。很容易地可以規(guī)定另外一種極數(shù)組合來代替所示的極數(shù)，例如一個具有8個定子極和6個轉(zhuǎn)子極的電動機。
裝在第一至第六定子極10-15上的第一至第六極線圈21-26與至少一個未詳細(xì)示出的末級電路相連，該電路在確定某些轉(zhuǎn)子位置而求得的時刻將激勵電流輸入到第一至第六極線圈21-26中。對于在實施例中所示的接通的磁阻電動機來說，最好使第一和第三極線圈21、24、第二和第四極線圈22、25以及第三和第六極線圈23、26分別聯(lián)接成一個相。聯(lián)接必須這樣來進(jìn)行，即在各兩個相互對峙的定子極表面45、48；46、49；47、50上產(chǎn)生一個磁場，該磁場在各自預(yù)定方向上吸引轉(zhuǎn)子。然后，電流必須以一個預(yù)定順序以及以一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)的持續(xù)時間輸入，以便能夠在一個預(yù)定方向上產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩。效率應(yīng)盡可能高。因而必須了解轉(zhuǎn)子16的除對稱之外的位置。轉(zhuǎn)子16的位置可以例如用如現(xiàn)有技術(shù)所述的裝置粗略測定。在那里，轉(zhuǎn)子16位置測定的精度達(dá)+/-15°，其方法是測量在三個相線圈中的和劃歸為三個電流范圍的電流的升高速度。電流升高速度取決于在相線圈里出現(xiàn)的各電感。所測得扇形的精度+/-15°在此適用于一種電子換向電動機，它如在按圖1所示的實施例中那樣具有六個定子極10-25和四個轉(zhuǎn)子極17-20并附加的定子極10-16聯(lián)成三相。求出轉(zhuǎn)子16所處的+/-15°扇形就足以能夠為起動過程選擇相關(guān)的相。
本發(fā)明的裝置則可以通過測量定子極表面45-50和轉(zhuǎn)子極表面51-54相互對峙于其上的表面面積來確定在例如+/-15°扇面之內(nèi)的轉(zhuǎn)子16的位置。這里的先決條件是，轉(zhuǎn)子16在旋轉(zhuǎn)一圈時，該表面面積發(fā)生了變化。這種變化取決于定子極角βS、轉(zhuǎn)子極角βR以及電動機的幾何構(gòu)形。例如與旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)地，定子極10-15在徑向上不均勻分布和/或轉(zhuǎn)子極17-20不均勻分布，這就可能造成在旋轉(zhuǎn)一圈時的表面面積變化。表面面積或者說在轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)一圈時的表面面積變化可以或者是用實驗求得的，或者是與轉(zhuǎn)角步距相關(guān)地計算求得的。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式，假定定子極角βS和轉(zhuǎn)子極角βR同樣大小。該措施確保了，無論在定子極10-15里還是在轉(zhuǎn)子極17-20里，單位面積上總出現(xiàn)至少近似相同大小的磁化，從而使所應(yīng)用材料的可磁化性得以盡可能完全地充分利用。下表1假定定子極角βS和轉(zhuǎn)子極角βR分別等于β。根據(jù)該實施例的電動機的設(shè)計應(yīng)滿足以下關(guān)系30°＜＝β＜＝45°。通常，在轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)一圈時，面積隨著一個360°/(轉(zhuǎn)子極17-20的數(shù)量)-360°/(定子極數(shù)量10-15)的周期而變化，其中假定轉(zhuǎn)子極17-20的數(shù)量不等于定子極10-15的數(shù)量。在所述的實施例中，該周期為30°。表1包含了定子極10-15和轉(zhuǎn)子極17-20相互對峙于其上的角度扇形與表面面積成正比之和。
表1

由表1可見，當(dāng)極角β為30°時，就不能測到什么了。當(dāng)極角β較大時，至少可以求出屆時定子極10-15和轉(zhuǎn)子極17-20相互對峙的時刻。當(dāng)極角β＝45°時，轉(zhuǎn)子16的位置可以在+/-15°-扇段之內(nèi)精確確定?？梢匀菀椎剡_(dá)到小于1°的精度。
以下給出了一個電子換向電動機的一個在附圖中未示出的實施例，該電動機例如具有8個定子極和6個轉(zhuǎn)子極。定子極可以接至一個四相電動機。若重新又假定定子角βS和轉(zhuǎn)子角βR都等于β，那就可以設(shè)計電動機，使其符合15°＜＝β＜＝30°其中面積變化的周期＝360°/(轉(zhuǎn)子極17-20的數(shù)量)-360°/(定子極10-15的數(shù)量)，這里就是＝15°。在此也假定，轉(zhuǎn)子極17-20的數(shù)量不等于定子極10-15的數(shù)量。
由于對稱原因，在此實施例中足以求出在一個60°的扇形之內(nèi)的位置。首先例如可以用背景技術(shù)中公開的裝置通過求出在這些相里各個電感的特性參數(shù)并相應(yīng)地分類成四個等級來求出轉(zhuǎn)子的位置，轉(zhuǎn)子位置則精確到直至包括+/-7.5°的扇形。為了更準(zhǔn)確地確定在+/-7.5°扇形內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置，現(xiàn)可重新求出轉(zhuǎn)子極和定子極相互對峙于其上的表面面積。
在下表2中，又表示了定子極和轉(zhuǎn)子極相互對峙于其上的角度扇形的與表面面積成正比的和。
表2

由該表可見，在電子換向電動機的這種設(shè)計方案中，有利的極角β位于22°和23°之間。
求表面積可以用電容法和/或電感法來進(jìn)行。電感法測量可以用一個優(yōu)選裝在所有定子極10-15上的輔助線圈來進(jìn)行。在圖1所示的實施例中，設(shè)有第一至第六傳感線圈27-32，它們串聯(lián)聯(lián)接并引向第一傳感器接頭39。在第一傳感器接頭39上接有第一傳感器信號分析處理裝置60，它求出整個裝置的電感61。電感61例如可以在一個未詳細(xì)示出的電橋電路中求出。第一傳感器信號分析處理裝置60提供輸出信號62，它是衡量轉(zhuǎn)子16的表面面積或者位置的尺度。
電感由整個裝置的自感系統(tǒng)L來確定。下式適用于在所示實施例中的所示傳感線圈27-32的串聯(lián)電路L＝∑Li＝∑μ*μ0*Fi*n2/1＝(∑Fi)*μ*μ0*n2/1其中用Fi分別表示出現(xiàn)在定子極10-15上的部分面積。
另一可能性規(guī)定了用電容法求出面積。為此，定子16在第一和第二分離點42、43上電氣分離成第一、第二定子扇段40，41。這兩個扇段40、41引至第二傳感器接頭44上，在這個接頭上連接有第二傳感器信號分析處理裝置70。第二傳感器信號分析處理裝置70求出出現(xiàn)在第一定子扇段40和轉(zhuǎn)子16之間以及轉(zhuǎn)子16和第二定子扇段41之間的電容。在一個等效電路圖里，可以引入兩個串聯(lián)接接的電容器。此外，在分離點42、43上各出現(xiàn)一個電容，然而它與轉(zhuǎn)子16的位置無關(guān)。下式適用于電容1/C＝1/C1+1/C2C1是在第一定子扇段40和轉(zhuǎn)子16之間的電容；C2是在第二定子扇段41和轉(zhuǎn)子16之間的電容。
若一個電動機的轉(zhuǎn)子16的半徑例如為5cm，極面積為40cm2，并假設(shè)定子極角βS等于轉(zhuǎn)子極角βR＝45°，那么電容器面積的變化范圍為53.5cm2至66.3cm2。假定在定子極10-15和轉(zhuǎn)子極17-20之間的間隙為0.2mm，那么電容就在230PF和300PF之間變化。
若一個電動機的轉(zhuǎn)子16的半徑假定為5cm，極面積為40cm2，并進(jìn)一步假設(shè)定子極角βS等于轉(zhuǎn)子極角βR＝45°，那么面積變化范圍就在107cm2和132.6cm2之間。
若極高為2.5cm，有10個線圈以及導(dǎo)磁率為μ＝1000，那么自感系數(shù)L在650μH和800μH之間變化。
第二傳感器信號分析處理裝置70求出總電容71并輸出信號72作為衡量轉(zhuǎn)子16的面積或位置的尺度。
由于無論是電感式還是電容式測量都是基于面積變化，因而為了提高測量精度而規(guī)定，將這兩種測量方法組合在一起。在這種設(shè)計方案中，設(shè)有第三傳感器信號分析處理裝置80，它既與第一傳感器接頭39連接，也與第二傳感器接頭44連接。第三傳感器信號分析處理裝置80包含一個振蕩回路，該回路在等值電路圖中包含裝置的電感61和電容71。振蕩回路可以設(shè)計成串聯(lián)或者并聯(lián)回路。一個未詳細(xì)表示出的頻率可變的振蕩器激發(fā)振蕩回路振蕩。測量諧振頻率電壓。在已給出的實例中，電容71的變化范圍為360PF至450PF，電感61的變化范圍為650μH至800μH的情況下，諧振頻率在229KHz和182KHz之間變化。
為了提高防止轉(zhuǎn)子16位置測量失效的可靠性，本發(fā)明規(guī)定，將至少兩種測量方法組合在一起。當(dāng)電容測量或電感測量出現(xiàn)失效時，則分別有另一種測量尚可應(yīng)用。
另一種用來總體降低電子換向電動機失效概率的可能性在于，使用一個以上的控制電路給極線圈21-26供電。在圖1所示的有兩個定子扇段40、41的實施例中，適當(dāng)?shù)卦O(shè)有兩個分開的控制電路。轉(zhuǎn)子16的位置被提供給所有的控制電路，以便求出對各極線圈21-26通入電流的時刻。另一個提高工作可靠性的措施在于控制電路是由單獨的能源供電的。
權(quán)利要求
1.一種電子換向電動機，它有一個電動機位置測定裝置，該裝置檢測定子極和轉(zhuǎn)子極(10-15；17-20)相互對峙于其上的一個表面的面積，其特征在于，在測定位置時考慮整個面積；所述定子極和轉(zhuǎn)子極(10-15；17-20)的極角(βS，βR)分別被定為這樣的值，即在取該值時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈造成該表面面積變化。
2.按權(quán)利要求1所述的電子換向電動機，其特征在于，所述定子極角(βS)等于所述轉(zhuǎn)子極角(βR)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電子換向電動機，其特征在于，該定子被至少分成兩個定子扇段(40，41)；位置求出是通過電容方式進(jìn)行的。
4.按上述權(quán)利要求之一所述的電子換向電動機，其特征在于，所述定子極(10-15)包含傳感線圈(27，32)；并且用電感法進(jìn)行位置測量。
5.按權(quán)利要求3和4所述的電子換向電動機，其特征在于，設(shè)有一個振蕩回路；并且通過求出諧振頻率來進(jìn)行位置測量。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的電子換向電動機，其特征在于，該電動機被設(shè)計為已接通的磁阻電動機。
全文摘要
建議一種電子換向的電動機，它具有一個轉(zhuǎn)子位置測定裝置，該裝置檢測定子極和轉(zhuǎn)子極(10－15；17－20)相互對峙于其上的一個表面的面積。測定位置時考慮到整個表面。定子極和轉(zhuǎn)子極(10－15；17－20)的極角(β
文檔編號H02K29/06GK1496603SQ02806612
公開日2004年5月12日 申請日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者R·卡雷爾梅耶, E·迪爾格爾, R 卡雷爾梅耶, 穸 申請人:羅伯特-博希股份公司