專利名稱：具有轉(zhuǎn)子的電機(jī)以及用于運(yùn)行電機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按獨(dú)立權(quán)利要求前序部分所述的具有轉(zhuǎn)子的電機(jī)以及用于運(yùn)行 電機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
用EP 0 917 755 Bl公開了一種直流馬達(dá)的整流裝置，其中電刷抵靠在整流器片 的接觸表面上。在此，電子線路檢測(cè)馬達(dá)電流波動(dòng)性的頻率，從而從中確定電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的 大小。為了獲得可靠的轉(zhuǎn)速信息，整流器片的邊緣相對(duì)于整流器縱軸線或者說(shuō)電刷邊緣具 有特定的角度。制造這種整流器非常麻煩，并且不能產(chǎn)生比槽頻率小的波動(dòng)性頻率。在這種電動(dòng)馬達(dá)中，為了識(shí)別轉(zhuǎn)速而分析電流信號(hào)的交流部分。該信號(hào)的波動(dòng)性 由不同的原因產(chǎn)生。大部分波動(dòng)性具有整流器槽的數(shù)量。在電流信號(hào)中能夠識(shí)別槽數(shù)量以 及其倍數(shù)。在此，大多數(shù)出現(xiàn)由槽數(shù)和磁極數(shù)構(gòu)成的最小公倍數(shù)的次序。在下面的轉(zhuǎn)速區(qū) 域(較小轉(zhuǎn)速)內(nèi)并且在由于電樞電阻通過(guò)整流得到改變而引起較大載荷的情況下導(dǎo)致該 波動(dòng)性。在空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速附近并且在小電流時(shí)，通過(guò)感應(yīng)電壓的變化產(chǎn)生了所述波動(dòng)性，該感應(yīng) 電壓的變化由磁場(chǎng)中的線圈繞組引起。在中等馬達(dá)載荷時(shí)，在電流信號(hào)的時(shí)間變化中的波 動(dòng)性通過(guò)兩種效應(yīng)造成。這兩種效應(yīng)可以相互相位移動(dòng)并且在不同的工作點(diǎn)中消除，從而 在關(guān)于馬達(dá)特征曲線的電流變化中顯著改變槽順序以及其倍數(shù)，并且也可以使其消失。如果為了產(chǎn)生可分析的電流波動(dòng)信號(hào)而改變轉(zhuǎn)子線圈的各個(gè)線匝的數(shù)量，那么轉(zhuǎn) 子同時(shí)經(jīng)受扭矩波動(dòng)性，該扭矩波動(dòng)性對(duì)于特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不希望的。這種扭矩波動(dòng)性 同樣導(dǎo)致電機(jī)的干擾噪音的形成。

發(fā)明內(nèi)容
具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的按本發(fā)明的電機(jī)以及按本發(fā)明的用于運(yùn)行這種電 機(jī)的方法相應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò)構(gòu)造在轉(zhuǎn)子圓周上變化的半徑能夠有針對(duì)性地產(chǎn)生可 預(yù)先給出的扭矩波動(dòng)性。能夠如此構(gòu)造由轉(zhuǎn)子直徑的變化產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)性，使得其與由 轉(zhuǎn)子繞組的線圈的構(gòu)造造成的扭矩波動(dòng)性相位顛倒地起作用。通過(guò)在從屬權(quán)利要求中提到的措施實(shí)現(xiàn)了在獨(dú)立權(quán)利要求中說(shuō)明的特征的有利 的改進(jìn)方案和改善方案。特別有利的是，如此改變轉(zhuǎn)子的半徑，使得該半徑描繪與轉(zhuǎn)子的圓 形形狀有偏差的變更。所述變更曲線在轉(zhuǎn)子的圓周上具有特定數(shù)量的最大值和最小值，該數(shù)量?jī)?yōu)選與定 子磁極的數(shù)量一致。由此，尤其能夠盡可能好地補(bǔ)償由轉(zhuǎn)子線圈的線匝數(shù)量的變化產(chǎn)生的 扭矩波動(dòng)性。有利的是，半徑變更的幅度大致描繪了正弦函數(shù)。由此，例如能夠與線匝數(shù)量的正 弦狀的變化一起產(chǎn)生最佳的電流波動(dòng)性信號(hào)，其中同時(shí)將轉(zhuǎn)子的扭矩波動(dòng)性最小化。如果轉(zhuǎn)子具有在其之間帶有用于繞組線圈的槽的徑向的轉(zhuǎn)子接片，那么通過(guò)改變 轉(zhuǎn)子接片的徑向長(zhǎng)度能夠產(chǎn)生半徑的變更。根據(jù)轉(zhuǎn)子接片和磁極的數(shù)量，例如兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子接片的長(zhǎng)度差特別有利地處于0. 05到0. 2mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子由各個(gè)導(dǎo)磁的沿軸向相互連接的薄片板制成。在此，薄片板能夠尤 其連同不同長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)子接片成本低廉地構(gòu)造成沖壓件。所述電機(jī)有利地構(gòu)造有兩極的或者四極的定子，其中轉(zhuǎn)子例如具有8、10、14或者 18個(gè)轉(zhuǎn)子接片連同相同數(shù)量的位于其之間的轉(zhuǎn)子槽。在轉(zhuǎn)子上布置了整流器，該整流器與電繞組的各個(gè)線圈連接。在整流器上抵靠著 兩個(gè)或者更多個(gè)碳刷，檢測(cè)碳刷的馬達(dá)電流信號(hào)從而求得其波動(dòng)性。從馬達(dá)電流信號(hào)波動(dòng) 性中能夠在電子方面確定轉(zhuǎn)速信息。為了實(shí)現(xiàn)明確的馬達(dá)電流波動(dòng)，優(yōu)選正弦地改變?cè)谡鬟\(yùn)行中不同線圈的各個(gè)線 匝的數(shù)量。在此，能夠與轉(zhuǎn)子半徑在其圓周上優(yōu)選正弦狀的變化相組合地將力矩波動(dòng)性最 小化。在此，轉(zhuǎn)子半徑的變更有利地與線圈的各個(gè)線匝的數(shù)量的變化相位顛倒。按本發(fā)明的用于運(yùn)行電機(jī)的方法優(yōu)選用于構(gòu)造防夾功能，其中應(yīng)該防止障礙物在 有待調(diào)整的部件和固定的止擋之間夾住。為此，從變化的馬達(dá)電流信號(hào)中確定至少一個(gè)表 征防夾系統(tǒng)的參數(shù)，為了探測(cè)夾住事件將該參數(shù)與極限值進(jìn)行比較。


本發(fā)明的實(shí)施方式在附圖中示出并且在下面的描述中進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中圖1是按本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的第一實(shí)施例連同轉(zhuǎn)子半徑變化的示意圖，以及圖2是電機(jī)的另一實(shí)施例連同示意性的線匝數(shù)量變化。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出了電機(jī)12的轉(zhuǎn)子18，該電機(jī)例如構(gòu)造成直流馬達(dá)14。轉(zhuǎn)子18具有 轉(zhuǎn)子軸16，在該轉(zhuǎn)子軸上不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地布置了電樞19，該電樞例如構(gòu)造成薄片組26，該 薄片組由各個(gè)軸向接合在一起的薄片27組成。所述轉(zhuǎn)子18具有半徑62，該半徑從轉(zhuǎn)子軸 16的軸線17延伸到轉(zhuǎn)子18的外圓周面64。在圖1中以輔助方式描繪了圓周66，該圓周具 有半徑67，該半徑相應(yīng)于轉(zhuǎn)子18的最大半徑68。半徑62在轉(zhuǎn)子18的圓周上不是恒定的， 而是在圓周上變化的，從而獲得了半徑62的變化的長(zhǎng)度差70。該長(zhǎng)度差70的變化優(yōu)選在 轉(zhuǎn)子18的圓周上構(gòu)造成正弦或者余弦狀的。由此在示出的例子中，分別在0°和180°上 獲得半徑62的最大值72并且在90°和270°上獲得半徑62的最小值73。具有兩個(gè)最大 值72的半徑62的這種變化優(yōu)選用于具有兩個(gè)定子34磁極32的電機(jī)12。在實(shí)施例中，所 述轉(zhuǎn)子18具有徑向延伸的轉(zhuǎn)子接片76，在轉(zhuǎn)子接片之間布置了用于纏繞線圈30的槽24。 所述轉(zhuǎn)子接片76例如在其徑向外部的端部上具有極靴78，該極靴的徑向外部的表面79形 成了轉(zhuǎn)子18的圓周面64。所述轉(zhuǎn)子接片76具有不同的徑向長(zhǎng)度77，該長(zhǎng)度的差相應(yīng)于半 徑62的變更的長(zhǎng)度差70。在實(shí)施例中，在0°處的第一轉(zhuǎn)子接片80相對(duì)于兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn) 子接片88具有長(zhǎng)度差70。相反，第三轉(zhuǎn)子接片81具有和第四轉(zhuǎn)子接片82相同的長(zhǎng)度77， 這兩個(gè)轉(zhuǎn)子接片關(guān)于90°時(shí)半徑變更的最小值73對(duì)稱布置。半徑62在轉(zhuǎn)子18的圓周上 的變化可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)，或者根據(jù)轉(zhuǎn)子接片76的數(shù)量以離散的步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)。在圖1中在坐標(biāo)系中示出了轉(zhuǎn)子18，從中例如獲得14mm(0. 014m)的半徑62。半徑62的整個(gè)變化優(yōu)選在 0. 05和0. 2mm之間，其中在圖1中所示出的十個(gè)轉(zhuǎn)子接片76中兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子接片76的 長(zhǎng)度差70的數(shù)量級(jí)大約為0. 05mm。在替代的實(shí)施方式中，所述電樞19例如也可以制成一 體的，其中半徑62優(yōu)選在外面的圓周面64上連續(xù)變化。在圖2中示出了另一實(shí)施例，其中電機(jī)12具有帶有磁環(huán)46的定子34，該磁環(huán)具有 四個(gè)磁極32，所述磁極具有大約90°的極分度角50。磁環(huán)46例如構(gòu)造成環(huán)繞的封閉環(huán)，使 得各個(gè)磁極32無(wú)縫地相互過(guò)渡。所述轉(zhuǎn)子18與定子34之間具有例如0. 3到0. 6mm的縫 隙大小35地布置。在轉(zhuǎn)子軸16上布置了整流器20，在該整流器上根據(jù)磁極32的數(shù)量同樣 抵靠著許多(例如四個(gè))電刷28。在下半圖中示意性地以先后整流的線圈30的順序示出 了線匝數(shù)量的正弦變化。每個(gè)線圈30的線匝36的數(shù)量例如在10和13之間變化，其中每 個(gè)先后整流的線圈30僅僅變化了一個(gè)唯一的線匝36。在此，整流階段在七個(gè)整流狀態(tài)上延 伸，所述整流狀態(tài)共同形成了正弦曲線60的一個(gè)周期。由此，對(duì)于線匝數(shù)量的變化獲得了 特別平滑的正弦曲線60。在四極電機(jī)12的實(shí)施例中，由此對(duì)于額外的電流波動(dòng)性的借助于 線匝變化產(chǎn)生的頻率獲得了四倍的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率。在此，震動(dòng)以磁極順序反映到馬達(dá)電流 曲線上。在此，這種電流波動(dòng)性頻率明顯低于馬達(dá)電流信號(hào)的相應(yīng)的槽頻率。先后整流的 線圈30根據(jù)正弦曲線60的順序在這種情況下不與線圈30關(guān)于轉(zhuǎn)子18圓周的順序疊合。 在該實(shí)施例中，所述線圈30分別構(gòu)造成兩個(gè)對(duì)稱的部分線圈29，所述部分線圈在幾何上相 互平行地關(guān)于通過(guò)轉(zhuǎn)子軸線17的假想的平面對(duì)稱地布置。在此，所述兩個(gè)部分線圈29在 電方面同樣并聯(lián)，并且分別與相同的整流器片22連接，使得所述兩個(gè)部分線圈29關(guān)于定子 34的磁極32如同一個(gè)唯一的線圈30 —樣共同作用。這示例性地在具體的線圈53上示出， 其中第一部分線圈29在第一和第四槽24之間沿順時(shí)針纏繞，并且第二部分線圈29在第八 和第i^一槽24之間纏繞。由兩個(gè)部分線圈29組成的線圈53例如具有相應(yīng)十三個(gè)線匝36。 轉(zhuǎn)子18的沿順時(shí)針先后跟隨的線圈30分別包括11、10、12、12、10、11個(gè)線匝36。在該實(shí)施 例中，整流器20具有十四個(gè)整流器片22，所述整流器片與七個(gè)線圈30-由總共十四個(gè)部分 線圈29組成-連接。在此，在整流七個(gè)先后跟隨的線圈30之后又達(dá)到與在初始位置中一 樣的整流相位，從而在十四個(gè)轉(zhuǎn)子接片76、十四個(gè)整流器片22以及四個(gè)電刷28的情況下在 轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)中獲得四個(gè)周期38。根據(jù)定子34的四個(gè)磁極32，轉(zhuǎn)子18的半徑62也具有四個(gè)最大值72(0°、90°、 180°、270° )以及四個(gè)最小值73(45°、135°、225° )。半徑62的變更又近似構(gòu)造成正 弦狀的，使得其與沿整流器順序的線圈30的線匝數(shù)量的近似正弦形的變化相位顛倒地起 作用。在此，各個(gè)轉(zhuǎn)子接片76的長(zhǎng)度差70基本上與線匝36數(shù)量變化的示出的正弦曲線60 相關(guān)。如此形成具有極靴78的轉(zhuǎn)子接片76，使得線圈30能夠直接纏繞在轉(zhuǎn)子18的槽24 上。為了確定轉(zhuǎn)速信息，分析流過(guò)電刷28和整流器20的馬達(dá)電流信號(hào)的波動(dòng)性，并且 從中獲得代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速或者說(shuō)周期時(shí)間的信號(hào)。為此，將馬達(dá)電流信號(hào)輸入電子單 元40，該電子單元具有防夾功能44。為了確定例如是否超過(guò)用于借助于電機(jī)12調(diào)整的部 件的特定的關(guān)閉力，檢查代表轉(zhuǎn)速的信號(hào)的改變。為此，將優(yōu)選以按本發(fā)明的電流波動(dòng)性的 頻率讀入的測(cè)量值進(jìn)行相互比較，從而識(shí)別轉(zhuǎn)速下降。為了觸發(fā)關(guān)閉力限制，將代表轉(zhuǎn)速的 信號(hào)或者其變化與規(guī)定的值進(jìn)行比較，從而能夠調(diào)節(jié)關(guān)閉力或者彈簧剛度的特定的閾值。
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需要注意的是，在附圖和說(shuō)明書中示出的實(shí)施例方面能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)特征相互間的 多種多樣的組合方案。如此，例如所述轉(zhuǎn)子18可以由各個(gè)沖壓板組成或者制成一體的，其 中半徑62在圓周上可以是連續(xù)的或者以離散的步長(zhǎng)變化。磁極32、轉(zhuǎn)子接片76以及槽24 的數(shù)量、布置以及構(gòu)造能夠配合各個(gè)應(yīng)用情況，尤其配合各個(gè)功率要求。如此，例如也能夠 將電機(jī)12構(gòu)造成外轉(zhuǎn)子。同樣能夠改變線圈30的纏繞方法，例如也可以使用單齒繞組，其 線匝數(shù)量根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行變更。相應(yīng)地調(diào)整半徑62在圓周上的變更，從而補(bǔ)償力矩波動(dòng) 性。所述電機(jī)12優(yōu)選用于車輛中的伺服驅(qū)動(dòng)裝置、例如用于調(diào)整座位部件、車窗玻璃以及 開口的蓋板，然而不限制于這些應(yīng)用。
權(quán)利要求
電機(jī)(12)，尤其用于機(jī)動(dòng)地調(diào)整車輛中活動(dòng)的部件，該電機(jī)具有定子(34)以及具有半徑(62)的轉(zhuǎn)子(18)，其特征在于，所述半徑(62)在所述轉(zhuǎn)子(18)的圓周上變化。
2.按權(quán)利要求1所述的電機(jī)(12)，其特征在于，所述半徑(62)在所述轉(zhuǎn)子(18)的整 個(gè)圓周上的變更的最大值(72)以及相應(yīng)最小值(73)的數(shù)量相應(yīng)于所述定子(34)的磁極 (32)的數(shù)量。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)(12)，其特征在于，所述半徑(62)在所述轉(zhuǎn)子(18) 的圓周上的變更近似相應(yīng)于正弦函數(shù)。
4.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(18)具有轉(zhuǎn)子接 片(76)，在所述轉(zhuǎn)子接片之間具有槽(24)，其中尤其并排的轉(zhuǎn)子接片(76)具有不同的徑向 長(zhǎng)度(77)，其中長(zhǎng)度差(70)優(yōu)選為0. 05到0. 2mm。
5.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(18)具有多個(gè)軸 向相互堆垛的薄片板(27)，所述薄片板尤其制成相同的沖壓件。
6.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)，其特征在于，所述定子(34)具有兩個(gè)或 者四個(gè)磁極(32)，并且所述轉(zhuǎn)子(18)具有八個(gè)、十個(gè)、十四個(gè)或者十八個(gè)轉(zhuǎn)子接片(76)。
7.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)，其特征在于，在所述槽(24)中布置了電 線圈(30)的各個(gè)線匝(36)，所述線匝與整流器(20)的整流器片(22)接觸，并且分析單元 (40)從馬達(dá)電流信號(hào)的波動(dòng)性中求得轉(zhuǎn)速信息。
8.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)，其特征在于，選擇在整流運(yùn)行中所述線 圈(30)的各個(gè)線匝(36)的數(shù)量，使得在整流運(yùn)行中線匝(36)的數(shù)量的變化近似是正弦函 數(shù)(60)，其中兩個(gè)先后整流的線圈(30)的線匝(36)的數(shù)量尤其相差剛好一個(gè)線匝(36)或 者兩個(gè)線匝(36)或者三個(gè)線匝(36)。
9.用于運(yùn)行按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(12)尤其車輛中伺服驅(qū)動(dòng)裝置的方 法，其特征在于，選擇在整流運(yùn)行中各個(gè)線匝(36)的數(shù)量的變化，從而產(chǎn)生可探測(cè)的波動(dòng) 性頻率，其中在這過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)性至少部分地通過(guò)轉(zhuǎn)子(18)半徑(62)變化的相 位顛倒的布置得到補(bǔ)償。
10.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行電機(jī)(12)的方法，其特征在于，作為轉(zhuǎn) 速信息，將代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速或者周期時(shí)間的信號(hào)輸入分析單元(40)，該分析單元根據(jù) 信號(hào)的時(shí)間變化識(shí)別活動(dòng)的部件的夾住，并且倒轉(zhuǎn)和/或停止電機(jī)(12)，其中將信號(hào)或者 信號(hào)的變化與保存的極限值進(jìn)行比較，從而在超過(guò)或者低于極限值時(shí)觸發(fā)防夾功能(44)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電機(jī)(12)以及用于運(yùn)行這種電機(jī)的方法，該電機(jī)尤其用于機(jī)動(dòng)地調(diào)整車輛中活動(dòng)的部件，該電機(jī)具有定子(34)以及具有半徑(62)的轉(zhuǎn)子(18)，其中所述半徑(62)在轉(zhuǎn)子(18)的圓周上變化。
文檔編號(hào)H02K23/30GK101971467SQ200980108461
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者G·羅斯, T·法貝爾 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司