BR102012027031A2

BR102012027031A2 - Contador de ondulação para motores multipolares

Info

Publication number: BR102012027031A2
Application number: BRBR102012027031-5A
Authority: BR
Inventors: Rainer Bruhn; Thomas Voegerl; Andre Ebel; Che Sakre Bin Shamsol
Original assignee: Nidec Motors & Actuators Germany Gmbh
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2013-12-03
Also published as: EP2592733B1; EP2592733A3; CN103066762B; US20130099718A1; CN103066762A; JP6114959B2; DE102011116652A1; JP2013090569A; EP2592733A2; US8847538B2

Abstract

CONTADOR DE ONDULAÇÃO PARA MOTORES MULTIPOLARES. Um motor elétrico inclui pelo menos uma primeira escova e pelo menos uma segunda escova, as quais são dispostas de um modo estacionário e dispostas para contatar um comutador que gira com um rotor. O comutador inclui pelo menos uma secção cilíndrica com uma superfície periférica sobre a qual uma pluralidade de segmentos são dispostos com secções de isolamento interpostas entre eles. De modo a detectar a velocidade de rotação e a posição do rotor, o motor inclui escovas com larguras periféricas assimétricas ou ângulos ou um estator com uma magnetização desigual. O motor é arranjado de modo a detectar apenas um sinal quando o rotor gira por um ângulo entre dois segmentos adjacentes.

Description

CONTADOR DE ONDULAÇÃO PARA MOTORES MULTIPOLARES

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um motor elétrico e um método para determinar uma posição ou velocidade de rotação de um motor e, mais particularmente, a um motor e um método em que as escovas e um comutador de um motor detectam um movimento rotativo, e uma posição de um rotor.

2. Descrição da Técnica Relacionada

Para muitas aplicações que envolvem pequenos motores

elétricos, é vantajoso se, em adição a produzir um movimento rotativo, um motor elétrico também pode fornecer informação sobre o seu estado ou posição atual. A fim de realizar isto, sabe-se, por exemplo, utilizar o circuito de

excitação do motor elétrico como um "contador de ondulação" ou como um contador assíncrono.

Tal motor elétrico é divulgado em, por exemplo, EP 1 316 136. Neste motor elétrico, duas escovas estão dispostas para alternadamente contatar seis lamelas ou segmentos do

2 0 comutador. Neste caso, as escovas no comutador são

dispostas opostas umas com as outras, ou seja, são deslocadas por 18 0 °, de modo que as escovas estão em contato com os respectivos segmentos opostos do comutador. Durante o movimento rotativo do comutador, uma mudança

periódica acontece a partir de um segmento para o segmento adjacente. Durante este tempo, cada escova está em contato elétrico com os dois segmentos simultaneamente. A troca ou comutação correspondente, portanto, ocorre simultaneamente em ambas as escovas. Deste modo, há sempre um total de

3 0 tanto um segmento ou dois segmentos em contato com cada uma das escovas. Pela detecção da corrente do motor, o número de segmentos em contato com escovas pode ser especulado, e a velocidade de rotação e a posição do rotor é possível de serem calculadas. No entanto, a fim de aumentar o torque, 5 um motor com quatro ímãs é sempre utilizado. E, nesta situação, a vibração e ruídos do motor são grandes se o número de bobinas é um inteiro múltiplo do número de escovas, e os números de segmentos ligados com ambas escovas muda ao mesmo tempo. A presente invenção baseia-se, 10 portanto, na tarefa de reduzir a vibração e ruídos, com o sinal de corrente gerado fácil de ser detectado para determinar a velocidade de rotação e a posição do motor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Modalidades preferidas da presente invenção fornecem 15 um motor elétrico que detecta a velocidade de rotação e uma posição de um rotor por meio de um sinal facilmente calculado de uma ondulação de corrente do motor elétrico, o qual é chamado de método de "contador de ondulação", sem causar um aumento na vibração ou ruídos produzidos pelo 20 motor elétrico.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, um motor elétrico inclui pelo menos uma primeira escova e uma segunda escova, as quais estão dispostas de um modo estacionário em relação a um comutador que gira em

2 5 conjunto com um rotor. Em particular, o motor elétrico, de

preferência, inclui quatro ou mais polos. O comutador, de preferência, inclui pelo menos uma secção cilíndrica com uma superfície periférica sobre na qual uma pluralidade de segmentos é arranjada com secções de isolamento interpostas

3 0 entre a pluralidade de segmentos. A primeira escova de preferência tem uma primeira largura que cobre uma primeira secção da superfície periférica e a segunda escova de preferência tem uma segunda largura que cobre uma segunda secção da superfície periférica, a primeira escova e 5 segunda escova são dispostas para produzir um arranjo de contato assimétrico com os segmentos. Para conseguir o arranjo de contato assimétrico, a primeira largura da primeira escova é de preferência diferente da segunda largura da segunda escova. Alternativamente ou em adição, o 10 arranjo de contato assimétrico pode ser conseguido de preferência por arranjar a primeira escova e segunda escova irregularmente em torno do eixo de rotação.

O arranjo de contato assimétrico da primeira escova e segunda escova com segmentos torna possível para uma comutação da primeira escova ser realizada de forma assíncrona com a comutação da segunda escova. Como resultado, um diferente número de segmentos são contatados com escovas em ângulos de rotação diferentes. Deste modo, quando o rotor roda, uma seqüência cronológica de tempos de diferente comprimento em que a primeira escova e segunda escova estão em contato com um número diferente de segmentos é criada. Esta seqüência cronológica pode ser usada como um contador de ondulação ou como um contador assíncrono. A seqüência cronológica depende da velocidade de rotação do rotor e as duas devem ser entendidas uma em relação à outra.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, é possível para o arranjo de contato assimétrico e arranjo da pluralidade de segmentos em relação à primeira 3 0 escova e segunda escova incluir uma situação em que um ângulo de escova que a primeiro escova define em conjunto com a segunda escova é tanto maior do que um primeiro ângulo de segmento que é definido por dois segmentos adjacentes uns aos outros e também menor do que um segundo 5 ângulo de segmento que é definido por dois segmentos que têm outro dos segmentos disposto entre eles.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, é também possível para o arranjo assimétrico da pluralidade de segmentos em relação à primeira escova e 10 segunda escova ser arranjado de tal modo que um ângulo de escova que a primeira escova define com a segunda escova não é igual a um ângulo de segmento que é definido por cada combinação de dois dos segmentos. Neste caso, em nenhum momento, uma comutação síncrona da primeira e segunda 15 escova ocorre.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, é também possível para o arranjo assimétrico da pluralidade de segmentos em relação à primeira escova e segunda escova assegurar que, em qualquer momento durante 20 uma rotação completa do rotor, um total de tanto dois / três, ou três / quatro segmentos estão em contato elétrico com a primeira escova e a segunda escova. Esta disposição é vantajosa para o funcionamento do contador assíncrono.

A primeira escova e segunda escova também podem ter 25 diferentes larguras. 0 termo "largura" aqui referenciado inclui um arranjo em que a primeira escova inclui um primeiro segmento de círculo que serve como uma superfície de contato e a segunda escova inclui um segundo segmento de círculo que também serve como uma superfície de contato, a 3 0 largura do segundo segmento de círculo sendo diferente do primeiro segmento de círculo. Isto de preferência também fornece uma seqüência de ângulos de rotação diferentes e tempos de contato relativos correspondentes, tais como, por exemplo: 3 contatos curtos, 4 contatos longos, 3 contatos curtos, 4 contatos curtos, três contatos curtos, e afins.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a pluralidade de segmentos pode ter o mesmo tamanho ou largura e, em particular, podem ser dispostos para cobrir um segmento de círculo igual da secção 10 cilíndrica enquanto sendo espaçados de forma equidistante uns dos outros. Neste caso, estruturas de comutador convencionais podem ser utilizadas com as modalidades preferidas da presente invenção e o arranjo assíncrono será determinado apenas pelo arranjo e concepção das escovas.

De acordo com uma modalidade preferida da presente

invenção, a pluralidade de segmentos também podem ter tamanhos diferentes. Alternativamente ou em adição, a pluralidade de segmentos podem ser irregularmente espaçados uns dos outros. Assim, é possível conseguir um arranjo assíncrono mesmo com um arranjo predeterminado de escovas.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a primeira escova e segunda escova podem ser preferencialmente dispostas em um ângulo de, por exemplo, cerca de 90 0 umas das outras em torno do comutador. 25 Proporcionar um arranjo assimétrico de escovas e segmentos acaba por ser particularmente vantajoso se a primeira escova e segunda escova são espaçadas uma da outra por, por exemplo, um ângulo de menos de 90 °, e, em particular, de preferência, um ângulo de cerca de 8 6 °, por exemplo. O 3 0 motor elétrico inclui pelo menos duas escovas, mas também pode incluir escovas adicionais. Em particular, o motor elétrico é, de preferência, disposto na forma de um motor de quatro polos, por exemplo. Se mais de duas escovas são fornecidas, estas escovas adicionais podem também ser 5 utilizadas para o contador assíncrono, mas isso não é necessário.

De acordo com outra modalidade preferida da presente invenção, um motor elétrico inclui pelo menos uma primeira escova e uma segunda escova ou escovas, as quais estão 10 dispostas de um modo estacionário em relação a um comutador que gira em conjunto com um rotor. O comutador, de preferência, inclui pelo menos uma secção cilíndrica com uma superfície periférica sobre a qual uma pluralidade de segmentos são dispostos, com secções de isolamento 15 interpostas entre a pluralidade de segmentos. A pluralidade de segmentos, neste caso, são de preferência dispostos de forma assimétrica em relação à primeira escova e segundo escova ou escovas.

A arranjo de contato assimétrico / arranjo pode ser alcançada através de diferentes larguras das escovas. O arranjo assimétrico pode também ser alcançado através de um arranjo assimétrico das escovas ao redor do comutador.

A primeira escova e a segunda escova de preferência podem ter a mesma largura, por exemplo. Neste caso, o arranjo assíncrono é produzido por fixação do ângulo de escova que as escovas definem umas com as outras em relação ao ângulo de segmento.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, a primeira e segunda escova estão preferencialmente em 3 0 contato elétrico com um total de três segmentos para um primeiro intervalo de tempo e estão em contato elétrico com um total de quatro segmentos para um segundo intervalo de tempo; o primeiro intervalo de tempo e o segundo intervalo de tempo são de preferência diferentes uns dos outros e dependem da velocidade de rotação do rotor. A relação entre a duração do primeiro intervalo de tempo para a duração do segundo intervalo de tempo é de preferência constante, independentemente da velocidade de rotação do rotor, enquanto os valores absolutos da duração do primeiro intervalo de tempo para a duração do segundo intervalo de tempo são dependentes da velocidade de rotação do rotor. Em outras palavras, o primeiro intervalo de tempo corresponde a um ângulo de rotação do primeiro rotor e o segundo intervalo de tempo corresponde a um ângulo de rotação do segundo rotor, que difere do primeiro ângulo de rotação.

De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, um motor elétrico inclui um rotor disposto sobre um eixo de rotação e um estator, em que o estator tem uma magnetização assimétrica ou um campo magnético assimétrico. 0 estator pode preferivelmente incluir pelo menos um primeiro elemento de ímã e um segundo elemento de ímã, os quais estão dispostos ou distribuídos de forma assimétrica ou irregularmente em relação um ao outro em torno do eixo de rotação. Alternativamente, ou em adição, o estator pode incluir elementos de ímã assimétricos. Como resultado, os campos magnéticos são distribuídos assimetricamente ou irregularmente em torno do eixo de rotação e certos sinais de comutação podem ser suprimidos, o que faz com que seja mais fácil de usar o motor elétrico como um contador assíncrono. Neste caso, as escovas podem ser preferencialmente dispostas simetricamente em torno do eixo de rotação de tal forma que todas as escovas têm a mesma largura. Este arranjo pode ser particularmente utilizado em motores de quatro polos, em 5 que todas as escovas estão de preferência dispostas em um ângulo de cerca de 9 0 ° uma em relação à outra em torno do eixo de rotação.

De acordo com as várias modalidades preferidas da presente invenção, os elementos de ímã podem ser ímãs 10 permanentes ou podem incluir bobinas que estão dispostas como eletroímãs. Em particular, os elementos de ímã também podem ser dispostos assimetricamente de modo a produzir um campo magnético assimétrico.

De acordo com ainda outra modalidade preferida da 15 presente invenção, um método para produzir uma seqüência de números naturais e para a determinação de uma posição ou um movimento rotativo de um motor elétrico por uma medição da seqüência e / ou a duração de um número de segmentos com o qual a primeira escova e segunda escova estão em contato 20 elétrico é de preferência proporcionado.

Os acima e outros elementos, recursos, passos, características e vantagens da presente invenção serão mais evidentes a partir da descrição detalhada que segue de modalidades preferidas, com referência aos desenhos anexos. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra uma vista de topo de um motor elétrico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

A Figura 2 mostra a disposição das duas escovas e os 3 0 segmentos correspondentes de um comutador, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

A Figura 3 mostra um arranjo de posições de rotação diferentes (a) - (f) de um comutador de acordo com uma primeira modalidade preferida da presente invenção.

A Figura 4 mostra uma outra modalidade preferida de um

arranjo do comutador e as escovas em várias posições (a) - (d) de acordo com a presente invenção.

A Figura 5 mostra um exemplo de uma escova em relação ao comutador de acordo com uma modalidade preferida da

presente invenção.

A Figura 6 mostra uma modalidade preferida da geração de dois sinais principais na comutação de dois a três segmentos em várias posições (a) - (d) de acordo com a presente invenção.

A Figura 7 mostra arranjos (a) - (c) de uma forma de

elementos de ímã em motores elétricos de acordo com modalidades preferidas da presente invenção.

A Figura 8 mostra um arranjo e forma dos elementos de ímã de um motor elétrico de acordo com uma modalidade

2 0 preferida da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

A Figura 1 mostra uma vista de topo de um exemplo de um motor elétrico 10, de acordo com uma modalidade da presente invenção, ao longo de um eixo 29. Para melhor

descrever as escovas e o comutador, uma tampa protetora frontal ou qualquer outra coisa em frente deles fornecida no motor 10 foi omitida na Figura I. 0 rotor, o qual inclui uma armadura com uma pluralidade de enrolamentos de armadura, é acomodado em um alojamento cilíndrico 50. Por

3 0 motivos de melhor visibilidade, a armadura e os enrolamentos de armadura que estão situados por trás de uma tampa de armadura 20, não são mostrados na Figura I. A armadura e os enrolamentos de armadura correspondentes correspondem em número e tipo a armaduras padrão. A 5 armadura é de preferência disposta de modo a rodar radialmente para dentro a partir de Imãs permanentes 42, 44. Os ímãs permanentes 42, 44 incluem de preferência dois ímãs de polo norte 42 e dois ímãs de polo sul 44, que estão, respectivamente, dispostos um em frente um do outro. 10 É também possível, no entanto, utilizar quaisquer outros arranjos desejáveis de ímãs permanentes, electroímãs, etc, e qualquer outro número de elementos desejáveis e enrolamentos de armadura.

Na presente modalidade da presente invenção, o eixo 2 9 inclui de preferência um comutador 3 0 disposto sobre ele. 0 comutador 3 0 inclui uma pluralidade de segmentos (por exemplo, lamelas) 32a a 32j feitas de um material eletricamente condutor. Os segmentos 32a a 32j são situados na superfície circunferencial do comutador 3 0 de modo que as superfícies dos segmentos 32a a 32j definem a superfície do comutador 30. Nesta modalidade preferida, o comutador 30 inclui de preferência dez segmentos 32a a 32j, por exemplo, que são espaçados de forma equidistante uns dos outros sobre a superfície circunferencial exterior do comutador 30. No entanto, qualquer outro número desejável de segmentos pode ser usado. Os segmentos 32a a 32j são de preferência separados uns dos outros por respectivas ranhuras de isolamento, tal como, por exemplo, ranhura de isolamento 33f e são, assim, separadas uma da outra 3 0 eletricamente. Além disso, pelo menos uma primeira escova 61 e uma segunda escova 62 são dispostas de modo que elas estão em contato elétrico com os segmentos do comutador 30. As escovas 61 e 62 são preferivelmente feitas de, por exemplo, 5 carbono, ou qualquer outro material eletricamente condutor. Para realizar o contato elétrico, as escovas 61 e 62 são pressionadas para dentro na direção radial de preferência com, por exemplo, uma mola. Uma vez que os lados das escovas 61 e 62 voltados para os segmentos cobrem um 10 segmento de círculo maior do comutador 3 0 do que as larguras das ranhuras de isolamento, ta como ranhura de isolamento 33j, as escovas 61 e 62 estão cada uma em contato elétrico com pelo menos um dos segmentos 32a a 32j durante ângulos particulares de rotação e em contato com 15 dois dos segmentos 32a 32j durante outros ângulos particulares de rotação.

Como mostrado na Figura 1, em uma modalidade do presente pedido, as escovas são de preferência dispostas em um ângulo inferior a cerca de 90 °, tal como, por exemplo,

2 0 cerca de 8 6 °, ou cerca de 81 °. No entanto, é também

possível as escovas serem posicionadas com um ângulo de mais de cerca de 90 °, como, por exemplo, cerca de 94 °, ou cerca de 99 0.

Em contraste com isso e para uma melhor compreensão, a 25 Figura 2 representa esquematicamente um arranjo de duas escovas 610 e 620 e o comutador 3 0 de um motor bipolar. A primeira escova 610 e a segunda escova 620 neste caso são deslocadas entre si de 180 °, isto é, estão posicionados em oposição uma â outra sobre o comutador 30. Com um mesmo

3 0 número de segmentos 32a a 32j dispostos uniformemente sobre o comutador 30, a comutação de um segmento para o segmento adjacente, em seguida, ocorre de forma síncrona em ambos os lados, isto é, com a primeira escova 610 e a segunda escova 620, respectivamente. Em outras palavras, no exemplo ilustrado na Figura 2, a primeira escova 610 está em contato elétrico com o segmento 32a, enquanto a segunda escova 620 está em contato elétrico com o segmento oposto 3 2f. Se o rotor e, consequentemente, o comutador 30, então rodam, por exemplo, no sentido horário, a comutação da primeira escova 610 no segmento 32a desloca para o segmento 32b ao mesmo tempo que a comutação da segunda escova 620 no segmento 32F desloca para o segmento 32g. A comutação, neste caso, irá produzir uma seqüência de comutação em que as escovas 610 e 620 em conjunto contatam dois segmentos por um intervalo relativamente curto seguido por contato com quatro segmentos por um intervalo de tempo relativamente longo. As expressões "relativamente curto" e "relativamente longo" referem-se uma à outra aqui e no que se refere aos seus valores absolutos, são claramente dependentes da velocidade de rotação do motor elétrico. A relação entre os tempos de contato curto para longo é determinada pela relação entre a largura das escovas 610 e 620 para a largura dos segmentos 32a e 32j e deve ser selecionada de modo a que os tempos de contato de diferente comprimento podem ser detectados com segurança.

Se em vez do motor bipolar acima descrito com duas escovas 610 e 620, um motor de quatro polos, com um total de duas ou quatro escovas é utilizado, em seguida, as escovas são normalmente dispostas em um ângulo de 90 0 um 3 0 em relação à outra. Em tal arranjo simétrico com, por exemplo, um comutador de 12 partes e um ângulo polo de 90 0 entre as escovas, um sinal é fácil de produzir. A seqüência de comutação é então simétrica em comutação em ambas as escovas e há sempre um total de dois ou quatro segmentos 5 simultaneamente em contato com as escovas. A mudança de 2 para 4 contatos é acompanhada por ruídos relativamente grandes. Além disso, em um motor com um total de quatro escovas e 12 segmentos, existe o problema de ruído pela mesma razão.

Um comutador de 10 partes (como visto na Figura 3) ou

14 partes 3 0 correspondentemente fornecido com 10 ou 14 segmentos tem um desempenho de comutação acústico melhor e produz menos ruído e vibração desvantaj osos em um motor de quatro polos, porque o ângulo entre dois polos não é um 15 múltiplo inteiro do ângulo entre dois dentes adjacentes. A variação entre os segmentos / lamela ocorre como se segue: duas escovas juntas contatam com três lamelas -> 4 lamelas -> 3 lamelas -> 4 lamelas ou 2 lamelas -> 3 lamelas -> 2 lamelas -> 3 lamelas. Como resultado, existem sempre duas 20 mudanças de lamelas ou sinais. Estas alterações resultam em uma mudança de resistência de bobinas e a corrente também mudará de acordo. Assim, dois sinais, ou dois picos, são produzidos em uma curva de ondulação de corrente quando o motor roda com um ângulo igual ao ângulo entre os dois 25 segmentos. Por exemplo, o ângulo é de cerca de 36 0 quando o número de segmentos é 10, e cerca de 26 ° (180/7 exatamente) quando o número de segmentos é 14. A fim de detectar apenas um sinal, ou fazer apenas um sinal detectável quando o motor roda, é preferível que ambos

3 0 produzam os dois picos de tal forma que eles terão amplitudes diferentes, ou produzam um dos dois picos de tal forma que ele é quase duas vezes mais lardo da largura dos picos iniciais produzindo dois picos próximos uns dos outros.

Os picos com amplitudes diferentes entre si ou

próximos um do outro podem ser de preferência gerados por uma magnetização desigual do estator, ou por arranjo assimétrico das escovas ou segmentos. O arranjo assimétrico das escovas pode ser realizado de preferência por 10 diferentes larguras periféricas das escovas e / ou pela colocação assimétrica em torno do comutador, o que significa mudança do ângulo entre as escovas, ou por escovas dimensionadas de forma desigual ou arranjo irregular de segmentos. E uma magnetização irregular pode 15 ser obtida de preferência através de, por exemplo, ímãs dispostos assimetricamente ou pelo menos parcialmente moldados de forma assimétrica.

A Figura 3 mostra um exemplo de arranjo de escova de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. Neste caso, a primeira escova 61 e a segunda escova 63 estão de preferência dispostas em um ângulo de aproximadamente 86 ° uma em relação à outra. 0 estator do motor pode, preferencialmente, incluir uma pluralidade de ímãs, o número dos quais é de preferência 4, por exemplo. Quando o motor inclui quatro polos, de preferência, o motor pode incluir quatro escovas, o número das quais é o mesmo que o número de polos. No entanto, é também possível incluir duas escovas tal como ilustrado na Figura 3, por exemplo. 0 comutador 3 0 inclui de preferência dez segmentos 32a a 32j, por exemplo. A largura circunf erencial das duas escovas 61 e 63 é, de preferência, diferente na Figura 3 . A largura circunferencial da primeira escova 61 é de preferência quase a mesma que a largura circunferencial de um segmento 5 ou de um segmento mais um espaço entre os segmentos adjacentes uns aos outros. E a segunda escova 63 pode de preferência ter uma largura circunferencial de cerca de metade da largura de um segmento circunferencial, mais um espaço entre os segmentos adjacentes uns aos outros. As 10 escovas podem ter diferentes larguras periféricas, mas de preferência, as escovas têm larguras periféricas na relação que é cerca de 0,56, por exemplo. Este arranjo torna cada duração de três lamelas -> 4 lamelas -> 3 lamelas -> 4 lamelas diferente, o que, assim, leva a tanto as amplitudes 15 diferentes dos dois picos da ondulação de corrente ou os dois picos próximos uns dos outros sendo gerados quando o motor roda um ângulo igual ao ângulo entre os dois segmentos. Uma vez que as amplitudes dos picos respectivos são diferentes ou porque os dois picos são próximos uns dos

2 0 outros, é possível detectar apenas um dos dois picos de tal forma que o pico pode ser contado para calcular a velocidade de rotação e a posição do motor. É preferível que o método de união de dois picos em um único pico seja usado porque os picos terão uma maior largura de tal modo

2 5 que o sinal será mais forte e mais fácil de detectar quando

se utiliza este método, e porque apenas um pico será detectado quando o motor gira um ângulo igual ao ângulo entre os dois segmentos, o que torna uma frequência razoável de picos sendo detectada através de um simples

3 0 equipamento atual. Neste caso, existem, de preferência, sempre um total de três ou quatro segmentos 32a a 32j em contato com a primeira escova 61 e a segunda escova 63. Na posição inicial mostrada em (a) da Figura 3, por exemplo, a primeira escova 61 está em contato com apenas o segmento 5 3 2a, enquanto a segunda escova 63 está em contato com ambos os segmentos 32c e 32d do segmento. A primeira escova 65 e a segunda escova 63 estão, assim, em contato com um total de três segmentos. Com uma rotação no sentido horário do comutador 30, no entanto, esta situação dura apenas um 10 movimento de cerca de uma largura da ranhura 33a. Em seguida, o segmento 32b também irá entrar em contato com a primeira escova 61, de modo que agora, tanto o segmento 32a e o segmento 3 2b entram em contato com a primeira escova 61, enquanto o segmento 32c e segmento 32d são ambos ainda 15 em contato com o segunda escova 63, como mostrado em (b) da Figura 3. Assim, neste momento, há um total de quatro segmentos em contato elétrico com a primeira escova e 61 segunda escova 63. Se o comutador 3 0 roda a uma curta distância adicional, como mostrado em (c) da Figura 3, a 20 primeira escova 61 continua a permanecer em contato com os segmentos 32a e 32b, enquanto a segunda escova 63 está, em seguida, apenas em contato com um segmento 3 2d. Isto ocorre devido à largura significativamente menor da segunda escova em relação aos segmentos 32a a 32j . Consequentemente, 25 existe mais uma vez apenas três segmentos 32a, 32b, e 32d em contato com a primeira escova e 61 segunda escova 63. E nada sobre a situação geral muda quando o comutador 3 0 continua a rodar no sentido horário, como se mostra em (d) da Figura 3. Neste caso, o contato com os três segmentos

3 0 dura um intervalo de tempo relativamente longo, isto é, por um ângulo de rotação maior. Depois de uma rotação adicional, como mostrado em (e) da Figura 3, o segmento seguinte 32d também entra em contato com a segunda escova 63 em adição ao segmento 32c. Nesta altura, os dois 5 segmentos 32a e 32b estão ainda em contato com a primeira escova 61 a fim de que, uma vez mais, a primeira escova 61 e segunda escova 63 contatam quatro segmentos por um intervalo de tempo curto ou um pequeno ângulo de rotação, ou seja, até o segmento 32a já não estar em contato com a 10 primeira escova 61. Isto produz então, como se mostra em (f) da Figura 3, a mesma posição como mostrado em (a) da Figura 3, exceto que o comutador 3 0 girou no sentido horário por um segmento, e a comutação irá mais uma vez começar no ritmo representado de três contatos curtos, 15 quatro contatos longos, três contatos longos, quatro contatos curtos. A seqüência de tempos de contato curtos e longos ou mudanças de comutação aqui são "longa" e "curta" uma em relação â outra. A duração absoluta dos tempos de contato curtos e longos depende, naturalmente, da 20 velocidade de rotação do rotor. Com um total de 10 segmentos 32a a 32j , a rotação "curta" corresponde aproximadamente a um ângulo de rotação de 7,2 °, ao passo que uma rotação "longa" pode corresponder a aproximadamente o dobro deste valor. Cada uma das posições (a) - (e) na 25 Figura 3, portanto, corresponde a uma diferença de ângulo de rotação de cerca de 7,2

0 dispositivo representado na Figura 3, de preferência, produz um sinal de ondulação de corrente que pode ser detectado de uma forma particularmente vantajosa,

3 0 e muito precisa. Além disso, uma grande amplitude pode ser conseguida com a disposição representada na Figura 3 tal que o contador assíncrono de preferência funciona muito confiavelmente mesmo em baixas velocidades de rotação. De acordo com uma seqüência mostrada na Figura 3, o rotor tem 5 apenas girado por um décimo de uma revolução, que é 36 ° se 10 dos segmentos 32a a 32j são usados.

A Figura 4 mostra uma modalidade alternativa preferida da presente invenção, na qual, em vez de usar as escovas 61, 63 de larguras diferentes, duas escovas da mesma 10 largura 61, 62 encontram-se dispostas em ângulo reto uma em relação à outra no que diz respeito ao comutador 30. O comutador 30, com os segmentos 32a a 32j e as ranhuras 3 3a a 33 j pode mais uma vez corresponder ao comutador das modalidades anteriores preferidas. Em contraste com as 15 modalidades preferidas precedentes, no entanto, a segunda escova 62 tem, preferivelmente, a mesma largura que a primeira escova 61, que corresponde â largura de um segmento 32a a 32j mais uma largura de ranhura.

A largura de escova b (como mostrado na Figura 5) é

2 0 selecionada para cada escova de modo que uma mudança de

comutação simétrica do mesmo comprimento é produzida.

Arranjar a primeira escova 61 e a segunda escova 62 em um ângulo reto entre si produz nenhuma diferença significativa a partir de (a) da Figura 3a em (a) da Figura 25 4. A primeira escova 61 está, de preferência, em contato com o segmento 32a, enquanto a segunda escova 62 está em contato com os dois segmentos 32c e 32d. Esta situação dura apenas um curto tempo ou uma curta rotação angular até o comutador 3 0 ter rodado por uma largura de ranhura de modo

3 0 que a primeira escova 61 também irá entrar em contato com o segmento 32b. A primeira escova 61 e a segunda escova 62 estão, assim, em contato elétrico com um total de quatro segmentos, como mostrado em (b) da Figura 4. Esta situação também tem a duração de uma rotação adicional. 0 contato 5 com os quatro segmentos, assim, tem a duração de tempo significativamente mais longa ou um ângulo de rotação significativamente mais longo do que o contato com os três segmentos. Como mostrado em (c) da Figura 4, depois de uma rotação adicional, o segmento 3 2c deixa o contato com a 10 segunda escova 62, que é, então, apenas em contato com o segmento 32d enquanto a primeira escova 61 está ainda em contato com os segmentos 3 2a e 3 2b de forma que um total de três dos segmentos estão em contato com uma escova 61, 62. Este estado, contudo, também só dura uma largura de ranhura 15 até que o segmento 3 2e também entra em contato com a segunda escova 62, em adição aos segmentos 32d, como mostrado em (d) da Figura 4. Uma vez que a primeira escova 61 está ainda em contato com os segmentos 32a e 32b, no presente caso, um total de quatro segmentos 32a, 32b, 32d, 20 32e estão uma vez mais em contato com as escovas 61, 62, por um período de tempo mais longo e um ângulo de rotação maior. A mudança de comutação de 3 para 4 lamelas repete e cada período de 3 contatos, ou 4 contatos tem a mesma duração, respectivamente. Na modalidade preferida na Figura

2 5 4, também, os termos "curto" e "longo" devem ser entendidos como um em relação ao outro e os seus valores absolutos são dependentes da velocidade de rotação. Em um comutador com 10 segmentos, o termo "curto", pode de preferência corresponder a cerca de 5,3 °, por exemplo, o que 30 corresponde à diferença entre (a) e (b) da Figura 4. Este arranjo também faz com que seja vantajosamente possível operar o motor elétrico como um contador assíncrono e, portanto, de preferência, faz com que seja possível detectar o movimento e posicionamento do motor elétrico. Na modalidade preferida representada na Figura 4, as larguras de escova são de preferência escolhidas de modo que uma seqüência de comutação simétrica é produzida. Em comparação com a modalidade preferida na Figura 3, isto alcança uma frequência duplicada com uma menor magnitude de corrente (2 sinais principais), o que tem um impacto negativo sobre a sensibilidade, mas que, de preferência, produz um impulso simétrico. A fim de aumentar a sensibilidade da ondulação de corrente, uma magnetização assimétrica é, de preferência, adotada (ver Figura 7), o qual será descrito mais tarde.

A Figura 5 mostra como as escovas podem ser orientadas e fornecidas em relação ao comutador 30. A fim de fazer uma tal ligação, deve ser assegurado que a escova 61 confiavelmente repouse contra o comutador 3 0 em toda a sua 20 superfície de contato, incluindo a altura h e a largura b, de modo que a função acima mencionada pode ser confiavelmente assegurada. Neste caso, é vantajoso que o raio de escova da superfície de escova seja de preferência igual ou aproximadamente igual ao raio de comutador e o 25 raio exterior dos segmentos ou, se for o caso, o raio de escova da superfície de escova pode, alternativamente, ser ligeiramente maior do que o raio de comutador e o raio exterior dos segmentos. Além disso, as escovas, de preferência, incluem uma região axial que tem um tamanho

3 0 apropriado para evitar a vibração da escova e o suporte no que diz respeito a esta largura de segmento é assegurado. Isto torna possível fornecer uma orientação ou quase orientação da escova respectiva 61 através do comutador 3 0 e também torna possível evitar a produção de frequências de interferência de vibrações da escova 61.

As Figuras 6 e 7 mostram uma outra modalidade preferida da presente invenção, em que um motor elétrico pode ser usado como um contador assíncrono ou "contador de ondulação". Com um arranjo de 90 0 de um total de quatro 10 escovas uniformes, e um total de 10 segmentos são utilizados, como se ilustra na Figura 6. É vantajoso do ponto de vista de geração de ruídos que duas escovas situadas em um ângulo de 9 0 ° uma em relação à outra produzam duas mudanças de contato diferentes de 2 para 3 15 contatos, tal como mostrado em (a) - (d) da Figura 6. Isto, essencialmente, produz dois sinais diferentes ou semelhantes, um primeiro sinal que corresponde à comutação de contatar 2 a 3 segmentos, e um segundo sinal correspondente à comutação de contatar 2 a 3 segmentos. 20 Neste caso, o primeiro e segundo sinal não podem ser diferenciados um do outro. Em alternativa ou em adição aos tempos de arranjo de contato assimétricos acima descritos, esta modalidade preferida da presente invenção inclui o amortecimento ou supressão do primeiro ou segundo sinal, a 25 fim de tornar possível ser distinguido um do outro sinal, por utilizar, de preferência, por exemplo, a magnetização de arranjo assimétrica a qual será descrita a seguir.

Em vez do arranjo de quatro ímãs de estator ou sapatas de polo 420, 420, 440, 440 em um ângulo de 9 0 °, como

3 0 mostrado na Figura 1 e também em (a) da Figura 7, os ímãs de estator podem também ser dispostos de forma assimetricamente, ou podem ter uma forma pelo menos parcialmente assimétrica. ímãs simétricos são mostrados na Figura Ieo motor 100 mostrado em (a) da Figura 7 e arranjos assimétricos são mostrados, por exemplo, nos motores 101 e 102, em (b) e (c) da Figura 7, que representam modalidades preferidas alternativas da presente invenção. Os ímãs de estator 421, 422, 431, 432, 441, 442, 451, 452 são de preferência dispostos de tal modo que dois dos respectivos enrolamentos de bobina, que correspondem a somente um do primeiro e segundo sinal não vai estar no campo magnético dos ímãs de estator 421, 422, 431, 432, 441, 442, 451, 452 (ou de tal modo que os dois dos enrolamentos da bobina respectivos se encontrarão em campos magnéticos que foram pelo menos reduzidos). Como resultado deste arranjo, o primeiro ou o segundo sinal pode preferencialmente ser enfraquecido ou totalmente suprimido, o que faz com que apenas um pico que será detectado quando o motor gira para um ângulo entre dois segmentos 2 0 adjacentes.

Como mostrado em (b) da Figura 7, é possível os ímãs de estator serem fornecidos respectivamente em pares 421, 431 e 441, 451, dispostos simetricamente opostos uns aos outros, de preferência, em um ângulo de cerca de 180 °. Os

2 5 dois pares, no entanto, não são dispostos na forma padrão

no ângulo de 90 0 um em relação ao outro, mas em vez disso são deslocados de forma significativa a partir de uma tal disposição, por exemplo, em um ângulo de cerca de 7 0 ° até cerca de 85 ° .

3 0 Tal como mostrado em (c) da Figura 7, também é possível para os ímãs de estator 422, 432, 442, 452 serem fornecidos em um ângulo diferente de 90 0 em relação uns aos outros. De preferência, um ângulo de aproximadamente 100 0 ou mais, por exemplo, pode ser fornecido entre um primeiro ímã do estator 422 e os ímãs de estator adjacentes

452 e / ou 442. 0 ângulo correspondente entre os ímãs 452 ou 442 e o quarto ímã de estator 432 é correspondentemente menor, em seguida, e, na modalidade preferida representada, é, de preferência, aproximadamente, 8 0 °, por exemplo. Por

Conseguinte7 o segundo pico surgirá com o primeiro pico para definir um pico em que a amplitude e largura são suficientemente grandes para serem detectadas.

Em alternativa, ou em adição ao arranjo assimétrico dos ímãs de estator, tal como descrito em ligação com (b) e

(c) da Figura 7, é também possível proporcionar uma forma assimétrica dos ímãs de estator, como se mostra no motor 103 da Figura 8. Por razões de uma melhor compreensão, apenas o estator é mostrado na Figura 8. Todos os elementos relacionados com o rotor e as escovas foram omitidos e

2 0 podem corresponder às modalidades preferidas acima

descritas. Como em (b) da Figura 7, os ímãs de estator 423, 433 e 441, 453 são, respectivamente, dispostos opostos uns aos outros em pares. 0 par de ímãs de estator 423, 433 é de preferência situado assimetricamente em relação ao segundo

par de ímã de estator 441, 453. Em adição disso, e em contraste com a modalidade preferida mostrada em (b) da Figura 7, os ímãs de estator individuais 423, 433, 441, e

453 são de preferência em forma não simétrica, mas em vez disso tem uma forma assimétrica para assim alcançar um

3 0 padrão de campo assimétrico do campo magnético de estator. Na modalidade preferida representada na Figura 8, cada um dos ímãs de estator 423, 433, 441, e 453 tem de preferência uma extremidade com uma espessura normal 4231, 4331, 4411, ou 4531 e uma extremidade achatada 4232, 4332, 4412, ou 5 4532. As extremidades achatadas 4232, 4332, 4412, e 4532 são, respectivamente, dispostas em pares umas com as outràs, a fim de aumentar a assimetria do campo magnético. Além disso, as extremidades achatadas 4232, 4332, 4412, e 4532 são de preferência posicionadas de modo que a 10 distância entre as respectivas extremidades achatadas 4232, 4332 e 4412, e 4532 é maior do que a distância entre as extremidades de espessura normal, 4231, 4331, 4411 , e 4531. Isto combina as vantagens de forma assimétrica com a disposição assimétrica. Quando a magnetização assimétrica é 15 aplicada ao arranjo das escovas e o comutador da Figura 6, dois picos serão produzidos na curva de ondulação de corrente quando o motor roda um ângulo igual ao ângulo entre os dois segmentos (que é de preferência cerca de 36 ° nesta modalidade preferida), mas a amplitude e / ou largura

2 0 dos dois picos são diferentes. E porque o pequeno pico está

escondido sob o grande pico devido à magnetização assimétrica, somente o pico grande é de preferência detectado enquanto o rotor gira por 3 6 ° . Eo pico tem uma amplitude e largura suficientes para ser simplesmente detectado.

Enquanto o "ímã de estator" é utilizado na descrição de modalidades preferidas, o campo magnético também pode ser produzido por, por exemplo, sapatas de polos ou quaisquer outras modalidades conhecidas dos peritos na

3 0 arte. Dependendo do tipo de motor, o ímã do estator pode ser, por exemplo, um ímã permanente ou um eletroímã.

Enquanto algumas modalidades preferidas da presente invenção foram descritas acima, é possível para uma pessoa com conhecimentos na arte, produzir outras modificações ou 5 combinações das modalidades preferidas acima mencionadas. Um especialistas na matéria também deve reconhecer que, em vez de alterar a largura das escovas, é também possível alterar a largura dos segmentos do comutador, ou fornecer uma largura de ranhura diferente entre os segmentos.

Uma pessoa sendo perito na arte também reconhecerá que

o número de segmentos pode ser selecionado de acordo com os requisitos e não precisa ser limitado ao exemplo ilustrado de 10 segmentos. Além disso, um efeito semelhante pode ser alcançado por um outro número de escovas.

O termo "assimétrico" é aqui utilizado para descrever

qualquer arranjo que não é simétrico.

Um motor elétrico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção também pode incluir dispositivos que possibilitam a leitura e avaliam os 20 respectivos contatos elétricos. Para este fim, é possível, em particular detectar tensão ou mudanças de tensão nos circuitos de excitação.

Enquanto modalidades preferidas da presente invenção foram descritas acima, deve ser entendido que variações e 25 modificações serão evidentes para os peritos na arte sem nos afastarmos do escopo e do espírito da presente invenção. 0 âmbito da presente invenção, por conseguinte, deve ser determinado apenas pelas reivindicações que seguem.

Claims

1. Motor elétrico caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira escova e uma segunda escova; e um comutador disposto de modo a rodar com um rotor do motor elétrico, em que a primeira escova e segunda escova são estacionárias em relação ao comutador; o comutador compreende pelo menos uma secção cilíndrica com uma superfície periférica sobre a qual uma pluralidade de segmentos são dispostos, com secções de isolamento interpostas entre a pluralidade de segmentos; um número total da pluralidade de segmentos não é o múltiplo de um número total de polos do motor elétrico; a primeira escova tem uma primeira largura que é arranjada para cobrir a primeira secção da superfície periférica e a segunda escova tem uma segunda largura disposta para cobrir a segunda secção da superfície periférica; e a primeira largura e segunda largura são diferentes umas das outras.

2. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número total de polos do motor elétrico é quatro e um número total de escovas do motor elétrico é dois ou quatro.

3. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos, a primeira escova, e a segunda escova são arranjados uns em relação aos outros, de modo que um ângulo de escova definido entre a primeira escova e segunda escova é tanto maior do que um primeiro ângulo de segmento que é definido por uma primeira seqüência dos segmentos e é também menor do que um segundo ângulo de segmento que é definido pela primeira seqüência de segmentos mais um segmento adicional adjacente à primeira seqüência de segmentos.

4. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos, a primeira escova, e a segunda escova são dispostos uns em relação aos outros, de modo que um ângulo de escova definido entre a primeira escova e segunda escova não é igual a um ângulo de segmento que é definido por qualquer combinação de dois dos segmentos.

5. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade dos segmentos, a primeira escova, e a segunda escova são dispostos de tal modo que a qualquer momento de uma rotação completa do rotor, um total de dois ou três dos segmentos estão em contato elétrico com a primeira escova e a segunda escova.

6. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos, a primeira escova, e a segunda escova são dispostos uns em relação aos outros de modo que, em qualquer momento da rotação completa do rotor, um total de três ou quatro segmentos estão em contato elétrico com a primeira escova e segunda escova.

7. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos são de tamanho desigual e / ou são espaçados de distâncias desiguais uns dos outros.

8. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira escova e segunda escova são dispostas em um ângulo de menos do que cerca de 90 ° uma em relação â outra em torno do comutador.

9. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor inclui quatro polos e 10 segmentos, e um ângulo entre a primeira escova e segunda escova é cerca de 8 6 °.

10. Motor elétrico caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira escova e uma segunda escova dispostas em um estator, e um comutador disposto de modo a rodar com um rotor do motor elétrico, em que a primeira escova e segunda escova são estacionárias em relação ao comutador; o comutador compreende pelo menos uma secção cilíndrica com uma superfície periférica sobre a qual uma pluralidade de segmentos são dispostos, com secções de isolamento interpostas entre a pluralidade de segmentos; um número total da pluralidade de segmentos não é múltiplo de um número total dos polos do motor elétrico, e o estator tem uma magnetização irregular.

11. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos, a primeira escova, e a segunda escova são dispostos de tal modo que a qualquer momento de uma rotação completa do rotor, um total de dois ou três dos segmentos estão em contato elétrico com a primeira escova e a segunda escova.

12. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de ímãs são dispostos de forma irregular em torno do rotor.

13. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de ímãs são dispostos em torno do rotor, e pelo menos um de uma pluralidade de ímãs tem uma forma assimétrica.

14. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de ímãs são dispostos em torno do rotor, e um campo magnético de pelo menos um de uma pluralidade de ímãs é arranjado de forma assimétrica.

15. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico inclui um estator e o estator inclui pelo menos um primeiro elemento de ímã e pelo menos um segundo elemento de ímã; e o pelo menos um primeiro elemento de ímã e o pelo menos um segundo elemento de ímã inclui pelo menos um de um ímã permanente e uma bobina.

16. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico inclui um estator e o estator inclui quatro elementos de ímã que são, respectivamente, dispostos em pares com um ângulo de cerca de 180 ° em torno do eixo de rotação.

17. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico inclui um estator e o estator inclui quatro elementos de ímã que são respectivamente dispostos em pares com um ângulo de cerca de 18 0 0 em torno do eixo de rotação e cada um dos quatro elementos de ímã tem uma forma assimétrica.

18. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o número total de polos do ιιιυι,υι cietrico é quatro e um número total de escovas do motor elétrico é dois ou quatro, e o comutador inclui 10 segmentos.

19. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico inclui um estator e o estator inclui quatro elementos magnéticos, e um primeiro elemento de ímã e um segundo elemento de ímã dos quatro elementos de ímã são dispostos em um ângulo de cerca de 100 ° ou maior um em relação ao outro em torno do eixo de rotação.

20. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o estator inclui a primeira escova e a segunda escova, e um ângulo entre a primeira escova e segunda escova é cerca de 90 0.

21. Contador assíncrono, caracterizado pelo fato de que inclui o motor elétrico, de acordo com a reivindicação e que é arranjado para contar os tempos de contato produzidos na primeira escova e segunda escova com o comutador.

22. Método para determinar a posição ou direção de rotação do motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, o método caracterizado pelo fato de que compreende um passo de medição de uma seqüência e / ou a duração de um número de segmentos em que a primeira escova e a segunda escova estão em contato elétrico.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um passo de fazer uma determinação de se o motor está rodando e em que a posição o motor está situado com base na seqüência e / ou a duração do número de segmentos.

24. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma curva de corrente de ondulação que inclui somente um pico detectável gerado quando o motor roda com um ângulo igual ao ângulo entre dois segmentos adjacentes.

25. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a primeira escova tem uma primeira largura que é disposta para cobrir a primeira secção da superfície periférica e a segunda escova tem uma segunda largura disposta para cobrir a segunda secção da superfície periférica, e a primeira largura e a segundo largura são diferentes umas das outras.