CN102405593A - 操作同步电动机的方法及放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作同步电动机(100，300)的方法，在此方法中，于步骤a)中，通过第一电动机组件(110，120)而产生于预定方位的磁场(111，311)，以产生第一以及第二电动机组件(110，120，310，320)之间限制为预定数值(151)的相对运动，以及在步骤b)中，第一以及第二电动机组件(110，120，310，320)间受限的相对运动的运动方向被确定，步骤a)以及b)重复，直到第一以及第二电动机组件(110，120，310，320)间受限的相对运动的运动方向发生改变为止，其中，在步骤a)以及b)的重复期间，于每次重复，在步骤a)中，具有相关于先前已产生的磁场(111，311)而进行改变的方位的磁场(111，311)是通过第一电动机组件(110，310)而产生，以及其中，磁场(111，311)的方位是分别通过预定方位区段(170)以及取决于已确定的运动方向而进行改变。本发明更进一步相关于用于操作同步电动机(100，300)的放大器，以及包括放大器(200)以及同步电动机(100，300)的系统。

Description

操作同步电动机的方法及放大器
技术领域
本发明涉及一种用于操作同步电动机的方法，该同步电动机包括第一电动机组件与第二电动机组件，其中，所述第一以及第二电动机组件可相对于彼此而运动，本发明更进一步的涉及一种用于操作这种同步电动机的放大器，以及一种包括放大器以及同步电动机的系统。
背景技术
在各式实施例中所知的同步电动机，其包括以能够相对运动的方式来建构的第一与第二电动机组件，在旋转的实施例中，其中一个电动机组件会相对于另一个电动机组件而进行旋转，而在所谓的线性驱动、或线性电动机中，第一、或第二电动机组件则是可分别在线性运动(平移运动)中相对于彼此而转位。
在所有这些各式的实施例中，运动的起始是基于磁场的交互作用，在此上下文中，伴随着旋转、或平移运动的磁场(分别为旋转磁场或移动磁场)是通过利用电磁铁(分别为载电流导体或线圈)的第一电动机组件所产生，由于第二电动机组件包括一、或多个永久磁铁，因此，静磁场是相对于第二电动机组件而提供，由于第一电动机组件的磁场与第二电动机组件的静场相互作用，因此，第一以及第二电动机组件会相对于彼此而运动。
为了产生移动磁场，第一电动机组件的电磁铁在相对于彼此适时的转位时分别地被制动或被供以电流，此由一个电磁铁传至下一个的电流传送亦被称之为整流，对同步电动机的有效操作而言，需要相对于第二电动机组件的磁场来对整流的时间点进行协调。
就机械整流而言，滑动接触(通常是刷子的形状)被用在预定的几何配置中，因此，在第一以及第二电动机组件的相对运动期间，电流可据此而切换，在此方式中，整流会需要相对而言较小复杂性的方式实现，然而，在操作期间的刷子的磨损或刷子的损失却是分别不利的，并且，也是不想要的影响，例如，大量的火花，因此，当前的同步电动机通常是通过电子整流的方式操作，为了此目的，电子控制装置(亦称之为伺服放大器)被分配至电动机，以能够在没有磨损的情形下，且以平顺的方式产生电动机操作所必须的转动磁场。
然而，要在电子整流的架构中将通过第一电动机组件所产生的转动磁场对准第二电动机组件的静磁场，却需要有关于第一以及第二电动机组件相对于彼此的空间位置的知识，这在开始操作同步电动机时特别重要，以允许伴随着最大力矩利用的有效操作模式，如此的结果是，要使用位置确定装置，其亦被称之为编码器，或分别地，编码系统，这些可被配置为所谓的绝对编码器，以允许明白地确定电动机组件的位置，然而，不利地是，使用如此的绝对编码器所伴随地是相对而言较高的成本。
DE 10 2004 012 805 A1叙述一种确定包括永久磁铁的电动机的转子的角位置(方位)的方法，在此方法中，其提议根据预定的脉冲形式而将电流脉冲供给至电动机的定子的绕组(电磁铁)，以通过加速传感器而测量转子从而发生的角加速度，并且以这些数据作为基础而计算所需之转子位置。
EP 0 784 378 A2所指的是一种确定同步机器的绝对转子位置的方法，在此上下文中，磁场通过电子的电磁铁而产生，被永久赋予能量的转子从而发生的转动运动受到检测，而定子磁场的方位于控制方法的架构中分别发生改变或转动，直到转子的转动运动停顿为止，在此状态下，转子以及定子的磁场的方位或角位置分别一致，因此而确定所需的转子位置。
R.
Figure BPA00001443903700021
W.Hofmann，″Elektrische Antriebe undBewegungssteuerungen“，pp.309-310，VDE(publisher)，2005叙述确定电动机的初始角度的位置的方法，根据其中一种方法，磁场的施加被提供来对准被永久赋予能量的转子。
DE 44 07 390 A1指出一种用于启动相位以及同步机器整流的方法，此方法提出通过施加多相位电流至定子的绕组转子激发测试，此外，亦确定从而达成的最大力矩，涉及最大力矩的定子电流的相位被使用作为同步电动机的初始操作的整流角度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善的用于操作同步电动机的方法，通过此方法，同步电动机的第一以及第二电动机组件或其磁场能够分别在同步电动机的操作开始的架构下，以更简单的方式而彼此调整，本发明更进一步的目的在于提供一种用于操作同步电动机的改良放大器，以及一种包括这种放大器以及同步电动机的系统。
此目的可通过根据权利要求1的方法，根据权利要求9的放大器，以及根据权利要求15的系统而解决，本发明的其它较佳实施例则是指明于附属权利要求中。
根据本发明，提出一种用于操作同步电动机的方法，所述同步电动机包括第一电动机组件以及第二电动机组件，所述第一电动机组件以及所述第二电动机组件彼此能相对运动，通过所述第一电动机组件可产生磁场，第二电动机组件包括相对于所述第二电动机组件为静止的磁场，若第一以及第二电动机组件的磁场间的方位发生不同时，第一以及第二电动机组件相对于彼此而运动，在所建议的方法中，在步骤a)中，磁场是通过第一电动机组件而产生于一预定方位，以产生第一以及第二电动机组件间限制为预定数值的相对运动，在步骤b)中，确定第一以及第二电动机组件间受限的相对运动的运动方向，步骤a)以及b)是确定的，步骤a)以及b)会重复，直到受限的相对运动的运动方向改变发生于第一以及第二电动机组件之间为止，在此上下文中，在每次重复中，于步骤a)中，具有相关于先前所产生磁场的已改变方位的磁场是通过第一电动机组件而产生，磁场的方位是分别通过预定方位区段以及取决于已确定的运动方向而进行改变。
根据本发明的方法可应用于旋转以及线性同步电动机，通过此方法，第一电动机组件的磁场可逐渐地对准第二电动机组件的磁场的方向，由于因磁场的相互作用从而造成的第一以及第二电动机组件间的相对运动限制为预定数值，因此，实施此方法仅需要电动机组件相对而言较低的全面运动，为了确定第一以及第二电动机组件的相对运动的运动方向，可使用相对而言较简单的编码器，特别是，增量式编码器，因而以不贵的方式执行本方法。
只要第一以及第二电动机组件间的相对运动的运动方向一发生颠倒，可达成的是，在第一以及第二电动机组件目前的空间位置中，第二电动机组件的磁场以及通过第一电动机组件所产生的最后磁场之间的方位差异可小于通过第一电动机组件所产生的最后二个磁场间的方位差异，换言之，第二电动机组件的磁场的方位是位于通过第一电动机组件所产生的最后二个磁场的方位“之间”，第一以及第二电动机组件的磁场可利用此方法而“粗略地”彼此调整。
在可能的实施例中，第一电动机组件为静止，以及第二电动机组件可相对于第一电动机组件而运动，此实施例特别地考虑到其中的第一电动机组件被配置为定子以及第二电动机组件被配置为转子的旋转同步电动机，在此上下文中，通过第一电动机组件所产生的磁场的方位在每一个情形下皆被改变为相反于所确定运动(第二电动机组件的运动)方向的方向。
在替代实施例中，在第二电动机组件为静止的同时，第一电动机组件可相对于第二电动机组件而运动，此实施例特别地考虑到其中的第一电动机组件被配置为可化动主要组件以及第二电动机组件被配置为静止次级组件的同步电动机，在此上下文中，通过第一电动机组件所产生的磁场的方位在每一个情形下皆被改变为对应于所确定运动(第一电动机组件的运动)方向的方向。
在“粗略”调整第一以及第二电动机组件的磁场之后，磁场可进一步地进行“精准”调整，或分别地，使彼此一致，从此状态开始，同步电动机可进入其真实的操作状态，以实施旋转、或平移运动，不同的实施例可用于磁场的精准调整。
在较佳实施例中，在重复步骤a)以及b)以及确定运动方向的改变，或分别地，颠倒之后，另一磁场可通过第一电动机组件而产生，其中，另一磁场的方位被选择为落在通过第一电动机组件而产生的最后二个磁场的方位间的中间，以及另一磁场的强度从零开始增加至一预定数值，此程序提供了利用相对而言较简单的方式而使第一以及第二电动机组件的磁场一致状态的机会，藉此而正在发生的第一以及第二电动机组件的相对运动至多对应至通过第一电动机组件所产生的最后磁场的方位间的距离(平移运动)，或分别地，角度范围(旋转运动)的一半，“摇摆”因此而不会发生在第一以及第二电动机组件之间，此使得本发明更坚实，且特别适合于具有低吸收，或分别地，黏着摩擦的同步电动机，举例而言，利用空气承载的无铁线性驱动即落在此种类中，即使是具有相对而言较高吸收的同步电动机，此方法亦证实具有优势。
在替代的实施例中，在重复步骤a)以及b)以及确定运动方向的改变后，另一磁场可通过第一电动机组件而从最后的方位开始产生，以及第一以及第二电动机组件间的相对运动可被确定，其中，另一磁场的强度从零开始增加至一预定数值，以及另一磁场的方位进行改变，直到第一以及第二电动机组件间的相对运动停顿，或仅最小相对运动发生为止，因此，此程序允许牵涉相对而言较小相对运动的第一以及第二电动机组件的磁场成为一致。
在另一较佳实施例中，步骤a)包括从零开始增加磁场(111，311)的强度，再者，在步骤a)中所造成之第一以及第二电动机组件间的相对运动，较佳地是在利用关闭通过第一电动机组件所产生的磁场而通过相对运动的预定数值之后而被终止。
在另一较佳实施例中，若是于磁场的第一操作期间，通过于预定方位的第一电动机组件而使得在步骤a)中没有相对运动被产生在第一以及第二电动机组件之间的情形时，不同的方位可被预先定义，以及步骤a)再次地以不同的方位实施，例如，此没有运动的情形发生在旋转同步电动机中，假设第一电动机组件的磁场被产生为具有相关于第二电动机组件的磁场方位而转位180°度的方位，其有可能地是，第一电动机组件的磁场被产生为具有与第二电动机组件的磁场相同的方位，由于二种情形间无法区分，因此建议产生具有不同方位的第一电动机组件的磁场，在旋转同步电动机中，不同的方位可选择为，例如，相对于先前的方位而旋转90°度。
根据本发明，更进一步提议一种操作同步电动机的放大器，同步电动机包括第一电动机组件，第二电动机组件，以及编码器，通过第一电动机组件，可产生磁场，第二电动机组件包括相对于第二电动机组件为静止的磁场，若第一以及第二电动机组件的磁场间的方位不同，第一以及第二电动机组件间发生相对运动，其可通过编码器而确定，根据本发明的放大器包括电力单元以及控制单元，电力单元被配置来提供电流至第一电动机组件，以产生于不同方位的磁场，放大器的控制单元被配置来控制电力单元以及来评估通过编码器所确定的相对运动，控制单元在开始所述同步电动机的操作的架构中，更进一步被配置来在步骤a)中通过第一电动机组件而起始于预定方位的磁场的产生，进而产生第一以及第二电动机组件间限制为预定数值的相对运动，在步骤b)中确定第一以及第二电动机组件间受限的相对运动的运动方向，以及重复二步骤a)以及b)，直到第一以及第二电动机组件间受限的相对运动的运动方向的改变发生为止，在此上下文中，在每次重复中，控制单元于步骤a)中起始的是，通过具有相关于先前已产生的磁场而进行改变的方位的第一电动机组件而产生磁场，其中，磁场的方位是分别通过预定方位区段以及取决于编码器所确定的运动方向而进行改变。
根据本发明的放大器可用于操作旋转以及线性同步电动机，对应于上述的方法，放大器利用电动机组件的较低全面运动而允许第一以及第二电动机组件的磁场的“粗略”调整，接着，磁场可通过放大器而成为一致，本发明包括如此之放大器以及同步电动机的系统具有相同的优势。
附图说明
接下来，本发明将配合附图而进行更详细的解释，其中：
图1：为包括旋转同步电动机以及伺服放大器的系统的示意图；
图2：为图1具有三个极对的同步电动机的示意图；
图3：为图1具有一个极对的同步电动机的示意图；
图4A至图4C：描绘图3于粗略调整同步电动机磁场的操作状态期间的同步电动机；
图5：为在同步电动机的粗略调整期间，转子运动以及磁通矢量的目标值选择的示范图式；
图6：显示图3于精准调整磁场的操作状态期间的同步电动机；
图7：描绘图3于精准调整磁场的另一操作状态期间的同步电动机；以及
图8A以及图8C：显示于粗略调整磁场的操作状态期间，线性同步电动机的示意图。
具体实施方式
图1显示包括旋转同步电动机100以及连接至同步电动机100以控制同步电动机100的放大器200的系统的示意图，同步电动机100(亦被称之为伺服电动机)包括静止定子110以及可旋转的设置于定子内的转子120，转子120具有一、或多个永久磁铁，因此包括固定的，或分别地，静态的磁场，与此相较，定子110包括一些电磁铁，在图1中三个线圈所指示者，通过利用及时的转位而制动电磁铁，其有可能产生转动磁场，而与转子120的静磁场相互作用，这让转子120产生转动运动。
放大器200(亦称之为伺服放大器)包括控制单元210，电力单元220，以及位置检测单元(转速计)230，位置检测单元230亦可配置为控制单元210的集成组件(与图1所绘相反)，定子110可经由电力单元220而被提供用来分别产生旋转磁场的电流或旋转电流，在此上下文中，定子110的电磁铁被提供具有关于彼此而相移的旋转电流，在此，电力单元220受到控制单元210的控制。
位置检测单元230用来检测转子120的位置相对改变，并将其提供至控制单元210，以用于控制电力单元220，为了这个目的，放大器200的位置检测单元230被连接至关连于同步电动机100的增量式编码器130，编码器130被配置来将于转子120的旋转运动期间发生的相对应脉冲，或分别地，讯号传送至位置检测单元230，藉此，位置检测单元230可确定转子120的旋转方向以及相对运动，在此上下文中，编码器130能够以机械的、光学的、或电磁的方式而确定转子120的旋转运动。
在示意图中，图2显示同步电动机100，以及于同步电动机100操作期间定子110以及转子120分别所发生的磁场，定子110所电性产生的磁场是分别通过指示物或矢量111来表示，在接下来的叙述中，将被称之为定子磁通矢量111，转子100的磁场是分别通过指示器或矢量121来表示，在接下来的叙述中，将被称之为转子磁通矢量121，若定子120以及转子120的磁场的方位不同时，亦即，定子磁通矢量111以及转子磁通矢量121有不同方位时，转子磁通矢量121以及因此转子120会以定子磁通矢量111的方向旋转，因此，于同步电动机100的操作期间(连续地)旋转定子磁通矢量111导致转子120的旋转运动。
在图2中，所指出的是具有六个极的同步电动机100，在此上下文中，定子110包括六个磁极141，142，143，以用来产生定子磁通矢量111，其每一个结合成为极对，在此上下文中，每一个极对皆可经由三个线圈(线圈三胞胎)而提供，在如此之具有三个极对的实施例中，施加至定子110的交流电(亦称之为“电性”旋转)会随着时间而造成定子磁通矢量111的“机械”旋转，其总计为电性旋转的三分之一，因此，在一个周期(360°)内的完整电性旋转会造成总计120°的机械旋转140，如在图2中所示。
对接下来的叙述而言，是以具有仅一个极对141的同步电动机100的实施例作为基础，正如在图3中所示意描绘者，在如此的例子中，电性旋转对应于定子磁通矢量111的机械旋转140，这简化了接续的考虑，然而，接下来的叙述也可对应地应用于不同数量的极对，例如，在图2中所描绘具有六个极的实施例。
在图1所描绘的系统中，关连于同步电动机100的编码器130被配置为不贵的增量式编码器，藉此可检测转子120的旋转运动，然而，不是其绝对位置，所以，当开始同步电动机100的操作时，转子120的位置以及因此静磁场，或分别地，转子磁通矢量121的方位是未知的，如此的结果是，通过施加旋转电流至定子110而产生定子磁通矢量111进而起始在如此之未定义位置的转子120的旋转运动，可能会有负面的结果，例如，损失力矩，断续的转子运动，无法控制的控制程序，同步电动机100、或耦接至同步电动机100的装置的损坏等，为了避免如此的不利效果，在第一阶段仅粗略地调整定子110以及转子120彼此的磁场，其中，粗略调整是利用转子120相对而言较低的全面运动而实施，在第二阶段中，则是可以进行精准调整，自此状态开始，同步电动机100可进入其真实的操作状态，转子120实施(连续的)旋转运动。
图4A至图4C阐明定子110以及转子120的磁场，或分别地，矢量111，121的粗略调整，在此上下文中，控制单元210起始电力单元220，以“调大”第一方位的定子磁通矢量111，亦即，以从零开始增加此方位的分别磁场强度至预定的数值(图4A)，第一方位可，例如，由控制单元210任意选择，或者可以是预先定义的。
一般而言，由于定子磁通矢量111的第一方位(如在图4A中所描绘)与转子磁通矢量121的第一方位是不同的，所以，转子磁通矢量121以及，因此，转子120会因增加的磁力而被吸引至定子磁通矢量111的方向，转子120的旋转运动是由编码器130以及位置检测单元230所确定，并且，因此所确定的旋转方向会被提供至控制单元210。
发生在转子120的旋转运动被限制在最小角数值(例如，0.5°)，此即足以通过编码器130以及位置检测单元230而确定旋转运动的旋转方向，且此可通过例如控制单元210造成电力单元220在接收有关转子120旋转方向的信息后立即切换定子磁通矢量111而实现。
接续地，控制单元210造成电力单元220再次调大定子磁通矢量111，如在图4B中所描绘，然而，是利用相关于第一方位而改变了角度移位170(比较图4C)的方位，例如，角度移位170可为22.5°，在此，定子磁通矢量111的(新)方位是取决于先前确定的转子120的旋转方向而进行改变，进而使定子磁通矢量111的方位改变得更接近转子磁通矢量121，由于在所呈现的例子中，定子110(可藉此产生定子磁通矢量111)为静止，以及转子120与转子磁通矢量121可旋转，因此，定子磁通矢量111的方位被改变为与先前所确定之转子120的旋转方向相反的方向。
关于定子磁通矢量111(如图4B中所描绘)的再次调大，转子120的旋转运动的旋转方向(已减少至最小角度值)则是再次地利用编码器130以及位置检测单元230而确定，并会被提供至控制单元210，在所呈现例子中的旋转方向，与先前产生于根据图4A的方位中的定子磁通矢量111相同。
放大器200，或分别地，控制单元210被配置为连续地重复下列这些方法步骤：产生定子磁通矢量111(包括分别改变了角度移位170的方位)，以及确定转子120的受限旋转运动的旋转方向，直到定子磁通矢量111追过转子磁通矢量121以及转子120的旋转方向因此颠倒为止，正如在图4C中所描绘，在图4A至图4C的示范性顺序中，从图4A中的“起始情况”开始，此状态已经达到定子磁通矢量111的第三方位，在此状态中，定子磁通矢量111以及转子磁通矢量121(或分别地，它们的方位，因为定子磁通矢量111在通过转子120的受限旋转运动后被关闭)粗略地彼此调整，在此上下文中，定子磁通矢量121落在最后调大的二个定子磁通矢量111所提供的角度区段，或分别地，角度移位170的范围内。
为了更进一步阐明以图4A至图4C做为参考而进行解释的粗略调整，在图5所显示的示范性图式中，转子120的旋转运动(由线150表示)，以及对于产生在控制单元210中且由线160表示的定子磁通矢量111的强度的目标值预选择，是相关于时间(ms)而进行举例说明，根据目标值预选择160，对每一个所选择的方位，定子磁通矢量111线性地调大，并在由零开始的时间期间162内到达预选择数值161，以及接续地保持在所述预选择数值161，例如，时间期间162可为100ms，以及例如，预选择数值161可为所提供的定子磁通矢量111的最大强度的50％。
通过调大定子磁通矢量111，转子120实施相对应的旋转运动150，正如先前所述，转子120的旋转运动150，例如，会被限制为总计0.5°的旋转角度151，其是通过控制单元210所起始的定子磁通矢量111的关闭而实现，然而，正如在图5中所示，目标值预选择160可在控制单元210范围内的此程序期间继续。
接续于旋转角度150的通过，或分别地，旋转角度151的通过所致能的运动确定之后，会等待时间期间153(例如，150ms)，直到定子磁通矢量111再次随着不同的方位而调大以及转子120再次旋转受限的旋转角度151为止，例如，由于提供等待时间期间152，因此，系统，或分别地，(可能因旋转运动而震荡的)同步电动机100可冷静下来，此连续地调大定子磁通矢量111以及确定在旋转角度151附近发生的转子运动的程序分别地重复，直到转子120的旋转方向颠倒为止(比较图5中虚线圆所举例说明的区域P)。
在图5中，描绘的是在以固定斜率通过旋转角度151期间的旋转运动150。然而，在实际操作中，斜率可取决于旋转角度151而改变，或分别地，可由于定子磁通矢量111以及转子磁通矢量121之间相互吸引的强度随着矢量111，121渐增的“估量(approximation)”变小而变得较小，在此方式中，转子120的运动可比图5中所示更进一步地向目标值预选择160延伸进入“一级(step)”。
接续于定子110以及转子120的磁场、或关联的矢量111，121分别的粗略调整之后，磁场可更进一步地彼此精准调整，或分别地，成为一致，亦即，进入相同的相位，从此状态开始，同步电动机100可处于其适当的操作状态，以通过旋转定子磁通矢量111(旋转磁场)而产生转子120的旋转运动，不同的实施例亦可用来精准调整。
精准调整的可能过程示意地描绘于图6中，在此过程中，控制单元210起始电力单元220，以再次产生，或分别地，调大定子磁通矢量111，其方位被选择为介于产生的最后二个定子磁通矢量111的方位的中间，在此(固定的)方位中，定子磁通矢量111的强度会从零开始增加至一特定的数值，此造成转子120因转子磁通矢量121以及定子磁通矢量111之间渐增的磁力而被吸引至定子磁通矢量111的方向，直到二个矢量111，121一致为止，从而，发生的转子120旋转运动180至多对应于粗略调整期间所使用的角度移位的一半。
通过转子120对于定子磁通矢量111的此“稳固”对准，就可避免转子120的旋转运动的摇摆，因此，此鲁棒的方法适合于同步电动机100，其中转子120发生的是低吸收，或分别地，黏着的摩擦。然而，此方法并不受限于具有如此特性的同步电动机100，且，例如，若是黏着摩擦相对而言较高时，亦可展现优势。
控制单元210所控制的精准调整的替代方法示意地描绘于图7中。在此上下文中，定子磁通矢量111的产生是在粗略调整期间从最后选择的方位开始，并且，转子120的旋转运动会连续地被确定，定子磁通矢量111再次地从零调大至特定的数值，以及定子磁通矢量111的方位根据所确定的旋转运动进行适应，直到转子120的旋转运动停顿为止，在此，转子120可位于与精准调整开始时相同的位置。
通过此“校正”，就可通过转子120相对小的旋转运动180而使矢量111，121处于一致状态成为可能。然而，此需要转子120不受到太小、或太大的黏着摩擦，以避免转子180(于克服黏着摩擦时)的摆动或断续运动。在此，使定子磁通矢量111到达预定数值的调大可在例如500ms的时间周期内实施，定子磁通矢量111可更进一步的在预定数值维持预定的时间量，其可以是，例如，3000ms。
参考图4A至图4C所解释的用于粗略调整矢量111，112的方法基于的事实是，在定子磁通矢量111的调大期间，转子120实施旋转运动，然而，在定子磁通矢量111的第一调大期间，可能发生转子120并未实施任何旋转运动，这是例如若定子磁通矢量111是在与转子磁通矢量121相对或分别地反平行的方位产生，亦即，旋转180°的方位，的情形时。然而，转子120的不运动亦发生在若定子磁通矢量111于相同方位调大时，亦即，与转子磁通矢量121一致时，因此，使得此二个不同情况之间没有区别。若转子120在定子磁通矢量111的第一调大期间没有运动，放大器200，或分别的，控制单元210则因此被配置为再次利用不同方位来起始定子磁通矢量111的产生，并且继续上述的粗略调整，不同的方位可选择为例如相对于先前的方位而旋转角度90°。
若旋转运动并未发生在此不同方位中，则放大器200或分别地控制单元210可被配置为产生错误信息，错误信息可以例如光学的或分别地声学的方式输出，这是例如若发动机制动(仍然)活跃，或是其它阻止旋转运动的环境存在时的情形。
再者，其亦可是在矢量111，121的粗略调整结束时的情形，此时，取代实施旋转(以颠倒的方向)，转子120在定子磁通矢量111的调大期间并不实施旋转运动，此是若转子磁通矢量121并未被定子磁通矢量111“超过”(如图4C中所示者)、但定子磁通矢量111被产生为与转子磁通矢量121一致的情形，对此情形而言，由于矢量111，121已经一致，控制单元210可被配置来终止粗略调整且不起始任何的精准调整。
参考上述图式而进行说明的粗略以及精准调整方法并不受限于旋转的同步电动机，而是亦可对应地应用于其中的电动机组件可相关于其它电动机组件而平移移位的线性同步电动机，对所阐明的目的而言，图8A至图8C显示用于与此类线性电动机300有关的粗略调整方法的示意图。
线性电动机300包括静止电动机组件320，于下被称为提供静磁场的次级组件320。次级组件320的磁场可以例如通过具有交替极性(未描绘)的等距并排设置的永久磁铁而产生。除了次级组件320以外，线性电动机300包括以可滑动方式设置在次级组件320上的电动机组件310，电动机组件310接下来被称为主要组件310，亦称为电枢的主要组件310包括多个电磁铁(未描绘)，电磁铁通过施加电流而产生磁场。通过利用交流电并以相移的方式来寻址主要组件310的电磁铁，产生亦称为移动场的平移运动的磁场。在此，主要组件310的移动场与次级组件320的静磁场相互作用，造成主要组件310的平移运动。
为了分别阐明次级组件320的磁场、或其方位，图8A至图8C显示单一磁通矢量321，于下被称为定子磁通矢量321。严格来说，定子磁通矢量321仅阐明了具有不同极性(亦即，一对极对)的二个永久磁铁的磁场，因此，接下来的说明是针对此一极对，主要组件310的磁场是通过磁通矢量311来指示，接下来称之为电枢磁通矢量311，其方位可以分别地“水平地”移位或改变。
对线性电动机300的控制可以用与图1的系统类似的方式而通过相对应的放大器200以及通过与线性电动机300关联的增量式编码器130(未显示)来实施，在此情形下，编码器130被配置来检测主要组件310的平移运动，至于关于这些组件的更详细内容，可参考先前以类似方式应用的叙述，在此，主要组件310的电流供应可经由拖曳电缆来实现。
在线性驱动300的情形中，同样，可能会由于使用不贵的增量式编码器130而发生主要组件310相对于次级组件320的绝对位置为未知的问题，为了起始平移运动而通过施加转动电流至主要组件310来产生移动电枢磁通矢量311可能因此而具有负面的效果，例如，降低的驱动力矩、主要组件310的断续启动、无法控制的过程、对于线性驱动300的损害等。因此，提出了在第一级(图8A至图8C)粗略地调整主要组件310以及次级组件320的磁场，其中，粗略调整是利用主要组件310相对低的整体运动来实施，在第二级中，进行精准调整，自此状态开始，线性电动机300可被启动以实施主要组件310的平移运动。
如图8A中所描绘的，电枢磁通矢量311在第一方位被调大，电枢磁通矢量311的强度依次地从零开始增加至预定数值，第一方位可以是例如任意选择或者其亦可以是预定的。通常，电枢磁通矢量311的第一方位与定子磁通矢量321的第一方位不同。因为渐增的磁力，电枢磁通矢量311以及因此主要组件310会被吸引至定子磁通矢量321的方向。
此发生的平移运动(通过编码器130)被检测，以确定主要组件310的运动方向。在此，主要组件310发生的平移运动再次地限制为足以确定运动方向的最小数值，为了这个目的，电枢磁通矢量311可在确定运动方向后立即地被关闭。
在另外的阶段中，电枢磁通矢量311在已通过预定的“距离”、或“区段”而相对于第一方位改变的方位被调大，如图8B中所描绘，为了更好的阐明，先前在第一方位中产生的电枢磁通矢量311的位置同时在图8B中通过虚线箭头表明。在此，电枢磁通矢量311的(新)方位是取决于先前确定的主要组件310运动方向而改变，进而使电枢磁通矢量311的方位改变为更接近定子磁通矢量321，由于在所呈现的例子中，主要组件310(通过主要组件310产生电枢磁通矢量311)可被移动，以及包括定子磁通矢量321的次级组件320为静止，因此，电枢磁通矢量311的方位被改变为与先前确定的主要组件310运动方向相对应的方向(与图1的同步电动机100相反)。
关于根据图8B的电枢磁通矢量311的调大，再次地，确定了被限制为最小数值的主要组件310运动的运动方向，现在的运动方向与先前根据图8A的方位中产生的电枢磁通矢量311相同。
产生电枢磁通矢量311(具有分别通过预定区段而已经改变的方位)以及确定主要组件310运动方向的方法步骤可被重复，直到电枢磁通矢量311“超过”定子磁通矢量321为止，如图8C中所描绘。在此上下文中，主要组件310的运动方向颠倒。在第8A图至图8C的示范性顺序中，当从图8A中的“起始情况”开始时，此状态已存在于电枢磁通矢量311的第三方位，在此状态中，由于定子磁通矢量321现在落在二个最后调大的电枢磁通矢量311所提供的区段内，因此，电枢磁通矢量311以及定子磁通矢量321(或分别地，它们的方位)粗略地彼此调整。
在粗略调整主要组件310以及次级组件320的磁场之后，磁场可进一步分别地进行彼此的精准调整或使彼此一致，为了这个目的，如旋转同步电动机100的情形，所考虑的有二个不同的实施例(未描绘)。
一个过程包括使电枢磁通矢量311在位于二个最后产生的电枢磁通矢量311的方位中间的方位调大，电枢磁通矢量311的强度再次地从零开始增加至预定数值，使得主要组件310会由于渐增的磁力而被吸引至定子磁通矢量321的方向，直到二个矢量311、321一致为止，主要组件310因此而发生的平移运动至多与粗略调整期间所使用的方位区段的一半相对应，从而，电枢磁通矢量311的方位可分别地被改变，特别地，此方法可被考虑用于具有低黏着摩擦的线性电动机300，例如，用于利用空气承载的无铁线性驱动器。
替代地，电枢磁通矢量311可从粗略调整期间的最后选择方位开始产生，以及主要组件310的平移运动可连续地被检测，电枢磁通矢量311再次地从零开始调大至预定数值，以及电枢磁通矢量311的方位以根据主要组件310的平移运动的方式而进行校正，或分别地适应，直到主要组件310不再移动为止。在此上下文中，主要组件310可位于与精准调整开始时相同的位置，在校正过程期间，矢量311、321可通过主要组件310相对小的平移运动而成为一致。
在线性电动机300的粗略调整架构中，亦可能发生主要组件310于电枢磁通矢量311的调大期间不实施平移运动或不再平移运动的情形。在主要组件310于电枢磁通矢量311的第一调大期间不移动的情况下，对同步电动机100而言，建议产生具有不同方位的电枢磁通矢量311并且继续粗略调整过程(如原本情况一样)。在即使具有此不同方位的情形下，平移运动仍未发生，则可(通过放大器200)产生错误消息，以接着分别地利用光学的或声学的方式输出，此可以是，例如，若发动机制动(仍然)活跃，或是其它阻止主要组件310运动的环境存在时的情形。
在主要组件310于电枢磁通矢量311产生期间并未运动的情况下，主要组件310已分别于电枢磁通矢量311的先前调大(具有不同方位)期间发生运动，则粗略调整可被终止并且不需要起始精准调整，因为矢量311、321在此情形下已经一致。
实施例是参考本发明分别地重新呈现的较佳或示范性的实施例而进行说明，再者，表示所述实施例的更进一步修饰、或结合的实施例是可想象的。
特别地是，在描绘被称为静态电枢机器的图1所描绘的是用于粗略以及精准调整同步电动机100的方法亦可被用于被称为外极机器者，其中的转子被建构来产生旋转磁场以及定子提供d.c.磁场，此对应地应用于线性驱动，同样，与图8A至图8C的线性驱动300相反，用于产生移动磁场的主要组件是静止的，以及用于提供静磁场的次级组件被以可滑动的方式进行配置。

Claims (15)

1.一种用于操作同步电动机(100，300)的方法，所述同步电动机(100，300)包括第一电动机组件(110，310)以及第二电动机组件(120，320)，所述第一电动机组件(110，310)以及所述第二电动机组件(120，320)彼此能相对运动，
其中所述第一电动机组件(110，310)被配置用于产生磁场(111，311)，
其中所述第二电动机组件(120，320)包括相对于所述第二电动机组件(120，320)为静止的磁场(121，321)，
其中，在所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)的磁场(111，121，311，321)之间的方位不同的情况下，所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)彼此相对地运动，
以及其中所述第一电动机组件(110，120)的所述磁场(111，311)通过实施下列方法步骤而逐渐地对准所述第二电动机组件(120，320)的所述磁场(121，321)的方向：
a)通过所述第一电动机组件(110，120)产生于预定方位的磁场(111，311)，以在所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间产生被限制为预定数值(151)的相对运动；
b)确定所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的被限制的相对运动的运动方向；以及
c)重复所述方法步骤a)以及b)，直到所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的被限制的相对运动的运动方向发生改变为止，
其中，在重复方法步骤a)以及b)的期间，在每一个情况下，在方法步骤a)中，具有与先前已产生的磁场(111，311)有关的改变的方位的磁场(111，311)是通过所述第一电动机组件(110，310)而产生，其中所述磁场(111，311)的方位是分别通过预定方位区段(170)以及取决于所确定的运动方向而改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电动机组件(110)为静止，以及所述第二电动机组件(120)能相关于所述第一电动机组件(110)而运动，以及其中通过所述第一电动机组件(110)产生的所述磁场(111)的方位在每一个情形下皆被改变为与所确定的运动方向相反的方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二电动机组件(320)为静止，以及所述第一电动机组件(110)能相关于所述第二电动机组件(120)而运动，以及其中，通过所述第一电动机组件(310)产生的所述磁场(311)在每一个情形下皆被改变为与所确定的运动方向对应的方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在方法步骤c)之后，通过所述第一电动机组件(110，310)产生另一磁场(111，311)，其中所述另一磁场(111，311)的方位被选择为落在通过所述第一电动机组件(110，310)最后产生的二个磁场(111，311)的方位之间的中间，以及所述另一磁场(111，311)的强度从零开始增加至预定数值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，在方法步骤c)之后，通过所述第一电动机组件(110，310)从最后的方位开始产生另一磁场(111，311)，以及决定所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的相对运动，其中所述另一磁场(111，311)的强度从零开始增加至预定数值，以及改变所述另一磁场(111，311)的方位，直到所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的所述相对运动停顿为止。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，方法步骤a)包括从零开始增加磁场(111，311)的强度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在方法步骤a)中所产生的所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的相对运动是在借助关闭通过所述第一电动机组件(110，310)所产生的所述磁场(111，311)而通过所述相对运动的所述预定数值(151)之后被终止。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在通过所述第一电动机组件(110，310)于所述预定方位的磁场(111，311)的首次产生期间，在方法步骤a)中，在所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间没有相对运动产生的情形下，预先定义不同的方位，且再次地以不同的方位实施方法步骤a)。
9.一种用于操作同步电动机(100，300)的放大器，所述同步电动机(100，300)包括第一电动机组件(110，310)、第二电动机组件(120，320)以及编码器(130)，
其中所述第一电动机组件(110，310)被配置用于产生磁场(111，311)，
其中所述第二电动机组件(120，320)包括相对于所述第二电动机组件(120，320)为静止的磁场(121，321)，
其中，在所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)的所述磁场(111，121，311，321)之间的方位不同的情况下，所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间发生能通过所述编码器(130)确定的相对运动，
其中所述放大器(200)包括电力单元(220)以及控制单元(210，230)，
其中所述电力单元(220)被配置用于提供电流至所述第一电动机组件(110，310)，以产生于不同方位的磁场(111，311)，
其中所述控制单元(210，230)被配置用于控制所述电力单元(220)以及评估所述通过所述编码器(130)确定的相对运动，
其中，所述控制单元(210，230)还被配置用于在开始所述同步电动机(100，300)的操作的架构中，起始在所述控制单元(210，230)实施的所述第一电动机组件(110，310)的所述磁场(111，311)对于所述第二电动机组件(120，320)的所述磁场(121，321)的方向的逐渐对准：
在方法步骤a)中通过所述第一电动机组件(110，310)起始于预定方位的磁场(111，311)的产生，以产生所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间被限制为预定数值的相对运动；
在方法步骤b)中确定所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的所述被限制的相对运动的运动方向；以及
重复所述方法步骤a)以及b)二个方法步骤，直到所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的被限制的相对运动的运动方向发生改变为止，
其中，在重复所述方法步骤a)以及b)的期间，在每一个情况下，所述控制单元(210，320)于方法步骤a)中起始的是，通过所述第一电动机组件(110，310)产生的具有相对于先前已产生的磁场(111，311)而改变的方位的所述磁场(111，311)，其中所述磁场(111，311)的方位是分别通过预定方位区段(170)以及取决于所述编码器(130)所确定的运动方向而改变。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述控制单元(210，230)还被配置用于在重复方法步骤a)以及b)后，起始通过所述第一电动机组件(110，310)产生另一磁场(111，311)，其中所述另一磁场(111，311)的方位被选择为落在通过所述第一电动机组件(110，310)最后产生的二个磁场(111，311)的方位之间的中间，以及所述另一磁场(111，311)的强度从零开始增加至预定数值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述控制单元(210，230)还被配置用于在重复方法步骤a)以及b)后，起始通过所述第一电动机组件(110，310)从最后的方位开始产生另一磁场(111，311)，所述另一磁场(111，311)的强度从零开始增加至预定数值，以及改变所述另一磁场(111，311)的方位，直到所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的所述相对运动停顿为止。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述控制单元(210，230)被配置用于在方法步骤a)中起始从零开始增加磁场(111，311)的强度。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述控制单元(210，230)还被配置用于，在通过所述编码器(130)所确定的所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间的所述相对运动已超过所述预定数值的条件下，起始对步骤a)中通过所述第一电动机组件(111，311)产生的所述磁场(111，311)的终止。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述控制单元(210，230)还被配置为，在通过所述第一电动机组件(110，310)于所述预定方位的磁场(111，311)的首次产生期间，在方法步骤a)中，在所述第一以及所述第二电动机组件(110，120，310，320)之间没有相对运动产生的情形下，起始通过该第一电动机组件(110，310)产生不同方位的磁场(111，311)，以再次地以不同方位实施方法步骤a)。
15.一种包括根据权利要求9至14中任一项所述的放大器(200)以及同步电动机(100，300)的系统。
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