CN103066762A - 用于多极电机的波纹计数器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多极电机的波纹计数器。提供了一种电机，该电机包括至少一个第一电刷和至少一个第二电刷，所述至少一个第一电刷和所述至少一个第二电刷以静止不动的方式设置并且被设置成与随着转子一起旋转的换向器接触。所述换向器包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部。为了检测所述转子的转速和位置，所述电机包括具有不对称周向宽度或角度的电刷，或具有不均匀的磁化强度的定子。所述电机被设置成在所述转子旋转了两个相邻片段之间的角时仅检测到一个信号。

Description

用于多极电机的波纹计数器

技术领域

本发明涉及电机和用于确定电机的位置或转速的方法，并且更具体地涉及电机和其中电机的电刷（brush）和换向器（commutator）检测转子的旋转运动和位置的方法。

背景技术

对于涉及小型电机的许多应用来说，如果除了产生旋转运动以外，电机还能够供给关于其当前状态或位置的信息，则是有利的。为了实现该目的，已知的是，例如，使用电机的激励电路作为“波纹计数器”或者作为异步计数器。

例如，在EP 1316136中公开了这种电机。在该电机中，设置了两个电刷，这两个电刷交替地接触换向器的六个薄片（lamella）或片段（segment）。在这种情况下，两个电刷在换向器中相对于彼此设置，即，偏离180°，从而这些电刷与换向器的相应的相对片段接触。在换向器的旋转运动期间，从一个片段到相邻的片段发生周期性变化。在该时间期间，每个电刷均同时与两个片段电接触。因此，在两个电刷中同时发生对应的切换或换向。从而，始终有总计一个片段或者两个片段与每个电刷接触。通过检测电机的电流，能够推测出与电刷接触的片段的数量，并且可以计算转子的转速和位置。然而，为了增大转矩，总是使用具有四个磁体的电机。并且在这种情形下，如果线圈的数量是电刷数量的整数倍，则电机的振动和噪声较大，并且与两个电刷连接的片段的数量同时改变。因此，本发明基于减小振动和噪声的任务，其中所产生的电流信号容易被检测，以确定电机的转速和位置。

发明内容

本发明的优选实施方式提供了这样一种电机，即，该电机在不会造成由该电机生成的振动或噪声增加的情况下，利用电机的电流波纹的易计算信号来检测转子的转速和位置，这被称作“波纹计数器”方法。

根据本发明一优选实施方式，一种电机包括至少一个第一电刷和至少一个第二电刷，以及相对于第一电刷和第二电刷随着转子一起旋转的换向器。具体来说，所述电机优选地包括四个或更多个磁极。所述换向器优选地包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段（换向器片）的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部。所述第一电刷优选地具有第一宽度，该第一宽度覆盖所述周向表面的第一部分，所述第二电刷优选地具有第二宽度，该第二宽度覆盖所述周向表面的第二部分；所述第一电刷和所述第二电刷被设置成与所述片段形成不对称接触布置。为了实现该不对称接触布置，所述第一电刷的所述第一宽度优选地不同于所述第二电刷的所述第二宽度。另选的是或者另外，该不对称接触布置优选地能够通过围绕旋转轴线不规则地布置所述第一电刷和所述第二电刷而实现。

所述第一电刷和所述第二电刷与片段的不对称接触布置使得所述第一电刷的换向可以与所述第二电刷的换向以异步的方式执行。结果，不同数量的片段以不同的旋转角与电刷接触。因此，当转子旋转时，生成其中所述第一电刷和所述第二电刷与不同数量的片段接触的不同长度时间的时序序列。该时序序列能够被用作波纹计数器或者异步计数器。该时序序列取决于转子的转速，而且这两者必须被理解为彼此相关。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称接触布置和布置可以包括这样的情形，其中，所述第一电刷与所述第二电刷一起限定的电刷角（brush angle）大于由两个彼此相邻的片段限定的第一片段角（segment angle），并且还小于由将另一个片段设置在它们之间的两个片段限定的第二片段角。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称布置可以被设置成，使得所述第一电刷与所述第二电刷限定的电刷角不等于由所述多个片段中的两个片段的每一个组合所限定的片段角。在这种情况下，决不会出现所述第一电刷和所述第二电刷的同步换向。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称布置还可以确保：在转子的全程旋转期间的任何时间，总计两个/三个，或者三个/四个片段与所述第一电刷和所述第二电刷电接触。这种布置有利于异步计数器的运行。

所述第一电刷和所述第二电刷还能够具有不同的宽度。本文所引用的术语“宽度”包括这样的布置，其中，所述第一电刷包括用作接触表面的第一弓形段，而所述第二电刷包括也用作接触表面的第二弓形段，所述第二弓形段的宽度不同于所述第一弓形段。这还优选地产生一序列的不同的旋转角和对应的相对接触时间，举例来说，如：短时间的3点接触、长时间的4点接触、短时间的3点接触、短时间的4点接触、短时间的3点接触等。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段能够具有相同的尺寸或宽度，并且具体来说，能够被设置成在彼此等距离地间隔开的情况下覆盖所述筒状部的相等的弧段。在这种情况下，能够将常规换向器结构与本发明的优选实施方式一起使用，并且仅由所述电刷的布置和设计来确定异步布置。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段还能够具有不同的尺寸。另选的是或者另外，所述多个片段能够彼此不规则地间隔开。由此，即使在预定布置的电刷的情况下，也可以实现异步布置。

根据本发明一优选实施方式，所述第一电刷和所述第二电刷能够优选地围绕所述换向器彼此间隔开例如大约90°的角设置（本文中所提到的关于角度的“大约”允许前后5°左右的误差）。如果所述第一电刷和所述第二电刷彼此间隔开例如小于90°的角（并且，具体来说，例如，优选地大约86°的角），则设置电刷和片段的不对称布置变得特别有利。所述电机包括至少两个电刷，但还能够包括附加的电刷。具体来说，所述电机优选地例如以四极电机的形式布置。如果设置了两个以上的电刷，则也能够将这些附加的电刷用于异步计数器，但这不是所需要的。

根据本发明的另一优选实施方式，一种电机包括：以相对于随着转子一起旋转的换向器静止不动的方式设置的至少一个第一电刷和一个第二电刷或者多个电刷。所述换向器优选地包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部。在这种情况下，所述多个片段优选地相对于所述第一电刷和第二电刷或多个电刷以不对称的方式设置。

所述不对称接触布置/布置能够通过使所述电刷的宽度不同来实现。所述不对称布置还能够通过所述电刷围绕所述换向器的不对称布置来实现。

所述第一电刷和所述第二电刷例如优选地可以具有相同宽度。在这种情况下，所述异步布置通过相对于所述片段角设置所述电刷彼此限定的所述电刷角来生成。

在本发明一优选实施方式中，所述第一电刷和第二电刷优选地与总计三个片段电接触第一时间间隔，而与总计四个片段电接触第二时间间隔；所述第一时间间隔和所述第二时间间隔优选地彼此不同，并且取决于所述转子的转速。所述第一时间间隔的持续时间与所述第二时间间隔的持续时间的比优选地恒定而与所述转子的转速无关，同时所述第一时间间隔的持续时间与所述第二时间间隔的持续时间的绝对值取决于所述转子的转速。换句话说，所述第一时间间隔对应于所述转子的第一旋转角，所述第二时间间隔对应于所述转子的、与所述第一旋转角不同的第二旋转角。

根据本发明的另一优选实施方式，一种电机包括：设置在旋转轴线上的转子；以及定子，其中，所述定子具有不对称的磁化强度或不对称的磁场。所述定子可以优选地包括至少一个第一磁体元件和至少一个第二磁体元件，这些磁体元件围绕所述旋转轴线相对于彼此不对称或不规则地设置或分布。另选的是，或者另外，所述定子可以包括不对称的磁体元件。结果，所述磁场围绕旋转轴线不对称或不规则地分布，从而能够抑制一定换向信号，这使得更容易将所述电机用作异步计数器。在这种情况下，所述电刷可以优选地围绕旋转轴线对称地设置，以使得全部电刷都具有相同的宽度。这种布置能够具体地使用在其中全部电刷都优选地围绕旋转轴线彼此以大约90°的角设置的四极电机中。

根据本发明的各种优选实施方式，所述磁体元件可以是永磁体，或者可以包括被设置为电磁体的线圈。具体来说，所述磁体元件还可以不对称地设置，以便生成不对称的磁场。

根据本发明又一优选实施方式，优选地提供了这样一种方法，该方法用于通过测量与所述第一电刷和所述第二电刷电接触的许多片段的接触顺序和/或接触持续时间来形成一序列自然数，并且用于确定电机的位置或旋转运动。

参照附图，根据优选实施方式的下列详细描述，本发明的上述和其它元件、特征、步骤、特性以及优点将变得更清楚。

附图说明

图1示出了根据本发明一优选实施方式的电机的俯视图。

图2示出了根据本发明一优选实施方式的两个电刷和换向器的对应片段的布置。

图3示出了根据本发明第一优选实施方式的换向器的各个旋转位置a）至f）的布置。

图4示出了根据本发明的处于各个位置a）至d）的换向器和电刷的布置的另一优选实施方式。

图5示出了与根据本发明一优选实施方式的换向器相关的电刷的示例。

图6示出了根据本发明的在处于各个位置a）至d）的两至三个片段的换向中产生两个主信号的优选实施方式。

图7示出了根据本发明的优选实施方式的电机中的磁体元件的形状的布置a）至c）。

图8示出了根据本发明一优选实施方式的电机中的磁体元件的布置和形状。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一实施方式的电机10的示例的、沿着轴29的俯视图。为了更好地图示电刷和换向器，图1中省略了在电机10中设置在电刷和换向器前面的前保护盖或任何部件。包括具有多个电枢绕组的电枢的转子被容纳在筒状外壳50中。为了更好地可见，图1中未示出位于电枢盖20后面的电枢和电枢绕组。所述电枢和对应的电枢绕组在数量和类型上相应于标准电枢。所述电枢优选地设置成在永磁体42、44的内侧径向地旋转。永磁体42、44优选地包括分别相对于彼此设置的两个北极磁体42和两个南极磁体44。然而，还可以使用永磁体、电磁体等的任何其它希望布置以及任何其它希望数量的电枢元件和绕组。

在本发明的本实施方式中，轴29优选地包括设置在其上的换向器30。换向器30包括由导电材料制成的多个片段（即，薄片）32a至32j。片段32a至32j位于换向器30的周向表面上，从而片段32a至32j的表面限定换向器30的表面。在该优选实施方式中，换向器30例如优选地包括十个片段32a至32j，这些片段在换向器30的外周面上彼此等距离地间隔开。然而，可以使用任何其它希望数量的片段。片段32a至32j优选地借助相应绝缘狭槽（举例来说，如绝缘狭槽33f）彼此分开，并由此彼此电分离。

此外，至少一个第一电刷61和一个第二电刷62设置成使得它们与换向器30的片段电接触。电刷61和62优选地例如由碳或任何其它导电材料制成。为了实现电接触，电刷61和62优选地例如利用弹簧被沿径向向内挤压。因为电刷61和62的面向片段的侧面覆盖换向器30的比绝缘狭槽（如绝缘狭槽33j）的宽度更大的圆段，所以电刷61和62在旋转特定角度期间与片段32a至32j中的至少一个片段电接触，而在旋转其它特定角度期间与片段32a至32j中的两个片段接触。

如图1所示，在本申请的一个实施方式中，这些电刷优选地以小于大约90°（举例来说，如大约86°或大约81°）的角设置。然而，这些电刷还可以以大于大约90°（举例来说，如大约94°或大约99°）的角定位。

与此相比并且为了更好地理解，图2示意性地示出双极电机的两个电刷610和620以及换向器30的布置。第一电刷610和第二电刷620在该情况下彼此偏离180°，即，在换向器30上方相对于彼此定位。在将偶数个片段32a至32j均匀地设置在换向器30上的情况下，片段与相邻片段的换向因而在两侧同步发生，即，分别与第一电刷610和第二电刷620同步发生。换句话说，在图2所示的示例中，第一电刷610与片段32a电接触，第二电刷620与相对的片段32f电接触。如果转子并由此换向器30接着旋转（例如，顺时针旋转），则第一电刷610在片段32a处的换向行进至片段32b，同时第二电刷620在片段32f处的换向行进至片段32g。在这种情况下，换向将遵从这样的切换顺序，其中，电刷610和620一起与两个片段接触相对短的间隔，接着与四个片段接触相对长的间隔。表达“相对短”和“相对长”在这里彼此相关，并且与它们的绝对值有关地明显取决于电机的转速。短接触时间与长接触时间的比由电刷610和620的宽度与片段32a至32j的宽度的比来确定，并且应当被选择成使得能够可靠地检测不同长度的接触时间。

代替上述具有两个电刷610和620的双极电机，如果使用具有总计两个或四个电刷的四极电机，则这些电刷通常彼此以90°的角设置。在例如具有12部分（part）的换向器并且电刷之间的磁极角为90°的这种对称布置中，容易产生信号。该切换顺序因而在两个电刷处的换向中对称，并且始终有总计两个或四个片段同时与电刷接触。来自两个或四个触点的变化伴随着相对大的噪声。而且，在具有总计四个电刷和12个片段的电机中，噪声问题的产生出于相同的原因。

因为两个磁极之间的角不是两个相邻齿之间的角的整数倍，所以在四极电机中对应地设置有10或14个片段的10部分（如在图3中所见）或14部分的换向器30具有更好的声换向性能，并且产生很少的不利噪声和振动。片段/薄片之间的变化如下出现：两个电刷一起接触3个薄片→4个薄片→3个薄片→4个薄片或2个薄片→3个薄片→2个薄片→3个薄片。结果，总是存在两个信号或两个薄片变化。这些变化导致线圈的电阻变化，并由此电流将改变。因此，当电机以等于两个片段之间的角的角度旋转时，在电流波纹曲线中产生两个信号，或两个峰值。例如，当片段的数量为10时，该角大约为36°，而当片段的数量为14时，该角大约为26°（精确地为180/7）。为了仅检测一个信号，或者为了使在电机旋转时仅一个信号可检测，优选的是，生成两个峰值而使得这两个峰值具有不同的幅度，或者生成这两个峰值中的一个峰值而使得通过生成彼此接近的两个峰来使这一个峰值为初始峰值的宽度的几乎两倍大。

具有彼此不同的幅度的峰值或彼此接近的峰值可以优选地由定子的不均匀的磁化强度或者由电刷或片段的不对称布置来产生。电刷的不对称布置可以优选地通过电刷的不同周向宽度和/或通过绕换向器的不对称放置（其意指改变电刷之间的角），或者通过不等尺寸的电刷或片段的不均匀布置来实现。而且，不均匀的磁化强度能够优选地例如通过不对称地设置或者至少局部不对称地成形的磁体来实现。

图3示出了根据本发明一优选实施方式的电刷布置的示例。在这种情况下，第一电刷61和第二电刷63优选地彼此以大约86°的角设置。电机的定子可以优选地包括多个磁体，例如，其数量优选为4。当电机包括四个磁极时，该电机可以优选地包括四个电刷，电刷的数量与磁极的数量相同。然而，电机例如也可以包括两个电刷，如图3所示。换向器30例如优选地包括十个片段32a至32j。

在图3中两个电刷61和63的周向宽度优选地不同。第一电刷61的周向宽度优选地和一个片段的周向宽度或者一个片段加上彼此相邻的片段之间的一个间隙几乎相同。而且，第二电刷63可以优选地具有大约一个片段的周向宽度的大约一半加上彼此相邻的片段之间的一个间隙的周向宽度。这些电刷可以具有不同的周向宽度，但这些电刷的周向宽度的比例如优选地大约为0.56。这种布置使得3个薄片→4个薄片→3个薄片→4个薄片的每一个持续时间不同，这由此导致在电机以等于两个片段之间的角的角度旋转时生成的电流波纹的不同幅度的两个峰值或者彼此接近的两个峰值。因为相应峰值的幅度不同或者因为两个峰值彼此接近，所以可以仅检测这两个峰值中的一个峰值，以使得能够计数该峰值，从而来计算电机的转速和位置。优选的是使用将两个峰值接合成一个峰值的方法，因为这些峰值具有更大宽度从而在利用该方法时信号更强并且更容易检测，并且因为在电机旋转等于两个片段之间的角的角度时将检测到仅仅一个峰值，这使得峰值的合理频率容易由现有设备来检测。在这种情况下，优选地总是存在片段32a至32j中的总计三个或四个片段与第一电刷61和第二电刷63接触。在图3的a）中所示的起始位置中，例如，第一电刷61仅仅与片段32a接触，而第二电刷63与片段32c和片段32d两者接触。第一电刷61和第二电刷63由此与总计三个片段接触。然而，在换向器30顺时针旋转的情况下，这种情形仅仅持续至移动大约一个狭槽宽度33a。接着，片段32b也将与第一电刷61接触，从而现在，片段32a和片段32b两者都与第一电刷61接触，而片段32c和片段32d两者都仍与第二电刷63接触，如图3中的b）所示。因此，这时，存在总计四个片段与第一电刷61和第二电刷63电接触。如果换向器30进一步旋转较短距离，如图3中的c）所示，则第一电刷61继续保持与片段32a和32b接触，而第二电刷63接着仅与片段32d接触。这是因第二电刷相对于片段32a至32j的显著更小的宽度而出现。从而，再次存在仅仅三个片段32a、32b，以及32d与第一电刷61和第二电刷63接触。而且，当换向器30沿顺时针方向进一步旋转时，总体情况没有任何变化，如图3中的d）所示。在这种情况下，与三个片段的接触持续相对长的间隔，即，持续更大的旋转角。在进一步旋转之后，如图3中的e）所示，除了片段32c以外下一个片段32d也与第二电刷63接触。这时，两个片段32a和32b仍与第一电刷61接触，使得再一次地，第一电刷61和第二电刷63与四个片段接触较短时间间隔，或较小旋转角，即，直到片段32a不再接触第一电刷61为止。如图3的f）中所示，除了换向器30已经顺时针旋转了一个片段以外，这于是产生和图3的a）所示的相同位置，并且换向器将以短时间的三点接触、长时间的四点接触、长时间的三点接触、短时间的四点接触的所示节律再一次开始。该顺序的短和长的接触时间或切换改变在此是相对于彼此的“长”和“短”。短和长的接触时间的绝对持续时间自然取决于转子的转速。在总计10个片段32a至32j的情况下，“短”的旋转大致对应于7.2°的旋转角，而“长”的旋转可以对应于大约两倍的这个量。由此，图3中的位置a）至e）中的每一个都对应于大约7.2°的旋转角度差。

图3所示布置优选地产生能够以特别有利且非常精确的方式检测的电流波纹信号。另外，利用图3所示布置能够实现较大幅度，以使异步计数器将优选地甚至在低转速下也非常可靠地起作用。根据图3所示顺序，转子仅旋转十分之一转，如果使用十个片段32a至32j，则其为36°。

图4示出了本发明的另选优选实施方式，其中，代替使用宽度不同的电刷61、63，而将宽度相同的两个电刷61、62相对于换向器30彼此以直角设置。具有片段32a至32j和狭槽33a至33j的换向器30能够再一次对应于前述优选实施方式的换向器。然而，和前述优选实施方式相比，第二电刷62优选地具有和第一电刷61相同的宽度，该宽度对应于一个片段32a至32j的宽度加上一个狭槽宽度。

对于每个电刷选择电刷宽度b（图5所示），以使得产生具有相同长度的对称切换变化。

彼此以直角设置的第一电刷61和第二电刷62在图4的a）中不产生与图3的a）显著的差别。第一电刷61优选地与片段32a接触，而第二电刷62与两个片段32c和片段32d接触。这种情形仅仅持续较短时间或较短角位移（agnular rotation），直到换向器30已经旋转了一个狭槽宽度为止，从而第一电刷61还将与片段32b接触。第一电刷61和第二电刷62因此与总计四个片段电接触，如图4的b）中所示。这种情形还持续进一步的角位移。与四个片段的接触由此持续比与三个片段的接触显著更长的时间或显著更长的旋转角。如图4的c）中所示，在进一步的角位移之后，片段32c脱离与第二电刷62的接触，于是第二电刷仅与片段32d接触，而第一电刷61仍与片段32a和32b接触，从而总计三个片段与电刷61、62接触。然而，这种状态也仅仅持续一个狭槽宽度，直到除了片段32d以外片段32e也与第二电刷62接触为止，如图4的d）中所示。因为第一电刷61仍与片段32a和32b相接触，所以在这种情况下，总计四个片段32a、32b、32d、32e再一次与电刷61、62接触较长时段和较大旋转角。从3个薄片至4个薄片的切换变化重复，并且每个3-接触或4-接触时段分别具有相同持续时间。同样，在图4中的优选实施方式中，术语“短”和“长”必须被理解为彼此相对，并且它们的绝对值取决于旋转速度。在具有10个片段的换向器中，术语“短”例如可以优选地对应于大约5.3°，其对应于图4的a）与b）之间的差。

这种布置还使得可以有利地将电机操作为异步计数器，并由此，优选地使得可以检测电机的移动和定位。在图4所示优选实施方式中，电刷宽度优选地被选择成使得产生对称切换顺序。与图3的优选实施方式相比，这实现了具有较低电流幅度的双倍频率（2个主信号），其对灵敏度具有负面影响，但其优选地产生对称脉冲。为了增大电流波纹的灵敏度，优选地采用不对称的磁化强度（参见图7），稍后对其进行描述。

图5示出了电刷如何能够与换向器30相关地取向和设置。为了形成这种连接，应当确保电刷61横跨其整个接触表面（包括高度h和宽度b）可靠地靠在换向器30上，从而能够可靠地确保上述功能。在这种情况下，如果电刷表面的电刷半径优选地等于或大约等于换向器半径和片段的外半径，或者如果需要的话，电刷表面的电刷半径可以另选地稍大于换向器半径和片段的外半径，则是有利的。另外，电刷优选地包括具有恰当尺寸的推力区，以防止电刷振动，并且确保相对于该片段宽度的支承。这使得可以横跨换向器30向相应的电刷61提供导引或准导引，并且还使得可以避免产生电刷61的振动的干扰频率。

图6和图7示出了本发明的另一优选实施方式，其中，能够将电机用作异步计数器或“波纹计数器”。在总计四个均匀电刷的90°布置的情况下，并且如图6所示使用总计10个片段。从噪声产生的立场来看，有利的是，彼此以90°的角定位的两个电刷从两个至三个接触点产生两个不同的接触变化，如图6的a）至d）中所示。这实质上产生了两个不同或相似的信号，第一信号对应于来自接触2个至3个片段的换向，并且第二信号对应于来自接触2个至3个片段的换向。在这种情况下，该第一信号和第二信号彼此不能区分。另选的是，或者除了上述不对称接触布置次数以外，本发明的该优选实施方式还包括通过优选地例如利用下面将描述的不对称设置的磁化强度来阻尼或抑制该第一信号或第二信号，以便使得可以与另一信号区分。

代替以90°的角布置四个定子磁体或极靴420、420、440、440（如图1并且还如图7的a）中所示），定子磁体还能够不对称地设置，或者能够具有至少局部不对称的形式。在图1中以及图7的a）中所示的电机100中示出了对称磁体，而例如在示出了本发明的另选优选实施方式的图7的b）和c）中的电机101和102中示出了不对称布置。定子磁体421、422、431、432、441、442、451、452优选地被设置成，使得相应线圈绕组中的与第一信号和第二信号中的仅一个信号相对应的两个线圈绕组不位于定子磁体421、422、431、432、441、442、451、452的磁场中（或者，使得相应线圈绕组中的所述两个线圈绕组位于至少已经缩减的磁场中）。作为这种布置的结果，该第一信号或者该第二信号能够优选地被削弱或者被完全抑制，这使得在电机旋转了两个相邻片段之间的角时仅仅一个峰值被检测到。

如图7的b）中所示，定子磁体可以分别以对421、431和对441、451设置，这两个对421、431和对441、451优选地以大约180°的角相对于彼此对称布置。然而，这两个对彼此未按标准方式以90°的角设置，而相反地显著偏离这种布置，例如，以大约70°至大约85°的角设置。

如图7的c）中所示，定子磁体422、432、442、452还可以相对于彼此以除了90°以外的角设置。优选的是，例如，能够在第一定子磁体422与相邻定子磁体452和/或442之间设置例如大约100°或以上的角。因而，磁体452或442与第四定子磁体432之间的对应角对应地更小，而且在所示的优选实施方式中，例如优选地为大约80°。因此，第二峰值随第一峰值一起显现，以限定幅度和宽度大至足以被检测的峰值。

另选的是，或者除了定子磁体的不对称布置以外，如结合图7的b）和c）所述，还可以提供定子磁体的不对称形状，如图8的电机103所示。为了更好地理解，图8中仅示出了定子。与转子和电刷有关的所有元件已被省略，并且能够对应于上述优选实施方式。与在图7的b）中一样，定子磁体423、433和441、453分别成对地相对于彼此设置。定子磁体对423、433优选地相对于第二定子磁体对441、453不对称地定位。除此以外，并且与图7的b）中所示优选实施方式相比，各个定子磁体423、433、441，以及453优选地不是以对称的方式成形，而相反地具有不对称形状，以由此实现定子磁场的不对称场模式。在图8所示的优选实施方式中，定子磁体423、433、441以及453中的每一个均优选地具有：具有正常厚度的一个端部4231、4331、4411或4531；和平坦端部4232、4332、4412或4532。该平坦端部4232、4332、4412以及4532分别彼此成对地设置，以便增加磁场的不对称性。另外，平坦端部4232、4332、4412以及4532被优选地定位成使得相应平坦端部4232、4332、4412以及4532之间的距离大于正常厚度的端部4231、4331、4411以及4531之间的距离。这组合了不对称形状与不对称布置的优点。当将不对称的磁化强度施加至图6中的电刷和换向器的布置时，在电机旋转了等于两个片段之间的角的角度（在该优选实施方式中，其优选地大约为36°）时在电流波纹曲线中产生两个峰值，但两个峰值的幅度和/或宽度不同。而且，因为小峰值由于不对称的磁化强度而隐藏在大峰值之下，所以在转子旋转了36°的情况下优选地仅检测到大峰值。而且，该峰值具有待被简单检测到的足够幅度和宽度。

虽然在优选实施方式的描述中使用了术语“定子磁体”，但磁场还能够例如由极靴或本领域技术人员已知的其它布置来产生。基于电机类型，定子磁体例如能够为永磁体或电磁体。

虽然上面已对本发明的几个优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员可以对上述优选实施方式进行其它修改或组合。本领域技术人员还应认识到，代替改变电刷的宽度，还可以改变换向器的片段的宽度或者可以在片段之间设置不同的间隙宽度。

本领域技术人员还将认识到，片段的数量可以根据需求来选择，并且不需要局限于十个片段的所述示例。此外，可以通过另一数量的电刷来实现类似效果。

在本文中使用的术语“不对称”用于描述不是对称的任何布置。

根据本发明一优选实施方式的电机还能够包括使得可以读取和估算对应电接触点的装置。为此，具体来说，可以检测激励电路中的电压或者电压的变化。

虽然上面已对本发明的优选实施方式进行了描述，但应理解的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员将清楚变型例和修改例。由此，本发明的范围仅通过所附的权利要求来确定。

Claims (26)

1.一种电机，该电机包括：

第一电刷和第二电刷；以及

换向器，该换向器被设置成随着所述电机的转子一起旋转，其中，

所述换向器包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部；

所述多个片段的总数不是所述电机的磁极总数的倍数；

所述第一电刷具有第一宽度，该第一宽度被设置成覆盖所述周向表面的第一部分，所述第二电刷具有第二宽度，该第二宽度被设置成覆盖所述周向表面的第二部分；并且

所述第一宽度和所述第二宽度彼此不同。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机的所述磁极总数为四个，并且所述电机的电刷总数为两个或四个。

3.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个片段、所述第一电刷以及所述第二电刷相对于彼此设置成，使得所述第一电刷与所述第二电刷之间限定的电刷角大于由第一序列的片段所限定的第一片段角，并且小于由所述第一序列的片段加上邻接所述第一序列的片段的附加片段所限定的第二片段角。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个片段、所述第一电刷以及所述第二电刷相对于设置成，使得所述第一电刷与所述第二电刷之间限定的电刷角不等于由所述多个片段中的两个片段的任意组合所限定的片段角。

5.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个片段、所述第一电刷以及所述第二电刷被设置成，使得在所述转子的全程旋转的任何时间，所述多个片段中的总计两个或者三个片段与所述第一电刷和所述第二电刷电接触。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个片段、所述第一电刷以及所述第二电刷相对于彼此设置成，使得在所述转子的全程旋转的任何时间，所述多个片段中的总计三个或者四个片段与所述第一电刷和所述第二电刷电接触。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，所述多个片段具有不相等的尺寸，和/或彼此间隔开不相等的距离。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一电刷和所述第二电刷围绕所述换向器相对于彼此以小于大约90°的角设置。

9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机包括四个磁极和10个片段，并且所述第一电刷与所述第二电刷之间的角大约为86°。

10.一种电机，该电机包括：

设置在定子中的第一电刷和第二电刷；以及

换向器，该换向器被设置成随着所述电机的转子一起旋转，其中，

所述换向器包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部；

所述多个片段的总数不是所述电机的磁极总数的倍数；并且

所述定子具有不规则的磁化强度。

11.根据权利要求10所述的电机，其中，所述多个片段、所述第一电刷以及所述第二电刷设置成使得在所述转子的全程旋转的任何时间，所述多个片段中的总计两个或者三个片段与所述第一电刷和所述第二电刷电接触。

12.根据权利要求10所述的电机，其中，围绕所述转子不均匀地设置有多个磁体。

13.根据权利要求10所述的电机，其中，围绕所述转子设置有多个磁体，并且所述多个磁体中的至少一个磁体具有不对称形状。

14.根据权利要求10所述的电机，其中，围绕所述转子设置有多个磁体，并且所述多个磁体中的至少一个磁体的磁场被不对称地设置。

15.根据权利要求10所述的电机，其中，

所述电机包括这样的定子，所述定子包括至少一个第一磁体元件和至少一个第二磁体元件；并且

所述至少一个第一磁体元件和所述至少一个第二磁体元件包括永磁体和线圈中的至少一者。

16.根据权利要求10所述的电机，其中，所述电机包括这样的定子，所述定子包括四个磁体元件，所述四个磁体元件分别以围绕旋转轴线成大约180°角的方式成对地设置。

17.根据权利要求10所述的电机，其中，所述电机包括这样的定子，所述定子包括四个磁体元件，所述四个磁体元件分别以围绕旋转轴线成大约180°角的方式成对地设置，并且所述四个磁体元件中的每一个磁体元件均具有不对称形状。

18.根据权利要求10所述的电机，其中，所述电机的所述磁极总数为四个，且所述电机的电刷总数为两个或四个，并且所述换向器包括十个片段。

19.根据权利要求18所述的电机，其中，

所述电机包括这样的定子，所述定子包括四个磁体元件；并且

所述四个磁体元件中的第一磁体元件和第二磁体元件围绕旋转轴线相对于彼此以大约100°或以上的角设置。

20.根据权利要求17所述的电机，其中，所述定子包括所述第一电刷和所述第二电刷，并且所述第一电刷与所述第二电刷之间的角大约为90°。

21.根据权利要求10所述的电机，所述电机还包括一种异步计数器，该异步计数器被设置成对在所述第一电刷和所述第二电刷与所述换向器各换向器片产生的接触顺序和/或接触时间进行测量。

22.一种用于确定根据权利要求10所述的电机的位置或转向的方法，所述方法包括以下步骤：测量与所述第一电刷和所述第二电刷电接触的多个片段的接触顺序和/或接触持续时间。

23.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括以下步骤：基于所述多个片段的所述接触顺序和/或接触持续时间，来进行有关所述电机是否正在旋转并且所述电机位于哪一位置的确定。

24.根据权利要求10所述的电机，所述电机还包括波纹电流曲线，在所述电机旋转过相当于两个相邻片段之间的角的角度时，该波纹电流曲线仅包括一个可检测峰值。

25.根据权利要求10所述的电机，其中，所述第一电刷具有第一宽度，该第一宽度被设置成覆盖所述周向表面的第一部分，所述第二电刷具有第二宽度，该第二宽度被设置成覆盖所述周向表面的第二部分，并且所述第一宽度和所述第二宽度彼此不同。

26.根据权利要求10所述的电机，其中，所述第一电刷具有第一宽度，该第一宽度被设置成覆盖所述周向表面的第一部分，所述第二电刷具有第二宽度，该第二宽度被设置成覆盖所述周向表面的第二部分，并且所述第一宽度和所述第二宽度彼此相同。

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