CN107112875B - 具有无刷两相直流马达的致动器以及所述直流马达的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调节驱动器（1），所述调节致动器（1）用于活门（2）或用于阀，以用于设定气体的或液体的体积流量。所述调节驱动器具有直流马达（3）、连接在下游的减速传动机构（4）以及用于所述活门或用于所述阀的传动机构侧的输出装置（5）。所述调节驱动器（1）还具有用于致动所述直流马达的马达控制单元（10）以及电压供应单元（20），其中，根据本发明，所述直流马达是无刷两相直流马达。所述无刷两相直流马达具有定子（6）和转子（7），所述定子（6）具体体现为四重T电枢，所述四重T电枢各自具有电枢线圈（C1‑C4），所述转子（7）被安装成使得能够相对于所述定子旋转并且具有四个永磁极（N、S），所述四个永磁极（N、S）沿周向方向交替。所述直流马达（3）的转子（7）连接到弹簧装置，如果所述转子（7）从休止位置偏移，则所述弹簧装置将反向驱动力施加到所述转子（7）。所述马达控制单元具有可电致动开关器件（S1、S2；Zl‑Z4），其作为用于所述直流马达（3）的致动装置以便提供具有可预定旋转方向的转矩。所述马达控制单元被构造成：依照预定的旋转方向并且根据所述转子的旋转位置使用所述开关器件将所述电枢线圈连接到所述电压供应单元。所述电枢线圈以一方式彼此连接，使得当产生电流激励时，两个相邻的电枢线圈从不形成具有相同极性的磁极。

Description

具有无刷两相直流马达的致动器以及所述直流马达的用途

技术领域

本发明涉及一种致动器（即，调节驱动器），所述致动器用于活门（flap）或用于阀，以用于设定气体的或液体的体积流量（volume flow），特别是用于建筑物的供暖、通风或者空气调节。所述致动器具有无刷直流（DC）马达、连接在直流马达的下游的减速传动机构以及用于活门的或用于阀的传动机构侧的输出装置。所述致动器还包括用于致动直流马达的马达控制单元以及电压供应单元。所述直流马达具有定子以及转子，所述定子具有电枢线圈，所述转子被安装成使得能够相对于所述定子旋转，并且所述转子具有沿周向方向交替的四个永磁极。

背景技术

从美国专利4,710,684已知一种用于无刷直流马达的驱动器电路，该无刷直流马达具有定子并且具有位于径向外侧的转子，定子具体体现为四重T电枢，转子具有六个永磁极。

从美国专利4,737,674已知一种无刷单相直流马达。在该公开文件的图2中，示出了一种无刷直流马达，该无刷直流马达具有定子并且具有位于外侧的转子，定子具体体现为四重T电枢，转子具有四个永磁极，转子仅用于一个旋转方向。T电枢被非对称地构造并且形成空气间隙，该空气间隙沿周向方向相对于相对设置的转子而增大，以便允许马达的自启动。

发明内容

相比定子，转子径向向外定位。而且，转子连接到弹簧装置，如果转子从休止位置（rest position）偏移，则借助于该弹簧装置将回复力施加到转子。这确保了在用于致动器的电压供应器失效时仍可以使活门或阀可靠地闭合。马达控制单元具有可电致动开关器件，其作为用于直流马达的致动装置以便施加具有可预定旋转方向的转矩。而且，马达控制单元被构造成：依照预定的旋转方向并且根据转子的旋转位置使电枢线圈经由开关器件连接到电压供应单元。直流马达的转子还连接到弹簧装置，如果转子从休止位置偏移，则借助于该弹簧装置将回复力施加到转子。

直流马达必须在运行中实现相的换向（commutation）。因此，直流马达的相的接通除了别的之外依赖于直流马达的转子的旋转位置。所述换向导致了直流马达的相的正确的通电。

所述换向可以借助于被称为换向刷的部件来实现。然而，这种构造方案受到磨损和划伤的影响。因此在现有技术中所述换向通常以电子方式执行。所述转子的旋转位置可以例如借助于被称为霍尔效应传感器的装置来确定或检测。例如从美国专利申请2005/0001570 Al的公开中已知这种原理。

从国际公开WO 2005/119898 A2以及WO 2013/045186 A2已知另外的致动器，其允许在没有传感器的情况下确定转子的旋转位置。

从本文开头提到的现有技术出发，本发明的目的是公开一种致动器，所述致动器在技术上复杂性较低并且同时更具经济性。

借助于独立权利要求的特征来实现本发明的目的。从属权利要求中提到了有利的实施方式。

本发明的核心在于，使用无刷两相直流马达来取代用于致动器的三相无刷直流马达。在完全不同的技术领域中（即用于驱动PC风扇），已经长期并且大量使用所述类型的两相直流马达。相比三相直流马达，它们就机械设计和电路布局而言在结构上是显著更加简单的，并且因此能够以更低的成本来实施。

本发明还基于如下的认知：这样的马达尽管具有对于风扇运行是必要的它们的经预定的单一旋转方向，但依然可以用于沿两个旋转方向运行。

根据本发明，因此，所述直流马达是无刷两相直流马达。所述无刷两相直流马达具有定子以及转子，定子具体体现为四重T电枢并且四重T电枢各自具有电枢线圈，转子被安装成使得能够相对于定子旋转并且具有沿周向方向交替的四个永磁极。电枢线圈以一方式相互连接，使得当受到电流激励时，两个相邻的电枢线圈从不形成具有相同极性的磁极。

此外，根据本发明，马达控制单元特别有利地分别对于每相仅具有一个或两个可电致动的开关器件，其作为用于两相直流马达的致动装置以便施加具有可预定的旋转方向的转矩，即，马达控制单元总共仅具有两个或四个开关器件。

相比之下，对于根据现有技术（例如在本文开头提到的WO 2005/119898 A2和WO2013/045186 A2）的三相电子换向，通常需要六个开关元件。

根据一个实施方式，致动器具有磁场传感器，磁场传感器出于信号传输或数据通讯的目的而连接到马达控制单元，以便基于磁性所感测到的、沿周向方向交替的永磁极来确定转子的旋转位置。因此，对于转子的每个回转，可以检测到四次磁极反向。

根据有利的实施方式，所述磁场传感器以一方式被布置成使得：在直流马达的无电流状态中，由永磁体产生的相应的磁场在磁场传感器的位置处最大。在无电流状态中（即，在没有电流激励的状态中），所述类型的无刷两相直流马达具有止动力矩，受到该止动力矩，所述马达将会保持在无负载状态中。根据本发明所使用的无刷两相直流马达因此是受到止动力矩的马达。在所述四个可能的旋转位置中，转子相对于定子分别显示出其能量最小值。作为磁场传感器的替代，也可以使用舌簧式继电器（reed relay），舌簧式继电器在最小磁场强度时使电接触件闭合。

如果第二磁场传感器沿转子的周向方向相对于第一磁场传感器例如以5°和40°之间的角度（优选地以大约22.5°）布置，如美国专利申请2005/0001570 Al中所描述的那样，则从所述两个传感器信号可以确定转子的明确的旋转方向。所述磁场传感器可以进而是（无磁滞）霍尔效应传感器或者舌簧式继电器。从所述旋转位置中的每个开始，然后可以借助于合适的电流激励选择性地沿两个预定的旋转方向中的一个驱动转子。

特别有利的是如果所述磁场传感器是具有切换磁滞（switching hysteresis）的数字式霍尔效应传感器，数字式霍尔效应传感器根据所检测到的磁场的极性（即，北极或南极）以及最小磁场强度来变换其数字状态。所述类型的数字式霍尔效应传感器例如能够根据类型名称US1881从Melexis公司购得。根据类型变化，所述类型的霍尔效应传感器在达到最小磁场强度和磁性极性时切换到高状态或低状态。在去除有待检测的磁场之后，该状态保持稳定。仅仅当达到具有相反极性的最小场强度时，开关状态才改变为低状态或视情况可以为高状态。在马达的无电流状态中，所述具有切换磁滞的霍尔效应传感器应该被布置在转子的如下区域中，在所述区域中，由永磁体产生的相应磁场为最大。

由此，可以仅借助于单个磁场传感器来有利地确定转子的明确的旋转方向。然后，借助于合适的电流激励，可选择性地沿两个预定的旋转方向中的一个驱动转子，例如以便使旋转运动开始。

替代地，也可以使用光学器件来检测转子的旋转位置，光学例如反射斩波器（reflective photointerrupter）或者光学叉式传感器（optical frok sensor），或者甚至是旋转编码器。

根据另外的实施方式，定子的T电枢的电枢线圈共同地串联连接。所述串联连接的两个端部形成了第一和第二桥端子。作为驱动装置，马达控制单元具有由四个开关器件组成的H-桥以用于电流激励，其中，H-桥在输入侧上连接到电压供应单元的第一和第二电压水平（level）并且在输出侧上连接到两个桥端子。第一电压水平可以是作为基准水平的地电位。反之，第二电压水平可以是正的供应电压。

该变体方案中的特别的优点在于使用单一线来特别简单地缠绕四个电枢线圈，该单一线绕所有四个电枢线圈依次地缠绕并且同时考虑了缠绕方向。

根据前述实施方式的替代的优选的实施方式，定子的彼此相对设置的两个T电枢的电枢线圈分别串联连接，或者两个相邻的T电枢的电枢线圈串联连接。两个剩余的电枢线圈同样串联连接。所述串联连接的各一个端部形成公共马达端子并且所述串联连接的两个剩余端部形成第一和第二差模端子。作为驱动装置，马达控制单元具有两个开关器件，该两个开关器件能够以推-拉模式（push-pull mode）被驱动，其中，所述两个开关器件的各一个开关接触件连接到电压供应单元的第一电压水平。第二电压水平连接到公共马达端子。两个差模端子连接到两个开关器件的剩余开关接触件。

在该实施方式的情况下的特别的优点在于定子的缠绕花费相对低，并且特别地在于仅使用两个开关器件。

较少的所需的构件由于两相直流马达的特别简单的致动也可以直接组装或放置在马达的互连基体（interconnect substrate）上。这使得两相直流马达能够甚至被构造成或扩展成直接地以额定为230V或120V的交流电压或额定为24V的直流电压运行。

不同地，在根据本文开头提到的WO 2005/119898 A2和WO 2013/045186 A2的现有技术中，需要六个开关器件，并且在WO 2005/119898 A2和WO 2013/045186 A2中公开相应的定子需要显著更高的电路和缠绕花费，同时具有显著更高的电路复杂性以便致动所述六个开关器件。

另外的主要优点在于，不需要用于所述电子换向的由两个开关器件形成的串联连接，串联连接具有与其关联的两倍的欧姆损失（ohmic loss）。由此，相比于前述的实施方式以及相比于本文开头所描述的无刷直流马达的3相致动，该实施方式提供了较高的效率。

在两个前述的实施方式中，所述开关器件优选是开关晶体管，例如FET。

根据一个实施方式，前述的马达控制单元具有控制装置，两个开关器件可以由该控制装置以时钟控制模式（clocked mode）致动。马达控制单元具有电流测量装置以用于测量流动到马达端子中的马达电流并且以便提供用于控制装置的相应的测量电流值。另外地，所述控制装置被构造成执行SFOC方法以便通过评估相应的所检测到的测量电流值来确定转子的旋转位置。缩写“SFOC”指代无传感器场定向控制（sensorless field-orientedcontrol），SFOC从检测的磁通中导出转子的旋转位置，磁通与所感测到的电流成比例。该本身已知的方法也从先前提到的WO 2013/045186 A2已知。

替代地或另外地，马达控制单元可以具有控制装置，两个开关器件可以由该控制装置以时钟控制模式驱动。对于分别存在于每个差模端子处的差模电压，马达控制单元具有各一个电压测量装置，并且以便分别提供用于控制装置的测量电压值。所述控制装置被构造成执行SBLDC方法以便通过评估相应的所获取到的测量电压值来确定转子的旋转位置。在“SBLDC”（SBLDC = 无传感器无刷直流（Sensorless Brushless Direct Current））方法的情况中，测量并评估直流马达的电压。因为在换向期间，在每个时刻两个马达相中的一个处于断路状态，所以所述相可以被用于测量感应电压。基于差模电压的特征曲线，可以估计所述换向反向的时刻并且从中导出转子的旋转位置。该本身已知的方法同样从本文开头提到的WO 2013/045186 A2中已知。

所提到的控制装置优选是基于处理器（processor-based）的微控制器。此类微控制器还可以已经具有电压测量输入端，例如模拟-数字转换器，和/或电流测量输入端。

SFOC或SBLDC方法优选地借助于计算机程序来执行，该计算机程序将SFOC或SBLDC方法映象成合适的程序步骤并且然后在此类微控制器上执行该计算机程序。

根据一个实施方式，马达控制单元被构造成：当在预定的旋转方向（即，右或左）的条件下达到第一额定旋转位置时或者当不再能够检测到转子的所感测到的或所确定的旋转位置的改变（优选地在经过一等候时间之后）时，使当前所设定的马达电流减小到第一保持电流值。所述等候时间通常处于0.1-1秒的范围中。

由此，对于此类致动器而言可以有利地实现使功率需求或电流需求降低。

根据对于前述的实施方式的替代实施方式，所述马达控制单元被构造成：当在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到转子的所感测到的或者所确定的旋转位置的改变时，逐步地减小当前所设定的马达电流。换言之，尽管存在所施加的转矩，但转子依然保持静止并且抵靠机械式端止挡部。而且，马达控制单元被构造成将马达电流减小到下降的电流值，直到如下时刻：能够再次检测到转子的所感测到的或所确定的旋转位置的改变，以便然后将马达电流设定为第二保持电流值，第二保持电流值为所述下降的电流值加上安全电流值的和。在该情况中，所述转子沿相反的旋转方向往回反向运行一步并且然后保持在所述旋转位置中。

由此，对于所述类型的致动器而言，可以有利地实现更加可靠地降低功率需求或电流需求。此外，可以考虑到对于所述致动器而言所需要的最小保持电流的热诱发改变。

根据对于两个前述的实施方式的替代实施方式，所述马达控制单元被构造成：当在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到转子的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，逐步地减小当前所设定的马达电流。而且，马达控制单元被构造成将马达电流减小到下降的电流值，直到如下时刻：能够再次检测到转子的所感测到的或所确定的旋转位置的改变。在该情况中，转子沿相反的旋转方向往回运行一步。最后，马达控制单元被构造成再次将马达电流提高，直到如下时刻：能够检测到转子的旋转位置的另外的改变，以便然后将马达电流设定为第二保持电流值，第二保持电流值为所述下降的电流值加上安全电流值的和。

相比于前述的实施方式，所述转子并且由此所述致动器抵靠端止挡部被准确地重新设定到第一旋转位置并且然后被保持在该位置中。如前述那样，对于所述类型的致动器而言，在这种情况中也可以更加可靠地降低功率需求或电流需求。在这里可以同样考虑到对于所需要的最小保持电流的热诱发改变。

根据优选的实施方式，马达控制单元具有控制装置，开关器件由该控制装置以时间控制模式致动。控制装置被构造成借助于开关器件的叠加式脉冲宽度调制致动来将流动通过电枢线圈的马达电流设定为预定的额定电流值。由此，再次降低了功率需求或电流需求。

作为对此的替代，电压供应单元可以是可控的时间控制式电压供应单元。电压供应单元可以具有控制输入端（例如电压输入端或者SPI数据接口），以便调整到由马达控制单元的控制装置预定的电压值并且以第二电压水平在输出侧上提供该电压值。在该情况中，不需要为换向所设置的开关器件的叠加式脉冲宽度调制致动。由此，在直流马达的电枢线圈中的高频交流电流损失得到减小。此外，电压供应单元可以在输出侧上具有HF滤波器。

根据另外的实施方式，电压供应单元具有输入侧端子以便连接到功率供应网。替代地或另外地，其具有电储能器。这使得可以实现致动器的无中断模式的运行。

本发明的优点在于：使用具有旋转方向检测的无刷两相直流马达来驱动用于活门的或阀的致动器的连接在下游的减速传动机构，以便设定气体的或液体的体积流，特别是用于建筑物的供暖、通风和空气调节。所述类型的直流马达常见地被应用于PC风扇，所述类型的直流马达具有特别简单的设计并且由于在PC市场上大量使用而在定价上很合理。

附图说明

联系示例性实施例的下面的描述，本发明上面所描述的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法将会变得更清楚并且能够被更容易地理解，所述示例性实施例结合示意性的附图得到更详细地阐释。在示意性的附图中：

图1示出了致动器的示例，该致动器具有马达控制单元、直流马达以及用于驱动活门的连接在下游的减速传动机构，

图2示出了用于在根据本发明的致动器中使用的作为驱动器的示例性无刷两相直流马达，

图3-图5示出了根据第一、第二和第三实施方式的马达控制单元的示意性布局，两相直流马达连接到马达控制单元，在每种实施方式中具有用于检测直流马达的旋转位置的磁场传感器，

图6、图7示出了根据第四和第五实施方式的马达控制单元的示意性布局，该马达控制单元基于SFOC方法和SBLDC方法对相连的两相直流马达进行无传感器旋转位置确定，

图8示出了在评估来自数字式霍尔效应传感器8的传感器信号时用于向右或向左驱动根据图3的直流马达的各一个换向次序，数字式霍尔效应传感器8具有切换磁滞，以及

图9示出了如下示例，该示例说明了根据图3和图4的借助于叠加式脉冲宽度调制致动对马达电流或差模端子电流的水平的可能的设定。

具体实施方式

图1示出了致动器1的示例，致动器1具有：马达控制单元10，带有所连接的直流马达3；连接在下游的减速传动机构4；以及用于活门2的输出装置5，活门2用于设定气体的体积流量，例如用于设定空气流以用于建筑物的供暖、通风或空气调节。替代地，用于设定液体的体积流量的阀可以连接到减速传动机构4的输出装置5、所述阀例如用于设定水体积流率的阀。

图2示出了示例性无刷两相直流马达3的更详细视图，无刷两相直流马达3用于作为驱动装置而有利地使用在根据本发明的致动器1中。所示出的两相直流马达3具有定子6以及罐形转子7，定子6具体体现为具有四个T电枢T1-T4的四重T电枢，转子7被安装成使得能够相对于定子6旋转。定子6固定地布置在基体9上，优选地在互连基体上。转子7包括或形成沿周向方向交替的四个永磁极N、S。利用附图标记A来标注旋转轴线，并且利用W来指示固定联接到转子7的轴。在当前附图的示例中，轴W被安装在定子6中并且被引导通过互连基体9中的孔口。轴的突出端部被设置成用于连接到减速传动机构。典型地，在轴的端部上安装有齿轮，齿轮布置在传动机构输入侧并且以旋转固定方式连接到轴的所述端部。为清楚起见，齿轮本身未被示出。替代地，轴W可以穿过转子7的端侧12以便连接到所述减速传动机构。

在所示出的互连基体9的上侧和转子7的下侧之间的中间空间中另外地布置有磁场传感器8（参见图3）。磁场传感器8被设置成用于基于磁性所感测到的沿周向方向交替的永磁极N、S来磁性地检测转子7的旋转运动。于是，基于所感测到的交替磁场可以确定转子7的旋转位置。

图3示出了根据第一实施方式的马达控制单元10的示意性结构，无刷两相直流马达3连接到马达控制单元10。

此时在图3的右手侧部分中可以沿剖线III-III以俯视视角看到图2中所示的马达3，剖线III-III穿过端侧12或穿过罐形转子7的罐基部插入在图2中。此时，可详细地看到具体体现为四重T电枢的的定子6连同其四个T电枢T1-T4，在四重T电枢上，电枢各自容纳或卷绕有各一个电枢线圈C1-C4。四重T电枢6可以由单件式磁性材料制造，例如由铁或镍制造。替代地，其可以是由许多相同的金属板组成的轴向分层的叠层组。在该语境中，“轴向”指的是沿着旋转轴线A的方向。根据本发明，电枢线圈C1-C4以一方式相互连接，使得当受到电流激励时，两个相邻的电枢线圈C1-C4从不形成具有相同的极性的磁极。

还可看到的是沿周向方向上（即沿绕旋转轴线A的方向）交替的永磁极N、S。这些永磁极N、S主要形成在罐形转子7的径向内面上以及也形成在转子7的与根据图2的互连基体9相对设置的下侧上。在该语境中，“径向”指的是直向着和离开旋转轴线A的方向。为了检测转子7的旋转运动，此时磁场传感器8以一方式被布置成使得：当受到止动力矩的直流马达3处于这里所示的无电流状态时，由转子7的永磁体产生的相应的磁场在磁场传感器8的位置处最大。在当前的情况中，转子7的两个永久北极N中恰好有一个带有该处最大的磁感应且位于磁场传感器8之上。在当前示例中，所述磁场传感器8是具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器，数字式霍尔效应传感器根据所检测到磁场的极性（即北极或者南极）以及最小磁场强度来改变其数字状态。这有利地使得能够仅借助于单个这样的磁场传感器8确定转子的明确的旋转方向。用HS指示具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器8的输出侧的数字传感器信号。所述传感器信号然后可借助于马达控制单元10来读取。两个其它的电连接用于将功率供应到霍尔效应传感器8。

在当前的实施方式中，定子6的两个相对设置的T电枢T1、T3；T2、T4的电枢线圈C1、C3；C2、C4分别串联连接。这在这里借助于线D而得到实行。优选地，在利用线圈线来缠绕T电枢中的一个结束之后，然后也进一步缠绕相对设置的T电枢。电枢线圈C1、C3；C2、C4根据它们的缠绕方向被缠绕成使得：当受到电流激励时，它们全部在两个T电枢T1、T3；T2、T4的径向外面上形成具有相同符号的磁极（即，北极或者南极）。然后，串联连接的各一个端部形成了公共马达端子G。串联连接的两个剩余的端部形成第一和第二差模端子U、V。三个端子G、U、V可以例如被引向共同的连接器，该连接器然后可被插接到互连基体9上的对应的配合件上。它们也可以被直接钎焊到互连基体9上的对应的接触垫上。

在图3的左手侧部分中，此时可详细看到马达控制单元10。马达控制单元10具有电压供应单元20、典型地具体体现为微控制器的控制装置11以及两个开关器件S1、S2，开关器件S1、S2在运行期间作为用于直流马达3的致动装置能够以推-拉模式被驱动。典型地，在这种情况中，开关器件S1、S2是开关晶体管。两个开关器件S1、S2的各一个开关接触件连接到电压供应单元20的第一电压水平（voltage level）GND。电压供应单元20的第二电压水平VCC连接到公共马达端子G。最后，差模端子U、V两者连接到两个开关器件S1、S2的剩余的开关接触件。由iM来指示电压供应单元20所供应的并且流到公共马达端子G中的马达电流，该马达电流然后以交替的方式经由两个开关器件S1、S2回流到第一电压水平GND中。由iU和iV来标示所述两个差模电流（differential mode current）。

由SW来定名用于控制装置11或用于致动器1的额定值。所述值可以例如经由致动器1的供应线（supply line）或者借助于更高级别的控制中心或控制器经由无线电在外部设定。替代地或另外地，其可以借助于致动器1上的手动开关来设定。在最简单的情况中，额定值SW是用于打开或闭合活门2或阀的开/关命令，该活门或阀连接到致动器1。额定值SW也可以是数字式值或模拟式值，该数字式值或模拟式值代表活门2的或阀的调节程度，例如在0%和100%之间的值，其中，0%代表闭合状态，100%代表打开状态，并且在其间的百分比值代表活门2或阀的部分打开或部分闭合状态。为了获取额定值SW，控制装置11可以具有电的控制输入端。在最简单的情况中，所述控制输入端是数字式信号输入端。所述控制输入端也可以具体体现为数据接口，例如具体体现为SPI接口（SPI为串行端口接口）。

图4示出了根据第二实施方式的带有相连的无刷两相直流马达3的马达控制单元10的示意性布局。该实施方式与前述的实施方式的区别仅在于：两个相邻的T电枢T1、T2；T3、T4的电枢线圈 C1、C2； C3、C4此时串联连接。电枢线圈C1、C2；C3、C4根据它们的缠绕方向被缠绕成使得：当受到电流激励时，它们在两个T电枢T1、T3；T2、T4的径向外面上形成具有不同符号的磁极（即北极和南极或者南极和北极）。电换向保持不变。

图5示出了根据第三实施方式的带有相连的无刷两相直流马达3的马达控制单元10的示意性布局。在该情况中，定子6的T电枢T1-T4的电枢线圈C1-C4串联连接。因此，它们形成了开放式串联连接（open series connection）。所述串联连接的两个端部形成第一和第二桥端子X、Y。在当前示例中，所述串联连接的两个端部定位在两个电枢线圈C3和C4处。在这种情况中，电枢线圈C1-C4根据它们缠绕方向被缠绕成使得：当受到电流激励时，在T电枢T1-T4的径向外面上沿定子6的周向方向形成交替的磁极。当电流激励的方向反向时，所述磁极的符号也颠倒。

作为致动装置，马达控制单元10具有由四个开关器件Z1-Z4组成的H-桥以用于电流激励。所述类型的H形桥也被称为全桥。H-桥在输入侧连接到电压供应单元20的第一和第二电压水平GND、VCC并且在输出侧连接到两个桥端子X、Y。由iX和iY来指示相关联的桥端子电流。电子换向以一方式被实现成：在运行期间，两个串联连接的开关器件Z1、Z3； Z2、Z4从不同时闭合。为了将驱动转矩施加到直流马达3，两个开关器件Z1、Z4和两个开关器件Z2、Z3同时（以时钟控制模式）被致动。对于可能的制动操作，为了将制动转矩施加到直流马达3，两个开关器件Z1、Z2或两个开关器件Z3、Z4可以同时（以时钟控制模式）被致动。

图6示出了根据第四实施方式的马达控制单元10的示意性布局，马达控制单元10基于SFOC方法对相连的两相直流马达3进行旋转位置确定。 直流马达3的缠绕和接线布置对应于根据图3的缠绕和接线布置。

为了旋转位置检测，马达控制单元10此时具有用于测量马达电流iM的电流测量装置MI。在相应闭合开关器件S1、S2的情况中，马达电流iM对应于两个差模端子电流iU和iV。电流检测单元MI提供了用于控制装置11的相应的测量电流值IM。电流检测单元MI可以例如是电流变换器（current transformer）。优选地，该电流变换器是测量电阻器，经由该测量电阻器使得与马达电流iM成比例的测量电压下降，该测量电压可以例如借助于控制装置11的A/D转换器被转换成数字式值以便进一步处理。控制装置11被构造成此时通过借助于SFOC方法评估相应的所检测到的测量电流值IM来执行转子7的旋转位置的确定。在这种情况中，转子7的旋转位置可以从对定子6中的磁通的检测来导出，该磁通自身与所感测到的马达电流iM成比例。

图7示出了根据第五实施方式的马达控制单元10的示意性布局，马达控制单元10基于SBLDC方法对相连的两相直流马达3进行旋转位置确定。直流马达3的缠绕和接线布置对应于根据图3的缠绕和接线布置。

在该实施方式中，马达控制单元10具有两个电压测量装置MU，两个电压测量装置MU用于存在于差模端子U、V处的两个差模电压uU、uV。两个电压测量装置MU于是分别提供用于控制装置11的测量电压值UU、UV。在最简单的情况中，两个电压测量装置MU被实现为A/D转换器的输入通道。在这种情况中，控制装置11被构造成执行SBLDC方法以便通过评估相应的所获取到的测量电压值UU、UV来确定转子7的旋转位置。

根据图6和图7的两个前述的实施方式也可以彼此组合。

图8示出了在评估来自数字式霍尔效应传感器8的传感器信号HS时用于向右或向左致动根据图3的直流马达的各一个换向次序，数字式霍尔效应传感器8具有切换磁滞。

参考图8的上部分，所述电子换向借助于所述开关器件S1、S2来实现，使得转子7沿顺时针方向运动。在转子7的上部的四个旋转位置的下方绘出了具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器8的传感器信号HS的二进制值（“1”、“0”）。其下方分别绘出了两个串联连接的电枢线圈C2、C4和C1、C3的电流激励状态“开”或无电流状态“关”。如图8的上部部分中的序列所示，转子7的永磁极的北极N在第一和第三旋转位置中分别受到电枢线圈C2、C4的间歇式电流激励并且然后受到电枢线圈C1、C3的间歇式电流激励而沿顺时针方向被牵引到T电枢T2、T4和T1、T3的径向外面上的对应的南极S。在按次序经历了四个旋转位置之后，从开始重复该过程。

参照图8的下部分，所述电子换向借助于开关器件S1、S2来实现，使得转子7沿逆时针方向运动。在转子7的下部的四个旋转位置的下方进而绘出了具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器8的传感器信号HS的二进制值。其下方再一次分别绘出了两个串联连接的电枢线圈C2、C4和C1、C3的电流激励状态“开”或无电流状态“关”。如在图8的下部分中的序列此时所示，转子7的永磁极的北极N在第一和第三旋转位置中分别受到电枢线圈C1、C3的间歇式电流激励并且然后受到电枢线圈C2、C4的间歇式电流激励而沿逆时针方向被牵引到T电枢T1、T3或T2、T4的径向外面上的对应的南极S。在按次序经历了四个旋转位置之后，从开始重复该过程。

对于根据图3-图5的所有三个实施方式而言，无刷两相直流马达3的转子7可以连接到弹簧装置。如果转子7从休止位置偏移，则借助于该弹簧装置将回复力施加到转子7。这使得在电流供应失效的情况下致动器1能够自动地返回到无电流的休止状态中，以便然后例如以可靠的方式闭合所连接的活门2或阀。

同样地，对于所有三个上面所提到的实施方式而言，马达控制单元10可以被构造成：当在预定的旋转方向（即，右或左）的条件下达到额定旋转位置时或者当不再能够检测到转子7的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，将当前设定的马达电流iM减小到第一保持电流值H1。

所述额定旋转位置可以例如是直流马达3沿一个或另一旋转方向回转的数量的数值或者是数字式霍尔效应传感器8的脉冲的数量的数值。所述回转或脉冲的数量可以对应于用于致动器1的调节程度的预定的额定值SW。一旦达到了所述额定旋转位置，则致动器1保持在该位置中。第一保持电流值H1可以作为数字式值存储在控制装置11中。

替代地，当在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到转子7的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，当前设定的马达电流iM可以借助于马达控制单元10来减小到第一保持电流值H1。在该情况中，所述致动器1已经达到了机械的端挡块，致动器1向着该端挡块接近。

同样地，对于根据图3-图5的所有三个上面所提到的实施方式而言，马达控制单元10可以被构造成：如果在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到转子7的所感测到的或所确定的旋转位置的改变，则逐步地减小当前所设定的马达电流iM。也是在这种情况中，致动器1已经到达机械式端止挡部。马达控制单元10于是被构造成：将马达电流iM减小到下降的电流值R，直到如下时刻：能够再次检测到转子7的旋转位置的改变，以便然后将马达电流iM设定为第二保持电流值H2，第二保持电流值H2为下降的电流值R加上安全电流值ΔM的和。安全电流值ΔM典型地处于下降的电流值R的5%-10%的范围中。其可以作为数字式值被储存在控制装置11中，正如所确定的下降的电流值R以及第二保持电流值H2那样。

同样地，对于所有三个上面所提到的实施方式，马达控制单元10可以被构造成：当在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到转子7的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，逐步地减小当前所设定的马达电流iM。也是在这种情况中，致动器1已经到达机械式端止挡部。马达控制单元10被构造成：于是提高马达电流iM（再次），直到如下时刻：能够再次检测到转子7的旋转位置的改变，以便然后将马达电流iM设定为第二保持电流值H2，第二保持电流值H2为下降的电流值R加上安全电流值ΔM的和。

图9示出了如下示例，该示例说明了根据图3和图4的经由开关器件S1、S2借助于叠加式脉冲宽度调制的致动的对马达电流iM或可以作为例子对差模端子电流iU、iV的水平的可能的设定。电子的换向的时间借助于具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器8的传感器信号HS来预定。根据传感器信号HS，借助于差模端子电流iU和iV分别使电枢线圈C2、C4和电枢线圈C1、C3交替地受到电流激励，差模端子电流分别也对应于马达电流iM。借助于叠加式更高频脉冲宽度调制来设定所述电流水平。在当前示例中，脉冲宽度调制的时钟频率是霍尔效应传感器8的传感器信号HS的频率的大约20倍那么高，这对应转子7的当前存在的旋转速度。在当前示例中，脉冲宽度比的范围位于大约2：1。所设定的差模端子电流iU、iV由此具有如下电流值，在假设电枢线圈C1-C4的粗略欧姆特性（ohmic behavior）的情况下，所述电流值计为最大可能电流值的大约2/3。

附图标记列表：

1 致动器、调节驱动器

2 活门

3 马达，直流马达

4 减速传动机构

5 输出装置

6 定子

7 转子

8 磁场传感器

9 互连基体，印刷电路板

10 马达控制单元

11 控制装置，微控制器

12 转子的端侧

20 电压供应单元，功率供应部

A 旋转轴线

C1 -C4 电枢线圈

D 线连接部

G 公共马达端子

GND 第一电压水平，基准电压水平，地

HS 霍尔效应传感器信号，传感器信号

H1、H2 保持电流值

iM 马达电流

IM 测量电流值

iU 差模端子电流U

iV 差模端子电流V

iX 桥端子电流X

iY 桥端子电流Y

ΔM 安全电流值

MI 电流测量装置

MU 电压测量装置

N、S 永磁极

N 北极

R 下降的电流值

S 南极

S1、S2；Z1-Z4 开关器件，开关晶体管，FET

SW 额定值，开/关命令

t 时间

Tl -T4 T-电枢

U、V 差模端子

uU、uV 差模电压

UU、UV 测量电压值

VCC 第二电压水平

W 轴

X、Y 桥端子。

Claims (16)

1.一种致动器，所述致动器用于活门（2）或用于阀，以用于设定气体的或液体的体积流量，所述致动器具有直流马达（3）、具有连接在下游的减速传动机构（4），以及具有用于所述活门（2）的或用于所述阀的传动机构侧的输出装置（5），其中，所述致动器具有用于致动所述直流马达（3）的马达控制单元（10）以及电压供应单元（20），其中，所述直流马达（3）是无刷两相直流马达，所述无刷两相直流马达具有定子（6）和位于径向外侧的转子（7），所述定子（6）具体体现为四重T电枢，所述四重T电枢各自具有电枢线圈（C1-C4），所述转子（7）被安装成使得能够相对于所述定子（6）旋转并且具有恰好四个交替的永磁极（N、S），所述永磁极（N、S）被布置成沿周向方向均匀分布，

其中，所述直流马达（3）的转子（7）连接到弹簧装置，如果所述转子（7）从休止位置偏移，则借助于所述弹簧装置将回复力施加到所述转子（7），其中，所述马达控制单元（10）具有可电致动开关器件（S1、S2；Zl-Z4），其作为用于所述直流马达（3）的致动装置以便施加具有可预定旋转方向的转矩，其中，所述马达控制单元（10）被构造成：依照预定的旋转方向并且根据所述转子（7）的旋转位置使所述电枢线圈（C1-C4）经由所述开关器件（S1、S2；Z1-Z4）连接到所述电压供应单元（20），并且其中，所述电枢线圈（C1-C4）以一方式互相连接，使得当受到电流激励时，两个相邻的电枢线圈（C1-C4）从不形成具有相同极性的磁极。

2.如权利要求1所述的致动器，其具有磁场传感器（8），所述磁场传感器（8）出于信号传输或数据通讯的目的而连接到所述马达控制单元（10），以便基于磁性所感测到的、沿周向方向交替的永磁极（N、S）来确定所述转子（7）的旋转位置。

3.如权利要求2所述的致动器，其中，所述磁场传感器（8）以一方式被布置成使得：在所述直流马达（3）的无电流状态中，由所述永磁极（N、S）产生的相应的磁场在所述磁场传感器（8）的位置处最大。

4.如权利要求2或3所述的致动器，其中，所述磁场传感器（8）是具有切换磁滞的数字式霍尔效应传感器。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的致动器，

- 其中，所述定子（6）的T电枢（T1-T4）的电枢线圈（C1-C4）共同地串联连接，

- 其中，所述串联连接的两个端部形成第一和第二桥端子（X、Y），并且

- 其中，所述马达控制单元（10）具有由四个开关器件（Z1-Z4）组成的H-桥，其作为致动装置以用于电流激励，其中，所述H-桥在输入侧上连接到所述电压供应单元（20）的第一和第二电压水平（GND、VCC）并且在输出侧上连接到所述两个桥端子（X、Y）。

6.如权利要求1-3中的任一项所述的致动器，

- 其中，所述定子（6）的两个相对设置的T电枢（T1、T3；T2、T4）的电枢线圈（C1、C3；C2、C4）分别串联连接，或者其中，两个相邻的T电枢（T1、T2；T3、T4）的电枢线圈 （C1、C2；C3、C4）串联连接，并且两个剩余的电枢线圈（C3、C4；C1、C2）串联连接，

- 其中，所述串联连接的各一个端部形成公共马达端子（G）并且所述串联连接的两个剩余端部形成第一和第二差模端子（U、V），并且

- 其中，所述马达控制单元（10）具有能够以推-拉模式被致动的两个开关器件（S1、S2），其作为所述致动装置，其中，所述两个开关器件（S1、S2）的各一个开关接触件连接到所述电压供应单元（20）的第一电压水平（GND、VCC），其中，第二电压水平（VCC、GND）连接到所述公共马达端子（G），并且其中，所述两个差模端子（U、V）连接到所述两个开关器件（S1、S2）的剩余开关接触件。

7.如权利要求6所述的致动器，

- 其中，所述马达控制单元（10）具有控制装置（11），所述两个开关器件（S1、S2）能够由所述控制装置（11）以时钟控制模式致动，

- 其中，对于流动到所述马达端子（G）中的马达电流（iM），所述马达控制单元（10）具有电流测量装置（MI），并且以便提供用于所述控制装置（11）的相应的测量电流值（IM），并且

- 其中，所述控制装置（11）被构造成执行SFOC方法以便通过评估相应的所感测到的测量电流值（IM）来确定所述转子（7）的旋转位置。

8.如权利要求6所述的致动器，

- 其中，所述马达控制单元（10）具有控制装置（11），所述两个开关器件（S1、S2）能够由所述控制装置（11）以时钟控制模式致动，

- 其中，对于分别存在于所述差模端子（U、V）处的差模电压（uU、uV），所述马达控制单元（10）具有各一个电压测量装置（MU），并且以便分别提供用于所述控制装置（11）的测量电压值（UU、UV），并且

- 其中，所述控制装置（11）被构造成执行SBLDC方法以便通过评估相应的所检测到的测量电压值（UU、UV）来确定所述转子（7）的旋转位置。

9.如前述权利要求1-3、7以及8中的任一项所述的致动器，其中，所述马达控制单元（10）被构造成：当在预定的旋转方向的条件下达到第一额定旋转位置时或者当不再能够检测到所述转子的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，将当前所设定的马达电流（iM）减小到第一保持电流值（H1）。

10.如权利要求1-3、7以及8中的任一项所述的致动器，其中，所述马达控制单元（10）被构造成：

- 如果在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到所述转子（7）的所感测到的或所确定的旋转位置的改变，则逐步地减小当前所设定的马达电流（iM），并且

- 将所述马达电流（iM）减小到下降的电流值（R），直到如下时刻：再次能够检测到所述转子（7）的旋转位置的改变，以便然后将所述马达电流（iM）设定为第二保持电流值（H2），所述第二保持电流值（H2）为所述下降的电流值（R）加上安全电流值（ΔM）的和。

11.如权利要求1-3、7以及8中的任一项所述的致动器，其中，所述马达控制单元（10）被构造成：

- 当在预定的旋转方向的条件下不再能够检测到所述转子（7）的所感测到的或所确定的旋转位置的改变时，逐步地减小当前所设定的马达电流（iM），

- 将所述马达电流（iM）减小到下降的电流值（R），直到如下时刻：再次能够检测到所述转子（7）的旋转位置的改变，并且

- 然后提高所述马达电流（iM），直到如下时刻：再次能够检测到所述转子（7）的旋转位置的改变，以便然后将所述马达电流（iM）设定为第二保持电流值（H2），所述第二保持电流值（H2）为所述下降的电流值（R）加上安全电流值（ΔM）的和。

12.如权利要求1-3、7以及8中的任一项所述的致动器，其中，所述马达控制单元（10）具有控制装置（11），所述开关器件（S1、S2；Z1-Z4）可以由所述控制装置（11）以时钟控制模式致动，其中，所述控制装置（11）被构造成：借助于所述开关器件（S1、S2；Z1-Z4）的叠加式脉冲宽度调制致动来将流动通过所述电枢线圈（C1-C4）的马达电流（iM）设定为预定的额定电流值。

13.如权利要求5所述的致动器，其中，所述电压供应单元（20）在所述输入侧上具有端子以便连接到功率供应网或者连接到电储能器。

14.如权利要求1所述的致动器，所述活门（2）或所述阀用于建筑物的供暖、通风或空气调节。

15.一种具有旋转位置检测的无刷两相直流马达（3）的用途，所述无刷两相直流马达（3）用于驱动用于活门（2）的或阀的致动器（1）的连接在下游的减速传动机构（4），以便设定气体的或液体的体积流，特别是用于建筑物的供暖、通风和空气调节，其中，所述直流马达（3）具有定子（6）和位于径向外侧的转子（7），所述定子（6）具体体现为四重T电枢并且所述四重T电枢各自具有电枢线圈（C1-C4），所述转子（7）被安装成使得能够相对于所述定子（6）旋转并且具有恰好四个交替的永磁极（N、S），所述永磁极（N、S）被布置成沿周向方向均匀分布，其中，所述直流马达（3）的转子（7）连接到弹簧装置，如果所述转子（7）从休止位置偏移，则借助于所述弹簧装置将回复力施加到所述转子（7），并且其中，所述电枢线圈（C1-C4）以一方式互相连接，使得当受到电流激励时，两个相邻的电枢线圈（C1-C4）从不形成具有相同极性的磁极。

16.如权利要求15所述的具有旋转位置检测的无刷两相直流马达（3）的用途，所述无刷两相直流马达（3）用于建筑物的供暖、通风或空气调节。