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Die
Erfindung betrifft einen mehrphasigen Motor, bestehend, einerseits,
aus einem fest stehenden Teil oder Stator, der durch elektrische
Spulen angeregt wird, und, andererseits, aus einem beweglichen Teil
oder Rotor, der N Paare von Polen aufweist, die radial in abwechselnden
Richtungen magnetisiert sind, wobei N größer als oder gleich 4 sei,
seiend jedoch verschieden von einem Vielfachen von 3, und der besagte
Stator P × 9
identische, in 40°/P
beabstandete Pole aufweist, wobei die besagten statorischen Pole
aufeinanderfolgend je drei zusammengeschlossen sind, derart; um
eine Phase zu bilden, die durch einen W-förmigen Kreis gebildet ist,
der drei aufeinanderfolgende statorischen Pole zusammenschließt, wobei
die zentrale statorische Pol die Spulen der besagten Phase trägt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen den Bereich der elektrischen
mehrphasigen Motoren. Insbesondere bezieht sie sich auf kleine Motoren,
wie diejenigen, die den Antrieb von Ventilen, beispielsweise für den Lufteinlaß, bei Kraftfahrzeugen
oder dergleichen gewährleisten
und die also auf Detektionselementen für die Position des Rotors zurückgreifen.
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Derartige
Motoren sind beispielsweise in der FR-2 754 953 beschrieben. Es
ist also ganz besonders Bezug auf einen mehrphasigen Motor genommen,
der, einerseits, aus einem fest stehenden Teil oder Stator, der
durch elektrische Spulen angeregt wird, und, andererseits, aus einem
magnetisierten beweglichen Teil oder Rotor besteht. Dieser weist
N1 Paare von Polen auf, die radial in abwechselnden Richtungen magnetisiert
sind, wobei N1 gleich 4 oder 5 sei. Was den Stator betrifft, dieser
umfasst N2 identische Pole, wobei N2 gleich 9 sei, so daß diese
Pole in 40° beabstandet
sind. Ferner sind sie aufeinanderfolgend je drei zusammengeschlossen,
so daß jede Phase
durch einen W-förmigen Kreis
gebildet sei, der drei aufeinanderfolgende Pole des Stators zusammenschließt. Der
zentrale W-Pol trägt
die Spulen der besagten Phase. Außerdem weisen die zentralen Pole
zweier W-förmigen
Kreise einen Winkelabstand von 120° zu einander auf.
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Diese
Elemente werden in einer selben Stufe, d.h. im wesentlichen in einer
selben Ebene angeordnet, um die Kosten und den Raumbedarf der Teile, aus
denen sie bestehen, wie der Magneten zu optimieren.
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Für diesen
Motortyp ist es gebräuchlich,
die Verschiebung des beweglichen Rotorteils in dem magnetischen
Kreis festzustellen. In Wirklichkeit induziert dieser Rotorteil
eine Flußänderung,
welche Änderung
durch einen Positionssensor elektromagnetischer Art festgestellt
werden kann.
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Derartige
Aktuatoren sind auch in der Lage, ein für die Position der Ladung repräsentatives
Bild zu geben, die direkt oder, im allgemeinen, über ein Untersetzungsgetriebe
durch eine Positionsregelung angetrieben wird, was daher eine ideale
Steuerelektronik und einen Positionssensor für das bewegliche Organ vermuten
läßt. Dieser
Detektor ist meistens vom potentiometrischen, magnetischen oder
optischen Typ und an der Rückseite
des Aktuators montiert.
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Selbstverständlich bewirkt
ein derartiger Positionssensor hierdurch einen zusätzlichen
Raumbedarf im Bereich des Aktuators, ohne Rücksicht darauf, daß gewisse
dieser Bestandteile verlängert
werden müssen,
um diese Drehfeststellung des bewegbaren Organs zu erlauben. In
diesem Zusammenhang empfiehlt es sich noch, sicherzustellen, daß das Vorhandensein
dieser Sensoren kein Einfluss auf die Verbreitung der magnetischen
Flüße zwischen
den verschiedenen statorischen Polen haben wird.
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Außerdem erweist
sich bei einem derartigen Aufbau die elektrische Verbindung dieses
oder dieser Sensoren und diejenige des Aktuators mit der elektronischen
Servo-Steuerungskarte
relativ verwickelt.
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Die
DE A1 199 05 748 beschriebt einen bürstenlosen mehrphasigen Motor
mit einem bürstenlosen
Permanentmagnet, mit nicht-identischer statorischer Polen, bei dem
die Mittel für
die Positionsfeststellung des Rotors entlang magnetischen Ableitungsstrecken
angeordnet sind.
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Im
Rahmen eines ersten erfinderischen Schritts hat man versucht, die
Probleme zufolge des Anbringens der Sensoren an der Außenseite
zu lösen,
indem sie direkt und ideal in dem Aktuator, insbesondere in einer
selben Ebene wie die statorischen Spulen, integriert werden.
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In
einem zweiten erfinderischen Schritt wurde eine Lösung gesucht,
die nicht nur in der Lage sei, die oben erwähnte Zwänge zu beseitigen, sondern auch
kaum geometrische oder generische Änderungen der einzelnen Elemente,
aus denen der Aktuator besteht, zu erfordern, welche Änderungen
im Bezug auf die Herstellungs- und Montagekosten, die Standardisierung
und einen einfachen Betrieb nachteilig sind.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung einen mehrphasigen Motor, bestehend,
einerseits, aus einem fest stehenden Teil oder Stator, der durch
elektrische Spulen angeregt wird, und, andererseits, aus einem beweglichen
Teil oder Rotor, der N Paare von Polen aufweist, die radial in abwechselnden
Richtungen magnetisiert sind, wobei N größer als oder gleich 4 sei,
seiend jedoch verschieden von einem Vielfachen von 3, und der besagte
Stator P × 9
identische, in 40°/P
beabstandete Pole aufweist, wobei die besagten statorischen Pole
aufeinanderfolgend je drei zusammengeschlossen sind, derart, um
eine Phase zu bilden, die durch einen W-förmigen Kreis gebildet ist,
der drei aufeinanderfolgende statorischen Pole zusammenschließt, wobei
der zentrale statorische Pol die Spulen der besagten Phase trägt.
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Gemäß der Erfindung
umfaßt
diese wenigstens ein Element für
die Feststellung der Position des Rotors, das in einer selben Ebene
wie die statorischen Pole, in einer Aussparung im wesentlichen in Äquidistanz
zwischen zwei aufeinanderfolgenden statorischen Polen gesetzt ist;
die nicht zu derselben Phase gehören.
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Vorteilhaft
ist die besagte Aussparung durch die besagten aufeinanderfolgenden
statorischen Polen abgegrenzt, die nicht zu derselben Phase gehören.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind die besagten Elemente für die Positionsfeststellung
Hall-Sensoren.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung haben die besagten Sensoren analoge
Ausgänge.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung haben die besagten Sensoren digitale
Ausgänge.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind die zentralen statorischen Pole,
die die Spule einer Phase tragen, als Elemente- ausgestaltet, die
im Bereich der statorischen Struktur angebracht sind. Eine solche
Ausgestaltung bietet den Vorteil, daß die Spulen auf diesen zentralen
Polen montiert werden können,
nicht durch einem einfachen Verbinden, sondern durch Aufwickeln
um diese Letzteren. Letztendlich erlaubt dies, das Kupfervolumen
zu erhöhen,
was eine höhere
Wirksamkeit des Motors zur Folge hat. Überdies ist zu bemerken, daß diese
Art der Ausgestaltung der statorischen Struktur des Motors erlaubt,
auch die Oberfläche
dieser zentralen Pole gegenüber
des Rotors zu erhöhen
und demzufolge diejenige aller statorischen Pole.
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verstanden bei dem Lesen der nachfolgenden
Beschreibung, anhand der beiliegenden Zeichnungen, die sich auf
die beispielweisen Ausführungsformen
beziehen.
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1 entspricht
einem Querschnitt durch einen dreiphasigen Motor gemäß der Erfindung,
d.h., der in einer selben Stufe die drei Phasen sowie ein oder mehrere
Elemente für
die Positionsfeststellung des Rotors umfaßt.
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2 stellt
das elektrische Schaltschema der drei Phasen des Motors und auch
der drei Hall-Sensoren dar.
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3 ist
eine vektorielle Darstellung der drei Phasen des Motors und eine
Darstellung der sechs Winkelsektoren, die durch die drei Positionsdetektoren
gebildet werden.
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4 stellt
abhängig
von der Rotorsposition das Drehmoment dar, das für drei Spulenversorgungen erhalten
wird, sowie die von den drei Sensoren kommenden Signale.
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5 stellt
das Drehmoment dar, das bei Beachten der Phasenversorgung, die ein
maximales Drehmoment gewährleistet,
erhalten wird.
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6 ist
einen Querschnitt des Motors gemäß der Erfindung,
wo der zentrale Pol jedes W-förmigen
Kreises ein angebrachtes Element ist.
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1 entspricht
einem Querschnitt durch einen dreiphasigen Motor gemäß der Erfindung.
Die Struktur des Motors 1 ist typisch, wobei dieser einerseits,
einen feststehenden Teil oder Stator 2, der durch elektrische
Spulen 3 angeregt wird, und, andererseits, einen beweglichen
magnetisierten Teil oder Rotor, umfaßt.
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Der
besagte Rotor umfasst N Paare von rotorischen Polen, die radial
in abwechselnden Richtungen magnetisiert sind, wobei N größer als
oder gleich 4 sei, seiend jedoch verschieden von einem Vielfachen
von 3. Im Rahmen der Ausführungsform, die
den Figuren der anliegenden Zeichnungen entspricht ist N gleich 5.
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Der
besagte Stator weist P × 9
Pole 6 auf, deren Polklemmen identisch und in 40°/P beabstandet
sind, wobei die besagten statorischen Pole b aufeinanderfolgend
je drei zusammengeschlossen sind, derart, um eine Phase zu bilden,
die durch einen W-förmigen Kreis
gebildet ist, der drei aufeinanderfolgende statorischen Pole zusammenschließt, wobei
die zentrale statorische Pol 7 die Spule 3 der
besagten Phase 8 trägt.
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In
die Figuren der Zeichnung ist ein Motor 1 dargestellt,
dessen Stator 2 neun identische Pole umfasst, wobei P in
diesem Fall gleich 1 sei. Deshalb sind diese statorischen Pole hier
in 40° beabstandet. Die
Polklemmen der zentralen Pole 7 zweier W-förmigen Kreise
weisen einen Winkelabstand von 120° zu einander auf.
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Vorteilhaft
umfaßt
dieser Motor 1 wenigstens ein Element für die Feststellung der Position 9 des Rotors 4,
der in einer selben Ebene wie die statorischen Pole 6 in
einer Aussparung im wesentlichen in Äquidistanz zwischen zwei aufeinanderfolgende
statorischen Polen gesetzt ist, die nicht zu derselben Phase gehören.
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Vorzugsweise
umfasst dieser ebensoviel Elemente für die Positionsfeststellung 9 wie
Phasen 8, wobei ein Element für die Positionsfeststellung sich
zwischen jeder von diesen Phasen positioniert, unter den oben erwähnten Umständen.
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Insbesondere
ist zwischen zwei aufeinanderfolgenden statorischen Polen 6,
die nicht zu derselben Phase gehören,
eine Aussparung 10 vorgesehen, die vorzugsweise durch diese
zwei Pole abgegrenzt ist, um ein derartiges Element für die Feststellung 9 aufzunehmen.
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Diese
letzten, da ihre Anzahl identisch mit derjenigen der Phasen ist,
ermöglichen
nicht nur die Kontrolle der Position durch Zählen der Schritte des Motors 1,
sondern außerdem
dessen Steuerung über die
Betriebsart der Selbstumschaltung.
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Unter
die oben angegeben Umständen
sind die Elemente für
die Positionsfeststellung optimal winklig für die Kontrolle des Motors
bei Betriebsart der Selbstumschaltung positioniert. In der Tat sind
die Magnetfelder, die durch die elektrischen Spulen erzeugt werden,
nicht störend
für diese
Elemente, die daher lediglich empfindlich gegen die Felder sind,
die auf die Permanentmagneten 5 des Rotors zurückzuführen sind.
Außerdem
hat das Vorhandensein dieser Elemente für die Feststellung 9,
da sie in einer selben Stufe wie die besagte statorischen Pole gesetzt
sind, keine negative Wirkung auf die anderen Bestandteile des Motors 1,
insbesondere hinsichtlich des Rotors, wie dies in Zusammenhang mit
den Lösungen,
die bisher im Rahmen der Darstellung des Zustandes der Technik getroffen
wurden, erklärt
worden ist.
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Die
Elemente für
die Feststellung der Position 9 sind vorzugsweise magnetische
Sensoren und, insbesondere, Hall-Sensoren, die besonders empfindlich
gegen die Änderungen
des Magnetfelds sind.
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Die
Elemente für
die Positionsfeststellung 9 können vom digitalen oder analogen
Typ sein. Diejenigen vom digitalen Typ ermöglichen die Unterscheidung
von 6 Winkelsektoren 12 innerhalb jedes Paar von Polen 5 des
Rotors. Diejenigen vom analogen Typ liefern Sinussignale, die auch
leicht verwendbar werden.
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2 stellt
das elektrische Schaltschema der drei Phasen 8 des Motors 1 dar,
die beziehungsweise mit 8a, 8b, 8c bezeichnet
sind, sowie der drei Hall-Sensoren 11, die beziehungsweise
mit 11a, 11b, 11c bezeichnet sind. Die
Sternschaltung der Spulen 3 des Motors 1 erfordert
drei Ausgangsleiter für
die Versorgung der Phasen 8. Es gibt immer zwei gleichzeitig
versorgten Spulen 3 und eine Spule, durch welche kein Strom
fließt.
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Die
drei Hall-Sensoren haben eine gemeinsame Versorgung und Masse, daher
eine typische Montage mit fünf
dafür gebrauchten
Leitern.
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3 ist
eine vektorielle Darstellung der drei Phasen 8a, 8b, 8c des
Motors und die Darstellung der sechs Winkelsektoren 12,
die durch die drei Elemente für
die Positionsfeststellung 9 gebildet und beziehungsweise
in anti-trigonometrischer Richtung mit 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f bezeichnet
sind. Die drei Phasen 8a, 8b, 8c sind
um 120° elektrisch
verschoben. Durch Verwendung einer zweipoligen Versorgungsart werden
innerhalb eines Paares von Polen 6 stabile Positionen erhalten,
die hier durch die Vektoren 13a, 13b, 13c, 13d; 13e, 13f dargestellt sind.
Zum Beispiel stellt der Vektor 13a die stabile Position
dar, die beim Versorgen des Motors mit Strom zwischen den Ausgangsleitungen 14a und 14b erhalten
wird, wobei der Strom von 14a zu 14b fließt. Die
Schaltpunkte der Positionsdetektoren 9 befinden sich graphisch über dieselben
Vektoren.
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4 stellt
in Abhängigkeit
von der Position des Rotors 4 das Drehmoment 16 dar,
das bei drei Versorgungsarten der Spulen 3 erhalten wird,
sowie die Signale, die von den drei Sensoren 11 kommen.
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5 stellt
das Drehmoment 16 dar, das beim Beachten der Versorgung
der Phasen 8 erhalten wird, die ein maximales Drehmoment
gewährleistet.
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6 ist
einen Querschnitt des Motors 1 gemäß der Erfindung, wo der zentrale
Pol 7 mit seiner Spule jedes W-förmigen Kreises eine Gesamtheit
bildet, die im Bereich der statorischen Struktur angebracht ist.
Diese Ausgestaltung erlaubt eine Erhöhung des Kupfervolumens und
die Erzeugung einer höheren
Wirksamkeit für
den Motor.