JP2001516198A - 他励電気機械 - Google Patents

他励電気機械

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JP2001516198A
JP2001516198A JP2000510199A JP2000510199A JP2001516198A JP 2001516198 A JP2001516198 A JP 2001516198A JP 2000510199 A JP2000510199 A JP 2000510199A JP 2000510199 A JP2000510199 A JP 2000510199A JP 2001516198 A JP2001516198 A JP 2001516198A
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ロルフ シユトロートマン,
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ロルフ シユトロートマン,
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K29/12Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
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    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786Outer rotors
    • H02K1/2787Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ロータ(2)及びステータ(1)、及びステータに関するロータの回転位置を検出するための装置を有する、他励電気機械に関する。本発明によれば、磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性によって形成されかつ磁極巻線回路から取出し可能である信号を評価して、ロータ回転位置を判定する位置検出装置が設けられている。有利にも本発明によるこのような電気機械において、センサを組込むことなく、ロータとステータとの相互位置の検出を行なうことができ、その際、機械において励磁磁界のどのような妨害作用も起こらない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、ロータ及びステータ、及びステータに関するロータの回転位置を検
出するための装置を有する、他励電気機械に関する。
【0002】 このような周知の他励電気機械において、ロータステータ位置を検出するため
の装置は、センサ、例えばホール発電器を含み、これらのセンサは、励磁される
磁界の磁界方向又は/及び磁界強さを検出し、その際、これらの測定値により、
ステータに関するロータの位置を判定することができる。電気機械内へのこのよ
うなセンサの組み込みは、、その製造費用を増加する。さらにセンサの校正を行
なわなければならないという欠点が、しばしば生じる。結局このようなセンサの
配置によって、モータ内に電気機械の回転特性を害する磁界経過の障害も生じる
ことがある。
【0003】 本発明の課題は、従来の技術に対してわずかな費用で製造することができ、か
つロータステータ位置を検出するための装置によって機械内における磁界経過の
障害が生じない、始めに述べたような電気機械を提供することにある。
【0004】 本発明によるこの課題を解決する電気機械は、次のような特徴を有する。すな
わち磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性によって形成されかつ磁極巻線回
路から取出し可能である信号を評価して、回転位置を判定する位置検出装置が設
けられている。
【0005】 有利なように本発明によるこのような電気機械において、センサを組込むこと
なく、ロータ及びステータの相互の位置の検出を行なうことができ、その際、機
械内における励磁する磁界のどような妨害作用も行なわれない。
【0006】 磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性は、励磁磁界による磁極巻線コアの
磁化の変化に基づくことができる。磁極巻線コア及び励磁磁界の相対配置に応じ
て、励磁磁界の磁界強さに関するインダクタンスにとって尺度となる誘導磁束の
依存性に基づいて、磁極巻線コアの異なった磁化が生じ、これらの磁化は、磁極
巻線のインダクタンスに影響を及ぼす。
【0007】 その代わりに又は追加的に、回転位置に依存して磁極巻線のインダクタンスを
変化させる磁気材料の配置を設けることができる。回転位置に依存して、磁極巻
線のインダクタンスに対する磁気材料配置のそれぞれの貢献が変化する。
【0008】 機械の1つの構成において、材料配置は、とくにロータを形成するために使わ
れる界磁石支持体リングによって形成され、その際、界磁石支持体リングの周に
沿って、リング材料の材料厚さ又は/及び透磁率が変化することができる。材料
厚さは、例えば界磁石を支持する内側において界磁石支持体リングが丸いが、一
方外側において定常的な厚み部の間にら旋形の周面線を有することによって変化
することができる。この場合、360°の完全な回転の範囲において回転位置に
関する磁極巻線インダクタンスの一義的な依存性が達成できる。360°を越え
るあいまいな依存性は、非対称だ円形に相応してリング外側の形成によって達成
することができる。
【0009】 機械の別の構成において、回転位置への磁極巻線インダクタンスの、ロータ回
転とともに周期的に繰返す依存性経過を発生するために、励磁磁界及び/又は材
料配置が設けられており、その際、ロータ回転位置を周期を越えて判定するため
に、位置検出装置が、スタート点から依存性周期の繰返しを検出する計数装置を
含む。周期的に繰返す依存性経過は、励磁磁界を形成する連続した多数の磁気周
期によって生じることができる。他方において支持体リングの材料厚さは、界磁
石のためにこの支持体リングの周にわたって分散配置された保持切り欠きに相応
して変化することができる。前記の依存性による位置判定は、この時、それぞれ
所定のロータ回転角周期内において行なわれるが、一方計数装置によって当該の
ロータ回転角周期は、したがってステータに対するロータの位置は、360°の
全回転角範囲において判定することができる。
【0010】 それぞれ1つの保持切り欠き内に配置された2つの界磁石による磁気周期の形
成の場合、それぞれ半分の磁気周期内において一義的な依存性が生じ、その際、
多極機において周にわたって分散して、この依存性は、磁気周期の数に相応して
繰返す。保持切り欠きを1つ又は複数の周期に広げる場合、それぞれこれらの広
げられた角度範囲内において一義的な依存性が得られる。
【0011】 本発明の有利な構成において、磁極巻線回路の回路点における電位を評価する
位置検出装置が設けられている。星形に配線された複数の相導体において、とく
に中性点電位が評価され、この中性点電位は、相導体の間に存在するインダクタ
ンスの相違に対してとくに敏感である。
【0012】 なるべく動作電圧周波数より上の周波数を有しかつとくに相導体に関して磁極
巻線に加えることができる測定電圧を発生する位置検出装置がなるべく設けられ
ており、その際、中性点電位から現在の導体インダクタンスを表わす信号をフィ
ルタ除去するフィルタ装置を有する評価装置が設けられている。
【0013】 本発明のとくに有利な構成において、機械の動作のために、とくにパルス幅変
調によるパルス配線が設けられており、その際、位置検出装置は、信号検出のた
めに、電圧パルスに反応して生じる電位経過を評価する。機械のパルス動作にお
いて、中性点に、現在の磁極巻線インダクタンスに相応して変化する増加を含む
変動する電位経過が生じる。
【0014】 このようなパルス配線の際に本発明の構成において、回路点として、相導体の
それぞれ配線されていない端部が考慮されており、その際、とくに相導体端部か
ら相導体端部への回路点の切換えが行なわれる。
【0015】 この時、実施例及びこれらの実施例に関する添付の図面により、本発明を詳細
に説明しかつ記述する。
【0016】 参照符号1によって、図1に多極電気機械のステータが示されており、これに
対してロータ2が回転可能である。
【0017】 ステータ1に、巻線を備えた磁極ヘッド3が設けられており、これらの磁極ヘ
ッドのそれぞれの端面は、ロータ2の内側に対向している。それぞれ3番目の磁
極ヘッドの磁極巻線は、それぞれ動作電圧の3つの位相R、S、Tに相応して相
導体を形成して、図1に示されていない線を介して接続されている。
【0018】 参照符号4によって、図1に永久磁石が示されており、その際、磁気N極及び
磁気S極の交互の配置によって、リング状のロータ2の周の回りに分散された連
続した磁気周期が形成されている。
【0019】 とくに図2aから明らかなように、ロータ2を形成するために使われる磁石支
持体リング5内に永久磁石4を取付けるために、永久磁石4を収容するための切
り欠き6が設けられており、その際、切り欠き6の間に橋絡片7が形成されてい
る。
【0020】 連続する橋絡片7及び切り欠き6によって、図示した実施例において鉄からな
るリング材料の、ロータ2の回転角Δφに相応して決まる分布が周期的に形成さ
れており、この分布は、図2bに示した依存性にほぼ相応してそれぞれ対向する
磁極巻線のインダクタンスに影響を及ぼし、その際、巻線が橋絡片7に対向した
時に、それぞれの巻線におけるインダクタンスの最大値が生じる。
【0021】 図示した実施例において、電気機械は、それぞれの相導体の磁極巻線がこれに
対向する磁気周期に関して同じ位置を占めるように、対称的に構成されている。
それ故にロータの回転の際に、導体のそれぞれの磁極巻線のインダクタンスは、
同じ程度に変化する。しかしそれとは相違して、電気機械の対称性は、相導体の
磁極ヘッドがこれに対向する磁気周期に関してそれぞれ1つの異なった位置を占
めるように破壊してもよい。
【0022】 図2bから明らかなように、 それぞれの回転角区間Δφに対して、同じイン
ダクタンス経過Lが生じ、すなわちα=0・・・Δφによる関数L(α)は、そ
れぞれの間隔Δφに対して同じである。
【0023】 この時、図3によれば、ここでは参照符号8、9及び10により、三相動作電
圧の位相R、S、Tに相応して、磁極巻線11を含む相導体が示されている。相
導体8ないし10は、中性点12を形成して配線されている。
【0024】 参照符号14によって測定電圧源が示されており、この測定電圧源により相電
圧にそれぞれ測定電圧を重畳することができ、この測定電圧の周波数は、位相R
、S、Tに加えられる動作交流電圧の周波数よりも高い。
【0025】 参照符号13によりフィルタ/増幅器装置が示されており、このフィルタ/増
幅器装置は、中性点12に加えられる電位を受取り、かつ装置14によって発生
される測定電圧の周波数において通過及び/又は増幅の最大値を有する。
【0026】 参照符号15により図3において、フィルタ/増幅器装置13からフィルタ処
理されかつ/又は増幅された信号Sを受取る比較装置が示されており、この比較
装置は、それぞれの信号Sを関数α(S)の表の値と比較し、かつSの値に相当
するαの値を出力する。関数α(S)の表の値は、メモリ装置16内にファイル
されている。
【0027】 17により、信号Sを受取る別の計数装置が示されており、この計数装置は、
例えばSの通過する最大値の数によって、スタート位置から出発して全回転角φ
の間隔Δφの数Nを判定する。
【0028】 参照符号18により、式φ=(N×Δφ)+αに相応して総合回転角φを計算
するための装置が示されている。
【0029】 破線19によって囲まれた装置13及び15ないし18は、評価装置を形成し
ており、この評価装置は、目的に合うようにコンピュータによって実行されてい
る。
【0030】 図1の電気機械のモータ動作において、中性点12に特徴的な電圧信号Uが生
じ、この電圧信号は、角度間隔Δφ内においてロータの位置に依存している。フ
ィルタ及び増幅器装置13によりこの信号は、動作電圧を含む電圧信号Uから抽
出される。フィルタ/増幅器装置の出力端子に加わる信号Sは、比較装置15に
よって定常的にサンプリングされ、その際、それぞれの角度間隔Δφの通過の間
に、多数の信号値Sが検出され、かつそれぞれ所属の角度αを検出しながら表に
された関数値と比較される。
【0031】 計数装置17は、スタート間隔Δφから出発してSの通過する最大値によって
、通過する間隔Δφの数nを検出する。
【0032】 最後に計算装置18は、前記の式に相応して総合回転角φを検出する。
【0033】 この時、図4によれば、ここでは同じ又は同じ作用の部分は、図3におけるも
のと同じであるが文字aを付けた参照符号によって示されている。
【0034】 参照符号20によって図4において、電源回路が示されており、この電源回路
は、3つの位相R、S、Tに対して相導体8a、9a及び10aにより電気機械
に、動作電圧を供給し、その際、制御入力端子21を介してパルス幅変調が行な
われる。
【0035】 電源回路20は、信号処理装置22に接続されており、この信号処理装置は、
相導体8a、9a及び10aのそれぞれの相端部から電圧信号Uを受取る。信号
処理装置22は、それぞれ相から相へ進行して、相端部が電源回路から切離され
ているように、電源回路20に作用を及ぼし、その際、信号処理装置22は、こ
の切離された状態において相端部に加わるそれぞれ1つの信号Uを受取り、かつ
処理する。パルスの投入の際に形成されこのようにして得られる信号Uは、とく
に上昇に関して、一方において当該の相導体のそれぞれ現在のインダクタンスに
よって、かつ他方において空いた相導体内に電気機械の回転によって誘導される
電圧によって形成されている。信号処理装置22は、信号Uから、例えば差又は
商形成により、回転位置を表わす信号Sを抽出し、この信号は、すでに図3によ
って説明したように、角度α又は総合回転角φを検出するために利用することが
できる。
【0036】 電源回路20からの進行的な切離しにより、電気機械においてそれにより生じ
る駆動力の欠落は、すべての位相に有利にも均一に分散されるので、機械の回転
の悪影響は生じない。
【0037】 図4の回路において記入された破線に相応して、空いた相端部における電位の
評価の代わりに、中性点電位を評価してもよい。パルス動作においてここでは、
変動する電圧信号Uが生じ、この電圧信号から、回転位置を表わす信号の他に別
の量、例えば個々の位相における電流を引出すことができる。
【0038】 取出された電圧信号Uの経過は、記載した実施例において主として磁極ヘッド
磁化の周期的な変化によって判定され、この磁極ヘッド磁化は、永久磁石4の磁
界の通過の際に生じる。信号の経過に対するその他の貢献は、磁化可能な材料に
おける周期的に変化する厚さによって磁石支持体リング5の構成から生じ、この
材料は、図2において示すように、磁極ヘッドに相応してインダクタンスに影響
を及ぼす。
【0039】 それぞれの相が、磁気周期に関して磁極巻線の繰返し配置を生じないように、
対称性を破壊すれば、電圧信号Uのさらに強力にサイン曲線に近い経過が得られ
、この電圧信号は、それに相応してさらに容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 界磁石を有する界磁石支持体リングのための切り欠きを備えた本発明による電
気機械を示す断面図である。
【図2a】 図1の電気機械の支持体リングの一部を示す図である。
【図2b】 図1の電気機械の磁極巻線のインダクタンスの、図2aの支持体リングによっ
て引起こされる経過を示す図である。
【図3】 図1による電気機械におけるロータとステータの相互位置を判定する装置のた
めの実施例を示す略図である。
【図4】 図1による機械におけるローターステーター位置を判定する装置のための別の
実施例を示す略図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年2月8日(2000.2.8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 他励電気機械
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、ロータ及びステータ、及びステータに関するロータの回転位置を検
出するための装置を有し、その際、磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性に
よって形成されかつ磁極巻線回路から取出し可能である信号を評価して、ロータ
回転位置を判定する位置検出装置が形成されている、他励電気機械に関する。
【0002】 周知の他励電気機械において、ロータステータ位置を検出するための装置とし
て、センサ、例えばホール発電器が設けられており、これらのセンサは、励磁さ
れる磁界の磁界方向又は/及び磁界強さを検出し、その際、これらの測定値によ
り、ステータに関するロータの位置を判定することができる。電気機械内へのこ
のようなセンサの組み込みは、、その製造費用を増加する。さらにセンサの校正
を行なわなければならないという欠点が、しばしば生じる。結局このようなセン
サの配置によって、モータ内に電気機械の回転特性を害する磁界経過の障害も生
じることがある。
【0003】 始めに述べたような電気機械は、米国特許第5254914号明細書により公
知である。ロータの停止状態においてロータ回転位置を判定するために、選択さ
れた相導体により短い電流パルスが磁極巻線回路に供給され、かつパルスに反応
して生じる減衰する誘導電圧が測定される。ロータの回転位置は、誘導電圧の減
衰時間の間の差の符号に基づいて検出される。
【0004】 本発明の課題は、簡単な回路構成において確実なロータ回転位置の検出を可能
にする、始めに述べたような新しい他励電気機械を提供することにある。
【0005】 本発明によるこの課題を解決する他励電気機械は、次のような特徴を有する。
すなわち磁極巻線回路が、星形に配線された相導体を有し、かつ中性点における
電位を評価する位置検出装置が形成されている。
【0006】 磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性は、本発明によれば唯一の測定点と
して中性点に電位変動を生じ、これらの電位変動は、測定技術的にわずかな回路
費用によって測定可能であり、かつ電位と回転位置との間のあらかじめ記憶され
た対応関係によってロータ回転位置の検出のために便利に評価可能である。
【0007】 磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性は、励磁磁界による磁極巻線コアの
磁化の変化に基づくことができる。磁極巻線コア及び励磁磁界の相対配置に応じ
て、励磁磁界の磁界強さに関するインダクタンスにとって尺度となる誘導磁束の
依存性に基づいて、磁極巻線コアの異なった磁化が生じ、これらの磁化は、磁極
巻線のインダクタンスに影響を及ぼす。
【0008】 その代わりに又は追加的に、回転位置に依存して磁極巻線のインダクタンスを
変化させる磁気材料の配置を設けることができる。回転位置に依存して、磁極巻
線のインダクタンスに対する磁気材料配置のそれぞれの貢献が変化する。
【0009】 機械の1つの構成において、材料配置は、とくにロータを形成するために使わ
れる界磁石支持体リングによって形成され、その際、界磁石支持体リングの周に
沿って、リング材料の材料厚さ又は/及び透磁率が変化することができる。材料
厚さは、例えば界磁石を支持する内側において界磁石支持体リングが丸いが、一
方外側において定常的な厚み部の間にら旋形の周面線を有することによって変化
することができる。この場合、360°の完全な回転の範囲において回転位置に
関する磁極巻線インダクタンスの一義的な依存性が達成できる。360°を越え
るあいまいな依存性は、非対称だ円形に相応してリング外側の形成によって達成
することができる。
【0010】 機械の別の構成において、回転位置への磁極巻線インダクタンスの、ロータ回
転とともに周期的に繰返す依存性経過を発生するために、励磁磁界及び/又は材
料配置が設けられており、その際、ロータ回転位置を周期を越えて判定するため
に、位置検出装置が、スタート点から依存性周期の繰返しを検出する計数装置を
含む。周期的に繰返す依存性経過は、励磁磁界を形成する連続した多数の磁気周
期によって生じることができる。他方において支持体リングの材料厚さは、界磁
石のためにこの支持体リングの周にわたって分散配置された保持切り欠きに相応
して変化することができる。前記の依存性による位置判定は、この時、それぞれ
所定のロータ回転角周期内において行なわれるが、一方計数装置によって当該の
ロータ回転角周期は、したがってステータに対するロータの位置は、360°の
全回転角範囲において判定することができる。
【0011】 それぞれ1つの保持切り欠き内に配置された2つの界磁石による磁気周期の形
成の場合、それぞれ半分の磁気周期内において一義的な依存性が生じ、その際、
多極機において周にわたって分散して、この依存性は、磁気周期の数に相応して
繰返す。保持切り欠きを1つ又は複数の周期に広げる場合、それぞれこれらの広
げられた角度範囲内において一義的な依存性が得られる。
【0012】 なるべく動作電圧周波数より上の周波数を有しかつとくに相導体に関して磁極
巻線に加えることができる測定電圧を発生する位置検出装置がなるべく設けられ
ており、その際、中性点電位から現在の導体インダクタンスを表わす信号をフィ
ルタ除去するフィルタ装置を有する評価装置が設けられている。
【0013】 本発明のとくに有利な構成において、機械の動作のために、とくにパルス幅変
調によるパルス配線が設けられており、その際、位置検出装置は、信号検出のた
めに、電圧パルスに反応して生じる電位経過を評価する。機械のパルス動作にお
いて、中性点に、現在の磁極巻線インダクタンスに相応して変化する増加を含む
変動する電位経過が生じる。
【0014】 この時、実施例及びこれらの実施例に関する添付の図面により、本発明を詳細
に説明しかつ記述する。
【0015】 参照符号1によって、図1に多極電気機械のステータが示されており、これに
対してロータ2が回転可能である。
【0016】 ステータ1に、巻線を備えた磁極ヘッド3が設けられており、これらの磁極ヘ
ッドのそれぞれの端面は、ロータ2の内側に対向している。それぞれ3番目の磁
極ヘッドの磁極巻線は、それぞれ動作電圧の3つの位相R、S、Tに相応して相
導体を形成して、図1に示されていない線を介して接続されている。
【0017】 参照符号4によって、図1に永久磁石が示されており、その際、磁気N極及び
磁気S極の交互の配置によって、リング状のロータ2の周の回りに分散された連
続した磁気周期が形成されている。
【0018】 とくに図2aから明らかなように、ロータ2を形成するために使われる磁石支
持体リング5内に永久磁石4を取付けるために、永久磁石4を収容するための切
り欠き6が設けられており、その際、切り欠き6の間に橋絡片7が形成されてい
る。
【0019】 連続する橋絡片7及び切り欠き6によって、図示した実施例において鉄からな
るリング材料の、ロータ2の回転角Δφに相応して決まる分布が周期的に形成さ
れており、この分布は、図2bに示した依存性にほぼ相応してそれぞれ対向する
磁極巻線のインダクタンスに影響を及ぼし、その際、巻線が橋絡片7に対向した
時に、それぞれの巻線におけるインダクタンスの最大値が生じる。
【0020】 図示した実施例において、電気機械は、それぞれの相導体の磁極巻線がこれに
対向する磁気周期に関して同じ位置を占めるように、対称的に構成されている。
それ故にロータの回転の際に、導体のそれぞれの磁極巻線のインダクタンスは、
同じ程度に変化する。しかしそれとは相違して、電気機械の対称性は、相導体の
磁極ヘッドがこれに対向する磁気周期に関してそれぞれ1つの異なった位置を占
めるように破壊してもよい。
【0021】 図2bから明らかなように、 それぞれの回転角区間Δφに対して、同じイン
ダクタンス経過Lが生じ、すなわちα=0・・・Δφによる関数L(α)は、そ
れぞれの間隔Δφに対して同じである。
【0022】 この時、図3によれば、ここでは参照符号8、9及び10により、三相動作電
圧の位相R、S、Tに相応して、磁極巻線11を含む相導体が示されている。相
導体8ないし10は、中性点12を形成して配線されている。
【0023】 参照符号14によって測定電圧源が示されており、この測定電圧源により相電
圧にそれぞれ測定電圧を重畳することができ、この測定電圧の周波数は、位相R
、S、Tに加えられる動作交流電圧の周波数よりも高い。
【0024】 参照符号13によりフィルタ/増幅器装置が示されており、このフィルタ/増
幅器装置は、中性点12に加えられる電位を受取り、かつ装置14によって発生
される測定電圧の周波数において通過及び/又は増幅の最大値を有する。
【0025】 参照符号15により図3において、フィルタ/増幅器装置13からフィルタ処
理されかつ/又は増幅された信号Sを受取る比較装置が示されており、この比較
装置は、それぞれの信号Sを関数α(S)の表の値と比較し、かつSの値に相当
するαの値を出力する。関数α(S)の表の値は、メモリ装置16内にファイル
されている。
【0026】 17により、信号Sを受取る別の計数装置が示されており、この計数装置は、
例えばSの通過する最大値の数によって、スタート位置から出発して全回転角φ
の間隔Δφの数Nを判定する。
【0027】 参照符号18により、式φ=(N×Δφ)+αに相応して総合回転角φを計算
するための装置が示されている。
【0028】 破線19によって囲まれた装置13及び15ないし18は、評価装置を形成し
ており、この評価装置は、目的に合うようにコンピュータによって実行されてい
る。
【0029】 図1の電気機械のモータ動作において、中性点12に特徴的な電圧信号Uが生
じ、この電圧信号は、角度間隔Δφ内においてロータの位置に依存している。フ
ィルタ及び増幅器装置13によりこの信号は、動作電圧を含む電圧信号Uから抽
出される。フィルタ/増幅器装置の出力端子に加わる信号Sは、比較装置15に
よって定常的にサンプリングされ、その際、それぞれの角度間隔Δφの通過の間
に、多数の信号値Sが検出され、かつそれぞれ所属の角度αを検出しながら表に
された関数値と比較される。
【0030】 計数装置17は、スタート間隔Δφから出発してSの通過する最大値によって
、通過する間隔Δφの数nを検出する。
【0031】 最後に計算装置18は、前記の式に相応して総合回転角φを検出する。
【0032】 この時、図4によれば、ここでは同じ又は同じ作用の部分は、図3におけるも
のと同じであるが文字aを付けた参照符号によって示されている。
【0033】 参照符号20によって図4において、電源回路が示されており、この電源回路
は、3つの位相R、S、Tに対して相導体8a、9a及び10aにより電気機械
に、動作電圧を供給し、その際、制御入力端子21を介してパルス幅変調が行な
われる。
【0034】 電源回路20は、信号処理装置22に接続されており、この信号処理装置は、
相導体8a、9a及び10aのそれぞれの相端部から電圧信号Uを受取る。信号
処理装置22は、それぞれ相から相へ進行して、相端部が電源回路から切離され
ているように、電源回路20に作用を及ぼし、その際、信号処理装置22は、こ
の切離された状態において相端部に加わるそれぞれ1つの信号Uを受取り、かつ
処理する。パルスの投入の際に形成されこのようにして得られる信号Uは、とく
に上昇に関して、一方において当該の相導体のそれぞれ現在のインダクタンスに
よって、かつ他方において空いた相導体内に電気機械の回転によって誘導される
電圧によって形成されている。信号処理装置22は、信号Uから、例えば差又は
商形成により、回転位置を表わす信号Sを抽出し、この信号は、すでに図3によ
って説明したように、角度α又は総合回転角φを検出するために利用することが
できる。
【0035】 電源回路20からの進行的な切離しにより、電気機械においてそれにより生じ
る駆動力の欠落は、すべての位相に有利にも均一に分散されるので、機械の回転
の悪影響は生じない。
【0036】 図4の回路において記入された破線に相応して、空いた相端部における電位の
評価の代わりに、本発明により中性点電位を評価してもよい。パルス動作におい
てここでは、変動する電圧信号Uが生じ、この電圧信号から、回転位置を表わす
信号の他に別の量、例えば個々の位相における電流を引出すことができる。
【0037】 取出された電圧信号Uの経過は、記載した実施例において主として磁極ヘッド
磁化の周期的な変化によって判定され、この磁極ヘッド磁化は、永久磁石4の磁
界の通過の際に生じる。信号の経過に対するその他の貢献は、磁化可能な材料に
おける周期的に変化する厚さによって磁石支持体リング5の構成から生じ、この
材料は、図2において示すように、磁極ヘッドに相応してインダクタンスに影響
を及ぼす。
【0038】 それぞれの相が、磁気周期に関して磁極巻線の繰返し配置を生じないように、
対称性を破壊すれば、電圧信号Uのさらに強力にサイン曲線に近い経過が得られ
、この電圧信号は、それに相応してさらに容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 界磁石を有する界磁石支持体リングのための切り欠きを備えた本発明による電
気機械を示す断面図である。
【図2a】 図1の電気機械の支持体リングの一部を示す図である。
【図2b】 図1の電気機械の磁極巻線のインダクタンスの、図2aの支持体リングによっ
て引起こされる経過を示す図である。
【図3】 図1による電気機械におけるロータとステータの相互位置を判定する装置のた
めの本発明による実施例を示す略図である。
【図4】 図1による機械におけるロータ−ステータ−位置を判定する装置のための別の
実施例を示す略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AU,BR,C A,CN,CZ,HU,JP,KP,KR,NZ,SI ,US,VN

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータ(2)及びステータ(1)、及びステータに関するロ
    ータの回転位置を検出するための装置を有する、他励電気機械において、 磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性によって形成されかつ磁極巻線回路
    から取出し可能である信号を評価して、ロータ回転位置を判定する位置検出装置
    が設けられていることを特徴とする、他励電気機械。
  2. 【請求項2】 磁極巻線インダクタンスの回転位置依存性が、励磁磁界によ
    る磁極巻線コアの磁化の変化に基づくことを特徴とする、請求項1に記載の電気
    機械。
  3. 【請求項3】 回転位置に依存して磁極巻線のインダクタンスを変化させる
    磁気材料の配置が設けられていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電
    気機械。
  4. 【請求項4】 とくにロータ(2)を形成するために使われる界磁石支持体
    リング(5)によって、材料配置が形成されていることを特徴とする、請求項3
    に記載の電気機械。
  5. 【請求項5】 界磁石支持体リング(5)の周に沿って、リング材料の材料
    厚さ又は/及び透磁率が変化することを特徴とする、請求項4に記載の電気機械
  6. 【請求項6】 ロータ回転位置への磁極巻線インダクタンスのロータ回転と
    ともに周期的に繰返す依存性経過を発生するために、励磁磁界及び/又は材料配
    置が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし5の1つに記載の電気機
    械。
  7. 【請求項7】 ロータ回転位置を周期を越えて判定するために、位置検出装
    置が、依存性周期の繰返しを検出する計数装置(17)を含むことを特徴とする
    、請求項6に記載の電気機械。
  8. 【請求項8】 支持体リング(5)の材料厚さが、界磁石(4)のためにこ
    の支持体リングの周にわたって分散配置された保持切り欠き(6)に相応して変
    化していることを特徴とする、請求項4ないし7の1つに記載の電気機械。
  9. 【請求項9】 磁極巻線回路の回路点における電位を評価する位置検出装置
    が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし8の1つに記載の電気機械
  10. 【請求項10】 相導体(8−10)が、星形に配線されており、かつ中性
    点電位を評価する位置検出装置が設けられていることを特徴とする、請求項9に
    記載の電気機械。
  11. 【請求項11】 なるべく動作電圧周波数より上の周波数を有しかつとくに
    相導体に関して磁極巻線に加えることができる測定電圧を発生する位置検出装置
    が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし10の1つに記載の電気機
    械。
  12. 【請求項12】 位置検出装置が、とくに中性点電位からロータ回転位置を
    表わす測定信号(S)をフィルタ除去するフィルタ装置(13)を有することを
    特徴とする、請求項9ないし11の1つに記載の電気機械。
  13. 【請求項13】 機械動作のために、とくにパルス幅変調によるパルス配線
    が設けられており、かつ位置検出装置が、とくに連続的に電圧パルスに反応して
    生じる電位経過を、場合によっては追加的に相導体電流を検出して評価すること
    を特徴とする、請求項9ないし12の1つに記載の電気機械。
  14. 【請求項14】 相導体のそれぞれ配線されていない端部における回路点、
    及びとくに相導体端部から相導体端部への回路点の切換えが設けられていること
    を特徴とする、請求項13に記載の電気機械。
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