WO2014108347A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage und drehzahl einer elektrischen maschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage und drehzahl einer elektrischen maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2014108347A1
WO2014108347A1 PCT/EP2014/050005 EP2014050005W WO2014108347A1 WO 2014108347 A1 WO2014108347 A1 WO 2014108347A1 EP 2014050005 W EP2014050005 W EP 2014050005W WO 2014108347 A1 WO2014108347 A1 WO 2014108347A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
rotor
pole
different
machine according
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/050005
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Roos
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201480004570.6A priority Critical patent/CN104885346B/zh
Priority to US14/759,613 priority patent/US9667127B2/en
Priority to KR1020157018554A priority patent/KR102199259B1/ko
Publication of WO2014108347A1 publication Critical patent/WO2014108347A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/40—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/0094—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors wherein the position is detected using the ripple of the current caused by the commutator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/66—Structural association with auxiliary electric devices influencing the characteristic of, or controlling, the machine, e.g. with impedances or switches

Definitions

  • the present invention relates to brush-commutated electrical machines, in particular measures for determining a rotor position or speed of the electric machine.
  • brush-commutated electric motors as servomotors for DC applications already known.
  • a motor vehicle brush-commutated electric motors are used as drive motors for Wegversteller, windows, sunroof systems and the like.
  • a common configuration is four- and six-pole permanent magnet DC variable speed motors with a two brush commutator.
  • the current ripple corresponds to a periodic, dependent on a speed of the electric motor signal whose fundamental frequency depends on the number of commutator.
  • the current ripple can be used in sensorless systems for detecting the engine speed and the rotor position.
  • the brushes can also be arranged to commutate offset, resulting in a less pronounced current ripple whose main order is a multiple of the number of Kommutatorlamellen, usually twice the main order with an offset of the brushes to n + 1/2 Kommutatorlamellen equivalent. There is almost no detectable current ripple in the order, which is determined by the number of commutator bars.
  • a brush-commutated electric machine comprising:
  • a commutator having commutator bars electrically connected to the armature coils and two brushes offset from one another, so that the brushes alternately commute during a movement of the runner;
  • stator with circumferentially arranged stator poles, which are at least partially provided with stator magnets
  • stator poles are formed and / or arranged such that an alternating stator magnetic field generated by them in the circumferential direction is formed differently depending on the pole direction of the respective stator pole.
  • stator poles differently in a brush-commutated electric machine, in particular an electric motor, with offset commutating brushes, so that they effect alternately differently formed magnetic fields.
  • the magnetic fields can differ in shape, extent and strength.
  • the suppressed by the offset commutating brushes usually main order of the current ripple in the frequency determined by the number of commutator and the current speed is less suppressed.
  • a portion of the current ripple remains at a frequency of the main order in the frequency range determined by the number of commutator segments, so that it remains suitable for evaluation with regard to a rotational speed and / or a rotor position.
  • the speed and / or the rotor position of electric motors can be detected without having to forego the resulting from the commutation with offset brushes advantages.
  • stator poles causes the induced voltages in the rotor coils that commute on the plus and minus brushes to become different.
  • the current curves at the plus and minus brushes are thus also different and therefore caused by the alternating commutation phase-shifted superposition of the current waveforms leads to a reduced attenuation of current ripple in the main order of the determined by the number of commutator.
  • stator magnets can be arranged in a follower pole arrangement, wherein between each two adjacent stator magnets a passive, not provided with a magnet stator pole is provided, which is coupled to a return region of the stator.
  • stator magnets may be formed with different magnetic field strengths depending on the polarity direction of the associated stator pole.
  • stator poles can be designed with different tangential widths depending on their polarity.
  • the circumferentially adjacent stator poles may have an opposite polarity to each other.
  • the brushes may be arranged with respect to the commutator bars with an offset in the circumferential direction of n + 1/2 tangential widths of one of the commutator bars, where n corresponds to an integer number.
  • an engine system is provided with the above electrical machine and a controller configured to determine a rotor position and / or a rotational speed by evaluating a current ripple of a motor current flowing through the electrical machine.
  • Figure 1 is a schematic representation of an engine system with an engine control unit and an electric motor
  • FIGS. 2a and 2b ways to provide stator poles for
  • FIG 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with an electric motor 2 as an electric machine.
  • the electric motor 2 is a brush-commutated DC motor with a stator 4 provided with one or more permanent magnets 3 and a rotor 5 rotatably mounted in an interior of the stator 4 (rotor).
  • the stator 4 is formed with stator poles 11 which cause a stator magnetic field caused by the permanent magnets 3 (stator magnets) inside the stator 4 to change along a circumferential direction.
  • the electric motor 2 is formed with four stator poles 1 1.
  • Alternative embodiments may also include more than four stator poles 11, e.g. provide six stator poles.
  • the rotor 5 has in the illustrated embodiment, ten rotor poles 6 (rotor teeth), which are each surrounded by a rotor coil 7.
  • the rotor coils 7 are each in electrical connection with two commutator bars 8 of a commutator 9.
  • brushes 10 which are arranged on the commutator 9, the commutator bars 8 and thereby the rotor coils 7 are electrically contacted and energized with a supply voltage U Ve rs.
  • the brushes 10 are arranged so that a commutation of the rotor coils on the commutator bars 8 alternately takes place during a rotation of the rotor 5, d. H. while a first of the brushes 10 sweeps across a commutator blade 8, a second one of the brushes 10 changes from another one of the commutator blades 8 to a neighboring one.
  • the distance along the circumferential direction of the commutator 9 between the two brushes 10 is (n + 1/2) commutator bars.
  • the electric motor 2 is operated by means of a control unit 20, which can specify the height of the supply voltage U Ve rs using an adjustable voltage source 21. In particular, by specifying the supply margin the speed and / or load of the electric motor 2 are set voltage U Ve rs.
  • a battery voltage is present in the motor vehicle, which is subject to certain fluctuations, in particular due to certain environmental conditions.
  • a motor current I mot in the electric motor 2 can be detected and an evaluation electronics can detect the rotational angle of the rotor 5 from the ripple of the motor current signal and generate a rotational speed or position signal of the rotor or of the part to be adjusted.
  • This can be used for example for the realization of a anti-jamming function when closing a movable part in the motor vehicle - in particular in the window or sunroof - which is preferably arranged in the engine control unit 20.
  • other devices for detecting the motor current l mot conceivable.
  • the engine control unit 20 sets the supply voltage U Ve rs depending on a detected rotational speed of the electric motor 2, for example, to perform a speed control.
  • This can be realized by a pulse width modulation (PWM).
  • the speed of a current ripple of the motor current l mo t detected.
  • the current ripple arises during the commutation of the rotor coils 7 by the brushes 10 due to a movement of the rotor coil 7 caused by the permanent magnet 3 magnetic field.
  • the frequency of the main order of the current ripple of the motor current l mo t is determined directly from the speed and the number of commutator bars, wherein the frequency of the main order corresponds to twice the frequency of a main order in non-offset brush 10 by the staggered arrangement of the brush 10.
  • the increased frequency and decreased amplitude of the current ripple caused by the staggered arrangement of the brushes 10 relative to the commutator fins is more difficult to detect by the engine control unit 20.
  • stator poles so different that they provide magnetic fields with different magnetic field strength.
  • the magnetic field strength of adjacent stator poles can alternately be weaker and more strongly regulated.
  • the permanent magnets 3 are formed with different tangential widths, so that alternately a tangentially wider permanent magnet 3 and a tangentially narrower permanent magnet 3 are arranged in the circumferential direction.
  • the permanent magnets 3 may be formed with different magnetization or with different magnetic material.
  • the permanent magnets 3 aligned with the south pole to the rotor 5 may be provided with a stronger magnetization than the permanent magnets 3 aligned with the north pole relative to the rotor 5 or vice versa.
  • a corresponding electric motor is shown in FIG. 2a.
  • a follower pole arrangement only every second stator pole 1 1 is provided with a permanent magnet 3, and the respective stator poles 1 1 lying between them are formed by a passive pole shoe as follower poles 15.
  • the follower poles 15 are formed of a magnetically conductive material and are connected to a return region of the stator 4 in a magnetically conductive connection.
  • the follower poles 15 may be integrally formed with the return region of the stator 4.
  • passive pole shoes are formed from the wall material of the pole pot, which are in particular curved.
  • the follower poles 15 are preferably formed such that the stator magnetic field provided by them in the direction of the rotor 5 has a different magnetic field strength than the stator poles 1 1 formed by the permanent magnets 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bürstenkommutierte elektrische Maschine (2) umfassend: - einen Läufer (5) mit an Läuferpolen (6) angeordneten Läuferspulen (7); - einen Kommutator (9) mit Kommutatorlamellen (8), die elektrisch mit den Läuferspulen (7) verbunden sind, und mit zwei Bürsten (10), die zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Bürsten (10) bei einer Bewegung des Läufers (5) wechselweise kommutieren; - einen Stator (4) mit in Umfangsrichtung angeordneten Statorpolen (11), die zumindest teilweise mit Statormagneten (3) versehen sind, wobei die Statorpole (11) so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass ein durch sie in Umfangsrichtung erzeugtes wechselndes Statormagnetfeld abhängig von der Polrichtung des jeweiligen Statorpols (11) unterschiedlich ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Läuferlage und Drehzahl einer elektrischen Maschine
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft bürstenkommutierte elektrische Maschinen, insbesondere Maßnahmen zur Ermittlung einer Läuferlage oder Drehzahl der elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Der Einsatz von bürstenkommutierten Elektromotoren als Stellmotoren für Gleichspannungsanwendungen bereits bekannt. So werden beispielsweise in einem Kraftfahrzeug bürstenkommutierte Elektromotoren als Antriebsmotoren für Sitzversteller, Fensterheber, Schiebedachsysteme und dergleichen verwendet. Eine häufige Konfiguration sind vier- und sechspolige permanentmagneterregte Gleichstromstellmotoren mit einem Kommutator mit zwei Bürsten.
Beim Betrieb derartiger Elektromotoren entsteht durch die Kommutierungsvorgänge eine Stromwelligkeit auf der Zuleitung. Die Stromwelligkeit entspricht einem periodischen, von einer Drehzahl des Elektromotors abhängigen Signal, dessen Grundfrequenz von der Anzahl Kommutatorlamellen abhängt. Die Stromwelligkeit kann in sensorlosen Systemen zur Erfassung der Motordrehzahl und der Läuferlage genutzt werden.
Je nach Polzahl des Elektromotors und Anzahl der Kommutatorlamellen des Kommutators ergibt sich bei einer gleichzeitigen Kommutierung der Bürsten eine besonders hohe Stromwelligkeit, deren Hauptordnung (Grundfrequenz) sich aus der Anzahl der Kommutatorlamellen und der aktuellen Drehzahl der Elektromotors ergibt. Alternativ können die Bürsten auch so angeordnet sein, dass diese versetzt kommutieren, wodurch sich eine schwächer ausgeprägte Stromwelligkeit ergibt, deren Hauptordnung einem Vielfachen der Anzahl der Kommutatorlamellen, in der Regel dem Doppelten der Hauptordnung bei einem Versatz der Bürsten um n+1/2 Kommutatorlamellen entspricht. Dabei existiert nahezu keine detektierbare Stromwelligkeit in der Ordnung, die durch die Anzahl der Kommutatorlamellen vorgegeben wird.
Um elektromagnetische Kraftanregungen und die damit verbundenen Geräuschemissionen gering zu halten, ist es vorteilhaft , die Anzahl der Kommutatorlamellen und der Anzahl der Läuferpole so zu wählen, dass die Bürsten abwechselnd kommutieren. Diese sind aufgrund der geringen Stromwelligkeit insbesondere in der Ordnung der Kommutatorlamellenzahl nicht für den Betrieb an Steuergeräten geeignet, die die Stromwelligkeit zur Detektion der Drehzahl des Elektromotors und/oder der Läuferlage nutzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen die Drehzahl und/oder die Läuferlage eines Elektromotors mit versetzt kommutierenden Bürsten in verbesserter Weise detek- tiert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Detektieren einer Drehzahl und/oder einer Läuferlage einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch das Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine bürstenkommutierte elektrische Maschine vorgesehen, umfassend:
- einen Läufer mit an Läuferpolen angeordneten Läuferspulen;
- einen Kommutator mit Kommutatorlamellen, die elektrisch mit den Läuferspulen verbunden sind, und mit zwei Bürsten, die zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Bürsten bei einer Bewegung des Läufers wechselweise kommutie- ren;
- einen Stator mit in Umfangsrichtung angeordneten Statorpolen, die zumindest teilweise mit Statormagneten versehen sind,
wobei die Statorpole so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass ein durch sie in Umfangsrichtung erzeugtes wechselndes Statormagnetfeld abhängig von der Polrichtung des jeweiligen Statorpols unterschiedlich ausgebildet ist.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die Statorpole bei einer bürsten- kommutierten elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, mit versetzt kommutierenden Bürsten unterschiedlich auszubilden, so dass diese wechselweise unterschiedlich ausgebildete Magnetfelder bewirken. Die Magnetfelder können sich in Form, Ausdehnung und Stärke unterscheiden.
Dadurch wird erreicht, dass die durch die versetzt kommutierenden Bürsten in der Regel unterdrückte Hauptordnung der Stromwelligkeit in der durch die Anzahl der Kommutatorlamellen und die aktuelle Drehzahl bestimmten Frequenz weniger stark unterdrückt wird. Auf diese Weise verbleibt ein Anteil der Stromwelligkeit mit einer Frequenz der Hauptordnung im durch die Anzahl der Kommutatorlamellen bestimmten Frequenzbereich, so dass die zur Auswertung hinsichtlich einer Drehzahl und/oder einer Läuferlage geeignet bleibt. Auf diese Weise kann mit herkömmlichen Motorsteuergeräten die Drehzahl und/oder die Läuferlage von Elektromotoren erfasst werden, ohne auf die sich aus der Kommutierung mit versetzten Bürsten ergebenden Vorteile verzichten zu müssen.
Die ungleiche Ausführung der Statorpole führt insbesondere dazu, dass die induzierten Spannungen in den an den Plus- und Minus-Bürsten kommutierenden Läuferspulen unterschiedlich werden. Die Stromverläufe an den Plus- und Minus- Bürsten werden dadurch ebenfalls unterschiedlich und die durch die abwechselnde Kommutierung verursachte phasenversetzte Überlagerung der Stromverläufe führt daher zu einer reduzierten Abschwächung der Stromwelligkeit in der Hauptordnung der durch die Anzahl der Kommutatorlamellen bestimmten Frequenz. Weiterhin können die Statormagnete in einer Folgepolanordnung angeordnet sein, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Statormagneten ein passiver, nicht mit einem Magneten ausgebildeter Statorpol vorgesehen ist, der mit einem Rückschlussbereich des Stators gekoppelt ist.
Alternativ oder zusätzlich können die Statormagnete abhängig von der Polungsrichtung des zugehörigen Statorpols mit unterschiedlichen Magnetfeldstärken ausgebildet sein.
Weiterhin können die Statorpole abhängig von ihrer Polungsrichtung mit unterschiedlichen tangentialen Breiten ausgebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform können die in Umfangsrichtung benachbarten Statorpole eine zueinander entgegengesetzte Polrichtung aufweisen.
Ferner können die Bürsten bezüglich der Kommutatorlamellen mit einem Versatz in Umfangsrichtung von n+1/2 tangentialen Breiten einer der Kommutatorlamellen angeordnet sein, wobei n einer ganzen Zahl entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen elektrischen Maschine und mit einem Steuergerät vorgesehen, das ausgebildet ist, um eine Läuferlage und/oder eine Drehzahl durch Auswertung einer Stromwelligkeit eines durch die elektrische Maschine fließenden Motorstroms zu bestimmen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Motorsteuergerät und einem Elektromotor; und
Figuren 2a und 2b Möglichkeiten zum Bereitstellen von Statorpolen für die
Erzeugung eines von der Polungsrichtung abhängigen unterschiedlichen Statormagnetfelds. Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Elektromotor 2 als elektrische Maschine. Der Elektromotor 2 ist ein bürstenkom- mutierter Gleichstrommotor mit einem mit einem oder mehreren Permanentmagneten 3 versehenen Stator 4 und einem sich in einem Inneren des Stators 4 drehbar gelagerten Läufer 5 (Rotor).
Der Stator 4 ist mit Statorpolen 1 1 ausgebildet, die ein durch die Permanentmagnete 3 (Statormagnete) bewirktes Statormagnetfeld im Inneren des Stators 4 hervorrufen, das entlang einer Umfangsrichtung wechselt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 2 mit vier Statorpolen 1 1 ausgebildet. Alternative Ausführungsformen können auch mehr als vier Statorpole 1 1 , wie z.B. sechs Statorpole vorsehen.
Der Läufer 5 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zehn Läuferpole 6 (Läuferzähne) auf, die jeweils von einer Läuferspule 7 umgeben sind. Die Läuferspulen 7 stehen jeweils mit zwei Kommutatorlamellen 8 eines Kommutators 9 in elektrischer Verbindung. Mithilfe von Bürsten 10, die an dem Kommutator 9 angeordnet sind, werden die Kommutatorlamellen 8 und dadurch die Läuferspulen 7 elektrisch kontaktiert und mit einer Versorgungsspannung UVers bestromt.
Die Bürsten 10 sind so angeordnet, dass eine Kommutierung der Läuferspulen über die Kommutatorlamellen 8 bei einer Drehung des Läufers 5 wechselweise erfolgt, d. h. während eine erste der Bürsten 10 über eine Kommutatorlamelle 8 hinwegstreicht, wechselt eine zweite der Bürsten 10 von einer weiteren der Kommutatorlamellen 8 zu einer Benachbarten. Mit anderen Worten beträgt der Abstand entlang der Umfangsrichtung des Kommutators 9 zwischen den beiden Bürsten 10 (n+1/2) Kommutatorlamellen. Beispielsweise sind bei einer Ausführung mit zehn Läuferspulen 7 diese mit zehn Kommutatorlamellen 8 verbunden, wobei dann insbesondere die Bürsten bei n=2 in etwa 90° zueinander angeordnet sind.
Der Elektromotor 2 wird mithilfe eines Steuergeräts 20 betrieben, das die Höhe der Versorgungsspannung UVers mithilfe einer einstellbaren Spannungsquelle 21 vorgeben kann. Insbesondere kann durch Vorgabe der Versorgungsspan- nung UVers die Drehzahl und/oder die Last des Elektromotors 2 eingestellt werden. Alternativ liegt beispielsweise im Kraftfahrzeug eine Batteriespannung an, die insbesondere durch bestimmte Umgebungsbedingungen gewissen Schwankungen unterworfen ist. Weiterhin kann mithilfe eines Messwiderstands 22 ein Motorstrom lmot in dem Elektromotor 2 erfasst werden und eine Auswerteelektronik aus der Welligkeit des Motorstromsignals den Drehwinkel des Läufers 5 erfassen und daraus ein Drehzahl- oder Positionssignal des Läufers, bzw. des zu verstellenden Teils generieren. Dies kann beispielsweise für die Realisierung einer Einklemmschutzfunktion beim Schließen eines beweglichen Teils im Kraftfahrzeug - insbesondere beim Fensterheber oder Schiebedach - verwendetet werden, die bevorzugt im Motorsteuergerät 20 angeordnet ist. Selbstverständlich sind auch andere Vorrichtungen zum Erfassen des Motorstrom lmot denkbar.
In einer Ausführungsform kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Motorsteuergerät 20 die Versorgungsspannung UVers abhängig von einer erfassten Drehzahl des Elektromotors 2 einstellt, z.B. um eine Drehzahlregelung durchzuführen. Dies kann durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) realisiert werden.
Häufig wird, um einen Drehzahlsensor einzusparen, die Drehzahl aus einer Stromwelligkeit des Motorstroms lmot detektiert. Die Stromwelligkeit entsteht beim Kommutieren der Läuferspulen 7 durch die Bürsten 10 aufgrund einer Bewegung der Läuferspule 7 durch das von dem Permanentmagneten 3 bewirkte Magnetfeld. Die Frequenz der Hauptordnung der Stromwelligkeit des Motorstroms lmot bestimmt sich unmittelbar aus der Drehzahl und der Anzahl von Kommutatorlamellen, wobei durch die versetzte Anordnung der Bürsten 10 die Frequenz der Hauptordnung dem doppelten einer Frequenz einer Hauptordnung bei nicht versetzen Bürsten 10 entspricht. Die durch die versetzte Anordnung der Bürsten 10 bezüglich der Kommutatorlamellen bewirkte erhöhte Frequenz und verringerte Amplitude der Stromwelligkeit ist schwieriger durch das Motorsteuergerät 20 zu detektieren.
Um die Stromwelligkeit in der Hauptordnung zu erhöhen, ist nun vorgesehen, die Statorpole so unterschiedlich auszuführen, dass diese Magnetfelder mit verschiedener Magnetfeldstärke bereitstellen. Insbesondere kann die Magnetfeldstärke von benachbarten Statorpolen wechselweise schwächer und stärker ausgeregelt sein. Dies kann für das Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch erreicht werden, dass die Permanentmagnete 3 mit unterschiedlichen tangentialen Breiten ausgebildet sind, so dass wechselweise ein tangential breiterer Permanentmagnet 3 und ein tangential schmalerer Permanentmagnet 3 in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Weiterhin können alternativ oder zusätzlich die Permanentmagnete 3 mit unterschiedlicher Magnetisierung bzw. mit unterschiedlichem magnetischem Material ausgebildet sein. Insbesondere können bei gleichen tangentialen Abmessungen die mit dem Südpol zum Läufer 5 ausgerichteten Permanentmagnete 3 mit einer stärkeren Magnetisierung versehen sein als die mit dem Nordpol zum Läufer 5 ausgerichteten Permanentmagnete 3 oder umgekehrt. Ein entsprechender Elektromotor ist in der Figur 2a dargestellt.
Gemäß der in Figur 2b dargestellten Anordnung kann dies auch durch eine Folgepolanordnung der Statorpole 1 1 erreicht werden. Bei einer Folgepolanordnung ist nur jeder zweite Statorpol 1 1 mit einem Permanentmagneten 3 versehen und die jeweils dazwischen liegenden Statorpole 1 1 sind durch einen passiven Polschuh als Folgepole 15 ausgebildet. Die Folgepole 15 sind aus einem magentisch leitenden Material ausgebildet und stehen mit einem Rückschlussbereich des Stators 4 in magnetisch leitender Verbindung. Insbesondere können die Folgepole 15 einstückig mit dem Rückschlussbereich des Stators 4 ausgebildet sein. Dazu werden beispielsweise passive Polschuhe aus dem Wandmaterial des Poltopfes ausgeformt, die insbesondere gewölbt ausgebildet sind.
Die Folgepole 15 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass das durch sie bereitgestellte in Richtung des Läufers 5 bewirkte Statormagnetfeld eine andere Magnetfeldstärke aufweist als die durch die Permanentmagnete 3 gebildeten Statorpole 1 1 .

Claims

Ansprüche
1 . Bürstenkommutierte elektrische Maschine (2) umfassend:
- einen Läufer (5) mit an Läuferpolen (6) angeordneten Läuferspulen (7);
- einen Kommutator (9) mit Kommutatorlamellen (8), die elektrisch mit den Läuferspulen (7) verbunden sind, und mit zwei Bürsten (10), die zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Bürsten (10) bei einer Bewegung des Läufers (5) wechselweise kommutieren;
- einen Stator (4) mit in Umfangsrichtung angeordneten Statorpolen (1 1 ), die zumindest teilweise mit Statormagneten (3) versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorpole (1 1 ) so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass ein durch sie erzeugtes Statormagnetfeld abhängig von der unterschiedlichen Polrichtung des jeweiligen Statorpols (1 1 ) (Nordpole - Südpole) unterschiedlich ausgebildet ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , wobei die Statormagnete (3) in einer Folgepolanordnung angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Statormagneten (3) ein passiver, nicht mit einem Permanentmagneten ausgebildeter Statorpol (1 1 ) als Folgepol vorgesehen ist, der mit einem Rückschlussbereich des Stators (4) gekoppelt ist - und insbesondere der Folgepol aus dem Wandbereich eines magnetisch leitenden Poltopfs gebildet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Statorpole (1 1 ) abhängig von ihrer Polungsrichtung mit unterschiedlichen Magnetfeldstärken, insbesondere aus unterschiedlichen Materialien - ausgebildet sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Statorpole (1 1 ) abhängig von ihrer Polungsrichtung eine unterschiedliche Geometrie aufweisen, insbesondere mit unterschiedlichen tangentialen Breiten bezüglich der Läuferachse ausgebildet sind. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die in Um- fangsrichtung benachbarten Statorpole (1 1 ) eine zueinander entgegengesetzte Polrichtung (Nordpol-Südpol) aufweisen, und insbesondere in Radialrichtung magnetisiert sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bürsten (10) bezüglich der - vorzugsweise 10 - Kommutatorlamellen (8) mit einem Versatz in Umfangsrichtung von n+1/2 tangentialen Breiten einer der Kommutatorlamellen (8) - vorzugsweise von etwa 90° oder etwa 180° - angeordnet sind, wobei n einer ganzen Zahl - vorzugsweise 2 - entspricht.
Motorsystem mit einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und mit einem Steuergerät (20), das ausgebildet ist, um eine Läuferlage und/oder eine Drehzahl durch Auswertung einer Stromwelligkeit eines durch die elektrische Maschine (2) fließenden Motorstroms zu bestimmen.
Motorsystem mit einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die in den Spulen zwischen der Minus- und der Plus-Bürste (10) induzierte Spannung bei der Wechselwirkung mit den unterschiedlichen Statormagneten (3) unterschiedlich ist.
Motorsystem mit einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erzeugte Motorstrom in den Läuferspulen (7) zwischen der Minus- und der Plus-Bürste (10) bei der Wechselwirkung mit den unterschiedlichen Statormagneten (3) ebenfalls unterschiedlich ist, und dadurch die durch die abwechselnde Kommutierung verursachte phasenversetzte Überlagerung der Stromverläufe die Stromwelligkeit in der Ordnung der Kommutatorlamellenzahl nicht mehr so stark reduziert, wie dies bei gleichartigen Statormagneten (3) der Fall ist.
0. Motorsystem mit einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei bei der Wechselwirkung der Läuferspulen (7) mit den unterschiedlichen Statormagneten (3) über den entsprechend Winkelbereich der Statormagneten (1 1 ) die bei der Kommutierung erzeugten und gemessenen Stromripple des Motorstroms eine unterschiedliche maximale Amplitude aufweisen und/oder die Amplitude der Stromripple sich über eine komplette Umdrehung des Läufers (5) sich nicht periodisch gleichmäßig ändert.
PCT/EP2014/050005 2013-01-11 2014-01-02 Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage und drehzahl einer elektrischen maschine WO2014108347A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480004570.6A CN104885346B (zh) 2013-01-11 2014-01-02 用于确定电机的转子位置和转速的方法和设备
US14/759,613 US9667127B2 (en) 2013-01-11 2014-01-02 Method and apparatus for determining a rotor position and rotation speed of an electrical machine
KR1020157018554A KR102199259B1 (ko) 2013-01-11 2014-01-02 전기 기계의 회전자 위치 및 회전 속도를 결정하기 위한 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013200314.5A DE102013200314A1 (de) 2013-01-11 2013-01-11 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Läuferlage und Drehzahl einer elektrischen Maschine
DE102013200314.5 2013-01-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014108347A1 true WO2014108347A1 (de) 2014-07-17

Family

ID=49918704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/050005 WO2014108347A1 (de) 2013-01-11 2014-01-02 Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage und drehzahl einer elektrischen maschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9667127B2 (de)
KR (1) KR102199259B1 (de)
CN (1) CN104885346B (de)
DE (1) DE102013200314A1 (de)
WO (1) WO2014108347A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013201713A1 (de) * 2012-08-28 2014-03-06 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine zum motorischen Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine
US10103607B2 (en) * 2014-10-20 2018-10-16 Mitsubishi Electric Corporation Rotation angle detector, rotary electrical machine and elevator hoisting machine
KR102633359B1 (ko) * 2017-01-26 2024-02-06 한온시스템 주식회사 차량 공조장치용 블로어 모터
US20190372445A1 (en) * 2017-01-26 2019-12-05 Hanon Systems Brush motor
JP6710324B2 (ja) 2017-04-27 2020-06-17 アルプスアルパイン株式会社 回転角度検出器付き電動機、電動機の回転角度検出器、及び、整流子を備えた電動機の回転角度を検出する方法
JP2019134594A (ja) * 2018-01-31 2019-08-08 北芝電機株式会社 ４極２ブラシの電動モータ
CN111185874B (zh) * 2018-11-15 2023-09-08 南京泉峰科技有限公司 冲击螺丝批、旋转冲击工具及其控制方法
CN109884334B (zh) * 2019-04-09 2020-12-29 中国核动力研究设计院 非工作状态下屏蔽电机转子转速测量方法及系统
CN110011459B (zh) * 2019-04-26 2024-09-10 南通森玛特电机有限公司 一种电机上的侧端连接机构
CN209692443U (zh) * 2019-06-17 2019-11-26 广东肇庆爱龙威机电有限公司 电机
EP3916995A1 (de) * 2020-05-26 2021-12-01 Beckhoff Automation GmbH Planarantriebssystem und verfahren zum betreiben eines planarantriebssystems
US11711034B2 (en) 2020-12-01 2023-07-25 Kohler Co. Sensorless position detection for electric machine
DE102022210487A1 (de) * 2022-10-04 2024-04-04 Continental Automotive Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4372035A (en) * 1979-10-05 1983-02-08 Ambac Industries, Incorporated Method for making an electric motor housing with integral pole
FR2910192A1 (fr) * 2006-12-15 2008-06-20 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante, en particulier pour un demarreur de vehicule automobile
JP2009011051A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Mitsuba Corp モータ
DE102008021071A1 (de) * 2008-04-26 2009-11-05 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Bürstenanordnung bei einem Elektromotor
DE102009046421A1 (de) * 2009-11-05 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Bürstenanordnung für einen Kommutator einer elektrischen Maschine
JP2013005601A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Asmo Co Ltd 直流モータ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007036253A1 (de) * 2007-08-02 2009-02-05 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine mit in Nuten angeordneten Leiterschleifen, sowie Verfahren zum Betreiben der elektrschen Maschine
US7986065B2 (en) * 2008-06-04 2011-07-26 Robert Bosch Gmbh Sealed rolled pole housing for an electric motor
CN101630871B (zh) * 2008-07-18 2013-02-13 德昌电机(深圳)有限公司 电机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4372035A (en) * 1979-10-05 1983-02-08 Ambac Industries, Incorporated Method for making an electric motor housing with integral pole
FR2910192A1 (fr) * 2006-12-15 2008-06-20 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante, en particulier pour un demarreur de vehicule automobile
JP2009011051A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Mitsuba Corp モータ
DE102008021071A1 (de) * 2008-04-26 2009-11-05 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Bürstenanordnung bei einem Elektromotor
DE102009046421A1 (de) * 2009-11-05 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Bürstenanordnung für einen Kommutator einer elektrischen Maschine
JP2013005601A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Asmo Co Ltd 直流モータ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150104112A (ko) 2015-09-14
US9667127B2 (en) 2017-05-30
CN104885346A (zh) 2015-09-02
DE102013200314A1 (de) 2014-07-17
KR102199259B1 (ko) 2021-01-07
US20150349617A1 (en) 2015-12-03
CN104885346B (zh) 2018-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014108347A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer läuferlage und drehzahl einer elektrischen maschine
EP0287937A2 (de) Tachogenerator für elektrische Maschinen
DE102011000871A1 (de) Rotationserfassungsvorrichtung und Rotationserfassungssystem
DE4028551C2 (de)
EP3152830B1 (de) Verfahren zum betrieb eines bürstenbehafteten kommutatormotors eines verstellantriebs und verstellantrieb
DE202005011333U1 (de) Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs
EP2186183B1 (de) Elektrische maschine mit in nuten angeordneten leiterschleifen, sowie verfahren zum betreiben der elektrischen maschine
WO2013023819A2 (de) Elektrische maschine
EP2474090B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer rotorlage einer synchronmaschine
EP2769460A2 (de) Verfahren zum herstellen eines bldc-motors
DE19526820C2 (de) Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl, Drehrichtung und/oder Drehwinkelstellung eines Kommutatormotors
DE102009013374B4 (de) Rotor für Elektromotoren, Permanentmagnet für einen solchen Rotor sowie elektrische Maschine mit einem Rotor
EP2313961B1 (de) Gleichstrom-kommutatormotor, insbesondere für eine fahrzeugkomponentenverstellung
WO2019068517A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERFASSUNG EINER ROTATIONSGRÖßE
EP0670627A1 (de) Verfahren für den Anlauf und die Kommutierung bei Synchronmaschinen
DE102021206870A1 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl einer Drehvorrichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2003100443A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer drehzahl mit schätzung eines messwertes bei geringen drehzahlen_______________
DE102017222847A1 (de) Vorrichtung zum Auswerten eines Phasensignals einer elektrischen Maschine
WO2009013049A1 (de) Elektrische maschine mit einem kommutator, sowie verfahren zum betreiben der elektrischen maschine
DE102014109170A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines sensorlosen Elektromotors und Motoransteuerungsvorrichtung
DE102017222856A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehrichtung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
DE102008000614A1 (de) Elektromotor, Motorsystem und Verfahren zur Bestimmung einer absoluten Winkellage eines Rotors eines Elektromotors
DE102006020157A1 (de) Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs
DE102009002654A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Winkellage eines Rotors eines kommutierten Elektromotors
DE102017217626A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Rotationsgröße

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14700020

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14759613

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157018554

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14700020

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1