專利名稱：運(yùn)行電子換向電機(jī)的方法和實(shí)施該方法的電機(jī)的制作方法
運(yùn)4亍電子纟灸向電機(jī)的方法和實(shí)施該方法的電枳^
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電子換向電機(jī)的方法和一種用于實(shí)施該 方法的電才幾。
有各種不同結(jié)構(gòu)類型的電子換向電機(jī)。 一種已知的分類系統(tǒng)基于電
流脈沖的數(shù)量，所述電流脈沖每360°el.的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)被輸送給這種電機(jī) 的定子。因此可以分為單脈沖電機(jī)，其中在360°el.的一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 期間，只輸送唯一的驅(qū)動(dòng)電流脈沖；雙脈沖電才幾，其中在360。el.的一 個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，輸送兩個(gè)通常相互間具有時(shí)間間隔的定子電流脈沖； 此外三脈沖電機(jī)；六脈沖電機(jī)等。
另外根據(jù)這種電機(jī)的定子繞組相的數(shù)量來給這種電機(jī)分類，即單相 的、雙相的、三相的電^幾等。
因此為了完整地定義結(jié)構(gòu)類型，必須說明定子繞組相的數(shù)量和每 360°el.的脈沖數(shù)量，例如雙脈沖的、雙相的電;f幾。仿照以交變電流或三 相電流運(yùn)行的電機(jī)的術(shù)語，雙脈沖電機(jī)也稱為單相電機(jī)，其中單相電機(jī) 可以具有或者一個(gè)或者兩個(gè)繞組相。
就雙相電機(jī)而言，具有由第一繞組相和第一可控半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的 第一串聯(lián)電路以及由第二繞組相和第二可控半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的第二串 聯(lián)電路。電流被交替地輸送給這兩個(gè)繞組相，以便產(chǎn)生對于永磁轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)必需的磁場。(通常，這種電機(jī)也被構(gòu)造用于在旋轉(zhuǎn)位置區(qū)域產(chǎn)生 所謂的磁阻矩，其中電產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩具有間隙，例如參見DE 23 46 380 C2 )。
這種電機(jī)通常借助直流電源來工作，例如借助電池、電源，或者借 助整流器，該整流器對變流電網(wǎng)或三相電網(wǎng)的電壓進(jìn)行整流 (gleichrichten )并輸送給直流中間電路(直流環(huán)(delink)),電機(jī)從 該直流中間電路被供應(yīng)以直流。多數(shù)情況下，稱為中間電路電容器的電 容器與該中間電路連接。
如果電流流經(jīng)繞組相，則能量以磁場的形式存儲(chǔ)在該繞組相中。如 果用L表示這種相的電感，用I表示電流，則所述能量根據(jù)如下公式來 計(jì)算
W=0.5*L*I2 ... ( 1)。
如果為了產(chǎn)生環(huán)繞的磁場而應(yīng)從第一繞組相切換至第二繞組相，這稱為換向，則必須首先消除所述所存儲(chǔ)的能量。
如果流有電流的繞組相被切斷，則由于所謂自感應(yīng)的作用而在該繞 組相處產(chǎn)生電壓上升，該電壓上升由所存儲(chǔ)的磁能引起。由此可以產(chǎn)生 很高的電壓。因此必須使用耐壓強(qiáng)度高的半導(dǎo)體開關(guān)。
通過使用中間電路電容器可以實(shí)現(xiàn)一定的改善，該中間電路電容器 用于以電能的形式吸收以磁性的方式存儲(chǔ)在繞組相中的能量，并由此限 制在電機(jī)的直流中間電路上出現(xiàn)的電壓。該電容器因此在工作中吸收能 量，并接下來又立即將其釋放，也就是說，在該電容器的引線上持續(xù)地 流有稱為"波紋電流"的電流。所需要的電容器越大，波紋電流就越大。
這種電容器(涉及材料成本)提供了對所述問題的廉價(jià)的解決方案， 但需要較大的電容器、通常所謂的電解電容器，其壽命有限且還附加地 因在焊接過程中通過波紋電流不可避免地產(chǎn)生的強(qiáng)烈的發(fā)熱而縮短。電 容器的如此縮短的壽命因此對電機(jī)的壽命產(chǎn)生影響。
用于限制在切斷繞組相時(shí)出現(xiàn)的電壓尖峰的另 一種可能性是，使用
齊納二極管，或者在使用FET輸出級時(shí)利用所謂的雪崩能量。在這種情 況下，在切斷時(shí)存儲(chǔ)在待切斷的繞組相中的能量在所述半導(dǎo)體元件中被 轉(zhuǎn)化成熱。從所使用的半導(dǎo)體元件的角度看是損耗功率，因此必須相應(yīng) 地使用功率高的組件。
轉(zhuǎn)化成熱的能量也"丟失"，且無法再用于運(yùn)行轉(zhuǎn)子，也就是說， 這種電機(jī)的效率較j氐。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于運(yùn)行電子換向電機(jī)的方法 以及一種用于實(shí)施這種方法的新電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述目的通過根椐權(quán)利要求1的方法得以 實(shí)現(xiàn)。因此就本發(fā)明而言，使用附加的可控半導(dǎo)體開關(guān)，該半導(dǎo)體開關(guān) 設(shè)置在從直流中間電路至所述的并聯(lián)電路的引線中。這提供了如下可能 性在有益的時(shí)間點(diǎn)切斷從外部的直流電源至電機(jī)的能量輸送，并將在 切斷時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)在相關(guān)的繞組相中的能量通過特定的自振蕩電路轉(zhuǎn)換 成電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因此，在換向之前存儲(chǔ)在相關(guān)的繞組相中的能量不被變 成熱或者暫時(shí)存儲(chǔ)在電容器中，而是直接被用于形成轉(zhuǎn)矩。存儲(chǔ)在待切 斷的相中的磁能直接被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程是換向過程的 一部分，可以 說是用于將電流從一個(gè)繞組相切換至另 一繞組相的實(shí)際行動(dòng)的前奏。
在此特別有益的是，只有當(dāng)存儲(chǔ)在相關(guān)的定子繞組中的能量被消除
9且由此該定子繞組幾乎或者完全沒有電流時(shí)，待切斷的繞組相的電流所 流經(jīng)的自振蕩電路才被中斷。因此，可以通過對設(shè)置在至并聯(lián)電路的引 線中的半導(dǎo)體開關(guān)的控制來實(shí)現(xiàn)無電流的損耗低的換向，且這種換向可 以實(shí)現(xiàn)較高的效率，但也可以使用較小的組件和較高的功率密度。
所述目的的另一解決方案可由根據(jù)權(quán)利要求16的電子換向電機(jī)得 到。這種解決方案可以實(shí)現(xiàn)這種電機(jī)的緊湊的構(gòu)造方式和好的效率。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和有益的改進(jìn)可由下面所述的且在附圖中所示 的實(shí)施例以及由從屬權(quán)利要求得到，這些實(shí)施例無論如何都不應(yīng)理解成 對本發(fā)明的限制。圖中示出


圖1為根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的優(yōu)選實(shí)施形式的總覽電路圖2為類似圖1的圖示，其中為便于理解本發(fā)明，清楚地示出了半 導(dǎo)體開關(guān)和左側(cè)繞組相30的電流；
圖3為類似圖2的圖示，其中為便于理解本發(fā)明，清楚地示出了右 側(cè)繞組相32的電流；
圖4為在工作時(shí)在定子相30、 32中流動(dòng)的電流的圖示；
圖5為類似圖2的圖示，該圖示用于更好地理解在定子繞組中流動(dòng) 的電流的突變；
圖6為如在根椐圖1至5的電機(jī)中在工作時(shí)出現(xiàn)的不同的電壓和電 流的圖示；
圖7為類似圖5的圖示，其示出信號66、 68，其中如果相中的電流 (在換向之前)已達(dá)到值零，則所述信號可在根據(jù)圖2的電機(jī)中測得； 圖8示出兩個(gè)定子繞組相的等效電路圖，轉(zhuǎn)子未示出； 圖9和IO為如特別是在應(yīng)使用低廉的26時(shí)有用的電路變型圖； 圖11示出如用于調(diào)整變量Tv的例行程序；
圖12為電路圖，所述電路圖根據(jù)類別示出在本發(fā)明的范圍內(nèi)可單
獨(dú)使用或組合使用的不同的電路變型；
圖13為說明為什么在上級的晶體管60 (圖2)的漏極D處可能出
現(xiàn)電壓尖峰的原理電路圖14為可用于減小上級的晶體管60處的電壓尖峰的電路措施； 圖15為示出用于損失少地限制電機(jī)電流的可能性的電路圖； 圖16本發(fā)明的優(yōu)選的變型方案的狀態(tài)圖；和 圖17為用于說明優(yōu)選的變型方案的圖16的簡化圖。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式的電機(jī)20的原理圖。該電機(jī) 具有僅僅示意性示出的永磁轉(zhuǎn)子22,該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向用21示出，以 便能夠以圖形方式示出霍爾傳感器24相對于旋轉(zhuǎn)方向的位移。轉(zhuǎn)子22 為兩極的，但它也可以具有四個(gè)極、六個(gè)極等，它例如可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子、 外轉(zhuǎn)子或者具有平的或錐形的氣隙的電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
該轉(zhuǎn)子22控制霍爾傳感器24,所述霍爾傳感器24同樣在圖1中在 左側(cè)示出且在工作時(shí)產(chǎn)生信號"霍爾(Hall)"，該信號"霍爾，，在圖 1中示意性地示出并被輸送給微控制器nC 26，微控制器nC 26配屬于電 機(jī)20且通常內(nèi)置到電機(jī)20中。pC 26的具有經(jīng)調(diào)節(jié)的例如為5V的電壓
的電源未示出，因?yàn)閷τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。這種|LlC大量
地用在電子換向電機(jī)(ECM)中，以便控制其功能，例如換向、轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)、電機(jī)電流限制等。在根據(jù)圖16的變型方案中，必要時(shí)也可以代替nC 而使用用于部件26的ASIC。
電機(jī)20具有兩個(gè)定子繞組相30、 32，所述兩個(gè)電子繞組相被磁耦 合，如用符號34示出。通常，繞組相30、 32纏繞有兩個(gè)平行的導(dǎo)線， 這稱為"雙股繞組"。在這種情況下，兩個(gè)導(dǎo)線(其中的每一個(gè)都形成 繞組相)在工作時(shí)在相反的方向上流有電流，從而它們產(chǎn)生具有相反極 性的磁極。在這種繞制方式中，繞組方向通常用在相應(yīng)的繞組始端處的 點(diǎn)來表示。相30、 32的端子如下表示
繞組相30具有點(diǎn)a30
沒有點(diǎn)e30
繞組相32
具有點(diǎn)a32
沒有點(diǎn)e32
第一可控半導(dǎo)體開關(guān)34與第一繞組相30串聯(lián)，該第一可控半導(dǎo)體 開關(guān)34在圖1中僅僅示意性地示出且由itiC26通過控制線路36控制。 自振蕩二極管38與半導(dǎo)體開關(guān)34反并聯(lián)。第一繞組相30與第一半導(dǎo) 體開關(guān)34和二極管38 —起形成第一串聯(lián)電路40，該第一串聯(lián)電路40 當(dāng)然可以含有其它元件。
第二可控半導(dǎo)體開關(guān)44與第二繞組相32串聯(lián)，該第二可控半導(dǎo)體 開關(guān)44同樣僅僅示意性地示出且由^C26通過控制線路46控制。自振蕩二極管48與半導(dǎo)體開關(guān)44反并聯(lián)。第二繞組相32與第二半導(dǎo)體開 關(guān)44和二極管48 —起形成第二串聯(lián)電路50,該第二串聯(lián)電路50當(dāng)然 可以含有其它元件。
如圖1所示，兩個(gè)串聯(lián)電路40、 50并聯(lián)連接成并聯(lián)電路52，所述 并聯(lián)電路52的基點(diǎn)54必要時(shí)通過二極管55與地56連接，且該并聯(lián)電 路52在圖1中的上端與直流中間電路(直流環(huán))58連接。如所示，在 該中間電路上連接著兩個(gè)繞組相30、 32的端子a30和e32,也就是說， 當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)34導(dǎo)通時(shí)，電流i30從端子a30經(jīng)由第一相30流至端子 e30，而當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)44導(dǎo)通時(shí)，電流i32從端子e32流至相32的端子 a32。但所述說明對于換向前不久的時(shí)間段必須如下所述進(jìn)行修正。
直流中間電路58通過第三半導(dǎo)體開關(guān)60與電機(jī)端子62連接，在 工作中給該電機(jī)端子62施加正的電壓Ub，例如相對于地56的12、 24、 48或60V。任意類型的直流電源63被示意性地示出，以便于理解。第 三半導(dǎo)體開關(guān)60通過控制線路64同樣受pC 26控制。
從端子e30通過傳感器線路66向26輸送電位，且從端子a32 通過傳感器線路68向^C26輸送電位。當(dāng)相關(guān)的相30或32無電流時(shí)， 在這些端子處出現(xiàn)以下電壓，這些電壓可以由永磁轉(zhuǎn)子22在這些相中 感應(yīng)且在^C 26中被處理，以便將換向過程的開始確定為電機(jī)20有益 地工作的時(shí)間點(diǎn)。這意味著
a) 電機(jī)將得到很好的利用，也就是說，電流脈沖i30、 i32不變短；
b) 電機(jī)20在具有高效率的范圍內(nèi)工作，也就是說，在端子62處輸 送給電機(jī)20的電能被轉(zhuǎn)化成高百分比的機(jī)械能和盡可能低百分 比的熱能；和
c) 由電機(jī)20產(chǎn)生的無功功率小，使得對于直流中間電路來說只需 小的或者根本不需要電容器。這種中間電路電容器110在圖12 中示例性地示出。
下面說明工作方式。該工作方式需要對三個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)34、 44和 60的控制的有技巧的相互協(xié)調(diào)。二極管61反并聯(lián)地與MOSFET 60連接。
在圖2中，半導(dǎo)體開關(guān)34、 44被表示成n溝道MOSFET，而開關(guān) 60被表示成p溝道MOSFET。這里使用與圖1中相同的附圖標(biāo)記。
兩個(gè)MOSFET 34和44的源極S與節(jié)點(diǎn)54連接。晶體管34的漏極 D與端子e30連接，晶體管44的漏極D與端子a32連接。
12晶體管60的漏極D與直流中間電路58連接，其源極S與端子62 連接。柵極G以所示的方式受pC26控制。 圖2的工作方式
為此參見圖2至5。在圖4的時(shí)間點(diǎn)tKl前不久，在圖2中所有的 三個(gè)晶體管34、 44和60都截止，電機(jī)20因此不從端子62得到能量， 也就是說，來自外部的能量輸送被截止。
在時(shí)間點(diǎn)tKl，晶體管34和60通過26被接通，從而電流i30 從端子62經(jīng)由晶體管60、中間電路58、繞組相30、晶體管34和必要 時(shí)二極管55 (如果存在)流向地56。該電流i30的形狀可由圖4得到， 其大致與所謂的感應(yīng)電壓互補(bǔ)地伸展，所述感應(yīng)電壓是轉(zhuǎn)子22在其旋 轉(zhuǎn)時(shí)在相30和32中被感應(yīng)產(chǎn)生的。該電壓也稱為反電動(dòng)勢(BACK EMF)，因?yàn)樵撾妷号c在端子62處所施加的電壓Ub相反地作用。
在換向時(shí)間點(diǎn)tKl之后是其它換向時(shí)間點(diǎn)tK2、 tK3等，如圖4中 所示。
由轉(zhuǎn)子22的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速可以相當(dāng)精確地預(yù)先計(jì)算出隨后的換向時(shí)間 點(diǎn)tK2。時(shí)間點(diǎn)t64處于tK2之前的預(yù)先給定的時(shí)間間隔Tv內(nèi)，對時(shí)間 點(diǎn)t64的計(jì)算求得在隨后予以說明，在該時(shí)間點(diǎn)t64，晶體管60截止， 從而來自端子62的電流i30的輸送被中斷，也就是說，在時(shí)段Tv期間， 沒有能量從直流電源63被輸送給電機(jī)20。
在時(shí)間點(diǎn)t64前不久，電流ia在繞組相30中流動(dòng)(參見圖4),從 而在相30中存儲(chǔ)能量，只要相30的電感L已知，該能量可以根據(jù)公式 (1 )來計(jì)算。
所述被存儲(chǔ)的能量引起回路電流i31現(xiàn)在流經(jīng)第一相30，因?yàn)榫w 管34繼續(xù)導(dǎo)通。該回路電流i31因此從端子e30經(jīng)由晶體管34、節(jié)點(diǎn) 54、自振蕩二極管48流至端子a32,通過第二相32、中間電路58流至 端子a30,并通過第一相30流回至端子e30。
電流i31因此流經(jīng)兩個(gè)相30和32,但在圖2中從上向下流經(jīng)相30, 而乂人下向上流經(jīng)相32。
這在圖5中更直觀地示出。圖5示出在晶體管60切斷的時(shí)間點(diǎn)t64 時(shí)的電流ia/2?，F(xiàn)在，電流ia/2流經(jīng)兩個(gè)相30、 32中的每一個(gè)，該電流 的作用疊加至與在時(shí)間點(diǎn)t64前不久只流經(jīng)第一相30的全電流ia曾有 的作用相同的作用。效率得到改善，因?yàn)樵谠摖顟B(tài)下銅線截面加倍。該作用即為在時(shí)間點(diǎn)t64,相30中的電流變小約50% ,且為了補(bǔ) 償，相32中的電流i31從零跳至值ia/2。
因此，驅(qū)動(dòng)電流可以在定子繞組30和32中在晶體管60打開之后 繼續(xù)流動(dòng)，從而存儲(chǔ)在相30中的磁能被轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，并繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子 22。
在這種情況下，電流i31相對迅速地下降，并在時(shí)間點(diǎn)t70(圖4) 達(dá)到值零。從t70起，晶體管34由此可以被截止，因?yàn)殡娏鱥31已變?yōu)榱恪?br> 時(shí)間點(diǎn)t70在時(shí)間上位于隨后的換向時(shí)間點(diǎn)tK2前不久，參見圖4， 從而在時(shí)間點(diǎn)tK2可以且進(jìn)行正常換向。
圖3示出如下狀態(tài)晶體管34截止，晶體管44接通并隨后被截止。 圖3的工作方式
為此參見圖3和4。在圖4的時(shí)間點(diǎn)tK2前不久，圖3中所有三個(gè) 晶體管34、 44和60都截止，電機(jī)20因此不從端子62得到能量，也就 是說，來自外部的能量輸送被截止。
在時(shí)間點(diǎn)tK2，晶體管44和60通過nC 26被接通，從而電流i32 從端子62經(jīng)由晶體管60、中間電路58、繞組相32、晶體管44和必要 時(shí)二極管55流向地56。該電流i32的形狀可由圖4得到。
在換向時(shí)間點(diǎn)tK2之后是換向時(shí)間點(diǎn)tK3。時(shí)間點(diǎn)t64'處于tK3之 前的預(yù)先給定的時(shí)間間隔Tv'內(nèi)，對時(shí)間點(diǎn)t64'的計(jì)算求得在隨后說 明，在該時(shí)間點(diǎn)t64',晶體管60截止，從而來自端子62的電流i32 的輸送被中斷，也就是說，在時(shí)段TV期間，沒有能量從端子62被輸 送給電才/L20。
在時(shí)間點(diǎn)t64'前不久，電流i32=ia (參見圖4和5 )在繞組相32 中流動(dòng)，從而在相32中存儲(chǔ)能量，只要相32的電感L已知，該能量可 以根據(jù)公式(1)來計(jì)算。(該電感在正常情況下與相30的電感大小相 同)。
所述被存儲(chǔ)的能量引起回路電流i3T現(xiàn)在流經(jīng)兩個(gè)相30和32,因 為晶體管44繼續(xù)導(dǎo)通。該回路電流i3T相應(yīng)于圖2的回路電流Bl， 但在相反的方向上流動(dòng)，即從端子a32經(jīng)由晶體管44、節(jié)點(diǎn)54、自振 蕩二極管38流至端子e30，通過第一相30、中間電路58流至端子e32， 并通過第二相32流回至端子a32。電流i31'因此流經(jīng)兩個(gè)相30和32, ^旦在圖3中從上向下流經(jīng)相 32,而從下向上流動(dòng)經(jīng)相30。
如此前就圖5所述，該作用即為在時(shí)間點(diǎn)t64',相32中的電流 變小50%，且代替地，相30中的電流i3F從零上升至該同樣的小50 0/o的值，其中電阻性損耗得以減小，因?yàn)殂~線截面加倍。
因此，驅(qū)動(dòng)電流可以在定子繞組30和32中在晶體管60截止之后 繼續(xù)流動(dòng)，從而存儲(chǔ)在相32中的磁能被轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，并繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子 22。
在此情況下，電流i3T的高度相對迅速地下降，并在時(shí)間點(diǎn)t7(T (圖4)達(dá)到值0。從t7(T起，晶體管44由此可以無損耗地被截止， 因?yàn)殡娏鰾r已變?yōu)榱?。這能夠?qū)崿F(xiàn)對廉價(jià)的功率弱的部件的使用。
時(shí)間點(diǎn)t70'在時(shí)間上位于隨后的換向時(shí)間點(diǎn)tK3前不久，參見圖4, 從而在時(shí)間點(diǎn)tK3可以且進(jìn)行正常換向。
因此通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)，在工作中、即在電機(jī)20加速至其工作 轉(zhuǎn)速之后，待切斷的相的在兩相、兩脈沖的電機(jī)20中所存儲(chǔ)的磁能通 過"電流回路"(圖2中的電流i31或者圖3中的電流i3r )被轉(zhuǎn)化成 用于轉(zhuǎn)子22的驅(qū)動(dòng)能量。因此不同于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩相、兩脈沖的 電機(jī)，所述能量的大部分并未轉(zhuǎn)化成熱或者作為電能被暫時(shí)存儲(chǔ)在中間 電路電容器中，從而效率得以改善，且只需要相對小的中間電路電容器， 該電容器大多數(shù)情況下小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)。
如果磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，則就圖3而言，相32不再有電流。在圖4 中在時(shí)間點(diǎn)t7(T即為此種情況。如果現(xiàn)在轉(zhuǎn)子20達(dá)到圖4的時(shí)間點(diǎn)t70 ',則晶體管44可以無損耗地被切斷，接下來在時(shí)間點(diǎn)tK3，晶體管 34無損耗地被接通，上級的晶體管60可以再次被接通，以便從外部、 例如從電壓源63給電機(jī)20輸送能量。
根據(jù)圖2和圖3的過程因此在工作中持續(xù)地交替。
晶體管34和44之間的真正的切換(換向)或反之亦然通過霍爾傳 感器24的信號Ha11引起，如在圖6中示出。在此，霍爾傳感器34有益 地向早(friih)移動(dòng)若干幾度，例如約4。el.，以便實(shí)現(xiàn)所謂的"提前點(diǎn) 火，，。替代地，這也可以通過如下方式得以實(shí)現(xiàn)，即信號Hall在其相 位方面電子地被移動(dòng)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣。
圖6a)示出信號Ha11,由該信號可以通過簡單的方式得到用于轉(zhuǎn)速
15的數(shù)字值，例如轉(zhuǎn)子22對于半轉(zhuǎn)或者更進(jìn)一步對于整轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間。 圖6b)示出在至晶體管34的控制線路36上的信號，圖6c)示出在
至晶體管44的控制線路46上的信號。
圖6d)示出在至上級的晶體管60的控制線路64上的信號?？梢钥?br> 到，該晶體管已經(jīng)截止，而晶體管34或晶體管44仍然導(dǎo)通。 圖6e)示出在相30或32處的感應(yīng)電壓。
圖6f)示出在相30和32中的電流i30、 i31和i32。這些電流在圖 4中詳細(xì)地予以了i兌明。
為了確保存儲(chǔ)在相30或32中的能量直至?xí)r間點(diǎn)tKl、 tK2等、即 直至信號Hall改變及時(shí)地被消除，在相關(guān)的晶體管34或44的漏極端 子D處在斷開的繞組相中借助于26探測由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子22所感應(yīng)的 電壓。在回路電流在相30、 32中流動(dòng)的時(shí)間期間，漏極電位也即近似 于處于地。
如果回路電流已變?yōu)榱?，則可以測得感應(yīng)電壓，并確定用于消除在 相關(guān)的相中的磁能所需要的持續(xù)時(shí)間Tv。因此可以實(shí)現(xiàn)，上級的晶體管 60始終僅僅如此早地被截止，使得在待切斷的相中的能量通過電流回路 最晚在時(shí)間點(diǎn)tKl、 tK2等被消除。如果上級的開關(guān)60太晚截止，則^tC 26也可以檢測到。因此如果在時(shí)間點(diǎn)tKl、 tK2等電流仍在相30、 32中 流動(dòng)，則不能檢測到感應(yīng)電壓。在這種情況下，無電流的換向是不可能 的，因此上級的開關(guān)60在下一換向過程中相應(yīng)地提早被打開，以避免 晶體管34、 44的連續(xù)過載。相應(yīng)的例行程序下面在圖11中說明。
如上所述，在當(dāng)前截止的晶體管34或44的漏極端子處檢測通過轉(zhuǎn) 子22的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Uind,該感應(yīng)電壓在圖6e)中示例性地 示出。越靠近換向時(shí)間點(diǎn)tKl、 tK2等，感應(yīng)電壓就越小。這使得對該 感應(yīng)電壓的檢測變得困難，特別是當(dāng)為了盡可能好地充分利用繞組而應(yīng) 盡可能在換向時(shí)間點(diǎn)的方向上推遲所存儲(chǔ)的磁能的消除時(shí)。如前所述， 這可以通過如下方式得以改善，即霍爾傳感器24以機(jī)械的方式向提早 的方向上移動(dòng)，從而獲得提前點(diǎn)火，且所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在其被探測時(shí) 變大。
感應(yīng)電壓Uind也可在轉(zhuǎn)速低時(shí)被很好地探測到。這可由圖8得到， 圖8示出電機(jī)的等效電路圖。在那里，兩個(gè)繞組相30、32的電壓源Uind30 和Uind32串聯(lián)，從而在適當(dāng)?shù)牟季€的情況下可以探測到兩倍的電壓。圖7在7a)的情況下示出線路64上的信號，上級的晶體管60通過 該信號被控制。該信號可以為了限制電流而獲得PWM信號的形式，如 在圖15中所示。
圖7b)示出感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓由永磁轉(zhuǎn)子22在相30、 32之一 中被感應(yīng)產(chǎn)生。
圖7c)示出已在圖4中詳細(xì)說明的電流i30、 i31、 i3r 、 i32。
圖7d)示出在無電流的相32處的感應(yīng)電壓部分，其通過線路68被
輸送給liC 26并被該pC 26分析。這些脈沖的出現(xiàn)表明在相30和32
中的回路電流i31 (或i31')衰減至零，從而在時(shí)間點(diǎn)tKl、 tK2等時(shí)
的無電流換向是可能的，如就圖4所述。
圖7e)以類似的方式示出在無電流的相30處的感應(yīng)電壓部分，其通
過線路66被輸送給iliC 26并被該nC 26分析。就圖7d)所述的類似情況
適用于此。
圖8示出相30和32的等效電路圖。每一相都具有電感L30或L32、 歐姆電阻Rw30或Rw32，最后(在工作中)還有感應(yīng)電壓Uind30或 Uind32。因?yàn)檫@些電壓串聯(lián)，所以必要時(shí)可以探測到雙倍的電壓Uind。 為了更好地檢測感應(yīng)電壓有用的是，例如在以機(jī)械方式大致向提前點(diǎn)火 的方向上、即與旋轉(zhuǎn)方向相反地移動(dòng)霍爾傳感器24,因?yàn)橛谑请妷好}沖 66、 68具有較高的幅度。
如果在nC 26上存在對于信號輸入來說足夠的1/0輸入端，則兩個(gè) 晶體管34、 44的漏極端子d可以單獨(dú)地連接在hC 26的所分配的I/o 端子70或72上，參見圖1和2。
如果僅僅少數(shù)的I/O端子可供使用，則根據(jù)圖9和圖10的漏極端子 D可以通過兩個(gè)二極管74、 76解耦，并通過線路78連接在nC26的唯 一的1/0端子80上。
另一優(yōu)選的可能性在圖10中示出。該電路是對根據(jù)圖9的電路的 改進(jìn)，在兩個(gè)圖中對于相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記。
兩個(gè)二極管74、 76的陰極處的端子78通過電阻88與pC 26的I/O 端子80連接，該I/O端子80在其側(cè)通過電阻90與節(jié)點(diǎn)54連接。可以 與電阻90并聯(lián)地設(shè)有電容器92，以便抑制振蕩。
優(yōu)選的值
^C26…PIC12F629 (微芯片)
17R88 …100k0hm R卯…300k0hm C92 …100pF
在圖2中，如果晶體管60被截止，則回路電流i31逆時(shí)針方向流 動(dòng)，而在圖3中回路電流i31'順時(shí)針方向流動(dòng)。必須可以確定所述回 路電流i31或i31'何時(shí)達(dá)到值O,因?yàn)榇藭r(shí)可以進(jìn)行無功率換向。
因?yàn)榫w管60截止、即沒有電流從電流源63 (圖1 )被提供，所 以電流i31或i31'循環(huán)流動(dòng)。只要情況如此，兩個(gè)MOSFET 34和44 的漏極D就為低(LOW)。
電流回路的方向視如下情況而定，即相30或相32是否有電流。如 果相30有電流(圖2)，則電流逆時(shí)針流通。在此，晶體管34、 44的 漏極處的電位變?yōu)榱悖@可以在nC26的輸入端80處被檢測到。
如果回路電流已為零，則在這種情況下晶體管44的漏極(即在右 邊)由于電壓而為正，該電壓由旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子22在定子繞組中被感 應(yīng)產(chǎn)生。
這通過二極管76和電阻88被傳遞至jiC 26的I/O輸入端80。如果 右邊的漏極上的感應(yīng)電壓太高，電阻88防止該輸入端被過激勵(lì)。這也 適用于輸入端80處的狀態(tài)HIGH (高)。
相反，只要流有回路電流，則電阻90用于產(chǎn)生可靠的LOW(低)。
如果應(yīng)出現(xiàn)振動(dòng)，電容器92是可選的。
如果晶體管44已導(dǎo)通，則在晶體管34的漏極處的感應(yīng)電壓被測量。 對于電壓測量來說，為此具有A/D輸入端的^C26是最有利的，但
這種pC比較昂貴。
相比之下比較便宜的是使用帶有比較器的輸入端。
最后在圖10中所示，具有通常的1/0輸入端80這種設(shè)計(jì)方案是最
便宜的。
這種輸入端在使用TTL邏輯的情況下例如具有如下值 LOW: < 0.8V; HIGH: >=2.4V。
這種I/O輸入端通過(未示出的)內(nèi)部保護(hù)二極管被箝位 (Klemmen)，以保護(hù)它免受過壓影響。該二極管不允許過栽，因此使 用高歐姆的電阻88,其限制流經(jīng)該箝位二極管的電流。電阻90具有如下功能在LOW的情況下、即只要流有回路電流， 則輸入端80處的電位就繼續(xù)下拉，因此產(chǎn)生可靠的信號LOW。 如果
a) 回路電流i31或i3F下降至零；和
b) MOSFET在相關(guān)側(cè)不導(dǎo)通，而在對側(cè)導(dǎo)通，因?yàn)槿绻鸐OSFET 在那里導(dǎo)通，則該MOSFET將其漏極處的電位下拉至地電位，
則在輸入端80處檢測到HIGH。
通過這種方式可以精確地確定回路電流i31或i3r何時(shí)停止流通， 從而可以換向和正確地接通MOSFET 60。
時(shí)間Tv (圖4)在電機(jī)起動(dòng)時(shí)被置于默認(rèn)值，且在其開始時(shí)在時(shí)間 點(diǎn)t64分別開始用于換向的"前奏(Vorspiel)",所述時(shí)間Tv可以通 過^C26來優(yōu)化。相應(yīng)的例行程序在圖11中示出。
用于優(yōu)化時(shí)間Tv的例行程序開始于步驟S90，并在每次霍爾變換 之后^皮調(diào)用。
在S92中檢查，在霍爾變換之前是否已識別出電流回路結(jié)束(t70)。 如果情況如此，則Tv在S94中被減少步距ATvl。如果情況并非如此， 則Tv在S96中被增加步距ATv2,步距△ Tv2大于在步驟S94中的步距 ATvl。優(yōu)化在步驟S98中結(jié)束。
通過這種方式，即使在例如電機(jī)轉(zhuǎn)速因外部影響而改變時(shí)，在少數(shù) 旋轉(zhuǎn)內(nèi)也可以出現(xiàn)Tv的最佳值。上級的晶體管60上的問題.
圖13示出在上級的晶體管60截止時(shí)出現(xiàn)的問題。在電機(jī)20起動(dòng) 或負(fù)荷變換時(shí)會(huì)出現(xiàn)上級的晶體管60太晚地被截止，因此在換向時(shí)間 點(diǎn)tKl、 tK2等仍有回路電流流經(jīng)相30、 32。在這種情況下，不能無電 流地?fù)Q向，而必須為此采取保護(hù)措施。這些保護(hù)措施在圖12中示出， 并且可以單獨(dú)或者以組合的方式纟皮使用。
用于限制晶體管34和44處的漏極電壓的可能性
可能性l
使用中間電路電容器110,所述中間電路電容器吸收待切斷的繞組 相的余下的磁能，并由此限制中間電路58處的電壓。就本發(fā)明而言， 該電容器110的典型值約處于0.3pF。
可能性2通過Z二極管112來限制中間電路58處的電壓。 可能性3
通過Z二極管U4、 116來限制晶體管34、 44的漏極電壓。 可能性4
利用電容器118和電阻120的串聯(lián)電路通過緩慢地切換(即通過限 制di/dt)來限制晶體管34、 44的漏極電壓，所述串聯(lián)電路連接在漏極 D和柵極G之間。這僅僅針對晶體管34被示出，但出于對稱原因以同 樣的方式在晶體管44中被使用。
可能性5
利用Z二極管124和電阻126的串聯(lián)電路通過緩慢地切換相關(guān)的晶 體管(即限制di/dt)來限制晶體管34、 44的漏極電壓。這種串聯(lián)電路 在這種情況下就晶體管34、 44而言連接在D和G之間。
可能性6
通過基點(diǎn)(Fufipunkt)二極管55來限制晶體管34、 44的漏極電壓。， 當(dāng)基點(diǎn)54相比于地56變?yōu)楦?fù)時(shí)，這防止電流從地56流向基點(diǎn)54。 這在回路電流、例如i31在電機(jī)20中流動(dòng)時(shí)可能發(fā)生。
上級晶體管60處的漏極電壓
如果上級的晶體管60被切斷，則產(chǎn)生回路電流i31 (圖2)或i31 '(圖3)。在此，(就圖2的例子而言)電流在繞組相30中跳至半值， 而在另一繞組相32中相應(yīng)地增加，如已就圖1和2所述。所述電流改 變由于自感應(yīng)而產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。所述電壓在圖13中示出，且方向相 反。
4旦因?yàn)閮蓚€(gè)相30、 32并非無漏/磁地耦合，所以兩個(gè)電壓Uindl和 Uind2不完全抵消。因此在切斷MOSFET 60時(shí)在其漏極D處產(chǎn)生負(fù)的 電壓尖峰。該電壓尖峰可以通過使用Z二極管130 (圖14)來限制。這 種電壓尖峰也可以借助于二極管132 (圖14)通過提供自振蕩電路來克 服。
電流限制
在通風(fēng)機(jī)電機(jī)20起動(dòng)時(shí)，在電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下不存在感應(yīng)電壓。這 導(dǎo)致流經(jīng)相30、 32的電流i30、 i32只受其歐姆電阻Rw (圖8)限制。 這會(huì)導(dǎo)致很高的起動(dòng)電流。
公知的是，這些電流通過用于限制電流的裝置加以限制。為此在電
20^U電流iR的路徑中放置電流測量電阻R,參見圖15，從達(dá)到該電流的 預(yù)先給定的最大值起，向上級的晶體管60輸送PWM信號，該P(yáng)WM信 號的占空比pwm隨著電流iR的增加而越來越小。
就根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)而言，為了限制電流，兩個(gè)晶體管34、 44 截止，但由此產(chǎn)生損耗功率的所述問題。如果在限制電流時(shí)使用上級的 晶體管60,以便中斷至電機(jī)20的能量輸送，則該問題可以避免。在這 種情況下同樣會(huì)產(chǎn)生就圖2所述的流通的電流流i31 (或i31'),該電 流流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此電流限制可以高效率地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴煌谠谝阎?電路的情況下，在晶體管60每次截止時(shí)，在流有電流的相30或32中 的能量不被轉(zhuǎn)化成熱。更確切地說，所述能量繼續(xù)被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能并驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)子22。
在電機(jī)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大電流，因此根據(jù)公式(l),存儲(chǔ)在相中的磁 能在起動(dòng)期間最大，因此這里根據(jù)圖15的電流限制得到巨大優(yōu)點(diǎn)。
圖1結(jié)合圖16示出本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施形式。圖16中的附圖 標(biāo)記的含義與圖1至4、 6和7中附圖標(biāo)記意義相同。因此將參考這些 附圖和文本。
而就根椐圖l至7的變型而言，通過信號Hall引起換向，所述信號 Hall根據(jù)圖6a)和6f)在時(shí)間點(diǎn)tKl接通相30中的電流i30,在時(shí)間點(diǎn)tK2 接通相32中的電流i32,在時(shí)間點(diǎn)tK3再次接通相30中的電流i30，等 等。這些時(shí)間點(diǎn)相應(yīng)于信號Hall (圖6a)從"0"向"1"或者相反的變 化，其中霍爾傳感器24(圖1 )例如設(shè)置在電機(jī)的所謂中性區(qū)(neutrale Zone)中，或者與旋轉(zhuǎn)方向21 (圖1 )相反從中性區(qū)只偏移幾度，例如 4°el.。
就根據(jù)圖16的變型而言，霍爾傳感器24與旋轉(zhuǎn)方向21相反地偏 移較大的角度ev (圖1、 16和17)。就根據(jù)圖16a)和16b)例子而言， 偏移例如約為20°el.。當(dāng)然，該角度的大小取決于不同的因素，在具體 情況下必須通過試驗(yàn)來優(yōu)化。該角度必須足夠大，以便能夠在下一繞組 相中的電流被接通之前將在開始換向時(shí)存儲(chǔ)在繞組相中的磁能消除。
如在圖16中所示，在這種情況下，信號Hall并不控制換向，而是 控制上級的晶體管60的截止，即控制電流回路的開始、即圖4的時(shí)間 點(diǎn)t64、 t64' 、 t64〃 。
因此如果在圖16a)的時(shí)間點(diǎn)t64信號Hall從"1"向"0"變化，則晶體管60被截止，而當(dāng)前導(dǎo)通的晶體管34繼續(xù)保持導(dǎo)通，從而根據(jù)圖 2回路電流i31逆時(shí)4十方向流動(dòng)，直至該電流i31變?yōu)榱恪?br> 當(dāng)在圖16a)的時(shí)間點(diǎn)t64'信號Hall從"0"向T變化，同樣如 此。這里晶體管60被截止，而當(dāng)前導(dǎo)通的晶體管44繼續(xù)保持導(dǎo)通，從 而根據(jù)圖3回路電流i3r順時(shí)針方向流動(dòng)，直至該電流i31'變?yōu)榱恪?br> 如果該回路電流i31或i3T已達(dá)到值零，則在截止的晶體管(即在 圖2中的晶體管44和圖3中的晶體管34)的漏極D處得到引起換向的信號。
在圖2的情況下，從截止的晶體管44的漏極D得到信號68,該信 號68在圖16g)中示出，在圖3的情況下，從截止的晶體管34的漏極D 得到信號66，該信號66在圖16h)中示出。這些信號68或66引起換向， 即在相關(guān)相中的電流接通。信號68引起電流i32的接通、即晶體管44 的接通，信號66引起電流i30的接通、即晶體管34的接通。這可由圖 16的圖示得到。
在該變型的情況下非常有益的是，不一定需要功率大的nC 26，而 是在大多數(shù)情況下ASIC或較便宜的pC就足夠了，這使得根據(jù)圖16的 解決方案更成本低廉。
圖17再一次以簡化的視圖示出根據(jù)圖16的變型。
在時(shí)間點(diǎn)t64，信號Hall從"1"變向"0"，并在位置j引起第三 晶體管60截止，從而回路電流i31流動(dòng)。該回路電流i31在時(shí)間點(diǎn)t70 變?yōu)榱悖瑥亩w管44可以無損耗地被截止，且它在位置k在未導(dǎo)通 的晶體管44的漏極D處引起信號68。該信號68在位置1、即在時(shí)間點(diǎn) tK2引起換向，即(到那時(shí)為止截止的)晶體管44和60的接通，如在 圖3中所示，從而電流i32流經(jīng)相32。
在時(shí)間點(diǎn)t64'，信號Hall從"0"變向"1"。由此在位置m，第 三晶體管60被截止，并且根據(jù)圖3，回路電流i3T流動(dòng)，該回路電流 i31'在時(shí)間點(diǎn)t70'變?yōu)榱?，從而于是晶體管64可以無損耗地被截止.
由此在位置n在未導(dǎo)通的晶體管34的漏極D處產(chǎn)生信號69，該信 號69在位置o處引起換向、即(到那時(shí)為止截止的)晶體管34和60 的接通。
這些過程于是持續(xù)地以所述方式重復(fù)。有益的是，通過利用用于引 入換向過程的信號Hall，可以省去特殊的計(jì)算過程，所迷計(jì)算過程否則必須借助不同的數(shù)據(jù)來計(jì)算時(shí)間點(diǎn)t64。
通過本發(fā)明以不同的變型特別是可得到如下優(yōu)點(diǎn)
輸出級晶體管34、 44中的損耗以及發(fā)熱得到減少，因?yàn)樵趽Q向開
始時(shí)存在于繞組相30或32中的磁能在很大程度上被轉(zhuǎn)化成機(jī)械
能，且并不使相關(guān)的輸出級晶體管變熱。
因此，通過本發(fā)明可以使用小功率的電子組件，這會(huì)導(dǎo)致空間和
成本節(jié)省。例如，可以使用功率較小并從而結(jié)構(gòu)大小較小的晶體管。
因?yàn)橹虚g電路電容器110 (圖12)可以小于在公知的解決方案的 情況，或者有時(shí)完全可以省去，所以電機(jī)較小，且電機(jī)壽命較高， 如前所述。
電機(jī)效率得到提高。
在例如用于緊湊型通風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況下，功率密度得到提 高，由此提高了確定的結(jié)構(gòu)大小的通風(fēng)機(jī)功率。
可以設(shè)置電流限制，這特別是減小了在這種電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流尖 峰。
當(dāng)然，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)4亍各種變動(dòng)和修改。
2權(quán)利要求
1. 用于借助直流電網(wǎng)運(yùn)行電子換向電機(jī)(20)的方法，所述電機(jī)具有永磁轉(zhuǎn)子(22)；第一串聯(lián)電路(40)，其中第一定子繞組相(30)與第一可控半導(dǎo)體開關(guān)(34)串聯(lián)連接；第二串聯(lián)電路(50)，其中第二定子繞組相(32)與第二可控半導(dǎo)體開關(guān)(44)串聯(lián)連接；這兩個(gè)串聯(lián)電路(40、50)并聯(lián)成并聯(lián)電路(52)；設(shè)置在至所述并聯(lián)電路(52)的引線中的第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)，用于控制從所述直流電網(wǎng)向電機(jī)(20)的能量輸送；具有如下步驟受所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置影響，以交替地方式，在潛在的電流饋電階段激活從所述直流電網(wǎng)向一個(gè)繞組相的能量輸送的可能性和在所述潛在的電流饋電階段去活從所述直流電網(wǎng)向另一繞組相的能量輸送的可能性，其中所述一個(gè)繞組相的潛在的電流饋電階段分別通過換向過程在時(shí)間上與所述另一繞組相的潛在的電流饋電階段分離；在潛在的電流饋電階段期間，在切換時(shí)間點(diǎn)(圖4t64)為了引入換向過程將所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)從導(dǎo)通的狀態(tài)切換至不導(dǎo)通的狀態(tài)，以便中斷從所述直流電網(wǎng)的能量輸送；在所述切換時(shí)間點(diǎn)(t64)導(dǎo)通的第一和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、44)保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而在所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)截止之后在所述并聯(lián)電路(50)中流有回路電流(i31)，該回路電流在所述電機(jī)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；監(jiān)視所述回路電流(圖2i31；圖3i31′)；在達(dá)到所述回路電流的預(yù)先給定的低的絕對值(|i31|)時(shí)，當(dāng)前導(dǎo)通的第一和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、44)被截止；視所述轉(zhuǎn)子(22)的旋轉(zhuǎn)位置而定，作為所述換向過程的一部分，所述一個(gè)相的潛在的電流饋電階段被去活，而所述另一相的潛在的電流饋電階段被激活，且所述第三半導(dǎo)體開關(guān)(60)被再次接通，以便再次激活從所述直流電網(wǎng)向電機(jī)(20)的能量輸送的可能性。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中自振蕩二極管(38、 48)分別與第一和第二可控半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)反并聯(lián)連接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44、 60)中的至少一個(gè)被構(gòu)造為場效應(yīng)晶體管。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中一個(gè)繞組相(30)與 配屬于它的半導(dǎo)體開關(guān)(34)的一個(gè)端子(D)連接，而該半導(dǎo)體開關(guān)(34)的另一端子(S)與同所述另一繞組相(32) 連接的半導(dǎo)體開關(guān)(44)的相應(yīng)另一端子(S)通過電連接(54)連接，在至所述電連接(54)的引線中設(shè)有截止元件(55)，該截止元件 只能實(shí)現(xiàn)單向電流。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述繞組相(30、 32) 通過磁耦合(34)相耦合
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中為了產(chǎn)生磁耦合，設(shè)有定子疊片 鐵心(圖3:34)，該定子疊片鐵心如下設(shè)置，使得該定子疊片鐵心使所 述繞組相(30、 32)磁耦合。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中二極管(61;130)與 設(shè)置在至所述并聯(lián)電路(52)的引線中的半導(dǎo)體開關(guān)(60)反并聯(lián)連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所迷反并聯(lián)的二極管被構(gòu)造為Z 二極管(130)。
9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44) 與繞組相(30、 32)串聯(lián)連接，其中在一方面所述半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44) 與所配屬的繞組相(30、 32)的連接(D)和另一方面相關(guān)的半導(dǎo)體開 關(guān)(34、 44)的控制電極(G)之間設(shè)有RC環(huán)節(jié)(118、 120)。
10. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中設(shè)置在至所述并聯(lián) 電路(52)的引線中的半導(dǎo)體開關(guān)(60)在與所述繞組相(30、 32)連 接的其輸出端(58)處與二極管U12;132)的一個(gè)電極連接，該二極管 的另一電極與所述電機(jī)(20)的另一端子(56)連接，以便在所述半導(dǎo) 體開關(guān)(60)的切換過程中限制在與所述并聯(lián)電路(52)連接的其輸出 端(58)處出現(xiàn)的電壓尖峰。
11. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中為了檢測所述回路 電流(i31)的預(yù)先給定的低的值，監(jiān)視并分析在第一和/或第二半導(dǎo)體 開關(guān)(34、 44)的至少一個(gè)端子(D)處的電位(圖6:66、 68)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中相關(guān)的端子(D)在如下方面受到監(jiān)^f見，即由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(22)在所配屬的定子繞組相(30、 32)中 感應(yīng)產(chǎn)生的電壓在那里是否可被檢測。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述感應(yīng)電壓的幅度被檢測。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中如果所述感應(yīng)電壓(圖6: 66、 68)不能被測量時(shí)，則所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)從導(dǎo)通的狀態(tài)切 換至不導(dǎo)通的狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)(圖4:t64)向早的方向被移動(dòng)(圖9:S94)。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中如果所迷感應(yīng)電壓(圖6:66、 68)的幅度超過預(yù)先給定的值(A),則所迷第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60) 從導(dǎo)通的狀態(tài)切換至不導(dǎo)通的狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)(圖4: t64)向遲的方向被 移動(dòng)(圖9: S98)。
16. 用于借助直流電源運(yùn)行的電子換向電機(jī)(20),所述電機(jī)具有 用于與直流電源(63)連接的端子(56、 62);永磁轉(zhuǎn)子(22);第一串聯(lián)電路(40)，其中第一定子繞組相(30)與第一可控半導(dǎo) 體開關(guān)(34)串聯(lián)連接；第二串聯(lián)電路(50),其中第二定子繞組相(32)與第二可控半導(dǎo) 體開關(guān)(44)串聯(lián)連接；這兩個(gè)串聯(lián)電路(40、 50)并聯(lián)成并聯(lián)電路(52);設(shè)置在至所述并聯(lián)電路(52 )的引線中的第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60 ), 用于控制從所述直流電源(63)向電機(jī)(20)的能量輸送；且具有控制裝置，該控制裝置被設(shè)計(jì)用于在工作中實(shí)施如下步驟受轉(zhuǎn)子(22)的旋轉(zhuǎn)位置影響，以交替的方式，在潛在的電流饋電 階段激活從所述直流電源(63)向一個(gè)繞組相的能量輸送的可能性和在 所迷潛在的電流饋電階段去活從所述直流電源(63)向另一繞組相的能 量輸送的可能性，其中所述一 個(gè)繞組相的潛在的電流饋電階段分別通過換向過程在 時(shí)間上與所迷另 一繞組相的潛在的電流饋電階段分離；在潛在的電流饋電階段期間，在切換時(shí)間點(diǎn)(圖4: t64)為了引入 換向過程，所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)被截止；在所述切換時(shí)間點(diǎn)(t64)導(dǎo)通的第一和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而在工作中在所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)截 止之后在所述并聯(lián)電路(50)中流有回路電流(i31;i31')，所述回路電流在所述電才幾中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；監(jiān)視所述回路電流(圖2:i31;圖3:i3r );在達(dá)到所述回路電流的預(yù)先給定的低的絕對值(li311 )時(shí)，當(dāng)前導(dǎo) 通的第一和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)被截止；視所述轉(zhuǎn)子(22)的旋轉(zhuǎn)位置而定，作為所述換向過程的一部分， 所述一個(gè)相的潛在的電流饋電階段被去活，所述另 一相的潛在的電流饋 電階段被激活，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)(60)被再次接通。
17. 如權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其中自振蕩二極管(38、 48)分別 與第一和第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)反并聯(lián)連接。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的電機(jī)，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44、 60)中的至少一個(gè)被構(gòu)造為場效應(yīng)晶體管。
19. 如權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中一個(gè)繞組相(30) 與配屬于它的半導(dǎo)體開關(guān)(34)的一個(gè)端子(D)連接，而該半導(dǎo)體開關(guān)(34)的另一端子(S)與同所述另一繞組相(32) 連接的半導(dǎo)體開關(guān)(44)的相應(yīng)另一端子(S)通過電連接(54)連接，在至所述電連接(54)的引線中設(shè)有截止元件(55)，該截止元件 只能實(shí)現(xiàn)單向電流。
20. 如權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所迷的電機(jī)，其中所述繞組相(30、 32)具有磁耦合(56)，特別是通過所述繞組相(30、 32)的雙股繞組 耦合。
21. 如權(quán)利要求20所述的電機(jī)，所述電機(jī)具有定子疊片鐵心(圖 3:34),該定子疊片鐵心如下設(shè)置，即它使所述繞組相(30、 32)相互 磁耦合。
22. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中二極管(61;130) 與設(shè)置在至所述并聯(lián)電路(52)的引線中的半導(dǎo)體開關(guān)(60)反并聯(lián)連 接。
23. 如權(quán)利要求22所述的電機(jī)，其中所述反并聯(lián)的二極管被構(gòu)造為 Z二極管(130)。
24. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)與繞組相(30、 32)串聯(lián)連接，其中在一方面半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44) 與配屬的繞組相(30、 32)的連接(D)和另一方面相關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)的控制電極(D)之間設(shè)有RC環(huán)節(jié)(118、 120)，以便放慢在該半導(dǎo)體開關(guān)中的切換過程。
25. 如權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中設(shè)置在至所迷 并聯(lián)電路(52)的引線中的半導(dǎo)體開關(guān)(60)在與所述繞組相(30、 32) 連接的其輸出端(58)處與二極管(112;132)的一個(gè)電極連接，該二極 管的另一電極與所述電極(20)的另一端子(56)連接，以便在所述半 導(dǎo)體開關(guān)(60)的切換過程中限制在工作中在與所述并聯(lián)電路(52)連 接的其輸出端(58)處出現(xiàn)的電壓尖峰。
26. 如權(quán)利要求16至25中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，所述電機(jī)設(shè)置緊湊 式通風(fēng)才幾中，并用于驅(qū)動(dòng)該緊湊式通風(fēng)才幾。
27. 如權(quán)利要求16至26中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中為了檢測所述 回路電流(i31)的預(yù)先給定的低的值，設(shè)有用于監(jiān)視在第一和/或第二 半導(dǎo)體開關(guān)(34、 44)的至少一個(gè)端子(D)處的電位(圖6:66、 68) 的裝置(26)。
28. 如權(quán)利要求27所述的電機(jī)，其中所述裝置(26)被設(shè)計(jì)用于至 少在所述轉(zhuǎn)子(22)的預(yù)先給定的旋轉(zhuǎn)位置范圍內(nèi)，檢測由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(22)在所配屬的定子繞組相(30、 32)中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓(圖6:66、 68)的出現(xiàn)。
29. 如權(quán)利要求28所述的電機(jī)，其中所述裝置(26)被設(shè)計(jì)用于檢 測感應(yīng)電壓的幅度的大小。
30. 如權(quán)利要求28所述的電機(jī)，其中所迷裝置(26)被設(shè)計(jì)用于， 如果所述感應(yīng)電壓不能被測量，則將所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)的切斷的 時(shí)間點(diǎn)(圖4:t64)向早的方向移動(dòng)(圖9: S94)。
31. 如權(quán)利要求29所述的電機(jī)，其中所述裝置(26)被設(shè)計(jì)用于， 如果所述感應(yīng)電壓的幅度的大小超過預(yù)先給定的值(A),則所述第三 可控半導(dǎo)體開關(guān)的切斷的時(shí)間點(diǎn)(圖4: t64)向遲的方向移動(dòng)(圖9: S98 )。
32. 如權(quán)利要求16至31中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中設(shè)有轉(zhuǎn)子位置 傳感器(24、 24')，其輸出信號(Hall)可輸送給所述控制裝置(26)。
33. 如權(quán)利要求32所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子位置傳感器(24)如 下設(shè)置，即其輸出信號能夠?qū)崿F(xiàn)對在待接通的定子繞組相(30、 32)中 的電流(i30、 i32)的開始的控制。
34. 如權(quán)利要求32所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子位置傳感器(24') 如下設(shè)置，即其信號能夠?qū)崿F(xiàn)對切換時(shí)間點(diǎn)(圖4: t64)的控制，在該切換時(shí)間點(diǎn)，為了引入換向過程，所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)被截 止。
35.如權(quán)利要求34所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子位置傳感器(24') 從中性區(qū)與旋轉(zhuǎn)方向(12)相反地偏移整圏電旋轉(zhuǎn)的約1/8。
全文摘要
電子換向電機(jī)(20)具有用于與直流電源(63)連接的端子(56、62)。該電機(jī)具有永磁轉(zhuǎn)子(22)，還具有第一和第二串聯(lián)電路(40、50)，其中，定子繞組相分別與第一或第二可控半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接，這兩個(gè)串聯(lián)電路并聯(lián)成并聯(lián)電路(52)。在至所述并聯(lián)電路(52)的引線中，第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)控制從所述直流電源(63)向電機(jī)(20)的能量輸送。控制裝置被設(shè)計(jì)用于在工作中實(shí)施如下步驟受所述轉(zhuǎn)子(22)的旋轉(zhuǎn)位置影響，以交替的方式，在潛在的電流饋電階段激活從所述直流電源(63)向一個(gè)繞組相的能量輸送的可能性和在所述潛在的電流饋電階段去活向另一繞組相的能量輸送的可能性。在此所述一個(gè)繞組相的潛在的電流饋電階段分別通過換向過程在時(shí)間上分離于所述另一繞組相的潛在的電流饋電階段。在潛在的電流饋電階段期間，在切換時(shí)間點(diǎn)(圖4t64)為了引入換向過程，所述第三可控半導(dǎo)體開關(guān)(60)被截止。在所述切換時(shí)間點(diǎn)(t64)導(dǎo)通的第一或第二半導(dǎo)體開關(guān)(34、44)保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而在工作中在所述第三半導(dǎo)體開關(guān)(60)截止之后在所述并聯(lián)電路(50)中流有回路電流(i31；i31′)，所述回路電流在所述電機(jī)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，和監(jiān)視所述回路電流。在達(dá)到所述回路電流的預(yù)先給定的低的絕對值時(shí)，當(dāng)前導(dǎo)通的第一和/或第二半導(dǎo)體開關(guān)被截止。取決于所述轉(zhuǎn)子(22)的旋轉(zhuǎn)位置，作為所述換向過程的一部分，所述一個(gè)相的潛在的電流饋電階段被去活，而所述另一相的潛在的電流饋電階段被激活，且所述第三半導(dǎo)體開關(guān)被再次接通。
文檔編號H02P6/00GK101461127SQ200780020644
公開日2009年6月17日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月3日
發(fā)明者A·庫納, J·洛夫勒 申請人:依必安-派特圣喬根有限責(zé)任兩合公司