單相電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單相電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在具有定子和轉(zhuǎn)子的三相電機(jī)的情況下，定子極與轉(zhuǎn)子極之間的比例總是不相等 的。這樣，具有彼此以間隔60 °布置的六個(gè)定子極的三相電機(jī)例如具有四個(gè)轉(zhuǎn)子極，這些轉(zhuǎn) 子極彼此以間隔90°布置。在此，給這三相中的每相都分配兩個(gè)彼此相對(duì)的定子極。因此， 在每個(gè)轉(zhuǎn)子位置的情況下都可以通過(guò)三相中的至少兩相生成轉(zhuǎn)矩，因?yàn)榕c三相中的每相相 對(duì)的是轉(zhuǎn)子極的磁性上彼此不同的位置。因此，在每個(gè)轉(zhuǎn)子位置的情況下可以以大轉(zhuǎn)矩起 動(dòng)電機(jī)。
[0003]在單相電機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)子極的數(shù)目對(duì)應(yīng)于定子極的數(shù)目。這導(dǎo)致，每當(dāng)每個(gè)轉(zhuǎn)子 極恰好與定子極相對(duì)時(shí)，不能通過(guò)給繞組裝置通電來(lái)生成轉(zhuǎn)矩。此外，轉(zhuǎn)子例如在風(fēng)扇處于 靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)優(yōu)先地恰好占據(jù)該位置，因?yàn)樵撐恢脤?duì)應(yīng)于最小能量的狀態(tài)。
[0004]盡管如此，為了實(shí)現(xiàn)這樣的電機(jī)的起動(dòng)，已經(jīng)公知有多種方法。
[0005]DE8 702 271Ul示出了一種電機(jī)，其中軟磁鐵片被安裝在轉(zhuǎn)子上，使得轉(zhuǎn) 子在未通電的狀態(tài)下占據(jù)以下位置，可從該位置進(jìn)行起動(dòng)。這也被稱為磁阻輔助矩 (Reluktanz-Hilfsmoment)的生成。
[0006]DE3 149 766Al示出了一種電機(jī)，其中定子極非對(duì)稱地被構(gòu)造，使得定子極與轉(zhuǎn) 子之間的間隔從周向上看減小。在此，轉(zhuǎn)子磁體的轉(zhuǎn)子極優(yōu)選地占據(jù)以下位置，在該位置的 情況下轉(zhuǎn)子極居中地盡可能接近定子極。這在未通電的狀態(tài)下同樣導(dǎo)致可從其進(jìn)行電機(jī)的 起動(dòng)的起動(dòng)位置。這樣的電機(jī)幾百萬(wàn)次地用在CD播放器和硬盤中。
[0007]所述解決方案以如下電機(jī)為前提：在該電機(jī)的情況下，不出現(xiàn)較大外部轉(zhuǎn)矩并且 不出現(xiàn)過(guò)大摩擦，如這例如在風(fēng)扇中是該情況。否則不保證可以可靠地占據(jù)起動(dòng)位置。因 此，這樣的解決方案的應(yīng)用范圍是受限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種新型的單相電機(jī)。
[0009]該任務(wù)通過(guò)一種電機(jī)來(lái)解決，該電機(jī)具有：定子，其具有數(shù)目S個(gè)定子極；轉(zhuǎn)子，其 具有轉(zhuǎn)子磁體，所述轉(zhuǎn)子磁體具有數(shù)目R個(gè)轉(zhuǎn)子極，其中R等于S，并且其中轉(zhuǎn)子或定子或二 者具有非對(duì)稱性；單相繞組裝置，其具有第一繞組接線端子和第二繞組接線端子，其中通過(guò) 第一繞組接線端子和第二繞組接線端子能夠給繞組裝置的數(shù)目W個(gè)線圈通電；輸出級(jí)，其 被構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)第一繞組接線端子與第二繞組接線端子之間的電流；第一裝置，其被構(gòu)造為 在與輸出級(jí)協(xié)作的情況下使得能夠給W個(gè)線圈中的至少一個(gè)分組通電，其中所述至少一個(gè) 分組包括W個(gè)線圈中的大于零并且小于W的線圈。
[0010] 該非對(duì)稱性優(yōu)選地被構(gòu)造為在轉(zhuǎn)子的每個(gè)轉(zhuǎn)子位置的情況下通過(guò)下列通電過(guò)程 的至少一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩的生成： 一給所有W個(gè)線圈通電、或者 一給所述線圈中至少一個(gè)分組通電。
[0011] 優(yōu)選地設(shè)置至少兩個(gè)分組。
[0012] 第一裝置優(yōu)選地具有第三繞組接線端子和開關(guān)，以便實(shí)現(xiàn)一方面第一繞組接線端 子或第二繞組接線端子與另一方面第三繞組接線端子之間的電流。
[0013] 第一繞組接線端子與第三繞組接線端子之間的線圈的數(shù)目?jī)?yōu)選地不等于第三繞 組接線端子與第二繞組接線端子之間的線圈的數(shù)目。
[0014] 繞組裝置優(yōu)選地具有多個(gè)彼此平行的子支線（Teilstr&igen)，并且第一裝置具有 開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造為在不導(dǎo)通狀態(tài)下阻止電流通過(guò)子支線的第一部分，但是不阻止電 流通過(guò)其余子支線。
[0015] 轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有通過(guò)如下方式生成的非對(duì)稱性：R個(gè)轉(zhuǎn)子極至少部分地具有彼此 不同的角延伸。
[0016] 轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有通過(guò)如下方式生成的非對(duì)稱性：轉(zhuǎn)子極的磁中心與相鄰轉(zhuǎn)子極的 磁中心的角間隔至少部分不等于360° /R。
[0017] 轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有通過(guò)轉(zhuǎn)子磁體的非對(duì)稱磁化生成的非對(duì)稱性。
[0018] 轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有通過(guò)將不同材料非對(duì)稱地布置在轉(zhuǎn)子的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的非對(duì)稱性， 其中所述不同材料具有不同磁特性。
[0019] 定子優(yōu)選地具有通過(guò)如下方式生成的非對(duì)稱性：相鄰定子極的角間隔至少部分不 等于360° /S，其中優(yōu)選S=2。
[0020] 所述至少一個(gè)分組優(yōu)選地包括W個(gè)線圈的至少一個(gè)并且最高W-I個(gè)線圈。
[0021] 優(yōu)選W=S。
[0022] 輸出級(jí)優(yōu)選地具有全橋電路，以便實(shí)現(xiàn)第一繞組接線端子與第二繞組接線端子之 間的繞組裝置在兩個(gè)方向上的通電。
[0023] 轉(zhuǎn)子磁體優(yōu)選地具有永磁轉(zhuǎn)子極或者電磁生成的轉(zhuǎn)子極，其中在電磁生成的轉(zhuǎn)子 極的情況下給每個(gè)轉(zhuǎn)子極分配在運(yùn)行中被通電的繞阻。
[0024] 該任務(wù)通過(guò)一種用于給電機(jī)通電的方法來(lái)解決，該電機(jī)具有：定子，其具有S個(gè) 定子極；轉(zhuǎn)子，其具有R個(gè)轉(zhuǎn)子極，其中R等于S;單相繞組裝置，其具有第一繞組接線端子 和第二繞組接線端子，其中在第一繞組接線端子與第二繞組接線端子之間電連接有W個(gè)線 圈；輸出級(jí)，其被構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)第一繞組接線端子與第二繞組接線端子之間的電流；第一裝 置，其被構(gòu)造為在與輸出級(jí)協(xié)作的情況下使得能夠給W個(gè)線圈中的至少一個(gè)分組通電，其 中所述至少一個(gè)分組包括W個(gè)線圈中的大于零并且小于W的線圈，該方法具有下列步驟： A) 輸出級(jí)在電機(jī)的第一狀態(tài)下被激勵(lì)為使得所有W個(gè)線圈通過(guò)第一繞組接線端子和 第二繞組接線端子被通電； B) 輸出級(jí)在電機(jī)的第二狀態(tài)下被激勵(lì)為使得僅僅W個(gè)線圈的所述至少一個(gè)分組被通 電。
[0025] 優(yōu)選地檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于預(yù)先給定的最小轉(zhuǎn)速時(shí)從電機(jī)的 第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)。
[0026] 優(yōu)選地在電機(jī)起動(dòng)時(shí)切換到第二狀態(tài)，并且接著切換到第一狀態(tài)。
[0027] 優(yōu)選地在第一狀態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置預(yù)先給定第一繞組接線端子與第二繞 組接線端子之間的通電的方向。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)和有利的改進(jìn)方案從下面所描述和在附圖中所示出的、不以 任何方式理解為限制本發(fā)明的實(shí)施例中以及自從屬權(quán)利要求中得出。其中： 圖1不出了具有八個(gè)定子極的單相電機(jī)10的不意圖； 圖2示出了用于運(yùn)行圖1的電機(jī)10的電路的電路圖； 圖3示出了圖1中的電機(jī)10的感應(yīng)電壓的測(cè)量； 圖4示出了圖3的詳細(xì)視圖； 圖5示出了具有兩個(gè)線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖6示出了具有兩個(gè)線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖7示出了具有兩個(gè)線圈的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖8示出了具有兩個(gè)支線的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖9示出了具有四個(gè)串聯(lián)的線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖10示出了具有四個(gè)串聯(lián)的線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖11示出了具有四個(gè)線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)，所述線圈在兩個(gè)支路中并聯(lián)； 圖12示出了具有四個(gè)線圈的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)，所述線圈在兩個(gè)支路中并聯(lián)； 圖13示出了圖1的電機(jī)10的四極轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子極具有兩個(gè)不同的角延伸； 圖14示出了圖1的電機(jī)10的四極轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子極具有三個(gè)不同的角延伸； 圖15示出了四極轉(zhuǎn)子40,其中在轉(zhuǎn)子極之間設(shè)置有具有不同角延伸的中性區(qū)域； 圖16示出了具有兩個(gè)傾斜的轉(zhuǎn)子極的圖1的電機(jī)10的轉(zhuǎn)子40 ; 圖17示出了圖1的電機(jī)10的非對(duì)稱六極定子； 圖18示出了圖1的電機(jī)10的非對(duì)稱雙極定子； 圖19示出了電壓常數(shù)kE的比較測(cè)量； 圖20示出了齒槽轉(zhuǎn)矩（Rastmoment)的比較測(cè)量； 圖21示出了電壓常數(shù)kE的比較測(cè)量； 圖22示出了齒槽轉(zhuǎn)矩的比較測(cè)量； 圖23示出了在未校正轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的情況下經(jīng)過(guò)圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)的電流的測(cè) 量； 圖24示出了利用改善的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的經(jīng)過(guò)圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)的電流的測(cè)量； 圖25示出了用于纏繞圖1的電機(jī)10的六極定子的變型方案； 圖26示出了在線圈區(qū)域中具有繞組接線端子的圖1的電機(jī)10的輸出級(jí)； 圖27示出了圖1的電機(jī)10的起動(dòng)方法的流程圖；以及 圖28示出了電磁生成的轉(zhuǎn)子磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 圖1示出了具有定子20和轉(zhuǎn)子40的電機(jī)10。給定子20分配繞組裝置30,并且 定子20具有六個(gè)定子極21至26。轉(zhuǎn)子40具有轉(zhuǎn)子磁體40'，其同樣具有六個(gè)轉(zhuǎn)子極41 至46,所述轉(zhuǎn)子極41至46優(yōu)選地被構(gòu)造成永磁轉(zhuǎn)子極41至46。
[0030] 繞組裝置30具有六個(gè)串聯(lián)的線圈31至36,所述線圈31至36被串聯(lián)或電連接在 第一繞組接線端子11與第二繞組接線端子12之間。給定子極21至26分別分配線圈31 至36之一，其中線圈31至36被纏繞為使得在通電時(shí)在相鄰定子極21至26中分別交替地 產(chǎn)生北極、然后是南極，然后再次是北極等等，因?yàn)檗D(zhuǎn)子極41至46也分別交替地改變方向。 繞組裝置30-從第一繞組接線端子11出發(fā)一開始于定子極21，從定子極21繼續(xù)延伸到定 子極24,并且接著延伸到定子極25、26、22和23,并且從那里延伸到第二繞組接線端子12。 因此，通過(guò)第一繞組接線端子11和第二繞組接線端子12,線圈31至36能夠被通電。
[0031] 在繞組裝置30上在定子極24和25之間設(shè)置有第三繞組接線端子13,該第三繞組 接線纟而子13也可以被稱為分接頭。
[0032] 圖2示出了圖1中的電機(jī)10的相應(yīng)電路圖。示出了：繞組裝置30,其具有六個(gè)線 圈31至36、以及第一繞組接線端子11、第二繞組接線端子12和第三繞組接線端子13 ;以 及控制裝置70和輸出級(jí)50,其用于影響經(jīng)過(guò)繞組裝置30的電流。
[0033] 設(shè)置有第一導(dǎo)線57 (+Ub)和第二導(dǎo)線58(地或參考電位)，以便例如從直流電壓 源71向輸出級(jí)50輸送供電電壓+UB。
[0034] 在第一導(dǎo)線57與第一繞組接線端子11之間設(shè)置有開關(guān)51，并且在第一繞組接線 端子11與第二導(dǎo)線58之間設(shè)置有開關(guān)52。
[0035] 在第一導(dǎo)線57與第二繞組接線端子12之間設(shè)置有開關(guān)53,并且在第二繞組接線 端子12與第二導(dǎo)線58之間設(shè)置有開關(guān)54。
[0036] 具有四個(gè)開關(guān)51、52、53和54的裝置也被稱為全橋電路或H橋電路(英語(yǔ)：full bridgecircuit,Hbridge)。在此，繞組裝置30形成全橋電路的橋支路。
[0037] 在第三繞組接線端子13與第二導(dǎo)線58之間設(shè)置有開關(guān)56。
[0038] 導(dǎo)線58通過(guò)所謂的基點(diǎn)電阻60與導(dǎo)線59連接，并且開關(guān)52、54、56相應(yīng)地通過(guò) 導(dǎo)線59間接地與導(dǎo)線58連接。電阻60通常是低歐姆的，并且其可以附加地或替代地設(shè)置 在導(dǎo)線57中，或者可以完全取消。
[0039] 控制裝置70具有五個(gè)控制線61、62、63、64和66,通過(guò)所述控制線61、62、63、64和 66,控制裝置70與五個(gè)開關(guān)51至54和56連接，以便將這些開關(guān)51至54和56導(dǎo)通或不 導(dǎo)通地切換。
[0040] 除非另行實(shí)施，作為開關(guān)51、52、53、54、56和55(參見圖6和圖7)優(yōu)選地使用可 控開關(guān)、進(jìn)一步優(yōu)選地使用如MOSFET、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、雙極晶體管之類的半導(dǎo)體 開關(guān)。對(duì)于開關(guān)55、56例如也可以使用繼電器。
[0041] 上面的開關(guān)51、53、55亦稱高側(cè)開關(guān)(英語(yǔ)：high side switch)，并且下面的開關(guān) 52、54、56被稱為低側(cè)開關(guān)（英語(yǔ)：low side switch)。
[0042] 給開關(guān)51至56