[发明专利]运行电子换向电机的方法和实施该方法的电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行电子换向电机的方法和一种用于实施 该方法的电机。

背景技术

有各种不同结构类型的电子换向电机。一种已知的分类系统基于 电流脉冲的数量，所述电流脉冲每360°el.的转子旋转被输送给这种 电机的定子。因此可以分为：单脉冲电机，其中在360°el.的一个转 子旋转期间，只输送唯一的驱动电流脉冲；双脉冲电机，其中在360°el. 的一个转子旋转期间，输送两个通常相互间具有时间间隔的定子电流 脉冲；此外三脉冲电机；六脉冲电机等。

另外根据这种电机的定子绕组相的数量来给这种电机分类，即单 相的、双相的、三相的电机等。

因此为了完整地定义结构类型，必须说明定子绕组相的数量和每 360°el.的脉冲数量，例如双脉冲的、双相的电机。仿照以交变电流或 三相电流运行的电机的术语，双脉冲电机也称为单相电机，其中单相 电机可以具有或者一个或者两个绕组相。

就双相电机而言，具有由第一绕组相和第一可控半导体开关构成 的第一串联电路以及由第二绕组相和第二可控半导体开关构成的第 二串联电路。电流被交替地输送给这两个绕组相，以便产生对于永磁 转子的旋转必需的磁场。(通常，这种电机也被构造用于在旋转位置 区域产生所谓的磁阻矩，其中电产生的转矩具有间隙，例如参见DE 23 46 380 C2)。

这种电机通常借助直流电源来工作，例如借助电池、电源，或者 借助整流器，该整流器对变流电网或三相电网的电压进行整流 (gleichrichten)并输送给直流中间电路(直流环(dc link))，电机 从该直流中间电路被供应以直流。多数情况下，称为中间电路电容器 的电容器与该中间电路连接。

如果电流流经绕组相，则能量以磁场的形式存储在该绕组相中。 如果用L表示这种相的电感，用I表示电流，则所述能量根据如下公 式来计算：

W＝0.5*L*12                            ...(1)。

如果为了产生环绕的磁场而应从第一绕组相切换至第二绕组相， 这称为换向，则必须首先消除所述所存储的能量。

如果流有电流的绕组相被切断，则由于所谓自感应的作用而在该 绕组相处产生电压上升，该电压上升由所存储的磁能引起。由此可以 产生很高的电压。因此必须使用耐压强度高的半导体开关。

通过使用中间电路电容器可以实现一定的改善，该中间电路电容 器用于以电能的形式吸收以磁性的方式存储在绕组相中的能量，并由 此限制在电机的直流中间电路上出现的电压。该电容器因此在工作中 吸收能量，并接下来又立即将其释放，也就是说，在该电容器的引线 上持续地流有称为“波纹电流”的电流。所需要的电容器越大，波纹 电流就越大。

这种电容器(涉及材料成本)提供了对所述问题的廉价的解决方 案，但需要较大的电容器、通常所谓的电解电容器，其寿命有限且还 附加地因在焊接过程中通过波纹电流不可避免地产生的强烈的发热 而缩短。电容器的如此缩短的寿命因此对电机的寿命产生影响。

用于限制在切断绕组相时出现的电压尖峰的另一种可能性是，使 用齐纳二极管，或者在使用FET输出级时利用所谓的雪崩能量。在这 种情况下，在切断时存储在待切断的绕组相中的能量在所述半导体元 件中被转化成热。从所使用的半导体元件的角度看是损耗功率，因此 必须相应地使用功率高的组件。

转化成热的能量也“丢失”，且无法再用于运行转子，也就是说， 这种电机的效率较低。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种用于运行电子换向电机的方 法以及一种用于实施这种方法的新电机。

根据本发明的第一方面，所述目的通过根据本发明的方法得以实 现。因此就本发明而言，使用附加的可控半导体开关，该半导体开关 设置在从直流中间电路至所述的并联电路的引线中。这提供了如下可 能性：在有益的时间点切断从外部的直流电源至电机的能量输送，并 将在切断时间点存储在相关的绕组相中的能量通过特定的自振荡电 路转换成电机的转矩。因此，在换向之前存储在相关的绕组相中的能 量不被变成热或者暂时存储在电容器中，而是直接被用于形成转矩。 存储在待切断的相中的磁能直接被转化成机械能的过程是换向过程 的一部分，可以说是用于将电流从一个绕组相切换至另一绕组相的实 际行动的前奏。