[发明专利]用于多极电机的波纹计数器

说明书

技术领域

本发明涉及电机和用于确定电机的位置或转速的方法，并且更具体地涉及电机和其中电机的电刷（brush）和换向器（commutator）检测转子的旋转运动和位置的方法。

背景技术

对于涉及小型电机的许多应用来说，如果除了产生旋转运动以外，电机还能够供给关于其当前状态或位置的信息，则是有利的。为了实现该目的，已知的是，例如，使用电机的激励电路作为“波纹计数器”或者作为异步计数器。

例如，在EP 1316136中公开了这种电机。在该电机中，设置了两个电刷，这两个电刷交替地接触换向器的六个薄片（lamella）或片段（segment）。在这种情况下，两个电刷在换向器中相对于彼此设置，即，偏离180°，从而这些电刷与换向器的相应的相对片段接触。在换向器的旋转运动期间，从一个片段到相邻的片段发生周期性变化。在该时间期间，每个电刷均同时与两个片段电接触。因此，在两个电刷中同时发生对应的切换或换向。从而，始终有总计一个片段或者两个片段与每个电刷接触。通过检测电机的电流，能够推测出与电刷接触的片段的数量，并且可以计算转子的转速和位置。然而，为了增大转矩，总是使用具有四个磁体的电机。并且在这种情形下，如果线圈的数量是电刷数量的整数倍，则电机的振动和噪声较大，并且与两个电刷连接的片段的数量同时改变。因此，本发明基于减小振动和噪声的任务，其中所产生的电流信号容易被检测，以确定电机的转速和位置。

发明内容

本发明的优选实施方式提供了这样一种电机，即，该电机在不会造成由该电机生成的振动或噪声增加的情况下，利用电机的电流波纹的易计算信号来检测转子的转速和位置，这被称作“波纹计数器”方法。

根据本发明一优选实施方式，一种电机包括至少一个第一电刷和至少一个第二电刷，以及相对于第一电刷和第二电刷随着转子一起旋转的换向器。具体来说，所述电机优选地包括四个或更多个磁极。所述换向器优选地包括至少一个筒状部，所述至少一个筒状部具有设置有多个片段（换向器片）的周向表面，并且在所述多个片段之间夹设有绝缘部。所述第一电刷优选地具有第一宽度，该第一宽度覆盖所述周向表面的第一部分，所述第二电刷优选地具有第二宽度，该第二宽度覆盖所述周向表面的第二部分；所述第一电刷和所述第二电刷被设置成与所述片段形成不对称接触布置。为了实现该不对称接触布置，所述第一电刷的所述第一宽度优选地不同于所述第二电刷的所述第二宽度。另选的是或者另外，该不对称接触布置优选地能够通过围绕旋转轴线不规则地布置所述第一电刷和所述第二电刷而实现。

所述第一电刷和所述第二电刷与片段的不对称接触布置使得所述第一电刷的换向可以与所述第二电刷的换向以异步的方式执行。结果，不同数量的片段以不同的旋转角与电刷接触。因此，当转子旋转时，生成其中所述第一电刷和所述第二电刷与不同数量的片段接触的不同长度时间的时序序列。该时序序列能够被用作波纹计数器或者异步计数器。该时序序列取决于转子的转速，而且这两者必须被理解为彼此相关。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称接触布置和布置可以包括这样的情形，其中，所述第一电刷与所述第二电刷一起限定的电刷角（brush angle）大于由两个彼此相邻的片段限定的第一片段角（segment angle），并且还小于由将另一个片段设置在它们之间的两个片段限定的第二片段角。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称布置可以被设置成，使得所述第一电刷与所述第二电刷限定的电刷角不等于由所述多个片段中的两个片段的每一个组合所限定的片段角。在这种情况下，决不会出现所述第一电刷和所述第二电刷的同步换向。

根据本发明一优选实施方式，所述多个片段相对于所述第一电刷和所述第二电刷的不对称布置还可以确保：在转子的全程旋转期间的任何时间，总计两个/三个，或者三个/四个片段与所述第一电刷和所述第二电刷电接触。这种布置有利于异步计数器的运行。

所述第一电刷和所述第二电刷还能够具有不同的宽度。本文所引用的术语“宽度”包括这样的布置，其中，所述第一电刷包括用作接触表面的第一弓形段，而所述第二电刷包括也用作接触表面的第二弓形段，所述第二弓形段的宽度不同于所述第一弓形段。这还优选地产生一序列的不同的旋转角和对应的相对接触时间，举例来说，如：短时间的3点接触、长时间的4点接触、短时间的3点接触、短时间的4点接触、短时间的3点接触等。