專利名稱：用于產(chǎn)生與電動機、特別是電子整流直流電動機旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的信號的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為電動機，特別是為電子整流直流電動機產(chǎn)生rpm(轉(zhuǎn)速)相關(guān)信號的裝置。電動機具有一種用以產(chǎn)生rpm相關(guān)信號裝置，其也指產(chǎn)生信號用以控制電動機速度的測速控制器(tachogenerator)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及用于例如汽車領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及其他應(yīng)用的不帶電刷的直流電動機或者電子整流直流電動機和關(guān)聯(lián)速度控制系統(tǒng)。用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的直流電動機被期待產(chǎn)生具有低轉(zhuǎn)矩脈動的和低制動轉(zhuǎn)矩的高輸出。由于直流電動機位于機動車輛的內(nèi)燃機附近，其必須能夠抵抗極端的溫度、潮濕、塵土以及其他環(huán)境因素。此外汽車制造廠商通常需要整體設(shè)計為低電阻、電阻一致性好以及低電感。
電子整流直流電動機通常包括永磁體，永磁體粘結(jié)在轉(zhuǎn)軸上，并且具有數(shù)個環(huán)向交替的磁極和數(shù)個與轉(zhuǎn)子的磁極相互作用的驅(qū)動線圈的定子。
美國專利申請第A-4,578,606號中描述一種結(jié)合了測速控制器的電動機，其中測速控制器線圈設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁場中，因此當電動機轉(zhuǎn)動時，由于磁極作用在測速控制器線圈中產(chǎn)生電壓。在該申請描述的電動機中，附著在轉(zhuǎn)子上的永磁體分割成兩個同心的部分，由此永磁體的外側(cè)部分主要包括八個與電動機(定子)線圈相互作用的磁極，而主要包括與測速線圈相互作用的26～50個磁極的較小的內(nèi)部部分或者永磁體的內(nèi)周，該測速線圈繞在電動機圓周方向用以產(chǎn)生rpm相關(guān)信號。測速控制器產(chǎn)生的信號頻率與轉(zhuǎn)軸的速度相對應(yīng)。美國專利申請第A-4,578,606號中描述的電動機特別地用于計算機磁盤驅(qū)動器。在該文檔中沒有討論關(guān)于測速控制器所產(chǎn)生的信號強度的特殊要求以及其對環(huán)境影響的抵抗能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本目的是為電動機提供一種可以產(chǎn)生rpm相關(guān)信號的裝置，以及一種相關(guān)方法，該方法能夠產(chǎn)生強測速控制器信號并可以抵抗例如高溫、潮濕等環(huán)境因素的影響。
通過具有如權(quán)利要求1中所述的特征的裝置以及通過具有權(quán)利要求26中所述的程序步驟的方法已達成了該目的。本發(fā)明還提供了包括這種裝置的電動機。
本發(fā)明提供一種可以產(chǎn)生rpm相關(guān)信號的裝置或測速控制器，該測速控制器具有一個或多個交替極性的永磁體，該永磁體被設(shè)置和分布在轉(zhuǎn)軸的圓周周圍。如關(guān)國專利申請第A-4,578,606號中所述，該些磁體單元可以是具有交替極性的轉(zhuǎn)子磁體的磁化單元。磁體單元優(yōu)選采用具有交替極性部分的環(huán)狀磁體的形式，該環(huán)狀磁體夾持在附著在轉(zhuǎn)軸上的支架上，并且隨該軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的測速控制器具有至少一個平行于軸的“探測”線圈，該線圈設(shè)置在牢固地固定在機架上的第二支架裝置上并以距離其關(guān)聯(lián)的磁體單元一軸向間隔而被設(shè)置。優(yōu)選地提供多個探測線圈，其設(shè)置在轉(zhuǎn)軸外周并對等分布且平行該軸，由此在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，每個線圈沿轉(zhuǎn)軸設(shè)置并且平行該轉(zhuǎn)軸。該磁體和線圈在空間上彼此相對設(shè)置，由此位于轉(zhuǎn)子上并與其一同旋轉(zhuǎn)的磁極具有相對于牢固地固定在機架上線圈的運動。
通過轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)在該線圈中以正常的交流電的形式產(chǎn)生rpm相關(guān)信號，由此根據(jù)本發(fā)明，在探測線圈中產(chǎn)生的信號電壓的最大幅值或者幅值差被記錄并解釋為速度的測量值。
根據(jù)本發(fā)明，提供電路配置，其中由于(優(yōu)選地穩(wěn)定的)直流電壓疊加到幾乎為梯形的信號電壓上，故而線圈中產(chǎn)生的信號電壓的參考電壓被電位移。該疊加電壓優(yōu)選為正的直流電壓從而產(chǎn)生作為rpm相關(guān)信號的正的脈沖直流電壓。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求書1的測速控制器，結(jié)合具有足夠匝數(shù)的線圈，使得可以得到具有足夠強的信號的rpm相關(guān)信號，該信號可以在中間不使用運算放大器或者諸如此類裝置的情況下傳遞到“傳統(tǒng)的”模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，由此如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作在通常的例如電壓范圍為0到5V或者0到3V的狀態(tài)下，該信號的強度是足夠的。
根據(jù)本發(fā)明，用以位移或者抬高信號的電路可以利用簡單的分壓器實現(xiàn)，該分壓器一端與產(chǎn)生信號的線圈相連，另一端與例如5V的電源電壓相連。通過一DC電壓電位移的線圈中所產(chǎn)生的信號現(xiàn)在產(chǎn)生在分壓器的中心抽頭處。
在優(yōu)選實施例中，分壓器具有兩個串連的電阻器，其連接點形成分壓器的中心抽頭。假設(shè)連接在分壓器和例如地的參考電壓之間的探測線圈產(chǎn)生-4V到+4V之間的輸出信號。此外，假設(shè)電源電壓是5V并且分壓器具有兩個同樣大小的歐姆電阻器。探測線圈中產(chǎn)生的抬高2.5V并且大小減半的信號，即在0.5到4.5V之間變化的信號現(xiàn)在產(chǎn)生在分壓器的中心抽頭處。該位移過的電壓可以用工作電壓范圍在0到5V的模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接處理，而無更多要求。
電路配置優(yōu)選地設(shè)置有干擾濾波器，例如，可以采用在中心抽頭和參考電壓之間的電容器的形式。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供至少兩個，特別是四個或者六個線圈，該些線圈被設(shè)置并對等分布在軸的圓周周圍。為了產(chǎn)生較強的信號，優(yōu)選將兩個或三個線圈串連并分配給電路用以對信號位移或者升壓。可以設(shè)置一個將所有線圈的信號電位移的電路，由此線圈隨后可選擇地通過多路轉(zhuǎn)換器連接到用于信號位移的電路，或者每個線圈或者每組串連的線圈被分配給其各自的用于信號位移的電路。
在本發(fā)明的該優(yōu)選實施例中，線圈被繞制以便盡可能產(chǎn)生最高的輸出信號。為了這個目的，必須尋找在所需的高信號強度和信號形式之間適當?shù)恼壑?。由于該裝置擬用于汽車技術(shù)，在制成線圈時例如線圈的機械強度以及所使用的焊接技術(shù)等因素必須加以考慮。
具體地，線圈利用豎直設(shè)置的細的扁平線并且優(yōu)選的為細的圓的或者扁平的、包有絕緣材料的、特別為漆包線的線來繞制。漆包線具有已經(jīng)包有絕緣材料的優(yōu)勢，由此在繞制完成后加熱線圈并且粘在固體(solid body)上。絕緣材料可以容易地從繞制的線圈末端處去除，用以連接完成的線圈。
本發(fā)明的線圈可以是空氣芯線圈或者繞制在線圈芯上的線圈。它們優(yōu)選地具有至少150匝。每個線圈此外優(yōu)選設(shè)置有磁性回流(magnetic reflux)單元。
在本發(fā)明的該優(yōu)選實施例中。線圈的支撐部件是剛性的或者是軟性的PCB，其與磁體單元相對設(shè)置。磁體單元采用磁環(huán)的形式，其具有交替極性部分，特別為4到12個，優(yōu)選為6到8個交替極性部分。
在特別的優(yōu)選實施例中，線圈采用扁平線圈的形式，其外周輪廓與磁環(huán)部分的形狀相適應(yīng)。在這方面，該線圈與美國專利申請第A-4,578,606號中所示的驅(qū)動線圈(30)有相似的設(shè)計，由此應(yīng)注意到該美國專利中的該驅(qū)動線圈不僅用于記錄速度還用于驅(qū)動電動機。
但是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，由于這些線圈特別扁平、緊湊并具有高機械精度和高機械強度，所以用于硬盤或軟盤驅(qū)動器的主軸電動機的扁平驅(qū)動線圈特別適合用作測速控制器中的探測線圈，以滿足其在汽車領(lǐng)域中的電動機中的應(yīng)用。
扁平線圈的外圍輪廓與磁環(huán)部分的形狀相適應(yīng)，具有盡可能大的內(nèi)部開口，適合在線圈中產(chǎn)生最接近所需的理想梯形波形的rpm相關(guān)信號。
如上所述，數(shù)個線圈優(yōu)選地被設(shè)置并分布在轉(zhuǎn)軸的周圍，由此設(shè)置串連的兩個或三個線圈或多組線圈，例如其產(chǎn)生相位移為90°(電的)的信號。為了解釋線圈的信號，本發(fā)明優(yōu)選設(shè)置分析和控制裝置，其具有測定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動位置的傳感器，依靠所測定位置，決定由哪一個線圈的rpm相關(guān)信號的哪一個半波被分析以確定其速度。結(jié)果，幾乎總是可以分析線圈信號之一的水平段。


以下將參考附圖，在優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上更詳細地描述本發(fā)明。該些附圖顯示圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有測速控制器的電動機的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的測速控制器的剖面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的測速控制器的支撐部件的俯視圖，其上設(shè)置有四個線圈；圖4a和圖4b分別為根據(jù)本發(fā)明的測速控制器的具有六個磁體單元的環(huán)形磁體的剖面?zhèn)纫晥D和俯視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的測速控制器電路的簡化電路圖；以及圖6為曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的測速控制器中的使用如圖2所示的線圈所得到測量結(jié)果。
具體實施例方式
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的電子整流直流電動機的剖面圖，該電子整流直流電動機特別地應(yīng)用于汽車領(lǐng)域以及例如用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。統(tǒng)一使用10來標記的該直流電動機具有定子，該定子具有定子套管12和定子繞組14。在定子中有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)軸16、位于轉(zhuǎn)軸16上的線圈磁通控制器18和分段的或形成環(huán)狀的永磁體20。
定子和轉(zhuǎn)子被機架22包圍，機架22在其每一端具有法蘭24或26，由此轉(zhuǎn)軸16從法蘭24一端伸出，并且電動機的信號線與繞組的連線從法蘭26的一端引出。
轉(zhuǎn)軸16在法蘭24和26中通過軸承28和30，例如滾軸軸承或滑動軸承，特別是球軸承，被可旋轉(zhuǎn)地支撐。
在所示的實施例中，轉(zhuǎn)子組件16、18、20另外被套筒32包圍，套筒32與法蘭24和26一起包圍著轉(zhuǎn)子組件并且防止外來物體進入轉(zhuǎn)子組件。
一種具有與如圖1所示的直流電動機相似結(jié)構(gòu)的直流電動機在德國專利申請第100 34 302.3號和第100 51 403.0號中被更詳細地描述了，請參考該些專利申請。我們強調(diào)本發(fā)明的測速控制器可以與任何其他公知的或者尚在研發(fā)的各種類型直流電動機配合使用。圖1所示的實施例僅僅是作為一個例子。
夾持裝置固定在如圖1所示的直流電動機的轉(zhuǎn)軸16上，其上安裝有下文會較詳細描述的磁環(huán)36。采用PCB 38形式的支撐部件相對于并且平行于夾持裝置34和磁環(huán)36來設(shè)置，線圈40位于面向磁環(huán)36的一面上，其也將在下文作較詳細的描述。在PCB 38的另一面上，背對著磁環(huán)36的一面上，具有線圈磁通控制器組件42。
如圖1所示，夾持裝置34和設(shè)置其上的磁環(huán)36與轉(zhuǎn)軸16一起轉(zhuǎn)動，然而其上設(shè)置有PCB 38的線圈40保持靜止狀態(tài)，從而當轉(zhuǎn)軸16轉(zhuǎn)動時，在環(huán)形磁體36和線圈40之間產(chǎn)生相對運動。
在圖1中也顯示了繼電器支架44，其上安裝有與定子繞組14的末端46相連的繼電器，用以連接或斷開電動機的饋電線路。
圖1所示的直流電動機使用機架蓋48密封，其主要包括一體的插口/插頭組件50，組件50經(jīng)過連接零件54與信號線52或者線圈末端46連接。
PCB 38、繼電器支架44以及機架蓋48通過中心螺釘、適當?shù)陌纯酆?或通過粘結(jié)夾持在適當位置。
如前文解釋的，本發(fā)明的測速控制器還可以用于其他類型的直流電動機，由此機架和法蘭的設(shè)計以及各種電氣部件的配置和路徑選擇可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的任何方式來設(shè)計。
圖2更詳細地顯示了根據(jù)本發(fā)明的測速控制器的剖面圖。
在圖2中，顯示了具有軸承30和軸16并且由它們支撐的法蘭26。測速控制器的夾持裝置34位于軸16上，并且夾持住磁環(huán)36，使其與軸16不可移動地連接并與其一起轉(zhuǎn)動。位于與磁環(huán)36相對的位置處的支撐部件(傳感器PCB)38，以距離磁環(huán)36固定的軸距夾持在繼電器支架44的一部分上，且平行于磁環(huán)36。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以構(gòu)造其他支撐傳感器PCB 38裝置，并相對直流電動機10的機架固定且與磁環(huán)36的對準。
線圈40設(shè)置在傳感器PCB 38上，平行電動機軸16的軸線并且對等分布在軸16的旋轉(zhuǎn)軸線周圍，其用作記錄軸16速度的探測線圈。在每個線圈中設(shè)置探測軸16旋轉(zhuǎn)位置的霍爾傳感器62，其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到可以選用不同數(shù)量的霍爾傳感器或不同的探測旋轉(zhuǎn)位置的裝置，例如使用感應(yīng)傳感器、光學傳感器或電容傳感器。
用以閉合磁場的線圈磁通控制器42設(shè)置在傳感器PCB38的背對磁環(huán)36一側(cè)。在另一個實施例中，線圈磁通控制器可以同時用作支撐傳感器電路的支架，從而無需設(shè)置單獨的PCB。
圖3顯示了本發(fā)明展示的測速控制器的支撐部件的俯視圖，其中具有四個安裝的傳感器線圈40。該支撐部件38特別由印刷電路板制成，由此觸點60設(shè)置在PCB的一側(cè)，用以連接信號線52以及饋電電線到線圈40和PCB 38上的其他電子零件上。該支撐部件也可以由柔性電路板材料(柔性電路)或者其他任意線圈能粘結(jié)上的合適基板。
但是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施中，單層PCB 38與線圈40和線圈磁通控制器部件42一起使用，線圈40設(shè)置在與磁環(huán)36相面對的一側(cè)，而線圈磁通控制器部分42(未在圖3中示出)設(shè)置在背對磁環(huán)的另一側(cè)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供4個線圈40，其被均勻地設(shè)置在轉(zhuǎn)軸16的圓周周圍，并繞制成平行于其該軸，由此線圈40的中兩兩串連從而如下所述，產(chǎn)生兩個rpm相關(guān)信號。
線圈可以由豎直繞制的非常扁平的線形成，其與硬盤驅(qū)動器的主軸電動機所使用的線圈采用相同方式設(shè)計。在該優(yōu)選實施例中，線圈由細的圓的或者扁平的、包有絕緣材料的、所謂漆包線的線繞制。使用該種線允許在較小線圈高度和減小的空間要求情況下實現(xiàn)最大的匝數(shù)，由此每個線圈具有至少150匝以便產(chǎn)生盡可能最高的輸出信號。使用漆包線具有更多的優(yōu)勢，通過簡單的加熱繞制的線圈，包圍在線周圍的絕緣材料可以熔化，于是產(chǎn)生緊湊而可靠的線圈，其在沒有使用線圈芯的情況下容易操作和固定。絕緣材料可以容易地從連接線圈40的繞組末端去除。
如通過對比圖3和4可以看出，扁平線圈40的外側(cè)輪廓基本上與相對設(shè)置的環(huán)狀磁體42的交替極化部分的形狀相配合。線圈形狀與磁體部分的形狀相配合以及設(shè)置盡可能寬的線圈開口用以產(chǎn)生具有水平部分以及盡可能最陡的側(cè)邊的梯形線圈信號，其還將參考圖6在下文進行詳細解釋。
其他零件可以設(shè)置在PCB 38上，例如產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位置信號的霍爾傳感器62或者產(chǎn)生本發(fā)明的、將在下文參考圖4進行詳細解釋的電路配置的電阻器和電容器(未示出)。
如圖1和2所示，固定有線圈40的PCB 38設(shè)置在與用于環(huán)形磁體36的夾持裝置34相對的位置。圖4顯示夾持裝置34的俯視圖，其可以采用壓在的轉(zhuǎn)軸1 6上的盤片的形式。該夾持裝置34支撐至少一個磁環(huán)36，該磁環(huán)具有交替極化的并對等分布的部分或磁體單元64、66。在所示的該實施例中，磁環(huán)36具有六(6)個交替極化部分64、66，其他實施例可以具有不同數(shù)量的磁極，特別例如八(8)個。
如果本發(fā)明的測速控制器具有一個以上的線圈40或者一對串連的線圈對，本發(fā)明的一個重要方面是基于線圈40和磁環(huán)36的交替磁性部分的正確關(guān)系。特別地，線圈40應(yīng)該設(shè)置成相對于磁環(huán)36的這樣一種方式，使得線圈40其中之一在特定的相對位置完整覆蓋環(huán)形磁體36的部分64或66，同時相鄰的線圈40位于交替磁極部分64、66之間的轉(zhuǎn)變點處。這允許多個串連的線圈或線圈對產(chǎn)生相移信號，由此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，雖然可以得到其他的相移，但選擇了90°相移(電的)。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的測速控制器電路的簡化電路圖，圖5中所說明的情形是利用兩個探測線圈40所分析的信號。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的用以抬升探測線圈40提供的信號的信號電壓的電路布置。
在圖5的左側(cè)，顯示了用于直流電動機的傳感器，即兩個線圈A和B，和四個霍爾傳感器62的其中之一，每個線圈都由兩個串連的線圈40形成，所述霍爾傳感器如圖3所示設(shè)置在PCB 38上。為簡單起見，圖5中沒有顯示其它三個霍爾傳感器，但是盡管如此，其通過相應(yīng)的電路與分析和控制裝置78相連。探測線圈A和B、40提供rpm相關(guān)的、基本上為梯形的交替信號，其幅度或幅度的不同被解釋用以記錄直流電動機的速度。
在優(yōu)選的實施例中，霍爾傳感器62采用具有霍爾傳感器板62和例如MOSFET放大器的輸出放大器80的霍爾集成電路(Hall-IC)的形式。它產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，該數(shù)字輸出信號以階段函數(shù)的形式反應(yīng)旋轉(zhuǎn)的環(huán)形磁體36的南/北極?；魻杺鞲衅?2的輸出信號通過觸點60和濾波電路82傳遞到分析和控制裝置78。
參考圖6，如下文中將詳細解釋的，轉(zhuǎn)軸16的相對位置可以從霍爾傳感器的輸出信號中取得。為了以所要求的分辨率確定相對位置，多個霍爾傳感器交錯90或者120度(電的)設(shè)置。
每個線圈A和B、40，被分派一個由兩個電阻70、72和濾波電容76組成的分壓器。分壓器的輸出信號施加到與分析和控制裝置78相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器74上。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器74和該分析和控制裝置78可以集成在微處理器84中。
分壓電阻70、72被連接在5V的供給電壓Vcc和例如探測線圈40之間，線圈的另一端與參考電壓例如地相連。通過線圈40和環(huán)形磁體36之間的相對運動，線圈40中產(chǎn)生交變電壓，該電壓在+VL_max和-VL_max的電壓值之間振蕩。線圈40中產(chǎn)生的信號的頻率和電壓的幅度都正比于轉(zhuǎn)軸16的速度，由此在本發(fā)明的測速控制器中，解釋了幅度+VL_max和-VL_max以及幅度的差值。
在使用具有足夠匝數(shù)繞制的線圈時，在線圈40中產(chǎn)生的信號具有足夠大的幅度和電流，其可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器74處理，而無需插入例如運算放大器的其他放大器單元。不需要使用例如運算放大器的敏感器件，對于應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中本發(fā)明所述的直流電動機特別有優(yōu)勢。
在解釋線圈40中產(chǎn)生的信號時，所產(chǎn)生的問題是線圈40中產(chǎn)生的信號是例如幅度在+/-4V之間的交流電壓，其不能被傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接解釋。
因此本發(fā)明提出分壓器70、72形式的電路配置，其平分線圈40中產(chǎn)生的信號并且在其上疊加相當于電源電壓Vcc一半的直流電壓。因此，在電阻70、72之間的連接點處產(chǎn)生相當于抬升了1/2Vcc的線圈40中產(chǎn)生的電壓的一半的電壓。
在優(yōu)選實施例中，電源電壓Vcc為+5V，例如，于是疊加電壓+2.5V的直流電壓到線圈40中產(chǎn)生的電壓上。這意味著正比于rpm的信號被施加到模數(shù)轉(zhuǎn)換器74的電壓變化范圍是從+0.5V到+4.5V的輸入端。
如圖5所示的電路配置另外提供了電容器76，用以抑制線圈40中產(chǎn)生的抬升信號的干擾。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用其他任何合適的干擾濾波器來代替電容器76。
圖6顯示標記為線圈A或線圈B串連的兩個線圈對40的rpm依賴輸出信號，以及兩個線圈對的被電壓位移和疊加的輸出信號，其標記為TachoA、B。在圖6中，線圈信號分為四個部分，標記為1、2、3、4，每個部分對應(yīng)線圈A或B的信號曲線中水平的并且因而理想地適于解釋其幅度的部分。由于信號的波形依賴于旋轉(zhuǎn)電流的角度(current angle of rotation)，本發(fā)明提供所要確定的轉(zhuǎn)軸16的旋轉(zhuǎn)位置，從而確定在解釋幅度時應(yīng)該使用哪一段信號曲線。
為了確定旋轉(zhuǎn)位置，提供有如圖3所示的霍爾傳感器HA、HB、HC和HD 62?；魻杺鞲衅鱄C和HD被相移90度(電的)。依賴于這些霍爾傳感器HC、HD的輸出信號，可以確定在分析幅度中使用的有效的信號波形。依賴霍爾傳感器62的輸出信號，分析控制裝置78觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器74從而為其處理線圈A或線圈B或者線圈對的輸出信號。用于分析線圈信號幅度的有效信號部分為部分1(Coil A)＝HD∩HC部分2(Coil B)＝HD∩HC部分3(Coil A)＝HC∩HD部分4(Coil B)＝HC∩HD實際上，霍爾傳感器也用于確定轉(zhuǎn)軸16的旋轉(zhuǎn)位置，從而控制線圈相位的輸出晶體管。為了這個目的，霍爾傳感器HA、HB和HC設(shè)置為相移120度(電的)，由此用以控制直流電動機的相位U、V、W的以下條件為Phase U＝HA∩HB
Phase V＝HB∩HCPhase W＝HC∩HA本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到任何其他類型的旋轉(zhuǎn)位置傳感器可以用來探測轉(zhuǎn)軸16轉(zhuǎn)動角度，從而確定用于分析信號幅度的線圈信號合適的部分以及因此確定轉(zhuǎn)軸16的速度。
在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，線圈40以這樣一種方式，關(guān)于磁環(huán)36的磁極部分64、66交錯排列，使得線圈對中產(chǎn)生的信號A和B之間存在90°的信號位移(電的)。這在信號波形上產(chǎn)生交疊的水平部分，如疊加信號TachoA、B中所示，其依賴于轉(zhuǎn)軸16的旋轉(zhuǎn)位置，能夠以這樣一種方式加以解釋使得幅值總是在線圈信號的水平區(qū)域記錄。如前文所述，旋轉(zhuǎn)位置可以用光學的、磁的、感應(yīng)的或其他任何合適的傳感器探測。
在本發(fā)明的測速控制器中，發(fā)明了一種設(shè)計和構(gòu)造的簡單的解決方案用以產(chǎn)生具有更高的輸出幅度的rpm相關(guān)信號，其非常抗干擾，也可以在汽車領(lǐng)域的極端條件下可靠地進行操作。僅需在直流電動機的附近設(shè)置電路配置的線圈、電路的分壓器70、72和干擾濾波器76，該些裝置都可以由不敏感的無源元件制成。敏感的電子元件是不必要的，而且可以設(shè)置在直流電動機的外部。抬升信號使得使用簡單標準的元件用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器成為可能，由此使用具有足夠的匝數(shù)繞制的線圈將會保證足夠高的信號幅度。
在實施本發(fā)明時，無論是單獨使用各個實施例或者是任意組合各實施例，以上描述所披露的特征、附圖以及權(quán)利要求書都是重要的。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生rpm相關(guān)信號的裝置，具有多個具有交替極性的磁體單元(64、66)，設(shè)置并分布在軸(16)的圓周周圍，以及至少一個線圈(40)，其平行所述的軸，設(shè)置在支撐部件(38)上，由此磁體單元(64、66)和線圈(40)在空間上彼此相對設(shè)置，并且可以通過軸(16)的旋轉(zhuǎn)彼此相對旋轉(zhuǎn)從而在線圈(40)中產(chǎn)生rpm相關(guān)信號，以及具有電路配置(70、72)，其接受線圈(40)中產(chǎn)生的信號并且在信號上疊加直流信號從而產(chǎn)生電壓位移信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中直流電源電壓(Vcc)，其提供正的直流電壓使得rpm相關(guān)信號被抬升到正電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中電路配置主要包括分壓器(70、72)，其一個觸點與線圈(40)相連而另一個觸點與直流電壓(Vcc)相連，由此在分壓器(70、72)的中間抽頭處產(chǎn)生電壓位移信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中分壓器主要包括串連的兩個電阻(70、72)，其連接點形成分壓器的中心抽頭，以及線圈(40)與參考電壓相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中干擾濾波器(76)連接在中心抽頭和參考電壓之間。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(74)用于分析電壓位移信號。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中提供至少兩個、特別地是四個或者六個線圈(40)，所述線圈被設(shè)置并對等分布在軸(16)的圓周周圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中提供偶數(shù)個線圈(40)，由此兩個線圈(40)被串連并且還連接到信號位移電路(70、72)。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中線圈(40)為繞制的線圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中線圈(40)是扁平的線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中線圈(40)由豎直設(shè)置的細的扁平的線繞制而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、10或者11所述的裝置，其中線圈(40)由細線、涂有絕緣材料、特別是漆包線繞制，其中在線圈末端的絕緣層絕緣材料被去除，用來連接線圈(40)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任意一項所述的裝置，其中線圈(40)具有至少150匝。
14.根據(jù)權(quán)利要求書9至13中任意一項所述的裝置，其中線圈(40)繞制在線圈芯上。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中磁通控制器單元(42)被分配給線圈(40)。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中所述的支撐部件(38)主要包括剛性和/或軟性PCB。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中所述的磁體單元(64、66)采用磁環(huán)(36)的形式，其具有交替極化部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述的磁環(huán)(36)具有4個到12個，特別是6個，交替極化部分(64、66)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置，其中所述的線圈(40)采用扁平線圈的形式，其圓周輪廓與磁環(huán)部分(64、66)的形狀相配合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述的線圈(40)每個都具有兩個放射形部分，其沿徑向延伸至軸(16)和兩個周邊部分，所述周邊部分在它們的內(nèi)部和外部末端處連接所述放射形部分。
21.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中所述線圈(40)粘結(jié)在所述支撐部件(38)的面對磁體單元的表面上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述支撐部件(38)與線圈(40)相對的一側(cè)上設(shè)置有分配給每個線圈(40)的磁通控制器單元(42)。
23.根據(jù)權(quán)利要求7或以上權(quán)利要求中的任意一項所述的裝置，其中分析和控制裝置(78)用于分析rpm相關(guān)信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中提供有旋轉(zhuǎn)位置傳感器，其記錄軸(16)的旋轉(zhuǎn)位置以及，根據(jù)所確定的旋轉(zhuǎn)位置，分析和控制裝置(78)決定分析哪個線圈(40)的rpm相關(guān)信號的哪個半波，以確定速度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中旋轉(zhuǎn)位置探測器為光學的、感應(yīng)的或磁的傳感器。
26.一種在電動機中產(chǎn)生rmp相關(guān)信號的方法，其中主要包括多個具有交替極性的磁體單元(64、66)，其被設(shè)置并分布在軸(16)的圓周周圍，以及至少一個平行軸的線圈(40)，其與磁體單元(64、66)相距一軸距設(shè)置在支撐部件(38)上，由此磁體單元(64、66)和線圈(40)空間上彼此相對設(shè)置并且通過軸(16)的旋轉(zhuǎn)可以彼此相對旋轉(zhuǎn)，其中通過軸(16)的旋轉(zhuǎn)，rpm相關(guān)信號在線圈(40)中產(chǎn)生；以及直流電壓(1/2Vcc)疊加到rpm相關(guān)信號上從而產(chǎn)生電壓位移信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述rpm相關(guān)信號為正常直流電壓。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的方法，其中所述直流電壓是正的。
29.根據(jù)權(quán)利要求26、27或28所述的方法，其中分析位移信號的幅度從而確定轉(zhuǎn)軸(16)的速度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)位置被記錄以及，依賴所確定的旋轉(zhuǎn)位置，分析rpm相關(guān)信號的幅度。
31.具有根據(jù)權(quán)利要求1至25中任意一項所述的裝置的電子整流直流電動機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)信號的裝置，或者測速控制器，包括多個交替極化的磁體單元，以一種分布方式設(shè)置在轉(zhuǎn)軸圓周周圍。該磁體單元優(yōu)選設(shè)置成磁環(huán)的形式，其各部分顯示交替的磁極性并且被夾持在固定在轉(zhuǎn)軸上的支架上。所述的測速控制器包括至少一個線圈，該線圈平行該軸，其以距離磁體單元一軸向間隔設(shè)置在其它支架裝置上。該磁體和線圈彼此相對設(shè)置而且可以以這樣一種方式相對旋轉(zhuǎn)使得在線圈中產(chǎn)生速度相關(guān)的信號。根據(jù)本發(fā)明，提供一種信號位移裝置，其疊加直流電壓到線圈中產(chǎn)生的信號上從而產(chǎn)生電壓位移信號。所述的電壓優(yōu)選為正電壓，以便把速度相關(guān)信號抬升到正電壓的范圍內(nèi)。
文檔編號H02K3/50GK1518666SQ02812474
公開日2004年8月4日 申請日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者喬基姆·海茲曼, 喬基姆 海茲曼, 克洛普齊格, 馬庫斯·克洛普齊格, 漢斯－喬基姆·威斯克, 腔 貳ね 箍 申請人:美蓓亞株式會社