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1、10申请公布号CN102025307A43申请公布日20110420CN102025307ACN102025307A21申请号201010284010422申请日20100913102009029410420090914DEH02P7/0620060171申请人罗伯特博世有限公司地址德国斯图加特72发明人J范戈塞姆G鲁斯74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人曹若梁冰54发明名称马达系统、测量马达系统中转速的装置和转速测量的方法57摘要本发明涉及马达系统、测量马达系统中转速的装置和转速测量的方法。一种马达系统1，其具有电刷整流的电动马达以及一个或者多个测量单元，其中电动马达2包。
2、括具有至少三个电刷4的整流器3，其中至少设置多个相同极性的电刷4，所述电刷通过共同的供电线路6与供电电势连接，其中在所述供电线路6和所述多个电刷中的至少一个电刷之间布置了用于测量关于通过相应电刷4的电刷电流的数据的测量单元9。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页CN102025321A1/1页21马达系统1，具有电刷整流的电动马达以及一个或者多个测量单元9，其中，所述电动马达2包括具有至少三个电刷4的整流器3，其中至少设置多个相同极性的电刷4，所述电刷通过共同的供电线路6与供电电势连接，其中，在所述供电线路6和所述多个电刷。
3、中的至少一个电刷之间布置了用于测量关于通过相应电刷4的电刷电流的数据的测量单元9。2按权利要求1所述的马达系统1，其中，所述整流器包括一定数量的整流子片13，所述整流子片能够与多个电刷4接触，所述数量不是极对数的整数倍。3按权利要求2所述的马达系统1，其中，所述整流子片13的数量相应于极对数和自然数的乘积加上1或者减去1。4按权利要求1到3中任一项所述的马达系统1，其中，为多个电刷分别配设了测量单元9。5按权利要求1到4中任一项所述的马达系统1，其中，所述测量单元9具有测量电阻或感应的耦合元件。6按权利要求1到5中任一项所述的马达系统1，其中，所述测量单元布置在所述供电线路6和多个相同极性的电。
4、刷4之间。7按权利要求1到6中任一项所述的马达系统1，其中，所述多个电刷4相互间均匀地错开。8用于测量按上述权利要求中任一项所述的马达系统1中的电动马达2的转速数据的装置，具有分析单元10，该分析单元接收一个或者多个测量单元9的至少一个探测信号，并且用于根据一个或者多个探测信号求得转速数据。9按权利要求8所述的装置，其中，构造所述分析单元10用于作为所述一个或者多个探测信号的频率求得转速数据。10按权利要求8所述的装置，其中，构造所述分析单元10用于作为多个所述探测信号的差求得信号差并且作为信号差的频率求得转速数据。11用于测量按上述权利要求中任一项所述的马达系统1中的电动马达2的转速数据的方。
5、法，具有以下步骤接收一个或者多个测量单元的至少一个探测信号；作为一个或者多个探测信号的频率或者作为信号差的频率求得转速数据，该信号差相应于多个所述探测信号的差。权利要求书CN102025307ACN102025321A1/4页3马达系统、测量马达系统中转速的装置和转速测量的方法技术领域0001本发明涉及电刷整流的直流马达，其中通过分析电流特性曲线来测量转速。背景技术0002通常借助于额外的位置传感器、例如霍尔传感器、GMR传感器以及类似传感器以公知的方式检测直流马达的转速。位置传感器与直流马达的转子相耦合，从而在转子运动时同样使位置传感器的一部分运动。在此，由位置传感器产生电流脉冲或者电压脉冲。
6、。分析电流脉冲或者电压脉冲，例如在预先确定的时间窗中对脉冲进行计数，从而获得关于直流马达的转速的数据。0003无传感器地确定转速的替代方案规定了对直流马达的供电线路上的电流波动性的分析。在此，分析供电线路上的电流，该电流在直流马达的转子运动时由于电枢的开槽以及取决于转子运动的整流而具有规则的波动性。由于整流器上的不规则的铜锈、机械振动或者不圆度，所述电流波动性会变得不规则，从而不能对所有的应用情况可靠地使用这种对转速进行测量的方法。0004此外，在使用具有整流器的直流马达时无传感器地进行的转速测量存在缺点，其中直流马达具有两个以上的电刷。在这种马达系统中，通常通过共同的供电线路向至少两个所述电。
7、刷提供电流。由此，由于电刷在整流器上错开的布置，通过多个相同极性的电刷引起的电流的电流波动性在共同的供电线路上叠加，加在共同的供电线路上并且由于其相位差而减弱。由此，在这种马达系统中明显提高了对供电线路上的电流波动性进行检测和分析的花费，因为必须相应地选择无传感器地进行的转速测量的敏感度。发明内容0005本发明的任务是提供一种具有直流马达的马达系统，用该马达系统能够根据电流特性曲线或者通过对电流波动性的分析更好地求得转速。此外，本发明的任务是提供一种用于求得马达系统中转速的装置以及一种用于此的方法。0006该任务通过按权利要求1所述的马达系统以及通过按并列权利要求所述的装置和方法得到解决。00。
8、07其它有利的设计方案在从属权利要求中进行说明。0008根据第一方面，设置了一种马达系统，该马达系统具有电刷整流的电动马达以及一个或者多个测量单元。电动马达包括具有至少三个电刷的整流器，其中设置了多个相同极性的电刷，所述电刷通过共同的供电线路与供电电势连接，其中在所述供电线路和所述多个电刷中的至少一个电刷之间布置了测量单元用于测量关于通过相应电刷的电刷电流的数据。0009本发明的构思在于，提供一种马达系统，用该马达系统能够以更好的方式求得电动马达的转速。通过在供电线路和多个相同极性的电刷之一之间设置用于检测电流的测量单元，能够在叠加到共同的供电线路上之前检测由电动马达的整流引起的电流波动说明书。
9、CN102025307ACN102025321A2/4页4并且为了求得转速数据而使用所述电流波动。0010此外，整流器能够包括一定数量的整流子片，所述整流子片能够与多个电刷接触，所述数量不是极对数的整数倍。0011根据一种实施方式，所述整流子片的数量可以相应于极对数和自然数的乘积加上1或者减去1。0012由此，在具有每个极性大于一个电刷的直流马达中保证不同时对具有相同极性的电刷进行整流。这导致电刷电流之间的相位差，使得电流波动性叠加在共同的供电线路上，并且由于非同时的整流而至少部分地消除所述电流波动性。这是值得向往的，因为由此所述电流波动会导致供电直流电压上干扰的电压波动。然而，这使得电流波动。
10、性频率的检测变得困难，该频率是关于电动马达转速的数据。用上面的马达系统能够检测各个电刷电流，其中在供电线路上同时只存在微小的电流波动性，该电流波动性相应于多个相位错开的电刷电流的总和。由此也可以将扭矩波动性保持得很小。0013此外，可以为多个电刷分别配设测量单元。根据一种实施方式，所述测量单元可以具有测量电阻或者感应的耦合元件。0014根据一种实施方式，所述测量单元可以布置在供电线路和多个相同极性的电刷之间。0015此外，所述多个电刷可以相互间均匀地错开。0016根据另一方面，设置了用于在上面的马达系统中测量电动马达转速数据的装置。所述装置包括分析单元，该分析单元接收一个或者多个测量单元的至少。
11、一个探测信号，并且用于根据一个或者多个探测信号求得转速数据。0017此外，可以构造分析单元用于作为一个或者多个探测信号的频率求得转速数据。作为替代方案，可以构造所述分析单元用于作为多个所述探测信号的差求得信号差并且作为信号差的频率求得转速数据。0018根据另一方面，设置了用于在上面的马达系统中测量电动马达转速数据的方法。所述方法包括以下步骤0019接收一个或者多个测量单元的至少一个探测信号；并且0020作为一个或者多个探测信号的频率或者作为信号差的频率求得转速数据，该信号差相应于多个所述探测信号的差。附图说明0021下面根据附图对本发明的优选实施方式进行详细解释。其中0022图1是具有直流马达。
12、的马达系统的示意图，该直流马达具有四个极以及十五个整流子片，所述整流子片通过每相同极性两个电刷进行接触；0023图2是具有直流马达的马达系统的示意图，该直流马达具有六个转子极、二十个整流子片以及每相同极性三个电刷，以及0024图3是具有直流马达的马达系统的示意图，该直流马达具有六个转子极、二十个整流子片以及一个极性的两个电刷和另一个极性的一个电刷。0025相同的附图标记表示相同功能的或者类似功能的元件。说明书CN102025307ACN102025321A3/4页5具体实施方式0026在图1中示意性示出了马达系统1。该马达系统1包括直流马达2，该直流马达具有位于转子12上的整流器3。该转子12。
13、具有转子绕组11，所述转子绕组能够通过整流器3的整流子片13进行电接触。所述整流子片13通过电刷4进行电接触，其中所述电刷4在转子12旋转时在整流子片13上沿着滑动，并且由此分别用一个或者两个所述整流子片13实现电连接。施加在电刷4上的电压就加载到了配属于接触的整流子片13的转子绕组11上。0027所述直流马达2具有四个转子极14，也就是两个极对，所述转子极能够分别构造成永磁体，从而提供励磁场。通常设置一定数量的电刷4用于整流器3，其中每两个电刷4具有相同的极性。所述电刷4在该实施例中围绕整流器3均匀分布地进行布置，也就是说所述电刷4围绕整流器3以90错开地进行布置，并且相互相邻的电刷具有不同。
14、的极性。0028所述整流子片13的数量在图1的实施方式中确定为15，使得围绕整流器以90错开的电刷4在不同的时间点与相应最近的整流子片5接触，从而与配属于最近的整流子片5的转子绕组11进行电连接。相同极性的电刷4分别通过电连接相互连接并且与配属的供电线路6连接。通过供电线路6提供由此分别在不同极性的两个电刷4之间施加的供电电压。由此，总电流作为流过相同极性的电刷4的电刷电流的总和在与相同极性的电刷4连接的供电线路6上流动。0029由于整流子片13的数量不是偶数，转子绕组以叠绕组的形式进行布置，其中每个所述转子绕组11通过相互相邻的整流子片13进行接触。0030在流过电刷对的两个电刷4的在供电线。
15、路6上流动的总电流中，通过电刷电流的叠加消除了电刷电流的基波十五阶的旋转频率。只有第一高次谐波以显著更小的振幅保留在供电线路6上。然而第一高次谐波的信号比基波的信号显著更小，并且因此很难检测。因此，为了提供足够大的电流信号，提出设置相应的测量装置，该测量装置分析流过一个或者说两个相同极性的电刷4的电流。0031在图1的马达系统中，用正供电电势加载的电刷4分别通过测量电阻9与用于高供电电势的供电线路6连接，从而只有电刷电流作为部分电流流过相应的测量电阻。不言而喻，作为替代方案或者补充方案，测量电阻也可以连接到用于低供电电势的电刷4上。相应于电刷电流，测量电压分别作为探测信号在测量电阻9上下降，该。
16、测量电压定性地在测量电阻9的电压时间图表中示出。可以借助于分析单元10对在那里测量的电流波动性进行分析，该分析单元与测量电阻9连接，从而检测在那里施加的测量电压作为用于相应的电刷电流的数据。0032为此，可以分析相应的探测信号，该探测信号配属于电刷4之一。由此，向分析单元10提供信号，其中没有通过叠加来消除电刷电流的基波，从而能够从相应的探测信号中以简单的方式识别转速。0033不仅可以根据探测信号之一而且可以借助于多个用于多个电刷4的探测信号进行分析。在此，可以单独进行分析并且将所获得的基本上与探测信号的频率成比例的转速输入相互间进行可信度测试。0034作为替代方案或者补充方案，可以形成探测信。
17、号的差，从而获得信号差。该差说明书CN102025307ACN102025321A4/4页6的形成可以在分析单元10中例如借助于差值放大器没有示出以及类似元件实现。在示出的实施例中，作为探测信号检测关于在整流器3上相互对置的电刷4的电刷电流的数据，所述电刷电流相互间具有180的相位差。由此，在差形成时将有待分析的信号差的振幅加倍。这显著简化了在分析单元10中的分析。0035图2示出了具有直流马达2的马达系统1的示意图，其中直流马达2具有六个转子极14并且带有20个整流子片13。所述20个整流子片13通过三个正极性的电刷4和三个负极性的电刷4进行接触。所述三个负极性的电刷4以120的相位错开。正。
18、极性的电刷4分别相对于负极性的电刷4以60的相位错开。换句话说，所述电刷4相互间具有60的偏差，其中相邻的电刷4具有不同的极性。测量电阻9形式的测量单元分别布置在供电线路6和负极性的电刷4之间。0036在流过所有负极性的电刷4的总电流中消除了电刷电流的基波二十阶的旋转频率。结果，在相应的供电线路6上通过第二高次谐波六十阶的旋转频率以明显很小的振幅保留，流过负极性的电刷4的电刷电流加在所述供电线路上。0037在图2所示的实施方式中，借助于测量电阻9检测流过所有负极性的电刷的电刷电流，并且将相应的探测信号输入分析单元10。在那里可以如上所述通过探测信号之一上的频率测量来确定转速，或者根据多个所述探。
19、测信号之间的差来确定转速，因为所述探测信号由于整流子片13的由电刷4引起的整流的相位移动而进行相位移动。0038在图3中示出了具有直流马达2的马达系统1的另一实施方式，其中直流马达2具有六个转子极以及20个整流子片13。所述20个整流子片13通过两个正极性的电刷4和一个负极性的电刷进行接触。所述两个正极性的电刷以120的相位差布置在整流器上，而负极性的电刷相对于正极性的电刷之一以60错开、优选布置在正极性的电刷之间。在用于两个正极性的电刷4的供电线路6上的总电流中，通过相位差减少电刷电流的基波二十阶的旋转频率，而在仅仅将一个测量单元、这里是测量电阻9设置在用于正极性的电刷4的输入分支中时可以减。
20、少损耗功率，因为只需通过测量单元引导整个供电电流的大致一半。0039所述测量单元优选构造成测量电阻，从而可以以探测电压的形式截取流过该测量单元的电流。作为测量电流的替代方案，同样可以像比如通过感应耦合以及类似方式测量电流的交流部分，这还具有这样的优点，即供电电流的直流部分不会到达分析单元10。作为测量电阻9的替代方案，也可以设置用于将电流输入相应的电刷4的简单的导体电路，其中提供在导体电路的区段上的电压降作为分析单元的探测信号。0040为了实现本发明，重要的是，设置多个相同极性的电刷4，通过相应的部分输入线路向所述电刷输入供电电压的供电电压电势。这里描述的直流马达2具有大于1的极对数，因为否则的话设置多个相同极性的电刷就没有意义了。0041为了在相应最近的整流子片13在电刷之一上进行整流时在设有测量单元的电刷之间出现相位差，所述整流子片的数量尽可能不是极对数的整数倍。这例如可以通过遵循以下条件来实现0042LJP/10043其中L相应于整流子片13的数量，P相应于极对数并且J相应于自然整数。说明书CN102025307ACN102025321A1/3页7图1说明书附图CN102025307ACN102025321A2/3页8图2说明书附图CN102025307ACN102025321A3/3页9图3说明书附图CN102025307A。