專利名稱：同步電動機(jī)、電動機(jī)系統(tǒng)、和用于運(yùn)行電動機(jī)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步電動機(jī)，其具有多個(gè)定子線圈和一個(gè)轉(zhuǎn)
子，該專爭子具有至少一個(gè)7lOf茲體。此外本發(fā)明還涉及一種具有這種 同步電動4幾的電動才幾系統(tǒng)，以及涉及一種用于運(yùn)4亍這種電動才幾系統(tǒng) 的方法。
背景技術(shù)：
同步電動機(jī)通常具有帶有定子線圈的布置，這些定子線圈分別
以合適的方式利用驅(qū)動電流;故控制，以用于產(chǎn)生驅(qū)動石茲場。該驅(qū)動 《茲場驅(qū)動了具有至少一個(gè)永》茲體的轉(zhuǎn)子。在設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)子
中，驅(qū)動》茲場始終#皮這樣施加，即該f茲場垂直于通過7JCf茲體產(chǎn)生的
專爭子；茲場的主》茲通方向。
同步電動才幾的特4正在于，轉(zhuǎn)子仿J又具有7l^f茲體而不具有線圈， 以及因此不需要^:向器或其它的具有電刷、滑動觸頭(Schleifer) 和類似物的裝置，來將線圈電流輸送給轉(zhuǎn)子。然而，在一些使用同 步電動機(jī)的應(yīng)用中，這一點(diǎn)可能是必需的，即需要在轉(zhuǎn)子上的供給 電流，從而為位于那里的用電設(shè)備供給電能。
使用換向器或其它的使用滑動觸頭或電刷的裝置使供給電流 達(dá)到轉(zhuǎn)子上的方法是有害的，因?yàn)檫@種方法提高了這些裝置的磨損程度并且因此對于按照規(guī)定的運(yùn)行來說必須定期對這些裝置進(jìn)行 維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種同步電動機(jī)，在該同步電動機(jī)中 可以在轉(zhuǎn)子上提供附加的供給電流，而不需要用于提供供給電流的 提高磨損程度的裝置。此外本發(fā)明的目的還在于，提供一種電動機(jī) 系統(tǒng)以及一種用于運(yùn)行這種電動機(jī)系統(tǒng)的方法，其中在磨損程度低 的情況下可以在轉(zhuǎn)子側(cè)提供供給電流。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動機(jī)、根據(jù)權(quán)利要求
8所述的電動機(jī)系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求IO所述的用于運(yùn)行這種電動 才幾系統(tǒng)的方法來實(shí)i見。
本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行說明。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面設(shè)置同步電動機(jī)，其具有多個(gè)定子線 圈和一個(gè)帶有至少一個(gè)永;茲體的轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子上的永石茲體在主i茲通
方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子》茲場。此外在轉(zhuǎn)子上安裝至少一個(gè)線圈繞組，以使 得通過借助于定子線圈所施加的交變^茲場的分量在該線圈繞組中 感應(yīng)出次級電流，該次級電流可以通過可i殳置在轉(zhuǎn)子上的用電i殳備 一皮分4姿或者^y妻出(abgreifbar )。
才艮據(jù)本發(fā)明的同步電動才幾以簡單的方式，i"又Y又通過應(yīng)用定子線 圈實(shí)現(xiàn)了能夠在轉(zhuǎn)子上設(shè)置的線圈繞組中感應(yīng)出供給電流，從而在 定子上不需要附加的初級繞組。為此在定子線圈上除了用于驅(qū)動轉(zhuǎn) 子所必需的驅(qū)動電流之外也還施加了相應(yīng)的初級電流，這些初級電 流在設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的線圈繞組的繞組軸線的方向上產(chǎn)生交變磁場， 以用于在線圈繞組中感應(yīng)次級電流。由此在轉(zhuǎn)子上提供了作為次級
6電流的供給電流，而不必設(shè)置不耐磨的電刷-或滑動觸頭裝置以用于 傳輸供給電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在轉(zhuǎn)子上設(shè)置用電設(shè)備，該用電設(shè) 備與線圈繞組連接，以將次級電流施加到用電設(shè)備上。
優(yōu)選地將線圏繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，以使得該繞組的繞組軸線的 走向平行于通過永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場的主磁通方向。由此，使得 用于感應(yīng)供給電流而#皮施加到定子線圈上的交變》 茲場不對用于驅(qū) 動轉(zhuǎn)子的驅(qū)動磁場產(chǎn)生不利影響，這是因?yàn)樵摻蛔兇艌霾唬?1起對轉(zhuǎn) 子的附加的驅(qū)動力。
此外，轉(zhuǎn)子可以具有轉(zhuǎn)動件，其中設(shè)置在該轉(zhuǎn)動件上的至少一 個(gè)7JO 茲體產(chǎn)生》茲場，該/磁場具有相X于于4爭動^f牛軸線的至少一個(gè)^:向分量。
^尤選;也，線圈繞《且至少部分;也圍繞至少一個(gè)7lCf茲體。
此夕卜，至少一個(gè)永磁體的極可以相對于轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動件軸線相 互面只于。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，同步電動4幾可以i殳計(jì)為直線同 步電動才幾，其中多個(gè)定子線圈i殳置在縱向方向上。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，設(shè)置一個(gè)電動才幾系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 前述的同步電動^/L和具有控制單元，通過下述方式以驅(qū)動同步電動 機(jī)利用各自的驅(qū)動電流控制定子線圈，以使得在垂直于主》茲通方 向的方向上產(chǎn)生驅(qū)動磁場，其中該控制單元^皮進(jìn)一步設(shè)計(jì)成用于將 各自的初級電流疊力口于各自的驅(qū)動電流上，該初級電流在一個(gè)方向
7上產(chǎn)生交變》茲場，在該方向上可以感應(yīng)在線圈繞組中的次級電流， 特別是在至少 一個(gè)7JC》茲體的主i茲通方向上。
將定子線圈既用于施加驅(qū)動》茲場，又用于在線圈繞組中感應(yīng)供
給電流，能夠使得放棄附加的初級繞組以在線圏繞組中感應(yīng)供給電 .'六
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方式，控制單元可以設(shè)計(jì)成用于向被 疊加了相應(yīng)的初級電流的各自的驅(qū)動電流疊加相應(yīng)的；茲場減弱電 流，以使j尋在主《茲通方向上產(chǎn)生均勻》茲場，以用于以》茲場減弱工作 方式運(yùn)4亍同步電動才幾。
才艮據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面設(shè)置一種用于運(yùn)行具有前述的同步 電動 f幾的電動才幾系統(tǒng)的方法，其中通過下述方式驅(qū)動該同步電動
才幾利用驅(qū)動電流控制定子線圈，以4吏得在垂直于主^茲通方向的方 向上產(chǎn)生驅(qū)動f茲場，其中將初級電流疊加于驅(qū)動電流，該初級電流 在一個(gè)方向上產(chǎn)生交變》茲場，在該方向上感應(yīng)出線圏繞組中的次級 電流，特別是在至少 一個(gè)永》茲體的主》茲通方向上。
此外，可以向被疊加了各自的初級電流的相應(yīng)的驅(qū)動電流疊加 z磁場減弱電流，以用于在主石茲通方向上產(chǎn)生均勻》茲場，乂人而可以實(shí) 施同步電動才幾的；茲場減弱工作方式。


下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。 附圖所示為
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電動機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方式的直線同步電動機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是電動才幾系統(tǒng)11的示意圖，該系統(tǒng)具有同步電動沖幾12和 控制單元13。該同步電動機(jī)12具有殼體14，在該殼體中設(shè)置定子 線圈15。在第一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)定子線圏15相互之間分別以120° 偏移并圍繞置于內(nèi)部的轉(zhuǎn)動件16設(shè)置。該轉(zhuǎn)動件16具有兩個(gè)永》茲 體17，這些永磁體作為殼形》茲鐵設(shè)置在基本上呈圓柱形的轉(zhuǎn)動件 16的相對于轉(zhuǎn)動軸線18相互面對的側(cè)面上。永J茲體17的4及之間獨(dú): 此對準(zhǔn)(gleichgerichtet),以〗吏得在轉(zhuǎn)動件16的d-軸線的方向上通 過永》茲體17形成轉(zhuǎn)子i茲場，該方向與主石茲通方向相符。定子線圈 15的數(shù)量基本上可以自由選擇，并且每個(gè)定子線圏15也可以作為 定子線圈義^沒置在4爭動^f牛16的相對于轉(zhuǎn)動軸線相互面3于的側(cè)面上。
定子線圈15通過相應(yīng)的控制線路19與控制單元13連接，從 而可以借助于分別的驅(qū)動電流來控制定子線圏15,以在轉(zhuǎn)動件16 的區(qū)域中形成所引起的驅(qū)動不茲場，該》茲場的走向垂直于通過7JC石茲體 17產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子》茲場的主》茲通方向。為了分別地測定轉(zhuǎn)子,茲場的當(dāng)前 的主》茲通方向，必須確定轉(zhuǎn)動件的位置，這可以通過合適的位置撰: 測器進(jìn)4亍。可選地，在無4果測器的同步電動才幾中可以測定在定子線
此外，轉(zhuǎn)動件16配有一個(gè)或多個(gè)(在示出的實(shí)施例中是兩個(gè)) 線圏繞組20,其與用電設(shè)備25連接，該用電設(shè)備可以設(shè)置在同步 電動機(jī)內(nèi)部，或者可以i殳置在轉(zhuǎn)動件軸線18上的其它的位置上， 并與線圈繞組20這沖羊i也連4妄，即在線圈繞組中所感應(yīng)的次纟及電流 可以用作用于運(yùn)4于用電i殳備25的供纟合電流。代替了在同步電動機(jī)12的殼體14中設(shè)置的初級繞組，借助于 定子線圈15來感應(yīng)供給用電設(shè)備25的次級電流。定子線圈15通 過控制單元13來控制，乂人而在線圈繞組20的繞組軸線方向上產(chǎn)生 交變》茲場，以使得在線圈繞組20中形成次級電流。
在如在圖1中所示出的優(yōu)選的實(shí)施例中，線圏繞組20的繞組 軸線的走向平4于于通過永磁體形成的轉(zhuǎn)子石茲場的主磁通方向的d-軸線。在這種情況下有利的是，交變磁場不具有在轉(zhuǎn)動件16的q-軸線方向上的分量，其中q-軸線方向垂直于轉(zhuǎn)動件16的d-軸線， 以-使得通過交變石茲場不對轉(zhuǎn)動件16的驅(qū)動產(chǎn)生不利影響。
4空制單元13具有驅(qū)動電^各21，該驅(qū)動電路通過4空制線^各19 交替地將各自的控制電壓施加到定子線圏15上，以4吏得例如在轉(zhuǎn) 動件16的旋轉(zhuǎn)速度不變的情況下，驅(qū)動電流的正弦形的電流走向 流經(jīng)定子線圈15,定子線圈基本上相互之間分別以120。偏移走向。 由此在同步電動才幾12的內(nèi)部形成了所引起的驅(qū)動萬茲場，該^茲場的 走向始終垂直于通過永石茲體17產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子》茲場的主不茲通方向，也 就是i兌，在q-軸線方向上。
此夕卜，控制單元13具有輸入耦合電路22,該輸入耦合電i 各引 起在定子線圈15中的各自的初級電流，該初級電流引起在d-軸線 方向上，也就是"i兌，在線圈繞組20的繞組軸線的方向上所生成的 交變磁場。
交變》茲場感應(yīng)在線圈繞《且20中的次級電;危，利用該次級電《u 可以給用電設(shè)備25供電。由此，可能實(shí)現(xiàn)的是，力欠棄在同步電動 機(jī)12的殼體14中的初級線圈裝置，以感應(yīng)次級電流用作用電設(shè)備 25的供給電流。換言之，使用定子線圈15，這是為了除驅(qū)動磁場 之外還建立交變^茲場。輸入耦合電路22通過將被脈動的(g印ulsten )
10初級電壓疊加到在控制線路19上的控制電壓上而產(chǎn)生在定子線圈 15中的各自的初級電流。
線圈繞組20在極的覆蓋率(Polabdeckung)小于100%、例如是 80%的情況下可以經(jīng)過殼形,茲4失而圍繞著該殼形^茲鐵被引導(dǎo)，以使 得通過永^茲體形成的轉(zhuǎn)子磁場的主磁通不受到不利影響。代替了兩 個(gè)所示出的線圈繞組20，也可以在轉(zhuǎn)動件16中設(shè)置唯一的線圈繞 組，該繞組則優(yōu)選i也i殳置為相對于凝:轉(zhuǎn)軸線對稱。在應(yīng)用兩個(gè)或多 個(gè)線圈繞組20的情況下需要注意的是，這些繞組同樣^殳置為相對 于旋轉(zhuǎn)軸線對稱，這是為了一方面不引起在轉(zhuǎn)動件16中的不平衡 (Unwucht)和另 一方面實(shí)現(xiàn)對次級電流的均勻的感應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)同步電動機(jī)的更高的轉(zhuǎn)速，可以設(shè)置磁場減弱工作方 式，在該工作方式中相對于轉(zhuǎn)子^茲場相反地借助于定子線圈15施 加均勻磁場，以由此降低在定子線圈15上的通過同步電動機(jī)的運(yùn) 行而引起的電壓。為此除了驅(qū)動電流之外還通過驅(qū)動電路21向定 子線圈施加磁場減弱電流，其建立與永磁體17的磁場相反的均勻 》茲場，也t尤是i兌在d-軸線方向上的^茲場，以減少在主^茲通方向上的 主磁通。在這種情況下利用各自的總電流來控制定子線圏15，該總 電流由驅(qū)動電流、^t場減弱電流以及用于將次級電流輸入耦合到線 圈繞組20中的初級電流構(gòu)成。
在圖2中示出，在直線或者說線性電動才幾的情況下也可以i殳置 上述的將次級電流輸入耦合到在轉(zhuǎn)子上所設(shè)置的線圈繞組中的原 理。在圖2中設(shè)置了直線電動機(jī)系統(tǒng)31，該系統(tǒng)具有直線同步電動 機(jī)32和控制單元33。該直線同步電動機(jī)32具有帶有多個(gè)定子凸出 部分50的定子34，這些凸出部分分別支撐了定子線圈35中的一個(gè)。 鄰近的定子線圈35可以彼此分離地被控制，其中優(yōu)選地可以通過 控制單元33分別單獨(dú)控制三個(gè)相互鄰近的定子線圈35。在定子34附近i殳置轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子相對于定子34在直線的方向 上沿定子34活動地設(shè)置。該轉(zhuǎn)子36具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子凸出部分51， 在該凸出部分上i殳置永^茲體37,這是為了在主^t通方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子 f茲場。該主》茲通方向才旨向于定子34的方向。在4t子凸出部分51上 或者說圍繞該轉(zhuǎn)子凸出部分設(shè)置線圈繞組40，該繞組與設(shè)置在轉(zhuǎn)子 上的用電設(shè)備45電連接。以這種方式可以為用電設(shè)備45供給電能。
直線同步電動機(jī)32的定子線圏35通過各自的控制線路39與 控制單元33連接?？刂茊卧?3具有驅(qū)動電3各41，以提供用于定子 線圏35的各自的驅(qū)動電流。驅(qū)動電流被施加于定子線圏35,以使 得在轉(zhuǎn)子的區(qū)域中形成朝向永/磁體37的主》茲通方向轉(zhuǎn)置的驅(qū)動,茲 場，以及通過永萬茲體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子^1場對齊于該驅(qū)動{茲場。才艮據(jù)所 期望的驅(qū)動力矩可以選擇驅(qū)動^茲場的偏移(Versatz)，該驅(qū)動》茲場 是由定子線圈35引起的。
為了在直線同步電動才幾32中感應(yīng)在轉(zhuǎn)子36上的線圈繞組40 中的次級電流，進(jìn)一步地向定子線圈35施加初級電流，該初級電 流導(dǎo)致了在轉(zhuǎn)子36的線圏繞組40的繞組軸線方向上的交變》茲場。
在所示出的實(shí)施例中，線圈繞組40的繞組軸線與永石茲體37的 主;茲通方向相符，然而在其它的實(shí)施例中，可能爿尋7Jcf茲體37的布 置和線圈繞組40的布置4皮此分離，并將這兩個(gè)布置i殳置在轉(zhuǎn)子36 上的不同的位置上?；旧蠎?yīng)該i殳置為，附加地通過初級電流所施 加的交變石茲場對轉(zhuǎn)子36的驅(qū)動產(chǎn)生盡可能少的不利影響，A^而優(yōu) 選地將線圈繞組40和永磁體37共同地設(shè)置在轉(zhuǎn)子凸出部分51處。
通過在控制單元33中的IIT入耦合單元42在定子線圈35中產(chǎn) 生初級電流，其中該初級電流疊加于驅(qū)動電流，通過驅(qū)動電i 各41 提供該驅(qū)動電流，也就是說，對于每一個(gè)可單獨(dú)控制的定子線圏35 來"i兌，馬區(qū)動電'流和#刀級電;克相力口 。
1權(quán)利要求
1. 一種同步電動機(jī)(12，32)，具有-多個(gè)定子線圈；和-一個(gè)轉(zhuǎn)子(16，36)，所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)永磁體(17，37)，所述永磁體在主磁通方向上產(chǎn)生磁場，-至少一個(gè)線圈繞組(20，40)，所述線圈繞組安裝在所述轉(zhuǎn)子(16，36)上，以使得在所述線圈繞組中通過借助于定子線圈(15，35)所施加的交變磁場的分量可以感應(yīng)次級電流，所述次級電流可以通過可設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上的用電設(shè)備(25，45)被分接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動機(jī)(12， 32)，其中在所述轉(zhuǎn)子(15, 35)上設(shè)置用電設(shè)備，所述用電設(shè)備與所述線圈繞組(20, 40)連^妄，以用于將所述次級電流作為供纟合電流施加到所述用電設(shè)備(25, 45 )上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步電動機(jī)(12, 32)，其中所迷線圈繞組二沒置在所述轉(zhuǎn)子(16， 36)上，所述線圈繞組的繞組軸線的走向平4亍于所述主f茲通方向。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的同步電動才幾(12),其中所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)動件(16)，其中設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動件上的所述至少一個(gè)7仏》茲體(17)產(chǎn)生石茲場，所述^茲場具有相對于轉(zhuǎn)動軸線的至少一個(gè)徑向分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的同步電動機(jī)(12),其中所述線圈繞組至少部分i也圍繞所述至少一個(gè)7Jc石茲體(17， 37)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的同步電動機(jī)(12)，其中所述至少一個(gè)永f茲體(17)的一及相對于所述轉(zhuǎn)動件(16)的轉(zhuǎn)^M牛^由纟戔才目互面只于。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步電動機(jī)(12)，其中所述同步電動機(jī)設(shè)計(jì)為直線同步電動機(jī)(32)，其中所述多個(gè)定子線圏(35 ) i殳置在纟從向方向上。
8. —種電動才幾系統(tǒng)(11 ):-具有根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的同步電動機(jī)(12 );和-具有用于通過下述方式驅(qū)動所述同步電動才幾(12， 32)的控制單元(13)，即利用各自的驅(qū)動電流控制所述定子線圏(15,35)，以侵j尋在垂直于所述主;茲通方向的方向上產(chǎn)生石茲場，其中所述控制單元(13, 33 )被進(jìn)一步設(shè)計(jì)為用于將各自的初級電流疊加于所述各自的驅(qū)動電流，所述初級電流在所述至少一個(gè)永》茲體(17, 37)的所述主i茲通方向上產(chǎn)生所述交變石茲場。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機(jī)系統(tǒng)(11， 31)，其中所述控制單元(13， 33 )設(shè)計(jì)為用于向被疊加了所迷相應(yīng)的初級電流的所述各自的驅(qū)動電流疊加石茲場減弱電流，以佳J尋在所述主石茲通方向上產(chǎn)生均勻》茲場，以用于以^茲場減弱工作方式運(yùn)4亍所述同步電動才幾(12， 32 )。
10. —種用于運(yùn)行具有根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的同步電動沖幾(12， 32)的電動才幾系鄉(xiāng)充(11 )的方法，其中通過下述方式驅(qū)動所述同步電動4幾(12， 32):利用驅(qū)動電流控制所述定子線圈(15， 35),以偵j尋在垂直于所述主》茲通方向的方向上產(chǎn)生驅(qū)動》茲場，其中將初級電流疊加于所述驅(qū)動電流，所述初級電流在所述至少一個(gè)永》茲體(17, 37)的所述主石茲通方向上產(chǎn)生所述交變^茲場。
11.才艮據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中向被疊加了所述各自的初級電流的所述相應(yīng)的驅(qū)動電流疊力"茲場減弱電流，以用于在所述主f茲通方向上產(chǎn)生均勻》茲場，以佳j尋可以實(shí)施所述同步電動才幾(11， 31)的f茲場減弱工作方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步電動機(jī)(12，32)，具有多個(gè)定子線圈和一個(gè)轉(zhuǎn)子(16，36)，該轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)永磁體(17，37)，該永磁體在主磁通方向上產(chǎn)生磁場；至少一個(gè)線圈繞組(20，40)，其安裝在該轉(zhuǎn)子(16，36)上，以使得通過借助于定子線圈(15，35)所施加的交變磁場的分量可以在該線圈繞組中感應(yīng)出次級電流，該次級電流可以通過可設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的用電設(shè)備(25，45)被分接。
文檔編號H02K11/00GK101501971SQ200780029009
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者約阿希姆·登克, 貝恩德·韋德爾, 迪特馬爾·施托伊貝爾 申請人:西門子公司