DE102008000624A1

DE102008000624A1 - Electric machine with a rotor, and method for operating the electric machine

Info

Publication number: DE102008000624A1
Application number: DE200810000624
Authority: DE
Inventors: Thomas Faber; Gerald Roos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2009112317A1; CN101971467B; JP2011514136A; EP2255432A1; CN101971467A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (12), insbesondere zum motorischen Verstellen eines beweglichen Teils im Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Maschine, mit einem Stator (34) und einem einen Radius (62) aufweisenden Rotor (18), wobei der Radius (62) über den Umfang des Rotors (18) variiert.The invention relates to an electric machine (12), in particular for the motorized adjustment of a movable part in a motor vehicle, and to a method for operating such a machine, comprising a stator (34) and a rotor (18) having a radius (62), wherein the Radius (62) varies over the circumference of the rotor (18).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine mit einem Rotor, sowie einem Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The Invention is based on an electric machine with a rotor, and a method for operating the electric machine the genus of independent claims.

Mit der EP 0 917 755 B1 ist eine Kommutierungsvorrichtung eines Gleichstrommotors bekannt geworden, bei der Bürsten an einer Kontaktfläche von Lamellen eines Kommutators anliegen. Dabei erfasst eine elektronische Schaltung die Frequenz der Welligkeit des Motorstroms, um daraus ein Maß für die Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen. Zur Gewinnung von einer zuverlässigen Drehzahlinformation weisen die Kanten der Kommutatorlamellen einen bestimmten Winkel zur Längsachse des Kommutators, bzw. zu den Kanten der Bürsten auf. Ein solcher Kommutator ist sehr aufwändig herzustellen und bietet keine Möglichkeit, eine Frequenz der Welligkeit zu erzeugen, die kleiner ist als die Nutfrequenz.With the EP 0 917 755 B1 is a commutation of a DC motor has become known, abut the brushes on a contact surface of fins of a commutator. In this case, an electronic circuit detects the frequency of the ripple of the motor current in order to determine a measure of the rotational speed of the electric motor. To obtain a reliable speed information, the edges of the commutator blades on a certain angle to the longitudinal axis of the commutator, or to the edges of the brushes. Such a commutator is very expensive to produce and offers no possibility to produce a frequency of the ripple, which is smaller than the groove frequency.

Bei solchen Elektromotoren wird der Wechselanteil des Stromsignals zur Drehzahlerkennung ausgewertet. Die Welligkeit dieses Signals wird durch verschiedene Ursachen erzeugt. Ein großer Anteil an der Welligkeit hat die Anzahl der Nuten des Kommutators. Im Stromsignal lässt sich die Nutzahl und deren Vielfachen erkennen. Dabei tritt die Ordnung des kleinsten gemeinsamen Vielfachen aus Nutzahl und Magnet-Polzahl meist dominierend auf. Hervorgerufen wird diese Welligkeit im unteren Drehzahlbereich (kleinere Drehzahlen) und unter großer Last durch die Variation des Ankerwiderstandes über die Kommutierung. Nahe der Leerlaufdrehzahl und bei geringem Strom wird die Welligkeit durch die Variation der induzierten Spannung, hervorgerufen durch die Spulenwicklungen im Magnetfeld, erzeugt. Bei mittlerer Motorlast wird die Welligkeit im zeitlichen Verlauf des Stromsignals durch beide Effekte verursacht. Beide Effekte können zueinander phasenverschoben sein und sich in verschiedenen Arbeitspunkten eliminieren, so das die Nutordnung und deren Vielfachen im Stromverlauf über die Motorkennlinie deutlich variieren und auch verschwinden können.at such electric motors, the alternating component of the current signal to Speed detection evaluated. The ripple of this signal will generated by various causes. A big part at the ripple has the number of grooves of the commutator. In the current signal the number of slots and their multiples can be recognized. there the order of the least common multiple occurs out of usefulness and magnetic pole number mostly dominating. This is called Ripple in the lower speed range (lower speeds) and under great load by the variation of the armature resistance over the commutation. Near idle speed and low power the ripple is due to the variation of the induced voltage, caused by the coil windings in the magnetic field generated. At medium engine load, the ripple over time of the current signal caused by both effects. Both effects can be out of phase with each other and in different operating points eliminate, so that the Nutordnung and their multiples in the current over the motor characteristic can vary significantly and also disappear.

Wird zur Generierung eines auswertbaren Strom-Rippel-Signals die Anzahl der einzelnen Leiterschleifen der Rotorspulen variiert, erfährt der Rotor gleichzeitig eine Drehmomentenwelligkeit, die für bestimmte Anwendungen unerwünscht ist. Eine solche Drehmomentwelligkeit führt ebenfalls zu einer störenden Geräuschbildung der elektrischen Maschine.Becomes for generating an evaluable current ripple signal, the number the individual conductor loops of the rotor coils varies, learns the rotor at the same time a torque ripple for certain Applications is undesirable. Such a torque ripple also leads to a disturbing noise the electric machine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen Maschine, mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung eines sich über den Umfang des Rotors veränderlichen Radius gezielt eine vorgebbare Drehmomentenwelligkeit generiert werden kann. Diese durch die Variation des Rotordurchmessers erzeugte Drehmomentwelligkeit kann so ausgebildet werden, dass diese phasenverkehrt zu einer Drehmomentwelligkeit wirkt, die durch die Ausgestaltung der Spulen der Rotorwicklung verursacht wird.The Electric machine according to the invention, and the inventive method for operating a Such a machine, having the features of the independent claims have the advantage that through the training one variable over the circumference of the rotor Radius specifically generated a predetermined torque ripple can be. This generated by the variation of the rotor diameter Torque ripple can be made to phase out to a torque ripple acts, by the design the coils of the rotor winding is caused.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen möglich. Besonders von Vorteil ist es, den Radius des Rotors derart zu variieren, dass der Radius eine von einer kreisrunden Form des Rotors abweichende Modulation beschreibt.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements that specified in the independent claims Characteristics possible. Especially advantageous is the radius of the rotor to vary such that the radius of one of a circular Form of the rotor describes deviating modulation.

Diese Modulationskurve weist über den Umfang des Rotors eine bestimmte Anzahl von Maxima und Minima auf, die vorzugsweise mit der Anzahl der Magnetpole des Stators identisch ist. Dadurch kann insbesondere eine durch die Variation der Anzahl der Leiterschleifen der Rotorspule erzeugte Drehmomentenwelligkeit bestmöglich kompensiert werden.These Modulation curve has over the circumference of the rotor certain number of maxima and minima, preferably with the number of magnetic poles of the stator is identical. This can in particular one by the variation of the number of conductor loops of the rotor coil generated torque ripple best compensated become.

Günstig ist es, wenn die Amplitude der Radiusmodulation in etwa eine Sinusfunktion abbildet. Dadurch kann beispielsweise zusammen mit einer sinusförmigen Variation der Leiterschleifen-Anzahl ein optimales Stromwelligkeitssignal erzeugt werden, wobei gleichzeitig die Drehmomentenwelligkeit des Rotors minimiert wird.Cheap it is when the amplitude of the radius modulation is approximately a sine function maps. As a result, for example, together with a sinusoidal Variation of the conductor loop number an optimal current ripple signal be generated, at the same time the torque ripple of the rotor is minimized.

Weist der Rotor radiale Rotorstege mit dazwischen liegenden Nuten für die Wicklungsspulen auf, kann die Modulation des Radius dadurch erzeugt werden, dass die radiale Länge der Rotorstege variiert wird. In Abhängigkeit der Anzahl der Rotorstege und der Magnetpole ist ein Längenunterschied – beispielsweise zweier benachbarter – Rotorstege im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm besonders vorteilhaft.has the rotor radial rotor webs with intervening grooves for the winding coils on, the modulation of the radius can thereby be generated, that the radial length of the rotor webs varies becomes. Depending on the number of rotor bars and the Magnetic poles is a difference in length - for example two adjacent - rotor bars in the range of 0.05 to 0.2 mm particularly advantageous.

Bevorzugt wird der Rotor aus einzelnen magnetisch leitenden Lamellenblechen hergestellt, die axial miteinander verbunden werden. Dabei können die Lamellenbleche, insbesondere mit den unterschiedlich langen Rotorstegen, kostengünstig als Stanzteile ausgebildet werden.Prefers The rotor is made of individual magnetically conductive laminations manufactured, which are connected to each other axially. The can Lamella plates, in particular with the rotor lugs of different length, be inexpensively formed as stampings.

Vorteilhaft ist die elektrische Maschine mit einem zwei- oder vierpoligen Stator ausgebildet, wobei der Rotor beispielsweise 8, 10, 14 oder 18 Rotorstege mit der gleichen Anzahl dazwischen liegender Rotornuten aufweist.Advantageously, the electric machine with egg formed with a two- or four-pole stator, the rotor having, for example, 8, 10, 14 or 18 rotor webs with the same number of intermediate rotor grooves.

Am Rotor ist ein Kommutator angeordnet, der mit den einzelnen Spulen der elektrischen Wicklung verbunden ist. Am Kommutator liegen zwei oder mehr Kohlebürsten an, deren Motorstromsignal erfasst wird, um dessen Welligkeit zu ermitteln. Aus der Welligkeit des Motorstromsignals kann dann elektronisch die Drehzahlinformation bestimmt werden.At the Rotor is a commutator arranged with the individual coils the electrical winding is connected. There are two on the commutator or more carbon brushes whose motor current signal detected to determine its ripple. From the ripple of the Motor current signal can then electronically the speed information be determined.

Zur Erzielung eines eindeutigen Motorstrom-Rippels wird die Anzahl der einzelnen Leiterschleifen der verschiedenen Spulen über den Kommutierungsumlauf vorzugsweise sinusförmig variiert. In Kombination mit der vorzugsweise sinusförmigen Variation des Rotorradius über dessen Umfang kann dabei die Momentenwelligkeit minimiert werden.to Achieving a unique motor current ripple will increase the number of individual conductor loops of the various coils the commutation circulation preferably varies sinusoidally. In Combination with the preferably sinusoidal variation The rotor radius over its circumference can be the torque ripple be minimized.

Dabei ist die Modulation des Rotorradius vorteilhaft phasenverkehrt zur Variation der Anzahl der einzelnen Leiterschleifen der Spulen ausgebildet.there is the modulation of the rotor radius advantageous inverse to Variation of the number of individual conductor loops of the coils formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine wird bevorzugt für die Ausbildung einer Einklemmschutzfunktion verwendet, bei der ein Einklemmen von Hindernissen zwischen einem zu verstellenden Teil und einem festen Anschlag verhindert werden soll. Hierzu wird aus dem veränderlichen Motorstromsignal mindestens ein für das Einklemmschutz-System charakteristischer Parameter bestimmt, der zur Detektion eines Einklemmereignisses mit einem Grenzwert verglichen wird.The inventive method for operating the electrical Machine is preferred for the formation of a anti-trap function used in pinching obstacles between one be prevented to be adjusted part and a firm stop should. This is from the variable motor current signal at least one characteristic of the anti-trap system Parameter determines that for detection of a pinching event is compared with a threshold.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.versions The invention are illustrated in the drawing and in the following Description explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors mit einer schematischen Darstellung der Änderung des Rotorradius, und 1 a first embodiment of a rotor according to the invention with a schematic representation of the change of the rotor radius, and

2: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine nebst schematischer Leiterschleifenanzahländerung. 2 : Another embodiment of an electrical machine together with a schematic number of conductor loops change.

In 1 ist ein Rotor 18 einer elektrischen Maschine 12 dargestellt, die beispielsweise als ein Gleichstrommotor 14 ausgebildet ist. Der Rotor 18 weist eine Rotorwelle 16 auf, auf der drehfest ein Anker 19 angeordnet ist, der beispielsweise als ein Lamellenpaket 26 ausgebildet ist, das sich aus einzelnen axial zusammengefügten Lamellen 27 besteht. Der Rotor 18 weist einen Radius 62 auf, der sich von einer Achse 17 der Rotorwelle 16 bis zu einer äußeren Umfangsfläche 64 des Rotors 18 erstreckt. In 1 ist hilfsweise ein Umfangskreis 66 abgebildet, der einen Radius 67 aufweist, der einem maximalen Radius 68 des Rotors 18 entspricht. Der Radius 62 ist über den Umfang des Rotors 18 nicht konstant, sondern variiert über den Umfang, sodass sich eine veränderliche Längendifferenz 70 des Radius 62 ergibt. Die Variation dieser Längendifferenz 70 ist vorzugsweise über den Umfang des Rotors 18 sinus- bzw. kosinusförmig ausgebildet. Im dargestellten Beispiel ergibt sich somit bei 0° und 180° jeweils ein Maximum 72 des Radius 62 und bei 90° und 270° ein Minima 73 des Radius 62. Eine solche Variation des Radius 62 mit zwei Maxima 72 wird vorzugsweise für eine elektrische Maschine 12 mit zwei Magnetpolen 32 eines Stators 34 verwendet. Im Ausführungsbeispiel weist der Rotor 18 radial verlaufende Rotorstege 76 auf, zwischen denen Nuten 24 zum Wickeln von Spulen 30 angeordnet sind. Die Rotorstege 76 weisen beispielsweise an ihrem radial äußeren Ende Polschuhe 78 auf, deren radial äußere Fläche 79 die Umfangsfläche 64 des Rotors 18 bilden. Die Rotorstege 76 weisen eine unterschiedliche radiale Länge 77 auf, deren Differenz der Längendifferenz 70 der Modulation des Radius 62 entspricht. Im Ausführungsbeispiel weist ein erster Rotorsteg 80 bei 0° zu beiden benachbarten Rotorstegen 88 eine Längendifferenz 70 auf. Der dritte Rotorsteg 81 weist hingegen die gleiche Länge 77 auf, wie der vierte Rotorsteg 82, die beide symmetrisch zum Minimum 73 der Radiusmodulation bei 90° angeordnet sind. Die Variation des Radius 62 über den Umfang des Rotors 18 kann kontinuierlich, oder in diskreten Schritten entsprechend der Anzahl der Rotorstege 76 erfolgen. In 1 ist der Rotor 18 in einem Koordinatensystem dargestellt, woraus sich beispielsweise ein Radius 62 von 14 mm (0,014 m) ergibt. Die gesamte Variation des Radius 62 beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm, wobei die Größenordnung der Längendifferenz 70 zweier benachbarter Rotorstege 76 bei den dargestellten zehn Rotorstegen 76 in 1 etwa 0,05 mm beträgt. In einer alternativen Ausführung kann der Anker 19 beispielsweise auch einstückig hergestellt werden, wobei sich bevorzugt der Radius 62 über die äußere Umfangsfläche 64 kontinuierlich ändert.In 1 is a rotor 18 an electric machine 12 shown, for example, as a DC motor 14 is trained. The rotor 18 has a rotor shaft 16 on, on the non-rotatable an anchor 19 is arranged, for example, as a disc pack 26 is formed, consisting of individual axially joined blades 27 consists. The rotor 18 has a radius 62 up, extending from an axis 17 the rotor shaft 16 to an outer peripheral surface 64 of the rotor 18 extends. In 1 is in the alternative a circumferential circle 66 imaged a radius 67 that has a maximum radius 68 of the rotor 18 equivalent. The radius 62 is about the circumference of the rotor 18 not constant, but varies over the circumference, so that a variable length difference 70 of the radius 62 results. The variation of this length difference 70 is preferably over the circumference of the rotor 18 sinusoidal or cosinusoidal. In the example shown, a maximum thus results at 0 ° and 180 ° 72 of the radius 62 and at 90 ° and 270 ° a minimum 73 of the radius 62 , Such a variation of the radius 62 with two maxima 72 is preferably for an electric machine 12 with two magnetic poles 32 a stator 34 used. In the exemplary embodiment, the rotor 18 radially extending rotor webs 76 on, between which grooves 24 for winding coils 30 are arranged. The rotor webs 76 have, for example, at their radially outer end pole pieces 78 on, whose radially outer surface 79 the peripheral surface 64 of the rotor 18 form. The rotor webs 76 have a different radial length 77 whose difference is the difference in length 70 the modulation of the radius 62 equivalent. In the exemplary embodiment, a first rotor bar 80 at 0 ° to both adjacent rotor bars 88 a difference in length 70 on. The third rotor bar 81 has the same length 77 on, like the fourth rotor bar 82 , both symmetrical to the minimum 73 the radius modulation are arranged at 90 °. The variation of the radius 62 over the circumference of the rotor 18 can be continuous, or in discrete steps according to the number of rotor bars 76 respectively. In 1 is the rotor 18 represented in a coordinate system, resulting, for example, a radius 62 of 14 mm (0.014 m). The entire variation of the radius 62 is preferably between 0.05 and 0.2 mm, the order of magnitude of the difference in length 70 two adjacent rotor webs 76 in the illustrated ten rotor webs 76 in 1 is about 0.05 mm. In an alternative embodiment, the anchor 19 For example, be made in one piece, preferably the radius 62 over the outer peripheral surface 64 continuously changes.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der die elektrische Maschine 12 einen Stator 34 mit einem Magnetring 46 aufweist, der vier Magnetpole 32 mit einem Polteilungswinkel 50 von etwa 90° hat. Der Magnetring 46 ist beispielsweise als geschlossener umlaufender Ring ausgebildet, so dass die einzelnen Magnetpole 32 nahtlos ineinander übergehen. Der Rotor 18 ist mit einem Spaltmaß 35 zum Stator 34 angeordnet, das beispielsweise 0,3 bis 0,6 mm beträgt. Auf der Rotorwelle 16 ist ein Kommutator 20 angeordnet, an dem entsprechend der Anzahl der Magnetpole 32 ebenso viele Bürsten 28 (beispielsweise vier) anliegen. In der unteren Bildhälfte ist schematisch die sinusförmige Änderung der Leiterschleifenanzahl in der Reihenfolge der nacheinander kommutierten Spulen 30 dargestellt. Die Anzahl von Leiterschleifen 36 pro Spule 30 variiert beispielsweise zwischen 10 und 13, wobei pro nacheinander kommutierter Spule 30 diese nur um eine einzige Leiterschleife 36 geändert wird. Eine Kommutierungsphase erstreckt sich hierbei über sieben Kommutierungszustände, die zusammen eine Periode der Sinuskurve 60 bilden. Dadurch ergibt sich eine besonders glatte Sinuskurve 60 für die Änderung der Leiterschleifenanzahl. In diesem Ausführungsbeispiel der vier-poligen elektrischen Maschine 12 ergibt sich dadurch die vierfache Rotordrehfrequenz für die mittels der Leiterschleifenvariation generierten Frequenz der zusätzlichen Stromwelligkeit. Hierbei wird eine Schwingung mit der Magnetpolordnung auf den Motorstromverlauf eingeprägt. Eine solche Stromwelligkeits-Frequenz ist dabei deutlich niedriger als die entsprechende Nutfrequenz des Motorstromsignals. Die Abfolge der nacheinander kommutierten Spulen 30 gemäß der Sinuskurve 60 ist in diesem Fall nicht Deckungsgleich mit der Abfolge der Spulen 30 bezüglich des Umfangs des Rotors 18. Die Spulen 30 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als zwei symmetrische Teilspulen 29 ausgebildet, die geometrisch parallel zueinander spiegelbildlich zu einer gedachten Ebene durch die Rotorachse 17 angeordnet sind. Die beiden Teilspulen 29 sind dabei elektrisch ebenfalls parallel geschaltet und mit jeweils gleichen Kommutatorlamellen 22 verbunden, so dass die beiden Teilspulen 29 zusammen bezüglich der Magnetpole 32 des Stators 34 wie eine einzige Spule 30 wirken. Dies ist beispielhaft an einer konkreten Spule 53 dargestellt, bei der die erste Teilspule 29 zwischen der ersten und der vierten Nut 24 im Uhrzeigersinn gewickelt ist, und die zweite Teilspule 29 zwischen der achten und der elften Nut 24 gewickelt ist. Diese aus zwei Teilspulen 29 bestehende Spule 53 weist beispielsweise jeweils dreizehn Leiterschleifen 36 auf. Die im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgenden Spulen 30 des Rotors 18 bestehen jeweils aus 11, 10, 12, 12, 10, 11 Leiterschleifen 36. In dem Ausführungsbeispiel weist der Kommutator 20 vierzehn Kommutatorlamellen 22 auf, die mit den sieben Spulen 30 – bestehend aus insgesamt vierzehn Teilspulen 29 – verbunden sind. Dabei wird nach der Kommutierung von sieben aufeinanderfolgenden Spulen 30 wieder die gleiche Phasenlage der Kommutierung, wie bei der Ausgangsposition erreicht, so dass sich bei vierzehn Rotorstegen 76, vierzehn Kommutatorlamellen 22 und vier Bürsten 28 vier Perioden 38 über eine Rotorumdrehung ergeben.In 2 is shown a further embodiment in which the electric machine 12 a stator 34 with a magnetic ring 46 has, the four magnetic poles 32 with a pole pitch angle 50 of about 90 °. The magnetic ring 46 is designed for example as a closed circumferential ring, so that the individual magnetic poles 32 seamlessly merge. The rotor 18 is with a gap 35 to the stator 34 arranged, which is for example 0.3 to 0.6 mm. On the rotor shaft 16 is a commutator 20 arranged on the corresponding to the number of magnetic poles 32 as many brushes 28 (at For example, four) abut. In the lower half of the diagram is schematically the sinusoidal change of the number of conductor loops in the order of successively commutated coils 30 shown. The number of conductor loops 36 per coil 30 varies, for example, between 10 and 13, with one successively commutated coil 30 these only around a single conductor loop 36 will be changed. A commutation phase extends over seven commutation states, which together form one period of the sinusoid 60 form. This results in a particularly smooth sinusoid 60 for changing the number of conductor loops. In this embodiment, the four-pole electric machine 12 This results in four times the rotor rotational frequency for the generated by means of the conductor loop variation frequency of the additional current ripple. In this case, an oscillation with the magnetic pole order is impressed on the motor current profile. Such a current ripple frequency is significantly lower than the corresponding slot frequency of the motor current signal. The sequence of successively commutated coils 30 according to the sinusoid 60 is in this case not coincident with the sequence of coils 30 with respect to the circumference of the rotor 18 , The spools 30 are each in this embodiment as two symmetrical partial coils 29 formed, the geometrically parallel to one another mirror image to an imaginary plane through the rotor axis 17 are arranged. The two partial coils 29 are also electrically connected in parallel and each with the same commutator 22 connected so that the two sub-coils 29 together with respect to the magnetic poles 32 of the stator 34 like a single coil 30 Act. This is an example of a specific coil 53 shown in which the first part coil 29 between the first and the fourth groove 24 wound in a clockwise direction, and the second sub-coil 29 between the eighth and the eleventh groove 24 is wound. This consists of two partial coils 29 existing coil 53 For example, each has thirteen conductor loops 36 on. The clockwise successive coils 30 of the rotor 18 each consist of 11, 10, 12, 12, 10, 11 conductor loops 36 , In the embodiment, the commutator 20 fourteen commutator bars 22 on that with the seven coils 30 - consisting of fourteen partial coils 29 - are connected. This is after the commutation of seven consecutive coils 30 again the same phase position of the commutation, as reached at the starting position, so that at fourteen rotor bars 76 , fourteen commutator bars 22 and four brushes 28 four periods 38 result over a rotor revolution.

Entsprechend den vier Magnetpolen 32 des Stators 34 weist auch der Radius 62 des Rotors 18 vier Maxima 72 (0°, 90°, 180°, 270°) und vier Minima 73 (45°, 135°, 225°) auf. Die Modulation des Radius 62 ist wiederum näherungsweise sinusförmig ausgebildet, derart, dass diese phasenverkehrt zur näherungsweise sinusförmigen Änderung der Leiterschleifenanzahl der Spulen 30 in Kommutatorabfolge wirkt. Die Längendifferenzen 70 der einzelnen Rotorstege 76 korrelieren dabei im Wesentlichen der dargestellten Sinuskurve 60 der Änderung der Anzahl der Leiterschleifen 36. Die Rotorstege 76 mit den Polschuhen 78 sind derart ausgeformt, dass die Spulen 30 direkt auf die Nuten 24 des Rotors 18 aufgewickelt werden können.According to the four magnetic poles 32 of the stator 34 also indicates the radius 62 of the rotor 18 four maxima 72 (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) and four minima 73 (45 °, 135 °, 225 °). The modulation of the radius 62 is in turn approximately sinusoidal, such that these phase-reversed to approximately sinusoidal change in the number of conductor loops of the coils 30 acts in commutator sequence. The differences in length 70 the individual rotor webs 76 essentially correlate to the illustrated sinusoidal curve 60 the change in the number of conductor loops 36 , The rotor webs 76 with the pole pieces 78 are formed such that the coils 30 directly on the grooves 24 of the rotor 18 can be wound up.

Zur Bestimmung von Drehzahlinformationen wird das durch die Bürsten 28 und den Kommutator 20 fließende Motorstromsignal bezüglich seiner Welligkeit ausgewertet, und daraus ein Signal gewonnen, das die Drehzahl bzw. Periodendauer der Rotorumdrehung repräsentiert. Hierzu wird das Motorstromsignal einer Elektronikeinheit 40 zugeführt, die eine Einklemmschutzfunktion 44 aufweist. Um festzustellen, ob beispielsweise eine bestimmte Schließkraft für ein mittels der elektrischen Maschine 12 zu verstellendes Teil überschritten wird, wird das die Drehzahl repräsentierende Signal auf seine Änderung untersucht. Dazu werden die vorzugsweise mit der Frequenz der erfindungsgemäßen Stromwelligkeit eingelesenen Messwerte miteinander verglichen, um ein Drehzahlabfall zu erkennen. Um die Schließkraftbegrenzung auszulösen, wird das die Drehzahl repräsentierenden Signals oder dessen Änderung mit einem vorgebbaren Wert verglichen, so dass eine bestimmte Schwelle für eine Schließkraft oder eine Federrate eingestellt werden kann.To determine speed information, this is done by the brushes 28 and the commutator 20 flowing motor current signal evaluated with respect to its ripple, and derived therefrom a signal representing the speed or period of the rotor rotation. For this purpose, the motor current signal of an electronic unit 40 fed, which is a anti-trap function 44 having. To determine, for example, whether a certain closing force for a by means of the electric machine 12 is exceeded to be adjusted part, the signal representing the rotational speed is examined for its change. For this purpose, the measured values, which are preferably read in at the frequency of the current ripple according to the invention, are compared with one another in order to detect a drop in rotational speed. In order to trigger the closing force limitation, the signal representing the rotational speed or its change is compared with a predefinable value, so that a certain threshold for a closing force or a spring rate can be set.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Rotor 18 aus einzelnen Stanzblechen zusammengesetzt werden oder einstückig gefertigt werden, wobei der Radius 62 über den Umfang kontinuierlich oder in diskreten Schritten geändert werden kann. Die Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Magnetpole 32, der Rotorstege 76 sowie der Nuten 24 können der jeweiligen Anwendung, insbesondere der jeweiligen Leistungsanforderung angepasst werden. So kann die elektrische Maschine 12 beispielsweise auch als Außenläufer ausgebildet sein. Ebenso kann das Wickelverfahren der Spulen 30 variiert werden, beispielsweise auch Einzelzahnwicklungen verwendet werden, deren Leiterschleifenanzahl erfindungsgemäß moduliert wird. Entsprechend wird dann die Modulation des Radius 62 über den Umfang angepasst, um die Momentenwelligkeit zu kompensieren. Die elektrische Maschine 12 findet vorzugsweise Anwendung für Stellantriebe im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von Sitzteilen, Fensterscheiben und Abdeckungen von Öffnungen- ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.It should be noted that, with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a variety of possible combinations of the individual features are possible with one another. For example, the rotor 18 be composed of individual stamped sheets or manufactured in one piece, wherein the radius 62 can be changed over the circumference continuously or in discrete steps. The number, arrangement and design of the magnetic poles 32 , the rotor bar 76 as well as the grooves 24 can be adapted to the particular application, in particular the respective performance requirement. That's how the electric machine works 12 for example, be designed as an external rotor. Likewise, the winding method of the coils 30 can be varied, for example, single-tooth windings are used, the number of conductor loops is modulated according to the invention. Accordingly, then the modulation of the radius 62 adjusted over the circumference to compensate for the torque ripple. The electric machine 12 is preferably used for actuators in motor vehicles, for example, for the adjustment of seat parts, windows and covers of openings- is not limited to such applications.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 0917755 B1 [0002]

Claims

Electric machine ( 12 ), in particular for the motorized adjustment of a movable part in the motor vehicle, with a stator ( 34 ) and a radius ( 62 ) having rotor ( 18 ), characterized in that the radius ( 62 ) over the circumference of the rotor ( 18 ) varies.

Electric machine ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the number of maxima ( 72 ) - and according to the minima ( 73 ) - the modulation of the radius ( 62 ) over the entire circumference of the rotor ( 18 ) the number of magnetic poles ( 32 ) of the stator ( 34 ) corresponds.

Electric machine ( 12 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the modulation of the radius ( 62 ) over the circumference of the rotor ( 18 ) approximates a sine function.

Electric machine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 18 ) Rotor webs ( 76 ) with intervening grooves ( 24 ), wherein the - in particular juxtaposed - rotor webs ( 76 ) different radial lengths ( 77 ), the difference in length ( 70 ) is preferably 0.05 to 0.2 mm.

Electric machine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 18 ) a plurality of axially stacked laminations ( 27 ), which are made in particular as identical stampings.

Electric machine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 34 ) two or four magnetic poles ( 32 ) and the rotor ( 18 ) eight, ten, fourteen or eighteen rotor bars ( 76 ) having.

Electric machine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the grooves ( 24 ) individual conductor loops ( 36 ) of electrical coils ( 30 ) arranged with commutator bars ( 22 ) of a commutator ( 20 ), and an evaluation unit ( 40 ) determined from the ripple of a motor current signal speed information.

Electric machine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of individual conductor loops ( 36 ) of the coils ( 30 ) is selected via a Kommutierungsumlauf such that the change in the number of conductor loops ( 36 ) approximately a sine function over the commutation cycle ( 60 ), where the number of conductor loops ( 36 ) of two successively commutated coils ( 30 ) in particular by exactly one conductor loop ( 36 ) or two or three conductor loops ( 36 ) is different.

Method for operating an electronic machine ( 12 ) - in particular actuators in motor vehicles - according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the number of individual conductor loops ( 36 ) is selected via a Kommutierungsumlauf such that a detectable frequency of the ripple is generated, wherein the generated torque ripple by a phase-inverted arrangement of the variation of the radius ( 62 ) of the rotor ( 18 ) is at least partially compensated.

Method for operating an electronic machine ( 12 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that a rotational speed information or a period of rotation of the rotor representing signal of the evaluation unit ( 40 ) is detected, which detects the pinching of the movable part due to a change in time of this signal, and the electric machine ( 12 ) reverses and / or stops, wherein the signal or the change of the signal is compared with a stored limit value, in order to exceed or fall below the limit, the anti-jamming function ( 44 ).