相位。这两个线圈元件6位于定子上的正相对位置。例如，参考图1，感应电压相位相同的两个线圈元件A以与定子的半径垂直相交的点划线为中心。在典型实施例中，各相位的两个元件6串联连接到一起，但并联连接也是可以的。应当理解，将以不同的电气相位驱动定子上所配置的所有线圈元件的实施例是可以的。同样，多于两个线圈元件连接到一起并且以相同的电气相位进行驱动的实施例也是可以的。为了本发明的目的，将作为驱动电流或感应电压承载相同电气相位的各线圈元件或线圈元件组称为相位绕组6。
[0027]转子2也由磁性材料(例如，钢)制成，并且具有固定在内表面上的20个磁体7。这些磁体配置有交替的正相反极性N-S和S-N，并且彼此隔开非常小的间隙。磁体7的数量基本是设计选择；然而，由于马达在没有施加转动力的位置可能静止，因此重要的是磁体7和线圈永远不能完全对准。另外，可以通过选择与线圈元件6的数量接近的磁体的数量来减少齿槽转矩。
[0028]在使转子2绕定子1转动、使得磁体7通过线圈元件6的情况下，作为磁通量改变的结果，在元件6中感应出周期性的感应电压或emf。图2a示出在马达2绕定子1移动时、在一个电气周期内在九个相位A?I各自的相位绕组6中感应出的九个电压信号UA、UB、UC、
和U”在定子2绕定子的一次完整转动内发生数个电压周期。更具体地，电气周期与磁体对的转动周期/数量相对应。如从图2a显而易见，感应电压具有依赖于转子2的角度位置的周期性梯形形状。以相位绕组A上出现的感应电压队作为示例，从图2a可以看出，该感应电压UA在周期开始时(即，在0°处)具有0V，然后在0°?30°内线性增加，其中在30°处，该感应电压队到达恒定的正值。保持该值，直到150°为止，其中在角度为150°处感应电压线性减小，直到210°为止，之后到达恒定的负值。维持该值直到330°为止，之后电压线性增加，以在该周期结束时在360°处到达0V。各后续相位绕组具有偏移了 200° (S卩，偏移了 20°绝对值并且反相)的电压相位，使得相位绕组B上的感应电压在角度位置20°?50°内减少，其中在50°的位置处感应电压到达恒定的负值。通常，几何邻接的相位绕组的相位之间的相位偏移可被定义为180° +180° /m，其中m是相数。因而，对于具有6个相位的马达，邻接的相位绕组之间的相位偏移将为210°，并且对于具有12个相位的马达，相位偏移将为195°。
[0029]在例示实施例中，尽管感应电压的形状基本为梯形，但这依赖于包括磁体的大小和形状、定子的几何形状、绕组的类型等的多个已知因素，使得本领域普通技术人员将能够通过改变设计元素来对电机作出修改以实现不同的感应电压波形。
[0030]为了使电动马达转动，必须按正确的顺次方式通过电流流动使各相位绕组6通电。理想的电流波形将具有与图2a所示的感应电压相同的形状和符号，但由于实现矩形波形更为简单，因此在简单的电流控制中更常用矩形波形。图2b示出供给至各个线圈绕组A?I的代表电流波形ΙΑ、ΙΒ、Ιε、ID、IE、IF、IH和I工。注意，作为矩形波形的结果，各相位电流在整个周期的2/3个周期内在与感应电压的峰值相对应的位置处具有恒定值，但在该周期的其余1/3个周期期间为零。以供给至第一相位的电流1八作为示例，其中该电流1八的值在0°?30°内为零，然后在30°?150°内为恒定的正值I。，在150°?210°内再次为零，在210°?330°内为恒定的负值-1。，最后在330°?360°内为零。各后续相位的电流波形偏移了 200 ° ( S卩，偏移了 20 °并且反相)。
[0031]通过这样使电流分布在九个相位内，可以提供转矩脉动最小的适合马达的控制的电流切换序列。更一般地，观察到:通过采用三个相位的倍数(但至少为六个相位)，在与使用三个或更少相位的马达进行比较的情况下，可以利用若干因素而减少转矩脉动。另外，如以下所述，可以以特别简单的方式来实现电流波形的控制。
[0032]参考图3，示出例示针对各种绕组相位的电流控制的示意图。根据本发明，使用各自控制三个不同相位的独立控制模块10来实现经由各种相位绕组6的控制或驱动电流。如图3所示，示出各自连接至利用不同的电流相位所驱动的三个相位绕组的三个控制模块10。选择相位绕组之间的电流和感应相位电压相对于彼此偏移了 120°的三个相位绕组。将意识到，图2b所示的相位电流的几何序列与电气域的情况并不相同。在电气域中，九个相位顺次偏移了 40° (S卩，将360°除以相数)。使用图2b的电流参考，电流相位的电气相位序列为ΙΑ、Ιε、IE、Is、In IB、ID、IFiP I ho因而，第一三相控制模块(控制器1) 10控制针对相位A、G和D的电流。第二控制模块10 (控制器2)控制针对相位B、Η和E的电流，而第三控制模块10 (控制器3)控制针对相位C、I和F的电流。以Υ字形结构示出连接至各控制模块10的3个相位绕组。然而，还可以以德耳塔(Δ、delta)结构连接这三者。在图3中利用点示出各线圈的取向，而且在图2和4中也利用点示出各线圈的取向。通过选择相对于彼此偏移了 120°的三个相位，可以利用共通地用于无刷DC电动马达(还已知为BLDC马达)的简单三相控制策略，其中在该简单三相控制策略中，在任何时间，仅两个相位正处于导通。可以参考图2b来更好地理解该情形。在考虑驱动相位绕组6中的A、G和D的电流波形的情况下，显然，在任何单个角度位置处，相位绕组6其中之一的施加电流将为零，而将利用极性相反的峰电流来驱动其余两个相位绕组。例如，采用180°的角度位置，相位绕组A未接收到驱动电流，相位绕组D具有正的驱动电流，并且相位绕组G具有负的驱动电流。显然，这在使用诸如梯形或正弦等的更复杂波形的情况下不适用，但对于矩形波形而言是可实现的。
[0033]控制相位绕组电流的该模块化方法可以应用于任何多相结构，其中在该多相结构中，相数是3的倍数，即m = k*3，其中k是大于或等于2的整数且m是相数。因而，例如，在使用6、9、12、15、18或更多个相位的情况下，可以应用该模块化3相控制。更一般地，对于相位偏移为360° /m的m个相位绕组，需要k个控制模块。此外，k个控制模块各自将控制线圈绕组1、i+m/3, i+m*2/3，其中i是满足1 < i < k的整数。通过将此应用于图1的典型实施例，第一控制模块10控制与A、D和G相对应的第1个、第4个、第7个线圈绕组6。第二控制模块10控制与B、E和Η相对应的第2个、第5个和第8个相位绕组，而第三控制模块10控制与C、F和I相对应的第3个、第6个和第9个相位绕组。
[0034]在本典型实施例中，尽管驱动电流具有矩形波形，但应当理解，其它的周期函数也可用于控制各3相控制模块10中的电流，从而使这些周期函数适用于其它磁性马达，其中这些周期函数包括但不限于梯形波形和正弦波形。可以以独立于其它控制模块的方式控制各控制模块10。
[0035]尽管图3所示的控制模块10被示出为连接至仅三个相位绕组，但应当理解，所例示的各线圈意图代表利用相同的电流相位所驱动的所有相位绕组。
[0036]图4示出单个三相控制模块10。如图4更清楚地所示，三个线圈绕组A、D和G以Υ字形结构(Y结构)连接到一起。为了控制针对这三个相位的电流，控制模块包括配置成半桥结构并且连接至DC电源12的六个半导体开关元件14。在例示实施例中，这些开关元件是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)，但还可以使用诸如绝缘栅