CH657239A5 - COLLECTORLESS OUTDOOR RUNNER DC MOTOR. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Aussenläufer-Gleichstrommotor, der mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes der Statorwicklungen arbeitet und dessen Läufer mit mindestens einem permanenten Magneten bestückt ist und bei dem mindestens ein Hallgenerator vorgesehen ist, um den magnetischen Fluss des Permanentmagneten abzunehmen, welcher Hallgenerator in der Nähe eines Pol-Trennspaltes angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet aus einem biegsamen Kunststoffmagnet besteht, der die Innenfläche der Läuferglocke bedeckt. The invention relates to a brushless external rotor direct current motor which works by means of an alternating electromagnetic field of the stator windings and whose rotor is equipped with at least one permanent magnet and in which at least one Hall generator is provided in order to decrease the magnetic flux of the permanent magnet, which Hall generator is in the vicinity of one Pol separating gap is arranged, wherein the permanent magnet consists of a flexible plastic magnet which covers the inner surface of the rotor bell.
Es ist allgemein bekannt, dass man durch Verwendung von Sensoren, insbesondere Hallgenerator, einen Gleichstrommotor kollektorlos fertigen kann. Diesbezüglich wird auf die verschiedensten Druckschriften verwiesen, beispielsweise DE-GM 76 09 071, 73 10 863, 75 16 814 sowie DE-Offenlegungsschrif-ten 25 14 067, 25 32 551, 25 35 411 usw. It is generally known that a DC motor can be produced without a collector by using sensors, in particular Hall generators. In this regard, reference is made to a wide variety of publications, for example DE-GM 76 09 071, 73 10 863, 75 16 814 and DE laid-open documents 25 14 067, 25 32 551, 25 35 411 etc.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen preisgünstigen, raumsparenden, kollektorlosen Aussenläufer-Gleichstrommotor zu schaffen, der bei ruhigem Lauf, insbesondere beim Ausschalten, nicht übermässig beansprucht wird, der eine gute Langzeitkonstanz (sich also mit der Zeit nur wenig ändert) hat, der für die Auskopplung keine Spezialtransistoren benötigt, für alle Spannungsbereiche verwendbar ist und dessen Tourenzahl mit einfachen Verstellmitteln in einem gewissen Bereich regulierbar ist. The object of the invention is to provide an inexpensive, space-saving, collectorless external rotor direct current motor which is not excessively stressed when running smoothly, in particular when it is switched off, and which has good long-term constancy (that is to say changes little over time), which is suitable for the decoupling does not require any special transistors, can be used for all voltage ranges and the number of revolutions can be regulated within a certain range using simple adjustment means.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Hallgenerator ein Hall-IC mit digitalem Ausgang ist und dass der Stator aus einem Blechbündel besteht, das einander gegenüberliegende Paare von Polspitzen aufweist, wobei eine der Polspitzen jedes Paares derart abgeflacht ist, dass die Polspitzen jedes Paares radial gegeneinander versetzt sind, und die abgeflachten Polspitzen diametral einander gegenüberliegen. The object is achieved in that the Hall generator is a Hall IC with a digital output and that the stator consists of a sheet metal bundle which has opposing pairs of pole tips, one of the pole tips of each pair being flattened such that the pole tips of each pair are radially offset from one another, and the flattened pole tips are diametrically opposite one another.
Bei einer wesentlichen Weiterausbildung der Erfindung ist der Hallgenerator an einer eine Druckschaltung tragenden Leiterplatte befestigt. In an essential further development of the invention, the Hall generator is attached to a printed circuit board carrying a pressure circuit.
Von besonderer Bedeutung ist bei einer Weiterausbildung der Erfindung die an der Leiterplatte befestigte Halteplatte, die den Hallgenerator trägt. Of particular importance in a further development of the invention is the holding plate fastened to the printed circuit board and carrying the Hall generator.
Vorzugsweise kann der Hallgenerator in der Mitte des Polspaltes angeordnet sein. The Hall generator can preferably be arranged in the middle of the pole gap.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an einem Beispiel erläutert, ergeben sich zusätzlich aus der Beschreibung und der Zeichnung, und zwar zeigt: Further details of the invention are explained using an example, additionally emerge from the description and the drawing, namely:
Fig. 1 im Prinzip einen Schnitt durch einen erfindungsge-mässen Motor, 1 in principle a section through an engine according to the invention,
Fig. 2 einen Blechschnitt (für Stator), 2 shows a sheet metal section (for stator),
Fig. 3 die Ausgestaltung der Halteplatte für den Hallgenerator, 3 shows the design of the holding plate for the Hall generator,
Fig. 4 eine besondere Ausführungsform eines erfindungsge-mässen Rotors (komplett) im Schnitt und Fig. 4 shows a special embodiment of a rotor according to the invention (completely) in section and
Fig. 5 die Ansicht eines erfindungsgemässen Stators (komplett). Fig. 5 shows the view of a stator according to the invention (complete).
Der kollektorlose Gleichstrom-Aussenläufermotor kann sowohl als Antriebsmotor separat, als auch vorzugsweise als integrierter Motor eines Axiallüfters oder dgl. Verwendung finden; er wird mit einer konstanten Induktion B im Bereich der Pole und mit schmalen Pollücken (z.B. 10° bis 20°) ausgelegt. The brushless DC external rotor motor can be used both separately as a drive motor and preferably as an integrated motor of an axial fan or the like. it is designed with a constant induction B in the area of the poles and with narrow pole gaps (e.g. 10 ° to 20 °).
Der Aussenläufer-Rotor besteht (s. z.B. Fig. 1) aus einer Rotorglocke 1 mit eingepresster Welle 2. Die Rotorglocke 1 ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff bzw. aus Alu-Druckguss gefertigt und dient gleichzeitig als magnetischer Rückfluss der innen liegenden Magnete. In die Rotorglocke 1 ist ein bandförmiger Kunststoffmagnet 3 eingelegt. Dieses Kunststoffmagnetband 3 kann zusätzlich mit Klebstoff an der Innenwand der Rotorglocke 1 fixiert sein. Wesentlich ist weiter, dass diesem Kunststoffmagnetband 3 (Streifen) ein Dynamoblechpaket 18 (zweckmässig ohne Nuten) zugeordnet ist (s. Fig. 4). Das Dynamoblechpaket 18 kann die Länge (in Motorachsrichtung gesehen) des Magnetbandes 3 aufweisen bzw. kürzer oder länger sein; es kann stärker, die gleiche oder eine geringere Stärke als der Kunststoffmagnet 3 aufweisen. Nach Bearbeitung des Rotors, insbesondere des Luftspalts zwischen Magnet und Stator, wird der Magnet 3 entsprechend der Polzahl und Charakteristik des Motors, diametral oder radial magnetisiert. Bei der Magnetisierung ist zwecks besserem Anlauf des Motors eine festgelegte Polschräge zu berücksichtigen. Die Magnetisierung kann nach gewählter Charakteristik sinusförmig, trapezförmig, nadelimpulsförmig usw. erfolgen. Der Rotor kann aus Dynamoblech paketiert und die Glocke aus ALU-Druckguss (Um-guss) erstellt sein. The external rotor consists (see e.g. Fig. 1) of a rotor bell 1 with a pressed-in shaft 2. The rotor bell 1 is made of a soft magnetic material or of die-cast aluminum and at the same time serves as a magnetic backflow of the internal magnets. A band-shaped plastic magnet 3 is inserted into the rotor bell 1. This plastic magnetic tape 3 can additionally be fixed to the inner wall of the rotor bell 1 with adhesive. It is also essential that this plastic magnetic tape 3 (strips) is assigned a dynamo sheet package 18 (expediently without grooves) (see FIG. 4). The dynamo sheet package 18 can have the length (viewed in the direction of the motor axis) of the magnetic tape 3 or can be shorter or longer; it can be stronger, the same or less than the plastic magnet 3. After machining the rotor, in particular the air gap between the magnet and the stator, the magnet 3 is magnetized diametrically or radially in accordance with the number of poles and the characteristic of the motor. When magnetizing, a specified pole slope must be taken into account for better motor starting. The magnetization can be sinusoidal, trapezoidal, needle pulse-shaped, etc. according to the selected characteristic. The rotor can be packaged from dynamo sheet and the bell can be made from die-cast aluminum (cast).
Durch das Dynamoblechpaket als magnetischer Rückfluss im Vergleich zu weichmagnetischem Material wird eine Wirkungsgradverbesserung und eine kostengünstigere Fertigung erreicht. Der Hallgenerator bekommt sein Signal von dem im Rotor aufmagnetisierten Magnet. Dieses Signal kann auch von einem getrennten Magnet, der genau positioniert ist, kommen. Dieser Magnet kann auf der Welle oder in Verlängerung des vorhandenen Magnetes befestigt werden. The dynamo sheet package as magnetic reflux compared to soft magnetic material improves efficiency and makes production more cost-effective. The Hall generator receives its signal from the magnet magnetized in the rotor. This signal can also come from a separate magnet that is precisely positioned. This magnet can be attached to the shaft or as an extension of the existing magnet.
Ausserdem ist es günstig, wenn die Transistoren oder Ty-ristoren auf der Leiterplatte, zur besseren Wärmeabfuhr, in das Motorgehäuse oder in das Lüftergehäuse eingebettet sind. In addition, it is advantageous if the transistors or ty-transistors are embedded in the motor housing or in the fan housing on the circuit board for better heat dissipation.
Die Anordnung der bestimmten Leiterplatte am Motor kann so sein, dass die Bauelemente einmal nach aussen und einmal nach innen weisen. The arrangement of the specific printed circuit board on the motor can be such that the components point outwards and inwards once.
Die Rotorglocke 1 kann auch einen entsprechenden magnetischen Ring aus hartmagnetischen Werkstoffen aufweisen. Der Kunststoffmagnet 3 kann als Ring gefertigt (gespritzt) verwendet werden (Alnico, Bariumferrit usw., Isotrop, Anisotrop usw.). Der Rotor kann z.B. somit als radial magnetisiertes, permanentes Teil ausgebildet sein. The rotor bell 1 can also have a corresponding magnetic ring made of hard magnetic materials. The plastic magnet 3 can be manufactured (molded) as a ring (Alnico, barium ferrite, etc., isotropic, anisotropic, etc.). The rotor can e.g. thus be designed as a radially magnetized, permanent part.
Der Stator besteht aus einzelnen, gestanzten und paketierten Dynamoblechen. Die Form des Blechschnittes kann der der Figur 2 entsprechen und enthält ausgeprägte Pole. Die Polspitzen s The stator consists of individual, punched and packaged dynamo sheets. The shape of the sheet metal cut can correspond to that of FIG. 2 and contains pronounced poles. The pole tips s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
(iE) (iE)
65 65
3 3rd
657 239 657 239
können gegenüberliegend abgeflacht sein (siehe Bezugshinweis a/b in Fig. 2). Dadurch erhält man eine Vorzugstellung und der Hallgenerator 15 kann in der Mitte des Poles, ohne Versetzen eines entsprechenden Winkels angebracht werden. Die Schnittform kann auch verschiedene geometrische Ausführungsformen aufweisen. can be flattened opposite (see reference note a / b in Fig. 2). This gives a preferred position and the Hall generator 15 can be attached in the center of the pole without moving an appropriate angle. The sectional shape can also have various geometric embodiments.
Der Hallgenerator 15 kann auch an einer nichtleitenden Leiste 16 mittig oder seitlich befestigt sein. Diese Leiste 16 — mit entsprechenden Verdrahtungen — wird dann im Spalt eingesetzt oder in den Spalt (Poltrennung) eingeführt und von aussen (z.B. an der Leiterplatte 10) befestigt. The Hall generator 15 can also be attached to a non-conductive bar 16 in the middle or laterally. This strip 16 - with appropriate wiring - is then inserted in the gap or inserted into the gap (pole separation) and fastened from the outside (e.g. on the printed circuit board 10).
In das entsprechend isolierte Dynamoblechpaket ist die Kupferwicklung 5 eingebracht. The copper winding 5 is introduced into the correspondingly insulated dynamo sheet package.
Der Wickelkopfträger 6 besteht aus auf den Stirnseiten angebrachten Rohren, die vorzugsweise mit der Betriebsisolation (Nutenisolation) in einem Arbeitsgang aus hochwärmebeständigem Thermoplastmaterial gespritzt sind. Zur Aufnahme der Lager 7 ist in die Innenbohrung des Dynamoblechpaketes eine Statorbuchse 8 eingepresst. The winding head carrier 6 consists of tubes attached to the end faces, which are preferably injection molded with the operational insulation (slot insulation) in one operation from highly heat-resistant thermoplastic material. To accommodate the bearings 7, a stator bushing 8 is pressed into the inner bore of the dynamo sheet package.
Auf der Rotorseite wird zum Schutz der Wicklung und zur Kriech- und Luftstreckensicherheit auf das zylindrische Wickelkopfträgerteil 6 ein Wickelkopfschutz 9 aufgepresst und gegebenenfalls verstemmt oder verbördelt. On the rotor side, in order to protect the winding and for creep and air gap safety, a winding head protection 9 is pressed onto the cylindrical winding head carrier part 6 and, if necessary, caulked or crimped.
Auf der Statorseite (offene Rotorseite) wird die mit Bauelementen bestückte Leiterplatte 10 ebenfalls auf das Wickelkopfträgerteil aufgepresst. Die Spulenanfänge und Enden werden an der entsprechend vorgesehenen Stelle angelötet. Gleichzeitig erhält die bestückte Leiterplatte 10 das Anschlusskabel. On the stator side (open rotor side), the printed circuit board 10 equipped with components is also pressed onto the end winding support part. The beginning and end of the coil are soldered to the appropriate location. At the same time, the printed circuit board 10 receives the connection cable.
Die vom Rotormagnet 3 ausgehenden Kraftlinien werden von einem oder mehreren Hallgeneratoren 15 erfasst. Der Hallgenerator 15 steuert je nach aufgenommenem magnetischen Fluss, die weiteren auf der Leiterplatte 10 vorgesehenen Bauelemente an. The lines of force emanating from the rotor magnet 3 are detected by one or more Hall generators 15. Depending on the magnetic flux recorded, the Hall generator 15 controls the other components provided on the printed circuit board 10.
Es werden Hallgeneratoren 15 verwendet, die als Hall-IC's ausgebildet sind. Das Steuerteil erzeugt durch den Magnetfluss und dessen Richtungsänderung ein Steuersignal, das die Stromwendung in Abhängigkeit von der Rotorstellung steuert. Hall generators 15 are used which are designed as Hall ICs. By means of the magnetic flux and its change in direction, the control part generates a control signal which controls the reversal of current as a function of the rotor position.
Der Hallgenerator 15 wird z.B. mittels einer Halteplatte 17 s (Fig. 3) auf der Leiterplatte 10 befestigt. Die Halteplatte 17 in der der Hallgenerator z.B. eingelegt wird, besteht aus thermoplastischem Material und hat zwei Zapfen zur Vernietung auf der Leiterplatte 10 angespritzt. Hall generator 15 is e.g. attached to the circuit board 10 by means of a holding plate 17 s (FIG. 3). The holding plate 17 in which the Hall generator e.g. is inserted, consists of thermoplastic material and has two pins molded for riveting on the circuit board 10.
Die vier Anschlüsse des Hallgenerators 15 werden in der io Halteplatte 17 an Lötpins geführt. Diese Pins werden wiederum am freien Ende an die Bahnen der Leiterplatte 10 gelötet. The four connections of the Hall generator 15 are guided in the holding plate 17 on solder pins. These pins are in turn soldered to the tracks of the printed circuit board 10 at the free end.
Diese Hall-IC's haben einen digitalen Ausgang und können auch ohne Halteplatte direkt wie jedes andere Bauelement an einer bestimmten Stelle der Leiterplatte angelötet sein. Durch i5 die besondere Charakteristik des Hallgenerators mit digitalem Ausgang können grössere Toleranzen bei der Positionierung in axialer und radialer Richtung sowie in der Winkelstellung zugelassen werden. These Hall ICs have a digital output and can also be soldered directly to a specific location on the circuit board like any other component, even without a holding plate. The special characteristics of the Hall generator with digital output allow greater tolerances in the positioning in the axial and radial directions as well as in the angular position.
Damit ergibt sich eine rationellere Fertigung. Mit diesem 2o neuen Hallgenerator wird erreicht, dass man nur mit einem Hallgenerator bei einem hundertprozentigen Anlauf auskommt. This results in a more rational production. With this 2o new Hall generator it is achieved that you can only get by with a Hall generator with a 100% start-up.
In Fig. 5 ist ein kompletter Stator gezeigt, so wie er in die Rotorglocke 1 (Fig. 4) eingesetzt werden würde. Erkennbar ist 25 die Leiterplatte 10 mit den Lötpunkten 19 (Cu-Bahnen). Dann sind die elektronischen Bauelemente 21 erkennbar und ausserdem ist der Hallgenerator 15, hier mit Digitalausgang, gezeigt, gegenüberliegend vom Nutschlitz 22 (Polteilung). Und schliesslich sind die Kupferwicklungen 20 erkennbar. FIG. 5 shows a complete stator as it would be used in the rotor bell 1 (FIG. 4). The circuit board 10 with the soldering points 19 (Cu tracks) can be seen. Then the electronic components 21 can be seen and, in addition, the Hall generator 15, here with a digital output, is shown opposite the slot 22 (pole pitch). And finally, the copper windings 20 can be seen.
30 Hinsichtlich Fig. 1 ist in der Darstellung zu beachten, dass die Leiterplatte bei der unteren Darstellung aussen liegt und die Bauelemente innen, im Gegensatz zur Darstellung im oberen Bereich (siehe auch dazu Fig. 5). In Fig. 4 wurde die Rotorbuchse, in die Welle eingepresst, mit Position 23 bezeichnet. With regard to FIG. 1, it should be noted in the illustration that the printed circuit board lies on the outside in the lower illustration and the components on the inside, in contrast to the illustration in the upper region (see also FIG. 5). In Fig. 4, the rotor bushing, pressed into the shaft, was designated with position 23.
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3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings
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