CH660264A5

CH660264A5 - Kollektorloser gleichstrommotor.

Info

Publication number: CH660264A5
Application number: CH3263/82A
Authority: CH
Inventors: Rolf Dr Mueller
Original assignee: Papst Motoren Gmbh & Co Kg
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1987-03-31
Also published as: FR2530889A1; DE3319029A1; US4531079A; FR2530889B1; DE3319029C2

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, insbesondere mit im wesentlichen zylindrischem Luftspalt, mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Polpaare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und mit mindestens einem Rotorstellungssensor zum Erfassen der Rotorlage aufweist, sowie mit einer in Abhängigkeit von dem Rotorstellungssensor gesteuerten Kommutierungseinrichtung und mit einer an die Kommutierungseinrichtung angeschlossenen Statorwicklungsanordnung.

Derartige Motoren sind bekannt (DE-OS 26 18 293, DE-PS 26 12 464). Die bekannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass der Erkennungsimpuls wegen der Temperaturempfindlichkeit der magnetfeldabhängigen Rotorstellungssensoren (beispielsweise Hall-IC's) nicht stets exakt an der gleichen Rotorstellung auftritt, sondern von der Temperatur abhängt.

Video-Bandgeräte weisen zwei Abtastköpfe am Umfang der Kopftrommel, über die das Band läuft, auf. Jeder der beiden Köpfe tastet ein Halbbild ab und es ist zum Auffinden bestimmter Stellen erforderlich, zwei unterscheidbare, umfangsmässig um 180° versetzte Impulse dafür zur Verfügung zu haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ersten von Temperaturschwankungen und Alterungseffekten möglichst unabhängigen Erkennungsimpuls pro mechanischer Umdrehung und einen zweiten 180 mechan. gegenüber dem ersten versetzten Erkennungsimpuls, der von dem ersten unterscheidbar ist, zu erzeugen.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Der Erfindungsgegenstand ist im Ausführungsbeispiel an einem vierpoligen Gleichstromaussenläufermotor dargestellt, wie er beispielsweise zum Antrieb von Magnetplattenspeichern Verwendung findet. Hier ist es lediglich erforderlich zwei Polgrenzen des Rotormagneten gegeneinander umfangsmässig geringfügig zu versetzen und eine Hilfswicklung (einfache Leiterschleife) über zwei benachbarte Statorpole derart anzuordnen, dass die Hilfswicklung über mindestens zwei benachbarte Statorpole mit einer Erstreckung am Umfang von 360° el., von einem Statorpolende ausgehend, gelegt ist, wobei die eine Polgrenze des Rotormagneten (Erregermagneten) im Abstand von 360° el. am Umfang des Luftspalts in Bewegungsrichtung des Rotors und die andere Polgrenze entgegen der Bewegungsrichtung geringfügig versetzt sind.

Der Rotormagnet ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in zwei Magnetisierungsbereiche aufgeteilt, wobei ein Bereich mit versetzten Polen der Drehstellungslokalisierung und ein zweiter mit gleichmässigen Polen der Kommutierung dient. Der Bereich für die Kommutierung könnte beispielsweise aber auch mit hell/dunkel-Markierungen versehen sein für eine optoelektronisch gesteuerte Kommutierung.

Wenn gemäss der Erfindung die Versetzung von Polgrenzen über den gesamten Rotormagneten vorgenommen würde, könnte man über die Hilfswicklung einen Drehstellungsimpuls gewinnen, die Kommutierung (beispielsweise über Hall-IC's) wäre dann aber ungleichmässig, und zur Gewinnung des Drehstellungsimpulses müssten zwei Hall-IC's (hoher Preis) eingesetzt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

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Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Motor gemäss der Erfindung,

Fig. 2 in einer Draufsicht einen Stator des erfindungsgemäs-sen Motors,

Fig. 3 eine Abwicklung des erfindungsgemässen Rotormagneten,

Fig. 4 ein vereinfachtes Diagramm des durch die erfindungs-gemässe Hilfswicklung erzeugten Spannungsimpulses,

Fig. 5 ein Diagramm der durch die Hilfswicklung erzeugten Spannungsimpulse über 360° (mechanisch),

Fig. 6 ein Diagramm der in Fig. 5 gezeigten Spannungsimpulse, die in einer ersten Schaltstufe umgeformt wurden,

Fig. 7 ein Diagramm der in Fig. 6 gezeigten Spannungsimpulse, die in einer zweiten Schaltstufe in Rechteckform umgeformt wurden,

Fig. 8 ein Schaltbild der Impulsumformung gemäss der Fig. 5 und 7 und

Fig. 1 zeigt, schematisch im Schnitt, einen kollektorlosen Gleichstrommotor 1, im Ausführungsbeispiel als Aussenläufer dargestellt. Er weist ein Statorblechpaket 2 auf, das eine Statorwicklungsanordnung 3 trägt. Das Statorblechpaket 2 bildet zusammen mit einem ringförmigen, dauermagnetischen Erregermagneten 4 einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt 5.

In Fig. 2 ist eine zweipolige Hilfswicklung 6 gezeigt, deren Wicklungen so um ein Statorpolpaar des Statorblechpaketes 2 gewickelt sind, dass sie in entgegengesetzte Magnetpolfelder 7, 8 des Erregermagneten (Rotormagneten) 4 ragen (Fig. 3). Der Rotormagnet 4 enthält Polgrenzen 9, 10, 11, 12 und ist in zwei Bereiche aufgeteilt. Im Bereich 13 sind die Polgrenzen 10, 12 geringfügig gegeneinander versetzt und zwar die Polgrenze 10 in Richtung eines Pfeiles 15 (Bewegungsrichtung des Rotors) und die Polgrenze 12 entgegen der Richtung des Pfeiles 15. Während im Bereich 14 die Polgrenzen 9, 10, 11, 12 in 90°-Teilung genau symmetrisch angeordnet sind.

Die von der erfindungsgemässen Anordnung erzeugten Spannungsimpulse 16, 17 zeigt schematisch das Diagramm in Fig. 4 über einen Bereich von 180° (mechanisch). Die zwei pro Umdrehung induzierten Spannungsimpulse 16, 17 haben unterschiedliche Polarität und sind daher einfach zu unterscheiden. In den Fig. 5 bis 7 ist gezeigt wie die durch die Hilfswicklung 6

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induzierten Spannungsimpulse 16, 17 und auftretende Störimpulse 18, 19, 20, 21 in Stufen umgeformt werden, um eindeutige Schaltpunkte zu erhalten. Ein Blockschaltbild (Fig. 8) zeigt ein Ausführungsbeispiel für die vorgenannte Impulsformung. Über eine erste Schaltstufe, bestehend aus einem Widerstand 22, einem Kondensator 23 und einem Integrator 24, werden die Spannungs- und Störimpulse zu Impulsen 25, 26 und schliesslich über einen Comparator 27 zu Impulsen 28, 29 umgeformt. Die Wirkungsweise der Erfindung wird im folgenden beschrieben. Der vierpolige Rotormagnet 4 enthält wie üblich vier Polgrenzen 9, 10, 11, 12, von denen sich zwei unverändert in 180°-Positionen (mech.) gegenüberliegen (9, 11), die anderen zwei jedoch zumindest teilweise gegenüber den 90°-Positionen (mechanisch) versetzt sind, und zwar eine Polgrenze 10 etwas in Richtung des Pfeiles 15, die andere Polgrenze 12 etwas gegen die Richtung des Pfeiles 15.

Die Wirkung der vierpoligen Hauptmagnetisierung auf die 4polige Statorwicklung 3 (mit einer am Luftspalt effektiven Spulenweite von ca. jeweils einfacher Rotorpolweite von 180° el.) wird durch den leichten Polgrenzenversatz nicht nennenswert gestört, da sich die Versetzungen bezüglich der 4poligen Wicklung 3 in ihrer Wirkung praktisch aufheben, d.h. sie wirken sich nur wie eine leichte Verbreiterung der Pollücken des Rotormagneten 4 aus (vergleiche DE-PS 23 46 380).

Da die Hilfswicklung (von 360° el. Spulenweite) und die Statorwicklung (mit 180° el. Spulenweite) nicht transformatorisch gekoppelt wird, stören die Statorfelder der Hauptwicklung die Hilfswicklung nicht (d.h. wenig). Kurze nadeiförmige Störimpulse 18, 19, 20, 21 können ausserdem in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens durch Integration der Spannungsimpulse unterdrückt werden. Die Integration bietet sich auch zur bequemen Auswertung an. Um eine gleichmässige Kommutierung zu erhalten ist es vorteilhaft, den vorzugsweise als magnetfeldempfindlichen Sensor ausgebildeten galvanomagnetischen Rotorstellungssensor (Hall-IC) 30 von dem Bereich 14 des Rotormagneten 4 aus zu steuern, der keine Versetzung der Polgrenzen 9, 10, 11, 12 aufweist.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung ist es möglich, ohne weiteres auch nur einen Impuls pro Umdrehung, und zwar beispielsweise mit Hilfe einer Diode, zu erhalten.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Rotor, der einen mindestens zwei Polpaare aufweisenden dauermagnetischen Erregermagneten und mindestens einen Rotorstellungssensor zum Erfassen der Rotorlage aufweist, sowie mit einer in Abhängigkeit von dem Rotorstellungssensor gesteuerten Kommutierungseinrichtung und mit einer an die Kommutierungseinrichtung angeschlossenen Statorwicklungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass über der Statorwicklungsanordnung (3), die mindestens vier Pole mit einer umfangsmässigen Erstrek-kung von je 180° el. aufweist, eine Hilfswicklung (6) über mindestens zwei benachbarten Statorpolen mit einer von einem Statorpolende aus gesehenen umfangsmässigen Erstreckung von mindestens 360° el. vorgesehen ist, wobei mindestens zwei Polgrenzen (10, 12) des Rotormagneten (4) im Abstand von 360° el. am Umfang des Luftspalts (5) so versetzt sind, dass in den durch die Versetzung gebildeten mindestens zwei Umfangsberei-chen (31, 32) dort eine zueinander gegensätzliche Magnetisierung entsteht.

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (4) axial in zwei Bereiche (13, 14) unterteilt ist, nämlich in einen Erregermagnetbereich (13) und in einen Steuermagnetbereich (14), wobei im Erregermagnetbereich (13) die eine Polgrenze (10) in Richtung eines Pfeiles (15) und die andere Polgrenze (12) entgegen der Richtung des Pfeiles (15) versetzt sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuermagnetbereich (14) des Rotormagneten (4) zur Steuerung eines magnetfeldabhängigen Rotorstellungssensors (30) für die Kommutierung die Polgrenzen (9, 10, 11, 12) gleiche Abstände in Umfangsrichtung aufweisen.

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei der Motor ein sogenannter zweipulsiger Motor ist, der ein Wechselfeld und ein Reluktanzhilfsmoment aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Rotorstellungssensor (30) im Steuermagnetbereich (14) des Rotormagneten (4) angeordnet ist.

5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator vier Pole aufweist und die Hilfswicklung (6) sich über 360° el. erstreckt und dass zwei Polgrenzen (10, 12) im Erregermagnetbereich (13) des Rotormagneten umfangsmässig im Abstand von 360° el. versetzt sind.

6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf ausgeprägten Statorpolen jeweils konzentrische Wicklungen (3) mit einer wesentlich geringeren Spulenweite als der Polteilung entspricht angeordnet sind und dass die Hilfswicklung (6) in eine Nut und in eine dazu übernächste Nut eingewickelt ist.

7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem nutenlosen Statoreisenkern die im Luftspalt angeordnete Statorwicklung und die Hilfswicklung mit jeweils voller Spulenweite vorgesehen ist.

8. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Versetzung der Pole (10, 12) des Erregermagnetbereichs (13) des Rotormagneten gebildeten Umfangsbereiche (31, 32) nicht grösser als 20% der Polbreite sind, vorzugsweise 5 bis 10% derselben ausmachen.

9. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polgrenzen (9, 10, 11, 12) des Erregermagnetbereichs (13) des Rotormagneten im wesentlichen geradlinig, gegenüber der Richtung der Rotordrehachse aber mindestens zum Teil schiefwinklig verlaufen.

10. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsverteilung des Erregermagnetbereichs (13) des Rotormagneten im Luftspalt in Drehrichtung des Rotors gesehen trapezförmig ist.