DE102010040857B4 - Electronically commutated electric motor with a shielded rotor position sensor - Google Patents
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Abstract
Elektronisch kommutierter Elektromotor (1, 2),
mit einem Stator (5) und einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor (7), und mit wenigstens einem Rotorpositionssensor (10, 12), welcher ausgebildet ist, wenigstens eine Rotorposition des Rotors (7) zu erfassen und ein die Rotorposition repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen, und mit einer mit dem Stator (5) und dem Rotorpositionssensor (10, 12) verbundenen Steuereinheit (14, 16), welche ausgebildet ist, den Stator (5) zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals zu bestromen,
wobei
der Rotor (7) mit wenigstens einem Gebermagnet (44) für den Rotorpositionssensor (10, 12) verbunden ist, und der Elektromotor (1, 2) ein Abschirmblech (40, 41) aufweist, welches angeordnet und ausgebildet ist, den Rotorpositionssensor (10, 12) oder zusätzlich den Gebermagnet (44), von magnetischen Feldern abzuschirmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmblech (40, 41) ringförmig mit U-förmigem Ringquerschnitt gebildet ist.
Electronically commutated electric motor (1, 2),
with a stator (5) and a rotor (7), in particular a permanent magnet, and having at least one rotor position sensor (10, 12) which is designed to detect at least one rotor position of the rotor (7) and to generate a rotor position signal representing the rotor position, and a control unit (14, 16) connected to the stator (5) and the rotor position sensor (10, 12) and adapted to energize the stator (5) for generating a rotating magnetic field in response to the rotor position signal,
in which
the rotor (7) is connected to at least one encoder magnet (44) for the rotor position sensor (10, 12), and the electric motor (1, 2) has a shielding plate (40, 41) which is arranged and configured to rotate the rotor position sensor (10 , 12) or in addition to shield the encoder magnet (44) from magnetic fields, characterized in that the shielding plate (40, 41) is formed annularly with a U-shaped annular cross-section.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Elektromotor. Der elektronisch kommutierte Elektromotor weist einen Stator und einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor auf. Der Elektromotor weist auch wenigstens einen Rotorpositionssensor auf. Der Rotorpositionssensor ist ausgebildet, wenigstens eine Rotorposition des Rotors zu erfassen und ein die Rotorposition repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen. Der Elektromotor weist auch eine mit dem Stator und mit dem Rotorpositionssensor verbundene Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, den Stator zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals zu bestromen.The invention relates to an electronically commutated electric motor. The electronically commutated electric motor has a stator and a particular permanent magnetic rotor formed. The electric motor also has at least one rotor position sensor. The rotor position sensor is designed to detect at least one rotor position of the rotor and to generate a rotor position signal representing the rotor position. The electric motor also has a control unit connected to the stator and to the rotor position sensor. The control unit is designed to energize the stator for generating a rotating magnetic field as a function of the rotor position signal.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten elektronisch kommutierten Elektromotoren mit einem Rotorpositionssensor besteht das Problem, dass von dem Rotor erzeugte magnetische Felder den Rotorpositionssensor beeinflussen können.In the case of electronically commutated electric motors having a rotor position sensor known from the prior art, there is the problem that magnetic fields generated by the rotor can influence the rotor position sensor.
Aus der gattungsgemäßen Offenlegungsschrift
Hierbei ist der Rotor mit wenigstens einem Gebermagnet für den Rotorpositionssensor verbunden. Der Elektromotor weist ein Abschirmblech auf, welches angeordnet und ausgebildet ist, den Rotorpositionssensor oder zusätzlich den Gebermagneten, von - insbesondere vom Stator und/oder Rotor erzeugten - magnetischen Feldern abzuschirmen. Dadurch ist das Rotorpositionssignal vorteilhaft frei von dem permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor oder vom Stator erzeugten Störsignalen, oder die Störsignale sind in dem Rotorpositionssignal reduziert.Here, the rotor is connected to at least one encoder magnet for the rotor position sensor. The electric motor has a shielding plate, which is arranged and designed to shield the rotor position sensor or in addition the encoder magnet, from magnetic fields generated by the stator and / or rotor in particular. As a result, the rotor position signal is advantageously free of the permanent magnetic rotor or generated by the stator noise, or the interference signals are reduced in the rotor position signal.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß ist der Rotor mit wenigstens einem Gebermagnet für den Rotorpositionssensor verbunden. Der Elektromotor weist ein Abschirmblech auf, welches angeordnet und ausgebildet ist, den Rotorpositionssensor oder zusätzlich den Gebermagneten, von - insbesondere vom Stator und/oder Rotor erzeugten - magnetischen Feldern abzuschirmen. Dadurch ist das Rotorpositionssignal vorteilhaft frei von dem permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor oder vom Stator erzeugten Störsignalen, oder die Störsignale sind in dem Rotorpositionssignal reduziert.According to the invention, the rotor is connected to at least one encoder magnet for the rotor position sensor. The electric motor has a shielding plate, which is arranged and designed to shield the rotor position sensor or in addition the encoder magnet, from magnetic fields generated by the stator and / or rotor in particular. As a result, the rotor position signal is advantageously free of the permanent magnetic rotor or generated by the stator noise, or the interference signals are reduced in the rotor position signal.
Erfindungsgemäß ist das Abschirmblech zudem ringförmig mit U-förmigem, insbesondere hufeisenförmigen Ringquerschnitt ausgebildet. Beispielsweise weist das Abschirmblech in dieser Ausführungsform eine Toroid-Hufeisenform auf, bei der das Abschirmblech ringförmig ausgebildet ist und einen hufeisenförmigen Ringquerschnitt aufweist.According to the invention, the shielding plate is also formed annularly with a U-shaped, in particular horseshoe-shaped annular cross-section. For example, the shielding plate in this embodiment has a toroidal horseshoe shape, in which the shielding plate is annular and has a horseshoe-shaped annular cross-section.
Weiter vorteilhaft ist das Abschirmblech angeordnet und ausgebildet, den Rotorpositionssensor vor Störfeldern einer Leistungselektronik des Elektromotors abzuschirmen.Further advantageously, the shielding plate is arranged and designed to shield the rotor position sensor against interference fields of power electronics of the electric motor.
Die Leistungselektronik ist beispielsweise Bestandteil einer Steuereinheit, welche ausgebildet ist, den Stator zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zum Drehbewegen des Rotors zu bestromen.The power electronics, for example, part of a control unit, which is adapted to energize the stator for generating a magnetic rotating field for rotating the rotor.
Der Elektromotor ist beispielsweise eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine.The electric motor is, for example, a synchronous machine or an asynchronous machine.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmblech entlang einer Rotordrehachse, im Folgenden auch Motorwellenlängsachse genannt, zwischen dem Rotor und dem Gebermagnet angeordnet.In a preferred embodiment, the shielding plate is arranged between the rotor and the transmitter magnet along a rotor rotational axis, also referred to below as the motor shaft longitudinal axis.
Weiter bevorzugt ist das Abschirmblech zwischen dem Rotor und dem Gebermagnet derart angeordnet, dass magnetische Feldlinien des permanentmagnetisch ausgebildeten Rotors ausreichend abgeschirmt sind. So können vorteilhaft nur Feldlinien des Gebermagnets den Rotorpositionssensor erreichen.More preferably, the shielding between the rotor and the encoder magnet is arranged such that magnetic field lines of the permanent magnet rotor are sufficiently shielded. Thus, only field lines of the transmitter magnet can advantageously reach the rotor position sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist das Abschirmblech mit dem Rotor drehverbunden. So kann das Abschirmblech vorteilhaft gemeinsam mit dem Rotor rotieren. Das Abschirmblech ist bevorzugt mit einer Motorwelle des Elektromotors insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig drehfest verbunden. Weiter vorteilhaft kann der Elektromotor so aufwandsgünstig hergestellt werden, weil so vorteilhaft eine Abmessung des Abschirmblechs einer Abmessung des Gebermagneten entsprechen kann.In a preferred embodiment of the electric motor, the shielding plate is rotatably connected to the rotor. Thus, the shield can advantageously rotate together with the rotor. The shielding plate is preferably connected to a motor shaft of the electric motor, in particular non-positively and / or positively non-rotatably. Further advantageously, the electric motor can be manufactured so low cost, because so advantageously a dimension of the shielding plate can correspond to a dimension of the encoder magnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors ist das Abschirmblech wenigstens durch eine insbesondere kreisförmige Scheibe gebildet. Weiter vorteilhaft ist das Abschirmblech als becherförmig ausgebildeter Abschirmbecher ausgebildet.In an advantageous embodiment of the electric motor, the shielding plate is formed at least by a particular circular disc. Further advantageously, the shield is designed as a cup-shaped shielding cup.
Dazu kann beispielsweise an die vorab genannte Scheibe eine Wand angeformt sein. Weiter bevorzugt ist der Abschirmbecher ausgebildet, den Gebermagneten wenigstens teilweise, oder vollständig aufzunehmen. So kann der Gebermagnet vorteilhaft magnetische Feldlinien nur im Bereich einer Öffnung des Abschirmbechers, weiter bevorzugt in Richtung zum Rotorpositionssensor hin aussenden. Das Abschirmblech ist bevorzugt weichmagnetisch ausgebildet.For this purpose, for example, a wall can be formed on the previously mentioned disc. More preferably, the Abschirmbecher is formed to receive the encoder magnet at least partially, or completely. Thus, the transmitter magnet can advantageously magnetic field lines only in the region of an opening of the shielding cup, more preferably in Send out direction to the rotor position sensor. The shielding plate is preferably formed soft magnetic.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist der Gebermagnet ringförmig ausgebildet, und weiter bevorzugt in dem Abschirmbecher angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Abschirmbecher zylinderförmig ausgebildet, und ist ausgebildet, den ringförmig ausgebildeten Gebermagneten wenigstens teilweise oder vollständig aufzunehmen. Bevorzugt ist der Gebermagnet mit dem Abschirmbecher verbunden.In a preferred embodiment of the electric motor, the transmitter magnet is annular, and more preferably arranged in the shield cup. More preferably, the Abschirmbecher is cylindrical, and is adapted to at least partially or completely receive the annular encoder magnet formed. The transmitter magnet is preferably connected to the shielding cup.
Der Gebermagnet ist beispielsweise durch einen Kunststoffring gebildet, wobei in den Kunststoff des Kunststoffrings permanentmagnetisch ausgebildete Magnetpartikel eingeschlossen sind.The donor magnet is formed, for example, by a plastic ring, permanent magnetically formed magnetic particles being enclosed in the plastic of the plastic ring.
Durch den ringförmig ausgebildeten Gebermagneten kann der Gebermagnet vorteilhaft radial von der Motorwellenlängsachse beabstandet sein, ohne eine Unwucht für den Rotor zu bilden.The donor magnet may advantageously be spaced radially from the motor shaft longitudinal axis by means of the ring-shaped transmitter magnet, without forming an imbalance for the rotor.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors weist der Abschirmbecher einen Boden, vorab auch Scheibe genannt, und eine Becherwand, insbesondere eine Zylinderwand auf. Weiter bevorzugt ist der Gebermagnet mit der Zylinderwand des Bechers verbunden.In a preferred embodiment of the electric motor, the shielding cup has a bottom, also referred to as a disk in advance, and a cup wall, in particular a cylinder wall. More preferably, the transmitter magnet is connected to the cylinder wall of the cup.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist der Rotorpositionssensor des Elektromotors derart angeordnet, dass der Rotorpositionssensor in den Abschirmbecher hineinragt. So kann vorteilhaft eine Anordnung, umfassend den Rotorpositionssensor und den Gebermagneten mittels des Abschirmblechs vollständig von magnetischen Störfeldern, insbesondere magnetischen Störfeldern des permanentmagnetisch ausgebildeten Rotors oder des Stators, abgeschirmt sein.In a preferred embodiment of the electric motor, the rotor position sensor of the electric motor is arranged such that the rotor position sensor protrudes into the shielding cup. Thus, advantageously, an arrangement comprising the rotor position sensor and the transmitter magnet can be completely shielded by means of the shielding plate from magnetic interference fields, in particular magnetic interference fields of the permanent magnetic rotor or the stator.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotorpositionssensor und der Gebermagnet radial von der Motorwellenlängsachse beabstandet angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Rotorpositionssensor im Vergleich zu dem Gebermagneten radial von der Motorwellenlängsachse in einem kleineren oder größeren Abstand zur Motorwellenlängsachse angeordnet, als der bevorzugt ringförmig ausgebildete Gebermagnet.In a preferred embodiment, the rotor position sensor and the encoder magnet is arranged radially spaced from the motor shaft longitudinal axis. More preferably, the rotor position sensor is arranged radially from the motor shaft longitudinal axis in a smaller or larger distance from the motor shaft longitudinal axis, as compared to the encoder magnet, as the preferably ring-shaped encoder magnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gebermagnet radial von der Motorwellenlängsachse weiter oder näher beabstandet als der Rotorpositionssensor. Dadurch kann der Gebermagnet um den Rotorpositionssensor rotieren.In a preferred embodiment, the transmitter magnet is radially spaced from the motor shaft longitudinal axis further or closer than the rotor position sensor. This allows the encoder magnet to rotate about the rotor position sensor.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den in den Figuren und der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmalen, sowie aus den abhängigen Ansprüchen.The invention will now be described below with reference to figures and further embodiments. Further embodiments will become apparent from the features described in the figures and the description of the figures, as well as from the dependent claims.
Der Elektromotor
Der Elektromotor
Der Elektromotor
Die Rotorpositionssensoren
Die Motorwelle
Das Gehäuse
Das Verschlussteil
Das Verschlussteil
Der Elektromotor
Der Elektromotor
Die Motorwelle
Der Elektromotor
Der Elektromotor
Das Abschirmblech
Die Rotorpositionssensoren
Denkbar ist auch eine Ausführung des Abschirmbleches
Der Elektromotor
Das Abschirmblech
Der ringförmige Gebermagnet
Denkbar ist auch eine Ausführungsform, wobei das zuvor beschriebene Verbindungsmittel
Anstelle des Verbindungsmittels
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