-
-
Elektromotor, insbesondere kollektorloser Gleichstrom-
-
motor Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere kollektorlosen
Gleichstrommotor, mit einem mit der Rotorwelle drehfest verbundenen permanentmagnetischen
Element sowie mit n mit dem permanentmagnetischen Element zusammenwirkenden ortsfesten
magnetfeldempfindlichen Sensoren zur Abgabe elektrischer Stellungssignale, wobei
n mindestens 1 ist, und mit in Richtung zum permanentmagnetischen Element hin vor
den Sensoren angeordneten ferromagnetischen Leitelementen.
-
Aus der DE-AS 19 11 836 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor mit
feststehender Ständerwicklung und einem mit der Rotorwelle drehfest verbundenen
permanentmagnetischen Rotor bekannt, wobei die Ansteuerung der Ständerwicklung durch
eine elektronische Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Drehstellung
des Rotors erfolgt.
-
Die Drehstellung des Rotors wird durch zwei ortsfeste magnetfeldempfindliche
Sensoren in Form von Hallgeneratoren erfaßt, die um 900 el. gegeneinander versetzt
sind.
-
Um bei stirnseitiger Anordnung der Hallgeneratoren unabhängig vom
axialen Lagerspiel des permanentmagnetischen Rotors ausreichend große Steuersignale
zu erhalten, sind als ferromagnetische Leitelemente Fangbleche vorgesehen, die den
Streufluß des permanentmagnetischen Rotors auf die Hallgeneratoren konzentrieren.
Diese Fangbleche sind teilweise zwischen den Hallgeneratoren und dem permanentmagnetischen
Rotor angeordnet und weisen einen radial verlaufenden Teil sowie einen abgewinkelten
in axialer Richtung verlaufenden Teil auf, dessen Ende über dem permanentmagnetischen
Rotor zu liegen kommt.
-
Darüber hinaus ist es aus der DE-OS 25 14 499 bei einem kollektorlosen
Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor und radialem Luftspalt benannt,
einen Teil des magnetischen Flusses des Rotors durch ein zwischen dem Rotor und
einem magnetfeldempfindlichen Sensor angeordnetes ferromagnetisches Leitelement
auf diesen Sensor zu konzentrieren, so daß dort eine hinreichend große Magnetfeldintensität
zur Erzeugung eines Stellungssignals zur Verfügung steht.
-
Bei Llektromotoren mit magnetfeldempfindlichen Sensoren zur Abgabe
elektrischer Rotorstellungssignale, beispielsweise zur Steuerung einer Kommutierurzgseinrichtung
oder zur Positionierung des Rotors bei einem Schrittmotor, ist es wesentlich, daß
die magnetfeldempfindlichen Sensoren sehr genau an ihrem vorgesehenen Ort positioniert
sind. So ist es bei kollektorlosen Gleichstrommotoren für die Ansteuerung der Kommutierungseinrichtung
sehr wesentlich, daß die von den magnetfeldempfindlichen Sensoren abgeleiteten Stellungssignale
exakt um 900 el. in der Phase verschoben sind, was einen entsprechend exakten mechanischen
Versatz dieser Sensoren erforderlich macht.
-
Dies zieht in der Fertigung erhebliche fertigungstechnische Anstrengungen
nach sich, so daß entsprechende Fertigungskosten auflaufen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß der fertigungstechnische Aufwand fiir die exakte
Positionierung der magnetfeldempfindlichen Sensoren verringert wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes ferromagnetische
Leitelement unabhängig von den anderen drehverstellbar angeordnet ist, wobei die
Drehachse mit der Achse der Rotorwelle zusammenfällt. Damit genügt es, die magnetfeldempfindlichen
Sensoren bei der Fertigung nur angenähert in ihre richtige Lage zu bringen
und
die Feineinstellung über eine nachträglich vorzunehmende Drehverstellung der ferromagnetischen
Leitelemente vorzunehmen; denn durch diese ',Drehverstellbarkeit der ferromagnetischen
Leitelemente kann eine Feineinstellung des die magnetfeldempfindlichen Sensoren
durchsetzenden magnetischen Flusses mit geringem Aufwand erreicht werden. Diese
Feineinstellung des magnetischen Flusses über die ferromagnetischen Leitelemente
kann am Ende des Fertigungsvorganges vorgenommen werden. Allerdings müssen diese
ferromagnetischen Leitelemente unabhängig voneinander drehverstellbar sein.
-
In einer bevorzugten Aus führungs form sind lediglich n - 1 ferromagnetische
Leitelemente vorgesehen, da es im allgemeinen lediglich auf die relative Anordnung
der magnetfeldempfindlichen Sensoren zueinander ankommt. So kann bei einem kollektorlosen
Gleichstromrnotor mit zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren nur dem einen Sensor
ein drehverstellbares Leitelement zugeordnet sein.
-
Als magnetfeldempfindliche Sensoren können Hallgeneratoren dienen,
da sie nur einen geringen Raumbedarf aufweisen und kostengünstig zur Verfügung stehen.
Als kostengünstige und gut verfügbare ferromagnetische Leitelemente können Ferritblättchen
eingesetzt sein.
-
Das permanentmagnetische Element kann als Scheibe mit entlang dem
Umfangsbereich abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung ausgebildet
sein. Dieses permanentmagnetische Element ist zusätzlich zum permanentmagnetischen
Rotor auf die Rotorwelle aufgesetzt.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch auch als permanentmagnetisches
Element der Rotor des Gleichstrommotors selbst dienen. In diesem Fall übernimmt
der mit der Statorwicklung wechselwirkende Rotor auch gleichzeitig die Funktion
des permanentmagnetischen Elementes
zur Rotorstellungserfassung.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren 1 und
2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Elektromotors mit der Rotorstellungserfassungseinrichtung
und Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 rechts liegenden Teil der Rotorstellungserfassungseinrichtung.
-
In Fig. 1 ist der reine Antriebsteil, bestehend aus Rotor- und Ständerwicklung,
in schematischer Darstellung mit dem Bezugszeichen 1 belegt. Die Rotorwelle trägt
das Bezugszeichen 2. Auf der Rotorwelle befindet sich das permanentmagnetische Element
3 in Form einer Scheibe mit entlang der Umfangsrichtung abwechselnd entgegengesetzter
Mangetisierungsrichtung, wobei der Vektor des magnetischen Feldes in axialer Richtung
verläuft.
-
In axialer Richtung zu diesem permanentmagnetischen Element 3 versetzt
befindet sich die ortsfeste Detektoreinrichtung 4, die beispielsweise starr mit
dem Gehäuse des Antriebsteils 1 verbunden sein kann.
-
Die Detektoreinrichtung 4 weist eine rechteckige Trägerplatte 5 aus
einem nichtmagnetischem Werkstoff, beispielsweise Pertinax, auf. In der Trägerplatte
5 sind als ortsfeste magnetfeldempfindliche Sensoren die Hallgeneratoren 6 und 7
eingebettet. Diese Hallgeneratoren 0 6 und 7 müssen an sich exakt um einen Winkel
von 90 el.
-
gegeneinander versetzt sein. Wegen der beim Anbringen der Hallgeneratoren
6 und 7 unvermeidbaren Toleranzen, tritt jedoch ein Vinkelfehlerj im Versatz der
beiden Hallgeneratoren 6 und 7 auf (Fig. 2).
-
Dieser Winkelfehlers wird erfindungsgemäß bei unveränderter Lage der
Hallgeneratoren durch Eingriffe in den magnetischen Kreis eines der Hallgeneratoren,
im Ausführungsbeispiel ist dies der Hallgenerator 6, beseitigt, indem der magnetische
Kreis so justiert wird, daß sich die erforderliche exakte Winkelverschiebung von
900 el.
-
ergibt.
-
Dies geschieht-dadurch, daß vor dem Hallgenerator 6 in axialer Richtung
zu dem permanentmagnetischen Element 3 hin ein Feldkonzentrator in Form eines ferromagnetischen
Leitelementes in einem den fehlerhaften Winkelversatz zwischen den beiden Hallgeneratoren
6 und 7 kompensierenden Sinn angeordnet ist. Dieses ferromagnetische Leitelement
8 ist im Ausführungsbeispiel als Ferritblättchen ausgebildet. Dieses ferromagnetische
Leitelement 8 ist drehverstellbar angeordnet, wobei die Drehachse dieser Drehverstellbarkeit
mit der Drehachse des permanentmagnetischen Elementes 3 bzw. der Rotorachse 2 zusammenfällt.
-
Diese Drehverstellbarkeit wird dadurch erreicht, daß sich das ferromagnetische
Leitelement 8 auf der Stirnfläche 9 eines zwischen der Trägerplatte 5 und dem permanentmagnetischen
Element 3 angeordneten Flansches 10 befindet, wobei ein rohrförmiger Ansatz 11 des
Flansches 10 in der Trägerplatte 5 so gelagert ist, daß er sich mit einem gewissen
Kraftaufwand in einem beschränkten Winkelbereich relativ zum Hallgenerator 6 nach
beiden Seiten hin verdrehen läßt.
-
Fig. 2-zeigt eine Ansicht der Detektoreinrichtung 4 von dem scheibenförmigen
permanentmagnetischen Element 3 aus.
-
Die das ferromagnetische Leitelement 8 tragende Stirnfläche 9 des
Flansches 10 ist hierbei nur gestrichelt eingezeichnet. Die Achse des kreisförmigen
Flansches 10 sowie des rohrförmigen Ansatzes 11 deckt sich mit der
Achse
der Rotorwelle 2. Das ferromagnetische Leitelement 8, das in Fig. 2 gestrichelt
eingezeichnet ist, überlappt sich teilweise mit dem Hallgenerator 6. Der zum Mittelpunkt
des ferromagnetischen Leitelementes 8 gerichtete Radiusvektor schließt mit dem zum
Mittelpunkt des Hallgenerators 6 gerichteten Radius vektor einen Winkel ein, der
nach Größe und Richtung dem Winke'fehlere in der relativen Justierung der beiden
Hallgeneratoren 6 und 7 entspricht.
-
Wird nun angenommen, daß die Drehrichtung R des scheibenförmig ausgebildeten
permanentmagnetischen Elementes 3 - wie in Fig. 2 eingezeichnet - entgegen dem Uhrzeigersinn
verläuft, so erreicht eine Grenze der Magnetisierungsrichtung des scheibenförmigen
permanentmagnetischen Elementes 3 bei einem um den Winkelfehlere zu kleinen Winkelversatz
von 900 el. zwischen den Hallgeneratoren 6 und 7 den Hallgenerator 7 zu früh. Dies
wird nun dadurch kompensiert, daß das dem Hallgenerator 6 zugeordnete ferromagnetische
Leitelement 8 durch Drehung des Flansches 10 im Uhrzeigersinn um den Betrag des
Winkelfehlers verstellt wird. Damit erreicht die zugehörige Magnetisierungsgrenze
auf dem scheibenförmigen permanentmagnetischen Element 3 zwar nicht den Hallgenerator
6, wohl aber das ferromagnetische Leitelement 8 um den Winkelfehler4. verfrüht.
Von diesem ferromagnetischen Leitelement 8 wird nun dieser verfrüht aufgenommene
Wechsel des magnetischen Flusses auf den Hallgenerator 6 konzentriert, so daß dies
in der Wirkung einer entsprechenden Verschiebung des Hallgenerators 6 gleichkommt.
Damit ist der VJinkelfehlere Xompensiert.
-
Dem Hallgenerator 7 kann prinzipiell ebenfalls ein weiteres ferromagnetisches
Element vorgelagert sein, das dann aber unabhängig von dem ferromagnetischen Leitelement
8 in seiner Winkellage verstellbar sein muß. Dies hat den Vorteil, daß der magnetische
Fluß durch beide
Hallgeneratoren wegen der gleichartigen FluBkonzentrationswirkung
dieser ferromagnetischen Leitelemente im wesentlichen gleich ist, so daß auch die
Ausgangssignale der Hallgeneratoren 6 und 7 von vornherein etwa gleich groß sind.
-
Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren, die einen permanentmagnetischen
Rotor aufweisen, kann - wenn eine kompakte Bauform erwünscht ist - die Funktion
des scheibenförmigen permanentmagnetischen Elementes auch gleich mit durch den permanentmagnetischen
Rotor dieses Motors übernommen werden. In diesem Fall ist die Detektoreinrichtung
4 ins Innere dieses Motors zu verlegen.
-
Für aufwendig aufgebaute Motoren, beispielsweise Schrittmotoren mit
einer höheren Anzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren ist eine entsprechend
erhöhte Anzahl von unabhängig voneinander drehverstellbaren ferromagnetischen Leitelementen
erforderlich, wobei die Mindestzahl immer um den Wert 1 niedriger sein kann als
die Zahl der eingebauten magnetfeldempfindlichen Sensoren.
-
6 Patentansprüche 2 Figuren
Leerseite