DE3820903A1 - Elektrische maschine - Google Patents
Elektrische maschineInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/10—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using light effect devices
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- Power Engineering (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
Eine derartige Maschine ist aus der DE-OS 34 18 153 bekannt.
Diese kann als Motor, beispielsweise als kollektorloser
Gleichstrommotor ausgebildet sein. Zur Erzeugung der
Kommutierungssignale bzw. zur Sensierung der Winkstellung
des Rotors enthält der Rotor eine Signalspur, die mittels
eines Sensors abgetastet wird.
Der Nachteil dieser Art der Signalbildung ist darin zu
sehen, daß ein Sensor, der in unmittelbarer Nähe des Rotors
angeordnet ist, durch die Motorströme großen
elektromagnetischen Störfeldern ausgesetzt ist. Ferner kann
der Sensor durch die Motorerwärmung geschädigt werden,
gleichzeitig ist aber auch ein Austausch eines solchen
Sensors der sich innerhalb eines Motors befindet äußerst
zeitaufwendig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
elektrische Maschine zu schaffen, bei der eine
störunempfindliche Erkennung der Winkelstellung des Rotors
gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen,
daß nunmehr eine Störung des hochempfindlichen
elektronischen Bauelementes, welches den optischen Sensor
darstellt, aufgrund des Motorbetriebs vermieden wird.
Außerdem kann der optische Sensor bei einem Defekt leicht
ausgewechselt werden. Ein Eingriff in den Motor ist nicht
erforderlich.
Ein weiterer Vorteil ist in der Verwendung von Lichtleiter
zur Übertragung der optischen Signale zu sehen. Bekanntlich
sind Lichtleiter nahezu unempfindlich gegenüber
Temperatureinflüssen, ebenso gegenüber elektromagnetischen
Störfeldern.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den
optischen Sensor in eine elektrische Steuerschaltung zu
integrieren. Diese elektrische Steuerschaltung ist
insbesondere bei einem Gleichstrommotor zum Ansteuern der
einzelnen Motorwicklungen erforderlich und enthält die
gesamte Steuerelektronik. Eine Integration des optischen
Sensors hat den Vorteil, daß die Signale des Sensors direkt
und ohne zusätzliche Leitungswege der Steuerschaltung
zugeführt werden können. Solche Steuerschaltungen sind in
der Regel mit einem Gehäuse gegen Staub und andere
Umwelteinflüsse geschützt. Dies bedeutet, daß auch der
optische Sensor die gleichen Schutzmaßnahmen erfährt.
Weiterbildungsgemäß kann den Lichtleiter mit einer
Steckvorrichtung versehen werden. Diese Steckvorrichtung hat
die Aufgabe, das der Signalspur zugewandte Lichtleiterende
steckbar in dem Gehäuse des Motors anzuordnen. Hierzu ist an
dem Gehäuse des Motors eine entsprechende
Aufnahmevonrichtung vorgesehen. Diese Steckverbindung hat
weiterhin den Vorteil, daß ein sehr einfaches Trennen des
Motors von der elektrischen Steuerschaltung, beispielsweise
beim Austausch des Motors bzw. beim Austausch der
Steuerschaltung oder auch beim Austausch der Lichtleiter
selbst möglich ist. Es besteht auch die Möglichkeit diese
Steckvorrichtung für mehrere Lichtleiter auszubilden, so daß
nur eine einzige Steckverbindung für eine Vielzahl von
Übertragungsleitungen erforderlich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
vorgeschlagen, den Lichtleiter mit einem Reflexkopf zu
versehen. Dies hat den Vorteil, daß die Übertragung des
Lichts von der Lichtquelle zu der Signalspur über den
Lichtleiter erfolgt. Dieses Licht wird an der Signalspur
reflektiert und die reflektierte Strahlung ebenfalls mittels
des Lichtleiters dem optischen Sensors zugeführt. Die
Signalspur ist zweckmäßigerweise eine Kunststoffolie, die an
der Stirnfläche des Rotors befestigt ist. Auf dieser
Kunststoffolie sind reflektierende und nichtreflektierende
Flächenbereiche vorgesehen.
In vorteilhafter Weise werden diese Flächenbereiche
entsprechend der Polteilung des Rotors aufgeteilt, d.h. dem
optischen Sensor wird eine Signalform zugeführt, die
identisch ist mit der Polwinkelstellung des Rotors, so daß
die Kommutierungssignale zur Ansteuerung des Motors direkt
aus den sensierten Signalen abgeleitet werden können.
Die Erzeugung des optischen Signals erfolgt beispielsweise
durch einen Lichtsignalgeber, der sich ebenfalls in der
elektrischen Ansteuerschaltung befindet. Das Lichtsignal
wird mittels eines sogenannten Y-Kopplers an den Reflexkopf
des Lichtleiters geleitet. Als Lichtsignalgeber kann eine
Leuchtdiode verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 7 eine schematische Darstellung einen Einrichtung zur
Rotorlageerkennung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Rotors mit
Signalspur,
Fig. 3 eine Teilansicht eines Motors mit einem steckbaren
Lichtleiter.
Von einem Motor, beispielsweise einem kollektorlosen
Gleichstrommotor ist in Fig. 1 ein Rotor 1 gezeigt. Dieser
Rotor 1 trägt auf einer Welle 2 mehrere Permanentmagnete.
Diese Permanentmagnete 3 sind mit wechselnder Polung und
radialer Magnetisierungsrichtung derart auf der Welle 2
angeordnet, daß ein dreipolpaariger Rotor gebildet wird. An
der Stirnfläche 4 des Rotors 1 befindet sich eine Signalspur
bestehend aus lichtreflektierenden Bereichen 5 a, b, c und
nicht reflektierenden Bereiche 6 a, b, c. Die Aufteilung der
Bereiche ist so gewählt, daß diese der Polteilung der
Permanentmagnete 3 entsprechen. Zur Sensierung der
Winkelstellung des Rotors sind drei Lichtleiter 7, 8, 9
vorgesehen, deren Enden auf die Signalspur 4 gerichtet sind.
Diese Lichtleiter 7, 8, 9 sind beispielsweise an dem hier
nicht dargestellten Gehäuse des Rotors befestigt. Die
Lichtleiter 7, 8, 9 weisen an ihren, der Signalspur
zugewandten Enden, Reflexköpfe auf. Dies bedeutet, daß jeden
Lichtleiter gleichzeitig ein Lichtsignal aussendet und das
von der Signalspur reflektierte Licht wieder empfängt. Die
Lichtleiter 7, 8, 9 führen in ein Gehäuse 10, in welchem sich
auf einer Platine 11 drei optische Sensoren 12, 13, 14 und
drei Lichtsignalgeber 15 a, b, c befinden. Dieses Gehäuse
enthält beispielsweise auch eine für die Ansteuerung des
Motors erforderliche elektrischen Steuerschaltung. Jeder der
Lichtleiten 7, 8, 9 besteht aus einer Vielzahl von dünnen
Einzellichtleitenn, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind.
Die Einkoppelung des Lichts, welches von den
Lichtsignalgebern 15 a, b, c erzeugt wird, erfolgt über
sogenannte Y-Koppler, d.h. von jedem der Lichtleiter 7, 8, 9
ist ein Teil der Einzellichtleiter an die
Lichtsignalgeber 15 a, b, c angeschlossen. Der andere Teil der
Lichtleiter ist an die jeweiligen optischen
Sensoren 12, 13, 14 angeschlossen. Somit erfolgt die
Lichtübertragung an den Reflexkopf des jeweiligen
Lichtleiters mittels eines Teils der Einzellichtleiter. Der
weitere Teil der Einzellichtleiter übernimmt die Übertragung
des an der Signalspur 4 reflektierten Lichts auf die
jeweiligen optischen Sensoren. Die von den optischen
Sensoren 12, 13, 14 empfangenen Signale können sowohl zur
Bestimmung der Drehzahl des Rotors 1 als auch zur Bestimmung
dessen Winkelstellung benutzt werden. Die Erkennung der
Winkelstellung des Rotors ist beispielweise für die
kollektorlose Ansteuerung der Motorspulen erforderlich. Es
ist aus dieser Fig. 1 ersichtlich, daß an dem Rotor und
somit in unmittelbarer Nähe der Magnetfelder der
Permanentmagnete und der hier nicht gezeigten Motorspulen
keine elektronischen Bauelemente angeordnet sind. Sämtliche
Bauelemente, wie Sensoren, Lichtquellen, befinden sich
außerhalb des Motors in dem Gehäuse 10. Eine Schädigung
dieser elektronischen Bauelemente aufgrund von Störfeldern,
Vibrationen oder Temperatureinflüssen ist daher
ausgeschlossen.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung eine
weitere Variante eines Rotors mit Signalspur gezeigt. Der
Aufbau des Rotors 16 ist mit dem in Fig. 1 gezeigten Rotor
identisch. Lediglich die Signalspur 17 zeigt eine etwas
abgewandelte Form. Diese Signalspur 17 weist drei
Einzelspuren 18, 19, 20 auf. Jeden dieser Einzelspuren ist ein
Lichtleiten 21, 22, 23 zugeondnet. Diese Lichtleiten 21, 22, 23
liegen nunmehr in radialer Richtung nebeneinander und lassen
sich deshalb in platzsparender Weise in einem einzigen
Gehäuse 24 zusammenfassen Die Lichtleiter 21, 22, 23 führen
ebenfalls zu einem hier nicht dargestellten Gehäuse, in
welchem sich die optischen Sensoren und ein Lichtsignalgeber
befinden.
Die in Fig. 2 gezeigte schematische Darstellung ist in
Fig. 3 in einer Teilansicht eines Motors in
Schnittdarstellung wiedergegeben. Der Rotor 16 ist über eine
Welle 25 und über Kugellager 26 in einem Motorgehäuse 27
drehbar gelagert. An dem Motorgehäuse 27 befinden sich
entsprechende Motorspulen 28, 29. Diese bilden den Stator des
Motors. In dem Motorgehäuse 27 ist eine Aussparung 30
vorgesehen. In dieser Aussparung 30 befindet sich das
Gehäuse 24 der Lichtleiter 21, 22, 23. Das Gehäuse 24 ist über
als eine lösbare Steckverbindung ausgefüllt, die in der
Aussparung 30 befestigt ist, so daß sowohl eine einfache
Montage der Lichtleiter an dem Motor, als auch ein einfacher
Austausch der Lichtleiter vorgenommen werden kann. Die
Lichtleiter 21, 22, 23 weisen die Reflexköpfe 31, 32, 33 auf,
die einer Signalspur 17 zugewandt sind. Diese Signalspur 17
ist auf dem Rotor 16 befestigt und weist die in Fig. 2
beschriebenen Einzelspuren 18, 19, 20 auf. Selbstverständlich
können anstelle der in der Beschreibung gezeigten drei
Lichtleiter auch mehrere Lichtleiter angeordnet werden. Die
Zusammenfassung der motorseitigen Enden den Lichtleiter in
einem Gehäuse 24 ist in jedem Falle vorteilhaft, da dieses
gemeinsame Gehäuse die Montage und den Austausch des
gesamten Lichtleiterstrangs wesentlich erleichtert.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Welle
3 Permanentmagnet
4 Signalspur
5 a Flächenbereich
5 b Flächenbereich
5 c Flächenbereich
6 a Flächenbereich
6 b Flächenbereich
6 c Flächenbereich
7 Lichtleiter
8 Lichtleiter
9 Lichtleiter
10 Gehäuse
11 Platin
12 Optischer Sensor
13 Optischer Sensor
14 Optischer Sensor
15 a Lichtsignalgeber
15 b Lichtsignalgeber
15 c Lichtsignalgeber
16 Rotor
17 Signal
18 Einzelspur
19 Einzelspur
20 Einzelspur
21 Lichtleiter
22 Lichtleiter
23 Lichtleiter
24 Gehäuse (Steckverbindung)
25 Welle
26 Kugellager
27 Motorgehäuse
28 Motorspule
29 Motorspule
30 Aussparung
31 Reflexkopf
32 Reflexkopf
33 Reflexkopf
2 Welle
3 Permanentmagnet
4 Signalspur
5 a Flächenbereich
5 b Flächenbereich
5 c Flächenbereich
6 a Flächenbereich
6 b Flächenbereich
6 c Flächenbereich
7 Lichtleiter
8 Lichtleiter
9 Lichtleiter
10 Gehäuse
11 Platin
12 Optischer Sensor
13 Optischer Sensor
14 Optischer Sensor
15 a Lichtsignalgeber
15 b Lichtsignalgeber
15 c Lichtsignalgeber
16 Rotor
17 Signal
18 Einzelspur
19 Einzelspur
20 Einzelspur
21 Lichtleiter
22 Lichtleiter
23 Lichtleiter
24 Gehäuse (Steckverbindung)
25 Welle
26 Kugellager
27 Motorgehäuse
28 Motorspule
29 Motorspule
30 Aussparung
31 Reflexkopf
32 Reflexkopf
33 Reflexkopf
Claims (8)
1. Elektrische Maschine mit einem Gehäuse, einem Rotor und
einem Stator, wobei der Rotor wenigstens eine optisch
erkennbare Signalspur aufweist zur Sensierung der
Winkelstellung des Rotors und wenigstens ein optischer
Sensor vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der optische Sensor (12, 13, 14) außerhalb des
Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet ist, und
wenigstens ein Lichtleiter (7, 8, 9) zur Übertragung der
optischen Signale zwischen dem Bereich der
Signalspur (4) und dem optischen Sensor (12, 13, 14)
vorgesehen ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine elektrische Steuerschaltung außerhalb des
Gehäuses vorgesehen ist und der optische
Sensor (12, 13, 14) innerhalb der Steuerschaltung
angeordnet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtleiter (21, 22, 23) an seinem der
Signalspur (17) zugewandten Ende mit einer
Steckvorrichtung versehen ist und das Gehäuse (27) eine
Aussparung (30) aufweist zum lösbaren Verbinden des
Lichtleiters mit dem Gehäuse (27).
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Lichtleiter (21, 22, 23) gemeinsam, eine
einzige Steckvorrichtung (24) aufweisen.
5. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren den
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtleiter (21, 22, 23) an seinem, der
Signalspur (4, 17) zugewandten, Ende einen
Reflexkopf (31, 32, 33) aufweist.
6. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalspur (4, 17) aus einer Kunststoffolie
besteht, welche an einer Stirnfläche des Rotors (1, 16)
befestigt ist, wobei die optischen Signale mittels
Flächenbereiche (5, 6) unterschiedlicher Reflektion
erzeugt werden.
7. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufteilung der Flächenbereiche (5, 6)
unterschiedlicher Reflektion der Polteilung des
Rotors (1, 16) entspricht.
8. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Lichtsignalgeben (15) innerhalb der elektrischen
Steuerschaltung vorgesehen ist, zur Einspeisung eines
Lichtsignals in den Lichtleiten (7, 8, 9).
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3820903A1 true DE3820903A1 (de) | 1990-01-04 |
Family
ID=6356907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19883820903 Withdrawn DE3820903A1 (de) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Elektrische maschine |
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