CH658151A5

CH658151A5 - COLLECTORLESS DC MOTOR.

Info

Publication number: CH658151A5
Application number: CH526082A
Authority: CH
Inventors: Rolf Dr-Ing Mueller
Original assignee: Papst Motoren Gmbh & Co Kg
Priority date: 1982-09-04
Filing date: 1982-09-04
Publication date: 1986-10-15
Also published as: DE3331754A1

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines Kompaktventilators, mit einem Stator, einem den Stator unter Bildung eines im wesentlichen zylindrischen Luftspalts umschliessenden, eine Dauermagnetanordnung tragenden, topfförmigen Aussenläuferrotor und einer im Motor integrierten Kommutierungselektronik, die auf einer durch die Dauermagnetanordnung hindurchschiebbaren, an der Bodenseite des Rotortopfes angeordneten, mit dem Stator verbundenen Leiterplatte sitzt, deren Aussendurchmesser höchstens gleich dem Innendurchmesser der Dauermagnetanordnung ist. The invention relates to a collectorless direct current motor, in particular for driving a compact fan, with a stator, a pot-shaped outer rotor rotor that surrounds the stator to form an essentially cylindrical air gap, and carries a permanent magnet arrangement, and commutation electronics integrated in the motor. is arranged on the bottom side of the rotor pot and is connected to the stator, the outer diameter of which is at most equal to the inner diameter of the permanent magnet arrangement.

Ein insbesondere für Plattenspeicherantriebe bestimmter Gleichstrommotor dieser Art ist aus der DE-OS 3 118 289 bekannt. Dabei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, wenn man versucht, den Aussenläuferrotor-Aussendurchmesser auf einen Wert zu verkleinern, wie er z.B. zum Antrieb von Kompaktventilatoren und ähnliche Anwendungen erforderlich ist. Will man nämlich den Aussendurchmesser der Leiterplatte auch hier so bemessen, dass sich die Leiterplatte durch die Dauermagnetanordnung des Aussenläuferrotors hindurchschieben lässt, wird der auf der Leiterplatte zur Unterbringung der Kommutierungselektroden zur Verfügung stehende Raum zu klein. A DC motor of this type, which is intended in particular for disk storage drives, is known from DE-OS 3 118 289. However, difficulties arise when trying to reduce the outer rotor outer diameter to a value such as that e.g. is required to drive compact fans and similar applications. If you want to dimension the outer diameter of the circuit board here so that the circuit board can be pushed through the permanent magnet arrangement of the external rotor, the space available on the circuit board for accommodating the commutation electrodes becomes too small.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl in axialer Richtung als auch bezüglich seines Aussen-durchmessers besonders kompakt aufgebaut werden kann. The invention has for its object to provide a DC motor of the type mentioned, which can be constructed particularly compact both in the axial direction and in terms of its outer diameter.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch auf überraschend einfache Weise gelöst, dass die Leiterplatte beidseits bestückt ist. Bei einer solchen Ausbildung bietet die Leiterplatte auch bei kleinen Luftspaltdurchmessern, wie sie u.a. beim Antrieb von Kompaktventilatoren auftreten, genügend Platz für die im Motor integrierte Kommutierungselektronik. Im Gegensatz zu der Lösung der DE-OS 3 118 289 kann dabei der Rotortopf über seine volle Axialabmessung hinweg einen im wesentlichen konstanten Aussendurchmesser haben und gleichwohl die Leiterplatte so gestaltet werden, dass sie durch die Dauermagnetanordnung hindurchschiebbar ist. According to the invention, this object is achieved in a surprisingly simple manner in that the printed circuit board is equipped on both sides. With such a design, the circuit board also offers small air gap diameters, such as occur when driving compact fans, enough space for the commutation electronics integrated in the motor. In contrast to the solution of DE-OS 3 118 289, the rotor pot can have a substantially constant outer diameter over its full axial dimension and the circuit board can nevertheless be designed in such a way that it can be pushed through the permanent magnet arrangement.

Die Lötarbeiten an der Leiterplatte gestalten sich besonders einfach und zeitsparend, wenn die Leiterplatte auf ihrer Lötseite mit Bauelementen bestückt ist, die über Kopf stehend durch ein für ein gleichzeitiges Verlöten der Bauelemente auf beiden Leiterplattenseiten bestimmtes Lötbad hindurchführbar sind. The soldering work on the circuit board is particularly simple and time-saving if the circuit board on its soldering side is equipped with components which can be passed upside down through a solder bath intended for simultaneous soldering of the components on both circuit board sides.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt die Leiterplatte mindestens einen mit der Dauermagnetanordnung zusammenwirkenden Drehstellungsdetektor, und die Dauermagnetanordnung ist mit Bezug auf das Statoreisen derart unsymmetrisch ausgebildet, dass sie auf der der Leiterplatte zugekehrten Seite über das Statoreisen um einen Betrag axial vorsteht, der grösser als der Betrag eines gegebenenfalls vorgesehenen axialen Überstandes auf der anderen Seite des Statoreisens ist. Vorzugsweise ist ferner der Rotortopf auf einer Welle befestigt, deren eines Ende mit dem Boden des Rotortopfes verbunden ist und deren anderes Ende über eine abgerundete Kuppe oder eine Lagerkugel auf einem Gegenlager abgestützt ist. In Verbindung mit der unsymmetrischen Dauermagnetanordnung mit Bezug auf das Statoreisen wird dabei erreicht, dass auf den Aussenläuferrotor ein magnetischer Axialzug ausgeübt wird, der die Rotorwelle mit dem Gegenlager ständig in Eingriff zu halten sucht. Ein Anlaufen des Rotors an einer Anlaufscheibe oder dergleichen, normalerweise verbunden mit hoher Reibung und beträchtlichem Verschleiss, wird sicher vermieden. Die Lebensdauer des Motors wird verlängert. In a further embodiment of the invention, the circuit board carries at least one rotary position detector which interacts with the permanent magnet arrangement, and the permanent magnet arrangement is designed asymmetrically with respect to the stator iron in such a way that it protrudes axially on the side facing the printed circuit board over the stator iron by an amount which is greater than that Amount of a possibly provided axial projection on the other side of the stator iron is. In addition, the rotor pot is preferably fastened on a shaft, one end of which is connected to the bottom of the rotor pot and the other end of which is supported on a counter bearing via a rounded tip or a bearing ball. In connection with the asymmetrical permanent magnet arrangement with respect to the stator iron, it is achieved that a magnetic axial pull is exerted on the outer rotor rotor, which tries to keep the rotor shaft in constant engagement with the counter bearing. Start-up of the rotor on a thrust washer or the like, normally associated with high friction and considerable wear, is reliably avoided. The life of the engine is extended.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die den Rotortopf tragende Welle in Gleitlagern gelagert; ein Schmiermitteldepot ist in Axialrichtung zwischen dem Boden des Rotortopfes und dem diesem Boden benachbarten Gleitlager vorgesehen, und der das Schmiermitteldepot umgebende Raum ist zur Unterbringung der Leiterplatte und/oder mindestens eines Teils der von der Leiterplatte getragenen Bauelemente genutzt. Dies trägt bei Motoren mit Gleitlagern, die ohnehin ein Schmiermitteldepot notwendig machen, erheblich zur axialen Kompaktheit bei. According to a further embodiment of the invention, the shaft carrying the rotor pot is mounted in slide bearings; a lubricant depot is provided in the axial direction between the bottom of the rotor cup and the slide bearing adjacent to this bottom, and the space surrounding the lubricant depot is used to accommodate the printed circuit board and / or at least some of the components carried by the printed circuit board. For motors with plain bearings, which require a lubricant depot anyway, this contributes significantly to the axial compactness.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäss aufgebauten kollektorlosen Gleichstrommotor. The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment. The single figure shows a section through a collectorless DC motor constructed according to the invention.

Der Motor weist ein Lagerrohr 10 auf, in dessen axialen Endbereichen zwei Gleitlager 11, 12 abgestützt, z.B. eingepresst und/oder eingeklebt sind. Der gegenseitige Axialabstand der Gleitlager wird durch eine in dem Lagerrohr 10 sitzende Abstandshülse 13 bestimmt. Auf das Lagerrohr 10 ist ein Stator-blechpaket 14 aufgeschoben, das eine Statorwicklung 15 trägt. Der Motor kann zweckmässig als zweipulsiger Motor ausgelegt sein. In den Gleitlagern 11, 12 ist eine Weile 16 drehbar gelagert, die am einen (in der Figur unteren) Ende eine abgerundete The motor has a bearing tube 10, in the axial end regions of which two sliding bearings 11, 12 are supported, e.g. are pressed in and / or glued. The mutual axial spacing of the plain bearings is determined by a spacer sleeve 13 seated in the bearing tube 10. A stator laminated core 14, which carries a stator winding 15, is pushed onto the bearing tube 10. The motor can expediently be designed as a two-pulse motor. In the slide bearings 11, 12, a while 16 is rotatably supported, which is rounded at one end (lower in the figure)

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

658 151 658 151

Kuppe 17 aufweist, die auf einem Gegenlager 18 aufsitzt. Das andere Ende der Welle 16 ist über eine Nabe 19 mit dem Boden 20 eines Rotortopfes 21 verbunden. Der Rotortopf 21 hat über seine volle Axialabmessung hinweg einen im wesentlichen konstanten Aussendurchmesser. Has crest 17, which rests on a counter bearing 18. The other end of the shaft 16 is connected to the base 20 of a rotor pot 21 via a hub 19. The rotor pot 21 has an essentially constant outer diameter over its full axial dimension.

In dem Rotortopf 21 ist ein Dauermagnetring 22 befestigt. Statt dessen können auch einzelne Dauermagnetabschnitte vorgesehen sein. Bei dem Dauermagnetring 22 handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Gummimagneten aus einer Mischung von Hartferrit, z.B. Bariumferrit, und elastischem Material. Er ist über der Polteilung trapezförmig oder annähernd trapezförmig bei relativ kleiner Pollücke radial magneti-siert. Der Rotortopf 21 ist in diesem Fall als Weicheisen-Tiefziehteil gestaltet; er dient zugleich als magnetischer Rück-schluss. A permanent magnet ring 22 is fastened in the rotor pot 21. Instead, individual permanent magnet sections can also be provided. The permanent magnet ring 22 is preferably a so-called rubber magnet made from a mixture of hard ferrite, e.g. Barium ferrite, and elastic material. It is trapezoidal or almost trapezoidal with a relatively small pole gap, radially magnetized over the pole pitch. The rotor pot 21 is designed in this case as a soft iron deep-drawn part; it also serves as a magnetic inference.

Zwischen dem Statorblechpaket 14 bzw. dem Gleitlager 11 und dem Boden 20 befindet sich im zentral innenliegenden Bereich ein Schmiermitteldepot 23. Der um das Schmiermitteldepot 23 herum freibleibende Raum ist zur Unterbringung der insgesamt mit 25 bezeichneten Kommutierungselektronik genutzt. Die Kommutierungselektronik sitzt auf einer mit dem Stator in nicht näher veranschaulichter Weise verbundenen Leiterplatte 26, die, wie schematisch angedeutet, beidseitig bestückt ist. Von der Leiterplatte 26 steht ein magnetfeldempfindlicher Drehstellungsdetektor 27, beispielsweise ein Hall-IC, A lubricant reservoir 23 is located between the stator laminated core 14 or the plain bearing 11 and the base 20 in the central inner area. The space remaining around the lubricant reservoir 23 is used to accommodate the commutation electronics, designated overall by 25. The commutation electronics are seated on a circuit board 26 which is connected to the stator in a manner which is not illustrated in any more detail and which, as indicated schematically, is equipped on both sides. A magnetic field sensitive rotary position detector 27, for example a Hall IC, stands from the printed circuit board 26.

nach unten ab, der mit dem Dauermagnetring 22 zusammenwirkt. Das heisst, der Dauermagnetring 22 bildet bei der dargestellten Ausführungsform sowohl den Motormagneten als auch den Steuermagneten für die Kommutierung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Aussenläuferrotors 21, 22. Der Magnetring 22 ist in Axialrichtung unsymmetrisch mit Bezug auf das Statorblechpaket 14 angeordnet. Er steht dabei in Richtung 5 auf den Drehstellungsdetektor 27 über das Statorblechpaket 14 über. Dadurch wird auf den Aussenläuferrotor ein magnetischer Zug ausgeübt, der die Kuppe 17 der Welle 16 in Eingriff mit dem Gegenlager 18 zu halten sucht. downwards, which interacts with the permanent magnet ring 22. That is to say, the permanent magnet ring 22 in the embodiment shown forms both the motor magnet and the control magnet for commutation depending on the rotational position of the external rotor 21, 22. The magnetic ring 22 is arranged asymmetrically in the axial direction with respect to the stator laminated core 14. It protrudes in the direction 5 towards the rotary position detector 27 via the stator laminated core 14. As a result, a magnetic train is exerted on the outer rotor rotor, which tries to keep the tip 17 of the shaft 16 in engagement with the counter bearing 18.

Auf der gleichen Seite der Leiterplatte 26 wie der Drehstel-lo lungsdetektor 27 befinden sich weitere Bauelemente 28 der Kommutierungselektronik 25. Die Leiterplatte 26 trägt aber auch auf ihrer anderen, dem Boden 20 des Rotortopfes 21 zugekehrten Seite zu der Kommutierungselektronik 25 gehörende Bauelemente, von denen zwei bei 29 angedeutet sind. Die dem i5 Boden 20 zugewendete Seite der Leiterplatte 26 stellt die Lötseite dar. Die Bauelemente 29 sind vorzugsweise Chips, die ein Eintauchen in ein Lötbad vertragen. Beim Bestücken werden die Bauelemente 27 , 28 in der üblichen Weise auf die Leiterplatte aufgesetzt, während die Bauelemente 29 an der Unterseite 20 der Leiterplatte z.B. mit einem Klebstofftropfen fixiert werden. Die Bauelemente 29 laufen dann über Kopf durch das Lötbad, wodurch gleichzeitig die Bauelemente auf beiden Leiterplatteseiten verlötet werden. Die Leiterplatte 26 hat einen Aussendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser 25 des Dauermagnetringes 22 ist. Aufgrund dessen lässt sich die Leiterplatte 26 durch den Dauermagnetring 22 hindurchschieben und auf der Bodenseite des Rotortopfes 21 am Statorblechpaket 14 montieren. On the same side of the circuit board 26 as the rotary position detector 27 there are further components 28 of the commutation electronics 25. However, the circuit board 26 also carries components on its other side facing the bottom 20 of the rotor pot 21 belonging to the commutation electronics 25, of which two are indicated at 29. The side of the circuit board 26 facing the i5 bottom 20 represents the soldering side. The components 29 are preferably chips which can be immersed in a solder bath. When assembling, the components 27, 28 are placed on the circuit board in the usual manner, while the components 29 on the underside 20 of the circuit board, e.g. be fixed with a drop of glue. The components 29 then run overhead through the solder bath, as a result of which the components are soldered on both sides of the printed circuit board at the same time. The circuit board 26 has an outer diameter that is slightly smaller than the inner diameter 25 of the permanent magnet ring 22. As a result, the circuit board 26 can be pushed through the permanent magnet ring 22 and mounted on the stator lamination stack 14 on the bottom side of the rotor pot 21.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

658 151

1.Collectorless DC motor, in particular for driving a compact fan, with a stator, a pot-shaped outer rotor rotor which surrounds the stator to form an essentially cylindrical air gap, and which has a permanent magnet arrangement and a commutation electronics integrated in the motor, which can be pushed through the permanent magnet arrangement the printed circuit board connected to the stator and whose outer diameter is at most equal to the inner diameter of the permanent magnet arrangement, characterized in that the printed circuit board (26) is fitted on both sides.

2. DC motor according to claim 1, characterized in that the rotor pot (21) has a substantially constant outer diameter over its full axial dimension.

2nd

PATENT CLAIMS

3. DC motor according to claim 1 or 2, characterized in that the circuit board (26) on its soldering side is equipped with components (29) which are upside down by a for simultaneous soldering of the components (27, 28, 29) on both PCB sides certain solder bath can be passed.

4. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (26) carries at least one with the permanent magnet arrangement (22) cooperating rotary position detector (27) and the permanent magnet arrangement with respect to the stator iron (14) is designed asymmetrically such that it protrudes axially on the side facing the printed circuit board over the stator iron by an amount which is greater than the amount of any axial projection provided on the other side of the stator iron.

5. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor pot (21) is fastened to a shaft (16), one end of which is connected to the bottom (20) of the rotor pot and the other end of which has a rounded tip (17 ) or a bearing ball is supported on a counter bearing (18).

6. DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor pot (21) supporting shaft (16) is mounted in slide bearings (11, 12), that in the axial direction between the bottom (20) of the rotor pot and this floor adjacent Plain bearing (11) a lubricant depot (23) is provided, and that the space surrounding the lubricant depot is used to accommodate the printed circuit board (26) and / or at least some of the components (27, 28, 29) carried by the printed circuit board.