DE10007162A1 - Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor - Google Patents

Abstract

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor bereitzustellen, bei dem die Gesamtlänge des Motors nicht erhöht ist und näherungsweise der Gesamtlänge des herkömmlichen Motors, der keinen eingebauten Sensor hat, gleich gemacht werden kann. Um diese Aufgabe zu lösen, ist in einem Motor (1), der einen Anker (3) mit Ankerkernen (6a und 6b) und einen Stator (2) umfaßt, in dem Windungen (5) auf einen Statorkern (4) gewickelt sind, um ein sich drehendes magnetisches Feld zu bilden, an dem Endflächenteil des Ankerkerns (6a, 6b) eine im wesentlichen zylindrische Aussparung (21) mit einem Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Ankers (3) ist, ausgebildet, und in einem Raum (22), der mit der Aussparung (21) in Verbindung steht und die Aussparung (21) umfaßt und der bis zur Endfläche der Windungen (5) des Stators (2) reicht, sind ein Teil eines Motorrahmens (11), in den ein Lager (9) zum drehbaren Abstützen einer Ankerwelle (7), wobei diese durch es verläuft, eingepaßt ist, und ein Sensor (23) auf der Außenseite des Lagers (9) zum Erfassen der Stellung oder der Geschwindigkeit des Motors (1) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau eines Motors, in den ein Sensor zum Erfassen von dessen Stellung oder Geschwin­ digkeit eingebaut ist. Insbesondere betrifft er einen Aufbau beispielsweise eines Schrittmotors von Hybridart, eines Schritt­ motors von VR-Art (VR = voltage regulation, Spannungsregelung), und einen bürstenlosen Gleichspannungsmotor (Gleichspannungs- Stromrichtermotor), in den der vorgenannte Sensor eingebaut ist, oder einen Motor, in dem ein Sensor die Funktion eines Drehmel­ ders ausübt.

Als Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor dieser Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, was einen Motor be­ trifft, in den ein Sensor wie ein Drehmelder mit variablem Ma­ gnetwiderstand eingebaut ist, ist ein Motor offenbart, in dem ein Motorteil und ein Sensorteil zum Erfassen der Stellung oder der Geschwindigkeit des Motors in axialer Richtung in Reihe an­ geordnet und in einem Gehäuse umfaßt sind, wobei ihre Drehwellen gemeinsam gestaltet sind (vorläufige japanische Patentveröffent­ lichung Nr. 1-164298 (Nr. 164298/1989): identisch mit der US- Patentanmeldung Nr. 096522, eingereicht am 15. September 1987).

Wenn ein Sensor zum Erfassen der Stellung und der Geschwindig­ keit wie etwa eine allgemeine Codiereinrichtung oder ein Dreh­ melder in einen Motor eingebaut wurden, wurde ein Motoraufbau wie der in Fig. 2 gezeigte verwendet.

In Fig. 2 ist ein Motor 101 aus einem Stator 102 und einem Anker 103 aufgebaut, der auf der Achse des Stators 102 drehbar ange­ ordnet ist. Der Stator 102 weist Windungen 105 auf, die auf ei­ nen Statorkern 104 gewickelt sind, um ein sich drehendes magne­ tisches Feld zu bilden. Der Anker 103, der aus einem Ankerkern 106 und einer Ankerwelle 107 besteht, ist über Lager 108, 108 drehbar auf Rahmen 109, 109 abgestützt.

Allgemeine Verfahren zum Erfassen der Stellung des Motorankers umfassen ein Verfahren, das bei einem Gleichstrommotor etc. ver­ wendet wird, bei dem ein magnetischer Fluß eines an dem Anker befestigten Permanentmagneten durch einen Magnetsensor wie etwa ein Halleffekt-Element erfaßt wird, und ein Verfahren, das man bei Servomotoren etc. antrifft, bei dem ein Stellungssensor 110 wie etwa eine optische Codiereinrichtung etc. auf der der Aus­ gangswellenseite entgegengesetzten Seite des Motors angeordnet ist (siehe z. B. die vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 8-168210 (Nr. 168210/1996)).

Ein Aufbau eines derartigen herkömmlichen Motors, beispielsweise ein Aufbau eines Motors, in den ein Sensor wie ein Drehmelder von der Art mit variablem Magnetwiderstand oder eine optische Codiereinrichtung eingebaut ist, zeigt jedoch das Problem, daß die Abmessungen des ganzen Motors verlängert werden, weil die Abmessungen des vorgenannten Codiereinrichtungsteils, das als Sensor dient, hinzugefügt werden.

Wenn man in diesem Falle den Versuch unternimmt, die Gesamtlänge des Motors so zu belassen wie die des herkömmlichen Motors, wird die Gesamtlänge des Ankers unvermeidlicherweise verkürzt, was bewirkt, daß sich die Ausgangsleistung im Vergleich zu dem Motor der selben Größe verringert.

Was andererseits den Motor betrifft, der in der vorgenannten vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-164298 (Nr. 164298/1989) offenbart ist, so haben der Motorteil und der Sen­ sorteil denselben Außendurchmesser, so daß dieser Motor den Vor­ teil hat, daß eine Eisenplatte zum Bilden des Kerns gemeinsam verwendet wird. Der Sensorteil ist jedoch den Wirkungen des in dem Motorteil erzeugten magnetischen Flusses ausgesetzt, so daß ein bestimmtes Ausmaß an Abstand zwischen dem Motorteil und dem Sensorteil notwendig ist. Daher zeigt dieser Motor das Problem, daß die Gesamtlänge des Motors erhöht ist.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obengenannten Probleme zu lösen, und entsprechend besteht eine ihrer Aufgaben darin, einen Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor bereit­ zustellen, bei dem die Gesamtlänge des Motors nicht erhöht ist und näherungsweise gleich der Gesamtlänge des herkömmlichen Mo­ tors gemacht werden kann, der keinen eingebauten Sensor auf­ weist.

Um die obige Aufgabe zu lösen, wird in einem Motor mit einem An­ ker, der einen Ankerkern hat, und einem Stator, in dem die Win­ dungen um einen Statorkern gewickelt sind, um ein sich drehendes magnetisches Feld zu bilden,

• 1. eine im wesentlichen zylindrische Aussparung mit einem Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Ankers ist, an dem Endflächenteil des Ankerkerns ausgebildet, und in einem Raum, der in Verbindung mit der Aussparung steht und die Aussparung umfaßt, und der bis zur Windungsendfläche des Stators reicht, werden ein Teil eines Motorrahmens, in den ein Lager zum drehbaren Abstützen einer Ankerwelle, während diese durch es verläuft, eingepaßt ist, und ein Sensor auf der Außenseite des Lagers zum Erfassen der Stellung oder Geschwindigkeit des Motors angeordnet.
• 2. In Abschnitt (1) besteht der Sensor aus einem festen Teil und einem beweglichen Teil, wobei der feste Teil und das Lager an einem Rahmen des Motors angeordnet sind und der bewegliche Teil an der Ankerwelle befestigt ist, so daß er mit dem festen Teil zusammenzuwirkt.
• 3. In den Abschnitten (1) und (2) ist ein Stufenteil, der eine äußere Umfangsoberfläche hat, die parallel und konzentrisch zur Achse des Lagers ist, auf der Innenseite von Motorrahmen ausge­ bildet, die an beiden Enden des Statorkerns angeordnet sind, und der Anker wird positioniert, indem die Motorrahmen mittels jedes Stufenteils in die innere Umfangsoberfläche des Statorkerns ein­ gepaßt werden.

Bei dem Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor, der wie oben beschrieben gestaltet ist, wird die Innenseite des Ankerkerns, die dem Endteil gegenüberliegt und nicht zur Ausbildung eines Drehmoments des Motors beiträgt, herausgeschnitten, und ein Teil des Motorrahmens, in den das Lager für die Ankerwelle eingepaßt ist, wird in dieser ausgeschnittenen Aussparung angeordnet, und auch der Sensor wird in dem Raum angeordnet, der zu der Win­ dungsendfläche des Stators auf der Außenseite des Lagers reicht. Indem das Lager und der Sensor in der Aussparung und dem Raum aufgenommen werden, wird der Motoraufbau dünn gemacht.

Entsprechend dem Aufbau der vorliegenden Erfindung wird die ge­ samte Länge des Motors nicht erhöht und kann näherungsweise der Gesamtlänge des herkömmlichen Motors, der keinen eingebauten Sensor hat, gleich gemacht werden. Daher kann der Motorteil dünn gemacht werden, und gleichzeitig werden die Ausgangsleistung und die Merkmale, die dem Motor eigen sind, im Vergleich mit dem Mo­ tor der selben Größe nicht verringert.

Demzufolge kann die Gesamtlänge des Motors im Vergleich zu dem herkömmlichen Motor zum Steuern der Stellung oder Geschwindig­ keit verkürzt werden. Auch können, weil die Trägheit des Ankers verringert werden kann, die Beschleunigungs- und Bremseigen­ schaften des Motors erhöht werden.

Auch ist der Lückenteil zwischen dem festen Teil und dem beweg­ lichen Teil des Sensors, der den Magnetwiderstand erfaßt, von der Lücke zwischen dem Stator und dem Anker des Motors, wo die magnetische Flußdichte hoch ist, zu dem inneren Umfang hin ge­ trennt, wo die magnetische Flußdichte niedrig ist, so daß der Abstand zwischen dem Anker des Motors und dem Sensor verringert werden kann.

Gleichzeitig kann, da das Lager zwischen dem Anker des Motors und dem Sensor angeordnet ist, eine gewisse Abschirmwirkung er­ wartet werden.

Ferner ist der Aufbau des Motors einfach, weil der feste Teil des Sensors mit dem Motorrahmen zusammengebaut ist, was einen leichten Zusammenbau ermöglicht. Gleichzeitig kann, da der Mo­ torrahmen zusammengebaut wird, wobei er an der inneren Umfangsoberfläche des Statorkerns eingepaßt wird, der Anker leicht po­ sitioniert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht zum Darstellen eines Aufbaus eines Zweiphasen-Schrittmotors von Hybridart, die eine Ausfüh­ rungsform eines Aufbaus eines Motors mit eingebautem Sensor ge­ mäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Figur eine An­ sicht im Längsschnitt ist, in der zum Erleichtern des Verständ­ nisses des Aufbaus des Ankers nur ein Anker im Querschnitt ge­ zeigt ist; und

Fig. 2 ist eine Ansicht im Längsschnitt, die einen Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor zeigt, wie ihn die vorliegende Er­ findung betrifft.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ausführlich unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen be­ schrieben.

Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht zum Darstellen eines Aufbaus eines Zweiphasen-Schrittmotors von Hybridart, die eine Ausfüh­ rungsform eines Aufbaus eines Motors mit eingebautem Sensor ge­ mäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Figur eine An­ sicht im Längsschnitt ist, in der zur Erleichterung des Ver­ ständnisses des Aufbaus des Ankers nur ein Anker gezeigt ist.

In Fig. 1 ist der Schrittmotor 1 aus einem Stator 2 und einem Anker 3 aufgebaut, der drehbar auf der Achse des Stators 2 ange­ ordnet ist.

Was den Stator 2 betrifft, hat ein Statorkern 4 eine Mehrzahl von magnetischen Polen, die radial nach innen angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Statorpolzähnen 4a sind in gleichen Ab­ ständen in Umfangsrichtung auf der inneren Umfangsoberfläche je­ des magnetischen Pols ausgebildet. Der Stator 2 hat eine Windung 5, die um jeden der magnetischen Pole des Statorkerns 4 gewickelt ist, um ein sich drehendes magnetisches Feld zu bilden, und er ist an Motorrahmen 10 und 11 befestigt und abgestützt, von denen jeder die Windung 5 umgibt und an eine innere Umfangsober­ fläche 4b des Statorkerns 4 eingepaßt ist, wobei Schrauben (nicht gezeigt) oder ähnliches verwendet werden.

Der Anker 3 ist über Lager 8 und 9 zusammen mit den Ankerkernen 6a und 6b und einer Welle 7 über Lager 8 und 9 drehbar an den Rahmen 10 und 11 abgestützt, während die Welle 7 durch den Anker 3 läuft.

Im Stator 2 sind die Motorrahmen 10 und 11 mit Stufenteilen 10a und 11a ausgebildet, die jeweils eine äußere Umfangsoberfläche haben, die parallel und konzentrisch zur Achse der Lager 8 und 9 auf ihrer Innenseite ist bzw. die an beiden Enden des Stator­ kerns 4 angeordnet sind. Die Motorrahmen 10 und 11 sind dann je­ weils über die Stufenteile 10a und 11a montiert, während sie an die innere Umfangsoberfläche des Statorkerns 4 eingepaßt sind, wodurch die Stellung des Ankers 3 in dem Stator 2 bestimmt wird.

Der Anker 3 ist an der Welle 7 mit den obengenannten beiden An­ kerkernen 6a und 6b und einem ringförmigen Permanentmagneten 6c Versehen, der zwischen den Ankerkernen 6a und 6b gehalten ist und axial magnetisiert ist. Außerdem sind eine Mehrzahl von An­ kerpolzähnen 6d an gleichen Abständen in der Umfangsrichtung auf den äußeren Umfangsoberflächen der Ankerkerne 6a und 6b ausge­ bildet, so daß sie den Statorpolzähnen 4a gegenüberliegen.

An dem Endflächenteil jedes der Ankerkerne 6a und 6b des Ankers 3 ist eine zylindrische Aussparung 21 parallel zur Welle 7 aus­ gebildet, wobei die Aussparung einen Durchmesser hat, der klei­ ner als der Außendurchmesser des Ankers 3 ist, und eine Länge, die das Ausbilden von Drehmoment bei dem Anker 3 kaum beein­ flußt.

Die magnetischen Flüsse verlaufen kaum durch die an dem Endflä­ chenteil jedes der Ankerkerne 6a und 6b ausgebildeten Aussparung 21, so daß das erzeugte Drehmoment des Motors durch die Ausspa­ rung 21 kaum beeinflußt wird.

Der Rotorkern 6a, 6b wird gebildet, indem zwei Arten von Eisen­ platten aufeinandergeschichtet werden: Eisenplatten, deren In­ nenumfang ausgeschnitten ist, um die Aussparung 21 zu bilden, und Eisenplatten, die nicht ausgeschnitten sind. Der ringförmige Permanentmagnet 6c, der zwischen den Ankerkernen 6a und 6b ge­ halten ist, verwendet einen Neodym-Bor-Permanentmagnet mit einem Hochenergieprodukt, so daß eine befriedigende magnetische Fluß­ dichte erhalten werden kann, selbst wenn die Dicke gering ist.

Der Rahmen 11 ist mit Stufen leicht in eine Kegelform ausgebil­ det, so daß der mittlere Teil des Rahmens 11, an den das Lager 9 eingepaßt ist, in der Aussparung 21 angeordnet ist, die in einem Ankerkern 6b der Ankerkerne 6a und 6b ausgebildet ist, d. h. in dem Ankerkern 6b auf der Seite, auf der die Welle 7 nicht nach außen als Ausgangswelle heraussteht.

In einem Raum 22, der in einem Stufenteil 11a des abgestuften kegelförmigen Rahmens 11 ausgebildet ist, ist ein Sensor 23 zum Erfassen der Stellung oder der Drehgeschwindigkeit des Ankers 3 auf der Außenseite des Lagers 9 angeordnet. Der hier ausgebilde­ te Raum 22 ist auf der Außenseite des Lagers 9 so definiert, daß er gerade bis zu dem Teil reicht, der der Endfläche der Windung 5 des Stators 2 entspricht.

Der Sensor 23, der ein Drehmelder von der Art mit variablem Ma­ gnetwiderstand ist, besteht aus einem festen Teil 23a und einem beweglichen Teil 23b, die den entsprechenden Teilen in dem Schrittmotor entsprechen. Der feste Teil 23a ist in den Stufen­ teil 11a des abgestuften kegelförmigen Rahmens 11 eingepaßt. Der bewegliche Teil 23b ist an einem Endteil 7a der Welle 7 befe­ stigt, so daß er ohne Kontakt mit dem festen Teil 23a wechsel­ wirkt, und er ist mit einer Leiterplatte 24 versehen, auf der ein mit dem Sensor 23 verbundener elektronischer Schaltkreis ausgebildet ist. Die Bezugszahl 25 bezeichnet eine Endabdeckung für den Motor 1.

Die Betriebsweise des Sensors 23 ist wie folgt: Eine Windung zum Erfassen der Stellung ist um den Kern des festen Teils 23a gewickelt. Die Induktanz der Windung ändert sich durch die Bezie­ hung in der Stellung zwischen dem festen Teil 23a und dem beweg­ lichen Teil 23b, wodurch die Stellung des beweglichen Teils 23b, d. h. der Ankerwelle 7 erfaßt wird.

Diese Ausführungsform kann wie folgt abgewandelt werden:

• 1. Was den Aufbau des Motors betrifft, so kann der Motor einen Aufbau derart haben, daß der Sensor und durch das Lager ersetzt wird.
• 2. Was den Motor betrifft, so kann dieser Aufbau auf einen Schrittmotor mit Zweifachstapel und Dreifachstapel angewendet werden, und ferner kann er auf einen anderen Motor als den Schrittmotor angewendet werden.
• 3. Was den Sensor betrifft, so kann ein anderer kleiner Sensor als der Drehmelder von der Art mit variablem Magnetwiderstand, beispielsweise eine optische Codiereinrichtung, verwendet wer­ den.

Die Technik der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Technik bei dieser Ausführungsform beschränkt, und sie kann mittels ei­ ner anderen Verfahrensweise verwirklicht werden, die dieselbe Funktion ausübt. Auch kann die Technik der vorliegenden Erfin­ dung in vielfacher Weise im Bereich der oben beschriebenen An­ ordnung geändert oder ergänzt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird gemäß dem Aufbau des Motors mit eingebautem Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung die im wesentlichen zylindrische Aussparung mit einem Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Ankers ist, an dem Endflächenteil des Ankerkerns ausgebildet, und in dem Raum, der mit der Aussparung in Verbindung steht und die Aussparung umfaßt, und der bis zu der Windungsendfläche des Sta­ tors reicht, werden ein Teil des Motorrahmens, in den das Lager zum drehbaren Abstützen der Ankerwelle eingepaßt ist, wobei die­ se durch es läuft, und der Sensor auf der Außenseite des Lagers zum Erfassen der Stellung oder Geschwindigkeit des Motors ange­ ordnet, so daß die Gesamtlänge des Motors nicht erhöht ist und sie der Gesamtlänge des herkömmlichen Motors, der keinen einge­ bauten Sensor aufweist, gleichgemacht werden kann. Daher kann der Motorteil dünn gestaltet werden, und gleichzeitig werden die Ausgangsleistung und die Merkmale, die dem Motor eigen sind, im Vergleich zu dem Motor der selben Größe nicht erniedrigt.

Demzufolge kann die Gesamtlänge des Motors im Vergleich zu dem herkömmlichen Motor zum Steuern von Stellung oder Geschwindig­ keit verkürzt werden. Auch können, da die Trägheit des Ankers erniedrigt werden kann, die Beschleunigungs- und Bremseigen­ schaften des Motors erhöht werden.

Ferner ist der Aufbau des Motors einfach, weil der feste Teil des Sensors mit dem Motorrahmen zusammengebaut ist, was einen leichten Zusammenbau ermöglicht.

Claims (3)

1. Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Motor (1) mit einem Anker (3), der einen Ankerkern (6a, 6b) und einen Stator (2) hat, in dem Windungen (5) um einen Statorkern (4) gewickelt sind, um ein sich drehen­ des magnetisches Feld auszubilden, an dem Endflächenteil des An­ kerkerns (6b) eine im wesentlichen zylindrische Aussparung (21) mit einem Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Ankers (3) ist, ausgebildet ist, und in einem Raum, der in Ver­ bindung mit der Aussparung (21) steht und die Aussparung (21) umfaßt, und der bis zu der Windungsendfläche des Stators reicht, ein Teil eines Motorrahmens (11), in den ein Lager (9) zum dreh­ baren Abstützen einer Ankerwelle (7), wobei diese durch das sel­ be verläuft, eingepaßt ist, und ein Sensor (23) auf der Außen­ seite des Lagers (9) zum Erfassen der Stellung oder Geschwindig­ keit des Motors angeordnet sind.

2. Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor nach Anspruch 1, bei dem der Sensor (23) aus einem festen Teil (23a) und einem beweglichen Teil (23b) besteht, wobei der feste Teil (23a) und das Lager (9) an einem Rahmen (11) des Motors angeordnet sind und der bewegliche Teil (23b) an der Ankerwelle (7) befestigt ist, so daß er mit dem festen Teil (23a) zusammenwirkt.

3. Aufbau eines Motors mit eingebautem Sensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Stufenteil (11a), der eine äußere Umfangs­ fläche hat, die konzentrisch zur Achse des Lagers (9) ist, auf der Innenseite von Motorrahmen ausgebildet ist, die an beiden Enden des Statorkerns (4) angeordnet sind, und der Anker (3) po­ sitioniert wird, indem die Motorrahmen mittels jedes dieser Stufenteile (11a) in die innere Umfangsoberfläche des Stator­ kerns eingepaßt wird.