DE10044232A1 - Rotationsmaschine mit einem Drehmelder - Google Patents

Abstract

Eine Rotationsmaschine (1), die mit einem Drehmelder (20) versehen ist, der einfach und mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden kann und weniger durch von der Rotationsmaschine (1) erzeugte elektromagnetische Störungen beeinflusst wird. Der Drehmelder (20) ist an der Außenseite eines Deckels (4) eines Gehäuses (2) der Rotationsmaschine (1) für ein elektrisches Fahrzeug angeordnet. Ein Drehmelderrotor (21) ist mit einer Ausgangswelle (8) verbunden, die auswärts aus dem Deckel (4) vorsteht. Ein Drehmelderstator (22) ist fest an der Außenoberfläche des Deckels (4) befestigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsmaschine, die mit einem Drehmelder ausgerüstet ist. Eine Drehstellungserfassungseinrichtung, nachfolgend als Drehmelder bezeichnet, ist eine mögliche Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Drehstellung einer Rotationsmaschine, wie eines Motors oder eines Generators. Weil der Drehmelder im Vergleich zu einem Encoder mit Hall- Elementen oder Fototransistoren eine hohe Haltbarkeit beim Einsatz unter widrigen Bedingungen hat, wird er häufig als Drehstellungserfassungseinrichtung an einer Rotationsmaschine verwendet, welche unter solchen schwierigen oder widrigen Bedingungen eingesetzt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Motors für ein Elektrofahrzeug zeigt, der einen herkömmlichen Drehmelder aufweist. Gemäß Fig. 2 umfasst ein Gehäuse 52 eines Motors 51 einen Mantel 53 und einen Deckel oder Träger 54, um ein Gehäuse zu bilden. Ein Drehmelder 55, der die Drehstellung des Motors 51 erfasst, ist in dem Gehäuse 52 angeordnet.

Der Drehmelder 55 umfasst einen Rotor (Drehmelderrotor) 56 und einen Stator (Drehmelderstator) 57. Der Drehmelderrotor 56 ist an einer Ausgangswelle 58 des Motors 51 befestigt und dreht einstückig mit der Ausgangswelle 58. Der Drehmelderstator 57, der den Drehmelderrotor 56 umschließt, ist an dem Deckel 54 des Gehäuses 52 mit Schrauben befestigt. Eine Erregerspule zur Messung, eine erste Erfassungsspule und eine zweite Erfassungsspule sind auf den Drehmelderstator 57 gewickelt. Die erste Erfassungsspule und die zweite Erfassungsspule sind so angeordnet, dass sie relativ zueinander eine Phasendifferenz von 90 Grad haben.

Wenn der Drehmelderrotor 56 dreht, während er das Referenzsignal für die Messung an die Erregerspule für die Messung abgibt, ändert sich der Abstand oder die Breite des Spalts zwischen den Drehmelderrotor 56 und dem Drehmelderstator 57, was dazu führt, dass die erste und die zweite Erfassungsspule jeweils das wechselnde Signal in Übereinstimmung mit der entsprechenden Stellung des Drehmelderrotors 56 abgeben. Die Drehstellung der Ausgangswelle 58 wird auf der Basis der wechselnden Signale von der ersten und der zweiten Erfassungsspule in Übereinstimmung mit der Stellung des Drehmelderrotors 56 berechnet.

Jedoch hat der herkömmliche Aufbau des mit dem Drehmelder versehenen Motors Nachteile. Der Drehmelder 55 ist in dem Gehäuse 52 und neben einer Erregerspule 59 des Motors 51 angeordnet. Folglich können elektromagnetische Störungen, die auf der Basis des in die Erregerspule 59 fließenden Erregerstroms erzeugt werden, mit einem Referenzsignal gemischt werden, das in die Erregerspule für die Messung des Drehmelderstators 57 und in ein wechselndes Signal der ersten und der zweiten Erfassungsspule fließt, wäs zu einer ungenauen Messung der Drehstellung führen kann.

Um eine hohe Genauigkeit der Erfassung zu erreichen, müssen die Relativpositionen des Drehmelderrotors 56 und des Drehmelderstators 57 am Anfangspunkt für die Steuerung eingestellt oder ausgerichtet werden (Ausrichtungseinstellung). Folglich muss der Drehmelder 55 mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden. Nachdem der Drehmelderrotor 56 mit einer vorbestimmten Relativposition genau an der Ausgangswelle 58 befestigt ist, wird der Drehmelderstator 57 dann an dem Deckel 54 mit einer vorbestimmten Relativposition befestigt, wobei die eingestellte Relativposition zu dem Drehmelderrotor eingehalten werden muss.

Obwohl es einfach ist, den Drehmelderrotor 56 genau in einer vorbestimmten Stellung an der Ausgangswelle 58 zu befestigen, ist die genaue Befestigung des Drehmelderstators 57 an dem Deckel 54 in einer vorbestimmten Relativposition wegen der Begrenzung von Zeit und Arbeitsaufwand nicht möglich. Weil der Drehmelderstator 57 an der Innenseite des Deckels 54 befestigt ist, muss der Deckel 54 in einem Zustand an den Mantel 53 befestigt werden, in welchem der Drehmelderstator 57 provisorisch am Inneren des Deckels 54 befestigt ist. Nachdem die Ausrichtungseinstellung ausgeführt ist, wird der Drehmelderstator 57 entgültig oder tatsächlich an dem Deckel 54 befestigt. Die Positionseinstellung des Drehmelderstators 57 an dem Deckel 54, die mit der Ausrichtungseinstellung einhergeht, muss ausgeführt werden, wobei die Position des Drehmelderstators 57 eingestellt wird, indem ein Werkzeug, wie ein Schraubendreher durch ein in dem Deckel 54 ausgebildetes Fenster lediglich zum Zwecke dieser Einstellung eingeführt wird, was zeit- und arbeitsaufwendig ist.

Folglich ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit einem Drehmelder versehene Rotationsmaschine zu schaffen, der eine geringere Beeinflussung durch von der Rotationsmaschine erzeugte elektromagnetische Störungen empfängt und der genau und einfach zusammengebaut werden kann.

Um die obige Aufgabe zu lösen, hat eine mit einem Drehmelder versehene Rotationsmaschine gemäß dieser Erfindung die folgenden technischen Mittel: eine Rotationsmaschine mit einem Drehmelder an der Außenseite eines Gehäuses der Rotationsmaschine, ein Gehäuse, das einen Mantel, der einen mit einer Erregerspule bewickelten Statorkern der Rotationsmaschine aufweist, und einen Deckel oder Träger aufweist, der drehbar eine Ausgangswelle eines Rotors der Rotationsmaschine über ein Lager trägt, und den Drehmelder, der einen an der Außenfläche des Deckels befestigten Drehmelderstator und einen an der aus dem Deckel vorstehenden Ausgangswelle befestigten Drehmelderrotor hat.

In der erfindungsgemäßen mit einem Drehmelder versehenen Rotationsmaschine ist der Drehmelderrotor fest zwischen einem Befestigungselement (eine Mutter oder ein Mutterelement) und einem Lager gehalten, das die Ausgangswelle durch das Befestigungselement drehbar hält.

Weil der Drehmelder auf der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, hat der Drehmelder einen größeren Abstand von den durch die Rotationsmaschine erzeugten elektromagnetischen Störungen. Ein Teil des Deckels des Gehäuses ist zwischen dem Drehmelder und der Quelle der elektromagnetischen Störungen, wie z. B. der Erregerspule der Rotationsmaschine angeordnet. Folglich wird der Drehmelder weniger durch die elektromagnetischen Störungen beeinflusst, die in der Rotationsmaschine erzeugt werden. Weil der Drehmelder an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, kann der Drehmelder unter Ausführung der Ausrichtungseinstellung nach dem Zusammenbau des Gehäuses zusammengebaut und befestigt werden, ohne provisorisch befestigt zu werden. Im Ergebnis kann der Drehmelder leicht und schnell mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden.

Der Drehmelderrotor und der Drehmelderstator, die den Drehmelder bilden, sind an der Außenseite des Deckels angeordnet. Der Deckel ist zwischen der Erregerspule und dem Drehmelderrotor sowie dem Drehmelderstator angeordnet und die Erregerspule, welche die Ursache für elektromagnetische Störungen sein kann, ist unter Einhaltung eines bestimmten Abstands von dem Drehmelderrotor und dem Drehmelderstator positioniert. Im Ergebnis wird der Drehmelder weniger durch die elektromagnetischen Störungen beeinflusst. Weil der Drehmelderstator an der Außenseite des Deckels angeordnet ist, kann der Drehmelderstator unter Ausführung der Ausrichtungseinstellung nach dem Zusammenbau des Gehäuses zusammengebaut und befestigt werden, ohne dass eine provisorische Befestigung erforderlich ist. Im Ergebnis kann der Drehmelder schnell und einfach mit hoher Genauigkeit ohne großen Arbeitsaufwand zusammengebaut werden.

Weil der Drehmelderrotor als Teil des Drehmelders an der Außenseite des Deckels angeordnet ist, kann der Drehmelderrotor durch ein Befestigungselement von der Außenseite des Gehäuses nach dem Zusammenbau des Gehäuses fest an dem Lager befestigt werden, das die Ausgangswelle drehbar trägt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Rotationsmaschine (Motor) für ein elektrisches Fahrzeug zeigt, die mit einem Drehmelder gemäß dieser Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen Aufbau einer Rotationsmaschine für ein elektrisches Fahrzeug zeigt, die mit einem Drehmelder ausgerüstet ist.

Das Ausführungsbeispiel eines Motors als eine Rotationsmaschine die mit einem Drehmelder gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht des Motors für ein elektrisches Fahrzeugs, der mit dem Drehmelder versehen ist. Gemäß Fig. 1 hat ein Gehäuse 2 für einen Motor 1 des elektrischen Fahrzeugs als die Rotationsmaschine einen Mantel 3 und einen Träger oder Deckel 4. Das Gehäuse 2 ist zusammengebaut, indem der Mantel 3 und der Deckel 4 mit einer Vielzahl von Schrauben 5 fest verbunden sind. Der Deckel 4 ist aus Aluminium gemacht. Ein Kragen 7 ist zur Verstärkung an einem Lagerabschnitt des Deckels 4 angegossen, der an seinem Innenumfangsabschnitt angeordnet ist.

Eine Ausgangswelle 8 des Motors 1 ist drehbar durch den Deckel 4 über ein Kugellager 6 gehalten. Ein Rotorkern 9 ist an der Ausgangswelle 8 befestigt. Ein Statorkern 10, der die Peripherie des Rotorkerns 9 umgibt, ist fest an dem Mantel 3 des Gehäuses 2 befestigt. Eine Erregerspule 11 ist auf den Statorkern 10 gewickelt. Indem Wechselstrom durch die Erregerspule (Wicklung) 11 geführt wird, wird ein drehendes Magnetfeld in dem Statorkern 10 erzeugt. Die Ausgangswelle 8 wird durch den Rotorkern 9 gedreht, der durch das drehende magnetische Feld angezogen wird.

Der Innenumfangsabschnitt des Deckels 4 steht in Richtung auf den Rotorkern 9 in Axialrichtung relativ zu dem Außenumfangsabschnitt des Deckels 4 vor. Folglich ist der Innenumfangsabschnitt des Deckels 4 neben dem Rotorkern 9 angeordnet.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Ausgangswelle 8 eine zylindrische Form. Eine Gegenwelle 12 ist in die Ausgangswelle 8 eingeführt. Die Ausgangswelle 8 und die Gegenwelle 12 sind über eine Reduktionsgetriebeeinheit (nicht gezeigt), die eine Vielzahl von Reduktionszahnrädern umfasst und auf der rechten Seite im Fig. 1 angeordnet ist, wirkverbunden. Der Ausgang von der Ausgangswelle 8 wird über die Reduktionsgetriebeeinheit auf die Gegenwelle 12 übertragen. Die in die Ausgangswelle 8 eingeführte Gegenwelle 12 ist mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs wirkverbunden. Das in Fig. 1 linke Ende der Gegenwelle 12 ist über ein Kugellager 15 drehbar durch einen Hilfsträger oder Hilfsdeckel 14 gehalten, der mit Schrauben 13 mit dem Deckel 4 verbunden ist.

Ein Drehmelder 20 ist außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und auf der linken Seite des Motors 1 für das elektrische Fahrzeug positioniert. Der Drehmelder 20 umfasst einen Rotor (Drehmelderrotor) 21 und einen Stator (Drehmelderstator) 22. Der Drehmelderrotor 21 ist mit der Ausgangswelle 8 verbunden, die von dem Deckel 4 auf der linken Seite zur Außenseite vorsteht. Der Drehmelderrotor 21 und die Ausgangswelle 8 drehen einstückig. Eine Keilnut 8a ist an der Außenfläche der Ausgangswelle 8 ausgebildet und eine Keilnut 21a ist an der Innenfläche des Drehmelderrotors 21 ausgebildet. Beide Keilnuten 8a, 21a sind einander gegenüberliegend angeordnet. Der Drehmelderrotor 21 ist durch Einführen eines Keils 23 in die Keilnut 8a und die Keilnut 21a an der Ausgangswelle 8 befestigt. Weil der Drehmelderrotor 21 und die Ausgangswelle 8 durch den Keil 23 verbunden sind, wird eine hochgenaue Relativposition des Drehmelderrotors 21 und der Ausgangswelle 8 erhalten.

Das in Fig. 1 rechte Ende des Drehmelderotors 21 ist über ein Zwischenstück oder eine Zwischenlage 24 in Anlage mit einem Innenring des Kugellagers 6. Das linke Ende des Drehmelderrotors 21 ist über ein Zwischenstück oder eine Zwischenlage 25 mit einer Mutter 26 fest befestigt.

Der Drehmelderstator 22 ist ringförmig ausgebildet und in einen ringförmigen Ausnehmungsabschnitt 4a eingepasst, der auf der linken Seite des Deckels 4 ausgebildet ist, und er ist in dem Ausnehmungsabschnitt mit Schrauben 28 fest befestigt. Die Position der Innenoberfläche des Drehmelderstators 22 ist der Außenoberfläche des Drehmelderrotors 21 gegenüberliegend bestimmt und festgelegt. Der Drehmelderstator 22 ist mit einer Erregerspule für die Messung, einer ersten Erfassungsspule und einer zweiten Erfassungsspule bewickelt. Die erste Erfassungsspule und die zweite Erfassungsspule sind so angeordnet, dass sie eine Phasendifferenz von 90 Grad zueinander haben. Wenn der Drehmelderrotor 21 gedreht wird, während er das Referenzsignal für die Messung an die Erregerspule für die Messung abgibt, ändert sich die Breite oder der Abstand des Spalts zwischen dem Drehmelderrotor 21 und dem Drehmelderstator 22, was dazu führt, das die erste und die zweite Erfassungsspule das wechselnde Signal in Übereinstimmung mit der entsprechenden Position des Rotors erzeugen. Die Drehstellung der Ausgangswelle 8 wird auf der Basis des wechselnden Signals von der ersten und der zweiten Erfassungsspule in Übereinstimmung mit der Stellung des Rotors berechnet.

Sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite des Drehmelderstators 22 sind ringförmige Abdeckungen 29 zusammen mit dem Drehmelderstator 22 fest an dem Deckel 4 befestigt. Jedes obere Ende der Abdeckungen 29 erstreckt sich in Richtung des Drehmelderrotors 21. Dieses Paar von Abdeckungen 29 verhindert, dass der Drehmelderrotor 21 und der Drehmelderstator 22 mit Schmieröl oder Staub von dem Motor verklebt werden.

Merkmale des mit dem wie oben aufgebauten Drehmelder 20 versehenen Motors 1 für das elektrische Fahrzeug werden nachfolgend erläutert.

• 1. Der Drehmelder 20 ist auf der Außenseite des Deckels 4 angeordnet, welcher ein Teil des Gehäuses 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bildet. Der Drehmelderrotor 21 ist an der Ausgangswelle 8 an einem nach links aus dem Deckel 4 vorstehenden Abschnitt befestigt. Der Drehmelderstator 22 ist fest an der Außenfläche auf der linken Seite des Deckels 4 mit den Schrauben 28 befestigt.

Folglich hat der Drehmelderstator 22 dieses Ausführungsbeispiels einen größeren Abstand von der Erregerspule 11 des Motors 1 als der herkömmliche Drehmelderstator, der auf der Innenseite des Deckels befestigt ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Ferner ist der Deckel 4 aus Aluminium gemacht und zwischen dem Drehmelderstator 22 und der Erregerspule 11 angeordnet. Folglich wird der Drehmelder 20 wenig durch von der Erregerspule 11 des Motors 1 erzeugte elektromagnetische Störungen beeinflusst.

• 1. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Drehmelder 20 nach dem Zusammenbau des Gehäuses 2 durch Verbinden des Mantels 3 und des Deckels 4 mit Schrauben 5 zusammengebaut werden, weil der Drehmelder 20 an der Außenseite des Deckels 4 angebracht ist, der einen Teil des Gehäuses 2 bildet. Folglich muss der Drehmelderstator 22 nicht provisorisch an dem Deckel 4 befestigt werden, bevor dieser an dem Gehäuse 2 angebracht wird. Dieser Zusammenbau ist gegenüber dem vorgenannten herkömmlichen Vorgang vereinfacht.

Weil der Drehmelderstator 22 fest an der Außenseite eines konusförmigen Abschnitts des Deckels 4 befestigt werden kann, der in Axialrichtung relativ zu dem Außenumfangsabschnitts des Deckels 4 in Richtung auf den Rotorkern 9 vorsteht und der zwischen dem inneren und dem äußeren Umfangsabschnitt des Deckels 4 positioniert ist, während ein Arbeiter manuell die Ausrichtungsposition einstellt, können die Einstellung und der Zusammenbau leicht und genau ausgeführt werden.

Weil zusätzlich das Fenster in dem herkömmlichen Deckel, das für die Positionseinstellung verwendet wird, nicht mehr erforderlich ist, kann der Vorgang zur Ausbildung des Fensters im Deckel und zum Abdecken des Fensters nach der Einstellung entfallen. Weil der Mantel 3 und der Deckel 4 bei der Wartungsprüfung des Drehmelders 20 nicht auseinandergebaut werden müssen, um den Drehmelder 20 zu entnehmen, ist der Wartungsvorgang vereinfacht.

• 1. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Drehmelder 20 an der Außenseite des Deckels 4, der einen Teil des Gehäuses 2 bildet, und nicht an der Innenseite des Deckes 4 angeordnet. Somit kann unter Verwendung des Raums für den Drehmelder 20 der Deckel 4 neben dem Rotorkern 9 des Motors 1 angeordnet werden und die Ausgangswelle 8 kann drehbar über das Kugellager 6 abgestützt oder gehalten sein. Folglich kann ein Abstand zwischen dem Kugellager 6 und dem anderen Kugellager (nicht gezeigt), das die Ausgangswelle auf der anderen Seite hält, verkürzt werden, so dass die Steifigkeit der Ausgangswelle 8 verbessert werden kann.
• 2. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der einrücken Drehmelderrotor 21 mit Hilfe der Mutter 26 fest an dem Kugellager 6 befestigt. Folglich kann die Befestigung des Drehmelderrotors 21 an dem Kugellager 6 verstärkt oder verbessert werden. Der Vorgang der Befestigung ist erleichtert, weil dieser Vorgang vollendet wird, nachdem das Gehäuse 2 zusammengebaut ist.

Ausführungsformen dieser Erfindung sind nicht auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind weitere nachfolgend beispielhaft aufgeführte Ausführungsformen möglich.

Der Drehmelder 20 ist auf einen Motor anwendbar, der zur Ausrüstung eines Industrieroboters anstelle eines elektrischen Fahrzeugs gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel verwendet wird.

Obwohl ein bürstenloser Motor als Motor 1 für das elektrische Fahrzeug in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wurde, ist der Typ des Motors nicht auf diesen Typ beschränkt. Beispielsweise kann ein Gleichstrommotor (DC-Motor) verwendet werden.

Obwohl der Motor 1 in dem zuvor gezeigten Ausführungsbeispiel die Rotationsmaschine des Elektrofahrzeugs ist, kann diese auch ein Generator sein. Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel einen Generator für das Elektrofahrzeug umfassen, der einen Drehmelder aufweist, der die Drehstellung des Generators außerhalb des Gehäuses erfasst.

Die vorhergehende genaue Beschreibung ist als erläuternd und nicht als begrenzend anzusehen, und es ist anzumerken, dass die nachfolgenden Ansprüche alle Äquivalente umfassen sollen, die im Bereich der Erfindung liegen.

Eine Rotationsmaschine 1, die mit einem Drehmelder 20 versehen ist, der einfach und mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden kann und weniger durch von der Rotationsmaschine 1 erzeugte elektromagnetische Störungen beeinflusst wird. Der Drehmelder 20 ist an der Außenseite eines Deckels 4 eines Gehäuses 2 der Rotationsmaschine 1 für ein elektrisches Fahrzeug angeordnet. Ein Drehmelderrotor 21 ist mit einer Ausgangswelle 8 verbunden, die auswärts aus dem Deckel 4 vorsteht. Ein Drehmelderstator 22 ist fest an der Außenoberfläche des Deckels 4 befestigt.

Claims (4)

1. Eine Rotationsmaschine (1) mit einem Drehmelder (20) an der Außenseite eines Gehäuses (2) der Rotationsmaschine (1).

2. Eine Rotationsmaschine mit einem Drehmelder nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (2) einen Mantel (3), der einen Statorkern (10) der Rotationsmaschine (1) aufweist, der mit einer Erregerspule (11) bewickelt ist, und einen Träger (4) aufweist, der eine Ausgangswelle (8) eines Rotors (9) der Rotationsmaschine (1) über ein Lager (6) drehbar hält, und wobei der Drehmelder (20) einen Drehmelderrotor (21), der mit der auswärts von dem Träger (4) vorstehenden Ausgangswelle (8) verbunden ist, und einen Drehmelderstator (22) umfasst, der an der Außenfläche des Träger (4) befestigt ist.

3. Eine Rotationsmaschine mit einem Drehmelder nach Anspruch 2, wobei der Drehmelderrotor (21) fest zwischen dem die Ausgangswelle (8) drehbar haltenden Lager (6) und einem Befestigungselement (26) befestigt ist.

4. Eine Rotationsmaschine mit einem Drehmelder nach Anspruch 3, wobei ein Innenumfangsabschnitt des Trägers (4) in Axialrichtung in Richtung auf den Rotor (9) der Rotationsmaschine (1) vorsteht, um neben dem Rotor (9) der Rotationsmaschine (1) angeordnet zu sein, und wobei der Drehmelderstator (22) fest an der Außenseite eines Abschnitts zwischen dem Innenumfangsabschnitt und einem Außenumfangsabschnitt des Trägers (4) angebracht ist, der in Richtung des Rotors (9) vorsteht.