DE102004053907B4 - Bürstenloser Motor - Google Patents

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Abstract

Bürstenloser Gleichstrommotor (10; 50) mit einem mindestens zweipoligen, permanentmagnetischen Rotor (20; 60) und einem mindestens zweipoligen Stator (12; 52), dessen Pole (14; 54) eine wenigstens einsträngige Statorwicklung (18; 58) tragen, die mittels einer elektronischen Kommutierungseinrichtung (40) in Abhängigkeit von der Rotorstellung mit Strom beaufschlagbar ist, wobei zwischen Rotor und Stator ein im wesentlichen gleichförmiger zylindrischer Luftspalt (24; 64) vorhanden ist, wobei mindestens ein Statorpol (14; 54) oder ein eigens vorgesehener Hilfspol (26) mit einer Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) versehen ist, die zum Anlauf des Motors mit Strom beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) während des Betriebs des Motors als Rotorpositionssensor benutzt wird, wobei Anschlüsse (a, b) der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) mit Eingängen der Kommutierungseinrichtung (40) verbunden sind, welche die Rotorposition anhand einer in der Hilfswicklung induzierten Spannung ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs und ein Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Motors nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
  • Stand der Technik
  • Im Gegensatz zu den typischen Antriebsanwendungen erfordern Ventilatoren kein hohes Anlaufmoment des verwendeten Motors. Deshalb können auch kostengünstige einsträngige bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC Motoren, Brushless DC Motoren) eingesetzt werden. Diese Motoren haben eine einfache Wickeltechnik und eine kostengünstige, beispielsweise aus einer H-Brückenschaltung bestehende Kommutierungselektronik. Die einsträngige Statorwicklung erzeugt statt eines Drehfeldes ein pulsierendes Feld, weshalb in bestimmten Rotorpositionen der Motor kein Drehmoment erzeugen kann. Um den sicheren Anlauf des Motors trotzdem bei jeder Rotorstellung zu ermöglichen, besitzt ein solcher Motor ein speziell ausgebildetes Statorpaket, das mit dem Rotor einen ungleichförmigen Luftspalt bildet. Dadurch entsteht ein Reluktanzmoment, das dafür sorgt, dass der Rotor nach Abschalten der Stromversorgung nur in solchen Winkellagen stehen bleibt, in denen die bestromte Statorwicklung ein genügend hohes Anlaufmoment entwickelt, um die Lagerreibung beim Anlauf zu überwinden. Das Reluktanzmoment, das für den sicheren Anlauf notwendig ist, braucht man aber nach dem Anlauf des Motors nicht mehr; man kann es aber leider nach dem Anlauf nicht abschalten.
  • Ein Nachteil dieser Methode ist, dass das erhöhte Reluktanzmoment zusätzliche Schwingungen im Motor erzeugt. Diese Schwingungen wiederum können unangenehme und auffällige Geräusche des Motors verursachen. Diese Geräusche sind schwer vorauszusagen, weil sie sehr stark von der Konstruktion und von den mechanischen Resonanzstellen der Motorapplikation abhängen.
  • Ein weiterer Nachteil ist, dass durch den ungleichen Luftspalt die durchschnittliche Breite des Luftspalts vergrößert wird, da der minimale Luftspalt aus mechanischen Gründen begrenzt ist. Durch die größere durchschnittliche Breite des Luftspalts ist der Motor magnetisch geschwächt, was seine Leistungsfähigkeit und seinen Wirkungsgrad reduziert.
  • US 4 484 114 A , die als dem Gegenstand der Erfindung nächstkommender Stand der Technik betrachtet wird, offenbart einen bürstenlosen Gleichstrommotor und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche. Die aktuelle Rotorposition wird mittels eines Hall-Sensors erfasst.
  • US 3 775 648 betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei dem als Rotorpositionssensoren zwei separate Sensorwicklungen verwendet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen vorzugsweise einsträngigen bzw. zweisträngigen bürstenlosen und sensorlosen Elektromotor zu schaffen, der ein sicheres Anlaufverhalten aufweist, kostengünstig herzustellen ist und eine geringe Baugröße aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Ansteuerung des Motors ist im Anspruch 11 angegeben.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Bildung eines vorzugsweise einsträngigen bipolaren oder zweisträngigen unipolaren bürstenlosen Motors mit gleichförmigem Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Ein solcher Motor kann nicht bei allen Positionen des Rotors ein Anlaufdrehmoment erzeugen. Um dennoch einen Anlauf des Motors sicher zu stellen wird eine kreisförmige, gleichförmige Statorgeometrie gewählt und für den sicheren Start eine Hilfswicklung verwendet. Diese Hilfswicklung ist nur bei der Anlaufphase aktiv und wird nach dem gelungenen Start des Motors abgeschaltet. Durch diese Hilfswicklung kann der Motor auch bei ungünstiger Position des Rotors, bei der die Hauptwicklung kein ausreichendes Drehmoment erzeugt, in die richtige Drehrichtung gestartet werden. Erfindungsgemäß die wird die Hilfswicklung während des Betriebs des Motors als Rotorpositionssensor benutzt, wobei Anschlüsse der Hilfswicklung mit Eingängen der Kommutierungseinrichtung des Motors verbunden sind, welche die Rotorposition anhand einer in der Hilfswicklung induzierten Spannung ermittelt.
  • Aufgrund der Hilfswicklung kann also ein gleichförmiger Luftspalt verwendet werden, was das Reluktanzmoment reduziert und zu einer geringeren Geräuschemission des Motors führt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Hilfswicklung auf einem Hilfspol in Form eines etwa T-förmigen Eisenkerns, der zwischen zwei Statorpolen versetzt zu diesen angeordnet ist. Der Eisenkern mit Hilfswicklung ist gegenüber den benachbarten Statorwicklungen um einen Winkel von 90° elektrisch versetzt.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in dem, dem Luftspalt zugewandten Teil mindestens eines Statorpols eine radial verlaufende Hilfsnut vorgesehen, derart dass der Statorpol zwei radial nach außen verlaufende Schenkel ausbildet, wobei die Hilfswicklung auf einem dieser Schenkel angeordnet ist.
  • Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitt mindestens eines Statorpols einseitig einen Freistich aufweist, und die Hilfswicklung auf diesem Freistich angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Hilfswicklung auf den radial nach außen verlaufenden Schenkeln zweier benachbarter Statorpole zusätzlich zu der Statorwicklung aufgebracht sein.
  • Wichtig ist, dass die Hilfswicklung derart angeordnet ist, dass sie auch dann ein Anlaufen des Motors ermöglicht, wenn ein Anlaufen unter Verwendung der Statorwicklung fehlschlägt.
  • Es gibt zwei grundsätzliche Möglichkeiten, den Motor zu starten. Die erste Möglichkeit sieht vor, dass die Motorsteuerung (Kommutierungseinrichtung) zuerst versucht, den Motor auf der herkömmlichen Art durch entsprechende Bestromung der Hauptwicklung zu starten. Steht der Rotor vor dem Start in einer günstigen Position, gelingt der Start ohne weiteres. Steht der Motor in einer ungünstigen Position, kann der Anlauf missglücken. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass der Elektromotor in die falsche Drehrichtung anläuft. Die Motorsteuerung muss den Anlauf deshalb überwachen und einen „Fehlstart" erkennen. Dies kann über eine Auswertung der Kommutierungssignale erfolgen, die z. B. von Hallsensoren oder von der Hilfswicklung erzeugt werden. Im Fall eines missglückten Anlaufs kann die Motorsteuerung die Hilfswicklung aktivieren und so den Rotor aus der ungünstigen Startposition bewegen. Danach kann sie den Motor in herkömmlicher Weise neu starten.
  • Die andere Möglichkeit sieht vor, dass die Motorsteuerung die Hilfswicklung generell und ohne irgendwelche andere Startversuche vor dem tatsächlichen Start für eine bestimmte Zeit aktiviert. Dadurch erhält der Rotor einen Drehimpuls, wonach die Motorsteuerung den Anlauf und Betrieb des Motors durch entsprechende Bestromung der Statorwicklung fortsetzt.
  • Da sich die Aufgabe der Hilfswicklung grundsätzlich darauf beschränkt, den Rotor aus der ungünstigen Startposition zu bewegen, ist es ausreichend, eine kostengünstige, unipolare Bestromung zu ermöglichen. Dazu ist ein einziger Leistungsschalter, in der Regel ein Transistor (bipolarer Transistor, MOSFET oder IGBT) ausreichend. Da dieser Transistor nur für eine kurze Zeit aktiviert wird, muss dieser nicht sehr groß dimensioniert sein; die thermische Dimensionierung ist unkritisch.
  • Die Hilfswicklung kann aus dünnem Wickeldraht mit relativ großem ohmschen Widerstand bestehen, so dass der Wicklungswiderstand den Wicklungsstrom ausreichend begrenzt. Ansonsten kann der Wicklungsstrom mit einem zusätzlichen Widerstand begrenzt werden. Eine andere Möglichkeit, den Strom in der Hilfswicklung zu begrenzen, besteht darin, den Transistor statt in Schaltbetrieb in einem linearen Betrieb zu betreiben. Das kann zum Beispiel mit einer Stromgenerator-Schaltung erfolgen. Eine weitere Möglichkeit, die besonders bei Motoren mit hoher Zwischenkreisspannung vorteilhaft sein kann, ist die Verwendung eines kostengünstigen Thyristors anstatt des Transistors für die Steuerung der Hilfswicklung. In diesem Fall kann zum Beispiel ein in Reihe mit der Hilfswicklung geschalteter Kondensator dafür sorgen, dass der Strom nach einer gewissen Zeit automatisch abgeschaltet wird.
  • Durch eine weitere, vorteilhafte Nutzung der Hilfswicklung kann ein sensorloser Motor entstehen. Bürstenlose Motoren werden elektronisch kommutiert, wobei der Zeitpunkt für die Kommutierung meistens mit einem oder mit mehreren Hallsensoren festgelegt wird. Hallsensoren erfassen das vom Rotor erzeugte magnetische Feld und dadurch die aktuelle Rotorposition. Bei kleineren Motoren, die zum Beispiel für sogenannte Kompaktlüfter verwendet werden, werden meistens SMD Hall-ICs verwendet, die in einer Aussparung der Leiterplatte platziert sind. Bei größeren Motoren, bei denen die Entfernung der Leiterplatte vom Rotor größer ist, werden bedrahtete Hall-ICs verwendet, die in einen Halter gesteckt und meistens nachträglich, per Hand, in die Platine gelötet werden. Dadurch entstehen nicht unwesentliche Zusatzkosten.
  • Bei mehrsträngigen Motoren kommt es oft vor, dass man eine sogenannte sensorlose Technik verwendet, bei der sich keine diskreten Positionssensoren im Motor befinden. Stattdessen werden die Motorwicklungen als Sensoren benutzt. Die einfachste Methode (die sogenannte „Back-EMF-Method") wertet nur die an den Motorwicklungen messbaren Spannungen aus, genauer gesagt nur die Polarität dieser Spannungen. Dadurch sind – beispielsweise bei einem dreisträngigen Motor – nur drei kostengünstige analoge Komparatoren für die Auswertung der Polarität der Wicklungsspannungen notwendig. Bei blockkommutierten dreisträngigen bürstenlosen Motoren sind zu jeder Zeit nur zwei der drei Motorwicklungen bestromt. Die gerade stromlose Motorwicklung liefert die Information über die in ihr induzierte Spannung, deren Polaritätswechsel die Rotorlage eindeutig bestimmt. (Zur Stand der Technik siehe zum Beispiel: J. Krotsch, A. Lelkes, T. Zoller: „Low-noise Sensorless Commutation of Brushless DC Motors", PCIM Europe, Nürnberg 2001, Proceedings Intelligent Motion, pp. 151–156.)
  • Bei einsträngigen Motoren haben sich in der Praxis keine sensorlosen Motoren durchgesetzt, da die einzige Wicklung normalerweise ständig bestromt ist. Um einen lückenden Strom zu erzeugen (d. h. es existieren Zeiträume ohne Antriebsstrom), müsste die Steuerung den Strom noch vor der tatsächlichen Kommutierung abschalten. Dass macht nicht nur die Steuerung komplizierter, sondern schwächt auch den Motor ab und erzeugt zusätzliche, unerwünschte Schwingungen im Motor. Auch bei zweisträngigen, unipolaren Motoren wird die sensorlose Technik praktisch nicht angewandt.
  • Es ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, die für den sicheren Anlauf benutzte Hilfswicklung im Betrieb des Motors als Rotorpositionssensor zu benutzen. Hierfür können mehrere, an sich bekannte Methoden in Frage kommen, in vielen Fällen ist jedoch die Auswertung der induzierten Spannung in dieser Hilfswicklung ausreichend für die Erkennung der Rotorposition.
  • Je nach Verwendung des Motors, z. B. als Lüftermotor, kann es vorkommen, dass sich der Motor bereits vor dem Einschalten dreht. Bei einer einzigen Motorwicklung ist das problematisch, denn die Drehrichtung des Motors kann aus der Spannungsauswertung dieser einzigen Wicklung nicht festgestellt werden. Der Einsatz einer zusätzlichen Hilfswicklung hilft auch in diesem Falle, indem die Motorsteuerung sowohl die Auswertung der Spannung in der Hauptwicklung als auch in der Hilfswicklung vorsieht. Durch Auswertung von beiden Spannungen können Rotorlage und Drehrichtung eindeutig bestimmt werden.
  • Die Erfindung wurde vornehmlich für den Fall eines einsträngigen bipolaren Motors beschrieben, ist aber genauso gut für zweisträngige unipolare Motoren, welche die gleiche Anlaufproblematik aufweisen, verwendbar.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die beiliegenden Zeichnungen zeigen:
  • 1: einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor mit Hilfswicklung;
  • 2: einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors mit Hilfswicklung;
  • 3: einen schematischen Schnitt durch einen dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motors mit Hilfswicklung;
  • 4: einen schematischen Schnitt durch eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motors mit Hilfswicklung;
  • 5: eine schematische Darstellung der Leistungselektronik für einen Motor gemäß den 1 und 2;
  • 6: eine schematische Darstellung der Leistungselektronik für einen Motor nach den 3 und 4;
  • 7: eine schematische Darstellung der Leistungselektronik zur Ansteuerung des Motors gemäß den 1 und 2;
  • 8: eine schematische Darstellung der Leistungselektronik zur Ansteuerung des Motors gemäß den 1 und 2;
  • 9: eine schematische Darstellung der Motorsteuerung (Kommutierungseinrichtung) zur Ansteuerung der Leistungselektronik des Motors.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • Der in den 1 und 2 dargestellte Motor 10 ist ein einsträngiger, bipolar gespeister und bürstenloser Außenläufermotor. Der Motor 10 hat einen Stator 12 bestehend aus einem Statorblechpaket mit im Wesentlichen zylindrischer Umfangsfläche und einen Rotor 20, in dessen Innenumfang ein Dauermagnetring 22 in bekannter Weise angeordnet ist. Der Stator 12 umfasst im Beispiel drei ausgeprägte Pole 14, von denen in der Zeichnung die Pole 14a und 14b dargestellt sind. Die Statorpole 14 haben die übliche T-Form und definieren einen im Wesentlichen gleichförmigen zylindrischen Außenumfang. Die Statorpole 14 sind jeweils durch eine Statornut 16 getrennt und mit einer Statorwicklung 18 in üblicher Weise bewickelt. Man erkennt, dass sich zwischen dem Außenumfang des Stators 12 und dem Innenumfang des Permanentmagneten 22 ein im Wesentlichen gleichförmiger Luftspalt 24 ergibt.
  • Zwischen den zwei Statorpolen 14a und 14b ist mindestens ein Hilfspol 26 angeordnet, der aus einem Eisenkern besteht und beispielsweise auch die bei den Statorpolen 14 verwendete T-Form aufweisen kann. Der Hilfspol ist um 90° elektrisch gegenüber den Statorpolen 14 versetzt und mit einer Hilfswicklung 28 bewickelt. Diese Hilfswicklung 28 dient zum Anlauf des Motors aus einer ungünstigen Ruhestellung, aus welcher ansonsten kein regulärer Anlauf des Motors möglich wäre.
  • 2 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines Motors. Im Gegensatz zu einem Hilfspol mit Hilfswicklung umfasst hier ein Statorpol 14a eine radial verlaufende, längliche Hilfsnut 30. Die übrigen Statorpole 14b, etc., müssen keine solche Hilfsnut 30 aufweisen. Die Hilfsnut 30 teilt den Statorpol 14a in zwei kurze radial verlaufende Schenkel 32, wobei einer dieser Schenkel 32 mit einer Hilfswicklung 34 bewickelt ist.
  • Die Kontaktierung der in den 1 und 2 dargestellten Hilfswicklungen 28 bzw. 34 erfolgt über die Anschlüsse a und b. In 5 in Verbindung mit 9 ist eine schematische Schaltung zum Betrieb des einsträngigen, bipolaren Motors gemäß den 1 und 2 dargestellt. Eine Kommutierungseinrichtung 40 bzw. Motorsteuerung versorgt die Leistungselektronik zur Ansteuerung der Motorwicklung, bestehend beispielsweise aus den Transistoren T1, T2, T3 und T4, mit Strom. Die Transistoren T1 bis T4 bilden eine H-Brückenschaltung, wobei jeweils die Transistoren T1 und T4 bzw. T2 und T3 zur gleichen Zeit leiten, so dass der Strom in der Motorwicklung 18 nach jeder halben Umdrehung des Rotors umgepolt wird. Der Zeitpunkt des Umpolens wird durch die Kommutierungseinrichtung 40 erfasst, wobei in der Regel ein Hallsensor im Motor angeordnet ist, der das Magnetfeld des Rotors erfasst und dabei die Rotorstellung an die Kommutierungseinrichtung 40 weitergibt, die in Abhängigkeit der Rotorstellung die Transistoren T1 bis T4 schaltet.
  • Die Leistungselektronik umfasst einen weiteren Transistor TH, mit dem die Hilfswicklung 28 bzw. 34 geschaltet wird. Stellt die Kommutierungseinrichtung 40 fest, dass der Anlauf des Motors durch reguläre Bestromung der Statorwicklung 18 nicht gelingt, so wird der Transistor TH geschaltet, der die Hilfswicklung 28 bzw. 34 mit Strom versorgt und einen Anlauf des Motors ermöglicht, da die Hilfswicklung 28, 34 um einen bestimmten Winkel versetzt zu der Motorwicklung 18 angeordnet ist und somit ein Totpunkt des Rotors 20 durch die Hilfswicklung überwunden werden kann.
  • Nach dem Anlauf des Motors wird der Strom in der Hilfswicklung 28, 34 abgeschaltet. Nachfolgend kann die Hilfswicklung 28, 34 jedoch eine zusätzliche Aufgabe übernehmen, indem die in der Hilfswicklung bei Betrieb des Motors induzierte Spannung durch die Kommutierungseinrichtung 40 erfasst wird. Hierfür werden die Anschlüsse a und b der Hilfswicklung 28, 34 mit entsprechenden Eingängen der Kommutierungseinrichtung 40 verbunden, so dass die Kommutierungseinrichtung 40 aus der Höhe der induzierten Spannung bzw. der Polarität der induzierten Spannung die Stellung des Rotors 20 bestimmen kann. Somit sind keine diskreten Sensoren, z. B. Hallsensoren, zur Bestimmung der Rotorposition mehr notwendig. Die Hilfswicklung 28, 34 erfüllt also zwei Aufgaben, zum einen sorgt sie für einen sicheren Anlauf des Motors, indem sie entsprechend von der Kommutierungseinrichtung 40 beim Anlauf des Motors mit Strom versorgt wird, und zum anderen kann durch eine Auswertung der in der Hilfswicklung induzierten Spannung die Rotorposition bestimmt werden.
  • 7 zeigt eine zur 5 leicht abgewandelte Schaltung zur Ansteuerung der Hilfswicklung 28, 34. Bei dieser Schaltung befindet sich der Transistor TH im linearen Betrieb, wobei der Strom durch die Hilfswicklung 28, 34 durch einen Widerstand R begrenzt wird.
  • 8 zeigt eine Schaltung zur Ansteuerung der Hilfswicklung 28, 34, die mit einem Thyristor arbeitet. In Reihe zur Hilfswicklung ist ein Kondensator CH geschaltet, der sich beim Einschalten des Thyristors auflädt und den Strom durch die Hilfswicklung nach einer gewissen Zeit automatisch reduziert, so dass der Thyristor abschaltet.
  • Die 3 und 4 zeigen einen zweisträngigen, unipolar gespeisten Motor 50, Der Motor umfasst wiederum einen Stator 52, bestehend aus einem Blechpaket und beispielsweise sechs diskreten Statorpolen 54a, 54b ..., die wiederum eine etwa T-förmige Gestalt haben und einen zylindrischen Außenumfang definieren.
  • Zwischen den Statorpolen 54 befinden sich Statornuten 56, wobei die Statorpole abwechselnd mit zwei Strängen einer Statorwicklung 58a bzw. 58b bewickelt sind. Der als Außenläufer konstruierte Motor umfasst einen Rotor 60, an dessen Innenumfang ein Ringmagnet 62 in bekannter Weise angeordnet ist. Zwischen dem Außenumfang des Stators und dem Innenumfang des Ringmagneten verbleibt ein Luftspalt 64, der erfindungsgemäß eine gleichförmige zylindrische Gestalt aufweist.
  • Gemäß 3 umfasst ein freies Ende des T-förmigen Statorpols 54a einen Freistich 66, der mit einer Hilfswicklung 68 umwickelt ist, deren Anschlüsse a und b nach außen geführt sind. Die Hilfswicklung ist an einem bestimmten Winkel versetzt zu den Statorwicklungen 58 angeordnet und erleichtert den Anlauf des Motors bei ungünstiger Rotorposition, indem sie mit Strom beaufschlagt wird.
  • Das Beispiel gemäß 4 zeigt im Wesentlichen denselben Motor wie 3, wobei jedoch der Statorpol 54a keinen Freistich mit entsprechender Hilfswicklung aufweist. Stattdessen ist über die Statorwicklungen 58a und 58b zweier benachbarter Statorpole 54a und 54b eine Hilfswicklung 70 gewickelt, die bei ungünstiger Position des Rotors ebenfalls für einen Anlauf des Motors sorgt, indem sie mit Strom beaufschlagt wird.
  • 6 in Verbindung mit 9 zeigt eine schematische Schaltung zum Betrieb des zweisträngigen Motors gemäß den 3 und 4. Jeder Strang 58a bzw. 58b des Motors wird gemäß 6 abwechselnd von einem Transistor T1 bzw. T2 geschaltet. Die Hilfswicklung 68 bzw. 70 wird über einen Transistor TH bestromt. Bei der Kommutierungseinrichtung 40 gemäß 9 sind daher nur die Steuerausgänge für die Transistoren T1, T2 und TH notwendig. Die Hilfswicklung kann wiederum zur Erfassung der Rotorposition verwendet werden, indem die Anschlüsse a und b mit entsprechenden Eingängen der Kommutierungseinrichtung 40 verbunden werden.
  • Die Kommutierungseinrichtung wertet die in der Hilfswicklung 68 bzw. 70 induzierte Spannung bzw. deren Polarität aus und kann somit die Rotorposition bestimmen, so dass die Transistoren T1 und T2 in Abhängigkeit der Rotorposition die Statorwicklungen 58a, 58b mit Strom versorgen können.
  • 10
    Motor
    12
    Stator(-blechpaket)
    14
    Statorpole (14a, 14b, ...)
    16
    Statornut
    18
    Statorwicklung, einsträngig
    20
    Rotor (Außenläufer-)
    22
    Dauermagnet (Ringsegmente)
    24
    Luftspalt
    26
    Hilfspol
    28
    Hilfswicklung
    30
    Hilfsnut
    32
    Schenkel
    34
    Hilfswicklung
    40
    Kommutierungseinrichtung
    50
    Motor
    52
    Statorblechpaket
    54
    Statorpole (54a, 54b, ...)
    56
    Statornut
    58
    Statorwicklungen (58a, 58b)
    60
    Rotor (Außenläufer-)
    62
    Dauermagnet (Ringsegmente)
    64
    Luftspalt
    66
    Freistich
    68
    Hilfswicklung
    70
    Hilfswicklung
    a, b
    Anschlüsse der Hilfswicklung

Claims (15)

  1. Bürstenloser Gleichstrommotor (10; 50) mit einem mindestens zweipoligen, permanentmagnetischen Rotor (20; 60) und einem mindestens zweipoligen Stator (12; 52), dessen Pole (14; 54) eine wenigstens einsträngige Statorwicklung (18; 58) tragen, die mittels einer elektronischen Kommutierungseinrichtung (40) in Abhängigkeit von der Rotorstellung mit Strom beaufschlagbar ist, wobei zwischen Rotor und Stator ein im wesentlichen gleichförmiger zylindrischer Luftspalt (24; 64) vorhanden ist, wobei mindestens ein Statorpol (14; 54) oder ein eigens vorgesehener Hilfspol (26) mit einer Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) versehen ist, die zum Anlauf des Motors mit Strom beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) während des Betriebs des Motors als Rotorpositionssensor benutzt wird, wobei Anschlüsse (a, b) der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) mit Eingängen der Kommutierungseinrichtung (40) verbunden sind, welche die Rotorposition anhand einer in der Hilfswicklung induzierten Spannung ermittelt.
  2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfspol (26) mit aufgebrachter Hilfswicklung (28) als etwa T-förmiger Eisenkern ausgebildet und zwischen zwei Statorpolen (14a, 14b) versetzt zu diesen angeordnet ist.
  3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28) gegenüber den benachbarten Teilen der Statorwicklung (18) um einen Winkel von 90° elektrisch versetzt ist.
  4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dem Luftspalt (24) zugewandten Teil mindestens eines Statorpols (14a) eine radial verlaufende Hilfsnut (30) vorgesehen ist, derart dass der Statorpol (14a) zwei radial nach außen verlaufende Schenkel (32) ausbildet, wobei die Hilfswicklung (34) auf mindestens einem dieser Schenkel angeordnet ist.
  5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitt mindestens eines Statorpols (54a) einseitig einen Freistich (66) aufweist, auf welchem die Hilfswicklung (68) angeordnet ist.
  6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (70) auf den radial nach außen verlaufenden Schenkeln zweier benachbarter Statorpole (54a, 54b) zusätzlich zu den Statorwicklungen (58a; 58b) aufgebracht ist.
  7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) durch einen elektrischen Schalter (TH; ThH) unipolar mit Strom beaufschlagbar ist.
  8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) einen bestimmten elektrischen Widerstand aufweist, der den Stromfluss in der Hilfswicklung auf einen festgelegten Wert begrenzt.
  9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein einsträngiger, bipolar gespeister Motor ist.
  10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweisträngiger, unipolar gespeister Motor ist.
  11. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10; 50) mit einem mindestens zweipoligen, permanentmagnetischen Rotor (20; 60) und einem mindestens zweipoligen Stator (12; 52), dessen Pole (14; 54) eine wenigstens einsträngige Statorwicklung (18; 58) tragen, wobei die Statorwicklung mittels einer elektronischen Kommutierungseinrichtung (40) in Abhängigkeit von der Rotorstellung mit Strom beaufschlagt wird, und Rotor und Stator durch einen im wesentlichen zylindrischen Luftspalt (24; 64) voneinander getrennt sind, wobei beim Anlauf des Motors mindestens eine Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) mit Strom beaufschlagt wird, die an mindestens einem Statorpol (14; 54) oder einem eigens vorgesehenen Hilfspol (26) angeordnet ist, wobei der an die Hilfswicklung angelegte Strom nach dem Anlauf des Motors abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Motors von der Kommutierungseinrichtung (40) eine in der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) induzierte Spannung erfasst und daraus die aktuelle Rotorposition bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zwei- oder mehrsträngigen Motor die beim Betrieb in der gerade nicht bestromten Statorwicklung (18; 58) induzierte Spannung und die in der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) induzierte Spannung ausgewertet und daraus die aktuelle Rotorposition und die Drehrichtung bestimmt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Kommutierungseinrichtung (40) zunächst versucht wird, den Anlauf des Motors durch entsprechende Bestromung der wenigstens einen Statorwicklung (18; 58) zu erreichen, und dann, falls von der Kommutierungseinrichtung (40) keine Rotorbewegung detektiert wird, der Anlauf des Motors durch Bestromung der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) vorgenommen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungseinrichtung (40) den Anlauf des Motors durch Bestromung der Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) und nachfolgende Bestromung der wenigstens einen Statorwicklung (18; 58) vornimmt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung (28; 34; 68; 70) unipolar bestromt wird.
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