DE102005004322A1

DE102005004322A1 - Rotating electrical machine e.g. asynchronous machine, has position sensor with flux conducting unit having pole region arranged in side of Hall sensor in such a way that magnetic field of sensor is interspersed with increased flux density

Info

Publication number: DE102005004322A1
Application number: DE200510004322
Authority: DE
Inventors: Eckhart Nipp; Lin Feuerrohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-03

Abstract

The machine has a sensor unit with a ferromagnetic flux conducting unit (32), which forms an interference to guide magnetic fluxes between two poles of sensor magnets. The unit (32) has pole regions (321, 322) and a bar region, which connects the pole regions. The region (321) is arranged in a side of a Hall sensor (31) in such a way that the magnetic field of the sensor is orthogonally interspersed with an increased flux density.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem Hallelement zum Erfassen der Position eines beweglichen Hauptelements relativ zu einem ruhenden Hauptelement einer elektrischen Maschine insbesondere der Rotorlage oder der Drehzahl einer rotierenden elektrischen Maschine.The The invention relates to a sensor device with a Hall element for detecting the position of a movable main element relative to a dormant main element of an electrical machine in particular the rotor position or the rotational speed of a rotating electrical machine.

In vielen Bereichen der Technik kommen elektrische Maschinen zum Einsatz. Die Vielzahl der bekannten elektrischen Maschinen lässt sich dabei je nach Einsatzzweck auf zwei Grundtypen zurückführen, nämlich Motoren und Generatoren. Während Motoren elektrische in mechanische Energie umwandelnden, wandeln Generatoren mechanische in elektrische Energie um. Dabei können Motoren grundsätzlich auch als Generatoren arbeiten und umgekehrt. Jede Maschine weist mindesten ein ruhendes und ein bewegliches Hauptelement auf, das bei rotierenden Maschinen als Stator bzw. Rotor bezeichnet wird. Die Drehmomentbildung geschieht überwiegend elektromagnetisch durch die Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter im magnetischen Feld.In Many areas of technology use electrical machines. The variety of known electrical machines can be Depending on the purpose, two basic types, namely motors and generators. While engines converting electrical to mechanical energy convert generators mechanical into electrical energy. This motors can in principle also work as generators and vice versa. Each machine has at least a dormant and a moving main element that when rotating Machinery is referred to as a stator or rotor. The torque formation happens mostly electromagnetically by the force effect on current-carrying Conductor in the magnetic field.

In zahlreichen rotierenden elektrischen Maschinen werden Sensorsysteme eingesetzt, die einen oder mehrere magnetempfindliche Sensorelemente, insbesondere Hallsensoren zur Erkennung von Rotorlage und/oder Drehzahl aufweisen. Anzutreffen sind diese in Maschinen beliebiger Bauart, wie z.B. Asynchronmaschinen, Synchronreluktanzmotoren und insbesondere in permanentmagneterregten (PM), elektronisch kommutierten (EC) Antrieben. Dies gilt ebenso für Linearantriebe, bei dem sich ein Läufer relativ zu einem Ständer bewegt.In Numerous rotating electrical machines become sensor systems used, the one or more magnetic sensitive sensor elements, in particular Hall sensors for detecting rotor position and / or speed exhibit. These can be found in machines of any type, such as. Asynchronous machines, synchronous reluctance motors and in particular in permanent magnet excited (PM), electronically commutated (EC) Drives. This also applies to Linear drives, in which a runner moves relative to a stand.

Es werden sowohl lineare Hallelemente eingesetzt, als auch sogenannte Hallschalter. Ein analoges Hallelement besteht in der Regel aus einer magnetfeldempfindlichen Halbleiterplatte, durch die über zwei seitliche Stromanschlüsse ein Hallstrom durchgeleitet wird. Ferner hat diese Platte seitlich zwei Signalausgänge, an denen die sogenannte Hallspannung abgenommen werden kann, die von der Größe der den Hallsensor durchsetzenden magnetischen Flussdichte sowie der Größe des Hallstroms abhängt. Im Unterschied hierzu verfügt ein Hallschalter über einen digitalen Ausgang, dessen Zustand durch eine Schaltschwelle der magnetischen Flussdichte bestimmt wird. Letztere sind besonders vorteilhaft bei blockbestromten (blockkommuntierten, BLDC (brushless DC)) Motoren, da deren Ausgangssignale direkt zur Ansteuerung der elektronischen Leistungsendstufe genutzt werden können. Dabei kommen entweder separate Gebermagnete auf der Rotorachse zum Einsatz, oder es wird das Feld der Hauptmagnete (Hauptfeld), die in erster Linie zur Erzeugung des Drehmoments dienen, abgetastet. Die Kombination von blockkommutierten Permanentmagnet-Motoren mit Hallschaltern, die das Hauptfeld abtasten, ist die bevorzugte Lösung bei kostengünstigen, bürstenlosen Kleinantrieben, die z. B. als Stellmotoren, Lüfter oder Pumpen für Kraftfahrzeuganwendungen, Office-Maschinen, Haushaltsgeräte, oder Elektrowerkzeuge dienen. Ferner werden auch mehrere Hallelemente nebeneinander eingesetzt, insbesondere bei mehrphasigen Maschinen, wie z.B. in 3 gezeigt. Ebenso werden vergleichbare Konstruktionen für Außenläufermotoren genutzt. Dies ist in 4 dargestellt.Both linear Hall elements are used, as well as so-called Hall switches. An analog Hall element usually consists of a magnetic field-sensitive semiconductor plate through which a Hall current is passed through two lateral power connections. Furthermore, this plate has laterally two signal outputs, at which the so-called Hall voltage can be removed, which depends on the size of the Hall sensor penetrating magnetic flux density and the size of the Hall current. In contrast, a Hall switch has a digital output whose state is determined by a switching threshold of the magnetic flux density. The latter are particularly advantageous in block-energized (block-commutated, BLDC (brushless DC)) motors, since their output signals can be used directly to control the electronic power amplifier. Either separate donor magnets are used on the rotor axis, or the field of the main magnets (main field), which primarily serve to generate the torque, is scanned. The combination of block commutated permanent magnet motors with Hall switches scanning the main field is the preferred solution for low cost, brushless, small drives, e.g. As servomotors, fans or pumps for automotive applications, office machines, household appliances, or power tools. Furthermore, several Hall elements are used side by side, especially in multi-phase machines, such as in 3 shown. Similarly, comparable designs are used for external rotor motors. This is in 4 shown.

Zur Abtastung des Hauptfelds werden die Hallelemente entweder in der Nutöffnung 11 untergebracht, wie z.B. in der 5 gezeigt ist, oder es wird ein Hauptmagnet verwendet, der axial über das Statorpaket hinausragt, um dort den Sensor außerhalb des Stators anzuordnen. Dies ist z.B. in den 2 und 3 gezeigt. Obwohl solche Anordnungen zunächst sehr praktikabel sind, treten gewisse Schwierigkeiten auf. So ist das Feld an der Stelle des Hallelements oft schwach, insbesondere wenn Magnete mit geringer Energiedichte eingesetzt werden. Weiterhin kann die Rotorlageerkennung durch Streufelder verfälscht werden, die z.B. durch die Ströme in den Statorwicklungen hervorgerufen werden. Solche Effekte, insbesondere in Kombination, können zu schlechter Performance des Antriebs führen.For scanning the main field, the Hall elements are either in the slot opening 11 housed, such as in the 5 is shown, or a main magnet is used, which protrudes axially beyond the stator in order to arrange the sensor outside of the stator there. This is eg in the 2 and 3 shown. Although such arrangements are initially very practical, certain difficulties arise. Thus, the field at the location of the Hall element is often weak, especially when magnets are used with low energy density. Furthermore, the rotor position detection can be falsified by stray fields, which are caused for example by the currents in the stator windings. Such effects, especially in combination, can lead to poor performance of the drive.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Lageerkennung eines beweglichen Hauptteils einer elektrischen Maschine zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 und eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.The The object of the invention is therefore to detect the position of a movable Major part of an electric machine to improve. This task will by an electric machine according to claim 1 and a sensor device according to claim 10 solved. Further advantageous embodiments The invention is defined in the subordinate claims.

Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Maschine mit einem ruhenden und einem beweglichen Hauptelement vorgesehen, die eine Sensorvorrichtung zum Erfassen der relativen Lage des beweglichen Hauptelements in Bezug auf das ruhende Hauptelement aufweist. Die Sensorvorrichtung umfasst dabei ein magnetempfindliches Sensorelement, das ortsfest zum ruhenden Hauptelement in der Nähe eines am beweglichen Hauptelement angebrachten Gebermagneten angeordnet ist und sein Magnetfeld abtastet, wobei das Magnetfeld im Sensorelement ein zur Bewegung des beweglichen Hauptelements synchrones Messsignal erzeugt. Zur Erhöhung der das Sensorelement orthogonal durchsetzenden magnetischen Flusses ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein Flussleitelement aufweist, das aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist und das sich entlang des Gebermagneten erstreckt und dabei einen Rückschluss zur Führung des magnetischen Flusses zwischen zwei gegensinnigen Polen des Gebermagneten bildet. Das Flussleitelement umfasst dabei einen ersten und einen zweiten in der Nähe des Gebermagneten angeordneten Polbereich sowie einen die beiden Polbereiche miteinander verbindenden Stegbereich, der vom Gebermagneten entfernt verläuft, wobei der erste Polbereich an einer dem Gebermagneten abgewandten Seite des Sensorelements derart angeordnet ist, dass das durch das Flussleitelement geleitete Magnetfeld das Sensorelement mit einer hohen Flussdichte orthogonal durchsetzt. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch die Anhebung der magnetischen Flussdichte am Ort des Sensors das Messsignal, insbesondere beim Durchgang eines Magnetpols stark angehoben wird. Hierdurch lässt sich der negative Einfluss von Störungen, wie sie insbesondere durch den Statorstreufluss entstehen, auf das Messsignal minimieren. Das Passieren eines magnetischen Pols am Sensorelement wird somit besser detektierbar.According to the invention, there is provided an electric machine having a stationary and a movable main element, which has a sensor device for detecting the relative position of the movable main element with respect to the stationary main element. In this case, the sensor device comprises a magnetically sensitive sensor element which is arranged stationary relative to the stationary main element in the vicinity of a transmitter magnet mounted on the movable main element and scans its magnetic field, wherein the magnetic field in the sensor element generates a measuring signal synchronous with the movement of the movable main element. To increase the sensor element orthogonally passing through the magnetic flux is provided that the sensor device comprises a flux guide, which is formed of a ferromagnetic material and which extends along the transmitter magnet and thereby a conclusion for guiding the magnetic flux between two gegensin nigen Poland forms the encoder magnet. In this case, the flux guide element comprises a first and a second pole region arranged in the vicinity of the transmitter magnet and a web region connecting the two pole regions which extends away from the transmitter magnet, wherein the first pole region is arranged on a side of the sensor element facing away from the transmitter magnet in such a way that the through Magnetic field guided magnetic field passes through the sensor element orthogonally with a high flux density. The advantage here is that by raising the magnetic flux density at the location of the sensor, the measurement signal, especially when passing through a magnetic pole is greatly increased. This makes it possible to minimize the negative influence of disturbances, as they arise in particular by the stator leakage flux, on the measurement signal. The passage of a magnetic pole on the sensor element is thus better detectable.

Kern der Erfindung ist also die Verstärkung der Rotorflussdichte am Ort des Hallelements und die dadurch erzielte Reduzierung des Einflusses von Störfeldern und toleranzbedingten Streuungen. Es lassen sich somit die Position des beweglichen Hauptteils, insbesondere die Rotorlage und damit die Kommutierungszeitpunkte genauer und sicherer erkennen, was z.B. die Performance eines Antriebs verbessert.core The invention is therefore the gain of Rotor flux density at the location of the Hall element and thereby achieved Reduction of the influence of interference fields and tolerance-related Scatter. It can thus be the position of the movable body, in particular the rotor position and thus the commutation times more accurately and reliably recognize what e.g. Improved the performance of a drive.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das bewegliche Hauptelement als Rotor und das ruhende Hauptelement als Stator einer rotierenden Maschine ausgebildet sind. Der Rotor weist dabei einen zur Rotorachse rotationssymmetrischen Gebermagneten auf, der entlang seines Umfangs wenigsten ein gegensinniges Polpaar aufweist, dessen Magnetfeld im Sensorelement ein drehsynchrones Messsignal erzeugt. Dabei sind die Polbereiche des Flussleitelements im Wesentlichen eine Polteilung des Gebermagneten auseinander entlang des Umfangs des Gebermagneten angeordnet. Diese spezielle Anordnung der Polbereiche stellt sicher, dass sich der magnetische Kreis über das Flussleitelement schließen kann. Dabei entsteht beim Durchgang eines Pols am Sensorelement ein magnetischer Rückschluss mit einem unmittelbar benachbarten Gegenpol, so dass das im Flussleitelement geführte magnetische Feld am Ort des Sensors eine höhere magnetische Flussdichte aufweist.According to one advantageous embodiment of the Invention is provided that the movable main element as a rotor and the stationary main element as a stator of a rotating machine are formed. The rotor has a rotationally symmetrical to the rotor axis Magnets donors on the least along its circumference an opposing Polpaar has, whose magnetic field in the sensor element a rotationally synchronous Measurement signal generated. In this case, the pole regions of the flux-conducting element are essentially a pole pitch of the transmitter magnet apart along arranged the circumference of the encoder magnet. This special arrangement the pole regions ensures that the magnetic circuit is over the Close flux guide can. This occurs when a pole passes through the sensor element a magnetic inference with an immediately adjacent opposite pole, so that in the flux guide guided magnetic field has a higher magnetic flux density at the location of the sensor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Magnet entlang seines Umfangs wenigsten zwei gegensinnige Polpaare auf. Ferner weist das Flussleitelement einen weiteren Polbereich auf, der über einen weiteren Stegbereich mit dem ersten Polbereich verbunden ist. Die drei Polbereiche sind dabei entlang des Umfangs des Gebermagneten jeweils eine Polteilung auseinander angeordnet.In a further advantageous embodiment of the invention the magnet along its circumference least two opposing pole pairs on. Furthermore, the flux guide element has a further pole region up, over a further land area is connected to the first pole area. The three pole regions are along the circumference of the transmitter magnet each one pole pitch apart.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das bewegliche Hauptelement als Rotor und das ruhende Hauptelement als Stator einer rotierenden Maschine ausgebildet sind, wobei der Gebermagnet als ein radial magnetisierter Ringmagnet ausgebildet ist und entlang seines Umfangs wenigsten zwei gegensinnige Polpaare aufweist, die im Sensorelement ein drehsynchrones Messsignal erzeugen. Dabei verläuft das Flussleitelement quer zur Bewegungsrichtung des Rotors und die beiden Polbereiche sind an der Außen- und Innenseite des Ringmagneten derart angeordnet, dass das Flussleitelement einen magnetischen Rückschluss zwischen der Außen- und der Innenseite des Ringmagneten bildet. Diese vorteilhafte Ausführungsform eignet sich besonders gut für Anordnungen, bei denen Hauptmagnete abgetastet werden, die als radial magnetisierte Ringmagnete ausgebildet sind, bei denen ein Pol auf der Außenseite und der korrespondierende Gegenpol auf der Innenseite des Ringmagneten angeordnet ist.According to one further advantageous embodiment The invention provides that the movable main element as Rotor and the stationary main element as a stator of a rotating Machine are formed, wherein the transmitter magnet as a radial magnetized ring magnet is formed and along its circumference has at least two opposing pole pairs in the sensor element generate a rotationally synchronous measurement signal. This is the case Flux guide transversely to the direction of movement of the rotor and the two Pole areas are on the outside and inside of the Ring magnet arranged such that the flux guide a magnetic inference between the outside and the inside of the ring magnet forms. This advantageous embodiment is particularly suitable for orders, in which main magnets are scanned as radially magnetized Ring magnets are formed, in which a pole on the outside and the corresponding opposite pole on the inside of the ring magnet is arranged.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ringmagnet ein Rotoreisen aufweist, über das der magnetische Rückschluss erfolgt, wobei der erste Polbereich an der Außenseite des Ringmagneten und der zweite Polbereich am Rotoreisen angeordnet ist. Hierdurch wird Vorteilhafterweise der magnetische Kreis über den Rotorrückschluss geschlossen.According to one advantageous embodiment of the Invention is envisaged that the ring magnet has a rotor iron over the the magnetic inference takes place, wherein the first pole region on the outside of the ring magnet and the second pole region is arranged on the rotor iron. This will Advantageously, the magnetic circuit via the rotor yoke closed.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Gebermagnet ein das Drehmoment erzeugender Hauptmagnet des Rotors ist. Vorteilhaft dabei ist, dass kein zusätzlicher Gebermagnet notwendig ist.A further advantageous embodiment of the The invention provides that the transmitter magnet is a torque-generating main magnet the rotor is. The advantage here is that no additional encoder magnet necessary is.

Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Gebermagnet als ein separater Gebermagnet ausgebildet ist, der auf der Rotorachse zum Hauptmagneten axial verschoben angeordnet ist. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Magneten, ist es möglich den Gebermagneten den Bedingungen des Sensorelements anzupassen. Hierdurch kann die Sensorvorrichtung optimiert werden.Further sees an advantageous embodiment the invention that the donor magnet as a separate donor magnet is formed, on the rotor axis to the main magnet axially is arranged shifted. By using an additional Magnets, it is possible to adapt the transmitter magnet to the conditions of the sensor element. As a result, the sensor device can be optimized.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das bewegliche Hauptelement als Läufer und das ruhende Hauptelement als Ständer eines Linearantriebs ausgebildet sind, wobei das Flussleitelement in Bewegungsrichtung des Läufers oder quer zur Bewegungsrichtung des Läufers angeordnet ist. Bei Linearantrieben ist die Bewegungsfreiheit konstruktionsbedingt eingeschränkt. Daher ist für eine gute Performance die Lageerkennung besonders wichtig. Sie wird durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Sensorsystems optimiert.A further advantageous embodiment of the invention provides that the movable main element are designed as a rotor and the stationary main element as a stator of a linear drive, wherein the flux guide is arranged in the direction of movement of the rotor or transversely to the direction of movement of the rotor. With linear drives, the freedom of movement is restricted by design. Therefore, the position detection is particularly important for a good performance. It is characterized by the use of the sensor system of the invention op timiert.

Schließlich sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass das magnetempfindliche Sensorelement als ein Hallelement ausgebildet ist. Mithilfe eines Hallelements lässt sich das veränderliche Magnetfeld des Gebermagneten besonders gut und zuverlässig erfassen. Ferner sind diese Halbleiterelemente günstig in der Herstellung.Finally sees an advantageous embodiment the invention that the magnetosensitive sensor element as a Hall element is formed. With the aid of a Hall element you can the changeable Detect the magnetic field of the encoder magnet particularly well and reliably. Furthermore, these semiconductor elements are inexpensive to manufacture.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigen:in the The invention will be described below with reference to schematic drawings shown in more detail. Show it:

1 eine herkömmliche elektrische Maschine mit einem Hallelement und einem separaten Gebermagnet; 1 a conventional electric machine with a Hall element and a separate donor magnet;

2 eine herkömmliche elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld des Rotors außerhalb des Statorpakets abtastenden Hallelement; 2 a conventional electric machine with a Hall element scanning the main field of the rotor outside of the stator core;

3 eine herkömmliche elektrische Maschine mit drei das Hauptfeld des Rotors außerhalb des Statorpakets abtastenden Hallelementen; 3 a conventional electric machine with three Hall elements scanning the main field of the rotor outside the stator core;

4 eine herkömmliche elektrische Außenläufermaschine mit einem das Hauptfeld des Rotors außerhalb des Statorpakets abtastenden Hallelement; 4 a conventional electric external rotor machine with a Hall element scanning the main field of the rotor outside of the stator core;

5 eine herkömmliche elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld des Rotors in einer Nutöffnung des Stators abtastenden Hallelement; 5 a conventional electric machine having a hall element scanning the main field of the rotor in a slot opening of the stator;

6 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld des Rotors außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem Flussleitelement; 6 an electrical machine according to the invention with a Hall element scanning the main field of the rotor outside of the stator and a flux guide;

7 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem Flussleitelement zur Gegenseite des Magnets; 7 an electrical machine according to the invention with a Hall element scanning the main field outside the stator and a flux guide to the opposite side of the magnet;

8 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem vom Statorstreufeld entfernten Flussleitelement; 8th an electrical machine according to the invention with a Hall element scanning the main field outside of the stator and a flux guide remote from the stator stray field;

9 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem vom Statorstreufeld entfernten und sich bis zu den Gegenpolen erstreckenden Flussleitelement; 9 an electrical machine according to the invention with a Hall element scanning the main field outside of the stator and a flux guide remote from the stator leakage field and extending to the opposite poles;

9 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem vom Statorstreufeld entfernten sich bis zu den Gegenpolen erstreckenden Flussleitelement; 9 an electrical machine according to the invention with a Hall element scanning the main field outside the stator and a flux conducting element extending away from the stator leakage field and extending to the opposite poles;

10 den Verlauf der magnetischen Feldlinien mit und ohne des erfindungsgemäßen Flussleitelements; 10 the course of the magnetic field lines with and without the flux guide according to the invention;

11 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem das Hauptfeld außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem Flussleitelement über den Rotorrückschluss zur Gegenseite des Magnets; 11 an electrical machine according to the invention with a hall element scanning the main field outside the stator and a flux-conducting element via the rotor yoke to the opposite side of the magnet;

12 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit Abtastung des Hauptfelds in einer Nutöffnung mit einem Hallelement und einem Flussleitelement über den Rotorrückschluss zur Gegenseite des Magnets; 12 an inventive electrical machine with scanning of the main field in a slot opening with a Hall element and a flux guide via the rotor yoke to the opposite side of the magnet;

13 eine erfindungsgemäße elektrische Außenläufermaschine mit Abtastung des Hauptfelds außerhalb des Stators mit einem Hallelement und einem Flussleitelement; 13 an inventive external electrical rotor machine with scanning of the main field outside the stator with a Hall element and a flux guide;

14 eine erfindungsgemäße elektrische Außenläufermaschine mit Abtastung des Hauptfelds außerhalb des Stators mit einem Hallelement und einem Flussleitelement zur Gegenseite des Magnets; 14 an inventive external electrical rotor machine with scanning of the main field outside the stator with a Hall element and a flux guide to the opposite side of the magnet;

15 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit Abtastung des Hauptfelds außerhalb des Stators mit drei Hall- und drei Flussleitelementen zur Gegenseite des Magnets; 15 an electrical machine according to the invention with scanning of the main field outside of the stator with three Hall and three flux-conducting elements to the opposite side of the magnet;

16 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem Hall- und einem Flussleitelement und einem separaten Gebermagnet; 16 an electrical machine according to the invention with a Hall and a flux guide and a separate donor magnet;

17 einen erfindungsgemäßen Motor mit Klauenpolstator, einem das Hauptfelds außerhalb des Stators abtastenden Hallelement und einem Flussleitelement; 17 a motor according to the invention with claw-pole stator, a Hall element scanning the main field outside the stator and a flux-conducting element;

In den 1 bis 5 wird zunächst der Stand der Technik erläutert.In the 1 to 5 First, the prior art will be explained.

Dabei zeigt 1 zwei schematische Ansichten einer rotierenden elektrischen Maschine herkömmlicher Bauart, die hier beispielhaft als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Die Maschine besteht im Wesentlichen aus einem den Stator bildenden ruhenden Hauptelement 10 (Primärteil) und einem den Rotor bildenden beweglichen Hauptelement 20 (Sekundärteil). Der Rotor 20 ist dabei um seine Achse 23 drehbar gelagert innerhalb des Stators 10 angeordnet.It shows 1 two schematic views of a rotary electric machine of conventional design, which is exemplified here as a brushless DC motor. The machine essentially consists of a stationary main element forming the stator 10 (Primary part) and a rotor forming the main moving element 20 (Secondary component). The rotor 20 is about his axis 23 rotatably mounted within the stator 10 arranged.

Wie bei allen Elektromotoren der Fall, wird das gewünschte Drehmoment durch eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Rotor 20 und Stator 10 erzeugt. Hierzu weisen Rotor 20 und Stator 10 in der Regel Magneten auf, die je nach Bauart als Wicklungen oder als Permanentmagneten ausgebildet sein können.As is the case with all electric motors, the desired torque is provided by an electroma magnetic interaction between rotor 20 and stator 10 generated. For this purpose have rotor 20 and stator 10 usually magnets, which can be designed as windings or permanent magnets depending on the design.

Im vorliegenden Beispiel weist der Rotor 20 einen Hauptmagneten 21 auf, der als ein vierpoliger Ringmagnet ausgebildet ist. Insbesondere bei kleinen Synchronmaschinen wird als Hauptmagnet 21 ein Permanentmagnet eingesetzt, der mit einem magnetischen Drehfeld wechselwirkt, das durch spezielle Wicklungen auf der Innenseite des Stators 10 erzeugt wird (hier nicht gezeigt). Zur Erzeugung des Drehfelds werden die Statorwicklungen zeitlich versetzt angesteuert. Für eine gute Performance kommt es dabei auf den richtigen Kommutierungszeitpunkt für jede einzelne Statorwicklung an. Dieser hängt insbesondere von der Drehstellung bzw. der Drehgeschwindigkeit des Rotors 20 ab. Die Erkennung der Rotorlage und/oder der Rotordrehgeschwindigkeit erfolgt mithilfe einer Sensorvorrichtung 30, die ein magnetempfindliches Sensorelement 31 und einen Gebermagneten 21' aufweist. Der Gebermagnet 21' ist in 1 als ein separater 8-poliger Ringmagnet ausgebildet, der abseits des Hauptmagneten 21 auf der Rotorachse 23 angeordnet ist. Als magnetempfindliches Sensorelement 31 wird ein Hallsensor verwendet, der in der unmittelbaren Nähe des Gebermagneten 21' derart angeordnet ist, dass das magnetische Feld den Hallsensor 31 möglichst orthogonal durchsetzt. Die Sensorvorrichtung 30 liefert ein drehsynchrones Messsignal, anhand dessen sich die richtigen Kommutierungszeitpunkte bestimmen lassen. Das Messsignal ist dabei am größten, wenn ein Pol des Gebermagneten 21' sich direkt am Hallsensor 31 vorbei bewegt.In the present example, the rotor 20 a main magnet 21 on, which is designed as a four-pole ring magnet. Especially with small synchronous machines is used as the main magnet 21 a permanent magnet is used, which interacts with a rotating magnetic field caused by special windings on the inside of the stator 10 is generated (not shown here). To generate the rotating field, the stator windings are controlled offset in time. For a good performance, it depends on the correct commutation time for each stator winding. This depends in particular on the rotational position or the rotational speed of the rotor 20 from. The detection of the rotor position and / or the rotor rotational speed takes place by means of a sensor device 30 , which is a magnetically sensitive sensor element 31 and a transmitter magnet 21 ' having. The encoder magnet 21 ' is in 1 formed as a separate 8-pole ring magnet, away from the main magnet 21 on the rotor axis 23 is arranged. As a magnetically sensitive sensor element 31 a Hall sensor is used, which is in the immediate vicinity of the encoder magnet 21 ' is arranged such that the magnetic field of the Hall sensor 31 interspersed as orthogonally as possible. The sensor device 30 provides a rotationally synchronous measurement signal, which can be used to determine the correct commutation times. The measuring signal is greatest when one pole of the encoder magnet 21 ' directly at the Hall sensor 31 moved over.

2 zeigt ein weiteres Beispiel eines permanenterregten, elektronisch kommutierten Antriebs gemäß dem Stand der Technik. Im unterschied zur 1 ist hier kein separater Gebermagnet vorgesehen. Vielmehr tastet das Sensorelement 31 das magnetische Feld des als Gebermagnet 21' dienenden Hauptmagneten 21 ab. Der Hauptmagnet 21 ist dabei als ein vierpoliger Ringmagnet 21 mit einem Rotoreisen 24 ausgebildet und weist einen geringen axialen Überstand 22 gegenüber dem Stator 10 auf, wobei der Hallsensor 31 am axialen Überstand 22 außerhalb des Stators 10 angeordnet ist. 2 shows another example of a permanent-magnet, electronically commutated drive according to the prior art. In difference to 1 no separate encoder magnet is provided here. Rather, the sensor element is feeling 31 the magnetic field of the as a donor magnet 21 ' serving main magnet 21 from. The main magnet 21 is there as a four-pole ring magnet 21 with a rotary iron 24 formed and has a small axial projection 22 opposite the stator 10 on, where the Hall sensor 31 at the axial projection 22 outside the stator 10 is arranged.

3 zeigt ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen elektrischen Maschine mit drei Hallsensoren 31 zu Erfassung der Rotorlage. Die entlang des Umfangs des Hauptmagneten angeordneten Hallsensoren 31 tasten das Hauptfeld analog zur 2 am axialen Überstand 22 des Hauptmagneten 21 außerhalb des Stators 10 ab. 3 shows another example of a conventional electric machine with three Hall sensors 31 for detecting the rotor position. The Hall sensors arranged along the circumference of the main magnet 31 keys the main field in the same way as 2 at the axial projection 22 of the main magnet 21 outside the stator 10 from.

Bei dem in der 4 gezeigten herkömmlichen Außenläufermotor läuft der Rotor 20 um einen feststehenden Stator 10 umher. Der das Hauptfeld abtastende Hallsensor 31 ist dabei in einer von mehreren Nutöffnungen 11 des Stators 10 untergebracht, die zwischen Wicklungsköpfen für die Erregerwicklungen des Stators 10 ausgebildet sind.In the in the 4 shown conventional external rotor motor runs the rotor 20 around a fixed stator 10 about. The main sensor scanning Hall sensor 31 is in one of several slot openings 11 of the stator 10 housed between the winding heads for the excitation windings of the stator 10 are formed.

5 zeigt wiederum Innenläufermotor herkömmlicher Bauart, bei dem das Hallelement 31 analog zur 4 in einer der für die Erregerwicklungen des Stators 10 vorgesehenen Nutöffnung 11 untergebracht ist. 5 again shows internal rotor motor of conventional design, in which the Hall element 31 analogous to 4 in one of the exciting windings of the stator 10 provided slot opening 11 is housed.

Bei den in den 1 bis 5 gezeigten herkömmlichen Elektromotoren passiert das magnetische Feld eines Pols (oder mehrerer Pole) des Rotors 20 den Luftspalt (oder Wasserspalt o.ä.) gegebenenfalls inklusive Spalttopf (der aus Kunststoff, Edelstahl, Aluminium, o.ä.) und weiteren magnetisch nicht leitfähigen Komponenten, durchdringt den Hallsensor 31 und schließt sich über den rückwärtigen, magnetisch nicht leitenden Raum (Luft) zu den benachbarten Rotorpolen. Durch den großen zu überbrückenden Luftspalt bzw. Luftweg nimmt die magnetische Flussdichte dabei stark ab, insbesondere wenn Magnete 21' mit geringer Energiedichte, wie z.B. kunststoffgebundene Ferritmagnete, eingesetzt werden. Außerdem können negative Einflüsse dadurch entstehen, dass sich der Fluss über das Statoreisen 10 schließt, anstatt das Hallelement 31 wie vorgesehen zu durchdringen. Durch die beschriebenen Effekte wird das Sensorsystem 30 empfindlich gegenüber dem Einfluss von Statorstreufeldern und Toleranzen aller Art (Dimensionen, magnetische Eigenschaften, Materialstreuung, etc.).In the in the 1 to 5 As shown in the conventional electric motors, the magnetic field of one pole (or poles) of the rotor happens 20 The air gap (or water gap or the like), where appropriate, including containment shell (made of plastic, stainless steel, aluminum, etc.) and other magnetically non-conductive components, penetrates the Hall sensor 31 and closes over the rear, magnetically non-conductive space (air) to the adjacent rotor poles. Due to the large air gap or air path to be bridged, the magnetic flux density decreases sharply, especially when magnets 21 ' be used with low energy density, such as plastic-bonded ferrite magnets. In addition, negative influences can be caused by the fact that the flow over the stator iron 10 closes, instead of the reverb element 31 as intended to penetrate. Due to the described effects, the sensor system 30 sensitive to the influence of stator leakage fields and tolerances of all kinds (dimensions, magnetic properties, material scattering, etc.).

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept soll die Lageerkennung bewegter Hauptteile 20 von elektrischen Maschinen, insbesondere die Rotorlageerkennung von rotierenden Maschinen mittels Hallsensoren 31 verbessert werden. Insbesondere soll mit der im Folgenden näher beschriebenen Erfindung der Einfluss von negativen Effekten und Störungen auf die Rotorlageerkennung minimiert werden. Dies wird durch Anhebung der magnetischen Flussdichte an der Stelle des Sensorelements 31 erreicht. Zu diesem Zweck wird ein spezielles Flussleitelement 32 eingesetzt.With the concept according to the invention, the position detection of moving main parts 20 of electrical machines, in particular the rotor position detection of rotating machines by means of Hall sensors 31 be improved. In particular, with the invention described in more detail below, the influence of negative effects and disturbances on the rotor position detection is to be minimized. This is done by raising the magnetic flux density at the location of the sensor element 31 reached. For this purpose, a special flux guide 32 used.

Dabei ist ein Flussleitelement 32 vorgesehen, das die magnetische Flussdichte des Rotorfelds am Ort des Hallelements 31 verstärkt, indem es einen Rückschluss zur Führung des Rotorflusses zwischen gegensinnigen Polen des Gebermagneten 21' bildet. Dieses Flussleitelement 32 ist aus einem Material gebildet, welches das magnetische Feld besser leitet als Luft, z.B. Eisen (Blech), Nickel, Kobalt, deren Legierungen oder SMC (soft magnetic composite). Z.B. weist das als Material für das Flussleitelement 32 geeignete Elektroblech gegenüber Luft eine um den Faktor 150 mal höhere magnetische Leitfähig keit auf. Um mögliche Ummagnetisierungsverluste zu minimieren, werden ferner weichmagnetische Materialien bevorzugt.Here is a flux guide 32 provided that the magnetic flux density of the rotor field at the location of the Hall element 31 amplified by making a conclusion to the leadership of the rotor flux between opposing poles of the encoder magnet 21 ' forms. This flux guide 32 is made of a material that conducts the magnetic field better than air, eg iron (sheet), nickel, cobalt, their alloys or SMC (soft magnetic composite). For example, this has as material for the flux guide 32 suitable electrical sheet against air one by a factor of 150 times higher magnetic conductivity on. In order to minimize possible core loss losses, soft magnetic materials are further preferred.

Das Flussleitelement 32 wird so ausgebildet und positioniert, dass das magnetische Hauptfeld zwischen mindesten zwei gegensinnigen Rotorpolen gezielt geführt wird, mit dem Ziel die zum Hallelement 31 orthogonale Flussdichte zu verstärken und gleichzeitig einen Polaritätswechsel möglichst scharf, d.h. mit einer möglichst steilen Flanke, zu messen. Beide Effekte erhöhen die Sicherheit der Erkennung des richtigen Kommutierungszeitpunkts.The flux guide 32 is designed and positioned so that the magnetic main field is selectively guided between at least two opposing rotor poles, with the aim of the Hall element 31 To reinforce orthogonal flux density and at the same time a polarity change as sharply as possible, ie to measure with a steep as possible flank. Both effects increase the certainty of detecting the correct commutation time.

Das Flussleitelement 32 weist zwei bzw. drei Polbereiche 321, 322, 323 auf, die, wie z.B. in 6 und 9 gezeigt, eine Polteilung auseinander oder, wie in 7 für einen radial magnetisierten Ringmagneten gezeigt, zwischen einem Pol und einem auf der Magnetrückseite ausgebildeten Gegenpol, nah am Rotor 10 angeordnet sind. Zwischen den Polbereichen 321, 322, 323 verläuft ein vorzugsweise als Blech ausgebildeter Stegbereich 324, 325 relativ weit vom Rotor 10 entfernt, um einem definierten Bereich des Rotorfeldes einzufangen und gleichzeitig magnetischen Kurzschlüsse zu verhindern. Dies ist z.B. in den 6, 8 und 9 gezeigt. Gleichzeitig ist das Flussleitelement 32 so geformt, dass es möglichst nicht vom Statorstreufluss erreicht wird (z.B. 8 und 9), indem der tangentiale Stegbereich 324, 325 axial weiter entfernt vom Statorpaket 10 angeordnet wird. Hierzu weist das Flussleitelement 32 zusätzlich axiale Distanzbereiche auf. Wie in 9 gezeigt ist, kann ebenso der Fluss von mehreren Gegenpolen geführt werden. Das Hallelement 31 wird so positioniert, dass es vom Feld, das durch das Flussleitelement 32 geführt wird, möglichst senkrecht und mit hoher Flussdichte durchsetzt wird. In 10 ist der Feldverlauf beispielhaft für ein Hallelement 31 ohne und mit Flussleitelement 32 anhand von magnetischen Feldlinien dargestellt, so wie sie mittels Finite-Elemente-Berechnungen ermittelt wurden. Die Anhebung der Flussdichte ist ebenso deutlich erkennbar, wie die orthogonale Flussführung am Ort des Hallelements 31.The flux guide 32 has two or three pole areas 321 . 322 . 323 on, such as in 6 and 9 shown a pole pitch apart or, as in 7 shown for a radially magnetized ring magnet, between a pole and formed on the magnetic back side opposite pole, close to the rotor 10 are arranged. Between the pole areas 321 . 322 . 323 runs preferably formed as a sheet metal web area 324 . 325 relatively far from the rotor 10 to capture a defined area of the rotor field while preventing magnetic short circuits. This is eg in the 6 . 8th and 9 shown. At the same time, the flux guide is 32 shaped so that it is possible not reached by the stator leakage flux (eg 8th and 9 ) by the tangential land area 324 . 325 axially further away from the stator core 10 is arranged. For this purpose, the flux guide 32 additionally axial distance ranges. As in 9 is shown, the flow of several opposite poles can also be performed. The Hall element 31 is positioned so that it is from the field passing through the flux collector 32 is performed, as vertically as possible and interspersed with high flux density. In 10 the field profile is exemplary for a Hall element 31 without and with flux guide 32 represented by magnetic field lines, as determined by finite element calculations. The increase in the flux density is just as clearly recognizable as the orthogonal flow at the location of the Hall element 31 ,

Die in 7 skizzierte Anordnung erfordert, dass auch auf der Gegenseite (Innenseite) des als Gebermagnet 21' dienenden Hauptmagneten 21 ein Feld ausgebildet wird. Sie kann somit nicht bei Magneten in Halbach-Anordnung eingesetzt werden, sondern benötigt eine radiale Magnetisierung. In diesem Fall ist es auch möglich den Rotorrückschluss zur Flussführung zu nutzen, wie dies z.B. in 11 gezeigt ist. Das kann allerdings durch geometrische Gegebenheiten, wie z.B. Polbreite, eingeschränkt sein. Ein entsprechendes Konzept ist auch für Hallelemente 31 denkbar, die wie in 12 gezeigt, in einer Nutöffnung 11 des Stators 10 untergebracht sind.In the 7 sketched arrangement requires that also on the opposite side (inside) of the donor magnet 21 ' serving main magnet 21 a field is formed. It can thus not be used with magnets in Halbach arrangement, but requires a radial magnetization. In this case it is also possible to use the rotor yoke for flow guidance, as eg in 11 is shown. However, this can be limited by geometric conditions, such as pole width. A corresponding concept is also for Hall elements 31 conceivable, like in 12 shown in a slot opening 11 of the stator 10 are housed.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Konzept auch bei Außenläufern einsetzbar, die z.B. in den 13 und 14 gezeigt sind. Auch dabei ist die zusätzliche Distanz des tangentialen Stegbereichs 324, 325 des Flussleitelements 32 vom Stator 10, analog zu den 8 und 9, vorteilhaft (hier nicht explizit dargestellt). Ebenso können Flussleitelemente 32 für mehrere Hallelemente 31 vorgesehen werden, wie beispielhaft in 15 für einen Innenläufer mit drei Sensoren 31 dargestellt. Weiterhin ist das Konzept nicht auf die Abtastung des Hauptmagnets 21 beschränkt, sondern kann, wie 16 zeigt, auch bei separaten Gebermagneten 21' eingesetzt werden.Basically, the inventive concept can also be used in external rotors, for example, in the 13 and 14 are shown. Also here is the additional distance of the tangential land area 324 . 325 of the flux guide 32 from the stator 10 , analogous to the 8th and 9 , advantageous (not shown here explicitly). Likewise, flux guide elements 32 for several Hall elements 31 be provided as exemplified in 15 for an internal rotor with three sensors 31 shown. Furthermore, the concept is not based on the scanning of the main magnet 21 limited, but can, like 16 shows, even with separate encoder magnets 21 ' be used.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ergibt sich im Zusammenhang mit den in 17 gezeigten Stator 10 in einer sogenannten Klauenpolkonstruktion. Die Bauform entspricht im wesentlichen der in der 2 gezeigten Maschine. Allerdings existieren keine Wicklungsköpfe, so dass die Ausformung und Anbringung von Flussleitelementen 32 nahezu unbegrenzt möglich ist. In erster Linie kommen Flussleitelemente 32 entsprechend den 8 und 9 in Frage, was beispielsweise zu der in 17 dargestellten Anordnung führt.A particularly advantageous application of the sensor device according to the invention results in connection with the in 17 shown stator 10 in a so-called claw pole construction. The design corresponds essentially to that in the 2 shown machine. However, there are no winding heads, so that the formation and attachment of flux-conducting elements 32 almost unlimited is possible. First and foremost are flux guiding elements 32 according to the 8th and 9 in question, for example, what the in 17 shown arrangement leads.

Die Flussleitelemente 32 bestehen dabei vorzugsweise aus gestanzten Blech. Sie können dann beispielsweise in oftmals ohnehin vorhandene Kunststoffspritzgussteile eingespritzt oder durch Schnappverbindung am Stator 10 angebracht werden.The flux guiding elements 32 preferably consist of stamped sheet metal. They can then be injected, for example, into often existing plastic injection molded parts or by snap connection on the stator 10 be attached.

Anhand der dargelegten Beispiele wird deutlich, dass zahlreiche weitere Kombinationsmöglichkeiten existieren. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Konzept auch bei Axialfluss- und Transversalflussmaschinen, sowie Linearmaschinen zum Einsatz kommen. In allen Fällen wird die orthogonale Flussdichte am Ort des Hallelements 31 mit Hilfe der Flussleitelemente 32 angehoben. Über die Variation der Breite bzw. Form der nah am Rotor angeordneten Polschuhe 321, 322, 323 der Flussleitelemente 32 ist eine Optimierung mit Hinblick auf Flussdichte und Steilheit der Flanke beim Polaritätswechsel möglich. Der Vorteil liegt in einer sichereren Rotorlageerkennung, die u.a. durch Verringerung des Einflusses des Statorstreufelds und geringere Toleranzempfindlichkeit erreicht wird. Dadurch wird der Betrieb des Antriebs robuster. Unter Umständen kann auch ein geringerer axialer Magnetüberstand 22 ausreichend sein.It is clear from the examples given that numerous other possible combinations exist. Of course, the inventive concept can also be used in axial flow and transverse flux machines, as well as linear machines. In all cases, the orthogonal flux density becomes the location of the Hall element 31 with the help of the flux guide elements 32 raised. About the variation of the width or shape of the pole shoes arranged close to the rotor 321 . 322 . 323 the flux guide elements 32 is an optimization with regard to flux density and slope of the edge during the polarity change possible. The advantage lies in a safer rotor position detection, which is achieved inter alia by reducing the influence of the stator stray field and lower tolerance sensitivity. This will make the operation of the drive more robust. Under certain circumstances, also a lower axial magnet supernatant 22 be enough.

Prinzipiell ist das vorgeschlagene Konzept der Flussleitelemente 32 bei allen permanentmagneterregten Motoren mit Hallelementen 31 als Rotorlagesensoren einsetzbar. Die Vorzugslösung ist dabei die Abtastung des Hauptfelds. Besonders wirksam ist die Maßnahme bei relativ schwachen Rotorfeldern, wie sie z.B. von kunststoffgebundenen Ferritmagneten oder bei größeren Abständen zwischen Gebermagnet 21' und Sensor 31 erzeugt werden, und vergleichsweise starken Störfeldern, beispielsweise Streufelder hervorgerufen durch die Statorströme.In principle, the proposed concept of Flußleitelemente 32 in all permanent magnet excited motors with Hall elements 31 can be used as rotor position sensors. The preferred solution is the scanning of the main field. Is particularly effective the measure in relatively weak rotor fields, such as those of plastic-bonded ferrite or larger distances between the transmitter magnet 21 ' and sensor 31 are generated, and relatively strong interference fields, such as stray fields caused by the stator currents.

Wie oben bereits dargelegt, stellt der Einsatz eines Flussleitelements 32 insbesondere für eine Maschine mit schwachem Rotormagnet 21' und Klauenpolstator 10 eine besonders vorteilhafte Lösung dar. Bereits ein einfaches Flussleitelement 32 aus Blech ermöglicht hier eine sicherere Erkennung des Kommutierungszeitpunkts. Weitere Verbesserungen sind durch die in der 9 gezeigte doppelte Flussführung sowie durch Optimierung der Geometrie des Flussleitblechs 32 zu erwarten.As already explained above, the use of a flux guide element 32 especially for a machine with a weak rotor magnet 21 ' and claw cushion 10 a particularly advantageous solution. Already a simple flux guide 32 made of sheet metal allows a more secure detection of the commutation time here. Further improvements are due in the 9 shown double flux guidance and by optimization of the geometry of the flux guide plate 32 expected.

Somit kann durch Auswahl eines geeigneten Materials und eine zweckmäßige Gestaltung des Flussleitelements 32 der Feldverlauf im Flussleitelement 32 günstig beeinflusst und die für eine optimale Rotorlageerkennung notwendige Erhöhung der Flussdichte am Ort des Hallsensors 31 mit einfachen technischen Mitteln erreicht werden.Thus, by selecting a suitable material and a convenient design of the flux guide 32 the field profile in the flux guide 32 and the increase in the flux density at the location of the Hall sensor, which is necessary for optimum rotor position detection 31 be achieved with simple technical means.

Es ist im Sinne der Erfindung das anhand der vorhergehenden Beispiele eines elektronisch kommutierten Antriebs dargelegte erfinderische Konzept grundsätzlich auch auf andere, hier nicht näher dargestellte rotierende elektrische Maschinen, wie z.B. Asynchronmaschinen oder Synchronreluktanzmotoren anzuwenden. Dabei spielt es für die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Konzepts keine Rolle, ob der Hauptmagnet 21 als Permanent- oder als Elektromagnet ausgebildet ist. Es ist offensichtlich, dass die hier dargestellte Sensorvorrichtung 30 ebenfalls in Linearmaschinen zur Lageerkennung des Läufers anwendbar ist, zumal eine Linearmaschine stark vereinfacht als eine abgewickelte rotierende Maschine betrachtet werden kann. Ferner ist die Erfindung sowohl für elektrische Antriebe, als auch für elektrisch angetriebene Maschinen anwendbar.For the purposes of the invention, the inventive concept set forth with reference to the preceding examples of an electronically commutated drive is in principle also applicable to other rotating electrical machines not shown here, such as asynchronous machines or synchronous reluctance motors. It does not matter for the applicability of the inventive concept, whether the main magnet 21 is designed as a permanent or as an electromagnet. It is obvious that the sensor device shown here 30 is also applicable in linear machines for detecting the position of the rotor, especially as a linear machine can be considered much simpler than a developed rotating machine. Furthermore, the invention is applicable to both electric drives, as well as for electrically driven machines.

Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Erfindung wesentlich sein.The in the claims, The description and drawings disclosed features of the invention can essential both individually and in combination for the invention be.

1010: Statorstator
1111: Nutöffnung des StatorsSlot opening of the stator
2020: Läufer, RotorRunner, rotor
2121: Hauptmagnet des Läufersmain magnet of the runner
21'21 ': separater Gebermagnetseparate sensor magnet
2222: Überstand des HauptmagnetenGot over of the main magnet
2323: Rotorachserotor axis
2424: Rotoreisenrotor iron
3030: Sensorvorrichtungsensor device
3131: HallsensorHall sensor
3232: Flussleitelementflux collector
321, 322, 323321 322, 323: Polbereich des Flussleitelementspole region of the flux guide
324, 325324 325: Stegbereich des Flussleitelementsweb region of the flux guide

Claims

Electric machine with a dormant ( 10 ) and a movable main element ( 20 ), with a sensor device ( 30 ) for detecting the relative position of the movable main element ( 20 ) to the main resting element ( 10 ) comprising a movable main element ( 20 ) arranged encoder magnets ( 21 ' ) and a magnetically sensitive sensor element ( 31 ) stationary to the main resting element ( 10 ) near the transmitter magnet ( 21 ' ), wherein the sensor element ( 31 ) the magnetic field of the transmitter magnet ( 21 ' ) and a movement of the movable main element ( 20 ) generates a synchronous measuring signal, characterized in that the sensor device ( 30 ) a ferromagnetic flux guide element ( 32 ), which has a conclusion for guiding the magnetic flux between two opposing poles of the transmitter magnet ( 21 ' ), wherein the flux guide ( 32 ) along the transmitter magnet ( 21 ' ) and a first and a second in the vicinity of the encoder magnet ( 21 ' ) arranged pole region ( 321 . 322 ) and one the two pole regions ( 321 . 322 ) connecting web area ( 324 ) of the transmitter magnet ( 21 ' ) and the first pole region ( 321 ) on one of the transmitter magnet ( 21 ' ) facing away from the sensor element ( 31 ) is arranged such that by the flux guide ( 32 ) conducted magnetic field the sensor element ( 31 ) interspersed orthogonally with an increased flux density.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the main moving element ( 20 ) as rotor and the stationary main element ( 10 ) are formed as a stator of a rotating machine, wherein the rotor ( 20 ) a rotationally symmetrical to the rotor axis encoder magnet ( 21 ' ), which has at least a pair of opposing pole along its circumference whose magnetic field in the sensor element ( 31 ) generates a rotationally synchronous measurement signal, wherein the first and the second pole region ( 321 . 322 ) of the flux conducting element ( 32 ) substantially a pole pitch of the transmitter magnet ( 21 ' ) apart along the circumference of the transmitter magnet ( 21 ' ) are arranged.

Electrical machine according to claim 2, characterized in that the transmitter magnet ( 21 ' ) has along its circumference at least two opposing pole pairs, and that the flux guide ( 32 ) another pole region ( 323 ), which over a further web area ( 325 ) with the first pole region ( 321 ), the three pole regions ( 321 . 322 . 323 ) along the circumference of the transmitter magnet ( 21 ' ) are each arranged a pole pitch apart.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the main moving element ( 20 ) as rotor and the stationary main element ( 10 ) are formed as a stator of a rotating machine, wherein the transmitter magnet ( 21 ' ) is formed as a radially magnetized ring magnet and has along its circumference at least two opposing pole pairs in the sensor element ( 31 ) generate a rotationally synchronous measurement signal, and that the flux guide ( 32 ) transversely to the direction of movement of the rotor ( 20 ) and the two pole regions ( 321 . 322 ) on the outside and inside of the ring magnet ( 21 ' ) are arranged such that the flux guide ( 32 ) a magnetic return between the outer and the inner side of the ring magnet ( 21 ' ).

Electrical machine according to claim 4, characterized in that the ring magnet ( 21 ' ) a rotary iron ( 24 ), and that the magnetic inference takes place via the rotor iron, wherein the first pole region ( 321 ) on the outside of the ring magnet ( 21 ' ) and the second pole region ( 322 ) on the rotary iron ( 24 ) is arranged.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter magnet ( 21 ' ) as a torque generating main magnet ( 21 ) of the rotor ( 20 ) is trained.

Electrical machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmitter magnet ( 21 ' ) is formed as a separate donor magnet which is remote from the main magnet ( 21 ) on the rotor axis ( 23 ) is arranged.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the main moving element ( 20 ) as a runner and the main resting element ( 10 ) are formed as a stator of a linear drive, wherein the flux guide ( 32 ) in the direction of movement of the runner ( 20 ) or transversely to the direction of movement of the runner ( 20 ) is arranged.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetically sensitive sensor element ( 31 ) is formed as a Hall element.

Sensor device for determining the relative position of a movable main element ( 20 ) to a main resting element ( 10 ) of an electrical machine, comprising one on the main moving element ( 20 ) arranged encoder magnets ( 21 ' ) and a magnetically sensitive sensor element ( 31 ) stationary to the main resting element ( 10 ) near the transmitter magnet ( 21 ' ), wherein the sensor element ( 31 ) the magnetic field of the transmitter magnet ( 21 ' ) and a movement of the movable main element ( 20 ) produces a synchronous measuring signal, characterized by a flux guide element ( 32 ), which consists of a ferromagnetic material and a conclusion for guiding the magnetic flux between two opposing poles of the transmitter magnet ( 21 ' ), wherein the flux guide ( 32 ) a first and a second pole region ( 321 . 322 ) and one the two pole regions ( 321 . 322 . 323 ) connecting web area ( 324 ), wherein the pole regions ( 321 . 322 ) near the transmitter magnet ( 21 ' ) are each a pole pitch apart, while the web area ( 324 ) from the encoder magnet ( 21 ' ) and the first pole region ( 321 ) on one of the transmitter magnet ( 21 ' ) facing away from the sensor element ( 31 ) is arranged such that by the flux guide ( 32 ) conducted magnetic field the sensor element ( 31 ) interspersed orthogonally with an increased flux density.

Sensor device according to claim 10, characterized in that the sensor device for a rotor ( 20 ) and a stator ( 10 ) having rotating machine is formed, wherein the flux guide ( 32 ) stationary to the stator ( 10 ) in the direction of rotation of or transverse to the direction of rotation of the rotor ( 20 ) is arranged.

Sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the sensor element ( 31 ) is formed as a Hall element.