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Die
Erfindung betrifft ein Elektromotor.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Winkelerfassung
oder zumindest einen Umdrehungszähler
weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er mit elektromagnetisch
betätigbarer
Bremse vorgesehen ist, wobei ein Sensor zur Detektion von Winkellage
des Rotors oder zumindest zur Detektion der Umdrehungen vorgesehen
ist, wobei der Sensor zumindest einen Impulsdrahtsensor und/oder
Wiegand-Sensor umfasst, wobei zwischen Sensor und Bremse zumindest
eine Abschirmung vorgesehen ist, insbesondere die Abschirmung zumindest
eine axial zwischen Sensor und Bremse vorgesehene Rückwand umfasst.
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Von
Vorteil ist dabei, dass die von der Bremsspule und/oder dem Spulenkern
der Bremsspule stammenden Störfelder
verminderbar sind und somit ein sicheres Erkennen der Winkellage
der am Sensor vorbei drehenden Dauermagneten ausführbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umgibt die Abschirmung den Sensor
teilweise, insbesondere halbtaschenförmig. Von Vorteil ist dabei,
dass die Abschirmung verbessert ausführbar ist und auch seitlich eintretende
Felder besser abschirmbar sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Abschirmung mindestens
eine Schicht magnetisch leitfähigen
Materials, insbesondere Ferrit-Material oder Stahlblech oder dergleichen,
umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstiges Material verwendbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Abschirmung aus mindestens
zwei Schichten magnetisch leitfähigen
Materials, insbesondere Ferrit-Material oder Stahlblech oder dergleichen,
wobei zwischen den Schichten eine Schicht nicht-magnetischen Materials,
wie Luft oder Kunststoff, vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei,
dass die Abschirmung verbessert und effektiv wirksamer vorsehbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Abschirmung einen L-förmigen Querschnitt,
wenn die Schnittebene die Achse des Motors umfasst, und/oder die
Abschirmung zumindest einen U-förmig verlaufenden
Wulst umfasst, der in axialer Richtung hervorsteht, wobei der Sensor
im Inneren des Wulstes vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass
die Abschirmung in einfacher Weise kostengünstig herstellbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Dauermagnete an einem drehbar
gelagerten Teil, insbesondere an einem mit der Rotorwelle verbundenen
Teil, insbesondere am Lüfter,
vorgesehen, insbesondere zur Erzeugung von die Sensorsignale beeinflussendem
Magnetfeld. Von Vorteil ist dabei, dass der Umdrehungszähler oder
Winkelsensor im Motor integriert ausführbar ist. Bei vorhandenem
Lüfter
ist sogar dieser mitverwendbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Dauermagnete an einem drehbar
gelagerten Teil, insbesondere an einem mit der Rotorwelle verbundenen
Teil, insbesondere am Lüfter,
vorgesehen sind, insbesondere zur Erzeugung von die Sensorsignale beeinflussendem
Magnetfeld, wobei die Dauermagnete derart angeordnet sind, dass
zumindest in einer Winkelstellung des drehbar gelagerten Teils das
erzeugte Feld im empfindlichen Bereich des Sensors eine nicht-verschwindende
erste Komponente entlang des Sensordrahtes und eine nicht-verschwindende
zweite Komponente in Umfangsrichtung aufweist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass Magnetanordnungen vorsehbar sind, bei denen
das Feld im Wesentlichen zum Sensor geleitet wird und nur kleine
Teile des Feldes nicht im Sensorbereich vorgesehen sind. Somit kann
auch eine magnetisch wirksame Abschirmung die Feldlinien nur unwesentlich
beeinflussen. Somit verändert
sich durch die Abschirmung die Empfindlichkeit nicht wesentlich.
Allerdings ist die Abschirmung unabhängig davon gegen Magnetfelder anderen
Ursprungs sehr wohl wirksam.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft ein wesentlicher Teil der
Feldlinien durch den empfindlichen Bereich des Sensors, insbesondere
weisen diese nur eine kurze Luftstrecke auf. Von Vorteil ist dabei,
dass ein geringe Fehlerrate erreichbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Magnetisierung der Dauermagnete
auf den Sensor hin oder von diesem weg gerichtet. Von Vorteil ist
dabei, dass die Luftstrecke kurz ist und somit im empfindlichen
Bereich des Sensors ein hoher Teil des Feldes wirksam werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Magnetisierung der Dauermagnete
in oder entgegen einer Richtung vorgesehen, die eine ungefähr gleichgroße Komponente
in axialer und in Umfangsrichtung hat. Von Vorteil ist dabei, dass
das Feld durch Dauermagnete auf sehr kompaktem Raumbereich derart
realisierbar ist, dass es auf sehr kurzem Weg zum empfindlichen
Bereich des Sensors und von dort zu einem anderen Dauermagneten
führt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erzeugte Feld im empfindlichen
Bereich des Sensors im Wesentlichen homogen. Von Vorteil ist dabei, dass
das Auslösen
des Sensors bei einer möglichst exakt
bekannten Winkellage ausführbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Betrag der ersten Komponente
mindestens 10% oder vorzugsweise mindestens 40% der zweiten Komponente
beträgt,
insbesondere sind beide Komponenten vorzugsweise etwa gleich groß. Von Vorteil ist
dabei, dass eine geringe Fehlerrate erreichbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Feldlinien, welche
den empfindlichen Bereich des Sensors durchdringen, in einer Projektion
auf eine zur Rotorachse parallelen Ebene, die durch den empfindlichen
Bereich des Sensors geht, eine erste Krümmung auf. Insbesondere weisen
die Feldlinien, welche den empfindlichen Bereich des Sensors durchdringen,
in einer Projektion auf eine Ebene, deren Normale die Rotorachse
ist und die durch den empfindlichen Bereich des Sensors geht, eine
zweite Krümmung
auf. Von Vorteil ist dabei, dass der räumliche Gesamtverlauf der Feldlinien
derart durch den empfindlichen Bereich des Sensors leitbar ist,
dass die Luftstrecke sehr kurz ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung haben erste und zweite Krümmung gleiches
Vorzeichen und/oder unterscheiden sich vom Betrag her um höchstens
50%. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders kurzer Weg erzielbar
ist, wobei allerdings ein großer
Wert des in Richtung des Sensordrahtes und somit für die Detektion
wirksamen Anteils des Magnetfeldes vorsehbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Dauermagnete einen
quadratischen oder rechteckförmigen
Querschnitt auf und die Magnetisierung der Dauermagnete entlang
einer Diagonalen eines gedachten Würfels vorgesehen, der im Inneren
des Dauermagneten sich befindet und dessen äußere Randflächen äußere Randflächenbereiche des Dauermagneten
sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Richtung des Magnetfeldes
auf den Sensor richtbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dauermagnete oder zumindest
jeweils zwei Dauermagnete parallel zueinander und in einer Winkelstellung
auch parallel zum Sensordraht angeordnet. Von Vorteil ist dabei,
dass ein möglichst
homogenes Feld im empfindlichen Bereich des Sensors erreichbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine axial auf der von den
Dauermagneten abgewandten Seite des Sensors eine Abschirmung vorgesehen, insbesondere
zur Abschirmung von Magnetfeld, das aus einer axial benachbart angeordneten
elektromagnetisch betätigbaren
Bremse erzeugbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass weniger Beeinflussung
der den Sensor auslösenden
magnetischen Felder durch das Bremsenfeld stattfindet, also eine
geringe Fehlerrate erreichbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der vom Sensor abgewandten
Seite der Dauermagnete ein Teil magnetisch leitfähigen Materials vorgesehen.
Von Vorteil ist dabei, dass der Rückfluss zwischen den Dauermagneten
durchleitbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Sensor und Bremse
zumindest eine Abschirmung vorgesehen, insbesondere die Abschirmung zumindest
eine axial zwischen Sensor und Bremse vorgesehene Rückwand umfasst.
Von Vorteil ist dabei, dass somit eine wirksame Abschirmung vorsehbar
ist gegen ansonsten axial eintretende Störfelder.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor in symbolischer
Schnittansicht gezeichnet.
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Dabei
umfasst der Motor eine Motorwelle, die mit dem Rotor verbunden ist,
welcher innerhalb des Stators im Motorgehäuse 1 angeordnet ist.
Axial anschließend
ist eine elektromagnetisch betätigbare Bremse
angeordnet, deren Bremsspule 2 symbolisch angedeutet ist.
Bei Bestromung der Bremsspule 2 wird eine Ankerscheibe
gegen eine durch Federelemente erzeugte Vorspannung angezogen und
somit ein mit der Motorwelle 7 verbundener Bremsbelag axial
gegen die Ankerscheibe und/oder eine Bremsfläche gedrückt. Bei der Bestromung der
Bremse entstehen verschiedenartige elektromagnetische Störfelder.
Auch durch die Verwendung von elektronischen Leistungshalbleitern
zur Steuerung des Stromes durch die Bremsspule werden solche Felder
erzeugt.
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In
axialer Richtung schließt
sich ein Lüfter an,
der Permanentmagnete 8 aufweist, welche mit Sensoren 5 zusammenwirken.
Dabei sind die Sensoren 5 als Wiegand-Sensoren oder Impulsdrahtsensoren
ausgeführt.
Somit ist die Winkellage der Motorwelle 7 detektierbar.
Dabei ist die Auflösung
abhängig
von der Anzahl der Sensoren 5 am Umfang grob oder sogar
nur auf ein Zählen
der Umdrehungen ausgelegt. Ein feinauflösender Geber ist anschließbar und
zusätzlich
kombinierbar.
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Das
Lüftergehäuse 3 umgibt
zumindest die Sensoren und den Lüfter
mit seinen Lüfterflügeln 6. Die
Sensoren erzeugen bei der Vorbeidrehung der Permanentmagnete 8 ein
vom Abstand zu den Magneten und von der Bewegungsrichtung der Magnete beeinflussbares
Sensorsignal. Insbesondere sind die Sprünge des Zustandes der Sensoren
auch vom Betrag der magnetischen Feldstärke abhängig. Kleinste Änderungen
in der Feldstärke
können
also ein Ansteigen der Fehlerrate bewirken.
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Zur
Abschirmung der magnetischen Störungen
von der Bremse oder Bremsspule sind daher Abschirmmittel 4 vorgesehen.
Diese sind derart ausgeführt,
dass sie die von der Bremsspule und dem zugehörigen Spulenkern stammenden
Felder der Bremse abschirmen. Auch die aus dem Statur-Bereich des
Motors stammenden Felder werden wesentlich gemindert. Eines der
einem Sensor zugeordnetes Abschirmmittel 4 ist in 2 in
Draufsicht gezeigt. Dabei besteht das Abschirmmittel aus einem U-förmigem Wulst 20,
der auf einer Rückwand vorgesehen
ist. In 1 ist ein Schnitt ersichtlich.
Dabei ist das Abschirmmittel L-förmig
ausgeprägt.
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Insgesamt
ist also eine den Sensor ungefähr umgebende
Tasche aus abschirmendem Material ausgebildet. Als Material eignet
sich ein magnetisch leitendes Material, wie beispielsweise Ferritmaterial.
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Mittels
des Abschirmmittels ist somit das Störfeld der Bremse verminderbar
und die Auslösung der
Impulsdrahtsensoren oder Wiegandsensoren ungestört.
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Das
magnetisch leitfähige
Material leitet den Streufluss der Bremse an dem Sensor vorbei.
Der Materialaufwand für
die Abschirmung ist gering, da der Sensor in einer dünnen Tasche
vorgesehen ist, also im Wesentlichen der halbe Raumbereich um ihn herum
abgeschirmt ist. Der Volumenbedarf für die Abschirmung ist ebenso
gering. Somit ist der Sensor axial sehr nahe an der Bremse vorsehbar
und die Fehler sind trotzdem unterdrückt.
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Das
für den
Sensor benötigte
Einbauvolumen ist also sehr gering.
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Der Sensor ist als Umdrehungszähler ausgeführt
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In 3a ist
für ein
weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eine Draufsicht und in 3b die zugehörige Schnittansicht gezeigt.
In Abänderung
zu 1 und 2 ist nun also eine erste Schicht 30 und
eine zweite Schicht 32 vorgesehen, die jeweils aus magnetisch
leitfähigem
Material gefertigt sind. Die Zwischenschicht 31 ist aus
magnetisch nicht leitfähigem
Material vorgesehen, wie beispielsweise Luft, Kunststoff oder dergleichen.
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Die
Abschirmung ist somit noch wirkungsvoller.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
sind auch mehr als zwei Schichten mit jeweils zugehörigen Zwischenschichten
vorgesehen. Die Abschirmung ist somit zwar weiter verbesserbar, jedoch
ist die Abschirmung komplexer aufgebaut.
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In 4 ist
die Anordnung der Dauermagnete schematisch gezeigt. Dabei sind die
Dauermagnete 41 und 42 parallel orientiert, aber
mit einem gegenseitigen Versatz und umgekehrter Magnetisierungsrichtung.
Der Sensor ist stationär
vorgesehen, insbesondere drehfest mit der Bremse verbunden. Die Dauermagnete
sind am Lüfter
vorgesehen.
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5 zeigt
die vorteilhafte Anordnung der Dauermagnete 41 und 42 bei
einem weiteren Ausführungsbeispiele,
wobei eine schematische Schnittdarstellung. Dabei findet der Rückfluss
im Teil 50, also dem Lüfter,
statt.
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Die
Dauermagnete sind diagonal magnetisiert. Somit tritt der Magnetfluss
hauptsächlich
in der Diagonalen aus.
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Durch
den Versatz in radialer Richtung, der in 4 verdeutlicht
wurde verlaufen die wesentlichen Feldlinien nur kurz in der Luft über den
Sensor 5 vom Dauermagnet 41 zum Dauermagnet 42.
Somit haben die Feldlinien, welche den Sensor 5 durchdringen,
in der Projektion nach 5 eine Krümmung.
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In
der Projektion nach 4 haben die Feldlinien, welche
den Sensor 5 durchdringen, ebenfalls eine Krümmung.
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Wichtig
ist auch, dass das Feld im Bereich des Sensors im Wesentlichen homogen
ist. Es weist eine Komponente in Richtung des Wieganddrahtes oder
Impulsdraht auf, wenn die am Draht vorbei drehenden Dauermagnete
in einer derartigen Winkelstellung sich befinden, so dass sie parallel
zum Wieganddraht sich befinden. Außerdem weist das Magnetfeld
im Bereich des Sensors auch eine Komponente in Umfangsrichtung auf.
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Im
Zusammenspiel der diagonalen Magnetisierung der Dauermagnete, also
der Magnetisierung in einer Richtung, die eine ungefähr gleichgroße Komponente
in axialer und in Umfangsrichtung hat, zusammen mit dem Versatz
der beiden parallel zueinander angeordneten Dauermagnete ergibt
sich ein Feldverlauf, der auf zwar durch die Luft verläuft, jedoch
im Wesentlichen auch durch den Sensor konzentrierbar ist. Die axial
weiter entfernt, hinter dem Sensor liegende Abschirmung beeinflusst
somit den Verlauf der aus den Dauermagneten stammenden Feldlinien
wenig, insbesondere im Bereich des Sensors.
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Dabei
ist auch Ursache, dass durch die schräge Magnetisierung die Feldlinien
aus den Dauermagneten im Wesentlichen in Richtung auf die Sensoren
austreten. Somit ist der wesentliche Teil des Magnetfeldes gerichtet
auf die Sensoren und somit ein kurzer Luftweg vorhanden.
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Die
Abschirmung saugt sozusagen keinen wesentlichen Anteil an Feldlinien
weg.
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6 und die obige zugehörige Beschreibung des Feldlinienverlaufes
beziehen sich auf diejenige Winkelstellung der Dauermagnete, bei
der die Dauermagnete parallel zum Sensordraht ausgerichtet sind,
also in räumlicher
Nähe zum
Sensor.
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- 1
- Motorgehäuse
- 2
- Bremsspule
einer elektromagnetisch betätigbaren
Bremse
- 3
- Lüftergehäuse
- 4
- Abschirmmittel
- 5
- Impulsdraht-Sensor
- 6
- Lüfterflügel
- 7
- Motorwelle
- 8
- Permanentmagnet
- 20
- U-förmiger Wulst
- 30
- erste
Schicht
- 31
- Zwischenschicht
- 32
- zweite
Schicht
- 41
- Dauermagnet
- 42
- Dauermagnet
- 43
- Sensor
- 44
- Lüfterflügel