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Die Erfindung betrifft ein Elektromotor.
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Aus der
DE 103 40 325 A1 ist ein Elektromotor mit Rotor bekannt, bei dem ein Sensor zur Detektion der Winkellage vorgesehen ist.
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Aus der
US 3 780 313 A ist ein Drehgeber mit einem Wiegand-Sensor bekannt. Dabei wird eine weichmagnetische Abschirmung von störenden Magnetfeldern gelehrt.
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Aus der
DE 42 24 129 A1 ist ein induktiver Drehimpulsgeber mit Wiegand-Sensor bekannt.
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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 einem Rotor und mit Magnetfeld erzeugenden Wicklungen vorgesehen ist,
wobei ein Sensor zur Detektion von Winkellage des Rotors und/oder Drehung des Rotors vorgesehen ist und der Sensor zumindest einen Impulsdraht-Sensor oder Wiegand-Sensor umfasst,
wobei zwischen Sensor und mindestens einer Wicklung zumindest eine Abschirmung vorgesehen ist,
wobei die Abschirmung mindestens zwei Schichten magnetisch leitfähigen Materials umfasst und zwischen den Schichten eine Schicht nicht-magnetischen Materials, wie Luft oder Kunststoff, vorgesehen ist.
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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 höher 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 einem weiteren erfindungsgemäße 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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Bezugszeichenliste
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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
- 50
- Lüfter
