DE102008002180B4 - Rotor and device for rotor position detection with a rotor - Google Patents
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Abstract
Rotor (10) eines elektrischen Motors (100), der mit einer Welle (12) rotiert, umfassend einen Rotormagneten (18) und ein rotorseitiges weichmagnetisches Koppelelement (20), welches ein magnetisches Streufeld (42) des Rotors (10) zu einem oder mehreren magnetfeldsensitiven Sensoren (40) führt, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20) als Hülse ausgebildet ist, die auf der Welle (12) im Bereich des Streufelds (42) des Rotormagneten (18) angeordnet ist.A rotor (10) of an electric motor (100) which rotates with a shaft (12), comprising a rotor magnet (18) and a rotor-side soft-magnetic coupling element (20), which forms a stray magnetic field (42) of the rotor (10) to one or more a plurality of magnetic field-sensitive sensors (40) leads, characterized in that the coupling element (20) is designed as a sleeve which is arranged on the shaft (12) in the region of the stray field (42) of the rotor magnet (18).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Rotor und einer Vorrichtung zur Rotorlageerkennung mit einem Rotor nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 (
Zur Kommutierung von elektrisch kommutierenden Motoren (EC Motoren) ist es notwendig, die genaue Lage des Rotors in jedem Zeitpunkt zu kennen. Die Rotorlageerkennung kann bekanntermaßen durch sensorlose oder sensorbehaftete Methoden erfolgen.For commutation of electrically commutating motors (EC motors), it is necessary to know the exact position of the rotor at each point in time. The rotor position detection can be known to be done by sensorless or sensorbehaftete methods.
Zur sensorbehafteten Rotorlageerfassung werden am Rotor angeordnete Gebermagnete an der Magnetisierung des Rotormagneten ausgerichtet. Das Magnetfeld der Gebermagnete wird durch Sensoren erfasst und die gelieferten Signale zur Rotorlageerkennung herangezogen. Auf diese Weise ist eine Rotorlageerkennung selbst bei Stillstand des Motors möglich, was jedoch eine hochgenaue Ausrichtung des Gebermagneten an der Magnetisierung des Rotormagneten sowie eine stabile Befestigung des Gebermagneten bedingt.For sensor-bearing rotor position detection arranged on the rotor encoder magnets are aligned with the magnetization of the rotor magnet. The magnetic field of the encoder magnets is detected by sensors and the supplied signals are used for rotor position detection. In this way, a rotor position detection is possible even at a standstill of the motor, but this requires a highly accurate alignment of the encoder magnet to the magnetization of the rotor magnet and a stable attachment of the encoder magnet.
Zur sensorlosen Rotorlageerkennung wird häufig eine Rückwirkung der elektromotorischen Kraft eingesetzt („back EMF“). Zwar liefert diese bei geringen Drehzahlen kein für eine Auswertung ausreichendes Signal mehr, benötigt jedoch keine zusätzlichen Bauteile zur Rotorlageerfassung.For sensorless rotor position detection, retroactivity of the electromotive force is often used ("back EMF"). Although this does not provide enough signal for an evaluation at low speeds, but requires no additional components for rotor position detection.
Besonders Handwerkzeugmaschinen, etwa Elektroschrauber, sind häufig anwendungsbedingt jedoch gerade bei niedrigen Drehzahlen im Einsatz, so dass eine sensorlose Rotorlageerkennung für derartige Werkzeugmaschinen wenig geeignet ist.However, particularly hand-held power tools, such as electric screwdrivers, are frequently in use, especially at low rotational speeds, due to the application, so that a sensorless rotor position detection is not very suitable for such machine tools.
Aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Montage des aus dem Stand der Technik bekannten Rotors zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the mounting of the known from the prior art rotor.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einem Rotor eines elektrischen Motors, der mit einer Welle rotiert, umfassend einen Rotormagneten und ein rotorseitiges weichmagnetisches Koppelelement, welches ein magnetisches Streufeld des Rotors zu einem oder mehreren magnetfeldsensitiven Sensoren führt.The invention relates to a rotor of an electric motor which rotates with a shaft, comprising a rotor magnet and a rotor-side soft magnetic coupling element, which leads a stray magnetic field of the rotor to one or more magnetic field-sensitive sensors.
Es wird vorgeschlagen, dass das Koppelelement als Hülse ausgebildet ist, die auf der Welle im Bereich des Streufelds des Rotormagneten angeordnet ist. Mit besonderem Vorteil ergibt sich dadurch eine einfache, platzsparende und unaufwändig durchzuführende Montage.It is proposed that the coupling element is designed as a sleeve which is arranged on the shaft in the region of the stray field of the rotor magnet. With particular advantage, this results in a simple, space-saving and inexpensive to carry out assembly.
Das Koppelelement kann nach dem Aufmagnetisieren des Rotormagneten zumindest einen Teil des Streuflusses so führen, dass er von dem in der Nähe angebrachten magnetfeldsensitiven Sensor erfasst werden kann. Da der detektierte magnetische Fluss direkt vom Rotormagneten herrührt, kann die exakte Lage des Rotors stets erfasst werden. Der magnetfeldsensitive Sensor kann insbesondere ein Hallsensor sein. Vorteilhaft kann ein Gebermagnet entfallen und somit auch eine exakte Ausrichtung eines solchen zur Magnetisierung des Rotormagneten. Das weichmagnetische Koppelelement ist preiswerter als ein Gebermagnet und benötigt weniger Aufwand bei der Montage. Ferner wird der Magnetisierungsvorgang des Rotormagneten nicht durch das Koppelelement beeinflusst. Bei einem Gebermagneten würde zudem die Gefahr bestehen, dass dieser während des Magnetisierungsvorgangs des Rotormagneten entmagnetisiert wird. Ferner kann das weichmagnetische Koppelelement mit großem Abstand zur Statorwicklung und insbesondere zum (stirnseitigen) Wickelkopf montiert werden, so dass das Streufeld der Wicklung den Sensor nicht beeinflusst. Als Material für das Koppelelement ist prinzipiell jedes weichmagnetische Material geeignet, das bei Betriebsbedingungen, z.B. 35 000 Umdrehungen pro Minute, eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist.After the magnetic magnet has been magnetized, the coupling element can guide at least part of the leakage flux in such a way that it can be detected by the magnetic-field-sensitive sensor mounted in the vicinity. Since the detected magnetic flux originates directly from the rotor magnet, the exact position of the rotor can always be detected. The magnetic field-sensitive sensor may in particular be a Hall sensor. Advantageously, a donor magnet omitted and thus also an exact alignment of such a magnetization of the rotor magnet. The soft magnetic coupling element is cheaper than a sensor magnet and requires less effort during assembly. Furthermore, the magnetization process of the rotor magnet is not influenced by the coupling element. In the case of a transmitter magnet, there would also be the risk that it would be demagnetized during the magnetization process of the rotor magnet. Furthermore, the soft-magnetic coupling element can be mounted at a large distance from the stator winding and in particular from the (end-side) end winding, so that the stray field of the winding does not influence the sensor. As the material for the coupling element, in principle any soft magnetic material is suitable which can be used under operating conditions, e.g. 35 000 revolutions per minute, has sufficient mechanical stability.
Das Koppelelement kann am Rotormagneten in axialer Richtung fixiert sein. Vorzugsweise kann zwischen Welle und Koppelelement eine Pressmasse angeordnet sein. Die Pressmasse fixiert das Koppelelement sicher auf der Welle, auch bei hohen Drehzahlen und Temperaturwechseln im Betrieb. Für die Pressmasse kann ein nichtferromagnetisches Material eingesetzt werden. Die Pressmasse bildet einen magnetischen Isolator zwischen dem Koppelelement und der Welle.The coupling element can be fixed to the rotor magnet in the axial direction. Preferably, a molding compound can be arranged between shaft and coupling element. The molding compound fixes the coupling element securely on the shaft, even at high speeds and temperature changes during operation. For the molding compound, a non-ferromagnetic material can be used. The molding compound forms a magnetic insulator between the coupling element and the shaft.
Vorteilhaft kann das als Hülse ausgebildete Koppelelement an seinem vom Rotormagneten abgewandten Ende einen Bund aufweisen. Damit kann der Streufluss des Rotormagneten zu dem magnetfeldsensitiven Sensor hin fokussiert werden mit dem Vorteil höherer Empfindlichkeit bei geringen Drehzahlen.Advantageously, the coupling element designed as a sleeve may have a collar at its end remote from the rotor magnet. Thus, the leakage flux of the rotor magnet can be focused to the magnetic field-sensitive sensor out with the advantage of higher sensitivity at low speeds.
Alternativ oder zusätzlich kann das als Hülse ausgebildete Koppelelement an seinem dem Rotormagneten zugewandten Ende einen Bund aufweisen. Bevorzugt kann der Bund an den Rotormagneten anstoßen. Auf diese Weise kann der Streufluss des Rotormagneten besser erfasst und die Messgenauigkeit erhöht werden.Alternatively or additionally, the coupling element formed as a sleeve at its the Rotor magnet facing end have a collar. Preferably, the collar can abut the rotor magnet. In this way, the leakage flux of the rotor magnet can be better detected and the measurement accuracy can be increased.
Das Koppelelement kann auch als Zylinder ohne Bund ausgebildet sein.The coupling element can also be designed as a cylinder without a collar.
Es wird ferner eine Vorrichtung zur Rotorlageerkennung eines elektrischen Motors mit einem Rotor vorgeschlaten, der mit einer Welle rotiert. Die Vorrichtung umfasst einen Rotormagneten und wenigstens einen magnetfeldsensitiven Sensor, wobei ein Koppelelement vorgesehen ist, welches ein magnetisches Streufeld des Rotors zu dem magnetfeldsensitiven Sensor führt. Erfindungsgemäß ist das Koppelelement als Hülse ausgebildet, die auf der Welle im Bereich des Streufelds des Rotormagneten angeordnet ist.It is also proposed a device for rotor position detection of an electric motor with a rotor rotating with a shaft. The device comprises a rotor magnet and at least one magnetic field-sensitive sensor, wherein a coupling element is provided, which leads a stray magnetic field of the rotor to the magnetic field-sensitive sensor. According to the invention, the coupling element is designed as a sleeve, which is arranged on the shaft in the region of the stray field of the rotor magnet.
Das Koppelelement kann sich vorzugsweise axial wenigstens bis zum magnetfeldsensitiven Sensor erstrecken. Damit kann eine sichere Erkennung der Rotorlage gewährleistet werden. Aufgrund der einfachen Geometrie des Koppelelements, als zylinderförmige Hülse ohne Bund oder als Hülse mit einem Bund an einem oder beiden Enden der Hülse, lässt sich das Koppelelement leicht an unterschiedliche Größenverhältnisse des Motors anpassen.The coupling element may preferably extend axially at least to the magnetic field-sensitive sensor. Thus, a reliable detection of the rotor position can be ensured. Due to the simple geometry of the coupling element, as a cylindrical sleeve without a collar or as a sleeve with a collar at one or both ends of the sleeve, the coupling element can be easily adapted to different proportions of the engine.
Ferner wird eine Elektrowerkzeugmaschine, insbesondere ein Elektroschrauber, mit einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen.Furthermore, a power tool, in particular an electric screwdriver, proposed with such a device.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
-
1a ,1b einen Längsschnitt durch einen bevorzugten Rotor (1a ) und einen Querschnitt durch einen Rotormagneten mit angezeichneter Magnetisierungsrichtung; -
2a ,2b eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines bevorzugten Rotors mit einem zylinderförmigen Koppelelement in perspektivischer Darstellung (2a ) und als Längsschnitt (2b ); -
3a ,3b eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines bevorzugten Rotors mit einem zylinderförmigen Koppelelement mit einem Bund an dessen freiem Ende in perspektivischer Darstellung (3a ) und als Längsschnitt (3b ); -
4a ,4b eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines bevorzugten Rotors mit einem zylinderförmigen Koppelelement mit einem Bund an dessen an den Rotormagneten angrenzendem Ende in perspektivischer Darstellung (4a ) und als Längsschnitt (4b ); und -
5 eine bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine.
-
1a .1b a longitudinal section through a preferred rotor (1a ) and a cross section through a rotor magnet with marked magnetization direction; -
2a .2 B A first preferred embodiment of a preferred rotor with a cylindrical coupling element in perspective view (2a ) and as a longitudinal section (2 B ); -
3a .3b A first preferred embodiment of a preferred rotor with a cylindrical coupling element with a collar at its free end in a perspective view (3a ) and as a longitudinal section (3b ); -
4a .4b a first preferred embodiment of a preferred rotor with a cylindrical coupling element with a collar at its end adjacent to the rotor magnet end in perspective view (4a ) and as a longitudinal section (4b ); and -
5 a preferred power tool.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen beziffert.In the figures, the same or equivalent elements are numbered by the same reference numerals.
Im gezeigten Beispiel ist der Rotormagnet
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist rotorseitig in Längsrichtung
Das Koppelelement
Das Koppelelement
Die
Wie in
Selbstverständlich ist auch eine Kombination der Ausführungen in den Fig. 2a, 2b und 3a, 3b möglich, bei der an beiden enden 22, 24 des als zylinderförmige Hülse ausgebildeten Koppelelements
Claims (10)
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