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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors.
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Zur Winkelerfassung eines Rotors eines Elektromotors sind Anbauwinkelsensoren oder Einbauwinkelsensoren bekannt. Dabei umfassen solche Sensoranordnungen Geberteile und Sensoren zur Erfassung einer physikalischen Größe der Geberteile
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor kompakt auszuführen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor mit Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors sind, dass der Elektromotor in einem ersten axialen Bereich Statorwicklungen aufweist und
der Rotor in dem ersten axialen Bereich Aktivteile, insbesondere Dauermagnete, Kurzschlusskäfig, in Umlaufrichtung wechselnde Reluktanz erzeugende Blechpaket-Strukturen oder dergleichen, aufweist, wobei die Aktivteile mit den Statorwicklungen in Wirkverbindung bringbar sind zur Erzeugung von Drehmoment,
wobei die Sensoranordnung mit einem Gehäuseteil des Motors direkt oder indirekt verbundene Sensoren aufweist, welche Werte einer physikalischen Größe erfassen, die von am Rotor angeordneten Geberteilen beeinflusst und/oder bewirkt ist,
insbesondere wobei der Rotor auf einer Rotorwelle angeordnet ist,
wobei die Geberteile außerhalb des ersten axialen Bereichs angeordnet sind, insbesondere an einer der axialen Stirnseiten des Rotors.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt ausgeführt ist und die Geberteile direkt neben dem ersten axialen Bereich anordenbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Geberteile Dauermagnete verwendet, welche in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind und zu ihrem jeweils nächsten Nachbarn eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass eine hochauflösende und/oder hochpräzise Winkelerfassung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dauermagnete als Ferrit-Ring, insbesondere Polring, ausgeführt, insbesondere also aus einem einstückig ausgebildeten Ferritteil, welches in Umfangsrichtung als Dauermagnete verschieden magnetisierte Abschnitte aufweist, insbesondere wobei die Anzahl der magnetischen Pole am Ferrit-Ring in Umfangsrichtung größer ist als die Anzahl der magnetischen Pole am Rotor im ersten axialen Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und schnelle Montage ausführbar ist. Außerdem ist eine sehr hoch auflösende Winkelerfassung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragen die insbesondere als Aktivteile verwendeten Dauermagnete über den ersten axialen Bereich heraus, so dass mit ihrem herausragenden Abschnitt als Geberteile verwendet sind,
insbesondere wobei die Dauermagnete in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind und zu ihrem jeweils nächsten Nachbarn eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen,
insbesondere wobei die Anzahl der magnetischen Pole am Ferrit-Ring in Umfangsrichtung gleich ist zur Anzahl der magnetischen Pole am Rotor im ersten axialen Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen Teile zur Winkelerfassung notwendig sind und eine magnetische Abschirmung vom ersten Bereich nicht notwendig ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als Geberteile ein axialer Abschnitt des Rotorblechpakets verwendet, welcher, insbesondere in einem radialen Bereich, sich radial erstreckende Schlitze aufweist, insbesondere so dass die physikalische Größe die Reluktanz des Abschnitts des Rotorblechpakets ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen Teile sondern nur das sowieso notwendige Blechpaket des Rotors verwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoren als Hall-Sensoren zur Erfassung eines Magnetfeldstärkenwertes ausgeführt oder weisen Sensorspulen, insbesondere Sensorspulenwicklungen, zur Erfassung eines Reluktanzwertes oder einer Magnetfeldstärkenwertes auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders einfache Erfassung der Magnetfeldstärke ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoren auf einem Radialabstand angeordnet, welcher von dem von den Geberteilen überdeckten Radialabstandsbereich umfasst ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine radial kompakte Anordnung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoren in dem von den Geberteilen überdeckten axialen Bereich angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine axial kompakte Anordnung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Geberteile als jeweils in oder entgegen der Radialrichtung magnetisierte Dauermagnete ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der Dauermagnete ermöglicht ist, indem eine Aufmagnetisierungsanordnung ein starkes Magnetfeld in oder entgegen der radialen Richtung erzeugt und somit jeweils Dauermagnete der entsprechenden Magnetisierungsrichtung herstellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Geberteile als jeweils in oder entgegen der Axialrichtung magnetisierte Dauermagnete ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der Dauermagnete ermöglicht ist, indem eine Aufmagnetisierungsanordnung ein starkes Magnetfeld in oder entgegen der axialen Richtung erzeugt und somit jeweils Dauermagnete der entsprechenden Magnetisierungsrichtung herstellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem ersten axialen Bereich und den Geberteilen, insbesondere axial zwischen dem ersten axialen Bereich und den Geberteilen, eine magnetische Abschirmung angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass weniger Störsignale auftreten und somit eine höhere Winkel-Auflösung und/oder geringere Fehlerrate erreichbar ist.
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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 erster erfindungsgemäßer Elektromotor in Draufsicht gezeigt, wobei zusätzliche Dauermagnete 1 am Rotor angeordnet sind.
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In der 2 ist eine zugehörige Schnittansicht gezeigt.
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In der 3 ist ein zweiter erfindungsgemäßer Elektromotor in Draufsicht gezeigt, wobei ein Polrad 34 am Rotor angeordnet ist.
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In der 4 ist eine zugehörige Schnittansicht gezeigt.
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In der 5 ist ein dritter erfindungsgemäßer Elektromotor in Draufsicht gezeigt, wobei das Rotorblechpaket 51 Schlitze aufweist.
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In der 6 ist eine zugehörige Schnittansicht gezeigt.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist beim ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Rotor drehbar gelagert an einem Statur, wobei der Statur ein aus in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, miteinander zumindest in radialer Richtung formschlüssig verbundenen Einzelsegmenten zusammengesetztes Statorblechpaket aufweist, wobei jedes Einzelsegment einen nach radial innen gerichtet verbreiterten Zahnkopf aufweist. Um den Zahnkopf herum ist jeweils eine Wicklung angeordnet.
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Der Rotor ist an einer ersten und an einer zweiten axialen Position mittels eines Lagers am Statur gelagert.
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Dabei befinden sich die axialen Positionen der beiden Lager außerhalb des vom Statorblechpaket überdeckten axialen Bereichs.
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Außerdem weist der Rotor einen axialen Bereich auf, in welchem Aktivteile, insbesondere Dauermagnete 2 angeordnet sind. In Umfangsrichtung sind hierbei die Dauermagnete 2 hintereinander angeordnet und weisen eine zu ihrem jeweilig in Umfangsrichtung nächst benachbarten Dauermagnet 2 eine jeweils entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung auf, insbesondere nach radial innen beziehungsweise außen.
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Die Dauermagnete 2 sind in Brotlaibform ausgeführt, wodurch ein verringertes Polrasten erreichbar ist.
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Dabei befinden sich die axialen Positionen der beiden Lager außerhalb des von den Dauermagneten des Rotors überdeckten axialen Bereichs.
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Außerhalb des von den zur Erzeugung von Drehmoment verwendeten Dauermagneten überdeckten axialen Bereichs sind zusätzliche Dauermagnete 1 angeordnet.
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Vorzugsweise sind hierbei die zur Erzeugung von Drehmoment verwendeten Dauermagneten axial derart verlängert ausgeführt, dass sie über den vom Statorblechpaket überdeckten axialen Bereich axial hinausragen. Alternativ sind aber auch separate Dauermagnete 1 hinzufügbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind wie auch die Dauermagnete 2 zur Erzeugung des Drehmoments, welche im axialen Bereich angeordnet sind, welcher vom Statorblechpaket und/oder den Statorwicklungen überdeckt ist, die zusätzlichen Dauermagnete 1 in Umfangsrichtung zu ihrem jeweils nächsten Nachbarn entgegengesetzt magnetisiert. Außerdem sind die Dauermagnete 2 wie auch die zusätzlichen Dauermagnete 1 in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandet.
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Den zusätzlichen Dauermagneten 2 axial gegenüber stehend sind Sensoren 3, insbesondere Hall-Sensoren und/oder Sensorspulen, angeordnet. Diese sind mit dem Stator des Elektromotors verbunden. Mittels der Sensoren 3 ist die Drehstellung und/oder Drehbewegung der zusätzlichen Dauermagnete 2 detektierbar und somit eine integrierte kompakte Drehwinkelerfassung und/oder Drehgeschwindigkeitserfassung ermöglicht.
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Bei Verwendung von Hallsensoren ist die Drehstellung direkt erfassbar, bei Verwendung von Sensorspulen wird nur bei Drehbewegung eine jeweilige Spannung in einer jeweiligen Sensorspule induziert. Bei Verwendung der Spulen ist aber eine elektronische Auswerteschaltung aus dem Sensorsignal versorgbar.
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In Umfangsrichtung sind mehrere Hallsensoren beziehungsweise Sensorspulen voneinander beabstandet angeordnet, insbesondere regelmäßig voneinander beabstandet.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist auch statt der in 1 und 2 gezeigten, zusätzlichen, über den von dem Statorblechpaket überdeckten axialen Bereich axial herausragenden oder außerhalb angeordneten Dauermagnete 1 ein Polrad 34 verwendbar. Dieses ist einstückig ausführbar und weist im Vergleich zu den Dauermagneten 2 des Rotors in Umfangsrichtung eine größere Anzahl magnetischer Pole auf. Somit ist eine einfache Fertigung ermöglicht, indem das Polrad 34 axial auf den Rotor aufgesteckt und stoffschlüssig, insbesondere klebeverbunden, wird.
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Das Polrad weist die magnetischen Pole vorzugsweise an seiner axialen Stirnseite auf, so dass die entsprechenden Sensoren 3 axial gegenüberstehend angeordnet sind. Die Pole sind auf einem nicht verschwindenden Radialabstand angeordnet, wobei bei größerem Radialabstand eine höhere Anzahl von Polen einbringbar ist. Die Pole werden durch entsprechende Magnetsierung des Grundmaterials des Polrads 34 erzeugt. Die Pole sind in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet und nächstbenachbarte Pole sind jeweils durch Bereiche mit zueinander entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung realisiert. Da die Sensoren axial gegenüberstehend zu dem Polrad 34 angeordnet sind, ist eine radial kompakte Anordnung herstellbar. Die Sensoren 33 sind wiederum Hallsensoren oder Sensorspulen, so dass bei Verwendung von Hallsensoren die Drehstellung direkt erfassbar und bei Verwendung von Sensorspulen nur die Drehbewegung mittels einer jeweiligen in einer jeweiligen Sensorspule induzierten Spannung erfassbar ist. Bei Verwendung der Spulen ist aber eine elektronische Auswerteschaltung aus dem Sensorsignal versorgbar.
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Alternativ ist das Polrad an seinem radialen Außenrand mit Polen versehen, die in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind. Die Pole sind ebenfalls in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet und nächstbenachbarte Pole sind jeweils durch Bereiche mit zueinander entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung realisiert. Entsprechend müssen die Sensoren 3 radial gegenüberstehend, also auf einem größeren Radialabstand als der Außenrand des Polrads 34 angeordnet werden. Somit ist eine axial kompakte Ausführung erreichbar.
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Wie in 4 und 5 gezeigt ist im Unterschied zu den vorigen Figuren das Rotorblechpaket 51 an seiner den Sensoren axial gegenüber stehender Stirnseite mit sich radial erstreckenden Schlitzen 52 ausgebildet, so dass sich in Umfangsrichtung magnetisierbare Pole mit Luft, also nicht magnetisierbaren Bereichen, abwechseln. Auf diese Weise ist also in Umfangsrichtung eine veränderliche, insbesondere periodisch verlaufende Reluktanz vorhanden. Mit den Sensoren 61, insbesondere umfassend Sensorspulen, ist ein bei drehendem Rotor dem Reluktanzverlauf entsprechender Signalverlauf erzeugbar. Dabei sind die Sensoren 61 der die Schlitze 52 enthaltenden, axialen Stirnfläche des Rotorblechpakets 51 axiale gegenüberstehend angeordnet.
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Somit ist durch Bestimmen des Reluktanzverlaufs, insbesondere bei drehendem Rotor, die Drehposition oder die Drehgeschwindigkeit des Rotors erfassbar.
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Vorzugswiese sind die Geberteile und/oder Sensoren bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen radial unterhalb der Wickelköpfe der Statorwicklungen angeordnet und in einem axialen Bereich, welcher von diesen überdeckt ist. Somit ist für die Sensoranordnung kein zusätzlicher Bauraum notwendig und wegen der direkten radialen oder axialen benachbarten Anordnung der Sensoren zu den Geberteilen ein störfreies Detektieren der Geberteile ermöglicht, obwohl die Wickelköpfe, also Umlenkbereiche der Statorwicklungen, radial die Geberteile umgeben. In Weiterbildung ist zusätzlich ein magnetisch abschirmendes Teil zwischen die Geberteile und das Rotorblechpaket und/oder Wickelköpfe anordenbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zusätzliche Dauermagnete
- 2
- Dauermagnete
- 3
- Sensoren, insbesondere Hall-Sensoren und/oder Sensorspulen
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Statorblechpaket aus Einzelzahnsegmenten
- 6
- Rotorblechpaket
- 33
- Sensoren, insbesondere Hall-Sensoren und/oder Sensorspulen
- 34
- Polrad
- 51
- Rotorblechpaket
- 52
- Schlitze
- 61
- Sensoren, insbesondere Sensorspulen
