DE10355076A1

DE10355076A1 - Elektromotor mit Sensor zur Erfassung der Rotorlage

Info

Publication number: DE10355076A1
Application number: DE2003155076
Authority: DE
Inventors: Peter Würfel
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: DE10355076B4; JP2005160296A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Motorflansch, einem Gehäuse, einem Rotor, einem Stator und mindestens einem Lagesensor zur Erfassung der Rotorlage. Für eine mögliche Verringerung der Bauhöhe des Motors ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lagesensor zumindest teilweise in den Motorflansch integriert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, mit einem Flansch, einem Gehäuse, einem Stator, einem Rotor und mindestens einem Lagesensor zur Erfassung der Rotorlage.
Stand der Technik
Bei bürstenlosen, elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren wird der Motorstrom in bestimmten Rotorlagen durch elektronische Schaltelemente, z.B. Transistoren, kommutiert. Damit dieser Kommutierungsvorgang zum richtigen Zeitpunkt erfolgen kann, muss die aktuelle Rotorlage bekannt sein. Eine Erfassung der Rotorlage kann mit einem oder mehreren Lagesensoren erfolgen.
Als Lagesensor wird meist ein Hallsensor verwendet, der ortsfest innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist. Der Hallsensor erfasst entweder das wechselnde magnetische Feld der Rotorwicklungen oder ein magnetisches Feld, das von einem separaten mit dem Rotor verbundenen Steuerelement erzeugt wird.
Der Hallsensor und das Steuerelement sind in der Regel innerhalb des Motorgehäuses angeordnet. Es gibt auch Motorausführungen, bei denen Hallsensor und Steuerelement in einem eigenen Gehäuse außerhalb des eigentlichen Motorgehäuses angeordnet sind, wobei das Steuerelement mit der Motorwelle verdrehfest verbunden ist.
Im Zuge einer fortschreitenden Miniaturisierung bei Elektromotoren, insbesondere einer Verringerung der Bauhöhe, wird es immer schwieriger, Lagesensoren und zugehörige Steuerelemente innerhalb des Motorgehäuses unterzubringen. Aber auch eine externer Anordnung dieser Komponenten führt nicht zu einer Verringerung der Gesamtbauhöhe des Motors.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Elektromotor mit Lagesensor zu Erfassung der Rotorlage zu schaffen, bei dem der Lagesensor derart angeordnet ist, dass die Bauhöhe des Motors verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist es, dass der mindestens eine Lagesensor zumindest teilweise in den Motorflansch integriert ist. Somit benötigt der mindestens eine Lagesensor keinen eigenen Bauraum, da er innerhalb des Motorflansches liegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird an der Außenseite des bodenseitigen Teils des Motorflansches eine Leiterplatte angeordnet ist, wobei der mindestens eine Lagesensor unmittelbar auf der Leiterplatte montiert ist und in mindestens einer zugeordneten Öffnung des Flansches aufgenommen wird. Hierbei ist die mindestens eine Öffnung vorzugsweise im Bodenbereich des Motorflansches vorgesehen und bei lagerichtiger Positionierung der Leiterplatte mit dem mindestens einen Lagesensor deckungsgsgleich. Der mindestens eine Sensor ist also derart in der mindestens einen Öffnung aufgenommen, dass mindestens eine Seite des mindestens einen Sensors in das Innere des Motors hineinragt.
Ein Steuerelement zum Ansteuern des mindestens einen Lagesensors ist im Inneren des Motors angeordnet und am Rotor oder an einem mit dem Rotor verdrehfest verbundenen Bauteil befestigt. Das Steuerelement ist der Innenseite des Motorflansches zugewandt und dem mindestens einen Lagesensor direkt gegenüberliegend angeordnet.
Zur Vereinfachung der gegenseitigen lagerichtigen Positionierung können der Motorflansch und die Leiterplatte einander zugeordnete mechanische Positioniermittel aufweisen.
Damit im Motorflansch keine Wirbelströme entstehen können, welche die Funktion der Lagesensoren beeinträchtigen würden, besteht der Motorflansch vorteilhaft aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie etwa aus Kunststoff.
Als Lagesensoren können vorzugsweise Hallsensoren oder magneto-resistive Sensoren oder andere Magnetsensoren eingesetzt werden. Natürlich sind auch andere Arten von Lagesensoren anwendbar.
Beim Einsatz von Hallsensoren oder anderen Magnetsensoren wird als Steuerelement zur Ansteuerung der Sensoren vorzugsweise ein Permanentmagnet verwendet.
Die Leiterplatte kann erfindungsgemäß eine flexible Leiterplatte sein. Dies hat Vorteile bei der Montage und der Leiterbahnführung von und zu einer Motorelektronik.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Motorflansches und einer zugeordneten Leiterplatte mit mehreren darauf montierten Lagesensoren;
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
1 zeigt eine Schnittdarstellung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß der Erfindung. Der Gleichstrommotor, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, weist einen Stator mit einem Statorblechpaket 14 und Statorwicklungen 12 auf. Innerhalb des Stators ist ein Rotor mit einer Rotorwelle 16, einem Eisenrückschlussring 18, und einem Permanentmagneten 20, der segmentiert oder als Ring ausgebildet ist, angeordnet. Eisenrückschlussring 18 und Permanentmagnet 20 sitzen beide auf der Rotorwelle 16.
Stator und Rotor sind von einem etwa becherförmigen Gehäuse 22 umschlossen, das an einer Stirnseite durch einen ebenfalls etwa becherförmigen Motorflansch 24 verschlossen ist.
Möglich ist auch ein zeichnerisch nicht dargestellter Aufbau des Motors durch ein hohlzylindrisches Gehäuse sowie zwei beidseitig angeordnete Flansche.
Die Rotorwelle 16 ist relativ zu den feststehenden Motorteilen über Lager 26 und 28, z.B. Wälzlager, drehbar gelagert und gehalten, wobei das eine Lager 26 zum Beispiel an der Stirnseite des Gehäuses 22 und das andere Lager 28 am Motorflansch 24 angeordnet ist. Die Rotorwelle 16 ist an der Stirnseite des Gehäuses 22 aus diesem herausgeführt.
Auf der Außenseite des bodenseitigen Teils des Motorflansches 24 ist eine etwa ringförmige Leiterplatte 30 angeordnet, die den größten Teil des äußeren Flanschbodens bedeckt und fest mit dem Motorflansch 24 verbunden wird. Vorzugsweise können der Motorflansch 24 und die Leiterplatte 30 einander zugeordnete mechanische Positioniermittel 32, zum Beispiel in Form von Bohrungen und zugeordneten Dornen, zur gegenseitigen lagerichtigen Positionierung aufweisen.
Wie man insbesondere in 2 erkennt, sind erfindungsgemäß auf der dem Motorflansch 24 zugewandten Seite der Leiterplatte 40, etwa konzentrisch zur Drehachse der Rotorwelle 16, Lagesensoren 34 angeordnet und befestigt. Die Lagesensoren 34 reichen durch zugeordnete Öffnungen 36 des Flansches 24 hindurch bis in das Innere des Motors hinein. Als Lagesensoren 34 können zum Beispiel Hallsensoren verwendet werden.
Die Leiterplatte 30 ist insbesondere als flexible Leiterplatte ausgebildet, wobei die Leiterbahnen 38 zur Kontaktierung der Lagesensoren 34 über einen durch die Leiterplatte gebildeten flachen Leitungsabschnitt 40 von und zu einer Steuerungselektronik (nicht dargestellt) des Motors geführt werden. Auf derselben Leiterplatte 30 sind die elektrischen Anschlüsse der Statorwicklungen 12 vorgesehen.
Weiterhin ist es möglich (nicht zeichnerisch dargestellt), die Steuerungselektronik des Motors auf derselben Leiterplatte 30 zu integrieren.
An der dem Motorflansch 24 zugewandten Seite des Rotors ist mindestens ein Steuerelement 42 in Form eines Permanentmagneten angeordnet. Das Steuerelement 42 ist an einem Bauteil 44 befestigt, welches verdrehfest mit dem Rotor verbunden ist und als magnetischer Rückschluss für den Permanentmagnet 20 dient. Der Permanentmagnet kann eine oder mehrere Magnetpolteilungen entlang seiner stirnseitigen, dem Flansch 24 zugewandten Oberfläche aufweisen. Das Steuerelement 42 ist direkt gegenüber den Hallsensoren 34 montiert. Wenn sich der Rotor dreht, dann dreht sich der Steuermagnet 42 relativ zu den Hallsensoren 34, so dass die Hallsensoren 34 durch das Magnetfeld des Steuermagneten 42 abwechselnd angesteuert werden. Aus den einzelnen Ausgangssignalen der Hallsensoren 34 kann die Steuerelektronik des Motors die momentane Lage und Drehzahl des Rotors ermitteln und die Kommutierung der Motorwicklungen entsprechend steuern.
Die gezeigte Anordnung der Lagesensoren 34 kann auch mit anderen Arten und Bauweisen von Gleichstrommotoren eingesetzt werden. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass auch eine andere Anzahl von Lagesensoren 34 und eine andere Art der Drehlageerfassung des Rotors gewählt werden können, z.B. mittels induktiver, optischer oder kapazitiver Sensoren.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Leiterplatte mit den Lagesensoren an der oberen Stirnseite des Gehäuses angeordnet wird, wobei die Lagesensoren dann in entsprechenden Öffnungen im Gehäuse aufgenommen sind und bis in den Motor hineinreichen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Lagesensoren 34 und Aufnahme innerhalb des Motorflansches 24 lässt sich die Bauhöhe des Motors verringern, da für die Lagesensoren 34 kein eigener axialer Bauraum vorgesehen werden muss. Außerdem erleichtert eine gemeinsame Bestückung der Lagesensoren 34 auf einer Leiterplatte 30 die Montage der Sensoren, insbesondere auch weil die Leiterplatte an der Außenseite des Motorflansches 24 montiert ist.

10: Motor
12: Statorwicklungen
14: Statorblechpaket
16: Rotorwelle
18: Eisenrückschlussring
20: Permanentmagnet
22: Gehäuse
24: Motorflansch
26: Lager
28: Lager
30: Leiterplatte
32: Positioniermittel
34: Lagesensoren
36: Öffnungen
38: Leiterbahnen
40: Leitungsabschnitt
42: Steuerelement
44: Bauteil

Claims

Elektromotor (10) mit einem Motorflansch (24), einem Gehäuse (22), einem Rotor, einem Stator und mindestens einem Lagesensor (34) zur Erfassung der Rotorlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (34) zumindest teilweise in den Motorflansch (24) integriert ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des bodenseitigen Teils des Motorflansches (24) eine Leiterplatte (30) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Lagesensor (34) unmittelbar auf der Leiterplatte montiert ist und in einer zugeordneten Öffnung (36) des Motorflansches (24) aufgenommen wird.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (36) im Bodenbereich des Motorflansches (24) vorgesehen ist und bei lagerichtiger Positionierung der Leiterplatte (30) mit dem mindestens einen Lagesensor (34) deckungsgsgleich ist, wobei der mindestens eine Lagesensor (34) derart in der Öffnung (36) aufgenommen ist, dass mindestens eine Seite des Lagesensors in das Innere des Motors hineinragt.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerelement (42) zur Ansteuerung des Lagesensors (34) im Inneren des Motors angeordnet und am Rotor oder einem verdrehfest mit dem Rotor verbundenen Bauteil 44 befestigt ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (42) der Innenseite des Motorflansches (24) zugewandt angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Motorflansch (24) und die Leiterplatte (30) einander zugeordnete mechanische Positioniermittel (32) zur gegenseitigen lagerichtigen Positionierung aufweisen.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorflansch (24) aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagesensor (34) ein Hallsensor ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (42) ein Permanentmagnet ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (30) eine flexible Leiterplatte ist.