DE19523902C1

DE19523902C1 - Elektromotor mit einer Vorrichtung zur Rotorlage, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung

Info

Publication number: DE19523902C1
Application number: DE19523902A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Eckstein; Hans Bertsch; Michael Bohnert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2015-07-01
Also published as: WO1997002646A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit wenigstens zwei Magnetpole bildenden Permanentmagneten und mit einer Vorrichtung zur Rotorlage-, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung des Rotors nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Für viele Anwendungen von Elektromotoren ist es erforderlich, die Rotorlage, die Drehzahl und/oder die Drehrichtung zu erfassen, beispielsweise bei elektromotorisch angetriebenen Fensterhebern oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, um einen wirksamen Einklemmschutz realisieren und eine vorbestimmte Position anfahren zu können.

Aus der DE-A-43 27 217 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem ein Hall-Sensor bzw. Hall- Element an einem Polschuh zwischen zwei Pole bildenden Permanentmagneten angeordnet ist. Bei einer Drehung des Motors werden dabei erzeugte Flußschwankungen durch die Ankernutung in diesem Hall-Sensor erfaßt, damit man aus diesen Hall-Signalen die gewünschten Informationen gewinnen kann. Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE-A-41 28 419 bekannt, wobei der Hall- Sensor an der zum offenen Ende des Polrohrs weisenden Stirnseite des Permanentmagneten des Motorständers angeordnet ist, ähnlich wie nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mehr oder minder großen Einfluß des Ankerquerfeldes bei hohen Motorströmen zumindest deutlich zu reduzieren, da dieser das Meßergebnis verfälscht.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die angegebene Anordnung des magnetfeld-sensitiven Elements der Einfluß des Ankerquerfelds praktisch nicht vorhanden ist, so daß fehlerfreie Meßergebnisse erzielt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Elektromotors möglich.

Das magnetfeld-empfindliche Element ist zweckmäßigerweise beabstandet von den den Permanentmagneten in axialer Richtung begrenzenden Seitenflächen oder -kanten angeord net, damit möglichst große Flußänderungen zu erreichen und undefinierte Zustände an den Randbereichen zu vermeiden sind.

Das magnetfeld-sensitive Element ist dabei in vorteil hafter Weise in einer Vertiefung des Permanentmagneten angeordnet, da hierdurch der Luftspalt zwischen dem Anker paket des Rotors und dem Permanentmagneten nicht ver größert werden muß und nahezu keine Beeinträchtigung der magnetischen Feldstärke eintritt.

Konstruktiv und montagemäßig günstig hat sich eine Anord nung erwiesen, bei der das magnetfeld-sensitive Element an einem axial in die Vertiefung des Permanentmagneten ein greifenden Haltefinger angeordnet ist. Hierdurch kann der mit dem magnetfeld-empfindlichen Element versehene Halte finger als vormontierte Einheit bei der Montage in den Permanentmagneten eingeschoben werden, ohne daß eine gesonderte Befestigung für das Element am Permanent magneten erforderlich wäre.

Der Haltefinger wird zweckmäßigerweise an einem ohnehin erforderlichen Bürstenträger fixiert und kann zusammen mit diesem eingesetzt und im Motorgehäuse fixiert werden. Zusätzliche Vorteile bringt eine am oder im Haltefinger bzw. zwischen dem Haltefinger und dem Bürstenträger ange ordnete, mit dem magnetfeld-sensitiven Element elektrisch verbundene Leiterplatte, die eine Auswerte- und/oder Signal-Aufbereitungsschaltung für das magnetfeld-sensitive Element trägt. Dadurch kann noch zusätzlich die Auswerte schaltung in der vormontierten Baueinheit integriert werden und braucht nicht nachträglich mit dem magnetfeld sensitiven Element verbunden zu werden.

Das magnetfeld-sensitive Element ist in vorteilhafter Weise als Hall-Sensor ausgebildet, jedoch können prinzi piell auch andere magnetfeld-sensitive Elemente verwendet werden, beispielsweise Feldplatten oder Magnetspulen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen Elektromotor senkrecht zur Längsachse in der Längsposition eines an einem der Permanentmagnete angeordneten Hall-Sensors als Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 eine hälftige Längsschnittdarstellung des in Fig. 1 dargestellten Elektromotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel darge stellte Elektromotor ist als permanentmagneterregter Gleichstrommotor ausgebildet. In einem Polrohr 10 mit kreisförmigem Querschnitt (die Querschnittsform könnte auch abgeflacht sein) sind innen einander gegenüber stehend zwei Permanentmagnete 11, 12 als Magnetpole ange ordnet. Zwischen den Permanentmagneten 11, 12 ist ein Rotor 13 drehbar gelagert, in dem eine zentrale Welle 14 des Rotors 13 an ihren beiden Endbereichen in Drehlagern 15, 16 gelagert ist, die in das Polrohr 10 zu beiden Seiten verschließenden Lagerdeckeln 17, 18 angeordnet sind. Weiterhin ist auf der Welle 14 in üblicher Weise ein Kollektor 19 vorgesehen, an dem Bürsten 20 federnd an liegen, die von Bürstenträgern 21 gehalten werden. Zur Fixierung der Permanentmagnete 11, 12 am Polrohr 10 dienen am Polrohr 10 fixierte Magnethalter 22.

Der eine Permanentmagnet 11 besitzt in der Umlaufrichtung gesehen mittig eine axiale nutartige Vertiefung 23, die sich gemäß Fig. 2 von einem axialen Endbereich aus in den Permanentmagneten 11 hineinerstreckt, zum Rotor 13 hin offen ist und eine Länge besitzt, die größer als die eines Hall-Sensors 25 ist. In diese nutartige Vertiefung 23 erstreckt sich ein Haltefinger 24 hinein, der an seinem magnet seitigen Endbereich den Hall-Sensor 25 trägt und außer halb des Permanentmagneten 11 am Bürstenträger 21 so fixiert ist, daß eine Leiterplatte 26 zwischen dem Bürstenträger 21 und dem Haltefinger 24 angeordnet ist. Diese Leiterplatte 26 ist mit dem Hall-Sensor 25 elek trisch verbunden und trägt in nicht dargestellter Weise eine Signal-Auswerte bzw. -Aufbereitungsschaltung für die Signale des Hall-Sensors 25. Der Hall-Sensor 25 ist dabei so am Haltefinger 24 angeordnet, daß er einen möglichst geringen Abstand zum Rotor 13 hin bildet.

Die günstigste Position des Hall-Sensors 25 in axialer Richtung wäre eine ungefähr mittige Position am Permanent magneten. Aus konstruktiven Gründen ist jedoch gemäß dem Ausführungsbeispiel eine mehr am Rand gelegene Position geeignet. Der Hall-Sensor 25 könnte sogar noch axial geringfügig über den Permanentmagneten 11 hinausstehen, sofern er sich noch im Bereich eines ausreichenden Magnet felds befindet.

Das Prinzip der Drehzahlerfassung bzw. Rotorlageerfassung durch einen solchen Hall-Sensor 25 besteht darin, daß der magnetische Fluß bzw. die Flußänderung durch den Hall- Sensor erfaßt wird. Diese Flußänderungen entstehen, wenn Anker- bzw. Rotorzähne 27 einerseits und Lücken zwischen diesen andererseits den Hall-Sensor 25 passieren. Bei der Drehung des Rotors 13 entstehen somit Flußschwankungen, die auf die Rotornutung zurückzuführen sind. Diese bei fester Ankerdrehzahl periodischen Flußschwankungen werden vom Hall-Sensor 25 erfaßt, allerdings prinzipiell auch das sogenannte Ankerquerfeld, das durch proportional mit der Belastung ansteigende Ströme hervorgerufen wird. Ent sprechend dem gesamten Ankerfluß schwanken auch die Ampli tuden der Streufelder entsprechend. Durch die Anordnung des Hall-Sensors 25 in der Mitte des Permanentmagneten 11 wird der Einfluß des Ankerquerfelds auf das Nutzsignal minimiert. Die Frequenz der erhaltenen Meßsignale ent spricht dem Produkt "Drehzahlfrequenz × Rotornutzahl" und ist somit ein Maß für die Drehzahl des Elektromotors. Durch Zählung der Signale wird ein drehwinkelproportionaler Wert erhalten.

Das Signal des Hall-Sensors 25 wird einer nicht darge stellten elektronischen Auswerteschaltung zugeführt. Dort werden die Signale des Hall-Sensors 25 zur Erfassung eines rotorlageproportionalen Signals gezählt und/oder in ein drehzahlproportionales Signal umgewandelt. Dies ist im eingangs angegebenen Stand der Technik näher erläutert.

Eine Drehrichtungsdetektion kann beispielsweise mittels zweier Hall-Sensoren erfolgen, die in Umfangsrichtung geringfügig versetzt zueinander angeordnet sind. Auch hierzu wird auf den eingangs angegebenen Stand der Technik verwiesen.

Durch die Anordnung des Hall-Sensors 25 in der Vertiefung 23 wird erreicht, daß der Luftspalt zwischen dem Rotor 13 einerseits und den Permanentmagneten 11, 12 bei der Anord nung des Hall-Sensors 25 nicht vergrößert werden muß. Bei sehr flachen Hall-Sensoren oder in Fällen, in denen es auf einen sehr kleinen Luftspalt nicht besonders ankommt, kann der Hall-Sensor auch an der Innenseite eines der Perma nentmagnete 11, 12 ohne Vertiefung angebracht werden.

Anstelle von Hall-Sensoren können prinzipiell auch andere magnetfeld-sensitive Elemente verwendet werden, beispiels weise Feldplatten oder Magnetspulen.

Claims

1. Elektromotor mit wenigstens zwei Magnetpole bildenden Permanentmagneten, mit einer Vorrichtung zur Rotorlage-, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung des Rotors, die wenigstens ein am Ständer des Motors an der Seite eines der Permanentmagneten ange brachtes magnetfeld-sensitives Element zur Erfassung von rotorlageabhängigen Schwankungen des magnetischen Flusses aufweist, und mit elektronischen Mitteln zur Auswertung der Signale dieses magnetfeld-sensitiven Elements, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeld-sensitive Element (25) in der Umlaufrichtung im wesentlichen mittig an der dem Rotor (13) zugewandten Seite des Permanentmagneten (11) angeordnet ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das magnetfeld-sensitive Element (25) in einer Vertiefung (23) des Permanentmagneten (11) angeordnet ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Vertiefung (23) das magnetfeld-sensitive Element (25) vollständig aufnimmt.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeld-sen sitive Element (25) an einem axial in die Vertiefung (23) des Permanentmagneten (11) eingreifenden Haltefinger (24) angeordnet ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Haltefinger (24) an dem zugehörigen Bürstenträger (21) fixiert ist.

6. Elektromotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß eine an oder im Haltefinger (24) ange ordnete, mit dem magnetfeld-sensitiven Element (25) ver bundene Leiterplatte (26) eine Auswerte- und/oder Signal- Aufbereitungsschaltung für die Signale des magnetfeld-sensitiven Ele ments (25) trägt.

7. Elektromotor nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterplatte (26) zwischen dem Haltefinger (24) und dem Bürstenträger (21) angeordnet ist.

8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeld sensitive Element (25) als Hall-Sensor ausgebildet ist.