DE19710015A1 - Motor mit Drehzahlabgriff über einen Hall-Sensor - Google Patents

Motor mit Drehzahlabgriff über einen Hall-Sensor

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DE19710015A1 DE19710015A DE19710015A DE19710015A1 DE 19710015 A1 DE19710015 A1 DE 19710015A1 DE 19710015 A DE19710015 A DE 19710015A DE 19710015 A DE19710015 A DE 19710015A DE 19710015 A1 DE19710015 A1 DE 19710015A1
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Motor aus, bei dem mittels eines Hall-Sensors Signale von einer Welle abgegriffen werden, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Motor ist aus der DE 43 26 391 A1 bekannt. Der Motor ist ein Gleichstrommotor mit einem Kommutator und besitzt ein Motorgehäuse und einen in zwei Drehrichtungen antreibbaren Rotor mit einer Rotorwelle. Die Rotorwelle ist in zwei Lagerschildern gelagert, die das Motorgehäuse zu zwei Seiten nach außen abschließen. Auf der Rotorwelle ist ein 2-poliger Magnet-Läuferkörper fest angebracht. Ein Hall-Sensor ist auf einer als Montagebaustein ausgebildeten Leiterplatte angeordnet, die von außen in eine Ausnehmung des Lagerschildes eingesteckt wird. Die Ausnehmung besitzt eine Bodenfläche, die eine geschlossene, vertiefte Kammer aufweist. Die Kammer steht an der Innenseite des Lagerschilds vor und besitzt eine Kammerwand, die dem Magnet-Läuferkörper gegenüber liegt. Der Hall-Sensor ist hinter der Kammerwand in der Höhe des Magnet-Läuferkörpers angeordnet und tastet Signale des Magnet-Läuferkörpers ab. Auf der zum Magnet- Läuferkörper weisenden Leiterplattenvorderseite sind elektrische Bauelemente, wie Hall-Sensor, Widerstand usw., angeordnet. Versorgungs- und Signalleitungen der elektrischen Bauelemente, sind im Bereich ihrer Anschlußenden von der Vorderseite zur Rückseite der Leiterplatte in Ausnehmungen der Leiterplatte geführt, wobei die abisolierten Anschlußenden durch Durchtrittsöffnungen von der Vorderseite zu der Rückseite der Leiterplatte zum Kontaktieren mit Leiterbahnen auf der Rückseite durchgesteckt sind. Die Versorgungs- und Signalleitungen werden durch einen Isolierschlauch geführt und sind mit einem Steckhülsengehäuse verbunden, welches mit der Leiterplatte eine Montageeinheit bildet.
Durch die zusätzliche Kammer, die am Innenrand des Lagerschilds hervorsteht, wird ein größerer Bauraum benötigt. Ein Lagerschild mit einer derartigen Kammer und den daraus folgenden Abmessungen wird sinnvoll nur bei Motoren mit einem Hall-Sensor eingesetzt. Der Magnet-Läuferkörper besitzt einen großen Abstand vom Hall-Sensor, indem er hinter der Kammerwand angeordnet ist. Dies bedingt einen großen Bauraum. Außerdem muß der Magnet stärker ausgelegt werden, um die Signale über den großen Abstand und durch die Kammerwand abzugreifen. Durch einen stärkeren Magneten steigt der Bauraum und das Gewicht an, so daß dieser verstärkt auf die Rotation der Welle wirkt und eine erhöhte Energie zum Antrieb benötigt wird. Indem Versorgungs- und Signalleitungen durch einen Isolierschlauch und zugentlastet in Ausnehmungen geführt sind, muß zum einen ein erhöhter Montageaufwand betrieben werden und zum anderen steigen durch die vielen Einzelteile der Bauraum, das Gewicht und die Kosten an.
Der Motor wird insbesondere als Antriebsmotor für Fensterheber, Schiebedachbetätigung, Sitzverstellung, Spiegelverstellung usw. in Kraftfahrzeugen verwendet.
Speziell in diesen Anwendungsbereichen ist eine kleine und leichte Bauform gefragt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Motor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch die eingespritzten und/oder eingesteckten Lötstifte oder Kontaktschuhe die Leiterplatte sehr klein und wirtschaftlich ausgeführt werden kann, so daß sie in ein bestehendes Bauteil des Motors, welches auch ohne Hall-Sensor benötigt wird, integriert werden kann und somit keinen zusätzlichen Bauraum benötigt. Unter integriert wird in diesem Zusammenhang verstanden, daß die Leiterplatte in ein Bauteil eingesetzt wird, beispielsweise gesteckt wird, so daß sich die Abmaße des Bauteils nach außen nicht vergrößern, d. h. daß ein vorhandener Ereiraum genutzt wird. Werden Kontakte, Versorgungs- und Signalleitungen für die Leiterplatte in das Bauteil eingespritzt und/oder eingesteckt, so wird ebenfalls Bauraum gespart, so daß auch hierdurch kein zusätzlicher Baumraum benötigt wird. Die Kontakte und die Leitungen können alle eingespritzt, alle eingegossen oder auch kombiniert im Bauteil eingesetzt sein. Werden die Teile eingesteckt, so kann hierdurch kostengünstiger gefertigt werden. Die Teile können entfallen, wenn ein Motor ohne Hall- Sensor gefertigt wird. Einspritzen hingegen ist geringfügig teurer, reduziert und vereinfacht jedoch den Montageaufwand und die Teile werden optimal im Bauteil des Motors fixiert.
Welche Form gewählt wird, ist jeweils vom Anwendungsfall abhängig. Die Möglichkeit einer Modulbauweise, d. h. daß die Teile für einen Motor mit Hall-Sensor und einen Motor ohne Hall-Sensor verwendet werden können, ist jedoch bei beiden geschaffen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Motors nach dem Hauptanspruch möglich.
Wird an das Bauteil ein Stecker angeformt, an den die Versorgungs- und Signalleitungen der Leiterplatte führen, können zusätzliche Bauteile entfallen - wie beispielsweise ein Steckhülsengehäuse, Bauteile um eine Zugentlastung zu erreichen usw. - der Montageaufwand reduziert und damit Kosten gespart werden. Günstig ist, wenn der Stecker auf handelsübliche, gängige Anschlußstecker paßt.
Ist das Bauteil ein Bürstenhalter des Motors, in dem die Leiterplatte mit dem Hall-Sensor integriert und die Kontakte, Versorgungs- und Signalleitungen eingesteckt oder eingespritzt sind, besitzt dieser von Grund auf einen Stecker mit Leistungskontakten für den Motor, insbesondere für Bürsten des Motors, der gleichzeitig für die Leiterplatte genutzt werden kann, so daß ein notwendiger Stecker für eine weitere Aufgabe genutzt wird und damit nennenswerter zusätzlicher Fertigungs- und Montageaufwand entfällt.
Werden Lagerdeckel und Bürstenhalter aus einem Teil gebildet, wird ein Spritzteil und damit Bauraum, Fertigungs- und Montageaufwand und Kosten eingespart, insbesondere weil nur eine Form für ein Spritzteil benötigt wird. Wird ein Bürstenhalter, der gleichzeitig den Lagerdeckel bildet, auf die Welle des Motors geschoben, entsteht das Problem, daß ein Hilfskonus, der benötigt wird, um beim Einschieben die Bürsten auseinander zu schieben, nicht mehr von der Welle gezogen werden kann, da der integrierte Lagerdeckel dies verhindert. Das Problem wird entweder mit speziellen Haltevorrichtungen gelöst oder vorzugsweise mit einem Teil, das ohne Funktion nach der Montage im Motorgehäuse verbleibt. Wird nun der Magnet-Läuferkörper zwischen Lager und Kommutator, vor den Bürsten angeordnet und besitzt eine Abschrägung, die als Anlaufkegel dient, kann auf dieses zusätzliche Teil verzichtet werden. Der Magnet-Läuferkörper dient also dazu, die Bürsten auseinander zu schieben und gleichzeitig als Signalgeber für den Hall-Sensor. Die Bauteilanzahl wird nicht erhöht. Befindet sich der Magnet- Läuferkörper vor den Bürsten und unmittelbar hinter einem Lager im Lagerdeckel, erhält er noch eine dritte Funktion, indem er die Welle mit seiner Stirnseite in axialer Richtung abstützt, solange noch kein Getriebe am Motor angeschlossen ist.
Besitzt der Magnet-Läuferkörper die gleiche Größe, wie ein Anlaufkegel der ohne Hall-Sensor verwendet wird, bleibt der Bauraum gleich groß, und die Gewichtszunahme ist zu vernachlässigen.
Sitzt der Hall-Sensor unmittelbar bei dem Magnet- Läuferkörper, d. h. in möglichst geringem Abstand und ohne eine Zwischenwand, können die Signale besser empfangen werden, es wird von Grund auf weniger Platz benötigt und der Magnet kann schwächer ausgelegt werden. Er ist dadurch kleiner, leichter und kostengünstiger.
Indem der Hall-Sensor parallel zur Wellenachse ausgerichtet ist, können axiale Bewegungen der Welle ausgeglichen werden, da die Signale in axialer Richtung wegen der Magnetbreite über einen größeren Bereich in annähernd gleicher Stärke empfangen werden können.
Erfindungsgemäß wird der Hall-Sensor, der ein Hall-IC ist, mit einem SMD-Verfahren auf der Leiterplatte aufgebracht. Das SMD-Verfahren ist ein Oberflächenschmelzverfahren, nach dem der Hall-Sensor flach auf der Leiterplatte aufliegt, im Gegensatz zum konventionellen Verfahren, bei dem der Sensor auf Kontaktfüßen steht. Hierdurch kann flacher gebaut werden und der Hall-Sensor und insbesondere die Kontakte des Hall- Sensors, mit denen er auf der Leiterplatte aufgebracht ist, sind unempfindlicher gegen Zerstörung oder Positionsverschiebung, da z. B. ein Abknicken nicht mehr möglich ist. Durch die flache Bauweise können flache, bestehende Zwischenräume genutzt werden, um die Leiterplatte anzuordnen.
Der Magnet-Läuferkörper besitzt einen 2-poligen Magneten, z. B. auf Basis von Neodym-Eisen-Bor, mit einem Kunststoffanteil. Durch den Werkstoff Neodym kann die gleiche Wirkung mit sehr viel kleineren Abmessungen erreicht werden, wie bei herkömmlichen Ferrit Magneten. Der Magnet- Läuferkörper wird kleiner und leichter und erzeugt damit ein kleineres Schwungmoment.
Der Magnet-Läuferkörper besteht aus einem Träger aus Kunststoff, auf dem der Magnet aufgespritzt ist. Der Magnet- Läuferkörper wird mit einem Preßsitz auf der Welle fixiert. Hierdurch wird die Montage erleichtert. Außerdem wird kein Klebstoff benötigt, um den Magnet-Läuferkörper zu fixieren.
Kleben stellt in der Regel einen aufwendigen und unangenehmen Arbeitsgang, insbesondere in automatisierten Abläufen, dar. Zudem kann der Preßsitz so gewählt werden, daß er die erforderlichen tangentialen und axialen Kräfte aufnimmt, der Magnet-Läuferkörper jedoch beispielsweise bei Verschleiß wieder leicht abgezogen werden kann. Kunststoff bewirkt, daß ein an für sich spröder Magnet mit Preßsitz befestigt werden kann, weil weicher Kunststoff die durch die Pressung erzeugten Spannungen aufnimmt. Dadurch ist vermieden, daß der Magnet durch mechanische Spannungen reißt. Dies wird vorzugsweise mit einer sich nach einem zylindrischen Abschnitt erweiternden Bohrung des Kunststoffträgers erreicht.
Der Kunststoff wird mit erhöhter Spannung aufgepreßt, so daß in sämtlichen Betriebstemperaturen die Spannung im Kunststoff ausreicht, um die erforderliche Haftreibungskraft auf der Welle zu erzeugen und damit den Magnet-Läuferkörper zu fixieren.
Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Motor,
Fig. 2 eine Ansicht eines Bürstenhalters mit einem Hall-Sensor,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Bürstenhalter mit einem Hall-Sensor, kontaktiert mit Lötstiften,
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Bürstenhalter mit einem Hall-Sensor, kontaktiert mit Kontaktschuhen,
Fig. 5 einen Magnet-Läuferkörper.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist beispielsweise ein Gleichstrommotor mit einem Kommutator 24 dargestellt. Die Erfindung trifft auch auf Wechselstrom und Drehstrommotoren zu, jedoch sind Gleichstrommotoren besonders geeignet für den Einsatz als Fensterheber, Schiebedachbetätigung, Sitzverstellung, Spiegelverstellung usw.
Der Motor hat eine Welle 1, die in einem Motorgehäuse 22 in Lager 23, 32 gelagert ist. Sie besitzt ein Zahnrad 25, über die ein nicht dargestellter Mechanismus angetrieben wird. Das Motorgehäuse 22 ist auf einer Seite geschlossen und auf einer Seite zur Montage der inneren Teile des Motors offen. Die offene Seite wird durch einen Lagerdeckel 12 verschlossen, der gleichzeitig einen Bürstenhalter 7 bildet. Im Lagerdeckel 12 befindet sich ein Lager 23, vorzugsweise ein Kalottenlager.
Auf der Welle 1 ist ein Magnet-Läuferkörper 2 zwischen dem Kommutator 24 und dem Lager 23 mit einem Preßsitz 18 gelagert. Durch die Stirnseite 21 des Magnet-Läuferkörpers 2 wird die Welle 1 axial am Lager 23 abgestützt, sofern noch kein Mechanismus am Zahnrad 25 angeschlossen ist. Auf dem Magnet-Läuferkörper 2 ist ein 2- oder mehrpoliger Magnet 16 angeordnet, der bei einer Umdrehung, bezogen auf einen Punkt am Umfang, zwei Magnetimpulse erzeugt. Diese werden von einem Hall-Sensor 3 abgegriffen, der mit geringem Spiel zum Magnet 16 angeordnet ist.
In Fig. 2 und 3 ist der Bürstenhalter 7 dargestellt, in dem eine Leiterplatte 4 integriert ist, auf der der Hall-Sensor 3 angeordnet ist. Am Bürstenhalter 7 bzw. Lagerdeckel 12 ist ein Stecker 11 angeformt. Dieser besitzt Leistungskontakte 20, durch die der Motor bzw. seinen Bürsten 13 mit Strom versorgt werden. Ferner hat der Stecker 11 Kontakte 8, mit denen die Leiterplatte 4 durch Versorgungs- und Signalleitungen 9 und Lötstiften 5 oder Kontaktschuhen 6 verbunden ist. Die Versorgungs- und Signalleitungen 9 sind in den Bürstenhalter 7 eingegossen oder eingesteckt.
Fig. 4 zeigt, daß der Hall-Sensor 3 Anschlüsse hat, die mit drei Leiterbahnen 29, 30, 31 verbunden sind. Die Leiterbahn 29 führt vom Kontaktschuh 6 zum Hall-Sensor 3 und ist über zwei parallel geschaltete Widerstände 26 mit der Leiterbahn 31 verbunden. Die Leiterbahn 30 führt vom Hall-Sensor 4 unter den Widerständen 26 zum zweiten Kontaktschuh 6. Rotiert die Welle 1, so werden Signale, die durch den Hall-Effekt entstehen, vom Hall-Sensor 3 erfaßt. Diese werden von einer am Stecker 11 angeschlossenen Steuereinheit, die nicht dargestellt ist, ausgewertet. Die Steuereinheit registriert die eingegangenen Signale pro Zeiteinheit, wodurch die Drehzahl der Welle 1 bestimmt ist. Ferner erfaßt die Steuereinheit wie der Motor angeschlossen ist, und bestimmt daraus die Drehrichtung des Motors. Somit werden Drehzahl und Drehrichtung erfaßt, wobei die Drehrichtung, insbesondere bei Fensterhebern, von Bedeutung ist, so daß das Fenster definiert geschlossen und geöffnet werden kann. Ferner können an Drehzahlschwankungen beispielsweise Hindernisse erkannt und ein Einklemmschutz geschaffen werden.
In Fig. 5 ist der Magnet-Läuferkörper 2 im Schnitt dargestellt. Er besteht aus einem Träger 17, der aus Kunststoff gebildet wird und zu einer Seite eine Abschrägung 14 besitzt, die mit einer Stirnseite 21 abschließt, und zur anderen Seite eine keilförmige Aussparung 14 hat. Auf dem Träger 17 ist auf der Seite der keilförmigen Aussparung 14 ein 2-poliger Magnet 16 aufgespritzt. Die keilförmige Aussparung 14 bewirkt eine gute Verbindung zwischen Magnet 16 und Träger 17. Der Träger 17 besitzt eine Innenbohrung 19, die sich nach einem zylindrischen Teil konisch erweitert, so daß die Innenbohrung mindestens zwei Durchmesser 27, 28 hat. Der Durchmesser 27 auf der Seite des Magneten 16 ist größer wie der Durchmesser 28 auf der anderen Seite.

Claims (14)

1. Elektrisch betriebener Motor mit einer einen Magnet- Läuferkörper (2) aufweisenden Welle (1), dessen Drehzahl von einem auf einer Leiterplatte (4) angeordneten Hall- Sensor (3) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) mit Lötstiften (5) oder Kontaktschuhen (6) ausgeführt und in einem Bauteil (7) des Motors integriert ist und daß Kontakte (8), Versorgungs- und Signalleitungen (9) für die Leiterplatte (4) in dem Bauteil (7) des Motors eingespritzt und/oder eingesteckt sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungs- und Signalleitungen (9) der Leiterplatte (4) in einem Stecker (11) enden, der an das Bauteil (7) des Motors angeformt ist.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (7) ein Bürstenhalter (7) ist.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenhalter (7) und ein Lagerdeckel (12) einstückig sind.
5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Läuferkörper (2) in Montage-Einschubrichtung vor den Bürsten (13) des Bürstenhalters (7) angeordnet ist und eine als Anlaufkegel nutzbare Abschrägung (14) aufweist.
6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Sensor (3) mit geringem Spiel zum Magnet-Läuferkörper (2) angeordnet ist.
7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Sensor (3) parallel zur Wellenachse (15) ausgerichtet ist.
8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Sensor (3) mit einem SMD- Verfahren auf der Leiterplatte (4) aufgebracht ist.
9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Läuferkörper (2) einen neodymenthaltenden Magnet (16) besitzt.
10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Läuferkörper (2) einen Kunststoffträger (17) mit einem aufgespritzten Ringmagneten (16) aufweist.
11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Läuferkörper (2) durch einen Preßsitz (18) auf der Welle (1) fixiert ist.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich der Kunststoffträger (17) eine Pressung besitzt.
13 Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (17) eine Innenbohrung (19) besitzt, die abgesetzt ist.
14. Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Träger (17) eine erhöhte Spannung besteht, so daß diese nicht durch Schwankungen in der Betriebstemperatur aufgehoben wird.
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