DE19737702A1

DE19737702A1 - Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor

Info

Publication number: DE19737702A1
Application number: DE1997137702
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Fichtner; Matthias Dipl Ing Schulze
Original assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Current assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: DE19737702C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotorlagegeber für elektro nisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbe stücktem Rotor, beispielsweise Drehstromsynchronmotoren, unter Verwendung von Hallsensoren.

Aus der DE 85 27 157 U1 ist ein permanentmagneterregter Außenläufermotor für einen Plattenspeicherantrieb eines Datenverarbeitungsgerätes bekannt, bei dem eine kreisring förmige Leiterplatte für den Anschluß der Spulenwicklungs enden der Statorwicklung am Befestigungsflansch eines La gerflansches gehaltert ist. Auf der starren, beiderseits kaschierten, vorkonfektionierten Leiterplatte sind u. a. versetzt zueinander Hallelemente so angeordnet, daß sie möglichst nahe den gegenüberliegenden Stirnseiten von Dau ermagnetschalen des Rotors zugewandt sind, wodurch in den Hallwandlern drehzahlabhängige bzw. lageabhängige Signal spannungen erzeugt werden. Die Signalspannungsleitungen werden mit den Versorgungs- und Wicklungsspeiseleitungen in einem gemeinsamen Flachbandkabel herausgeführt.

Diese Anordnung ist, abgesehen davon, daß sie Außenläufer motoren betrifft, nur für kleine, leistungsarme Motoren in Präzisionsbauweise geeignet. Jedes noch so kleine axiale Spiel der Rotorwelle führt ebenso wie ein unkorrekter Sitz der Leiterplatte bzw. der Hallwandler auf der Leiterplatte unweigerlich zu mechanischen Schäden an den Hallwandlern, da ihr axialer Abstand zu den Magnetschalen aufgrund der Ausnutzung des schwächeren seitlichen Streufeldes sehr eng gehalten werden muß. Andererseits wirkt sich gerade für sehr kleine Motoren die Bauhöhe von Leiterplatte und Hall wandlern auf die Baulänge des Motors negativ aus.

Zwar ist in Weiterentwicklung der beschriebenen Anordnung auch schon beschrieben worden, die Hallwandler in Ausfor mungen der Leiterplatte teilweise zu versenken, jedoch sind damit die prinzipiellen Mängel nicht beseitigt (EP 0 259 724 A1). Insbesondere erhöht sich zusätzlich der Auf wand für die Herstellung und Bestückung der Leiterplatte. Da sich auf die beschriebene Art keine SMD-Bauelemente einsetzen lassen, muß mit großer Sorgfalt eine Justage der Bauelemente an ihren Anschlußbeinen vorgenommen werden.

Nach der DE 43 07 337 A1 ist es für einen elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor, dessen Rotormagnete als Geber dienen, bekannt, die Rotorlagegeber frei in den ak tiven Rotorraum einragend auszubilden, wozu der Rotorraum entsprechend ausgehöhlt ist. Die Rotorlagegeber sind auf einer Trägerplatte befestigt, die plan und axial vor dem Rotor sitzt und tasten das Magnetfeld der Rotormagnete an der Innenseite des Rotors radial ab. Die ringförmige Aus sparung im Rotor ist mit einer derartigen Tiefe ausge höhlt, daß einen Axialverschiebung keinen Einfluß auf den Feldlinienverlauf im Bereich der Rotorlagegeber ausüben, jedoch beeinflußt die Anordnung der Trägerplatte für die Rotorlagegeber zwischen Lagerschild und Rotor die Baulän ge ungünstig und der Rückschlußring wird geschwächt.

Ganz ähnlich ist eine kollektorlose Gleichstrommaschine mit elektronischer Kommutierung nach der DE 44 01 361 A1 aufgebaut. Hier ist das die magnetfeldempfindlichen Senso ren tragende Halteteil als am Ständerblechpaket gehaltenes Formteil ausgeführt, das den Wickelkopf radial und axial übergreift. Die auf dem Tragteil positionierten Sensoren ragen in Eckaussparungen des permanentmagnetbestückten Ro torkerns, wo sie durch das der dem Arbeitsluftspalt der Maschine abgewandten Seite herrschende Magnetfeld bzw. durch das seitliche Streufeld beeinflußt werden. Zwar ist ein betriebsmäßiges Axialspiel zugelassen, jedoch können aufgrund des relativ großen axialen Abstands der Sensoren zum Rotor und des schwächeren Randfeldes der Permanentmag neten Fehlabtastungen infolge der schwachen Nutzsignale vorkommen.

Ferner ist aus der DE 195 23 902 C1 noch ein Elektromotor mit wenigstens zwei in einem Polrohr angeordnete Perman entmagneten und einer Vorrichtung zur Rotorlageerfassung bekannt, bei der ein magnetfeldsensitives Element in einer etwa mittigen, rotorseitigen Vertiefung eines der Perman entmagneten angeordnet ist, wodurch der Einfluß des Anker querfeldes auf das Nutzsignal gering gehalten werden soll, welcher das Meßergebnis verfälscht. Dabei ist das magnet feldsensitive Element an einem Haltefinger angeordnet, der als vormontierte Einheit bei der Montage in den Permanent magneten eingeschoben und am Bürstenträger befestigt wird. Für Anwendungen, die mehr als einen Sensor zur Auswertung in einer Steuerelektronik erfordern, ist die konstruktive Lösung allerdings sehr aufwendig. Zudem ist Voraussetzung, daß die Permanentmagneten Teil des Stators sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit permanentmagnetbestücktem Rotor, insbesondere einen Dreh stromsynchronmotor der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß durch die Anordnung eines Rotorlagegebers die axiale Baulänge möglichst keine Baulängenvergrößerung erfährt und für den keine besonderen Vorkehrungen zur Einengung des üblichen axialen Rotorspiels zu treffen sind. Des weiteren soll die Möglichkeit bestehen, den Motor sowohl mit als auch ohne Rotorlagegeber ohne konstruktive Änderungen am Motor auszuführen. Der Rotorlagegeber selbst soll eine kostengünstige Baugruppe hinsichtlich Material-, Herstel lungs- und Montageaufwand sein, sehr zuverlässig arbeiten und eine lange Lebensdauer besitzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen geben die Unteransprüche an.

Indem die Leiterplatte aus einem flexiblen Materialstrei fen zu einem rotationszylindrischen Mantel mit innenlie genden Hallsensoren gebogen ist, kann sie direkt unter Vermeidung zusätzlicher raumbeanspruchender Bauteile auf der Innenseite eines der Wickelköpfe der Statorwicklung befestigt werden. Gleichzeitig wird es möglich, daß die Hallsensoren vom radialen Kraftflußfeld der Rotormagnet schalen beaufschlagt werden, welches erheblich stärker ist und exaktere Resultate bringt als ihr axiales Streufeld. Mit radial beabstandeten Sensoren verbessert sich aufgrund des größeren Bogenmaßes der Sensoren untereinander zusätz lich die Auswertegenauigkeit. Weiterhin hat ein axiales Rotorspiel keine schädlichen Auswirkungen mehr auf die Funktionssicherheit und Lebensdauer der Sensorik. Auch ist infolge der geringfügigen einseitigen Einkürzung des Sta tors bzw. Verlängerung des Rotors keine Baulängenvergröße rung für die Unterbringung der Leiterplatte notwendig. Hierzu trägt bei, daß in vorteilhafter Ausgestaltung die Hallsensoren in axialer Richtung auf dem dem Rotor zuge wandten Außenrand der Leiterplatte angeordnet sind und in weiterer Ausbildung die Leiterplatte unmittelbar stirnsei tig am Statorpaket anliegt, wodurch sie zugleich ohne auf wendiges Justieren ihre richtige axiale Lage findet.

In weiterer Ausgestaltung wird die Leiterplatte mit ihrer Außenseite haftschlüssig mit dem Wickelkopf verbunden, insbesondere mittels Silikonkautschuk mit dem Wickelkopf vergossen. Die Hallsensoren können aufgrund der exakten Kreisform der Leiterplatte sehr dicht zu den Magnetschalen positioniert werden, da das radiale Rotorspiel vernachläs sigbar klein ist. Raumausgreifende Befestigungsteile sind entbehrlich.

Zur Verbesserung der Montagefreundlichkeit ist es vorteil haft, die Leiterplatte auf der B-Seite des Motors anzuord nen.

Ein für einen Leiterplatteneinbau vorgesehener Motor kann ohne weiteres auch ohne Leiterplatte geliefet werden, bei spielsweise für sensorlose Steuerungsaufgaben.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1a eine Leiterplatte, bestückt;

Fig. 1b eine Leiterplatte, bestückt und in Form gebracht;

Fig. 2 eine in einen Motor eingebaute Leiterplatte.

Auf eine streifenförmige, flexible Leiterplatte 1 aus etwa 0,3 mm starkem Leiterplattenmaterial sind nach Fig. 1a drei Hallsensoren 2 randnah und zueinander beabstandet aufgebracht. In Fig. 1b ist näher dargestellt, wie diese Leiterplatte 1 zu einem rotationszylindrischen Mantel ge bogen und durch Verkleben der den Hallsensoren 2 gegen überliegenden Enden fixiert ist.

In Fig. 2 ist ein Motor 3 nach Art eines Drehstromsyn chronmotors im Schnitt mit montierter Leiterplatte 1 dar gestellt. In über das Gehäuse 4 miteinander verbundenen Lagerschilden 5, 6 ist ein magnetisch aktiver Rotor 7 ge lagert, auf den umfänglich Magnetschalen 8 aus hochenerge tischem Neodym-Eisen-Bor-Material geklebt sind. Im ge blechten Stator 9 ist die Statorwicklung 10 untergebracht, deren Wickelköpfe 11, 12 Stator 9 und Rotor 7 betreffend axial überstehen. Auf der A-Seite 13 des Motors 3 fluchten die axialen Seitenflächen von Stator 9 und Rotor 7, wohin gegen auf der B-Seite 14 der Rotor 7 etwa 3 mm übersteht. Dieser zusätzliche Rotorraum vergrößert die Baulänge nicht.

Bevor der Stator 9 im Gehäuse 4 des Motors 3 montiert wird, erfolgt zunächst das Aufschieben der Leiterplatte 1 und Vergießen mit dem Wickelkopf 12 der B-Seite 14. Ein geeignetes Vergußmaterial ist Silikonkautschuk. Zugleich werden auch die flexiblen Ableitungen 15 mitvergossen, wo durch in vorteilhafterweise eine Zugentlastung realisiert wird.

Sobald der Rotor 7 zwischen die Lagerschilde 5, 6 gesetzt ist, stehen die Hallsensoren 2 unmittelbar über einer Mag netschale 8 des Rotors 7. Sie sind damit in der Lage, im Betrieb des Motors 3 die Lage der Magnetschale 8 und damit die Lage des Rotors 7 zum Stator 9 zu erfassen. Eine nicht näher dargestellte Elektronik ermittelt in bekannter Weise aus von den Hall-Schaltkreisen gelieferten Spannungsimpul sen die interessierenden Motorparameter, beispielsweise Ro torlage, Drehzahl und Drehrichtung.

Bezugszeichenliste

1

Leiterplatte

2

Hallsensor

3

Motor

4

Gehäuse

5

,

6

Lagerschilde

7

Rotor

8

Magnetschale

9

Stator

10

Statorwicklung

11

,

12

Wickelkopf

13

A-Seite

14

B-Seite

15

Ableitungen

Claims

1. Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermo toren mit permanentmagnetbestücktem Rotor, beispielsweise Drehstromsynchronmotoren, unter Verwendung von Hallsenso ren zur Rotorlage-, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfas sung, die auf einer zu den Rotor-Magnetschalen positio nierten Leiterplatte angeordnet sind, gekennzeichnet durch nachfolgende Merkmale:

a) die Leiterplatte (1) besteht aus einem flexiblen Mate rialstreifen, der zu einem rotationszylindrischen Mantel mit innenliegenden Hallsensoren (2) geformt ist;
b) die Leiterplatte (1) ist auf der Innenseite eines Wickelkopfes (12) der Statorwicklung (10) des Motors (3) be festigt;
c) die Hallsensoren (2) liegen mit geringem radialen Ab stand über den Polflächen der Magnetschalen (8).

2. Rotorlagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) gegenüber dem Stator (9) leiterplatten seitig um etwa die Breite eines Hallsensors (2) axial ver längert ist.

3. Rotorlagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (9) gegenüber dem Rotor (7) leiterplatten seitig um etwa die Breite eines Hallsensors (2) axial ver kürzt ist.

4. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) axial am Stator (9) anliegt.

5. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsensoren (2) in axia ler Richtung auf dem dem Rotor (7) zugewandten Außenrand der Leiterplatte (1) angeordnet sind.

6. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Leiterplatte (1) zu einem Rotationszylindermantel verklebt sind.

7. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) mit ihrer Außenseite haftschlüssig mit dem Wickelkopf (12) verbunden ist.

8. Rotorlagegeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) mittels Silikonkautschuk mit dem Wickelkopf (12) vergossen ist.

9. Rotorlagegeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungen (15) von der Leiterplatte (1) mit Si likonkautschuk vergossen sind.

10. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) auf der B-Seite (14) des Motors (3) angeordnet ist.