DE2560207B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor - Google Patents
Kollektorloser GleichstrommotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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Description
Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Motor ist bekannt aus dem DE-Gbm 16 007, welches einen Außenläufermotor mit vier
ausgeprägten Statorpolen zeigt. Die Mitten aller Statorpole sind mit parallel zur Achsrichtung verlaufenden Nuten versehen, und in zwei von diesen vier Nuten
ist jeweils ein Hallgenerator angeordnet, dessen Anschlüsse an einer Leiterplatte befestigt sind, die sich
im Abstand vom Statorblechpaket befindet und an
diesem gehaltert ist. Nachteilig hierbei sind vor allem
zwei Umstände: Zum einen messen die Hallgeneratoren in dieser Position nicht nur Änderungen der Induktion
des Rotormagneten, sondern auch sehr stark den s Stator-Nutzfluß, der an den Statorpolen erzeugt wird,
und das kann zu unerwünschten Rückkopplungserscheinungen führen. Zum anderen ergibt sich keine optimal
kompakte Bauweise des Motors, besonders hinsichtlich seiner axialen Bauhöhe.
ίο Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen
kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Einfluß des
Stator-Nutzflusses auf das Ausgangssignal des verwendeten magnetflußabhängigen Steuerelements reduziert
ist, und der gleichzeitig kompakt baut und insbesondere eine niedrige axiale Bauhöhe aufweist
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch
die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Die Anordnung der Schaltplatiiie zwischen einer Chassis-Schale, z. B. eines Gerätelüfters, und dem Innenstator
sowie neben dem Lagertragrohr ergibt einen extrem kompakten Aufbau bei sehr guter Kühlung der auf der
Platine angeordneten Bauelemente, wobei die Unterbringung des magnetflußempfindlichen Steuerelements
keine zusätzliche Bauhöhe erfordert da es im Winkelbereich zwischen zwei benachbarten Statorspulen untergebracht ist Dabei ist es nicht dem Stator-Nutzfluß ausgesetzt sondern nur dem Streufluß der
benachbarten Statorspulen, d.h. sein Ausgangssignal wird trotz kompakter Bauweise wesentlich weniger
vom Statcrfluß verfälscht als bei dem Aufbau nach dem eingangs genannten DE-Gbm 70 16 007.
Die Maßnahme nach Anspruch 2 ist sehr vorteilhaft denn sie ermöglicht innerhalb der durch den Anspruch 1
definierten kompakten Motorkonstruktion die Unterbringung der Kommutierschaltung des Motors, so daß
diese nicht außerhalb des Motors angeordnet zu werden braucht
trotz der äußerst kompakten Bauweise ein ausreichend
hohes Steuersignal am magnetflußempfindlichen
« men zu verringern, und trägt deshalb ebenfalls zu dem
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen achsparallelen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines kollektorlosen Gleichstrommotors,
Fig.2 den Schnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 1,
auszugsweise, insbesondere den Stator,
F i g. 3 in der Schnittdarstellung entsprechend F i g. 1, jedoch in vergrößertem Maßstab, die an der Ansteuerung des magnetflußempfindlichen Steuerelements
beteiligten Teile, seitenverkehrt zu F i g. 1,
F i g. 5 den Stator aus F i g. 1 im Schnitt gemäß der
LinieV-VderFig.2.
In den F i g. 1 bis 5 ist mit 1 ein lamellierter Innenstator bezeichnet dessen Blechpaket 12 auf drei
mit einer Verdickung 4 versehene Dorne 5,6,7 gesteckt
ist, so daß diese an die Schultern 2 ihrer Verdickung 4 jeweils anliegen und dann mit auf die auf der anderen
Stirnseite des Blechpakets 12 freien Enden der Dorne 5, 6, 7 aufgesetzten Sperringen 23 zusammen die Bleche
kompakt zusammenhalten.
In ein ausgespartes Mittelloch des Blechpakets 12 ist ein Lagerrohr 9 eingepreßt Das so hergestellte
Blechpaket 12 wird dann mit dem eingepreßten Lagerrohr 9 durch Wirbelsinterung mit einer Harzschicht
147 (Fig.5) überzogen, und zwar an seiner s
gesamten freiliegenden Oberfläche, ausgenommen die an den Luftspalt 11 angrenzende Umf^ngsfläche 13 des
Blechpakets 12, und ausgenommen die Innenseite des Lagerrohres 9. Auf das mit Harz überzogene Blechpaket
12 werden dann zwei Statorspulen 115, 116 aufgewickelt Dieser Innenstator 1 ist mittels des
Lagerrohres 9 fiber Schrauben 8 an einer Chassis-Schale 10 angeflanscht, die mit Befestigungsorganen 100 des
Motors am Einsatzori verbunden ist Die Dorne 5,6, 7
sind über ihre Verdickung 4 hinaus verlängert, und auf diese Verlängerungen 15,16,17 ist eine Schaltplatine 18
gesteckt, die sich an den angrenzenden Schultern 19 der Verdickungen 4 abstützt und durch auf die Verlängerungen
15,16,17 gesteckte Sperringe 20 gesichert ist, also
im axialen Abstand vom Innenstator 1 angeordnet und an diesem gehaltert ist
Auf der Schaltplatine 18, die als Stanzteil ausgebildet ist, sind die Schaltelemente 120, 121 usw. der
Kommutierschaltung angeordnet, die von einem als Hallgenerator ausgebildeten magnetflußempfindlichen
Steuerelement 21 angesteuert wird. Die Schaltelemente der Kommutierschaltung sind nur teilweise dargestellt
Gedruckte Leiterbahnen der Kommutierschaltung befinden sich motorseitig an der Schaltplatine 18.
Motorseitig ist auch das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 angeordnet, während die übrigen
Schaltelemente der Kommutierschaltung auf der dem Motor abgewandten Seite an der Schaltplatine 18
angeordnet sind. Wärmeerzeugende Schaltelemente, z. B. Leistungstransistoren, sind vorzugsweise motorabseitig,
also mit möglichst kleinem Wärmewiderstand zur Chassis-Schale 10 hin angeordnet, die mit öffnungen
149, durch welche kühlende Luft ein- und austreten kann, versehen ist
In dem Lagerrohr 9 ist in zwei Kugellagern 22,23 ein
Rotor 53 drehbar gelagert Das Ende 26 der Rotorwelle 24 ragt aus dem Innenstator 1 hinaus und trägt einen zur
Chassis-Schale 10 offenen Topf 27 aus Eisenblech, in welchem ein ringförmiger Permanentmagnet 28 montiert
ist der in radialer Richtung gemäß Doppelpfeil 29 magnetisiert ist und zwar zweipolig, also mit einer
Polung, die in Umfangsrichtung zweimal wechselt. Der Topf 27 dient als magnetischer Rückschluß. Der freie
Rand 30 des Topfes 27 ragt in axialer Richtung über den Permanentmagneten 28 hinaus.
Die Dorne 5,6,7 sind im Blechpaket 12 nur je 1,5 mm
dick (Maßstab von Fig. 1 und 2 ist 2:1) und symmetrisch zur magnetischen Hauptachse 55 des
Stators angeordnet um die magnetischen Verhältnisse, die Drehmomentsymmetrie, und die Wirkung der
Lamellierung möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Das magnetflußempfindliche Steuerelement 21, das sich parallel zur Zeichenebene der Fig.2 flach
erstreckt spricht auf Magnetflußänderungen an, die dieses Steuerelement in Richtung senkrecht zur
Zeichenebene der F i g. 2 durchsetzen. Das Steuerelement 21 ist im Streufluß des Permanentmagneten 28
angeordnet, und zwar im Zwischenraum 31 zwischen den beiden Statorspulen 115 und 116.
Das magnetfluBempfindliche Steuerelement 21 ist in ein Kunststoff-Formteil 32 (F i g. 3 und 4) eingepaßt, das
eine für die Aufnahme des Haügenerators genau passende Vertiefung 33 aufweist. Mit 34 ist ein
abgewinkelter erster Magnetflußleiter bezeichnet, bestehend aus Eisenblech, der mit seinem einen Ende 35
vertikal auf das als Hallgenerator ausgebildete Steuerelement 21 zugerichtet in das Kunststoff-Formteil 32
eingepaßt und durch Wannstauchen eines Doms 37 in diesem befestigt ist Der Magnetflußleiter 34 weist einen
Durchbruch 36 auf, durch den der Haltedorn 37 des Kunststoff-Formteils 32 paßt Ein flacher zweiter,
ebenfalls aus Eisenblech hergestellter Magnetflußleiter 38 ist auf der Unterseite des Kunststoff-Formteils 32
befestigt Letzteres ist mit den daran fixierten Teilen befestigt mittels Befestigungsvorsprüngen 39, 40, die
durch entsprechende Durchbrüche 44,45 der Schaltplatine 18 und einen Durchbruch 41 des Magnetflußleiters
38 hindurchgesteckt und durch Widerhaken 46, 47 gesichert sind. Durch den Formschluß kann die radiale
Position der Magnetflußleiter 34, 38 und damit die Breite der radialen Luftspalte 50 und. 51 auch in der
Serienfertigung genau eingehalten werden. Die Anschlüsse 48, 49 des Steuerelements 21 werden erst
angelötet nachdem das Kunststoff-Formteil 32 in die Schaltplatine 18 eingesetzt ist Das radial auswärts
gerichtete Ende des Magnetflußleiters 34 ist unter Aussparung eines schmalen radialen Luftspalts 50 auf
die Innenseite des Permanentmagneten 28 gerichtet während das radial auswärts gerichtete Ende des
Magnetflußleiters 38 unter Aussparung eines schmalen radialen Luftspaltes 51 auf die Innneriseite des freien
Randes 30 des Topfes 27 gerichtet ist Die beiden Magnetflußleiter 34, 38 bilden auf diese Weise eine
Magnetflußleitung, die den Hallgenerator durchsetzt und vom jeweils innen gelegenen Pol z.B. N, des
Permanentmagneten 28 über die Luftspalte 50 und 51 und den freien Rand 30 zum Gegenpol S führt
Um einen stärkeren Streuflußanteil auf das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 zu konzentrieren,
sind die beiden Magnetflußleiter 34,38 an ihren an die Luftspalte 50 bzw. 51 angrenzenden Enden 134, 138
verbreitert und dazwischen auf den engeren, magnetfeldempfindlichen Querschnitt des Hallgenerators eingeschnürt
vergl. F i g. 4.
Der ringförmige Permanentmagnet 28 ist ein kunststoffgebundener Magnet und hat deshalb nur eine
begrenzte Induktion von 0,1 bis 0,2 Tesla; deshalb sind die Querschnittsvergrößerungen der Enden 134, J 38
hier besonders vorteilhaft. Ohne diese Verbreiterungen brauchte man extrem schmale Luftspalte, um einen für
die Steuerung der Kommutierschaltung ausreichenden Magnetfluß auf das Steuerelement 21 zu konzentrieren.
Das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 ist im Zwischenraum 31 zwischen den beiden Statorspulen 115
und 116 angeordnet und ragt mit den ausladenden Teilen des Kunststoff-Formteils 32 und des Magnetflußleiters
34 in diesen Zwischenraum hinein. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil das Kunststoff-Formteil
32 mit den beiden Magnetflußleitern 34, 38 und dem magnetflußempfindlichen Steuerelement 21 auf diese
Weise in einem sowieso vorhandenen freien Raum untergebracht werden kann und deshalb keine zusätzliche
axiale Bauhöhenvergrößerung des gesamten Motors erfordert
Die Pollücken der Magnetisierung des ringförmigen Permanentmagneten 28 sind dort, wo sie dem
Blechpaket 12 gegenüberstehen, schmal, um eine möglichst günstige motorische Wirkung zu erzielen.
Dieselben Pollücken sind jedoch am in F i g. 1 unten gezeichneten Rand des Permanentmagneten 28 breiter,
und zwar mindestens so breit wie das verbreiterte Ende
134 des MagnetfluBleiters 34. Die Verbreiterung der Pollücke erstreckt sich in Drehrichtung des Motors.
Dadurch gerät die Pollücke etwas früher in den Wirkbereich des MagnetfluBleiters 34, und der Steuerimpuls
für die Kommutierschaltung wird etwas früher ausgelöst, was zu Vereinfachungen bei der Ausgestaltung
der Kommutierschaltung führt.
Wenn sich der Rotor 53 mit dem zweipolig magnetisiei'ten Permanentmagneten 28 dreht, findet
nach je HSO0 Umlauf ein Polwechsel in dem den Hallgenerator durchsetzenden Magnetfluß statt, und
dadurch wird das Steuersignal für die Kommutierschaltung ausgelöst.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Kollektorloser Gleichstrommotor, mit einem mit Statorspulen bewickelten, ausgeprägte Pole
aufweisenden Innenstator und einem um diesen herum angeordneten Außenrotor, welcher auf seiner
Innenseite eine Permanentmagnetanordnung trägt, ferner mit einer im axialen Abstand vom Innenstator
angeordneten und an diesem gehalterten Schaltplatine, an deren dem Innenstator zugewandten Seite
und in der Nähe des Rotormagneten ein magnetflu-Bempfindliches Steuerelement zum Steuern der
Durchflutung des Innenstators in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Außenrotors vorgesehen
ist, dadurch gekennzeichnet,
daß am Innenstator (1) ein zur Lagerung des Außenrotors (53) dienendes Lagertragrohr (9)
vorgesehen ist,
daß dieses Lagertragrohr (9), vorzugsweise mittels Schrauben (8), an einer Chassis-Schale (10) angeflanscht ist, welche mit Befestigungsorganen (100)
des Motors am Einsatzort verbunden ist,
daß die Schaltplatine (18) im Bereich zwischen dieser Chassis-Schale (10) und dem Innenstator (1) neben
dem Lagertragrohr (9) angeordnet ist,
und daß das magnetflußempfindliche Steuerelement (21) von der Schaltplatine (18) weg in den
Zwischenraum (31) zwischen zwei benachbarten Statorspulen (115,116) ragt
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schaltplatine (18) die Schaltelemente (120, 121) der Kommutierschaltung des Motors
angeordnet sind.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dessen Außenrotor einen nach einer Seite offenen, als
magnetischer Rückschluß dienenden Topf aufweist, dessen Innenrand die Permanentmagnetanordnung
in Form eines radial magnetisierten ringförmigen Permanentmagneten trägt, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Permanentmagnet (28) auf der offenen Seite des Topfes (27) über das Blechpaket
(12) des Innenstators (1) hinausragt
und daß neben diesem über den Innenstator (1) hinausragenden Abschnitt des Permanentmagneten
(28) das magnetflußempfindliche Steuerclement (21) angeordnet ist.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pollücken im Bereich des über den
Innenstator (1) hinausragenden Abschnitts des Permanentmagneten (28) in Drehrichtung so vorverlegt sind, daß sie etwas früher in den Wirkbereich
des magnetflußempfindlichen Steuerelements (21) kommen und der Steuerimpuls für die Kommutierschaltung etwas früher ausgelöst wird.
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