DE2726948A1

DE2726948A1 - Brushless DC motor commutation and control system - operates using coded disc rotating between phototransistor and LED

Info

Publication number: DE2726948A1
Application number: DE19772726948
Authority: DE
Inventors: Johannes Von Der Dipl In Heide
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1979-01-04

Abstract

The brushless DC motor has optoelectronic commutation andcontrol. The opto electric device is located at one end of the motor and consists of a coded disc (12). This disc is rigidly attached to the motor shaft (11). This disc is situated in a special chamber and it interrupts the light reaching a phototransistor from an LED. The walls that axially limit the chamber consists of circuit boards (17, 18). One of the circuit boards carries the phototransistor and the other circuit boards is used to support the LED.

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor Brushless DC motor

mit optoelektronischer Vorrichtung Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit optoelektronischer Kommutierung und/oder Regelungsvorrichtung, deren Impulsgeber koaxial von der Motorwelle angetrieben und innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist. with optoelectronic device The invention relates to a collectorless device DC motor with optoelectronic commutation and / or control device, whose pulse generator is driven coaxially by the motor shaft and inside the motor housing is arranged.

Bei solchen Motoren besteht ein Problem darin, unter Wahrung kompakter Abmessungen der Gesamtanordnung nicht nur die Wärmeabfuhr befriedigend im Sinne örtlicher Höchsttemperaturen zu gestalten, sondern auch bei möglichst geringem Aufwand eine konstruktiv gute und fertigungsgerechte Anordnung der Bauelemente, d.h. insbesondere eine genaue Positionierung der optoelektronischen Bauelemente zu erreichen, das heißt auch im Sinne minimaler Lötarbeit unter Verwendung gedruckter Schaltungen möglichst wenig Lötstellen zu benötigen, also auch eine einfache und sichere Montage zu erreichen.A problem with such engines is keeping them more compact Dimensions of the overall arrangement not only satisfactory in terms of heat dissipation local maximum temperatures, but also with the least possible effort a structurally good and production-oriented arrangement of the components, i.e. in particular to achieve precise positioning of the optoelectronic components that Also means in the sense of minimal soldering work using printed circuits to require as few soldering points as possible, so also a simple and safe assembly to reach.

Die Bestückung der gedruckten Schaltungen für die Kommutierung und/oder Regelvorrichtung wird sich im allgemeinen aus den vorliegenden Einbauverhältnissen ergeben, d.h. daß bei geringem Platzangebot nur wenige elektronische Bauelemente am Motor als innere Elektronik und die sonst erforderlichen Bauelemente als separate Baueinheit in räumlicher Distanz zum Motor als äußere Elektronik angeordnet sind. Die Zuordnugn vieler elektronischer Bauelemente zur inneren Elektronik erhöht die Kompaktheit der Gesamtanordnung, erfordert aber konstruktiven Aufwand für den Zugang zu Einstellgliedern, z.B. zu erfordert lichen Einstellpotentiometern.The assembly of the printed circuits for the commutation and / or The control device is generally based on the existing installation conditions result, i.e. that only a few electronic components are available when there is little space on the motor as internal electronics and the otherwise required components as separate Assembly are arranged at a spatial distance from the engine as external electronics. The assignment of many electronic components to the internal electronics increases the Compactness of the overall arrangement, but requires structural effort for access to setting elements, e.g. to required setting potentiometers.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die optoelektronische Vorrichtung im Stirnbereich des Motors, abseitig vom diesem hinter einer Zwischenwand, in welcher ein Lager der Motorwelle sich befindet, in einem axialen Vorraum angeordnet ist, wobei eine fliegend gelagerte Signalscheibe mindestens eine mit der Rotorwelle konzentrische Signal spur mit Kontrastmarkierung auf dem Umfang aufweist und wobei der Vorraum axial gesehen sich als symmetrische Ausnehmung im Motorgehäuse darstellt, in welcher Ausnehmung wenigstens ein Träger optoelektronischer Elemente formschlüssig positionsgerecht eingesetzt ist.The object is achieved in that the optoelectronic device in the front area of the engine, apart from this behind a partition in which a bearing of the motor shaft is located, is arranged in an axial antechamber, wherein an overhung signal disk is at least one concentric with the rotor shaft Signal trace with contrast marking on the perimeter has and where seen axially, the vestibule appears as a symmetrical recess in the motor housing, in which recess at least one carrier of optoelectronic elements is positively locked is inserted in the correct position.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Träger als gleichseitige (quadratische) oder vieleckige Platten (17, 18) mit gedruckten Leiterbahnen ausgebildet und in dem entsprechend gestalteten (quadratischen oder vieleckigen) Querschnitt der Ausnehmung (2) angeordnet sind.A further development provides that the carriers as equilateral (square) or polygonal plates (17, 18) formed with printed conductor tracks and in the correspondingly designed (square or polygonal) cross-section of the recess (2) are arranged.

Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung sind zwei Trägerplatten (17, 18) beidseitig der lichtdurchlässigen, mit schwarzen Markierungsfeldreihen versehenen Signalscheibe angeordnet, wobei in beiden Trägerplatten (17, 18) axial übereinander und über eine Signal spur jeweils die Partrer je Signal spur (Markierungsfeldreihe) mindestens eines optoelektronischen Elementenpaares (lichterzeugendes und fotoelektrisches Empfangselement) angeordnet sind.According to an additional development, two carrier plates (17, 18) on both sides of the translucent rows of black marking fields Signal disc arranged, wherein in both support plates (17, 18) axially one above the other and via a signal lane the partner for each signal lane (row of marking fields) at least one pair of optoelectronic elements (light-generating and photoelectric Receiving element) are arranged.

Als weitere Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die eine Platte als Senderplatte, z.B. mit Leuchtdioden, Fest-und Einstellwiderständen, die durch ihre vorteilhafte räumliche Anordnung und entsprechenden Aussparungen von außen einstellbar sind, und die zweite Platte als Empfängerplatte, z.B. mit Fototransistoren, integrierten Verstärkern, ausgelegt ist. Der geringe Abstand zwischen Sender-und Empfängerplatte und die vorteilhafte mechanische Fixierung beseitigt den Einfluß von unerwünschten Störungen bei den Nutzsignalen. Dies gilt vor allem für die Anordnung der Verstärker für jeingeteilte Signalspuren.As a further embodiment it is provided that a plate as Transmitter plate, e.g. with light-emitting diodes, fixed and setting resistors, which are set by their advantageous spatial arrangement and corresponding recesses adjustable from the outside and the second plate is integrated as a receiver plate, e.g. with phototransistors Amplifiers, is designed. The small distance between the transmitter and receiver plate and the advantageous mechanical fixation eliminates the influence of undesirable Disturbances in the useful signals. This is especially true for the arrangement of the amplifiers for each divided signal tracks.

Bei größerer Baulänge ist auch ein Teil der in der Regel als "äußere" Elektronik in einer separaten Baueinheit vorhandenen Kommutierungs-oder Regelungselektronik auf einer weiteren Platte der "inneren" Elektronik im Motor zuzuordnen, so daß Motor und Elektronik eine äußerst kompakte Einheit bilden. Die Leistungsstufen sind jedoch stets "äußere" Elektronik.In the case of a larger overall length, part of the usually called "outer" Electronics in a separate structural unit available commutation or control electronics on another plate of the "inner" electronics in the motor, so that motor and electronics form an extremely compact unit. The power levels are, however always "external" electronics.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.Further advantageous refinements of the invention emerge from the drawings and the following description as well as from the claims.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung und zwar: Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Schrittmotor nach der Erfindung, Fig. 2 eine Trägerplatte mit daran befestigtem Vielpolstecker, (beide Figuren in doppeltem Maßstab) Fig. 3 in natürlicher Größe die eine Trägerplatte, Fig. 4 in natürlicher Größe die andere Trägerplatte (die der Fig. 2) Fig. 5 zeigt im Schnitt parallel zur Bewegungsrichtung im Strahlengang die ortsfeste Feinteilung mit einem Teilungssprung zwischen zwei benachbarten Optoelektronik-Elementen-Paaren sowie die rotierende Signalscheibe ebenfalls im Strahlengang, Fig. 6 erläutert die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 5 zur Erkennung der Drehrichtung, Fig. 7 stellt in natürlicher Größe eine Signalscheibe mit nur einer radial mittleren Kontrastfeldreihe mit sogenannten Graukeilen für nicht sprunghaften Helligkeitsübergang an den Kontratsfeldrändern dar, während Fig. 9 in entsprechender Weise drei radiale, in der Mitte befindliche parallele Signalspuren, die ebenfalls zur inkrementalen Positionsregelung verwendet werden, zeigt. In Fig. 8 sind drei Signalspurbahnen in linearer Darstellung abgewickelt dargestellt mit quer oder radial sich erstreckendem Träger für drei Elektronik-Paare.The drawings show embodiments according to the invention and although: Fig. 1 shows the longitudinal section through a stepping motor according to the invention, Fig. 2 a carrier plate with attached multi-pole plug, (both figures in double Scale) Fig. 3 in natural size the one carrier plate, Fig. 4 in natural size Size of the other carrier plate (that of Fig. 2) Fig. 5 shows in section parallel the fixed fine graduation with a graduation jump for the direction of movement in the beam path between two adjacent pairs of optoelectronic elements as well as the rotating one Signal disk also in the beam path, Fig. 6 explains the operation of the Arrangement according to FIG. 5 for recognizing the direction of rotation, FIG. 7 represents in a more natural way Size of a signal disc with only one radial middle row of contrasting fields with so-called Gray wedges for a non-abrupt transition in brightness at the edges of the contrasting field represents, while Fig. 9 in a corresponding manner three radial, located in the middle parallel signal tracks that are also used for incremental position control will shows. In Fig. 8, three signal tracks are developed in a linear representation shown with transversely or radially extending carrier for three electronics pairs.

Fig.lo zeigt schließlich eine Weiterbildung der Anordnung, wie sie zur Signalscheibe nach Fig. 7 gehört.Finally, Fig.lo shows a development of the arrangement as it belongs to the signal disc according to FIG.

Im Einzelnen zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines als Schrittmotor betriebenen, erfindungsgemäßen Motors, dessen Aufbau in der Schweizerischen Patentanmeldung o15 906/75 und dessen Wirkungsweise in den Schweizerischen Patentanmeldungen o13 537/74 und ool 655/75 beschrieben ist, auf welche Anmeldungen zur Vermeidung unnötiger Längen Bezug genommen wird.In detail: FIG. 1 shows a longitudinal section through an exemplary embodiment a motor according to the invention operated as a stepper motor, the structure of which is shown in FIG Swiss patent application o15 906/75 and its mode of operation in the Swiss Patent applications o13 537/74 and ool 655/75 is described on which applications reference is made to avoid unnecessary lengths.

Das Motorgehäuse 1 weist am Umfang radial gerichtete Kühl rippen 11 auf. (Diese können selbstverständlich auch axial gerichtet, also parallel zur Zeichnungsebene verlaufend sein.)Die Zwischenwand 3 ist im Ausführungsbeispiel an einem Absatz 4 der zylindrischen Ausnehmung 5 aufgesetzt. Die Ausnehmung 5, die den eigentlichen elektromotorischen Teil aufnimmt, ist zylindrisch, hingegen die Ausnehmung 6 prismatisch mit quadratischer Grundfläche. In der Zwischenwand 3 befindet sich ein Lager 7, welches in Verbindung mit dem rechten Lager 8 im Flansch 80 die Lagerung des Rotors lo der ein nutenloser, permanentmagnetischer Zylinderkörper ist, bildet. Stirnseitig am Lager 7 in der Zwischenwand 3 sitzt eine eng tolerierte Wellenbuchse 13, die die Signalscheibe 12 trägt, so daß die Konzentrizität der Signalscheibe 12 auf der Buchse 13 gewährleistet jst Die Signalscheibe 12 hat über dem Umfang Signal spuren mit Kontrastfeldern. Die Trägerplatte 17 liegt nahe über dem Boden 9 der Zwischenwand 3 an je einem axialen Vorsprung 15 in jeder Ecke des quadratischen Querschnittes des Raumes 2 auf und trägt als sogenannte "Senderplatte" in Ausnehmungen lichterzeugende Dioden (LED) mit deren festen und justierbaren Vorwiderständen (Drehpotentiometer), die in Vertiefungen der an den Wickelkopf angepaßten, axial überall gleich dicken Zwischenwand 3, 9 ragen.The motor housing 1 has radially directed cooling ribs 11 on the circumference on. (These can of course also be directed axially, i.e. parallel to the plane of the drawing In the exemplary embodiment, the partition 3 is on a shoulder 4 placed on the cylindrical recess 5. The recess 5, which is the actual The electromotive part is cylindrical, whereas the recess 6 is prismatic with a square base. In the partition 3 there is a bearing 7, which in connection with the right bearing 8 in the flange 80 the bearing of the rotor lo which is a slotless, permanent magnetic cylinder body, forms. Front side on the bearing 7 in the partition 3 sits a shaft bushing 13 with close tolerances, which the signal disc 12 carries so that the concentricity of the signal disc 12 on the Socket 13 ensures jst The signal disc 12 has signal traces over the circumference with contrast fields. The carrier plate 17 is close to the bottom 9 of the partition 3 on an axial projection 15 in each corner of the square cross-section of the room 2 and carries light-generating as a so-called "transmitter plate" in recesses Diodes (LED) with their fixed and adjustable series resistors (rotary potentiometer), those in depressions of the adapted to the winding head, axially the same thickness everywhere Partition 3, 9 protrude.

Die quadratische Trägerplatte 17 wird in doppeltem Maßstab in F i g u r 2 ohne gedruckte Leiterbahnen und in natürlicher Größe in F i g u r 4 dargestellt.The square support plate 17 is shown on a double scale in F i g u r 2 without printed conductor tracks and shown in natural size in Fig. 4.

In der rechten oberen und linken unteren Ecke der Ausnehmung 2 es Gehäuses 1 befindet sich je ein axial gerichteter Paßstift, der in die eng tolerierten, durch Stanzen trotzdem billig herstellbaren Ausnehmungen 40, 41 der Platte 17 greift und diese mit ihren wiederum in Ausstanzungen genau positionierten optoelektronischen Bauelementen exakt fixiert. Die Ausnehmungen 40, 41 (30, 31) sind zum Teil durch einen Pfeil markiert, der auf das Zentrum dieser Ausnehmung weist.In the upper right and lower left corners of the recess 2 it Housing 1 is each an axially directed dowel pin, the into the tightly tolerated recesses that can still be produced cheaply by punching 40, 41 of the plate 17 engages and this with their turn in cutouts exactly positioned optoelectronic components exactly fixed. The recesses 40, 41 (30, 31) are partly marked by an arrow pointing to the center of this Recess has.

Die Platte 17 trägt auf der Rückseite die gestrichelt eingezeichneten Drehpotentiometer 21, 22, 23, 24, 25, welche im Falle der F i g u r 2 jeweils eine Uffnung 21, 22', 23', 24', 25' in der Platte 17 mit Zugang zum Drehknopf haben. Diese großvolumigen und damit im aligemeinen billigeren Bauelemente ragen in für diesen Zweck ausgestaltete Vertiefungen des Raumes 2' zwischen der Platte 17 und der Zwischenwand 3, 9. Im Bereich der Signalscheibe 12 weist die ihr zugekehrte Seite der Platte 17 keine Lötstellen auf, so daß die Signalscheibe 12 in unmittelbarer Nähe zur Platte 17 umlaufen kann. Die Trägerplatte 17 trägt am unteren Ende einen 20poligen. Anschlußstecker 47, dessen Kontakstifte im Stecker abgewinkelt am einen Ende jeweils in die Platte 17 eingesteckt und mit den Enden gedruckter Leiterbahnen auf der Platte 17 verlötet sind. The plate 17 carries the dashed lines on the back Rotary potentiometers 21, 22, 23, 24, 25, which in the case of FIG. 2 each have a Have opening 21, 22 ', 23', 24 ', 25' in the plate 17 with access to the rotary knob. These large-volume and thus generally cheaper components protrude in for this purpose designed wells of the space 2 'between the plate 17 and the partition 3, 9. In the area of the signal disc 12, the one facing it Side of the plate 17 no solder points, so that the signal disc 12 in the immediate Proximity to the plate 17 can circulate. The carrier plate 17 carries a at the lower end 20-pin. Connector 47, the contact pins in the connector angled at one Each end inserted into the plate 17 and with the ends of printed conductor tracks are soldered on the plate 17.

Die beidseitig mit gedruckten Leiterbahnen versehene Schaltplatte 17 fixiert in den Uffnungen 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 optoelektronische Elemente (hier lichtemittierende Dioden (LED), deren optisch aktive Seite dem Betrachter zugewendet ist, während in den entsprechenden Ausnehmungen 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 der F i g u r 3 die komplementären Elemente, nämlich Fototransistoren, sitzen, deren optisch-aktive Seite jedoch in Blickrichtung des Betrachters der F i g u r 3 auf die Scheibe 12 hingerichtet ist.The circuit board with printed conductors on both sides 17 fixes optoelectronic elements in the openings 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 (here light-emitting diodes (LED), the optically active side of which is visible to the viewer is facing, while in the corresponding recesses 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 of FIG. 3 the complementary elements, namely phototransistors, are seated, their optically active side, however, in the direction of view of the viewer in FIG 3 is executed on the disk 12.

solche zwei einander gegenüberliegende komplementäre Elemente seien Optoelektronik-Paare genannt.) So ist vorteilhaft die Trägerplatte 18 über ihre Uffnungen 30, 31 auf den Paßstiften 99 (wie die Platte 17 über die Uffnungen 40, 41) in ihrer Position eng fixiert, jedoch sind die beiden Trägerplatten 17 und 18 beiderseits der Signalscheibe 12 und die Platte 18 auf der vom Motor abgewandten Seite in allen vier Ecken der quadratischen Gehäuseausnehmung 2 zueinander durch Distanzbuchsen 37 axial zueinander distanziert und gleichreiti-^r 9 gere ins tm der Schrauben 38 am Gehäuse 1, 3, 9 befestigt.such two opposing complementary elements Optoelectronic pairs called.) So the carrier plate 18 is advantageous over their Openings 30, 31 on the dowel pins 99 (like the plate 17 over the openings 40, 41) are tightly fixed in their position, but the two carrier plates 17 and 18 are on both sides of the signal disc 12 and the plate 18 on the one facing away from the engine Page in all four corners of the square housing recess 2 through to each other Spacer bushings 37 axially spaced from one another and equidistant ^ r 9gere ins tm the screws 38 attached to the housing 1, 3, 9.

In der Trägerplatte 18 greifen diese Mittel 37, 38 in die Uffnungen 43, 44, 45 und 46.In the carrier plate 18, these means 37, 38 engage in the openings 43, 44, 45 and 46.

Die diagonale Anordnung der Paßstifte 99 durch die Uffnungen 30, 4obzw. 31, 41 erleichtert die aufeinanderfolgende Montage und führt dazu, daß die Platten zwangsläufig mit der richtigen Seite in die Ausnehmung des Motorgehäuses eingesetzt werden.The diagonal arrangement of the dowel pins 99 through the openings 30, 4obzw. 31, 41 facilitates the successive assembly and leads to the fact that the panels necessarily inserted with the correct side into the recess of the motor housing will.

Der in der F i g u r 1 in der oberen Hälfte gezeichnete Paßstift, ebenso in der unteren Hälfte die gezeigte Schraube sind gestrichelt angedeutet, weil sie nicht in echtem Abstand zur Motorachse dargestellt sind. Die Uffnungen 77 oder 78 der Trägerplatte 17, 18 umgreifen mit freiem Spiel abstand jedes in ihnen rotierende oder ruhende andere Teil der Motoranordnung.The dowel pin drawn in the upper half of FIG. 1, also in the lower half the shown screws are indicated by dashed lines, because they are not shown in real distance to the motor axis. The openings 77 or 78 of the support plate 17, 18 grip around with free clearance each in them rotating or resting other part of the motor assembly.

In der Platte 17 werden durch die Uffnungen 21' bis 25' die Potentiometer nach Einsetzen der Platine in einem ersten Arbeitsgang justiert, während in einem zweiten, späteren Arbeitsgang nach Einsetzen der Signalscheibe und vor Verschließen des Gehäuses 1 mit dem eingesetzten Abschlußdeckel loo eine letzte Feinjustierung der Potentiometer 21, 24, 25 durch die nur in der Platte 18 noch vorhandenen, entsprechend zugeordneten Uffnungen 21", 24", 25" stattfindet.In the plate 17, the potentiometers are through the openings 21 'to 25' after inserting the board adjusted in a first step, while in a second, later work step after inserting the signal disc and before closing of the housing 1 with the inserted cover plate loo a final fine adjustment the potentiometer 21, 24, 25 by the only remaining in the plate 18, accordingly associated openings 21 ", 24", 25 "takes place.

Auf der Platte 18 sind in den Bereichen 87 bis 9o je drei freie Kontaktenden zur Beschaltung zweier nebeneinander liegender, integrierter Verstärker 48, 49 für die Feinraster-Signale mit je 6 Anschlüssen (2 x 3 je Seite) vorhanden. Eine Beeinflussung des Nutzsignales durch Störimpulse wird durch die kurzen Leitungen vermieden.On the plate 18 there are three free contact ends in each of the areas 87 to 9o for connecting two integrated amplifiers 48, 49 lying next to each other for the fine grid signals with 6 connections each (2 x 3 per side) are available. An influence of the useful signal through interference pulses is avoided by the short lines.

Wie F i g u r 2 erkennen läßt, trägt die in F i g u r 7 in natürlicher Größe dargestellte Signalscheibe 12 auf drei verschiedenen Durchmessern Signal bahnen.As Fig. 2 shows, the one in Fig. 7 is more natural Size signal disc 12 shown on three different diameters signal paths.

Der innere Kreis, dem die Uffnungen 56, 57 unter einem geometrischen Winkel von 9o° einander zugeordnet sind, weist mit seinen zugehörigen optoelektronischen Elementen (LED) auf eine über 1800 (geometrisch) sich erstreckende schwarze bzw. weiße Signal bahn für die Kommutierung ztrr Umschaltung des Stromes in den Statorwicklungen des Motors, so daß sich eine Drehfeldwirkung auf den Rotor ergibt.The inner circle, which the openings 56, 57 under a geometric Angle of 9o ° are assigned to each other, points with its associated optoelectronic Elements (LED) on a black resp. white signal path for the commutation for switching the current to the Stator windings of the motor, so that there is a rotating field effect on the rotor.

Der mitt-lere Kreis, dem die Uffnungen 53, 54, 55 - unter einem geometrischen Winkel von jeweils 600 - zugeordnet sind, weist mit seinen zugeordneten optoelektronischen Elementen (LED) nicht auf eine wie auf dem inneren Kreis mit einem Rechteck-Impuls versehene Signalbahn, sondern auf eine Signalbahn mit sogenannten Graukeilen, die am Anfang und Ende des Schwarzfeldes einen fließenden Obergang haben und so eine weichere Impulform erzeugen, wie das im einzelnen und in den zwei letzten der drei genannten Schweizer Patentanmeldungen bereits beschrieben ist. Die Anordnung der drei optoelektronischen Elemente durch räumliche Versetzung auf gleichen Durchmesser und Zuordnung zu nur einer Signalbahn bringt im Gegensatz zu der in F i g u r 8 und in den Patentanmeldungen gezeigten Anordnung den Vorteil, daß die drei notwendigen Signale aus einer Signalbahn genommen werden können, weil man nicht mehr wie dort für jede der Uffnungen 53, 54, 55 und ihre zugehörigen optoelektronischen Bauelemente eine separate radiale Signal spur, die auch unterschiedlich gekrümmt ist, braucht. So ergibt sich auch als Vorteil, daß die Krümmung und die Beaufschlagung der Graukeile auf die optoe,ektronischen Bauteile gleichmäßig ist.The middle circle to which the openings 53, 54, 55 - under a geometric one Angles of 600 each - are assigned, points with its assigned optoelectronic Elements (LED) not on one like on the inner circle with a square pulse provided signal path, but on a signal path with so-called gray wedges, the have a flowing transition at the beginning and end of the black field and something like that produce softer impulses, like the one in particular and in the last two of the three mentioned Swiss patent applications is already described. The arrangement of the three optoelectronic elements by spatial displacement to the same diameter and assignment to only one signal path brings in contrast to that in FIG. 8 and the arrangement shown in the patent applications has the advantage that the three necessary Signals from a signal path can be taken because you no longer like there for each of the openings 53, 54, 55 and their associated optoelectronic components a separate radial signal track, which is also curved differently, needs. This also has the advantage that the curvature and the application of the gray wedges on the optoe, electronic components is even.

Der äußere Kreis, dem die Uffnungen 51, 52 unter einem geometrischen Winkel von etwa loO zugeordnet sind, weist mit seinen zugeordneten optoelektronischen Elementen (LED) auf die auf dem Träger 18 befindlichen komplementären Bauteile und die zugehörigen Uffnungen 61, 62 im Träger 18 für die Lichtstrahlen hin. Ober diese Uffnungen 61, 62 ist im Strahlengang ein feines Raster auf einer Platte 82 mit einer Teilung in der Größenordnung von 10 aufgeklebt, welches aus zwei Hälften besteht, die um ein halbes weißes oder schwarzes Feld zueinander versetzt sind. Die zugehörige umlaufende Signalbahn auf der Signalscheibe 12 weist eine scharfe Schwarz-Weiß-Markierung auf. Wie F i g u r 5 / 6 zeigen,. ergibt dann das Signal des zweiten optoelektronischen Elementenpaares im Vergleich zum ersten eine Spannung, die in der einen Drehrichtung des Rotors um 9o° el. voreilt und in umgekehrter Drehrichtung um 9o0 nacheilt. Die äußere Spur dient so z.B. zur Drehrichtungserkennung, während der mittlere Kreis zur inkrementalen Regelung der Position dient.The outer circle, which the openings 51, 52 under a geometric Associated with angles of approximately loO, points with its associated optoelectronic Elements (LED) on the complementary components located on the carrier 18 and the associated openings 61, 62 in the carrier 18 for the light rays. About this Openings 61, 62 is a fine grid on a plate 82 with a Division of the order of 10 glued on, which consists of two halves, which are offset from one another by half a white or black field. The associated The circumferential signal path on the signal disc 12 has a sharp black and white marking on. As F i g u r 5/6 show. then gives the signal of the second optoelectronic Pair of elements compared to the first have a voltage that is in one direction of rotation of the rotor leads 9o ° el. and lags 9o0 in the opposite direction of rotation. the outer track serves e.g. to detect the direction of rotation, during the middle circle is used for incremental control of the position.

Im Ausführungsbeispiel ist die Platte 17 als Senderplatte, das heißt mit Leuchtdioden, festen und einstellbaren Vorwiderständen und die Platte 18 als Empfängerplatte, das heißt mit Fototransistoren und zwei integrierten Verstärkern ausgelegt. Die Signalgestaltung erfolgt durch die Signalbahnen der Signalscheibe 12,die zwischen den Platten 17 und 18 rotiert.In the exemplary embodiment, the plate 17 is a transmitter plate, that is with light emitting diodes, fixed and adjustable series resistors and the plate 18 as Receiver plate, i.e. with phototransistors and two integrated amplifiers designed. The signal design takes place through the signal paths of the signal disc 12, which rotates between the plates 17 and 18.

Zwischen den Trägerplatte 17 und 18 ist eine Anzahl von Schaltverbindungen ;nötig. Sie werden zweckmässigerweise nicht, wie dargestellt, durch Kontaktstifte, sondern durch einen kurzen flexiblen Kunststoffstreifen mit parallelen Leiterbahnen, die auf beiden Platten zu den Lötanschlüssen führen, billiger hergestellt.There are a number of circuit connections between the carrier plates 17 and 18 ;necessary. Appropriately, they are not, as shown, by contact pins, but by a short flexible plastic strip with parallel conductor tracks, which lead to the soldering connections on both plates, manufactured more cheaply.

Der an der Platte 17 befestigte vielpolige Steckerblock 47, dessen platinenseitige Kontaktstiftenden in die gedruckte Schaltung eingreifen und in Ausstanzungen den Platte 17 eingesteckt und dort auch verlötet sind, gewährt unmittelbaren Steckerkontakt im oder am Motor. Die externe Elektronik benötigt eine relativ große Anzahl von Zwischenverbindungen, beispielsweise 18, so daß ein solcher hochpoliger, als Fertigteil kaufbarer Stecker direkt am Motor in wirtschaftlichem Sinne vorteilhaft ist. Die Wand 9 der Zwischenwand 3 weist Uffnungen 72, 73 auf, welche die notwendigen 4 oder 8 Zuleitungen zur Spulenanordnung 74, 75 des Motors aufnehmen.The attached to the plate 17 multipolar connector block 47, whose Board-side contact pin ends engage in the printed circuit and punched out the plate 17 is inserted and also soldered there, ensures direct plug contact in or on the engine. The external electronics require a relatively large number of Intermediate connections, for example 18, so that such a multi-pole, as a prefabricated part Buyable plug directly on the engine is advantageous in an economic sense. the Wall 9 of the intermediate wall 3 has openings 72, 73, which the necessary 4 or 8 take up leads to the coil assembly 74, 75 of the motor.

F i .g u r 8 zeigt eine Anordnung mit drei radial hintereinander angeordneten Optoelektonik- Elementenpaaren auf dem Träger 104 quer über drei Signal spuren lol, 102, 103, die zweckmässigerweise radial in der Mitte der Gesamtspurbreite einer Signalscheibe, wie sie F i g u r 9 zeigt, angeordnet wird. Die Spur mit der Feinteilung wird wegen des größeren Umfanges und damit wegen der besseren Ausprägung der schwarz-weißen Sprünge auf der äußeren Bahn und die Signalspur für die Kommutierung mit ihrer großen Teilung ohne Nachteil auf die innere, ungünstigerweise stark gekrümmte Bahn angeordnet.FIG. 8 shows an arrangement with three radially arranged one behind the other Optoelectronic element pairs on the carrier 104 across three signal tracks lol, 102, 103, which expediently radially in the middle of the total track width of a Signal disc, as shown in FIG. 9, is arranged. The track with the fine division is because of the larger size and thus because of the better expression of the black and white Jumps on the outer track and the signal track for commutation with its large one Division arranged without disadvantage on the inner, unfavorably strongly curved path.

Eine solche Anordnung baut radial größer als eine gemäß F i g. 7, welche eine einzige Spur, jedoch drei über ihrem Umfang um 6 o zueinander verteilte Uffnungen 53, 54, 55; 63, 64, 65 und die zugehörigen Optoelektronik-Elementenpaare auf den Platten 17 und 18 nach den F i g u r e n 2 und 3 aufweist, hat jedoch den Vorteil, daß die gewünschte Schrittzahl pro Umdrehung, die bei Schrittbetrieb durch Austausch der Signalschibe fahrbar sein soll, nur der Bedingung unterliegt, daß sie durch 3 teilbar sein muß.Such an arrangement is radially larger than one according to FIG. 7, which a single track, but three distributed over its circumference by 6 o to each other Openings 53, 54, 55; 63, 64, 65 and the associated optoelectronic element pairs on the plates 17 and 18 according to FIGS. 2 and 3, but has the Advantage that the desired number of steps per revolution, which is achieved with step operation Exchange of the signal disc should be mobile, only subject to the condition that it must be divisible by 3.

Demgegenüber baut die für die Integration innerhalb eines Motors besonders geeignete Anordnung nach F i g u r 7 radial sehr kompakt, da zwei von fünf Signalspuren (im Vergleich zu F i g. 9) entfallen, hat jedoch bezüglich der Anzahl möglicher Schrittzahlen durch Austausch der Signalscheibe weniger Möglichkeiten, da zusätzliche einschränkende Bedingungen bestehen gegenüber einer Anordnung gemäß den F i g u r e n 8 und 9. Die Eigenschaften gelten für optoelektronische Steuerscheiben von Schrittmotoren generell unabhängig von der sonstigen Motoranordnung.On the other hand, it is specially designed for integration within a motor suitable arrangement according to FIG. 7 radially very compact, since two out of five signal tracks (in comparison to FIG. 9) is omitted, but has more possible in terms of number Number of steps by exchanging the signal disc fewer possibilities, as additional restrictive conditions exist compared to an arrangement according to FIGS r e n 8 and 9. The properties apply to optoelectronic control disks from Stepper motors generally independent of the other motor arrangement.

F i g u r lo zeigt eine Weiterbildung der Anordnung gemäß einer Signalscheibe nach F i g u r 7, wobei von drei Optoelektronikpaaren die drei Empfängerelemente auf einer Seite durch eine Sammellinse 114 und einen einzigen Fototransistor 107 ersetzt sind.F i g u r lo shows a further development of the arrangement according to a signal disc according to FIG. 7, whereby of three optoelectronic pairs the three receiver elements on one side by a converging lens 114 and a single phototransistor 107 are replaced.

Die Erfindung ermöglicht einen axial und radial kompakten Schrittmotor mit integrierter. optoelektronischer Vorrichtung mit der Vari ati onsmögl i chkei t verschiedener Schrittzahlen durch Einsatz verschieden codierter, das heißt unterschiedlich geteilter, austauschbarer Signal scheiben.The invention enables an axially and radially compact stepper motor with integrated. optoelectronic device with the Vari ati onsmögl i chkei t different numbers of steps by using differently coded, i.e. different split, interchangeable signal discs.

Die Erfindung gewährt eine kompakte, montagemäßig einfache und sichere Herstellung eines eingangs genannten Motors, insbesondere bei der Verwendung als Schrittmotor, wo eine komplexere Elektronik, Variationsmöglichkeiten im praktischen Betrieb, also eine erhöhte Kombinierbarkeit auf Seiten der Motorelektronik wie auch der externen Regelungselektronik nötig sind.The invention provides a compact, easy to assemble and safe Production of a motor mentioned at the beginning, especially when used as a Stepper motor where a more complex electronics, possible variations in the practical Operation, i.e. increased combinability on the part of the engine electronics as well the external control electronics are necessary.

Die Erfindung läßt sich bei mechanisch kommutierten Elektromotoren unter Entfall der entsprechenden (im allgemeinen inneren) Signalspur vorteilhaft anwenden.The invention can be applied to mechanically commutated electric motors advantageous with omission of the corresponding (generally inner) signal track use.

Claims

Patent - Claims Brushless DC motor with optoelectronic Commutation and / or control device whose pulse generator is coaxial with the Motor shaft is driven and arranged within the motor housing, d a d u r c h e k e k e n n n e i c h n e t that the optoelectronic device in the forehead area of the engine, apart from this behind a partition (3, 9), in which a Bearing (7) of the motor shaft (11) is located in an axial antechamber (2, 2 ') is, with an overhung signal disc (12) at least one with the rotor shaft having concentric signal trace with contrast marking on the circumference and wherein The vestibule is seen axially as a symmetrical recess in the motor housing (1), in which recess at least one carrier (17) of optoelectronic elements is positively locked is inserted in the correct position.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the carrier as Equilateral (square) or polygonal plates (17, 18) with printed conductor tracks formed and in the appropriately designed (square or polygonal) Cross section of the recess (2) are arranged.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that two Carrier plates (17, 18) on both sides of the translucent rows with black marking fields provided signal disc are arranged, wherein in both support plates (17, 18) axially one above the other and via a signal lane, the partners for each signal lane (row of marking fields) at least one pair of optoelectronic elements (light-generating and photoelectric Receiving element) are arranged.

4. Motor according to claim 3, characterized in that the element pairs at least partially from a light emitting diode (LED) and a phototransistor exist.

5. Motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that that a carrier plate (transmitter plate 17) light-generating elements and the other (Receiver plate 18) has only light receiving.

6. Motor according to one of claims 2 to 5, characterized in that that at least one similar, additional carrier plate in the housing (1) circuit elements has whose conductor tracks are conductive with those of the other carrier plates (17, 18) are connected.

7. Motor according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the adjustable series resistors (21) of the light-generating elements in depressions the partition (3, 9) protrude.

8. Motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that that in two diagonally opposite corners of the recess (2) dowel pins, which are fastened in the housing (1) in recesses (40, 41; 30, 31) in the plates (17; 18) grab.

9. Motor according to one of claims 2 to 8, characterized in that that the carrier plates (17, 18) by a flexible plastic strip with parallel Conductor tracks over their two connection ends in their printed circuits are conductively connected to each other.

lo. Motor according to one of Claims 1 to 9, characterized in that that at least one plate (17) is firmly connected to a multi-pole plug, the Contact elements inserted with their rear ends in the plate and with their Conductors are connected.

11. Motor according to one of claims 5 to 8, characterized in that that the carrier plates in the corners by spacer (38) and screw (37) in Position to each other and are fixed in the housing.

12. Motor according to one of claims 4 to 11, characterized in that that the receiver plate (18) is the amplifier electronics for a finely divided track the signal disc carries.

13. Motor according to one of claims 1 to 12, characterized in that that at least on one plate (17) arranged on it potentiometers (21 to 25) also adjustable through openings (21 'to 25') from the other side of the plate are.

14. Motor according to claim 13, characterized in that at least a part of the potentiometer (21 to 25) through axially via corresponding openings (21 'to 25') of this one plate (17) arranged openings (21 "to 25") of the other plate (18) can be adjusted when the motor cover is lifted off (loo).

15. Motor according to one of claims 1 to 12, characterized in that that at least one potentiometer arranged on it through openings are adjustable in the motor housing (1).

16. Motor according to one of claims 6 to 15, characterized in that that at least one of the plates is a component of the electrical control or commutation circuit wearing.

17. Brushless DC motor according to one of the preceding Claims, characterized in that several for operation as a stepper motor radially spaced signal track rows are provided.

18. Commutatorless direct current motor according to claim 17, characterized in that that at least one radially middle track for position control dark fields with faded (not discontinuous) brightness transition in the direction of movement on Provides the beginning and end of each field.

19. Commutatorless direct current motor according to claim 17 or 18, characterized characterized in that the rotor is magnetized 2p-pole and each light or dark field on the radially inner signal track for commutation via 36o0 / 2p (mechanical) extends (where p = 1, 2, 3 .... n) and where with m winding groups the two optoelectronic element pairs above this track by 3600 / 2pm (mechanically) offset are arranged.

20. Commutatorless direct current motor according to one of claims 17 to 19, characterized in that the outer track of the signal disc (12) has a fine grid with a division of the order of 10 that stationary (on a the plates 17, 18) in the beam path a fine grid of the same division, but with a division jump by a quarter of the division (half field length) arranged in this way is that one optoelectronic pair before, another after the point of the division jump is arranged.

21. Motor according to one of claims 17 to 20, in particular according to claim 18, characterized in that only a single middle track with several, over the circumference of this track offset arranged optoelectronic element pairs provided is (Figure 2 in conjunction with Figure 7.)

22. Motor according to one of claims 17 to 20, in particular according to claim 18, characterized in that three middle tracks with three pairs of optoelectronic elements arranged radially one behind the other above the tracks are provided (Figures 8 and 9).

23. Motor according to claim 21 or 22, characterized in that the beginning and at the end of each contrast field of the signal traces a non-discontinuous brightness transition exhibit.