DE2850478C3 - Elektronikmotor mit einem mehrpoligen Außenläufer - Google Patents
Elektronikmotor mit einem mehrpoligen AußenläuferInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronikmotor mit einem mehrpoligen Außenläufer, der einen mit
Nord- und Südpolen besetzten Magnetkörper umfaßt und um eine Läuferachse umläuft, mit einem mehrnutigen
Ständer, der innerhalb des Außenläufers ortsfest untergebracht ist, mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen
Bauelementen, die — in radialer Richtung von der Läuferachse aus gesehen — zwischen dem
Magnetkörper und einem Rückschlußteil ortsfest in der Nähe des Außenläufers angeordnet sind und die bei
dessen Umlauf läuferwinkelstellungsabhängige Signale liefern, und mit einer elektronischen Kommutierungseinrichtung, die die Signale zugeführt erhält und zur
Stromversorgung der Ständerwicklungen vorgesehen ist.
Ein solcher Elektronikmotor mit Außenläufer ist aus der Zeitschrift »Elektrodienst«, Band 20 (1978), Sonderheft
»Standarderzeugnisse«, Seite 11, bekannt. Es handelt sich dabei um einen kollektorlosen Gleichstrommotor
mit elektronischer Kommutierung, der sich durch eine besonders große Laufruhe auszeichnet.
Dieser Elektronikmotor kann eine verhältnismäßig geringe axiale Bauhöhe aufweisen und daher insbesondere
bei flachen Geräten mit Direktantrieb, wie z. B. bei
einem Video-Kassettenrekorder, eingesetzt werden.
Bei dem bekannten Elektronikmotor dreht sich der mit Permanentmagnetpolen versehene Läufer außen
um den Ständer. Der Außenläufer ist ein ringzylinderförmiger Permanent-Magnetkörper, der von einem
metallischen Läufertopf umschlossen ist Der Magnetkörper kann insbesondere als Magnetgummi ausgebildet
sein. Dieser Gummi liegt an der Innenwand des Läufertopfes fest an. Der räumlich feststehende Ständer
ίο besteht aus einem zylindrischen Blechpaket, das mit
Nuten versehen ist, die schräg zur Läuferachse verlaufen. Der Strom fließt durch Ständerwicklungen,
die in die Nuten des Ständers eingelegt sind. Die Ständerwicklungen werden in Abhängigkeit von der
Läuferstellung durch eine elektronische Kommutierungseinrichtung so angesteuert, daß eine Drehdurchflutung
entsteht. Als Lagemelder werden zwei auf einer Trägerplatte feststehende magnetfeldempfindliche Bauelemente,
und zwar zwei Hallgeneratoren, verwendet.
Diese sind räumlich und elektrisch gegeneinander versetzt in der Nähe der Stirnseite des Läufertopfes
angeordnet. Sie ragen dabei in eine Ringnut hinein, die in der Stirnseite des Läufertopfes vorgesehen ist. In
radialer Richtung von der Läuferachse gesehen ergibt sich somit ein räumliches Hintereinander von Permanentmagnetkörper,
Hallgenerator und unterem Ende des Läufertopfes, der somit als magnetisches Riickschlußteil
wirkt. Die von den Hallgeneratoren abgegebenen läuferstellungsabhängigen Signale werden der erwähnten
Kommutierungseinrichtung zugeführt. Der Außenläufer kann eine verhältnismäßig große Polzahl
aufweisen. Es kann sich z.B. um einen 12- oder 16poligen Außenläufer und einen 24- bzw. 32nutigen
Ständer handeln.
Es war bereits erwähnt worden, daß die Nuten im Blechpaket schräg zur Läuferachse verlaufen. Der
Magnetkörper des Außenläufers weist eine Magnetisierung auf, bei der sich — in Umfangsrichtung des
ringzylinderförmigen Permanentkörpers gesehen — regelmäßig Nord- und Südpole abwechseln. Die
neutralen Linien zwischen einem jeden Nordpol und den benachbarten Südpolen verlaufen dabei parallel zur
Läuferachse. Die Kombination von schräggestellten Nuten und Magnetisierung mit achsparallelen neutralen
Linien ist wegen der genannten Forderung nach besonders großer Laufruhe des Elektronikmotors
gewählt worden.
Der bekannte kollektorlose Gleichstrommotor hat auf der einen Seite den Vorteil, daß eine axiale
Verschiebung des Rotors gegenüber dem Stator praktisch keinen Einfluß auf die Höhe der Hallspannung
der beiden Hallgeneratoren hat. Überdies können die beiden Hallgeneratoren — in axialer Richtung gesehen
— ohne weiteres um eine geringe Strecke gegeneinander verschoben sein, ohne daß unterschiedliche
Hallspannungen zu erwarten sind. Diese Eigenschaft des Elektronikmotors erspart besondere Justierarbeiten
bei der Fertigung. Auf der anderen Seite ergibt sich aber der Nachteil, daß infolge der schräg gestellten Nuten
eine aufwendige Wickeltechnik erforderlich und daß der Kupferfüllfaktor des Motors relativ klein ist.
Ferner ist aus der GB-PS 14 56 546 ein Elektronikmotor bekannt, bei dem der Läufer aus zwei einander
jeweils mit entgegengesetzten Polen gegenüberstehenden vierpoligen Ringmagneten besteht, die an ihren
Außenseiten in axialer Richtung mit Weicheisenscheiben zu einer jeweils topfförmigen Gestalt verbunden
sind. Im axialen Luftspalt sind um 180° gegeneinander
versetzt zwei flache, annähernd ringförmige Statorspulen auf einer Trägerplatte befestigt, deren Wicklungen
in Reihenschaltung verbunden sind und durch einen Schalttransistor in Abhängigkeit vom Ausgangssigna!
eines als Rotorlagegeber dienenden Hallge aerators mit
einer Spannungsquelle verbindbar sind. Um den Selbstanlauf dieses Elektronikmotors urd einen gleichmäßigen
Drehmomentverlauf zu erreichen, ist eine Gruppe von sechs auf der Trägerplatte befestigten
Permanentmagneten, die teilweise in den Luftspalt hineinragen, erforderlich sowie zwei in einer bestimmten
Lage angebrachte Weicheisenelemente. Die Polspalte der Ringmagneten verlaufen nicht in radialer
Richtung, sondern sind von innen nach außen entgegen der Drehrichtung des Motors durchgehend gekrümmt,
wobei die Krümmung der Polspalte des einen Ringmagneten — aus dem Luftspalt betrachtet —
spiegelbildlich zur Krümmung der Polspalte des anderen Ringmagneten verläuft Damit wird eine
Wechselwirkung zwischen dem Läufer und den aktiven Teilen der Statorspuien erreicht, die die Vergleichmäßigung
des Drehmomentverlaufs durch die gleichzeitige Wechselwirkung des Läufers mit der Gruppe der
Permanentmagnete und der Weicheisenelemente gestattet.
Aus der DE-OS 27 30 142, die eine Patentanmeldung mit älterem Zeitrang darstellt, ist ein Elektronikmotor
mit einem mehrpoligen Außenläufer bekannt, der einen mit Nort- und Südpolen besetzten Magnetkörper
umfaßt und um eine Läuferachse umläuft, mit einem Ständer, der innerhalb des Außenläufers ortsfest
untergebracht ist, mit magnetfeldempfindlichen Bauelementen, die ortsfest in der Nähe eines ersten Bereiches
des Außenläufers angeordnet sind und die bei dessen Umlauf läuferwinkelstellungsabhängige Signale liefern,
und mit einer elektronischen Kommutierungseinrichtung, die die Signale zugeführt erhält und zur
Stromversorgung der Ständerwicklungen vorgesehen ist, wobei jede zwischen einem Nord- und einem Südpol
des Außenläufers gelegene, erste neutrale Linie in dem den magnetfeldempfindlichen Bauelementen gegenüberstehenden
ersten Bereich parallel zur Läuferachse und entsprechende zweite neutrale Linien eines dem
Blechpaket des Ständers gegenüberstehenden zweiten Bereiches von denen des ersten Bereiches zumindest
teilweise bezüglich ihrer Lage und Richtung abweichen. Der Rotor weist im Bereich einer Polteilung in dem
ersten Bereich eine Monopol-Magnetisierungszone und in dem daran anschließenden zweiten Bereich eine
Dipol-Magnetisierungszone auf. In der Dipol-Magnetisierungszone liegen senkrecht zur Drehrichtung des
Rotors nebeneinander zwei Bereiche entgegengesetzter Magnetisierung, wobei in Drehrichtung gesehen jeweils
zwei solcher Dipolzonen aufeinanderfolgen. Diese komplizierte Magnetisierungsfolge des Rofors ist
erforderlich, um bei Verwendung einer einfachen elektronischen Kommutierungseinrichtung, insbesondere
mit nur einem einzigen Hallgenerator, ohne Reluktanzmoment ein lückenfreies Antriebsmoment zu
erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronikmotor der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, daß sich bei gleich guter Laufruhe und gleicher Unempfindlichkeit gegen Montagefehler
der magnetfeldabhängigen Bauelemente hinsichtlich ihres Versatzes in axialer Richtung eine Vereinfachung
der Herstellung ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine jede neutrale Linie zwischen einem Nord- und
einem Südpol des Außenläufers im Bereich der magnetfeldempfindlichen Bauelemente parallel zur
Läuferachse und im Bereich des Blechpakets des Ständers schräg zur Läuferachse verläuft
Der Außenläufer besitzt somit zwei Bereiche mit unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung. Bei diesem
Elektronikmotor ist es möglich und angebracht die Nuten im Blechpaket des Ständers, parallel zur
Läuferachse auszurichten. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte Herstellung des Blechpaketes, eine Vereinfachung
beim Wickeln der Ständerwicklungen und letztlich auch eine Verbilligung der Herstellung, wobei
eine Verminderung der vorteilhaften Eigenschaften des Motors (große Laufruhe, geringe axiale Bauhöhe,
einfache Montage) nicht zu befürchten ist
Eine weitere Ausbildung, die eine besonders einfache
Montage erlaubt, ergibt sich bei Zugrundelegung des erwähnten bekannten Elektronikmotors, bei dem die
magnetfeldempfindlichen Bauelemente auf einer Trägerplatte angeordnet sind und dabei in eine an der
Stirnseite des Außenläufers angebrachte Ringnut hineinragen, die von dem zylindrisch ausgestalteten
Magnetkörper und dem diesen umgebenden Läufertopf.
der als magnetischer Rückschluß wirkt, gebildet ist. Als Läufertopf wird hierbei ein den Läufer topfförmig
umfassender ferromagnetischer Körper verstanden. Diese Weiterbildung besteht darin, daß die Länge der
achsparallelen neutralen Linien etwa der Tiefe der Ringnut entspricht. Dadurch wird nur der unbedingt
erforderliche Teil des Außenläufers genau in Umfangsrichtung magnetisiert Da im allgemeinen das einzelne
magnetfeldempfindliche Bauelement um einiges kleiner ist als die Ringnut, ist beim Einbringen der Bauelemente
durch Ansetzen der Trägerplatte die richtige Justierung bereits gewährleistet. Um ein Nachjustieren zu vermeiden,
kann weiter vorgesehen sein, daß die Länge der achsparallelen neutralen Linien etwa der doppelten
Breite eines der magnetfeldempfindlichen Bauelemente entspricht.
Bei der soeben erwähnten Ausführungsform mit Ringnut kann sowohl als Läufertopf ein mitrotierendes
Rückschlußteil als auch ein feststehendes Rückschlußteil verwendet werden.
Beim erfindungsgemäßen Elektronikmotor besitzt der Außenläufer also zwei Bereiche mit unterschiedlicher
Magnetisierungsrichtung und unterschiedlicher Ausrichtung der neutralen Linien. Die magnetfeldempfindlichen
Bauelemente sind dabei im Bereich mit den achsparallelen neutralen Linien angeordet, wobei dieser
Bereich breiter ist als das jeweilige magnetfeldempfindliche Bauelement. Dadurch kann sich durch die in axialer
Richtung unterschiedliche Montage zweier magnetfeldempfindlicher Bauelemente keine Verschiebung der
Stromflußwinkel und damit keine Fehlsteuerung des Elektronikmotors ergeben. Somit hat auch ein Verziehen
der als Hallgeneratorträger vorgesehenen Trägerplatte, z. B. durch Erwärmung oder durch Alterung,
keinen Einfluß auf die Einstellung des Stromflußwinkels.
Die bisher gestellten Anforderungen an die Genauigkeit der Anordnung der magnetfeldempfindlichen Bauelemente,
insbesondere an eng tolerierte Einzelteile und sorgfältige Montage, können reduziert werden, was
ebenfalls einer Kostenersparnis gleichkommt. Im Bereich des Blechpakets des Ständers verlaufen die
neutralen Linien im Außenläufer schräg zur Läuferachse. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß die
Laufruhe des Elektronikmotors beträchtlich ist, sofern
die Nuten parallel zur Läuferachse ausgerichtet sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 in einer seitlichen, teilweise aufgebrochenen
Ansicht den mechanischen Teil eines Elektronikmotors gemäß der Erfindung und
F i g. 2 in einer schematischen Darstellung die Abwicklung eines Teils des mehrpoligen Außenläufers
und des Statorpolsystems.
Der Elektronikmotor nach F i g. 1 umfaßt einen mehrpoligen Außenläufer 2, der um eine Läuferachse 3
umläuft. Der Außenläufer 2 besteht dabei aus einem ringzylinderförmigen Permanent-Magnetkörper 2a und
einem metallischen Läufertopf 2b. Der Permanent-Magnelkörper
2a, der aus einem Magnetgummi bestehen kann, ist an der Innenwand des Läufertopfes 2b
befestigt. Der topf- oder glockenförmige Außenläufer 2 rotiert über einem feststehenden Ständer 4. Der Ständer
4 wiederum besteht aus einem Blechpaket 4a, das mit einer Anzahl von Nuten 5 versehen ist. Die Nuten 5
verlaufen parallel zur Läuferachse 3. Zwischen den zeinzelnen Nuten 5 liegen die Pole P. Im Betrieb fließt
durch vereinfacht angedeutete Ständerwicklungen 6, die in die Nuten 5 eingelegt sind, Strom. Der Strom wird
dabei durch eine (nicht gezeigte) Kommutierungseinrichtung auf die einzelnen Ständerwicklungen 6 derart
verteilt, daß sich eine Drehdurchflutung und damit ein Drehmoment ergibt.
An der unteren Stirnseite des Außenläufers 2 befindet sich eine feststehende Trägerplatte 7, die zwei
magnetfeldempfindliche Bauelemente 8 und 9 trägt. Die beiden magnetfeldempfindlichen Bauelemente 8 und 9,
insbesondere Hallgeneratoren, haben — bezogen auf die Läuferachse 3 — den Winkelabstand α. Der
Außenläufer 2 selbst enthält auf der unteren Stirnseite des Läufertopfes 2b eine Ringnut 10. In diese ragen die
beiden magnetfeldempfindlichen Bauelemente 8 und 9 hinein. Die Ringnut 10 wird dabei nach innen vom
Permanent-Magnetkörper 2a und nach außen vom anderen Ende des Läufertcpfes 2b, das als Rückschlußteil
wirkt, begrenzt
Die Kommutierungseinrichtung kann gemäß der Zeitschrift »Elektrodienst« 20 (1978), Sonderheft »Standarderzeugnisse«,
Seite 11, Bild 3, aufgebaut sein.
Der bisher beschriebene Elektronikmotor ist bekannt Das Besondere ist nun, daß sein mehrpoliger Außenläufer
2 (genauer: der Permanent-Magnetkörper 2a) zwei Bereiche 111 und 12 mit unterschiedlichem Verlauf der
Magnetisierung besitzt Die Trennlinie zwischen diesen beiden Bereichen 11 und 12 ist mit 13 bezeichnet Die
Trennlinie Ü3 verläuft etwa in einer Höhe, die der Tiefe
der Ringnut 10 entspricht Wie aus F i g. 2 deutlich wird, liegt dabei eine Magnetisierung des Außenläufers 2 mit
achsparallelen neutralen Linien Ha bzw. mit schrägen neutralen Linien 12a vor. Auf diese Weise wird die
Unabhängigkeit des Stromflußwinkels von der Toleranz des gegenseitigen Abstands in axialer Richtung der
magnetfeldempfindlichen Bauelemente 8 und 9 erreicht
In der Abwicklung nach Fig.2 wird als Beispiel
davon ausgegangen, daß der Permanent-Magnetkörper 2a insgesamt 6 Polpaare JV, 5 besitzt Dann sind die
Nordpole Wund die Südpole S jeweils voneinander um
30° räumlich getrennt. In Umfangsrichtung gesehen, also in Blickrichtung senkrecht zur Läuferachse 3, folgt
jeweils ein Südpol 5 einem Nordpol N. Dabei werden bei jedem Pol N, Sdurch die Trennlinie 13 zwei Bereiche
abgeteilt. Im Bereich 11, der den Bauelementen 8 und 9
zugeordnet ist, verlaufen die neutralen Linien 11a zwischen Nordpol Λ/und Südpol S jeweils parallel zur
Läuferachse 3, während im Bereich 12, der dem Blechpaket 4 zugeordnet ist, die neutralen Linien 12a
zwischen Nordpol Wund Südpol S jeweils schräg zur
Läuferachse 3 verlaufen. Ein Nordpol Nist in der F i g. 2
durch Strichelung seiner Begrenzungslinien besonders hervorgehoben, damit die neutralen Linien 11a. 12a
besser zu erkennen sind. Um die räumliche Zuordnung deutlich werden zu lassen, ist in Fig. 2 auch das
abgewickelte Statorpolsystem mit den Polen fund den dazwischenliegenden Nuten 5 gezeigt. Auch ist erkennbar,
daß die beiden magnetfeldempfindlichen Bauelemente 8 und 9 um * = 45° (entsprechend 90° el)
gegeneinander versetzt sind. Die Mitte der Bauelemente 8 und 9 liegt dabei jeweils unter der rechten Kante
eines Pols P. Der elektrische Winkel beträgt — allgemeiner gesprochen — 90° ei ± η · 180° el, wobei
η — 1,2,3... und hier speziell η = 1 gilt.
Aus F i g. 2 wird deutlich, daß der eingezeichnete gegenseitige Versatz vder beiden magnetfeldempfindlichen
Bauelemente 8 und 9 in axialer Richtung gegeneinander und gegen das Statorpolsystem mit den
Polen P ohne Einfluß auf den Stromflußwinkel ist. Mit anderen Worten: Obwohl ein solcher gegenseitiger
Versatz ν besteht, liefert der Hallgenerator 9 bei gleichmäßiger Drehung genau 90° el verschoben zum
Hallgenerator 8 ein Signal.
Es ist ersichtlich, daß die Breite der magnetfeldemp-
« findlichen Bauelemente 8 und 9 etwa um die Hälfte kleiner ist als die Breite des unteren Bereichs 11.
Wenn die beiden magnetfeldempfindlichen Bauelemente 8 und 9 zwar einen korrekten Versatz zueinander
aufweisen, jedoch gemeinsam einen azimutalen, d. h.
to einen in Umfangsrichtung verlaufenden Versatz gegen
das Statorpolsystem mit den Polen /"zeigen, kann dieser
Versatz wirkungsmäßig wegen des Schrägverlaufs der neutralen Linien 12a des Außenläufers 2 durch eine
relative Verschiebung zwischen dem Außenläufer 2 und dem Statorpolsystem in axialer Richtung kompensiert
werden. Eine nachträglich nur mit erheblichem Aufwand durchführbare Korrektur dieses Versatzes durch
eine relative Verdrehung zwischen den magnetfeldempfindlichen Bauelementen 8 und 9 und dem Statorpolsystern
wird damit überflüssig. Eine axiale Verschiebung des Außenläufers 2 relativ zum Statorpolsystem hat —
wie bereits in der Beschreibungseinieitung erwähnt —
praktisch keinen Einfluß auf die Größe des Ausgangssignals der beiden magnetfeldempfindlichen Bauelemente.
Der erhöhte Aufwand bei der Anfertigung einer Magnetisierungseinrichtung, die den Außenläufer 2
sowohl mit achsparallelen als auch mit schrägen neutralen Linien 12a bzw. 126 magnetisiert, ist gering im
Vergleich zu den Einsparungen, die durch die achsparallele Anordnung der Nuten 5 und eine einfache
Wickeltechnik erzielt werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektronikmotor mit einem mehrpoligen Außenläufer, der einen mit Nord- und Südpolen
besetzten Magnetkörper umfaßt und um eine Läuferache umläuft, mit einem mehrnutigen Ständer,
der innerhalb des Außenläufers ortsfest untergebracht ist, mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen
Bauelementen, die — in radialer Richtung von der Läuferachse aus gesehen — zwischen dem
Magnetkörper und einem Rückschlußteil ortsfest in der Nähe des Außenläufers angeordnet sind und die
bei dessen Umlauf läuferwinkelstellungsabhängige Signale liefern, und mit einer elektronischen
Kommutierungseinrichtimg, die die Signale zugeführt erhält und zur Stromversorgung der Ständerwicklungeü
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine jede neutrale Linie (11a, 12a)
zwischen einem Nord- und einem Südpol (N, P) des Außenläufers (2) im Bereich (11) der magnetfeidempfindlichen
Bauelemente (8, 9) parallel zur Läuferachse (3) und im Bereich (12) des Blechpakets
(4a) des Ständers (4) schräg zur Läuferachse (3) verläuft.
2. Elektronikmotor nach Anspruch 1, bei dem die magnetfeldempfindlichen Bauelemente auf einer
Trägerplatte angeordnet sind und dabei in eine an der Stirnseite des Außenläufers angebrachte Ringnut
hineinragen, die von dem zylindrisch ausgestalteten Magnetkörper und dem diesen umgebenden
Läufertopf, der als magnetischer Rückschluß wirkt, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge
der achsparallelen neutralen Linien (Ha) etwa der Tiefe der Ringnut (10) entspricht.
3. Elektronikmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der
achsparallelen neutralen Linien (lla) etwa der doppelten Breite eines der magnetfeldempfindlichen
Bauelemente (8,9) entspricht.
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- 1978-11-21 DE DE2850478A patent/DE2850478C3/de not_active Expired
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1979
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- 1979-11-21 JP JP15130379A patent/JPS5574353A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8664826B2 (en) | 2010-04-13 | 2014-03-04 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | Permanent magnet excited electric motor with reduced cogging torque |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS5574353A (en) | 1980-06-04 |
DE2850478B2 (de) | 1981-02-05 |
US4286184A (en) | 1981-08-25 |
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