DE2911922A1

DE2911922A1 - Kollektorloser aussenlaeufer-gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2911922A1
Application number: DE19792911922
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1980-10-02
Also published as: GB2047010B; IT1154713B; GR74024B; FR2452819A1; NL8000420A; IT8083320A0; SE8002299L; CH657239A5; GB2047010A

Description

•000 MÖNCHEN, 15.11.1978/1

DR. WILHELM HASSE .- ψ _ PGm 4373/ebm PATENTANWALT MfILHELM Hi DIPLOMINGENIEUR

ebm Elektrobau Mulfingen GmbH & Co., 7119 Mulfingen

Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Außenläufer-Gleichstrommotor mit erzeugbarem elektromagnetischen Wechselfeld, dessen Rotor mit mindestens einem permanenten Magneten bestückt ist und Mittel, um die in den wicklungen induzierte Spannung abzunehmen.

Es ist allgemein bekannt, daß man durch Verwendung von Sensoren, insbesondere Hallgenerator, einen Gleichstrommotor kollektorlos fertigen kann. Diesbezüglich wird auf die verschiedensten Druckschriften verwiesen, beispielsweise DE-GM 76 09 071, 73 10 863, 75 16 814 sowie DE-Offenlegungsschriften 25 14 067, 25 32 551, 25 35 411 usw.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen preisgünstigen, raumsparenden, kollektorlosen Außenläufer-Gleichstrommotor zu

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--abschaffen, der bei ruhigem Lauf, insbesondere beim Ausschalten, nicht übermäßig beansprucht wird, der eine gute Langzeitkonstanz (sich also mit der Zeit nur wenig ändert) hat, der für die Auskopplung keine Spezialtransistoren benötigt, für alle Spannungsbereiche verwendbar ist und dessen Tourenzahl mit einfachen Verstellmitteln in einem gewissen Bereich regulierbar ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß mindestens ein Hallgenerator verstell- und arretierbar seitlich oder mittig zu mindestens einem Spalt (Poltrennung) angeordnet ist.

Erfindungswesentlich ist weiter, daß der Hallgenerator an der Platte befestigt ist, die sonst nur zur Aufnahme der Druckschaltung dient. Dabei ist besonders erfindungswesentlich, daß eine Halteplatte bestimmter Bauart Verwendung findet, die es gestattet, den Hallgenerator mit seiner Verkabelung bei geringster Eaumausnutzung unterzubringen, vobei vorzugsweise ein Flußleitstück Verwendung findet, um die wirkung des Hallgenerators zu verbessern.

Von besonderer Bedeutung ist für die Erfindung veiter die Befestigung des biegsamen Magneten und dessen Qualität.

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Der Magnet soll zweckmäßig auf mindestens einer Seite - bevorzugt auf beiden Seiten - eine Metallplatte oder dgl. aufweisen; solch ein Metallring bewirkt, daß das Magnetfeld verstärkt wird.

Wesentlich für den Stator ist, einen wirksamen Bereich (Kraftlinienkonzentration) zu erzielen, d.h. der übergang sollte nicht plötzlich erfolgen, weil sonst die Konzentration der Kraftlinien zu plötzlich erfolgt und der Motor beispielsweise unruhig laufen kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an einem Beispiel erläutert, ergeben sich zusätzlich aus der Beschreibung und der Zeichnung, und zwar zeigt:

Fig. 1 im Prinzip einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor,

Fig. 2 einen Blechschnitt (für Stator),

Fig. 3 die Ausgestaltung der Halteplatte für den Hallgenerator,

Fig. 4 ein Schaltbild,

Fig. 5 eine besondere Anordnung des Hallgenerators (Ansicht) ,

Fig. 6 eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors (komplett) im Schnitt und

Fig. 7 die Ansicht eines erfidungsgemäßen Stators (komplett).

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ist zwecks besserem Anlauf des Motors eine festgelegte Polschräge zu berücksichtigen. Die Magnetisierung kann nach gewählter Charakteristik sinusförmig, trapezförmig, nadelimpulsförmig usw. erfolgen. Der Rotor kann aus Dynamoblech paketiert und die Glocke aus ALU-Druckguß (Umguß) erstellt sein.

Durch das Dynamoblechpaket als magnetischer Rückfluß im Vergleich zu weichmagnetischem Material wird eine Wirkungsgradverbesserung und eine kostengünstigere Fertigung erreicht. Der Hallgenerator bekommt, und dies ist ebenfalls erfindungswesentlich, sein Signal von dem im Rotor aufmagnetisierten Magnet. Dieses Signal kann auch von einem getrennten Magnet, der genau positioniert ist, kommen. Dieser Magnet kann auf der Welle oder in Verlängerung des vorhandenen Magnetes befestigt werden.

Außerdem ist es günstig, wenn die Transistoren oder Tyristoren auf der Leiterplatte, zur besseren Wärmeabfuhr, in das Motorgehäuse oder in das LUftergehäuse eingebettet sind.

Die Anordnung der bestimmten Leiterplatte am Motor kann so sein, daß die Bauelemente einmal nach außen und einmal nach innen weisen.

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Der kollektor lose Gleichstrom-Außenläufermotor kann sowohl als Antriebsmotor separat, als auch vorzugsweise als integrierter Motor eines Axiallüfters oder dgl. Verwendung finden; er wird mit einer konstanten Induktion B im Bereich der Pole und mit schmalen Pollücken (z.B. 10° bis 20°) ausgelegt.

Der Außenläufer-Rotor besteht (s. z.B. Fig. 1) aus einer Rotorglocke 1 mit eingepreßter Welle 2. Die Rotorglocke 1 ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff bzw. aus Alu-Druckguß gefertigt und dient gleichzeitig als magnetischer Rückfluß der innen liegenden Magnete. In die Rotorglocke 1 ist ein bandförmiger Kunststoffmagnet 3 eingelegt. Dieses Kunststoffmagnetband 3 kann zusätzlich mit Klebstoff an der Innenwand der Rotorglocke 1 fixiert sein. Erfindungswesentlich ist weiter, daß diesem Kunststoff magnetband 3 (Streifen) ein Dynamoblechpaket 18 (zweckmäßig ohne Nuten) zugeordnet ist (s. Fig. 6). Das Dynamoblechpaket 18 kann die Länge (in Motorachsrichtung gesehen) des Magnetbandes 3 aufweisen bzw. kurzer oder länger sein; es kann stärker, die gleiche oder eine geringere Stärke als der Kunststoffmagnet 3 aufweisen. Nach Bearbeitung des Rotors, insbesondere des Luftspalts zwischen Magnet und Stator, wird der Magnet 3 entsprechend der Polzahl und Charakteristik des Motors, diametral oder radial magnetisiert. Bei der Magnetisierung

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Die Rotorglocke 1 kann auch einen entsprechenden magnetischen Ring aus hartmagnetischen Werkstoffen aufweisen. Der Kunststoffmagnet 3 kann als Ring gefertigt (gespritzt) verwendet werden (Alnico, Bariumferrit usw., Isotrop,

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Anisotrop usw.)· Der Rotor kann z.B. somit als radial magnetisiertes, permanentes Teil ausgebildet sein.

Der Stator besteht aus einzelnen, gestanzten und paketierten Dynamoblechen. Die Form des Blechschnittes kann der der Figur 2 entsprechen und enthält ausgeprägte Pole. Die Polspitzen können gegenüberliegend abgeflacht sein (siehe Bezugshinweis a/b in Fig. 2). Dadurch erhält man eine Vorzugstellung und der Hallgenerator 15 kann in der Mitte des Poles, ohne Versetzen eines entsprechenden Winkels angebracht werden. Die Schnittform kann auch verschiedene geometrische Ausführungsformen aufweisen.

Der Hallgenerator 15 kann auch an einer nichtleitenden Leiste 16 mittig oder seitlich befestigt sein. Diese Leiste 16 - mit entsprechenden Verdrahtungen - wird dann im Spalt eingesetzt oder in den Spalt (Poltrennung) eingeführt und von außen (z.B. an der Leiterplatte 10) befestigt.

in das entsprechend isolierte Dynamoblechpaket ist die Kupferwicklung 5 eingebracht.

Der Wickelkopfträger 6 besteht aus auf den Stirnseiten angebrachten Rohren, die vorzugsweise mit der Betriebs-

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isolation (Nutenisolation) in einem Arbeitsgang aus hochwärmebeständigem Thermoplastmaterial gespritzt sind. Zur Aufnahme der Lager 7 ist in die Innenbohrung des Dynamoblechpaketes eine Statorbuchse 8 eingepreßt.

Auf der Rotorseite wird zum Schutz der Wicklung und zur Kriech- und LuftStreckensicherheit auf das zylindrische Wickelkopfträgerteil 6 ein Wickelkopfschutz 9 aufgepreßt und gegebenenfalls verstemmt oder verbördelt.

Auf der Statorseite (offene Rotorseite) wird die mit Bauelementen bestückte Leiterplatte 10 ebenfalls auf das Wickelkopfträgerteil aufgepreßt. Die Spulenanfänge und Enden werden an der entsprechend vorgesehenen stelle angelö-tet. Gleichzeitig erhält die bestückte Leiterplatte 10 das Anschlußkabel.

Die vom Rotormagnet 3 ausgehenden Kraftlinien werden von einem oder mehreren Hallgeneratoren 15 erfaßt. Der Hallgenerator 15 steuert je nach aufgenommenem magnetischen Fluß, die weiteren auf der Leiterplatte 10 vorgesehenen Bauelemente an.

Vorzugsweise werden Hai!generatoren 15 verwendet, jedoch kann man auch andere Sensoren wie Magnetschalter, Induktionsspulen, Feldplatten, Magnetdioden, Hall - ICs usv.

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verwenden. Das steuerteil erzeugt durch den Magnetfluß und dessen Richtungsänderung ein steuersignal, das die Stromwendung in Abhängigkeit von der Rotorstellung steuert.

Der Hallgenerator 15 wird z.B. mittels einer Halteplatte 17 (Fig. 3) auf der Leiterplatte 10 befestigt. Die Halteplatte 17 in der der Hallgenerator z.B. eingelegt wird, besteht aus thermoplastischem Material und hat zwei Zapfen zur Vernietung auf der Leiterplatte 10 angespritzt.

in die Halteplatte 17 wird ein magnetisch leitendes Joch eingelegt, das die Kraftlinien konzentriert und senkrecht auf die Fläche zum Hallplättchen leitet.

Die vier Anschlüsse des Hallgenerators 15 werden in der Halteplatte 17 an LÖtpins geführt. Diese Pins werden wiederum am freien Ende an die Bahnen der Leiterplatte 10 gelötet.

Der prinzipielle Aufbau der schaltung ist aus Fig. 4 entnehmbar. Die auf den Leiterplatten 10 sitzenden Bauelemente verursachen eine bestimmte Verlustleistung, die in wärme umgewandelt wird. Diese Wärme kann durch Verwendung von Leiterplatten 10 mit besserer Wärmeabführung (Multiwire) bevorzugt abgeführt werden. Dadurch können mit gleichen

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Bauelementen größere Leistungen der Motoren erzielt verden· Außerdem vird die Leiterplatte 10 mit den aufgebauten Bauelementen mit Kunstharz bzv. Isolierlack eingegossen.

Die hier beschriebenen Ausführungen !können sinngemäß auch für einen Innenläufermotor Vervendung finden.

Es gehört veiter die Vervendung eines Hallgenerators mit digitalem Ausgang zur Erfindung? in diesem Pail vird kein Plußleitersttick benötigt. Der Hallgenerator vird dann ohne Halteplatte direkt vie jedes andere Bauelement an einer bestimmten Stelle der Leiterplatte angelötet. Durch die besondere Charakteristik des Hallgenerators mit digitalem Ausgang können größere Toleranzen bei der Positionierung in axialer und radialer Richtung sovie in der Winkelstellung zugelassen verden.

Damit ergibt sich eine rationellere Fertigung. Mit diese« netten Hallgenerator vird erreicht, daß man nur alt ein·« Mallgenerator bei einem hundertprozentigen Anlauf auskoaat·

In Pig« 7 lit ein kompletter Stator gezeigt, so vie er in die ftotorglocke 1 (Fig. 6) eingesetzt verden vürde. Erkennbar ist die Leiterplatte 10 alt den Lötpunkten 19

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(Cu-3ahnen). Dann sind die elektronischen Bauelemente 21 erkennbar und außerdem ist der Hallgenerator 15, hier mit Digitalausgang, gezeigt, gegenüberliegend vom Nutschlitz 22 (Polteilung). und schließlich sind die Kupferwicklungen 20 erkennbar.

Hinsichtlich Fig. 1 ist in der Darstellung zu beachten, daß die Leiterplatte bei der unteren Darstellung außen liegt und die Bauelemente innen, im Gegensatz zur Darstellung im oberen Bereich (siehe auch dazu Fig. 7). in Fig. wurde die Rotorbuchse,in die Welle eingepreßt, mit Position 23 bezeichnet.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT .00OMDNCHEN, 15. 11.1978/1

DR. WIlHELM HASSE /^" ^PGm 4373/ebm

DIPLOMINGENIEUR 2911922

Patentansprüche

[ 1. kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor mit erzeug-

^ 'barem elektromagnetischen Wechselfeld, dessen Rotor

mit mindestens einem permanenten Magneten bestückt ist und Mittel, um die in den wicklungen induzierte Spannung abzunehmen,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hallgenerator (15, 15a) verstell- und arretierbar seitlich oder mittig zum Spalt (poltrennung) angeordnet ist.
2. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Hallgenerator (15, i5a) ein Flußleitstück (16) zugeordnet ist, das vorzugsweise seitlich zum permanenten Kunststoffmagneten (3) angeordnet ist.
3. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator (15, 15a) an der die Druckschaltung tragenden Leiterplatte (10) befestigt ist.
4. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine an der Leiterplatte (10) befestigte Halteplatte (17), die den Hallgenerator (15, 15a) trägt.
5. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorglocke (ι) als Rückflußelement für die innen liegenden Magnete ausgebildet ist.
6. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die innenfläche der Rotorglocke (ι) mindestens über die Breite des Stators mit einem biegsamen Kunststoffmagneten (3) ausgekleidet ist.
7. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

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-yr-

dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmagnet (3) erst nach dem Fixieren an der Rotorinnenwand magnetisiert wird.
8. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Polspitzen abgeflacht sind (vorzugsweise sich gegenüberliegend).
9. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittform einer bekannten geometrischen Form entspricht.
10. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor insbesondere nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator (15, i5a) in der Polmitte angeordnet ist.
11. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Polspitzen (12, 13) einen radialen Abstand (11) zueinander aufweisen.

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12. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß am Stator das Material entfernt ist, um das Magnetfeld auf einen wirksamen Bereich zu konzentrieren.
13. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor insbesondere nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß am Hallgenerator (15) eine nichtleitende Leiste (i6a)(Fuß) angebracht ist, um ihn im Schlitz anordnen zu können.
14. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenig stens einem der vorherigen Ansprüche,

gekennzeichnet durch mindestens einen einseitig dem Magneten zugeordneten Metallring zwecks Verstärkung des Magnetflusses.
15. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator durch andere Sensoren ersetzt ist, z.B. Magnetschalter, Induktionsspulen, Feldplatten, Magnetdioden usw.

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16. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus Dynamoblech paketiert ist.
17. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor mindestens ein (positionierter) Magnet als Signalgeber für den Hallgenerator angeordnet ist.
18. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet auf der Welle oder in Verlängerung des vorhandenen Magneten befestigt ist.
19. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren oder Tyristoren auf der Leiterplatte (zur besseren Wärmeabfuhr) in das Motoren- oder Lüftergehäuse eingebettet sind.

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20. Kollektorloser Außenläufer-Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Kunststoffmagnet (3) ein Dynamoblechpaket anliegt.
21. Kollektorloser Außenläufer-Glefchstrommotor nach Anspruch 20,

dadurch gekennzeichnet, daß das Dynamoblechpaket eine geringere Länge (in Motorachsrichtung gesehen) aufweist als der Kunststoffmagnet.

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