DE29715505U1

DE29715505U1 - Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor

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Publication number: DE29715505U1
Application number: DE29715505U
Authority: DE
Original assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Current assignee: SYSTEM ANTRIEBSTECHNIK DRESDEN
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2007-08-30

Description

Anmelder: System Antriebstechnik Dresden GmbH Niedersedlitzer Straße D-01257 Dresden

Erfinder: Dipl.-Ing. Klaus Fichtner Mathildenstraße D-01069 Dresden

Dipl.-Ing. Matthias Schulze Alfred-Thiele-Straße D-01159 Dresden

Vertreter:

ILBERG & WEIßFLOH Patentanwälte Am Weißiger Bach D-01474 Schönfeld-Weißig

Bezeichnung: Rotorlagegeber für elektronisch geführte

Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor.

Schönfeld-Weißig, d &agr; 2^r Aug c 1997

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Bezeichnung

Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor, beispielsweise Drehstromsynchronmotoren, unter Verwendung von Hallsensoren.

Aus der DE 85 27 157 Ul ist ein permanentmagneterregter Außenläufermotor für einen Plattenspeicherantrieb eines Datenverarbeitungsgerätes bekannt, bei dem eine kreisringförmige Leiterplatte für den Anschluß der Spulenwicklungsenden der Statorwicklung am Bofestigungsflansch eines Lagerflansches gehaltert .'.ve. .&lgr;&agr;if der starren, beiderseits kaschierten, vorkonfektj-onierten Leiterplatte sind u.a. versetzt zueinander Hallelemente so angeordnet, daß sie möglichst nahe den gegenüberliegenden Stirnseiten von Dauermagnetschalen des Rotors zugewandt sind, wodurch in den Hallwandlern drehzahlabhängige bzw. lageabhängige Signalspannungen erzeugt werden. Die Signalspannungsleitungen werden mit den Versorgungs- und Wicklungsspeiseleitungen in einem gemeinsamen FIe . \ba:. ;!kat ¹I herausgeführt.

Diese Anordnung ist, abgesehen davon, daß sie Außenläufermotoren betrifft, nur für kleine, leistungsarme Motoren in Präzisionsbauweise geeignet. Jedes noch so kleine axiale Spiel der Rotorwelle führt ebenso wie ein unkorrekter Sitz der Leiterplatte bzw. der Hallwandler auf der Leiterplatte unweigerlich zu mechanischen Schäden an den Hallwandlern, da ihr axialer Abstand zu r>on Kj.gnet schalen aufgrund der Ausnutzung des schwe-■.:::·■..:ei" seitlichen Streufeldes sehr eng

·&diams;

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gehalten werden muß. Andererseits wirkt sich gerade für sehr kleine Motoren die Bauhöhe von Leiterplatte und Hallwandlern auf die Baulänge des Motors negativ aus.

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

Nach der DE 43 07 337 Al ist es für einen elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor, dessen Rotormagnete als Geber dienen, bekannt, die Rotorlagegeber frei in den aktiven Rotorraum einragend auszubilden, wozu der Rotorraum entsprechend ausgehöhlt ist. Die Rotorlagegeber sind auf einer Trägerplatte befestigt, ■■.,l.e plan und axial vor dem Rotor sitzt und taster, de.,:· tlac.,atfeld der Rotormagnete an der Innnenseite des (Rotors radial ab. Die ringförmige Aussparung im Rotor ist mit einer-derartigen Tiefe ausgehöhlt, daß einen Axialverschiebung keinen Einfluß auf den Feldlinienverlauf im Bereich der Rotorlagegeber ausüben, jedoch beeinflußt die Anordnung der Trägerplatte für die Rotorlagegeber zwischen Lagerschild und Rotor die Baulänge ungünstig und der Rückschlußring wird geschwächt.

Ganz ähnlich ist eine ,.ollsktoilose Gleichstrommaschine mit elektronischer -Kommutierung nach der DE 44 01 361 Al aufgebaut. Hier ist das die magnetfeldempfindlichen Sensoren tragende Halteteil als am Ständerblechpaket gehaltenes Formteil ausgeführt, das den Wickelkopf radial und axial übergreift. Die auf dem Tragteil positionierten Sensoren ragen in Eckaussparungen des permanentmagnetbestückten Ro-

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torkerns, wo sie durch das der dem Arbeitsluftspalt der Maschine abgewandten Seite herrschende Magnetfeld bzw. durch das seitliche Streufeld beeinflußt werden. Zwar ist ein betriebsmäßiges Axialspiel zugelassen, jedoch können aufgrund des relativ großen axialen Abstands der Sensoren zum Rotor und des schwächeren Randfeldes der Permanentmagneten Fehlabtastungen infolge der schwachen Nutzsignale vorkommen.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit permanentmagnetbestücktem Rotor, insbesondere einen Drehstromsynchronmotor der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß durch die Anordnung eines Rotorlagegebers die axiale Baulänge möglichst keine Baulängenvergrößerung erfährt und für den keine besonder ;n Vorkehrungen zur Einengung des üblichen axialen Rotorspieis zu treffen sind. Des weiteren soll die Möglichkeit bestehen, den Motor sowohl mit als auch ohne Rotorlagegeber ohne konstruktive Änderungen am Motor auszuführen. Der Rotorlagegeber selbst soll eine kostengünstige Baugruppe hinsichtlich Material-, Herstel-

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lungs- und Montageaufwand sein, sehr zuverlässig arbeiten und eine lange Lebensdauer besitzen.

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

Indem die Leiterplatte aus einem flexiblen Materialstreifen zu einem rotationszylindrischen Mantel mit innenliegenden Hallsensoren gebogen ist, kann sie direkt unter Vermeidung zusätzlicher raumbeanspruchender Bauteile auf der Innenseite eines der Wickelköpfe der Statorwicklung befestigt werden. Gleichzeitig wird es möglich, daß die Hallsensoren vom radialen Kraftflußfeld der Rotormagnetschalen beaufschlagt werden,, welches erheblich stärker ist und exaktere Resultate bringt als ihr axiales Streufeld. Mit radial beabstandeten Sensoren verbessert sich aufgrund des größeren Bogenmaßes der Sensoren untereinander zusätzlich die Auswertegenauigkeit. Weiterhin hat ein axiales Rotorspiel keine schädlichen Auswirkungen mehr auf die Funktionssicherheit und Lebensdauer der Sensorik. Auch ist infolge der geringfügigen einseitigen Einkürzung des Stators bzw. Verlängerung des Rotors keine Baulängenvergrößerung für die Unterbr ir../un j der Leiterplatte notwendig. Hierzu trägt bei, daß m vorteilhafter Ausgestaltung die Hallsensoren in axialer Richtung auf dem dem Rotor zugewandten Außenrand der Leiterplatte angeordnet sind und in weiterer Ausbildung die Leiterplatte unmittelbar stirnseitig am Statorpaket anliegt, wodurch sie zugleich ohne aufwendiges Justieren ihre richtige axiale Lage findet.

In weiterer Ausgestaltung wird die Leiterplatte mit ihrer Außenseite haftschlüssig i.iit dem Wickelkopf verbunden, insbesondere mittels,! Silikonkautschuk mit dem Wickelkopf vergossen. Die Hallsensorenrkönnen aufgrund der exakten Kreisform der Leiterplatte sehr dicht zu den Magnetschalen

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positioniert werden, da das radiale Rotorspiel vernachlässigbar klein ist. Raumausgreifende Befestigungsteile sind entbehrlich.

Zur Verbesserung der Montagefreundlichkeit ist es vorteilhaft, die Leiterplatte auf der B-Seite des Motors anzuordnen.

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

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

Fig. la eine Leiterplatte, bestückt; Fig. Ib eine Leiterplatte, bestückt und in Form gebracht; Fig. 2 eine in einen ./ccor eingebaute Leiterplatte.

Auf eine streifenmörmige, flexible Leiterplatte 1 aus etwa 0,3 mm starkem Leiterplattenmaterial sind nach Fig. la drei Hallsensoren 2 randnah und zueinander beabstandet aufgebracht. In Fig. Ib ist näher dargestellt, wie diese Leiterplatte 1 zu einem rotationszylindrischen Mantel gebogen und durch Verkleben der den Hallsensoren 2 gegenüberliegenden Enden fixi-r. t itrt.

3· rv ■■).

In Fig. 2 ist ein Motoär 3 nach Art eines Drehstromsynchronmotors im Schnitt mit montierter Leiterplatte 1 dargestellt. In über das Gehäuse 4 miteinander verbundenen Lagerschilden 5, 6 ist ein magnetisch aktiver Rotor 7 gelagert, auf den umfänglich Magnetschalen 8 aus hochenergetischem Neodym-Eisen-Bor-Material geklebt sind. Im geblechten Stator 9 ist die Statorwicklung 10 untergebracht, deren Wickelköpfe 11, ±2 &iacgr; ator 9 und Rotor 7 betreffend axial überstehen. Auf dee-A-Seite 13 des Motors 3 fluchten

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die axialen Seitenflächen von Stator 9 und Rotor 7, wohingegen auf der B-Seite 14 der Rot., r 7 etwa 3 mm übersteht. Dieser zusätzliche J.;r;orrä-.ini vergrößert die Baulänge nicht.

Bevor der Stator 9 im Gehäuse 4 des Motors 3 montiert wird, erfolgt zunächst das Aufschieben der Leiterplatte 1 und Vergießen mit dem Wickelkopf 12 der B-Seite 14. Ein geeignetes Vergußmaterial ist Silikonkautschuk. Zugleich werden auch die flexiblen Ableitungen 15 mitvergossen, wodurch in vorteilhaftei weise «ine zugentlastung realisiert wird. i<.

Sobald der Rotor 7 zwischen die Lagerschilde 5, 6 gesetzt ist, stehen die Hallsensoren 2 unmittelbar über einer Magnetschale 8 des Rotors 7. Sie sind damit in der Lage, im Betrieb des Motors 3 die Lage der Magnetschale 8 und damit die Lage des Rotors 7 zum Stator 9 zu erfassen. Eine nicht näher dargestellte Elektron:'.¹; ermittelt in bekannter Weise aus von den Hall-Schal: .tre: ;;-3n gelieferten Spannungsimpulsen die interessierenden Motorparameter, beispielsweise Rotorlage, Drehzahl und Drehrichtung.

Bezugszeichenliste

Leiterplatte	1
Hallsensor	2
Motor	3
Gehäuse	4
Lagerschilde	5, 6
Rotor	7
Magnetschale	8
Stator	9
Statorwicklung	10
Wickelkopf	11, 12
A-Seite	13
B-Seite	14
Ableitungen	15

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Claims

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Ansprüche

1. Rotorlagegeber für elektronisch geführte Innenläufermotoren mit permanentmagnetbestücktem Rotor, beispielsweise Drehstromsynchronmotoren, unter Verwendung von Hallsensoren zur Rotorlage-, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung, die auf einer zu ;ien Rotor-Magnetschalen positionierten Leiterplatte angeordnet sind, gekennzeichnet durch nachfolgende Merkmale:

a) die Leiterplatte (1) besteht aus einem flexiblen Materialstreifen, der zu einem rotationszylindrischen Mantel mit innenliegenden Hallsensoren (2) geformt ist;

b) die Leiterplatte (1) ist auf der Innenseite eines Wikkelkopfes (12) der Statorwicklung (10) des Motors (3) befestigt;

c) die Hallsensoren (2) lxegen mit geringem radialen Abstand über den Polflächen der Magnetschalen (8).

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

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

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

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

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

7. Rotorlagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) mit ihrer Außenseite haftschlü·? -ig mit i*.~m Wickelkopf (12) verbunden ist.

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

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

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