DE29724873U1 - Elektromotor - Google Patents
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Abstract
Elektromotor
mit einem Sensor, insbesondere einem Drehzahlsensor, enthaltend
wenigstens ein ein Magnetfeld erzeugendes Mittel (20) in Form eines auf
einer Motorankerwelle (6) angeordneten magnetischen Polrings (20)
als Signalgeber, wenigstens einen Magnetfeldsensor (28, 30) als
Signalaufnehmer, und Signalleitmittel (22, 29, 26), dadurch gekennzeichnet,
daß die
Signalleitmittel (22, 24, 26) magnetisch leitendes Material enthalten
und das Signal des wenigstens einen magnetfelderzeugenden Mittels
(20) zu dem wenigstens einen, räumlich entfernten
Magnetfeldsensor (28, 30) leiten, und daß wenigstens ein Stromleitmittel
(40, 42, 44) im wesentlichen entlang des Signalleitmittels (22,
24, 26) angeordnet ist.
Description
- Stand der Technik
- Elektromotoren mit einem auf der Motorankerwelle drehfest angeordneten magnetischen Polrad als Signalgeber und einem zugeordneten gehäusefesten Signalaufnehmer sind allgemein bekannter Stand der Technik. Signalgeber und Signalaufnehmer wirken als Sensor zusammen, um beispielsweise die Drehrichtung, Drehzahl, Geschwindigkeit der Motorankerwelle und anderer Kenngrößen des Motorbetriebs zu erfassen.
- Vorteile der Erfindung
- Der Elektromotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Magnetfeldsensor entfernt von dem magnetfelderzeugenden Mittel angeordnet sein kann und dennoch das Magnetfeld des felderzeugenden Mittels sicher detektiert. Durch die Anordnung der Signalleitmittel im wesentlichen entlang der Stromleitmittel wird das zu dem Magnetfeldsensor geleitete Feld nicht oder nur geringfügig durch das Magnetfeld des im Stromleitmittel fließenden Strom beeinflußt, wenn die Nutzmagnetisierungsrichtung, also die vom magnetfelderzeugenden Mittel herrührende Magnetisierung, entlang des Signalleitmittels verläuft. Durchgeführte Versu che haben gezeigt, daß beispielsweise während des Betriebes handelsüblicher Kleinmotoren mit Strömen von ca. 30 A in den stromleitenden Mitteln das die Ströme begleitende Magnetfeld Flußdichten in der Größenordnung von 20 mT besitzt. Dieses Störfeld kann – insbesondere beim Einschalten des Elektromotors – zu Fehlmessungen in dem Magnetfeldsensor führen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden solche Fehlmessungen vermieden.
- Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bilden Stromleitmittel und Signalleitmittel jeweils eigene Bauteile. Die beiden Bauteile können beispielsweise in Sandwichbauweise angeordnet sein. Da das Stromleitmittel im wesentlichen entlang des Signalleitmittels angeordnet ist, verlaufen die Feldlinien des den Strom begleitenden Feldes senkrecht zu der Nutzmagnetisierungsrichtung. Dadurch kann das Nutzmagnetfeld bei geeigneter Magnetfeldsensorwahl und -anordnung gezielt ohne Überlagerung von Störfeldern ausgewertet werden.
- In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Stromleitmittel auf der Oberfläche des Signalleitmittels angeordnet. Da das Stromleitmittel das Signalleitmittel nahezu vollständig umschließt, ist das den Stromfluß begleitende Magnetfeld im Inneren des Signalleitmittels verschwindend klein (Faraday-Käfig-Effekt). Das Nutzmagnetfeld im Signalleitmittel wird deshalb kaum gestört.
- Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen und aus den Ausführungsbeispielen.
- Zeichnung
- Es zeigen die
1a einen erfindungsgemäßen Elektromotor teilweise geschnitten, die1b einen gegenüber der1a um 180° gedrehten Ausschnitt eines Bürstenhalters des E lektromotors in1 ,2 den Bürstenhalter des erfindungsgemäßen Elektromotors in Aufsicht,3a ein erstes Ausführungsbeispiel eines entlang eines Signalleitmittels angeordneten Stromleiters in Aufsicht,3b das erste Ausführungsbeispiel in Seitenansicht,4a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Signalleitmittels und eines Stromleitmittels in Aufsicht und4b das zweite Ausführungsbeispiel in Seitenansicht. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Die
1a und1b zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor1 mit nachgeordnetem Getriebe3 und einem Elektronikgehäuse5 . Eine Motorankerwelle6 ist in das Getriebe3 verlängert. Zwischen einem Motorgehäuse7 und einem Getriebegehäuse9 ist ein Bürstenhalter10 angeordnet. Wie aus der2 ersichtlich ist, sind auf dem Bürstenhalter10 Einschübe12 (der Übersichtlichkeit halber ist nur einer von zwei tatsächlich vorhandenen Einschüben gezeigt) für nicht dargestellte Kohlebürsten angeordnet, die mit einem auf der Motorankerwelle angeordneten Kommutator11 in elektrischem Kontakt stehen. Der Bürstenhalter10 besteht aus einem Bürstenteil14 und einem Elektronikteil16 mit einer Elektronikplatine17 . Während der Bürstenteil14 zwischen dem Motorgehäuse7 und dem Getriebegehäuse9 angeordnet ist, ragt der Elektronikteil16 aus dem Motorgehäuse7 heraus in das Elektronikgehäuse5 . Auf der Elektronikplatine17 ist eine Motorleistungs- und Steuerungselektronik19 integriert. - Auf der Motorankerwelle
6 ist ein magnetischer Polring20 angeordnet. Der Polring20 besteht je zur Hälfte aus einem Nord- und einem Südpol. An dem Bürstenhalter10 sind drei magnetische Leiter22 ,24 und26 angeordnet, die vom Bürstenteil14 in den Elektronikteil16 reichen. Auf dem Elektronikteil16 des Bürstenhalters10 sind zwei Hallsensoren28 und30 in Form integrierter Schaltkreise als Magnetfeldsensoren angeordnet. - Die Magnetleiter
22 ,24 und26 weisen Abgriffe34 ,36 und38 auf, die das Signal des Polrings20 als magnetfelderzeugendes Mittel aufnehmen. Im Fall der Magnetleiter22 und24 befinden sich die jeweiligen Abgriffe an dem einen Ende, im Fall des Magnetleiters26 etwa in der Mitte des Bauteils. Ansätze96 an den anderen Enden35 der Magnetleiter22 bzw.24 sind auf der Elektronikplatine17 vor den Hallsensoren28 bzw.30 angeordnet. Die beiden Enden39 ,39' des Magnetleiters26 durchgreifen Bohrungen der Elektronikplatine17 unter den Hallsensoren28 bzw.30 ; die Stirnseiten der Enden39 ,39' sind direkt an der Unterseite der Hallsensoren28 und30 angeordnet. Durch diese Anordnung bilden die Magnetleiter22 und26 sowie24 und26 jeweils einen nahezu geschlossenen magnetischen Kreis, und die Hallsensoren28 und30 werden fast vollständig von dem auf den Polring20 zurückgehenden magnetischen Nutzfluß durchdrungen. - Die Übertragung der magnetischen Signale vom Polring
20 zu den Hallsensoren28 und30 soll am Beispiel des Magnetleiters22 beschrieben werden: das Magnetfeld des Segments des Polrings20 , das dem Abgriff34 räumlich am nächsten ist, magnetisiert den Abgriff34 und damit den gesamten Magnetleiter. Es wird somit zu dem dem Abgriff20 entgegengesetzten Ende35 des Magnetleiters22 geleitet. Da das Ende35 des Magnetleiters22 direkt vor dem Hallsensor28 auf der Elektronikplatine17 angeordnet ist, erfaßt der Hallsensor28 somit das Magnetfeld des Polrings20 , obwohl er räumlich von dem Polring20 entfernt ist. - Die Hallsensoren
28 und30 wandeln die durch die Magnetleiter22 ,24 und26 übertragenen Signale in digitale Signale um. Die Motorsteuerungselektronik19 wertet die digitalen Signale zur Bestimmung der Drehzahl, der Umdrehungsrichtung, der Beschleunigung und anderer Parameter der Motorankerwelle mit Hilfe eines programmgesteuerten Mikroprozessors oder Mikrocontrollers aus. - Entlang der Magnetleiter
22 und24 ist jeweils ein Stromleitmittel40 und42 angeordnet, das im wesentlichen parallel zu den Magnetleitern22 bzw.24 verläuft. - In einer ersten, in den
3a und3b dargestellten und in der Anordnung nach den1a ,1b und2 verwirklichten Ausführungsform ist das Stromleitmittel40 auf dem Magnetleitmittel22 aufgetragen. Das Magnetleitmittel22 besteht aus weichmagnetischem Stahl hoher Permeabilität, beispielsweise Stahl nach der DIN ST1203. Das Stromleitmittel40 aus Kupfer ist in dieser Ausführungsform auf dem Magnetleitmittel galvanisch abgeschieden. Es kann aber auch aufgedampft oder durch ein anderes Verfahren auf der Oberfläche des Magnetleitmittels angeordnet sein. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist auf die galvanisch abgeschiedene, relativ dünne Kupferschicht eine Zinnschicht solcher Stärke aufgetragen, daß der Widerstand des Stromleitmittels40 gering im Vergleich zum Widerstand der Ankerwicklungen ist. - Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Anordnung denkbar, d.h. daß das Magnetleitmittel
22 auf der Oberfläche eines kompakten Stromleitmittels angeordnet ist. - Das Stromleitmittel
40 ist mit einer ersten Bürste des Bürstenhalters10 , das Stromleitmittel42 mit einer zweiten Bürste des Bürstenhalters10 elektrisch leitend verbunden. Das von den Bürsten jeweils abgewandte Ende50 bzw.52 der Stromleitmittel40 ,42 ist zu der Motorleistungselektronik auf der Elektronikplatine17 geführt. Die erste und zweite Bürste werden also über die Stromleitmittel40 bzw.42 mit Strom versorgt. - Auch der Magnetleiter
26 ist mit einem Stromleitmittel44 ummantelt. Das Stromleitmittel44 steht mit der Motormasse in elektrischem Kontakt und schirmt so den Magnetleiter26 gegen von außen kommende Störsignale weitgehend ab. - Eine zweite Ausführungsform des Stromleitmittels und des Magnetleiters ist in den
4a und4b näher dargestellt. Stromleitmittel140 und Magnetleitmittel122 sind jeweils eigenständige Bauteile. Zwischen den beiden Bauteilen ist zur elektrischen Isolation eine Spritzhaut aus Kunststoff eingebracht, die bereits bei der Herstellung des Bürstenhalters eingespritzt wird. Das Stromleitmittel140 besteht vollständig aus Kupfer, kann aber auch aus einem anderen elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Messing, hergestellt sein. Der Magnetleiter besteht wie im ersten Ausführungsbeispiel aus Stahl. Beide Bauteile werden im Stanzverfahren hergestellt und nach dem Stanzen in die in der4a und4b dargestellten Form gebogen.
Claims (14)
- Elektromotor mit einem Sensor, insbesondere einem Drehzahlsensor, enthaltend wenigstens ein ein Magnetfeld erzeugendes Mittel (
20 ) in Form eines auf einer Motorankerwelle (6 ) angeordneten magnetischen Polrings (20 ) als Signalgeber, wenigstens einen Magnetfeldsensor (28 ,30 ) als Signalaufnehmer, und Signalleitmittel (22 ,29 ,26 ), dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitmittel (22 ,24 ,26 ) magnetisch leitendes Material enthalten und das Signal des wenigstens einen magnetfelderzeugenden Mittels (20 ) zu dem wenigstens einen, räumlich entfernten Magnetfeldsensor (28 ,30 ) leiten, und daß wenigstens ein Stromleitmittel (40 ,42 ,44 ) im wesentlichen entlang des Signalleitmittels (22 ,24 ,26 ) angeordnet ist. - Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Stromleitmittel (
140 ) und das wenigstens eine Signalleitmittel (122 ) parallel angeordnet sind. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Stromleitmittel (
140 ) und das wenigstens eine Signalleitmittel (122 ) abstandslos nebeneinander verlaufen. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stromleitmittel und Signalleitmittel wenigstens ein elektrisch isolierendes Medium angeordnet ist.
- Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleitmittel (
140 ) und Signalleitmittel (122 ) jeweils eigene Bauteile bilden. - Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das das Stromleitmittel (
40 ,42 ,44 ) auf der Oberfläche des Signalleitmittels (22 ,24 ,26 ) aufgetragen ist. - Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromleitmittel (
40 ,42 ,44 ) auf dem Signalleitmittel (22 ,24 ,26 ) galvanisch abgeschieden ist. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromleitmittel (
40 ,140 ) aus Kupfer und das Signalleitmittel (22 ,122 ) aus magnetisch leitendem Stahl besteht. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Stromleitmittel (
40 ,42 ) den Betriebsstrom des Elektromotors (1 ) führt. - Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Stromleitmittel (
40 ,42 ) mit Bürsten des Elektromotors (1 ) verbunden ist. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bürstenhalter (
10 ), an dem der wenigstens eine Signalaufnehmer angeordnet ist. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hallsensor (
28 ,30 ) als Signalaufnehmer. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (
28 ,30 ) räumlich getrennt vom felderzeugenden Mittel (20 ) angeordnet ist. - Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (
28 ,30 ) auf einer Elektronikplatine (17 ) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (2)
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DE29724873U Expired - Lifetime DE29724873U1 (de) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Elektromotor |
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DE (1) | DE29724873U1 (de) |
-
1997
- 1997-02-06 DE DE29724873U patent/DE29724873U1/de not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20050407 |
|
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20050421 |
|
R071 | Expiry of right |