DE3125694A1

DE3125694A1 - Kollektorloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3125694A1
Application number: DE19813125694
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7742 St. Georgen Müller; Reinhold Ing.(grad.) 7743 Furtwangen Wurdak
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3125694C2; JPS5839260A; JPH0324147B2; US4574211A

Description

PAPST-MOTOREN GMBH & CO KG Stuttgart, den 19.6.1981 7742 St. Georgen Anwaltsakte: P 61.32D133/m

Kollektorloser Gl eichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs I₅ wie er z.B. aus der DE - OS 25 14 067 bekannt ist. 10

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, derartige Motoren zu verbessern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die !5 im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Hierdurch wird es u.a. ermöglicht, die Überstandsbereiche des Rotormagneten ungleich groß auszubilden, ohne daß hierdurch eine unerwünscht große pulsierende Kraft in axialer Richtung auf den Rotor entsteht. Trotzdem erhält man eine präzise Kommutierung der Statorströme an den gewünschten Stellen und eine eindeutige Steuerung dieser Ströme in Abhängigkeit von der Rotorstellung. Ein solcher Motor arbeitet auch dann sehr zufriedenstellend, wenn auf seinen Rotor von außen eine axiale Kraft wirkt, wie das z.B. bei einem Axiallüfter der fäll ist, und er stellt deshalb an die Lagerung des Rotors keine hohen Ansprüche, so daß auch eine Lagerung des Rotors mit Gleitlagern möglich ist. Außerdem ergibt sich eine sehr günstige Form der induzierten Spannung, also der sogenannten-Gegen-EMK, und

dadurch eine günstigere Form des Statorstromes mit geringen Drehmomentschwankungen als Folge.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als

Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel/, sowie aus den Unteransprüchei. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, hier in Form eines zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotors für einen schematisch angedeuteten Lüfter, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 2 ,

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung, gesehen längs des Pfeiles III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3, teilweise im Schnitt dargestellt,

Fig. 5 eine Abwicklung des Rotormagneten des Motors nach

den Fig. 1 bis 4,
20

Fig. 6 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 5, nämlich

A) die Induktion (= Magnetflußdichte), gemessen längs der Linie A-A der Fig. 5,

B) die Induktion, gemessen längs der Linie C-C der Fig. 5,

C) die Ausgangsspannung eines von der Induktion gemäß B) gesteuerten Hall-IC,

Fig. 7 eine Magnetisierungsvorrichtung für einen vierpoligen Rotor, in der Seitenansicht und teilweise geschnitten,

Fig. 8 eine Draufsicht, gesehen längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 Schaubilder der induzierten Spannung ( bei A ) und des Motorstroms ( bei B }, und den Einfluß der Erfindung auf diese Größen,

Fig. 10 eine Variante zu der Magnetisierungsvorrichtung nach den Fig. 7 und 8,

Fig. 11 eine Prinzipdarstellung einer Entmagnetisierungsvorrichtung zum Entmagnetisieren insularer Bereiche eines Außenrotormagneten,

Fig. 12 eine abgewickelte Darstellung eines vierpoligen Außenrotormagneten, bei dem insulare Bereiche mit reduzierter Magnetisierung vorgesehen sind, und

Fig. 13 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten dauermagnetischen Rotor für einen Flachmotor .

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotor 7 ist mit 10 ein Innenstator bezeichnet, dessen Blechpaket 11 beim vorllegenden Ausführungsbeispiel einen Blechschnitt aufweist, wie ihn die DE - PS 23 46 380 ausführlich beschreibt, insbesondere hinsichtlich der Form des Luftspalts 23. Diesem Blechschnitt ist eine trapezförmige Rotormagnetisierung angepaßt, wie sie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6A näher beschrieben wird. Der dargestellte Motor ist ein Außenläufermotor; die Erfindung läßt sich jedoch z.B. in gleicher 30

Weise auch bei Innen!äufermotoren anwenden, ebenso bei Motoren mit anderer Pulszahl. Im folgenden (Fig. 13) wird auch ein Ausführungsbeispiel für einen Flachmotor angegeben .

Das Blechpaket 11 wird zusammengehalten durch drei jeweils mit einer Verdickung 14 versehene Dorne 15, 16, 17. Es hat eine Mittel ausnehmung, in welche ein Lagertragrohr 19 eingepreßt ist, das an seinem einen Ende einen Befestigungsflansch 20 hat. In die Nuten 8 und 9 des Blechpakets 11 sind zwei Statorwicklungen 24 und 25 eingewickelt, welche sich wie dargestellt nicht gegenseitig überlappen, dadurch eine geringe axiale Höhe des Motors ergeben und zwischen

sich einen wicklungsfreien Raum 21 bilden. IO

An den unteren Enden der Dorne 15 bis 17 ist eine Schaltplatine 28 aus einem geeigneten Isolierwerkstoff befestigt. Sie ist mit einer gedruckten Schaltung versehen, mit der die Anschlüsse der Statorwicklungen 24 und 25 direkt verbunden werden. Ferner trägt diese Schaltplatine die gesamte elektrische Schaltung zur Steuerung der Ströme in den Wicklungen 24 und 25. Diese Ströme werden abhängig von der Rotorstellung kommutiert mit Hilfe eines auf der Platine 28 befestigten, vorzugsweise galvanomagnetischen Sensors, der hier beispielhaft als Hall-IC 30 ausgebildet ist.

Fig. 1 zeigt schematisch zwei elektronische Bauelemente 31, 32, welche auf der Schaltplatine 28 festgelötet sind.

Die Statoranordnung ist mittels ihres Flansches 20 mit Schrauben 35 an einem Motorträger 36 befestigt, z.B. dem Tragstern eines üblichen Axiallüfters für die Belüftung elektronischer Geräte, wobei ein Lüfterflügel bei 33 angedeutet ist. Die Darstellungen in den Fig. 1 und 2 sind vergrößert; üblicherweise haben solche Axiallüfter

eine vorgeschriebene Höhe von z.B. nur 38 mm.

Im Lagertragrohr 19 ist in zwei Gleitlagern 37, 38, zwischen welchen ein ölvorratsfilζ 34 angeordnet ist, eine Rotorwelle 39 gelagert, welche an ihrem in Fig. 1 dargestellten 35

oberen Ende eine aus Weicheisen tiefgezogene Rotorglocke

42 eines Außenrotors 40 trägt, die nach unten geöffnet ist und den Stator 10 übergreift. Hinsichtlich einer zweckmäßigen Ausbildung der Lagerung wird auf die GB - PS 1 324 830 der Anmelderin verwiesen. In der Rotorglocke 42 ist ein durchgehender ringförmiger Rotormagnet ' 43 angeordnet. Dieser ist in der in den Fig. 1 und 2 durch die Buchstaben N (= Nordpol) und S (= Südpol) angedeuteten Weise zweipolig radial magnetisiert. Die Pollücken 44, 45

des Rotormagneten 43 sind schmal.
IO

Der Hall-IC 30 ist angeordnet im Zwischenraum zwischen den beiden Statorwicklungen 24 und 25, also nahe bei den in Fig. 2 linken Polspitzen 50 und 51, und im Bereich zwischen den beiden Statorpolen 52 und 53. Die Polspitzen 50 und 51 umschließen, wie dargestellt, die linke Nut 9 und bilden zwischen sich eine relativ schmale Nutöffnung zum Einbringen der Statorwicklungen 24 und 25. Wie Fig. 2 klar zeigt, ist der Stator 10 zu seinem Mittelpunkt symmetrisch ausgebildet.

'·

Der Hall-IC 30 ist in ein Kunststoff-Formstück 54 eingepaßt, welches auf der Platine 28 befestigt ist. Es ist in den Fig. 3 und 4 naher dargestellt und hat etwa die Form eines Backensessels, also die bekannte Form eines Sitz-Polstermöbels mit seitlichen "Ohrenbacken", nämlich eine kreisrunde Basisplatte 55, von der Fortsätze 56 nach unten in entsprechende Ausnehmungen der Platine 28 oder eines anderen Tragstücks ragen und dadurch die Lage des Formstücks 54 festlegen. Von der Basisplatte 55 ragt ein Aufbau 30

57 nach oben, der mit einer Ausnehmung 58 zur formschlüssigen Aufnahme des Hall-IC 30 und eines Dauermagnetstücks 59 versehen ist. Letzteres ist in einem Führungskanal 62 verschiebbar, der unten mit einem Anschlag 63 versehen ist.

Ein Distanzstück 64 bestimmt den Abstand der Unterseite 35

des Hall-IC 30 von der Basisplatte 55. Die beiden Seiten-

wangen 65, 66 zwischen denen der Hall-IC 30 angeordnet ist, sind etwas federnd und halten dadurch den Hall-IC 30 sicher fest: Der Hall-IC 30 hat unten Draifhanschl iisse 67, von denen nur einer dargestellt ist, und diese sind bei 68 mit den Leiterbahnen der Platine 28 verlötet, wodurch gleichzeitig der Hall-IC 30 und das Formstück 50 an der Platine 28 festgehalten werden. Das Dauermagnetstück 59 ist mittels eines Klebstofftropfens 71 fixiert. Es dient zur Symmetrierung des Motors, vergleiche die DE-OS 31 11

Zur korrekten Steuerung des Hall-IC 30 wird eine bestimmte Magnetflußdichte des Rotormagneten 43 benötigt, d.h. der Überstandsbereich 72 des Rotormagneten 43, der nach unten über das Statorblechpaket 11 übersteht, muß eine bestimmte Mindestlänge haben, z.B. von 5...10 mm. Auf der gegenüberliegenden Seite kann jedoch der dortige Überstandsbereich 73 kurzer sein, da dort ein längerer Überstandsbereich keinen Nutzen bringt, aber teueres Magnetmaterial vergeudet. Der dem Statorblechpaket 11 gegenüberliegende Teil des Rotormagneten 43 ist in Fig. 1 mit 70 bezeichnet.

Diese unterschiedliche Größe der Überstandsbereiche 72 und 73 hat zur Folge, daß auf den Rotor 40 eine Kraft 74 in Richtung nach oben wirkt (vergl. Fig. 1), da der Rotormagnet 43 immer das Bestreben hat, sich symmetrisch zum Statorblechpaket 11 einzustellen. Diese nach oben wirkende Kraft 74 ist zudem drehstel1ungsabhängig, da ja der Luftspalt 23 gemäß Fig. 2 nicht überall derselbe ist, vergleiche die DE - PS-23 46 380, wo die Luftspaltform ausführlich erläutert ist.

Bei Verwendung eines solchen Motors in einem Lüfter wirkt dieser Kraft 74 eine Gegenkraft von den Lüfterflügelη 33 entgegen, und wenn diese Kräfte etwa gleich ^roß sind,

können sich erhebliche und sehr störende axiale Schwingungen ergeben.

312569A

Zur Reduzierung oder Eliminierung dieses störenden Phänomens wird nach der Erfindung eine spezielle Magnetisierung des Rotormagneten 43 verwendet, wie sie beispielhaft in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Im folgenden werden auch '5 andere Magnetisierungen angegeben, die denselben Zweck erfüllen.

Fig. 5 zeigt den Rotormagneten 43 in Abwicklung. Die Pollücken 44, 45, die auch geschrägt sein können, sind für alle Rotorbereiche etwa übereinstimmend. Ebenso ist die Magnetisierung um die Pollücken 44, 45 herum überall etwa gleich.

Die Magnetisierung längs der Linie A-A der Fig. 5, also im oberen Teil des Motorbereichs 70, ist gemäß Fig. 6 A etwa trapezförmig, d.h. auf einem Bereich von etwa 170 el. ist die Induktion B.» jeweils praktisch konstant und fällt im Bereich der Pollücken steil ab, so daß sich bei 76 und 77 steile NuI1durchgänge ergeben. Dieselbe Magnetisierung findet man im oberen Überstandsbereich 73. Im unteren Teil des Motorbereichs 70 und im unteren Oberstandsbereich 72 dagegen ist die Magnetisierung längs der Linie C-C so, wie sie in Fig. 6 B dargestellt ist.

Die Nulldurchgänge bei 76' und 77' sind hinsichtlich Lage und Form genau dieselben wie bei 76 und 77, d.h. die Induktion B_cc ändert sich hier innerhalb eines kleinen Drehwinkels sehr stark. Dies ist wichtig für eine präzise

Umschaltung des Hall-IC 30 möglichst nahe bei diesen NuIl-30

durchgängen 76' und 77'. (HaIl-ICs haben eine gewisse Schaltasymmetrie, d.h. sie schalten nicht genau dann, wenn sich die Polarität des Magneten umkehrt. Außerdem haben HaIl-ICs mit digitalem Ausgangssignal eine Schalthysterese.

Eine hohe Steilheit der Induktionsänderung fördert deshalb .

ein präzises Schalten zum gewünschten Zeitpunkt.)

Im Mittel bereich 78 (Fig. 6 B) zwischen den Nulldurchgängen 76', 77' dagegen ist die Induktion Β-- reduziert, z.B. um 10 bis 40 % und vorzugsweise um etwa 20...30 % gegenüber dem Maximalwert. Diese Reduzierung hat keinen Einfluß auf das Ausgangssignal U₃₀ des KaIl-IC 30, wie es in Fig. 6 C dargestellt ist, da sich hierbei das Vorzeichen der Induktion nicht ändert und der Hall-IC 30 an seinem Ausgang nur zwei Schaltzustände kennt, nämlich hoch und niedrig. (Die Erfindung wäre aber auch bei einem galvanomagnetischen Sensor mit analogem Ausgang verwendbar, da auch dort ein gewisses Absinken des Ausgangssignals im Mittel bereich 78 nicht stört, wenn die Schaltung entsprechend ausgelegt ist, z.B. wenn das analoge Hallsignal einen Komparator mit Hysterese steuert. Diese Reduzierung der Induktion Β~~ wird jeweils vorgenommen in einem Bereich 79, dessen Grenze in Fig. 5 mit 80 bezeichnet ist und der sich etwa bis zur Mitte des Rotormagneten 43 erstreckt, also den Überstandsbereich

72 und einen Teil des Motorbereichs 70 erfaßt. 20

Da die Kraft, mit der ein Magnet von einem Weicheisenstück angezogen wird, etwa mit dem Quadrat der magnetischen Induktion steigt, bewirkt die Reduzierung der magnetischen Induktion in den Bereichen 79 um ca. 30 %, also auf 70 % des Maximalwertes, etwa eine Halbierung der magnetischen Kraft 74 (0,7² = 0,49). Anders gesagt wirkt der untere Oberstandsbereich 72 durch die Erfindung so , als sei er viel schmaler, so daß die axiale Kraft 74 nur mehr klein ist und auch bei Verwendung von Gleitlagern

37, 38 sehr gut beherrscht werden kann.

Die Erfindung bringt ferner - unabhängig von der Frage des magnetischen Zuges - einen wichtigen Vorteil im Verhalten des Motors. Hierzu wird auf Fig. 9 Bezug genommen. 35

Diese zeigt bei A) den Verlauf der induzierten Spannung

2125634 15

^Uind' ^{also der s}P^annung, die in den Statorwicklungen 24, 25 induziert wird, wenn der Motor stromlos ist und man den Rotor 40 von außen antreibt. Mit durchgehenden Linien 82 ist die Spannung dargestellt, die man ohne die Erfindung erhält, also bei einheitlicher Magnetisierung des ganzen Rotors, cjemäß. Fig. 6 A. Diese Spannung'ist etwa trapez-

rmt geneigtem Dach.

förmig>( Mit gestrichelten Linien 83 ist die Spannung dargestellt, die man mit der Erfindung erhält. Diese ist durch die in den Bereichen 79 reduzierte Induktion in der Mitte etwas eingesattelt, d.h. die Dachstücke der Trapeze haben oben bei 80 bzw. 80' kleine Dellen oder Einsattelungen.

Gemäß Fig.9 B haben diese Einsattelungen 80, 80' einen wichtigen, sehr erwünschten Einfluß auf den Strom in den Statorwicklungen 24, 25. Ohne die Erfindung ergibt sich der Stromverlauf 85, der mit durchgehenden Linien dargestellt ist und bei 86 eine starke Einsattelung hat, welche unerwünscht ist, weil sie die Leistung des Motors 7 reduziert und ein ungleichmässiges Drehmoment bewirkt. 87 dagegen zeigt (in-gestrichelten Linien) den Stromverlauf bei der Erfindung, d.h. dort ist diese Einsattelung wesentlich schwächer, und es ergibt sich somit ein günstigerer Stromverlauf, bei dem der Strom beim Anstieg und auch · kurz vor dem Abschalten auf weniger hohe Werte ansteigt, sich aber insgesamt /cl^rsel be Mittelwert des Stromes und damit auch dieselbe Antriebsleistung ergibt, freilich mit weniger starken Drehmomentschwankungen, was sehr vorteilhaft ist. Der Wegfall der unerwünschten Stromspitzen ist auch für die Transistoren günstig, welche die in

Fig. 9 B dargestellten Ströme schalten, d.h. diese Transistoren werden weniger stark belastet.

Die Fig. 7 und 8 zeigen beispielhaft eine Magnetisierungsvorrichtung 90, die aber zur Magnetisierung eines vierpoligen Rotors ausgebildet ist. (Der Rotor 40 nach den

Fig. 1 und 2 ist ein zweipoliger Rotor).

Ein Blechpaket 91 ist mit 4 Nuten 92 bis 95 versehen, in die eine Wicklung 96 wie dargestellt so eingewickelt ist, daß bei Stromdurchfluß am Umfang des Blechpakets 91 abwechselnd Nord- und Südpole erzeugt werden.

Das Blechpaket 91· ist außen zylindrisch, aber dort, wo die Bereiche 79 mit reduzierter Induktion erzeugt werden sollen, sind Aussparungen 97 vorgesehen, die wie dargestellt eine etwa zylindrische Kontur haben, aber sich nicht bis zu den Nuten 92 bis 95 erstrecken. Ihr Radius entspricht wie dargestellt etwa dem des Blechpakets 91, so daß die Aussparungen 97 im Querschnitt linsenförmig sind. Diese Aussparungen 97 sind ausgefüllt mit entsprechenden linsenförmigen Kupferstücken 98.

Der zu magnetisierende Rotor 100 und sein Rotormagnet sind in Fig. 7 schematisch in der entsprechenden Lage angedeutet. In dieser Lage wird ein kurzer- Gleichstromimpuls durch die Wicklung 96 gejagt, und der Magnet erhält dann die gewünschte Magnetisierung. Dabei entstehen in den linsenförmigen Kupferstücken 98 Wirbelströme, die die magnetischen Flußlinien aus diesen Kupfer-

stücken verdrängen und damit die Reduzierung der Induktion in den gegenüberliegenden Bereichen des Rotormagneten 101 unterstützen.

Naturgemäß läßt sich die Vorrichtung nach den Fig. 7 und 30

8 leicht auch für einen zweipoligen Rotor abwandeln, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine Variante zu ;der Magnetisierungsvorrichtung der Fig. 7 und 8. Gleiche oder gleichwirkende 35

Teile wie in den Fig. 7 und 8 werden mit denselben Be-

ο ! Iο ο 3

zugszeichen bezeichnet wie dort.

Die Wicklung 96 besteht hier jeweils aus mehreren Windungen. In den Aussparungen 97 sind hier keine Kupferstücke vorgesehen, sondern es ist jeweils ein Teil 102 der Wicklung 96 wie bei Fig. 7 außen herumgeführt, ein anderer Teil 103 dagegen bogenförmig durch die Aussparungen 97 hindurchgeführt. Dadurch wird in den Aussparungen 97 die magnetische Induktion beim Magnetisierungsvorgang reduziert, so daß der Rotormagnet 101 an den gegenüberliegenden Stellen weniger stark magnetisiert wird.

Eine andere Alternative zeigt Fig. 11, und zwar eine
Entmagnetisierungsvorrichtung 106 zur teilweisen Entmagnetisierung von vorbestimmten, vorzugsweise insel-

förmigen Bereichen eines Rotormagneten. Hierzu wird der Rotormagnet zuerst in einer Magnetisierungsvorrichtung voll magnetisiert, z.B. in der Vorrichtung 90 nach den Fig. 7 und 8, aber ohne die Aussparungen 97, so daß
überall eine trapezförmige Magnetisierung analog Fig. 6 A entsteht.

Die Entmagnetisierungsvorrichtung 106 nach Fig. 11 hat einen Magnetkern 107 mit vier Schenkeln 108, von denen jeder eine gleich große Wicklung 109 trägt, die parallel oder in Reihe geschaltet und alternierend gepolt sind, so daß am Außenumfang der Schenkel 108 abwechselnd Nord- und Südpole entstehen, wie das in 'der üblichen Weise

durch N (= Nordpol) und S (= Südpol) angedeutet ist.
·

Gemäß Fig. 12 wird diese Vorrichtung 106 so gegenüber
dem magnetisierten Rotormagneten 110 angebracht, daß
sie etwa gegenüber der Grenzlinie 111 zwischen dem Überstandsbereich 72 und dem Motorbereich 70 liegt, und dann 35

wird ein Stromstoß durch die vier Wicklungen 108 geschickt, so daß im Magneten 110 vier insulare Bereiche

112 mit einer wohldefinierten reduzierten Magnetisierung entstehen, die teils im Überstandsbereich 72, teils im Motorbereich 70 liegen und von den Pollücken 113 jeweils einen zeitlichen Abstand halten, ebenso vom unteren Rand des Rotormagneten 110. Auf diese Weise erreicht man mehrere wichtige Vorteile:

a) Durch die Entmagnetisierung des zuvor magnetisieren Rotormagneten 110 ergibt sich insgesamt eine sehr stabile Magnetisierung in den insularen Bereichen 112, die sich im Betrieb sehr wenig ändert.

b) Die Steuerung eines Hall-IC durch den ■Überstandsbereich 72 wird nicht beeinträchtigt.

c) Der axiale Zug 74 (Fig. 1) wird sehr stark reduziert, so daß Gleitlager für die Lagerung des Rotors verwendet werden können.

d) Es ergibt sichdie gewünschte Einsattelung 80 (Fig. 9 A) der induzierten Spannung und damit der gewünschte gleichmäßigere Stromverlauf.

Naturgemäß ist die Erfindung hinsichtlich der Einsattelungen 80, 80' und ihrer vorteilhaften Wirkungen nicht auf Motoren beschränkt, die einen zylindrischen Luftspalt haben und bei denen ein axialer Zug auftreten kann.

Z.B. zeigt Fig. 13 einen vierpoligen Rotormagneten 120

für einen Flachmotor, wie ihn z.B. die Fig. 1 bis 4 oder 20 bis 22 der US - PS 3 840 761 (US 47 = US - 134 eb) zeigen, auf die zur Vermeidung unnötiger Längen verwiesen wird. Die Drehrichtung ist in Fig. 13 mit 121 bezeichnet, und die - etwa spiralförmigen - Pollücken sind'mit 122 bezeichnet. Der Magnetisierungsverlauf längs der Linie A-A entspricht der Darstellung in Fig. 6 A, und der Mag-

•j q ό 1 2 ο 6 9 U

netisierungsverlauf längs der Linie C-C entspricht der Darstellung in Fig. 6 C. Dies wird dadurch erreicht, daß in jedem Pol 123 ein insularer Bereich 124 entmagnetisiert worden ist. Die induzierte Spannung erhält dadurch die in Fig. 9 A dargestellte Form mit den Einsattelungen 80, 80'. Naturgemäß kann man z.B. bei dem Rotormagneten 120 nach Fig. 13 bei jedem Pol statt eines großen Bereichs 124 mehrere kleinere Bereiche entsprechender Größe und Lage schwächer magnetisieren oder - nach vorheriger .Magnetisierung - wieder teil weise.entmagnetisieren . Maßgebend ist die Form "der induzierten Spannung bzw. der gewünschte "glatte" Stromverlauf ohne übermäßige Spitzen oder Täler.

!5 Zur Erreichung dieses Zieles kann man selbstverständlich auch entsprechende Ausnehmungen im Rotormagneten vorsehen. Wenn der Rotormagnet z.B. ein sogenannter Gummimagnet ist, also eine Mischung aus Hartferriten und einem Elastomer, so kann man an den erforderlichen Stellen z.B.

diesen Magneten weniger dick machen oder sogar mit Löchern versehen, um die gewünschte Form der induzierten· Spannung zu erhalten. Auf diese Weise erhält man eine sehr große Vielzahl konstruktiver Möglichkeiten zur Realisierung der Erfindung. Dabei ist es z.B. auch keineswegs notwendig - wenn auch meistens vorteilhaft -, daß ein solcher Motor durch galvanomagnetische Kommutiermittel gesteuert wird. Ebensogut würde sich die Verbesserung der Form der induzierten Spannung z.B. bei einem Motor mit optoelektronischer Kommutierung oder mit Hochfrequenzkommutierung auswirken.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung in gleicher Weise auch für Motoren mit anderer Pulszahl. Es müssen dann entsprechend mehr galvanomagnetische oder sonstige Sensoren vorgesehen werden, die aber von derselben Steuer-'

spur gesteuert werden können. - Hinsichtlich einer zweckmäßigen elektronischen Schaltung zur Verwendung in Verbindung mit einem Hall-IC kann z.B. auf die DE - OS 31 11 (D 136) hingewiesen werden.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT.RAIBLE TELEFON (0 / II) i>5 33 22 . Γ I * *

STUTTGART 1 TELEGRAMME : ABELI >AT ST- Wc'.Atfr ".„

BIRKENWALDS TRASSE ^13 POSTSCHECK STUTTGART iA-\ no - 7Ο8 f—\ICDI ll\l/~> LJANIC

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PAPST-MOTOREN GMBH & CO KG ι STUTTGART, tn ν 19.6.1981

,,.- _. - ^λ ANWALTSAKTE; P 61 . 3 2 D1 3 8 /ΠΙ

St. Georgen

Ansprüche

/1.JkoII ektorioser Gleichstrommotor mit einem etwa zylind- ^—frischen Luftspalt (23) (Innen- oder Außenläufermotor), mit einem Stator (10) und einem permanentmagnetischen Rotor (40), welcher einen axialen überstandsbereich(72) mit einer Magnetisierung zur Steuerung mindestens eines außerhalb des Luftspalts (23) angeordneten galvanomagnetischen Sensors (30), insbesondere eines Hall-IC, aufweist,
insbesondere zweipulsiger Motor (7) mit ReIuktanz-Hi1fs-

moment,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in diesem Überstandsbereich (72) die Induktion im mittleren Teil der Pole mindestens bereichsweise schwächer ist als an den an die Pollücken (44, 45) angrenzenden Randbereichen der Pole.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Längsenden des Rotors (40) ein Überstandsbereich (72, 73) vorgesehen ist, und daß der zur Steuerung des mindestens einen Sensors (30) dienende Überstandsbereich (72), bezogen auf das jeweilige Ende des Statorblechpakets (11), eine größere axiale Erstreckung hat als der andere Überstandsbereich (73).

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung (B_cc) des zur Steuerung des galvanomagnetischen Sensors (30) dienenden Überstandsbereichs (72) hinsieht!ich

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a) der Lage der PoTlücken (44, 45), und b) der Polarität der Pole

im wesentlichen mit der Magnetisierung des permanentmagnetischen Rotors (40) in seinem dem Stator (10) gegenüberliegenden Teil (70) übereinstimmt.

4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der in dem zur Steuerung des galvanomagnetischen Sensors (30) dienenden Überstandsbereich (72) vorgesehene Bereich schwächerer Magnetisierung (79) axial in den dem Luftspalt (23) des Motorteils gegenüberliegenden Rotorteil (70) unter Einhaltung eines Abstandes von den Pollücken (44, 45) erstreckt.

¹⁵5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Luftspaltbereich (70) vorgesehene Bereich (79) schwächerer Magnetisierung nicht mehr als 50 % der im Luftspaltbereich liegenden Rotormagnetfläche umfaßt.

²Qj. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (79] 112; 124) schwächerer Magnetisierung als entmagnetisierte Bereiche im Dauermagnetmaterial ausgebildet sind.

²§7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (79; 112; 124) schwächerer Magnetisierung als Ausnehmungen im Dauermagnetmaterial ausgebildet sind.

8'. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (112; 124) schwächerer Magnetisierung inselförmig in den jeweiligen Polen (z.B. 123) angeordnet sind.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inselförmigen Bereiche etwa im Bereich desjenigen Stator-

endes vorgesehen sind, welches dem den galvanomagnetischen Sensor (30) steuernden Überstandsbereich (72) zugewandt ist.

510. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (79;' 112) schwächerer Magnetisierung etwa 10...90 % der Gesamtfläche des mit dem galvanomagnetischen Sensor (30) zusammenwirkenden Überstandsbereichs (72) umfassen. IO

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (79; 112) schwächerer Magnetisierung etwa 40...60 % der Gesamtfläche dieses Überstandsbereichs

umfa ssen.
15

12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die permanentmagnet!se hen Pole (43) in einem topfartigen Außenrotorteil (42) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstandsbereich (72) zur Steuerung des· galvanomagnetischen Sensors (30) auf der offenen Seite des topfartigen Außenrotorteils (42) liegt.

13. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) mit Gleitlagern (37 ,

38) gelagert ist.

14. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Pole des

Rotors (40) in ihrem .mit dem Blechpaket (11) des Stators (10.) zusammenwirkenden Bereich (70) und außerhalb der Schwächungsbereiche (79; 112; 124) eine etwa trapezförmige Magnetisierung (By) mit engen Lücken (44, 45)

zwischen den Polen aufweisen.
35

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■*· 15. Verwendung eines Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Lüfter, insbesondere einem Axial lüfter geringer axialer Bautiefe (sogenannter Gerätelüfter).

16. Magnetisierungsvorrichtung zur Herstellung eines Rotors für einen Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem aus ferromagnetischem Material aufgebauten Bauteil (91) und einer an diesem angebrachten Wicklungsanordnung (96) zum Leiten des Magnetisierungsstromes,

dadurch gekennzeichnet, daß dieses Bauteil (91) an den Stellen, welche beim Magnetisierungsvorgang denjenigen Bereichen des Rotormagneten (101) gegenüberliegen, die zur Erzeugung einer schwächeren Magnetisierung ausgebildet sind, jeweils eine Aussparung (97) zur Bildung eines vergrößerten Luftspalts aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Aussparungen (97) mindestens teilweise mit einem Werkstoff (98) von hoher Leitfähigkeit ausgefüllt sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnung (96) im Bereich der Aussparungen (97) jeweils mindestens teilweise (103) durch diese hindurchgeführt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da-30

durch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (97) mindestens teilweise als Aussparungen mit etwa zylindrischer Kontur ausgebildet sind.

20. Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Motor 35

nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Rotormagnet in der üblichen Weise

mit der gewünschten Magnetisierung, vorzugsweise einer trapezförmigen Magnetisierung mit engen Lücken zwischen den Polen, magnetisiert wird, und daß anschließend diejenigen Polbereiche des Rotormagneten mindestens teilweise entmagnetisiert werden, an denen Bereiche schwächerer Magnetisierung erforderlich sind.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß inselförmige Polbereiche entmagnetisiert werden, welche mindestens teilweise in einem einen galvanomagnetischen Sensor steuernden Überstandsbereich und vorzugsweise auch im Luftspaltbereich (Motorbereich) des Rotormagneten 1 ie gen.

22. Kollektorloser Gleichstrommotor (Innen!aufermotor, Außenläufermotor, Flachmotor),

mit einem Stator (10) und einem permanentmagnetischen Rotor (40),

insbesondere zweipulsiger Motor mit ReIuktanz-Hilfs-

moment,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Rotormagnet (43) eine Magnetisierung aufweist, welche bei stromlosem Motor in einer Statorwicklung eine Spannung (83) induziert, die etwa trapezförmig ist und deren Trapeze jeweils in ihrem Dachbereich eine Einsattelung (80, 80') aufweisen.

23. Motor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß

der Rotormagnet (43;■110; 120) generell eine etwa trapez-30

förmige Magnetisierung (Fig. 6 A) mit engen Lücken zwischen den Polen aufweist,

und daß im Mittelbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pollücken (44, 45; 113; 122) im Rotormagneten jeweils Bereiche (79; 112; 124) schwächerer Magnetisierung vorgesehen sind.

124. Motor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bereiche (112; 124) mindestens teilweise entmagnetisiert sind.

25. Motor nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bereiche insel formig (112;' 124) ausgebildet s i η d .

26. Motor nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bereiche nicht mehr als 50 % der dem Luftspalt (23) gegenüberliegenden Rotormagnetfläche (70) umfassen.

27. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Stator und

einem permanentmagnetischen Rotor (110 ; 120) , insbesondere zweipulsiger Motor mit R.el uktanz-Hi If smoment, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rotormagnet (110;120) eine Verteilung der magnetischen Induktion über dem Drehwinkel aufweist, die im mittleren Drehwinkelbereich der Pole jeweils einen etwa konstanten Wert aufweist und im Randbereich der Pole jeweils innerhalb eines kleinen Winkelbereichs auf Null abfällt,
und daß im mittleren Drehwinkel bereich der Pole jeweils

²^ mindestens eine Zone (112; 124) mit reduzierter Induktion vorgesehen ist.