DE3138323A1 - Electric motor, especially a DC motor without a commutator - Google Patents
Electric motor, especially a DC motor without a commutatorInfo
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Abstract
Description
Elektromotor, insbesondere kollektorloser Gleichstrom-Electric motor, especially brushless direct current
motor Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere kollektorlosen Gleichstrommotor, mit einem mit der Rotorwelle drehfest verbundenen permanentmagnetischen Element sowie mit n mit dem permanentmagnetischen Element zusammenwirkenden ortsfesten magnetfeldempfindlichen Sensoren zur Abgabe elektrischer Stellungssignale, wobei n mindestens 1 ist, und mit in Richtung zum permanentmagnetischen Element hin vor den Sensoren angeordneten ferromagnetischen Leitelementen.motor The invention relates to an electric motor, in particular brushless DC motor with a permanent magnet connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner Element as well as with n co-operating with the permanent magnetic element stationary Magnetic field-sensitive sensors for emitting electrical position signals, wherein n is at least 1, and with in the direction of the permanent magnetic element the sensors arranged ferromagnetic guide elements.
Aus der DE-AS 19 11 836 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor mit feststehender Ständerwicklung und einem mit der Rotorwelle drehfest verbundenen permanentmagnetischen Rotor bekannt, wobei die Ansteuerung der Ständerwicklung durch eine elektronische Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors erfolgt.From DE-AS 19 11 836 is a brushless DC motor with fixed stator winding and a non-rotatably connected to the rotor shaft permanent magnetic rotor known, with the control of the stator winding by an electronic commutation device depending on the rotary position of the rotor takes place.
Die Drehstellung des Rotors wird durch zwei ortsfeste magnetfeldempfindliche Sensoren in Form von Hallgeneratoren erfaßt, die um 900 el. gegeneinander versetzt sind.The rotary position of the rotor is controlled by two stationary magnetic fields Sensors in the form of Hall generators detected, offset by 900 el. Against each other are.
Um bei stirnseitiger Anordnung der Hallgeneratoren unabhängig vom axialen Lagerspiel des permanentmagnetischen Rotors ausreichend große Steuersignale zu erhalten, sind als ferromagnetische Leitelemente Fangbleche vorgesehen, die den Streufluß des permanentmagnetischen Rotors auf die Hallgeneratoren konzentrieren. Diese Fangbleche sind teilweise zwischen den Hallgeneratoren und dem permanentmagnetischen Rotor angeordnet und weisen einen radial verlaufenden Teil sowie einen abgewinkelten in axialer Richtung verlaufenden Teil auf, dessen Ende über dem permanentmagnetischen Rotor zu liegen kommt.In order to be independent of the frontal arrangement of the Hall generators axial bearing play of the permanent magnetic rotor sufficiently large control signals to get, catch plates are provided as ferromagnetic guide elements, which the Concentrate the leakage flux of the permanent magnet rotor on the Hall generators. These catch plates are partly between the Hall generators and the permanent magnet Arranged rotor and have a radially extending part and an angled axially extending part, the end of which is above the permanent magnetic Rotor comes to rest.
Darüber hinaus ist es aus der DE-OS 25 14 499 bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor und radialem Luftspalt benannt, einen Teil des magnetischen Flusses des Rotors durch ein zwischen dem Rotor und einem magnetfeldempfindlichen Sensor angeordnetes ferromagnetisches Leitelement auf diesen Sensor zu konzentrieren, so daß dort eine hinreichend große Magnetfeldintensität zur Erzeugung eines Stellungssignals zur Verfügung steht.In addition, it is from DE-OS 25 14 499 in a brushless DC motor with permanent magnet rotor and radial air gap named, part of the magnetic flux of the rotor through one between the rotor and a magnetic field-sensitive sensor arranged ferromagnetic guide element to concentrate on this sensor, so that there is a sufficiently large magnetic field intensity is available for generating a position signal.
Bei Llektromotoren mit magnetfeldempfindlichen Sensoren zur Abgabe elektrischer Rotorstellungssignale, beispielsweise zur Steuerung einer Kommutierurzgseinrichtung oder zur Positionierung des Rotors bei einem Schrittmotor, ist es wesentlich, daß die magnetfeldempfindlichen Sensoren sehr genau an ihrem vorgesehenen Ort positioniert sind. So ist es bei kollektorlosen Gleichstrommotoren für die Ansteuerung der Kommutierungseinrichtung sehr wesentlich, daß die von den magnetfeldempfindlichen Sensoren abgeleiteten Stellungssignale exakt um 900 el. in der Phase verschoben sind, was einen entsprechend exakten mechanischen Versatz dieser Sensoren erforderlich macht.For electric motors with sensors sensitive to magnetic fields for delivery electrical rotor position signals, for example to control a commutation device or for positioning the rotor in a stepper motor, it is essential that the magnetic field sensitive sensors are positioned very precisely at their intended location are. This is the case with brushless DC motors for controlling the commutation device It is very important that the position signals derived from the magnetic field-sensitive sensors are shifted in phase by exactly 900 el., which is a correspondingly exact mechanical Makes displacement of these sensors necessary.
Dies zieht in der Fertigung erhebliche fertigungstechnische Anstrengungen nach sich, so daß entsprechende Fertigungskosten auflaufen.This draws considerable manufacturing efforts in the production after itself, so that corresponding manufacturing costs accumulate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der fertigungstechnische Aufwand fiir die exakte Positionierung der magnetfeldempfindlichen Sensoren verringert wird.The invention is based on the object of an electric motor of the initially mentioned mentioned type so that the manufacturing effort for the exact Positioning of the magnetic field sensitive sensors is reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes ferromagnetische Leitelement unabhängig von den anderen drehverstellbar angeordnet ist, wobei die Drehachse mit der Achse der Rotorwelle zusammenfällt. Damit genügt es, die magnetfeldempfindlichen Sensoren bei der Fertigung nur angenähert in ihre richtige Lage zu bringen und die Feineinstellung über eine nachträglich vorzunehmende Drehverstellung der ferromagnetischen Leitelemente vorzunehmen; denn durch diese ',Drehverstellbarkeit der ferromagnetischen Leitelemente kann eine Feineinstellung des die magnetfeldempfindlichen Sensoren durchsetzenden magnetischen Flusses mit geringem Aufwand erreicht werden. Diese Feineinstellung des magnetischen Flusses über die ferromagnetischen Leitelemente kann am Ende des Fertigungsvorganges vorgenommen werden. Allerdings müssen diese ferromagnetischen Leitelemente unabhängig voneinander drehverstellbar sein.This object is achieved in that each ferromagnetic Guide element is arranged rotatably independently of the other, the Axis of rotation coincides with the axis of the rotor shaft. So it is sufficient to use the magnetic field sensitive Only bringing sensors approximately into their correct position during production and the fine adjustment via a subsequent rotary adjustment of the ferromagnetic Make guiding elements; because through this', rotational adjustability of the ferromagnetic Guide elements can fine-tune the sensors that are sensitive to magnetic fields penetrating magnetic flux can be achieved with little effort. These Fine adjustment of the magnetic flux via the ferromagnetic guide elements can be done at the end of the manufacturing process. However, this must be ferromagnetic guide elements be independently rotatable.
In einer bevorzugten Aus führungs form sind lediglich n - 1 ferromagnetische Leitelemente vorgesehen, da es im allgemeinen lediglich auf die relative Anordnung der magnetfeldempfindlichen Sensoren zueinander ankommt. So kann bei einem kollektorlosen Gleichstromrnotor mit zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren nur dem einen Sensor ein drehverstellbares Leitelement zugeordnet sein.In a preferred embodiment, only n − 1 are ferromagnetic Guide elements are provided as it generally only depends on the relative arrangement of the sensors sensitive to magnetic fields arrive at each other. So can with a collectorless DC motor with two magnetic field sensitive sensors only one sensor be assigned a rotatable guide element.
Als magnetfeldempfindliche Sensoren können Hallgeneratoren dienen, da sie nur einen geringen Raumbedarf aufweisen und kostengünstig zur Verfügung stehen. Als kostengünstige und gut verfügbare ferromagnetische Leitelemente können Ferritblättchen eingesetzt sein.Hall generators can serve as sensors sensitive to magnetic fields, as they only require little space and are available at low cost. Ferrite flakes can be used as inexpensive and readily available ferromagnetic guide elements be used.
Das permanentmagnetische Element kann als Scheibe mit entlang dem Umfangsbereich abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung ausgebildet sein. Dieses permanentmagnetische Element ist zusätzlich zum permanentmagnetischen Rotor auf die Rotorwelle aufgesetzt.The permanent magnetic element can be used as a disk along with the Circumferential area formed alternately opposite direction of magnetization be. This permanent magnetic element is in addition to the permanent magnetic Rotor placed on the rotor shaft.
In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch auch als permanentmagnetisches Element der Rotor des Gleichstrommotors selbst dienen. In diesem Fall übernimmt der mit der Statorwicklung wechselwirkende Rotor auch gleichzeitig die Funktion des permanentmagnetischen Elementes zur Rotorstellungserfassung.In an alternative embodiment, however, it can also be used as a permanent magnetic Element serve the rotor of the DC motor itself. In this case it takes over the rotor interacting with the stator winding also functions at the same time of the permanent magnetic element for rotor position detection.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors mit der Rotorstellungserfassungseinrichtung und Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 rechts liegenden Teil der Rotorstellungserfassungseinrichtung.In the following the invention is based on one in Figures 1 and 2 illustrated embodiment explained in more detail. It shows: FIG. 1 a side view of the electric motor according to the invention with the rotor position detection device and FIG. 2 shows a plan view of the part of the rotor position detection device lying on the right in FIG. 1.
In Fig. 1 ist der reine Antriebsteil, bestehend aus Rotor- und Ständerwicklung, in schematischer Darstellung mit dem Bezugszeichen 1 belegt. Die Rotorwelle trägt das Bezugszeichen 2. Auf der Rotorwelle befindet sich das permanentmagnetische Element 3 in Form einer Scheibe mit entlang der Umfangsrichtung abwechselnd entgegengesetzter Mangetisierungsrichtung, wobei der Vektor des magnetischen Feldes in axialer Richtung verläuft.In Fig. 1, the pure drive part, consisting of rotor and stator winding, assigned the reference number 1 in a schematic illustration. The rotor shaft carries the reference number 2. The permanent magnetic element is located on the rotor shaft 3 in the form of a disk with alternately opposite directions along the circumferential direction Magnetization direction, the vector of the magnetic field in the axial direction runs.
In axialer Richtung zu diesem permanentmagnetischen Element 3 versetzt befindet sich die ortsfeste Detektoreinrichtung 4, die beispielsweise starr mit dem Gehäuse des Antriebsteils 1 verbunden sein kann.This permanent magnetic element 3 is offset in the axial direction there is the stationary detector device 4, which is, for example, rigidly with the housing of the drive part 1 can be connected.
Die Detektoreinrichtung 4 weist eine rechteckige Trägerplatte 5 aus einem nichtmagnetischem Werkstoff, beispielsweise Pertinax, auf. In der Trägerplatte 5 sind als ortsfeste magnetfeldempfindliche Sensoren die Hallgeneratoren 6 und 7 eingebettet. Diese Hallgeneratoren 0 6 und 7 müssen an sich exakt um einen Winkel von 90 el.The detector device 4 has a rectangular carrier plate 5 a non-magnetic material such as Pertinax. In the carrier plate 5, the Hall generators 6 and 7 are stationary sensors that are sensitive to magnetic fields embedded. These Hall generators 0 6 and 7 must be exactly at an angle from 90 el.
gegeneinander versetzt sein. Wegen der beim Anbringen der Hallgeneratoren 6 und 7 unvermeidbaren Toleranzen, tritt jedoch ein Vinkelfehlerj im Versatz der beiden Hallgeneratoren 6 und 7 auf (Fig. 2).be offset against each other. Because of the installation of the hall generators 6 and 7 unavoidable tolerances, but a square error occurs in the offset of the two Hall generators 6 and 7 (Fig. 2).
Dieser Winkelfehlers wird erfindungsgemäß bei unveränderter Lage der Hallgeneratoren durch Eingriffe in den magnetischen Kreis eines der Hallgeneratoren, im Ausführungsbeispiel ist dies der Hallgenerator 6, beseitigt, indem der magnetische Kreis so justiert wird, daß sich die erforderliche exakte Winkelverschiebung von 900 el.According to the invention, this angle error is the same with the position unchanged Hall generators by intervening in the magnetic circuit of one of the Hall generators, In the exemplary embodiment, this is the Hall generator 6, eliminated by the magnetic Circle is adjusted so that the required exact angular displacement of 900 el.
ergibt.results.
Dies geschieht-dadurch, daß vor dem Hallgenerator 6 in axialer Richtung zu dem permanentmagnetischen Element 3 hin ein Feldkonzentrator in Form eines ferromagnetischen Leitelementes in einem den fehlerhaften Winkelversatz zwischen den beiden Hallgeneratoren 6 und 7 kompensierenden Sinn angeordnet ist. Dieses ferromagnetische Leitelement 8 ist im Ausführungsbeispiel als Ferritblättchen ausgebildet. Dieses ferromagnetische Leitelement 8 ist drehverstellbar angeordnet, wobei die Drehachse dieser Drehverstellbarkeit mit der Drehachse des permanentmagnetischen Elementes 3 bzw. der Rotorachse 2 zusammenfällt.This happens -by that in front of the Hall generator 6 in the axial direction towards the permanent magnetic element 3, a field concentrator in the form of a ferromagnetic one Guide element in one of the incorrect angular misalignment between the two Hall generators 6 and 7 compensating sense is arranged. This ferromagnetic guide element 8 is designed as a ferrite sheet in the exemplary embodiment. This ferromagnetic Guide element 8 is arranged to be rotatable, the axis of rotation of this rotational adjustability coincides with the axis of rotation of the permanent magnetic element 3 or the rotor axis 2.
Diese Drehverstellbarkeit wird dadurch erreicht, daß sich das ferromagnetische Leitelement 8 auf der Stirnfläche 9 eines zwischen der Trägerplatte 5 und dem permanentmagnetischen Element 3 angeordneten Flansches 10 befindet, wobei ein rohrförmiger Ansatz 11 des Flansches 10 in der Trägerplatte 5 so gelagert ist, daß er sich mit einem gewissen Kraftaufwand in einem beschränkten Winkelbereich relativ zum Hallgenerator 6 nach beiden Seiten hin verdrehen läßt.This rotational adjustability is achieved in that the ferromagnetic Guide element 8 on the end face 9 of one between the carrier plate 5 and the permanent magnetic Element 3 arranged flange 10 is, wherein a tubular extension 11 of the Flange 10 is mounted in the support plate 5 so that it is with a certain Force expenditure in a limited angular range relative to the Hall generator 6 after can be twisted on both sides.
Fig. 2-zeigt eine Ansicht der Detektoreinrichtung 4 von dem scheibenförmigen permanentmagnetischen Element 3 aus.Fig. 2 shows a view of the detector device 4 from the disk-shaped one permanent magnetic element 3 from.
Die das ferromagnetische Leitelement 8 tragende Stirnfläche 9 des Flansches 10 ist hierbei nur gestrichelt eingezeichnet. Die Achse des kreisförmigen Flansches 10 sowie des rohrförmigen Ansatzes 11 deckt sich mit der Achse der Rotorwelle 2. Das ferromagnetische Leitelement 8, das in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist, überlappt sich teilweise mit dem Hallgenerator 6. Der zum Mittelpunkt des ferromagnetischen Leitelementes 8 gerichtete Radiusvektor schließt mit dem zum Mittelpunkt des Hallgenerators 6 gerichteten Radius vektor einen Winkel ein, der nach Größe und Richtung dem Winke'fehlere in der relativen Justierung der beiden Hallgeneratoren 6 und 7 entspricht.The end face 9 of the ferromagnetic guide element 8 carrying Flange 10 is shown here only in dashed lines. The axis of the circular Flange 10 and the tubular extension 11 coincides with the axis the rotor shaft 2. The ferromagnetic guide element 8, which is shown in dashed lines in FIG is shown, partially overlaps with the Hall generator 6. The center point of the ferromagnetic guide element 8 directed radius vector closes with the to Center of the Hall generator 6 directed radius vector an angle that according to size and direction the angle error in the relative adjustment of the two Hall generators 6 and 7 corresponds.
Wird nun angenommen, daß die Drehrichtung R des scheibenförmig ausgebildeten permanentmagnetischen Elementes 3 - wie in Fig. 2 eingezeichnet - entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft, so erreicht eine Grenze der Magnetisierungsrichtung des scheibenförmigen permanentmagnetischen Elementes 3 bei einem um den Winkelfehlere zu kleinen Winkelversatz von 900 el. zwischen den Hallgeneratoren 6 und 7 den Hallgenerator 7 zu früh. Dies wird nun dadurch kompensiert, daß das dem Hallgenerator 6 zugeordnete ferromagnetische Leitelement 8 durch Drehung des Flansches 10 im Uhrzeigersinn um den Betrag des Winkelfehlers verstellt wird. Damit erreicht die zugehörige Magnetisierungsgrenze auf dem scheibenförmigen permanentmagnetischen Element 3 zwar nicht den Hallgenerator 6, wohl aber das ferromagnetische Leitelement 8 um den Winkelfehler4. verfrüht. Von diesem ferromagnetischen Leitelement 8 wird nun dieser verfrüht aufgenommene Wechsel des magnetischen Flusses auf den Hallgenerator 6 konzentriert, so daß dies in der Wirkung einer entsprechenden Verschiebung des Hallgenerators 6 gleichkommt. Damit ist der VJinkelfehlere Xompensiert.It is now assumed that the direction of rotation R of the disk-shaped permanent magnetic element 3 - as shown in Fig. 2 - counterclockwise runs, it reaches a limit of the direction of magnetization of the disk-shaped permanent magnetic element 3 with an angular offset that is too small by the angular error from 900 el. between the Hall generators 6 and 7 the Hall generator 7 too early. this is now compensated by the fact that the Hall generator 6 associated ferromagnetic Guide element 8 by rotating the flange 10 clockwise by the amount of Angular error is adjusted. This reaches the associated magnetization limit on the disk-shaped permanent magnetic element 3 not the Hall generator 6, but the ferromagnetic guide element 8 around the angle error 4. premature. This ferromagnetic guide element 8 is now picked up prematurely Change of the magnetic flux concentrated on the Hall generator 6, so that this is equivalent to a corresponding displacement of the Hall generator 6 in the effect. The VJangle error is thus X-compensated.
Dem Hallgenerator 7 kann prinzipiell ebenfalls ein weiteres ferromagnetisches Element vorgelagert sein, das dann aber unabhängig von dem ferromagnetischen Leitelement 8 in seiner Winkellage verstellbar sein muß. Dies hat den Vorteil, daß der magnetische Fluß durch beide Hallgeneratoren wegen der gleichartigen FluBkonzentrationswirkung dieser ferromagnetischen Leitelemente im wesentlichen gleich ist, so daß auch die Ausgangssignale der Hallgeneratoren 6 und 7 von vornherein etwa gleich groß sind.In principle, the Hall generator 7 can also have a further ferromagnetic Element be upstream, but then independent of the ferromagnetic guide element 8 must be adjustable in its angular position. This has the advantage that the magnetic Flow through both Hall generators because of the similar flow concentration effect this ferromagnetic guide elements is essentially the same, so that the Output signals of the Hall generators 6 and 7 are approximately the same size from the outset.
Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren, die einen permanentmagnetischen Rotor aufweisen, kann - wenn eine kompakte Bauform erwünscht ist - die Funktion des scheibenförmigen permanentmagnetischen Elementes auch gleich mit durch den permanentmagnetischen Rotor dieses Motors übernommen werden. In diesem Fall ist die Detektoreinrichtung 4 ins Innere dieses Motors zu verlegen.In the case of brushless DC motors that have a permanent magnetic Have rotor, can - if a compact design is desired - the function of the disk-shaped permanent magnetic element also through the permanent magnetic element Rotor of this motor are taken. In this case the detector device is 4 to be laid inside this engine.
Für aufwendig aufgebaute Motoren, beispielsweise Schrittmotoren mit einer höheren Anzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren ist eine entsprechend erhöhte Anzahl von unabhängig voneinander drehverstellbaren ferromagnetischen Leitelementen erforderlich, wobei die Mindestzahl immer um den Wert 1 niedriger sein kann als die Zahl der eingebauten magnetfeldempfindlichen Sensoren.For complex motors, for example stepper motors with a higher number of sensors sensitive to magnetic fields is a corresponding one increased number of independently rotatable ferromagnetic guide elements required, whereby the minimum number can always be 1 lower than the number of built-in sensors sensitive to magnetic fields.
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| DE19813138323 DE3138323A1 (en) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | Electric motor, especially a DC motor without a commutator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| DE3138323A1 true DE3138323A1 (en) | 1983-04-14 |
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ID=6142659
Family Applications (1)
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| DE19813138323 Withdrawn DE3138323A1 (en) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | Electric motor, especially a DC motor without a commutator |
Country Status (1)
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1981
- 1981-09-25 DE DE19813138323 patent/DE3138323A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |