DE3215541A1 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents
Kollektorloser gleichstrommotorInfo
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- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
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- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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- Power Engineering (AREA)
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Description
_ 4 —
ebm Elektrobau MuIf ingen GmbH 8c Co. , 711 9 MuIf ingen
Kollektorloser Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Außenläufer-Gleichstrommotor,
wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Aus der DE-AS 22 17 884 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor
mit einem permanentmagnetischen Rotor bekannt, der N Statorwicklungen aufv/eist, die um 360o/N
gegeneinander versetzt angeordnet sind. Zur Gewinnung von Einschaltsignalen für die einzelnen Statorwicklungen
sind zwei Steuersignalgeber vorhanden, die ebenfalls um 360o/N gegeneinander versetzt angeordnet sind und die
in Abhängigkeit von der Winkelsteilung des Rotors die
Steuersignale abgeben. Diese jeweils 180° andauernden
Steuersignale werden durch logische Verknüpfungsglieder
weiterverarbeitet und liefern die Einschaltsignale für
die jeweilige Statorwicklung.
In der DE-AS 29 OO 541 ist ein Steuersignalgeber für die Kommutierungseinrichtung eines elektronisch kommutierten
Gleichstrommotors beschrieben, der mindestens η = 2 gegeneinander versetzt angebrachte Rotorstellungsgeber
aufweist. Diese Rotorstellungsgeber geben bei Drehung des Rotors zeitlich stetig veränderliche Ausgangssignale
ab, die durch eine Auswerteschaltung erfaßt werden.
Bei beiden vorbekannten Gleichstrommotoren sind besondere zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um aus den
rotorstellungsabhängigen AusgangsSignalen der magnetfeidempfindlichen
Steuerelemente die Steuersignale für die Statorwicklungen abzuleiten.
Aus der DE-OS 19 58 785 ist außerdem ein kollektorloser
Gleichstrommotor mit einem zylindrischen permanentmagnetischen Rotor bekannt, der an dessen Stirnseite
mit einem Steuermagnetteil versehen ist und der
einen Luftspalt aufweist, in den galvanomagnetische Elemente über eine Teilstrecke eines jeden Rotorumlaufweges
eintauchen können. Der Steuermagnetteil enthält dabei zwei Magnetsysteme, die aus einem äußeren
Ringstegsektor und aus einem hohlzapfenförmigen Teil
bestehen, die zwischen sich einen konzentrisch zur
Rotorachse verlaufenden Teilluftspalt aufweisen und in
die zur Steuerung erforderliche Feldplättchen eintauchen. Bei dieser Steuereinrichtung, die nur für Kleinmotoren
im Spielzeug- und Modellbau verwendet werden kann, ist jedoch ein aufwendig zu bearbeitender zweiteiliger
Steuermagnetteil erforderlich, so daß sich
keine kostengünstige Lösung ergibt.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch für Außenläufermotoren mit etwas höherer
Leistung und mit größeren geometrischen Abmessungen eine preisgünstige Kommutierungseinrichtung ohne zusätzliche
aufwendige Magnetsysteme zu schaffen, bei der die Ausgangssignale der magnetfeldempfindlichen
Steuerelemente ohne zusätzliche Verknüpfungselemente
weiterverarbeitet werden können und zur Steuerung der
entsprechenden Leistungstransistoren der Statorwicklungen dienen.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Ausbildung eines kollektorlosen Gleichstrommotors,
wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranSprüchen.
Die drei um 120° gegeneinander versetzt angeordneten
Statorwicklungen werden über die drei magnetfeldempfindlichen
Steuerelemente mittels einer Steuerschaltung nach-
JZ I
einander an eine Gleichspannungsquelle geschaltet, so daß auf diese Weise ein umlaufendes Drehfeld entsteht,
wd.durch ein Anlaufen des Motors aus jeder beliebigen Lage möglich ist.
Dabei werden als Steuerelemente für die jeweils um 120
versetzten Statorwicklungen bevorzugt drei Hall - IC1S verwendet, denen die Aufgabe zukommt, den.·magnetischen
Fluß des radial magnetisierten Rotormagneten und damit die relative Stellung des Rotors zu den Statorwicklungen
abzufragen. Diese drei Hall - ICs sind ebenfalls in einem Winkel von 120 gegeneinander versetzt am Umfang
des Stators angeordnet und werden durch das Magnetfeld des speziell ausgebildeten und innerhalb der Rotorglocke
befestigten permanentmagnetischen Rotormagneten angesteuert. Der Rotormagnet, der beispielsweise als
Kunststoffmagnet ausgeführt sein kann, ist als geschlossener Ring mit einem als magnetischen Rückschluß dienenden
Rotortopf verbunden und weist eine zweipolige radiale Magnetisierung auf.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
veranschaulicht, das ihre Merkmale und Vorteile klar erkennbar v/erden läßt; dabei zeigen
injder Zeichnung:
_ COPY ORiGINAL INSPECTED
Fig. 1 einen Querschnitt durch Läufer und Stator eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Gleichstrommotors
auf der Höhe der Aussparungen im-Rotormagneten,
Fig. 2 den als Magnetband ausgebildeten Rotormagneten des Gleichstrommotors von Fig. 1 in einer Abwicklung
zusammen mit den magnetfeldempfindlichen Steuerelementen für die Stromversorgung der
S tat orwicklungen,
Fig. 3 an den magnetfeldempfindlichen Steueielementen
auftretende Spannungsverläufe in Abhängigkeit vom Drehwinkel τ ,
Fig. 4 eine Fig. 2 entsprechende Abwicklung für einen Gleichstrommotor mit umgekehrter Drehrichtung,
Fig. 5 und 6 einen Querschnitt bzw. eine Detailansicht des Stators des Gleichstrommotors von Fig. 1.
Ein als Rotormagnet dienendes Magnetband, wie es in Fig. 2 in einer Abwicklung gezeigt ist, v/eist, ausgehend
von den Pollücken jeweils zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S an der Unterseite zwei Aussparungen
L1 und L der Höhe b auf, die sich jeweils über einen
Drehwinkelbereich von ca. 60 erstrecken.
Die Höhe b der Aussparungen L1 und Lp des Magnetbandes
in axialer Richtung ist so bemessen, daß bei montiertem Rotortopf mit eingebautem Magnetband ein auf der Schalt-
platine nebst Elektronikteilen als magnetfeldempfindliches
Steuerelement montierter Hall - IC H , H2, H3
in Höhe dieser Aussparungen L und L2 arbeitet.
Es ergeben sich somit für die Hall- ICs H , H2, H3
drei verschieden magnetisierte Bereiche des Rotormagneten, aus denen sie ihre Aus gangs sign ale ableiten.
Die unmagnetischen Bereiche I2 und 1 der Höhe b erstrecken
sich, wie bereits ausgeführt, jeweils über einen Winkel von 60 , während sich der wirksame Südpol
bereich und Nordpolbereich des Steuerteils des Rotormagneten über einen Drehwinkelbereich von je 120
ausdehnt.
Hier muß noch bemerkt werden, daß die Aussparung L2 bei
linksdrehenden Motoren entsprechend Fig. 2 bzw. L1 bei
rechtsdrehenden Motoren nach Fig. 4 am Nordpol N des
Rotormagneten keinen Einfluß auf das Schaltverhalten der Hall ICs H , H2, H_ hat, sondern lediglich dazu
dient, die durch die Aussparung L nach Fig. 2 bzw. L2
nach Fig. 4 am Südpol S entstehende Unwucht wieder auszugleichen.
Durch die Aufteilung des Rotormagneten in einen Steuerbereich der Höhe b und einen Arbeitsbereich der Höhe a
bleibt der drehmomenterzeugende Teil des wirksamen Feldes zweipolig bestehen, wobei der Südpol S und der Nordpol N
jeweils einen Drehwinkelbereich von 180 bilden.
- ίο -
Um ein optimales Arbeiten der Kommutierungseinrichtung zu gewähr leisten, sind die Hall - ICS H1 , HL, H3
nicht wie theoretisch erforderlich in der Mitte jeder Nutöffnung untergebracht, sondern je nach gewünschter
Dreinrichtung links bzw. rechts jeder Nutöffnung positioniert.
Der Drehwinkelbereich, um den die Hall - ICs H1, H2, H_ versetzt angeordnet sind, ist abhängig vom
Einschaltverhalten der Hall - ICs H1 , H2, H3. Aufgrund
seiner Schalthysterese schaltet ein Hall - IC nicht im Nulldurchgang der magnetischen Induktion, sondern erst
nach Erreichen eines gewissen von Typ zu Typ leicht schwankenden Wertes der magnetischen Induktion~B.
Durch die versetzte Anordnung der Hall - ICs H1, H2,
Ho wird sichergestellt, daß die dem jeweiligen HaIl-IC
H1, H2, H„ zugeordnete Statorwicklung \L , W bzw. W3
eingeschaltet wird, sobald der entsprechende Magnetpol des Rotormagneten dieser Statorwicklung erreicht hat.
Zur Positionierung der Hall - ICs befinden sich nach Fig. 5 und 6 an der Endscheibe des Stators Aussparungen
1 , 2, in denen die einzelnen Hall - ICs Aufnahmen finden können. Diese Aussparungen 1 , 2 sind links und
rechts einer jeden Nutöffnung so angebracht, daß nach Befestigung des Hall - ICs H1 , H2, H„ ein minimaler
Luftspalt zwischen Stator und Läufer möglich wird und
der Stator für links- und rechtsdrehende Motoren verwendet werden kann.
*den Polschenkel
Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Kommutierungseinrichtung sei von der in Fig. 1 dargesteilen Abbildung
ausgegangen, bei der z.B. Hall - ICs H1 , Hp, H3
verwendet werden, die nur vom Südpol eines Magneten durchgeschaltet werden können, im quasi feldfreien
Raum der AussparungenL1 , Lp und im Feld des Nordpols N
des permanentmagnetischen Steuerteils jedoch nicht durchgeschaltet werden. Dadurch ergibt sich, daß jeder
der drei Hall - ICs H1, H_, H „ pro Umdrehung des Läufers
nur über 120° durchgeschaltet ist und sich über 240 in Ruhestellung befindet.
Geht man bei der Darstellung der Wirkungsweise z.B. von einem linksdrehenden Motor aus, so sind die Hal! - ICs
H1, H2, H3 entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Darstellung
in den Aussparungen 1 der Endscheibe untergebracht. Außerdem weist der Läufer als Rotormagneten
einen Permanentmagneten auf, der auf die in Fig. 2 dargestellte
Weise magnetisiert und mit Aussparungen L1, L2
versehen ist.
Wird die Betriebsspannung eingeschaltet, wird nach Fig. 1 aufgrund des dem Hall - IC H1 gegenüberliegenden
Südpols S des Rotormagneten der Hall - IC H1 leitend.
Dieser bewirkt über nachgeschaltete Verstärkerstufen,
daß die Statorwicklung W- eingeschaltet wird. Der Hall
- IC Hp, der sich zu diesem.Zeitpunkt gegenüber dem
Nordpol N befindet, und der Hall - IC H3, der der Aussparung
L1 des Südpols S gegenüberliegt, sind nicht
durchgesteuert. Es ergeben sich Einschaltsignale, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Durch die Einschaltung
der Statorwicklung W1 dreht sich der Rotor in Richtung
des Polschenkels mit der Wicklung W1- Erreicht der
Bereich des Rotormagneten zwischen A und C in Fig. 1 die Position des Hall - ICs H , erfolgt die Abschaltung
der Statorwicklung W1 , weil durch die im Steuerteil
beginnende Auss.parung/des Südpols S der Hall - IC H1
abgeschaltet wird. Gleichzeitig erfolgt nun durch den Südpol S des Rotormagneten eine Einschaltung des Hall ICs
Hp, der nun wiederum die Statorwicklung W? unter
Strom setzt, so daß durch das sich aufbauende Magnetfeld eine Weiterdrehung des Läufers erfolgt.
In gleicher V/eise wird nun bei Erreichen des Hall - ICs H„ die Statorwicklung W abgeschaltet und die Statorwicklung
Wo eingeschaltet. Durch diese Ansteuerung ist ein kontinuierlicher Lauf und ein sicheres,'Anlaufen des
Motors aus jeder Läuferstellung heraus gewährleistet.
Bei Änderung der Drehrichtung sind die Hall - IC1S an
der Endscheibe des Stators in Fig. 5 in den Aussparungen 2 unterzubringen. Außerdem bedarf es einer Verschiebung
der Aussparungen L1 , L„ am Magnetband des
Rotormagneten um 120 oder als Alternative dazu einer Änderung der Magnetisierung entsprechend Fig. 4, sowie
einer geänderten Verschaltung der Statorwicklungen. Die Polteilung des Rotormagneten in Fig. 1 ergibt sich
dann bei Berücksichtigung der geänderten Drehrichtung entlang der Linie D-E, während sie bei Linksdrehung
entlang der Linie A-B verläuft.
Mit dieser Kommutierungseinrichtung ist es selbstverständlich auch möglich, Hall- ICs zu verwenden, die
vom Nordpol des Rotormagneten durchgeschaltet werden. Es ist dann lediglich, verglichen mit der jeweils
gleichen Drehrichtung, eine Verschiebung der Aussparungen des Rotormagneten durchzuführen oder alternativ
die Magnetisierung zu ändern.
In einer etwas veränderten Ausführungsform der Erfindung
ist es auch möglich, den Arbeitsteil mit der Höhe a und den Steuerteil mit der Höhe b des Rotormagneten
in Fig. 2 bzw. 4 getrennt auszuführen. Der Arbeitsteil besteht dann lediglich aus einem zweipolig radialmagnetisierten
Magnetband, das innerhalb der Rotorglocke befestigt wird. Die beiden Steuerteile der Höhe b sind
dann ebenfalls entsprechend zu magnetisieren und je nach DrehrichLung an gewünschter Stelle des Läufers
zu befestigen.
Claims (8)
1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem zylindrischen
Luftspalt zwischen einem permanent-magnetischen Außenläufer mit einem zweipoligen, radial magnetisierten
Rotormagneten einerseits und einem Stator mit drei jeweils um 1 20 gegeneinander versetzt angeordneten
und unter Steuerung durch magnetfeldempfindliche
Steuerelemente-mit Strom versorgten Statorwicklungen andererseits,
dadurch gekennzeichnet, daß
für jede Statorwicklung (W1, W2, VZ ) je ein eigenes
magnetfeldempfindliches Steuerelement (H1, H^, H~) .
vorgesehen ist
und daß
und daß
der Rotormagnet zwischen seinen beiden Polen (N,S) wenigstens eine in ihrer axialen Höhe (b) den Abmessungen
der magnetfeldempfindlichen Steuerelemente
(H-, H , H_)- entsprechende und sich über einen Drehwinkelbereich
von ca. 60 erstreckende Aussparung (L1 , L2") aufweist.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotormagnet in Form eines innerhalb eines Rotortopfes befestigten, einteiligen
Magnetbandes auf Kunststoffbasis mit einem
die Aussparungen (L^, Lp) enthaltenden Steuerteil
der axialen Höhe (b) und einem Arbeitsteil der axialen Höhe (a) ausgeführt ist.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotormagnet in Form eines innerhalb des Rotortopfes befestigten, zweiteiligen
Magnetbandes auf Kunststoffbasis mit Unterteilung in einen Arbeitsteil der Höhe (a) und einen
Steuer teil der Höhe (b) ausgeführt ist.
4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (L-, Lp)
jeweils an den Pollücken zwischen Nordpol (N) und Südpol (S) beginnen bzw. enden.
5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als magnetfeldempfindliche
Steuerelemente drei Hall - ICs (H1JI2,H3) mit
einem gegenseitigen Abstand, der einem Drehwinkelbereich von ca. 120 entspricht, vorgesehen sind.
6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Endscheibe des Stators Aussparungen (1, 2) für magnetfeldempfindliche
Steuerelemente (H^H-, H3) angeordnet sind.
7. Gleichstrommotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (1 , 2) an der Endscheibe des Stators, jeweils ausgehend
von der Nutmitte, innerhalb eines Vinkel-bereiches von 0 - — 0^ ~ 30° angebracht sind.
8. Gleichstrommotor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldempfindliehen
Steuerelemente bei Linkslauf des Motors in den linken Aussparungen (1 ) und bei Rechtslauf
des Motors in den rechten Aussparungen (2) der Endscheibe des Stators angeordnet sind.
*(HV H2, H3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823215541 DE3215541C3 (de) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | Kollektorloser gleichstrommotor |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823215541 DE3215541C3 (de) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | Kollektorloser gleichstrommotor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3215541A1 true DE3215541A1 (de) | 1983-11-03 |
DE3215541C2 DE3215541C2 (de) | 1986-06-12 |
DE3215541C3 DE3215541C3 (de) | 1988-12-22 |
Family
ID=6161988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823215541 Expired DE3215541C3 (de) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | Kollektorloser gleichstrommotor |
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Country | Link |
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Also Published As
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DE3215541C2 (de) | 1986-06-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
D4 | Patent maintained restricted | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |