DE3345554A1

DE3345554A1 - Kollektorloser gleichstrommotor zum antrieb eines optischen deflektors

Info

Publication number: DE3345554A1
Application number: DE19833345554
Authority: DE
Inventors: Gerd 6900 Heidelberg Ruff
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-08-29

Description

Koliektorloser Gleichstrommotor zum Antrieb
eines optischen Deflektors Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor zum Antrieb eines optischen Deflektors (Ablenkeinheit), welcher aus einem konvex gewölbten, drehbar gelagerten Spiegel besteht.
Ein optischer Deflektor ist im allgemeinen mit einem Elektromotor versehen, welcher den Spiegel zur Strahlablenkung mit hoher Drehzahl, d.h., mehreren tausend Umdrehungen pro Minute, in Drehung versetzt. Der Spiegel ist dazu mit einer geringen Neigung auf der Welle befestigt, führt also eine Taumel- bzw. Schwingbewegung aus, mit einer Frequenz, die der Drehzahl entspricht.
Es ist beispielsweise aus der DE-OS 32 33 216 eine Antriebseinheit für einen optischen Deflektor bekannt.
Diese besteht aus einer Motoreinheit, einer radialen Gleitlagerung eines Pfeilverzahnungs-Dynamikdrucktyps, einer axialen Permanentmagnetlagerung und einem auf der Motorwelle befestigten Spiegel.
Diese Anordnung zeigt einen hohen Raumbedarf und insbesondere die Lagerung einen großen fertigungstechnischen Aufwand, Allgemein ist jedoch das Bestreben vorhanden, solche Deflektoren, insbesondere bei Anwendung in Zielsuchköpfen, möglichst kompakt und kostengünstig herzustellen. Dies ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der Rückseite der Spiegelfläche innerhalb des durch den Spiegel gebildeten Hohlraums ein wenigstens einpolpaariger Magnetring und wenigstens ein Teil der Lagerung des Spiegels angeordnet ist, und wobei die Statorspulen, die unter Bildung eines Luftspaltes gegenüber dem Magnetring angeordnet sind, nach Art einer gedruckten Schaltung auf einer Trägerplatine aufgebracht sind.
In einer Ausbildung der Erfindung wird zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Rotors vorgeschlagen, den Spiegelträger mit ferromagnetischen Eigenschaften zu versehen bzw. einen geeigneten Ring zwischen Magnete und Spiegelträger vorzusehen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in der Verwendung eines gesinterten Rückschlußringes zu sehen der statorseitig angeordnet ist und aus Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit (Wirbelstromdämpfung) besteht.
Zur Vermeidung eines hohen Bauelementeaufwands wird weiterhin vorgeschlagen, anstelle einer Eigenkommutierung mit Hall sensoren o.ä. den Motor mit einer variablen Taktfrequenz hochzufahren, also gesteuert bis zur Nenndrehzahl zu beschleunigen und dann nach Art eines Synchronmotors zu betreiben. Die momentane Stellung des Rotors läßt sich dabei unter Einsatz eines zweipoligen Motors aus den Ansteuersignalen gewinnen.
Um den Motorstrom im Synchronbetrieb möglichst dem abzugebenden Moment anzupassen Ist in einer weiteren Ausbildung eine Pulsweitenmodulationsregelung vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Antriebsmotor in Schnittbilddarstellung Fig. 2 eine Antriebsregelung in Blockbilddarstellung.
Zur Ablenkung eines Lichtstrahls wird eine konvexe Spiegeloberfläche mit hoher Drehzahl um di.e Achse 2 gedreht und führt eine taumelnde Bewegung aus. Gelagert ist der Spiegelträger über eine Welle 4 und Kugellager 5, 6 an einem Befestigungsflansch 7, der zugleich eine Rückschlußscheibe 8 aus gesintertem Eisenpulver aufweist. Wird der Befestigungsflansch 7 selbst aus diesem Werkstoff hergestellt, dann kann natürlich diese zusätzliche Scheibe 8 entfallen und damit der Raumbedarf weiter reduziert werden. Auf der Scheibe 8 bzw. direkt auf dem Befestigungsflansch 7 ist ein Spulenträger 9 befestigt, der beispielsweise aus einer dünnen Glasscheibe oder aus Epoxydharz hergestellt ist. Auf diesem Substrat befinden geätzte Leiterbahnen in der Art mehrerer Spulen 10, wie beispielsweise aus der EP-A 300008 bekannt. Den Spulen gegenüberliegend und durch einen Luftspalt getrennt sind auf dem Rotor Magnete 11 in einer zweipoligen Anordnung, d.h., zwei halbkreisförmige Magnetsegmente mit unterschiedlicher, axial gerichteter Polarität angeordnet. Sofern der Spiegelträger 3 aus ferromagnetischem Material besteht, kann auf einen zusätzlichen rotorseitigen Rückschlußring verzichtet werden; ansonsten befindet sich zwischen Magnete 11 und Spiegelträger 3 ein ferromagnetischer Ring. Der Befesti- gungsflansch 7 enthält zur zentrischen Fixierung an eine hier nicht dargestellte Aufnahme eine ringförmige, konzentrische Paßfläche 12.
In Fig. 2 ist ein Motor 13 beispielsweise mit dem aus Fig. 1 bekannten Aufbau dargestellt. Eine Anlaufschaltung 14, die von einem Taktgeber angesteuert wird, erzeugt in der Anlaufphase eine sich beschleunigende Impulsfolge, die so auf die Motoreigenschaften abgestimmt ist, daß der Motor in einem geführten Hochlauf seine Nenndrehzahl erreicht. Mittels eines Festwertspeichers (PROM) 15, dem die Signale der Anlaufschaltung zugeführt werden, sind die einzelnen Phasen des Motors ansteuerbar, wobei eine Endstufe 16 die Steuersignale verstärkt. Durch die Anwendung eines zweipoligen Motors kann die Winkel stellung des Rotors unter Berücksichtigung des Polradwinkels aus den Ansteuersignalen der Endstufe oder aus den Steuersignalen selbst die augenblickliche Rotorstellung ermittelt werden. Bei Erreichen der Nenndrehzahl arbeitet der Motor in Synchronbetrieb mit der, der Anlaufsteuerung 14 zugeführten, festen Frequenz. Zur Reduzierung des Motorstroms kann eine Regeleinrichtung 17 vorgesehen sein, bestehend aus einem Meßwiderstand 18 zur Messung des otorstromes IM Die Meßgröße wird über einen Vestärker 19 einem Pulsweitenmodulator 20 zugeführt, dem weiterhin ein konstantes Sollwertsignal über einem externen Eingang CC eingegeben wird. In bekannter Weise erzeugt der Pulsweitenmodulator ein Taktsignal mit variabler Pulsweite zur impulsweisen Steuerung der Endstufe 16.
Die Rotorstellung kann natürlich auch mittels Sensorspulen ermittelt werden. Insbesondere bei größeren Genauigkeitsanforderungen bezüglich der Stllungssensierung ist diese Art der Messung vorteilhaft.
Bezugszeichenliste 1 Spiegeloberfläche 2 Achse 3 Spiegelträger 4 Welle 5 Kugellager 6 Kugellager 7 Befestigungsflansch 8 Rückschlußschebe 9 Spulenträger 10 Spulen 11 Magnete 12 Paßfläche 13 Motor 14 Anlaufschaltung 15 Festwertspeicher 16 Endstufe 17 Regeleinrichtung 18 Meßwiderstand 19 Verstärker 20 Pulsweitenmodulator

Claims

Patentansprüche 1. Kollektorloser Gleichstrommotor zum Antrieb eines optischen Deflektors (Ablenkeinheit), welcher aus einem konvex gewölbten, drehbar gelagerten Spiegel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Spiegelfläche innerhalb des durch den Spiegel gebildeten Hohlraums ein wenigstens einpolpaariger Magnetring und wenigstens ein Teil der Lagerung des Spiegels angeordnet ist, und wobei die Statorspulen, die unter Bildung eines Luftspaltes gegenüber dem Magnetring angeordnet sind, nach Art einer gedruckten Schaltung auf einer Trägerplatine aufgebracht sind.
2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelträger und/ oder ein zwischen Spiegelträger und Magnetring angeordneter Rückschl ußri ng ferromagnetische Eigenschaften aufweist.
3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatine auf einem Befestigungsflansch oder einem zwischen Befestigungsflansch und Trägerplatine angeordneten Ring, welche aus gesintertem Eisenpulver hergestellt sind, angeordnet ist.
4. Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit einer variablen Taktfrequenz angesteuert wird und die Drehzahl regelung bei Erreichen der Solldrehzahl mittels eines Pulsweitenmodulators erfolgt.
5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensierung der Rotorstellung eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die aus eingespeister Frequenz und Polradwinkel die Rotorstellung ermittelt.
6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensierung der Rotorstellung die in einer Wicklung induzierte EMK im stromlosen Zustand in ihrer Phasenlage bestimmt und ausgewertet wird.
7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine zusätzlich angeordnete Sensorwicklung mit kleinen Abmessungen ist.
8. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus zwei um 90" versetzt angeordneten Spulen besteht.