DE3425805A1

DE3425805A1 - Kollektorloser gleichstrommotor in scheibenlaeuferbauweise

Info

Publication number: DE3425805A1
Application number: DE19843425805
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 6901 Wiesenbach Auer; Gerd 6900 Heidelberg Ruff
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1986-01-23

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor
in Scheibenläuferbauweise Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrom motor in Scheibenläuferbauweise insbesondere zum Antrieb eines optischen- oder Mikrowel len-Deflektors (Ablenkei nheit) mit einem permanentmagnetischen Rotorteil. Es ist aus der DE-OS 29 34 183 ein Elektromotor mit einem flachen Luftspalt und permanentmagnetischem Rotor bekannt.
Dieser Motor wird vor allem in der Unterhaltungselektronik und in der Datentechnik angewandt, z.B. zum Antrieb von sogenannten Floppy Disks oder zum Direktantrieb von Plattenspielern oder Capstanwellen. Ein solcher Motor ist jedoch für hochtourige Antriebe ungeeignet und beansprucht aufgrund seines Aufbaus einen relativ großen Raum, ist daher beispielsweise als Antriebseinheit einer Ablenkeinheit ungeeignet. Es ist weiterhin 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 ebenfalls einen hohen Raumbedarf.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher statorseitig kompakt aufgebaut und für hohe Drehzahlen bei hohem Wirkungsgrad geeignet ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das permanentmagnetische Rotorteil ein n-poliger Permanentmagnetring ist und eine statorseitige Wicklung aus n Wicklungsstränge besteht, die in Umfangsrichtung um den entsprechenden Phasenwinkel gegeneinander versetzt und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und wobei die Windungszahl der einzelnen Wicklungen und/oder der Spulenstrom in den Wicklungssträngen derart bemessen ist, daß das mittlere Antriebsmoment in den einzelnen Wicklungssträngen näherungsweise konstant ist.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Wicklung in zwei Ebenen anzuordnen ohne die Motorverluste zu erhöhen. Damit kann auch ein hoher Füllfaktor erreicht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Permanentmagnetring aus Einzelsegmenten herzustellen.
Damit können handelsübliche Magnetteile zur Anwendung gelangen und eine Anpassung an unterschiedliche Polausbildungen in einfacher Weise vorgenommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in der Verwendung eines optischen Sensors zu sehen.
Dieser erfaßt die Rotorstellung zu beliebig wählbaren Zeitpunkten und liefert die Signale sowohl an die Motorkommutierung als auch an eine Auswerteschaltung, die die Ausrichtung der Spiegelachse bezüglich der Rotorstellung ermittelt und ein entsprechendes Richtungssignal erzeugt.
Der Sensor ist dabei so aufgebaut, daß der Empfänger den unterschiedlichen Reflexionsgrad einer auf dem Rotor angeordneten Abtastfläche als auch eine Lichtablenkung infolge eines veränderbaren Einfallswinkel des erzeugten Lichtsignals zu dem Empfänger registriert und entsprechende Signale erzeugt. Die Veränderung des Einfall -winkels wird dadurch bewirkt, daß die Abtastfläche Vertiefungen aufweist und damit eine Verschiebung des Reflexionsstrahis auftritt, die so bemessen ist, daß der Empfänger einen Leuchtstärkeunterschied sensiert. In Verbindung mit dem unterschiedlichen Reflexionsgrad der Abtastfläche kann ein hoher Störspannungsabstand gewonnen werden.
Der Motor kann vorzugsweise in modularer Bauweise aufge baut sein, wobei vor allem die Wicklungsstränge und die sie umgebenden Teile des Stators als eine Baueinheit an dem Stator befestigt sind, die entsprechend den Erfor dernissen des Motors leicht ausgetauscht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Motors, Fig. 2 die Wirkungsweise des Drehsensors, Fig. 3 den Aufbau der Statorspulen.
Der in Fig. 1 dargestellte kollektorlose Gleichstrommotor dient zum Antrieb eines Spiegels 1. Dieser Spiegel ist konvex gewölbt und mit der Laufachse 2 aus einem Stück gefertigt. Dieser Aufbau zeichnet sich durch hohe Genauigkeit bei gleichzeitig geringem Ferti gungsaufwand aus. Die Kugellager (Schulterlager) 3,4 sind über den Statorflansch 5 und den auf der Laufachse angeschweißten oder angeklebten Magnetträger 6 mit einer definierten Verspannung verspannt. Damit ist eine hohe Lebensdauer der Lager gewährleistet. Auf dem Magnetträger 6 ist ein zweipoliger Permanentmagnetring befestigt, der beispielsweise aus zwei Ringhälften 7a, 7b, besteht. Auf dem Statorflansch 5 ist ein Spulenträger 8 angeordnet, der damit den Rotor vollständig umschließt und vor äusseren Einflüssen schützt. Auf dem Spulenträger 8 sind die Spulen 9,10, die jeweils aus zwei Spulensträngen a,b bestehen, angeordnet. Der Aufbau der Spulen wird nachfolgend anhand der Fig. 3 erläutert. Die dem Permanentmagnetring 7a,b am nächsten liegende Spule 9 besteht aus zwei vorgefertigten Wicklungssträngen, die jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind. Der Strom J1 in den Wicklungssträngen 9a,b verläuft gegensinnig. Einen identischen Aufbau zeigt Wicklung 10. Diese ist um 90e gegenüber der Wicklung 9 gedreht und weist einen um die Stärke der Wicklung 9 größeren Abstand zu dem Permanentmagnetring auf. Um jedoch eine annähernd gleiche elektromotorische Kraft (EMK) bzw. gleiche Momente in den beiden Wicklungen 9,10 zu erzeugen, ist die Windungszahl der Wicklung 10 entsprechend höher. Möglich wäre hier auch eine Erhöhung des Spulenstroms J2 bzw. sowohl eine Erhöhung der Windungszahl als auch eine Erhöhung des Spul enstroms.
Der Sensor 11 zum Abtasten der Rotorstellung ist, wie in Fig. 1 dargestellt, auf einer Platine 12 befestigt und besteht aus einem optischen Sender 13 und einem lichtsensierenden Empfänger 14 (Fig. 2). Das von dem Sender erzeugte Licht trifft auf eine Reflexionsfläche 15, die sich an dem Spiegel 1 befindet. Die Abwicklung der Reflexionsfläche 15 in Fig. 2 zeigt einen den Schaltzeitpunkt definierenden Absatz 16, der bewirkt, daß das an der Reflexionsfläche reflektierte Licht mit einem Versatz auf den Empfänger gerichtet ist. Außerdem sorgt eine nach dem Absatz 16 befindliche Antireflexionsschicht 17 dafür, daß das Licht nahezu absorbiert wird. Durch diese Anordnung ist ein sicherer und genau definierbarer Schaltzeitpunkt gewährleistet.
Bezugszeichenliste 1 Spiegel 2 Laufachse 3 Kugellager 4 Kugellager 5 Statorflansch 6 Magnetträger 7 Permanentmagnetring 8 Spulenträger 9 Spule 10 Spule 11 Sensor 12 Platine 13 Sender 14 Empfänger 15 Reflexionsfläche 16 Absatz 17 Antireflexionsschicht 18 Statorteil - Leerseite -

Claims

Patentansprüche X Kollektorloser Gleichstrommotor in Scheibenläufer-/ v bauweise insbesondere zum Antrieb eines optischen oder Mikrowellen-Deflektors (Ablenkeinheit) mit einem permanentmagnetischen Rotorteil, dadurch gekennzeichnet, daß das permanentmagnetische Rotorteil ein n-poliger Permanentmagnetring (7) ist und eine statorseitige Wicklung (9, 10) aus n Wicklungssträngen besteht, die in Umfangsrichtung um den entsprechenden Phasenwinkel gegeneinander versetzt und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und wobei die Windungszahl der einzelnen Wicklungen und/oder der Spulenstrom in den Wicklungssträngen derart bemessen ist, daß das mittlere Antriebsmoment in den einzelnen Wicklungssträngen näherungsweise konstant ist.
2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß das permanentmagnetische Rotorteil ein zweipoliger Permanentmagnetring (7) ist und eine statorseitige Wicklung aus zwei Wicklungssträngen (9, 10) besteht, die in Umfangsrichtung um näherungsweise 90" gegeneinander versetzt sind.
3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent magnetring (7) aus einzelnen Permanentmagnetsegmenten gebildet ist.
4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Sensor (13, 14, 15) vorgesehen ist zur Erfassung der Rotorstellung.
5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rotor Flächen unterschiedlichen Reflexionsgrades (15) und/oder Flächen unterschiedlichen Abstandes zum Sensor vorgesehen sind.
6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstränge auf einem Statorteil (18) angeordnet sind, welches als selbstständiges Element an einem Statorflansch (5) angeordnet ist.