DE4103561A1

DE4103561A1 - Drehstellungsgeber fuer die erfassung einer rotorposition

Info

Publication number: DE4103561A1
Application number: DE4103561A
Authority: DE
Inventors: Fritz Schmider
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1991-08-14
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: DE4103561C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstellungsgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein ähnlicher Drehstellungsgeber ist in der EP-B1-01 94 932 beschrieben.

Zur Ermittlung einer möglichst fein unterteilten Winkelposition eines Rotors ist dieser jedoch nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Geber der eingangs ge nannten Art so zu verbessern, daß die Winkelpositionen auch von Rotoren kleinen Durchmessers mit höherer Effektivit erfaßt werden können.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 angegeben.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehstellungsgebers entlang der Linie I-I in Fig. 2 und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen axialen Endbereich eines nicht darge stellten Elektromotors, dessen Welle 11 drehfest mit einem äußeren Rotor 10 des Drehstellungsgebers verbunden ist. Der Rotor 10 schließt in axialer Richtung mit einer topf artigen Verlängerung 12 ab. An deren inneren Wandung ist ein ringförmiges Teil befestigt. Das ringförmige Teil besteht aus einer oberen Polringscheibe 13, einem Permanentmagnetring 14 und einer unteren Polringscheibe 15, die mit dem axialen Ende der Verlängerung 12 abschließt. Der Permanentmagnetring 14 ist axial magnetisiert. Die Pol ringscheiben 13, 15 aus magnetisch leitfähigem Material haben gleiche Innen- und Außendurchmesser und sind fest mit den Stirnseiten des Permanentmagnetringes 14 verbunden. An ihrem inneren Durchmesser enthalten die Polringscheiben 13, 15 äquidistant am Umfang angeordnete Zähne 16 an der oberen und Zähne 17 an der unteren Polringscheibe. Die Zahnteilung an der oberen und der unteren Polringscheibe ist gleich, wobei die Zähne jedoch umfangsmäßig um eine halbe Zahnteilung versetzt angeordnet sind. Die Zähne 16, 17 können einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben. Sie können zusätzlich eine in axiale Richtung weisende Verlängerung aufweisen.

Der hier statorseitige Innenteil 20 des Drehstellungsgebers für die Erfassung der Position des Rotors 10 besteht aus mindestens zwei diametral einander gegenüberliegenden halb kreisartigen Segmentscheiben und zwar der linken Segment scheibe 21 und der rechten Segmentscheibe 22, die aus magnetisch leitfähigem, weichmagnetischem Material herge stellt sind. Unmittelbar zwischen den Segmentscheiben 21, 22 ist ein magnetfeldempfindlicher Sensor 23, beispielsweise ein Hall-IC im Zentrum angeordnet. Der Innenteil 20 kann an Bolzen 24 montiert sein. Der Drehstellungsgeber kann auch umgekehrt betrieben werden, d. h. daß der (vorher rotierende) Außenteil 10 feststeht und sich der Innenteil 20 dreht.

In Fig. 2 sind zwei Segmentscheiben 21, 22, zwischen denen zentrisch der Sensor 23 angeordnet ist, in Draufsicht gezeigt. Ausgehend vom Sensor 23 sind zwei diametral gegenüberliegende sektorartige Trennspalte 25, 26 vorgesehen, die sich im Ausführungs beispiel je auf etwa 30° erstrecken. Die Segmentscheiben 21, 22 enthalten an ihren kreisförmigen Außenumfängen, die sich je weils etwa über 150° erstrecken, Zähne 27, 28, die die gleiche Zahnteilung aufweisen wie die Zähne 16, 17 der Polringscheiben 13, 15. Die Zähne 27, 28 erstrecken sich hier beispielsweise über die gesamte Dicke D der Segmentscheiben 21, 22. Die Zähne 27 der lnken Segment scheibe 21 sind zu den Zähnen 28 der rechten Segmentscheibe 22 um eine halbe Zahnteilung am Umfang versetzt angeordnet. Der zylindrische Luftspalt 40 zwischen den Zahnköpfen der Zähne 16, 17 einerseits und den Zahnköpfen der Zähne 27, 28 anderer seits ist möglichst klein zu halten, um am Sensor 23 ein möglichst gutes Signal abgreifen zu können.

Der Sensor 23 ist sozusagen an beiden Seiten jeweils unmittel bar mit weichmagnetischem Material (ebenen Segmentscheiben 21, 22) verbunden. Seine größte Empfindlichkeit liegt in den Ebenen der Segmentscheiben.

Bei einer Drehbewegung des Rotors wird eine Alternativ- Variation eines magnetischen Flusses K, K′ erzeugt, d. h. jede Drehbewegung um eine halbe Zahnteilung verursacht eine Umkehrung des magnetischen Flusses K, K′ und damit ein verwertbares Ausgangssignal des Sensors 23, das über eine Lei tung 41 einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt wird. Der magnetische Fluß K, K′ geht (schematisch durch Pfeile dargestellt) im wesentlichen durch den zentral gelegenen mag netfeldempfindlichen Sensor 23, wodurch die Effektivität des Drehstellungsgebers erhöht wird. Je kleiner die Zahnteilung, desto feiner ist auch die Auflösung und damit die Genauigkeit der Ermittlung der Stellung des Rotors 10.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, eine verhältnismäßig kleine Zahnteilung auch bei kleinen Rotor durchmessern zu verwenden.

Es versteht sich, daß eine weitergehende Winkel-Auflösung des Drehstellungsgebers erreicht werden kann, wenn mehr als ein Segmentscheibenpaar pro Geber verwendet wird, wobei ein jedes solcher Segmentscheibenpaare einen eigenen magnetfeldempfind lichen Sensor aufweist. Die Anordnung solcher Segmentschei benpaare kann z. B. seitlich nebeneinander oder auch über einander erfolgen. Insbesondere kann eine Anordnung von zwei Segmentscheibenpaaren samt zugehörigem Sensor dazu herangezogen werden, sowohl die Drehstellung als auch einen Wechsel der Drehrichtung des Rotors festzustellen. Zugehörige Auswertungs- Verfahren für Signale von zwei Sensoren sind an sich bekannt (sogenannter Quadraturbetrieb).

Claims

1. Drehstellungsgeber für die Erfassung einer Rotorposition, insbesondere für einen Elektromotor, mit einem stator seitigen Teil (20) und einem Rotorteil (10) und einem Luftspalt dazwischen, wobei der Rotorteil (10) eine permanentmagnetische Erre gung aufweist und mindestens der statorseitige Teil (20) weichmagnetische Elemente (Scheiben, Sektoren, Ringe (21, 22, 13, 15) mit zahnartigen Vorsprüngen (27, 28; 16, 17) aufweist,
wobei im magnetischen Kreis statorseitig zwischen diesen Elementen mindestens ein magnetfeldempfindlicher Sensor (23) vorgesehen ist,
wobei die Vorsprünge eine gleiche Teilung (t_p) in Um fangsrichtung so besitzen, daß sie in Umfangsrichtung konzentriert sind und zwischen sich äquidistante Lücken aufweisen,
wobei die rotorseitigen und die statorseitigen Vorsprünge untereinander um eine halbe Teilung am Umfang des Luft spalts versetzt sind.

2. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnetring (14) einen zylindrischen Luftspalt (40) umgibt und der Permanentmagnetring (14) vorzugsweise axial magnetisiert ist.

3. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial magnetisierter Permanentmagnetring (14) rotorseitig an beiden Stirnsei ten mit je einer Polringscheibe (13, 15) aus magnetisch leitendem Material verbunden ist.

4. Drehstellungsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polringscheiben (13, 15) an ihrem radialen Umfang zum Luftspalt hin äquidistant angeordnete vorzugsweise umfangsmäßig schmale Zähne (16, 17) mit gleicher Polteilung aufweisen, wobei die beiden Polringscheiben (13, 15) umfangsmäßig um eine halbe Polteilung zueinander versetzt angeordnet sind (bezüglich der Achse verdreht angeordnet).

5. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorhalter (Innenteil 20) des Gebers aus mindestens zwei einander gegenüberliegenden sektorartigen Segmentscheiben (21, 22) aus magnetisch leitendem Material besteht und zwischen den Segmentscheiben (21, 22) ist vorzugsweise ein Hall-IC, im wesentlichen zentrisch angeordnet.

6. Drehstellungsgeber nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen den Segmentscheiben (21, 22) von der Mitte des Sensors (23) ausgehend zwei einander gegenüberliegende ebenfalls sektorartige Trenn spalte (25, 26) angeordnet sind,
wobei die Segmentscheiben (21, 22) an ihrem Außenumfang Zähne (27, 28) gleicher Polteilung und gleicher Kontur wie die Polringscheiben (13, 15) aufweisen.

7. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (27, 28) sich über mindestens einen Teil oder die gesamte axiale Dicke (D) des Rotors (10) erstrecken.

8. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (27) der lin ken Segmentscheibe (21) zu den Zähnen (28) der rechten Segmentscheibe (22) um eine halbe Zahnteilung am Umfang versetzt angeordnet sind.

9. Drehstellungsgeber nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polringscheiben (13, 15) an ihrem inneren Durch messer bevorzugt äquidistant am Umfang angeordnete Zähne (16, 17) aufweisen.

10. Drehstellungsgeber nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Innenteil (20) des Drehstellungsgebers feststehend montiert ist.

11. Drehstellungsgeber nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trennspalte (25, 26) vom Sensor (23) ausgehend sich jeweils über einen Winkel von etwa 30° erstrecken.

12. Drehstellungsgeber nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der drehbewegliche Erregerteil (10) den stehenden Innenteil (20) umgreift.

13. Drehstellungsgeber nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der stehende Erregerteil (10) den drehbeweglichen Innenteil (20) umgreift.