DE4334480A1 - Electric motor having a Hall sensor - Google Patents

Electric motor having a Hall sensor

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DE4334480A1 DE19934334480 DE4334480A DE4334480A1 DE 4334480 A1 DE4334480 A1 DE 4334480A1 DE 19934334480 DE19934334480 DE 19934334480 DE 4334480 A DE4334480 A DE 4334480A DE 4334480 A1 DE4334480 A1 DE 4334480A1
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Abstract

The Hall sensor is acted on by the magnetic field of permanent magnets in the rotor and produces a control signal, which indicates the respective position of the rotor, for speed regulation or commutation. Interference magnetic fields, in particular from the motor coils of the stator, also act on the sensors. The signal to noise ratio at the output of the sensor is thus frequently unsatisfactory. The object is to improve the signal to noise ratio at the sensor without any significant additional cost (complexity). The permanent magnets (3) are shaped on their side facing the Hall sensor (4) such that the size of the magnetic lines of force which pass from the magnets (3) to the sensor (4) is increased. The edge is preferably provided with a chamfer (8) which is at right angles to the line connecting the edge of the magnet (3) to the sensor (4). Particularly for speed regulation or electronic commutation of a capstan motor in a video recorder. <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Bei einem derartigen Motor wir ein am Stator angeordneter Hallsensor von dem Magnetfeld der Permanent­ magnete eines Rotors beaufschlagt und liefert ein die jeweilige Stellung des Rotors anzeigendes Sensorsignal. Dieses Sensorsi­ gnal dient vorzugsweise für eine Geschwindigkeitsregelung oder eine Steuerung der Kommutierung des Stromes für die Statorspu­ len. Der Motor kann z. B. der Capstanmotor in einem Videorecorder sein.The invention is based on an electric motor according to the Oberbe handle of claim 1. With such an engine we a Hall sensor arranged stator from the magnetic field of the permanent magnets of a rotor and supplies the respective one Sensor signal indicating the position of the rotor. This sensorsi gnal is preferably used for speed control or a control of the commutation of the current for the stator coil len. The engine can e.g. B. the capstan motor in a video recorder his.

Hallsensoren haben einen großen Ausgangsspannungsbereich. Der Ausgangsspannung eines derartigen Elementes sind jedoch Störungen überlagert, die unter anderem von den Motorspulen direkt magnetisch aufgesprochen werden. Derartige Störungen sind unter Berücksichtigung aller Toleranzen größer als die kleinste Signalspannung. Aus diesem Grunde ist eine einfache Lösung, z. B. die Störungen mittels einer Schwellspannung oder Hysterese herauszufiltern, nicht oder nur bedingt einsetzbar. Auch eine AGC-Schaltung ist nicht anwendbar, da der Motor aus dem Stand heraus sofort richtig starten muß. Eine AGC-Schaltung würde einige Schwingungen im Eingangssignal brauchen, um sich zu stabilisieren.Hall sensors have a wide output voltage range. Of the Output voltage of such an element are, however Interferences, inter alia, from the motor coils can be recorded directly magnetically. Such disorders are considering all tolerances larger than the smallest Signal voltage. For this reason, a simple solution, e.g. B. the disturbances by means of a threshold voltage or hysteresis filter out, cannot be used or can only be used to a limited extent. Also one AGC circuit is not applicable, because the engine from a standstill out right now. An AGC circuit would need some vibrations in the input signal to become stabilize.

Der Signal/Rausch-Abstand an dem Sensor, also das Verhältnis zwischen dem Nutzsignal durch die Beaufschlagung des Sensors durch die Permanentmagnete des Rotors zu dem Störsignal, insbesondere vom Rotor, ist somit in vielen Fällen nicht ausrei­ chend.The signal / noise ratio at the sensor, i.e. the ratio between the useful signal by applying the sensor through the permanent magnets of the rotor to the interference signal, especially of the rotor, is therefore not sufficient in many cases chatting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Motor ohne nennenswerten Mehraufwand das Signal/Rausch- Verhältnis an dem Sensor zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The invention is based, with such an object Engine without significant additional effort the signal / noise To increase the ratio at the sensor. This task is accomplished by solved the invention specified in claim 1. Beneficial Further developments of the invention are in the subclaims specified.  

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit das insbesondere von den Statorspulen ausgehende Störfeld am Sensor nicht nennenswert verringert. Das von den Permanentmagneten des Rotors ausgehende Nutzsignal jedoch wird durch die Beeinflussung der Kraftlinien erhöht. Insgesamt kommt es dadurch zu einer Erhöhung des Si­ gnal/Störverhältnisses an dem Sensor.In the solution according to the invention, this is therefore particularly of The interference field at the sensor emanating from the stator coils is negligible decreased. The one originating from the permanent magnets of the rotor Useful signal, however, is influenced by the lines of force elevated. Overall, this leads to an increase in Si signal / interference ratio on the sensor.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß sich das Maß der von den Permanentmagneten auf den Hallsensor gelangenden ma­ gnetischen Feldlinien durch reine Formgebung des Permanentmagne­ ten an der dem Sensor zugewandten Kante nennenswert erhöhen läßt. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für diese Erhöhung des Nutzsignals keine zusätzlichen Teile notwendig sind. Die vorteilhafte Wirkung wird lediglich durch eine modifizierte Form der Permanentmagnete an ihrer dem Sensor zugewandten Seite erreicht. Die Wirkung der Permanentmagnete hinsichtlich Antrieb des Motors wird dabei praktisch nicht beeinträchtigt. Es ist also allenfalls für die Herstellung der Permanentmagnete ein geringfügig modifiziertes Werkzeug erforderlich.The invention is based on the knowledge that the measure the ma from the permanent magnets to the Hall sensor gnetic field lines through pure shaping of the permanent magnet noticeable increase on the edge facing the sensor leaves. A major advantage is that for this No additional parts necessary to increase the useful signal are. The beneficial effect is only through a modified form of the permanent magnets on the sensor facing side reached. The effect of permanent magnets regarding the drive of the motor is practically not impaired. So it is at most for the production of the Permanent magnets a slightly modified tool required.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigenThe invention is explained below with reference to the drawing. Show in it

Fig. 1 eine bekannte Anordnung eines Hallsensors innerhalb eines Motors, Fig. 1 shows a known arrangement of a Hall sensor within a motor,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausbildung der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 2 shows an inventive embodiment of the arrangement according to Fig. 1,

Fig. 3 eine andere erfindungsgemäße Ausbildung und Fig. 3 shows another embodiment of the invention and

Fig. 4 ein Detail aus der Anordnung nach Fig. 3. Fig. 4 shows a detail of the arrangement according to FIG. 3.

Fig. 1 zeigt einen Statorpol 1, wovon eine Vielzahl sternförmig an dem Stator des Motors angeordnet ist. Jeder Statorpol 1 ist von einer Wicklung 2 umgeben, die die eigentliche Spule für den Antrieb des Motors bildet. Die Wicklung 2 wird mit einem Kommutierungsstrom gespeist. Der Rotor enthält einen Ring 3, der nur im Schnitt dargestellt ist. Der Ring 3 enthält entlang des Umfangs abwechselnd entgegengesetzt gepolte radial polarisierte Permanentmagnete, die zusammen mit den durch die Kommutierung der Spule hervorgerufenen entsprechenden Nord- und Südpolen des Stators den Antrieb des Motors bewirken. Desweiteren ist ein Rückschlußblech 7 dargestellt. Am Stator, also stationär am Motorgehäuse, ist der Hallsensor 4 vorgesehen. Dieser wird von den magnetischen Kraftlinien 5 der Permanentmagnete des Ringes 3 durch den Streufluß beaufschlagt und erzeugt dadurch an seinem Ausgang ein Steuersignal, das die jeweilige Stellung des den Ring 3 enthaltenden Rotors anzeigt. Dieses Steuersignal dient vorzugsweise für eine Geschwindigkeitsregelung oder eine Kommutierung. Auf den Hallsensor 4 gelangt außerdem von der Spule 2 ein magnetisches Störfeld 6, das in dem Ausgangssignal des Sensors 4 den Signal/Stör-Abstand verringert. Dadurch kann ein ungleichmäßiger Lauf des Motors mit einem geringeren Drehmoment als dem maximal möglichen entstehen. Fig. 1 shows a stator 1, a plurality of which star-shaped is arranged on the stator of the motor. Each stator pole 1 is surrounded by a winding 2 , which forms the actual coil for driving the motor. The winding 2 is fed with a commutation current. The rotor contains a ring 3 , which is only shown in section. The ring 3 contains, along the circumference, alternately oppositely polarized, radially polarized permanent magnets which, together with the corresponding north and south poles of the stator caused by the commutation of the coil, drive the motor. Furthermore, a yoke plate 7 is shown. Hall sensor 4 is provided on the stator, ie stationary on the motor housing. This is acted upon by the stray flux from the magnetic lines of force 5 of the permanent magnets of the ring 3 and thereby generates at its output a control signal which indicates the respective position of the rotor containing the ring 3 . This control signal is preferably used for speed control or commutation. Reaches the Hall sensor 4 also from the coil 2, a magnetic interference field 6, the reduced-distance interference in the output signal of the sensor 4 to the signal /. This can result in an uneven running of the engine with a lower torque than the maximum possible.

Fig. 2 zeigt wieder die Teile 1-7 von Fig. 1. Der Unterschied zu Fig. 1 besteht darin, daß die dem Hallsensor 4 zugewandte Kante des Ringes 3 nicht wie in Fig. 1 rechteckig ausgebildet, sondern mit einer Abschrägung 8 versehen ist. Da magnetische Kraftlinien im wesentlichen senkrecht aus dem Permanentmagneten austreten, wird das Maß der von den Magneten des Ringes 3 auf den Sensor 4 gelangenden magnetischen Kraftlinien gegenüber Fig. 1 nennens­ wert erhöht. Vorzugsweise steht die Abschrägung 8 senkrecht auf einer Verbindungslinie zwischen der dem Sensor 4 zugewandten Kante des Ringes 3 und dem Sensor 4. FIG. 2 again shows parts 1-7 of FIG. 1. The difference from FIG. 1 is that the edge of the ring 3 facing the Hall sensor 4 is not rectangular, as in FIG. 1, but is provided with a bevel 8 . Since magnetic lines of force emerge essentially vertically from the permanent magnet, the dimension of the magnetic lines of force coming from the magnets of the ring 3 onto the sensor 4 is significantly increased compared to FIG. 1. Preferably, the chamfer 8 is perpendicular to a connecting line between the sensor 4 facing edge of the ring 3 and the sensor. 4

Fig. 3 zeigt wieder die Teile 1-7 von Fig. 1. Der Unterschied zu Fig. 1 bzw. Fig. 2 besteht darin, daß die dem Hallsensor 4 zugewandte Kante des Ringes 3 nicht wie in Fig. 1 rechteckig oder wie in Fig. 2 mit einer Abschrägung 8 ausgebildet, sondern mit einer Ausladung 9 versehen ist. Diese Ausladung 9 kann ein ringförmiger Ansatz an der dem Hallsensor 4 zugewandten Seite sein, der sich über den ganzen Umfang des Ringes 3 erstreckt und bis in unmittelbarer Nähe des Sensors 4 auf den Sensor 4 zugerichtet ist. FIG. 3 again shows parts 1-7 of FIG. 1. The difference from FIG. 1 or FIG. 2 is that the edge of the ring 3 facing the Hall sensor 4 is not rectangular as in FIG. 1 or as in FIG is formed. 2 with a chamfer 8, but provided with a projection. 9 This projection 9 can be an annular extension on the side facing the Hall sensor 4 , which extends over the entire circumference of the ring 3 and is oriented towards the sensor 4 in the immediate vicinity of the sensor 4 .

Fig. 4 zeigt etwas vergrößert ein Detail aus Fig. 3. Auf den Ring 3 ist die ebenfalls als umlaufender Ring ausgebildete Ausladung 9 aufgesetzt. Die Ausladung 9 ist zusammen mit dem Ring 3 wieder derart magnetisiert, daß der Ring 3 und die Ausladung 9 eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweisen, die in Radialrichtung polarisiert sind und in Umfangrichtung mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität aufeinanderfolgen. Die Ausladung 9 hat eine auf den Hallsensor 4 gerichtete Fläche 10, die etwa senkrecht steht auf der Verbindungslinie zwischen der Ausladung 9 und dem Hallsensor 4. Die Ausladung 9 kann bis in unmittelbarer Nähe des Hallsensors 4 reichen und bildet gewissermaßen einen auf den Hallsensor 4 gerichteten Magnetpol, durch den der Hallsensor 4 durch die genannten Permanentmagnete beaufschlagt wird. Fig. 4 shows a somewhat enlarged, a detail of Fig. 3. In the ring 3, also as a circumferential ring formed projection 9 is fitted. The projection 9 is magnetized again together with the ring 3 in such a way that the ring 3 and the projection 9 have a plurality of permanent magnets which are polarized in the radial direction and follow one another in the circumferential direction with alternately opposite polarity. The projection 9 has a surface 10 directed towards the Hall sensor 4 , which is approximately perpendicular to the connecting line between the projection 9 and the Hall sensor 4 . The projection 9 can extend in the immediate vicinity of the Hall sensor 4 and forms, as it were, a magnetic pole directed towards the Hall sensor 4 , through which the Hall sensor 4 is acted upon by the permanent magnets mentioned.

Claims (7)

1. Elektromotor mit einem Hallsensor (4) für ein die Stellung eines Permanentmagnete (3) enthaltenden Rotors (3) anzeigendes Sensorsignal und mit einem Stator mit mehreren Spulen (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete an ihrer dem Hallsensor (4) zugewandten Seite eine solche Form haben, daß das Maß der von den Magneten auf den Sensor (4) gelangenden magnetischen Feldlinien (5) erhöht ist.1. Electric motor with a Hall sensor ( 4 ) for a position of a permanent magnet ( 3 ) containing rotor ( 3 ) indicating sensor signal and with a stator with a plurality of coils ( 2 ), characterized in that the permanent magnets on the Hall sensor ( 4 ) facing them Side have such a shape that the dimension of the magnetic field lines ( 5 ) reaching the sensor ( 4 ) is increased. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne zum Sensor (4) gerichtete etwa rechteckige Kante des Permanentmagneten mit einer Abschrägung (8) versehen ist.2. Electric motor according to claim 1, characterized in that egg ne to the sensor ( 4 ) directed approximately rectangular edge of the permanent magnet is provided with a bevel ( 8 ). 3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Abschrägung (8) etwa senkrecht steht auf einer Geraden zwischen der dem Sensor (4) zugewandten Kante des Magneten und dem Sensor (4).3. Electric motor according to claim 2, characterized in that the plane of the bevel ( 8 ) is approximately perpendicular to a straight line between the sensor ( 4 ) facing edge of the magnet and the sensor ( 4 ). 4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet mit einer auf den Sensor (4) gerichteten Ausladung (9) versehen ist.4. Electric motor according to claim 1, characterized in that the magnet is provided with a projection ( 9 ) directed towards the sensor ( 4 ). 5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausladung durch eine umlaufende Kante (9) an einem die Permanentmagnete enthaltenden Ring (3) gebildet ist.5. Electric motor according to claim 4, characterized in that the throat is formed by a peripheral edge ( 9 ) on a ring containing the permanent magnets ( 3 ). 6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ring (3) an der dem Hallsensor (4) zugewandten Kante ein zusätzlicher, ebenfalls umlaufender Ring (9) befestigt ist, der zusammen mit dem Ring (3) magnetisiert ist.6. Electric motor according to claim 5, characterized in that an additional, also circumferential ring ( 9 ) is attached to the ring ( 3 ) on the edge of the Hall sensor ( 4 ) facing, which is magnetized together with the ring ( 3 ). 7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Ring (9) eine auf den Hallsensor (4) gerichtete Fläche (10) aufweist, die etwa senkrecht steht auf der Ver­ bindungslinie zwischen dem umlaufenden Ring (9) und dem Hall­ sensor (4).7. Electric motor according to claim 6, characterized in that the circumferential ring ( 9 ) on the Hall sensor ( 4 ) directed surface ( 10 ) which is approximately perpendicular to the United connecting line between the circumferential ring ( 9 ) and the Hall sensor ( 4 ).
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