DE4334482C2

DE4334482C2 - synchronous motor

Info

Publication number: DE4334482C2
Application number: DE4334482A
Authority: DE
Inventors: Michael Hermann
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1993-10-11
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: DE9213623U1; DE4334482A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der vorzugsweise alternativ als Schrittmotor (Schrittschaltmotor) oder als kollektorlo ser Gleichstrommotor verwendbar ist.The invention relates to a synchronous motor according to the preamble of the claim 1, preferably alternatively as a stepper motor (stepper motor) or as a collector ser DC motor is usable.

Ein solcher Motor ist bekannt aus der DE-OS 37 29 522 A1, die sich mit einem flach bauenden Elektromotor mit einem ringförmigen Dauermagnetrotor befaßt, der um sei nen Umfang herum Rotorpole abwechselnder Polarität aufweist. Innerhalb des Innen umfangs des Rotors ist konzentrisch dazu ein ringförmig ausgebildeter Innenstator an geordnet, in dessen Innenraum eine Spule untergebracht ist.Such a motor is known from DE-OS 37 29 522 A1, which deals with a flat building electric motor with an annular permanent magnet rotor, which was around NEN circumference has rotor poles of alternating polarity. Inside A ring-shaped inner stator is concentrically attached to the circumference of the rotor ordered, in the interior of which a coil is housed.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor zu schaffen, der sowohl als kollektor loser Gleichstrommotor als auch als Schrittmotor mit Fremdkommutierung betrieben werden kann und dessen Herstellkosten vergleichsweise niedrig sind.The object of the invention is to provide an electric motor, both as a collector Loose DC motor as well as stepper motor operated with external commutation can be and its manufacturing costs are comparatively low.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Synchronmotor mit den Merkmalen von Patent anspruch 1.This object is achieved by a synchronous motor with the features of patent claim 1.

Hierbei handelt es sich um einen Synchronmotor mit mehrpoligem hohlzylindrischen, permanentmagnetisch erregtem Rotor. Dieser stellt eine Mittenläuferkonstruktion dar, das heißt, der Rotor umschließt Teile des Stators und wird auch durch andere Teile des Stators umschlossen. This is a synchronous motor with a multi-pole hollow cylindrical, permanent magnet excited rotor. This represents a center rotor construction that is, the rotor encloses parts of the stator and is also covered by other parts of the stator.

Der Vorteil dieser Anordnung sind vergleichsweise kurze Eisenwege innerhalb der beteiligten magnetischen Kreise bei vergleichsweise großem Kupfervolumen. Hierdurch gelingt es, einen herstelltechnisch besonders einfachen Motor zu schaffen, der sowohl durch Klebungen wie auch durch Fügungen gefertigt wird.The advantage of this arrangement is that it is comparatively short Iron paths within the magnetic circles involved comparatively large copper volume. This enables to create a motor that is particularly simple in terms of production technology, which is made both by gluing and by joining becomes.

Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß ein innerer Statorteil aus im wesentlichen 4 bzw. 5 Teilen besteht, nämlich zwei Flußleitstücken, einem Distanzrohr und einer ringförmigen Spule. Hierzu kommt bei Bedarf noch ein Lager für den Rotor. Das äußere Statorteil ist ebenfalls einfach aufgebaut und besteht aus einem hohlzylindrischen Flußleitstück, einer ringförmigen Spule und einem kreisringförmigen Flußleitstück.For this purpose it is provided that an inner stator part consists of essentially 4 or 5 parts, namely two Flußleitteile, a spacer tube and an annular Kitchen sink. If necessary, there is also a bearing for the rotor. The outer stator part is also simple and consists of a hollow cylindrical flow guide, one annular coil and an annular flux guide.

Der Rotor besteht aus einem Blechteil in Form einer flachen Glocke oder Scheibe, an deren Peripherie ein oder zwei hohlzylindrische Permanentmagneten angebracht sind.The rotor consists of a sheet metal part in the form of a flat one Bell or disk, on the periphery of which one or two hollow cylindrical permanent magnets are attached.

Der Motor wird kommutiert und bestromt durch eine Schalteinheit, die entweder sequentiell nach Maßgabe eines externen Schrittsignals kommutiert, oder die eine Kommutierung nach Maßgabe einer aktuellen Rotor- Drehstellung vornimmt.The motor is commutated and energized by a Switching unit, either sequentially according to a commutated external step signal, or the commutation according to a current rotor Turns position.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen. Further details of the invention emerge from the Subclaims and the drawings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung für einen erfindungsgemäßen Motor Fig. 1 is an exploded view for an engine according to the invention

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor Fig. 2 shows a cross section through an engine according to the invention

Fig. 3 eine Ansteuerschaltung für einen erfindungsgemäßen Motor Fig. 3 shows a control circuit for a motor according to the invention

Fig. 1 zeigt das Zusammenspiel der einzelnen Motorkomponenten für ein Ausführungsbeispiel, welches aus vergleichsweise wenigen Einzelteilen zusammengesetzt ist. Fig. 1 shows the interaction of the individual engine components for an embodiment which is composed of comparatively few individual parts.

Um ein ferromagnetisches Distanzrohr 12 wird eine ringförmige, bevorzugt hohlzylinderförmige Spule angebracht. Diese ist z. B. als Backlackdraht-Spule ausgebildet und besitzt für eine besonders einfache Ansteuerschaltung noch eine Mitten anzapfung 7. Für besseren Motorwirkungsgrad wird auf die Mittenanzapfung 7 verzichtet und eine Ansteuerschaltung verwendet, die Kommutierungsschaltelemente in Form einer sogenannten Vollbrücke aufweisen. Die Enden der Spule sind mit Bezugsziffern 6 und 8 gekennzeichnet. An den beiden Enden des Distanzrohrs 12 befinden sich Flußleitstücke 5 und 10. Diese sind von im wesentlichen identischer Gestalt. In einer besonders einfachen Ausführungsform besteht die Peripherie der Flußleitstücke aus vier Abschnitten. Zwei jeweils gegenüberliegende Abschnitte von 90 deg. mech. sind kreisförmig. An diese schließen sich jeweils geradlinige Abschnitte bzw. Kanten an. Diese Flußleitstücke sind orthogonal zueinander orientiert, das heißt, daß ihre jeweils größten Abmessungen und die Achse des Distanzrohrs in die Achsrichtungen eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystems zeigen.An annular, preferably hollow cylindrical coil is attached around a ferromagnetic spacer tube 12 . This is e.g. B. formed as baked enamel coil and has a center tap 7 for a particularly simple control circuit. For better motor efficiency, the center tap 7 is dispensed with and a control circuit is used which has commutation switching elements in the form of a so-called full bridge. The ends of the coil are identified by reference numerals 6 and 8 . At the two ends of the spacer tube 12 there are flux guide pieces 5 and 10 . These are essentially identical in shape. In a particularly simple embodiment, the periphery of the flow guide pieces consists of four sections. Two opposite sections of 90 deg. mech. are circular. This is followed by straight sections or edges. These flux guide pieces are oriented orthogonally to one another, that is to say that their respective largest dimensions and the axis of the spacer tube point in the axial directions of a right-angled spatial coordinate system.

In einer anderen Ausgestaltung wird die Spule direkt auf die bereits zusammengefügte Anordnung von Distanzrohr und Flußleitstücken aufgewickelt. Anstelle einer Wicklung mit Mittelanzapfung wir in einer alternativen Ausführungsform eine bifilare Wicklung verwendet. Letztere zeichnet sich im allgemeinen durch günstigere Herstellkosten aus.In another embodiment, the coil is opened directly the already assembled arrangement of spacer tube and River guides wound up. Instead of a winding with We tap the middle in an alternative embodiment uses a bifilar winding. The latter stands out in the generally characterized by cheaper manufacturing costs.

Die Zuleitungen der Spulen werden zweckmäßig durch Schlitze in den Flußleitstücken nach außen geführt. Um die vorgenannte Spule und ihre zugehörigen Flußleit stücke ist der Rotor mit Permanentmagneten 3 und 4 gelagert, wobei die Permanentmagnete an oder auf der Rotorglocke 2 angeordnet bzw. befestigt sind, vorzugsweise durch eine Klebung.The leads of the coils are expediently led out through slots in the flux guide pieces. To the aforementioned coil and their associated Flußleit pieces, the rotor is mounted with permanent magnets 3 and 4 , the permanent magnets being arranged or attached to or on the rotor bell 2 , preferably by gluing.

Die Lagerung für den Rotor befindet sich außerhalb des Motors (vgl. Fig. 2) oder ist koaxial zum Distanzrohr 12 angeordnet. Eine Lagerung mit Sinterlagern ist zumeist kostengünstiger als eine Ausführungsform mit Kugellagern.The bearing for the rotor is located outside the motor (see FIG. 2) or is arranged coaxially to the spacer tube 12 . Storage with sintered bearings is usually cheaper than an embodiment with ball bearings.

Außerhalb des Rotors befindet sich eine zweite Spule 26, welche ebenfalls Flußleitelemente aufweist. Sie ist mit Vorteil ebenfalls bifilar gewickelt oder besitzt eine Mittelanzapfung, bei einer Betriebsweise mit bipolarer Ansteuerschaltung sind diese Vorkehrungen entbehrlich. Outside the rotor is a second coil 26 , which also has flux guide elements. It is also advantageously bifilar wound or has a center tap; in an operating mode with a bipolar control circuit, these precautions are not necessary.

Mit den bereits genannten konstruktiv vorgesehenen Teilen ist eine Betriebsweise des Motors als Schrittmotor möglich. Hierzu werden beide Motorspulen in an sich bekannter Weise mit alternierenden Strömen beaufschlagt. Der Permanentmagnet des Rotors stellt sich so ein, daß seine Nordpole den jeweils als Südpol wirkenden Eisenteilen des Stators gegenüberstehen.With the already mentioned design parts the motor can be operated as a stepper motor. For this purpose, both motor coils are made in a manner known per se with alternating currents. The permanent magnet the rotor adjusts itself so that its north poles each facing iron parts of the stator acting as the south pole.

Da die außen liegenden Statorpole winkelmäßig versetzt sind im Vergleich zu den innenliegenden, wird der Rotor immer dann einen Winkelschritt ausführen, wenn die äußere Spule des Stators abgeschaltet wird und die innere Spule eingeschaltet wird bzw. auch im umgekehrten Falle, wenn die innere Spule ab geschaltet wird und die äußere eingeschaltet wird.Because the outer stator poles are angularly offset compared to the inside, the rotor is always then perform an angular step when the outer coil of the Stator is turned off and the inner coil is turned on is or in the opposite case, when the inner coil is switched and the outer is switched on.

In an sich bekannter Weise kann durch geeignete Mittel zum Erkennen der Rotor-Drehlage auch dafür gesorgt werden, daß ein Wechsel der Bestromung (Kommutierung) automatisch erfolgt. Der Motor verhält sich dann wie ein kollektorloser. Gleichstrommotor. Zu diesem Zweck werden bevorzugt Hall-Sensoren bzw. Hall-ICs verwendet, welche üblicherweise im Grenzbereich zwischen zwei Statorpolen plaziert werden. Diese Sensoren sind in Fig. 1 mit Bezugsziffern 11 und 36 gekennzeichnet.In a manner known per se, suitable means for detecting the rotational position of the rotor can also ensure that the current supply (commutation) is changed automatically. The motor then behaves like a collectorless. DC motor. For this purpose, Hall sensors or Hall ICs are preferably used, which are usually placed in the border area between two stator poles. These sensors are identified by reference numerals 11 and 36 in FIG. 1.

Gemäß weiterem bekanntem Stand der Technik ist es weiterhin möglich, die Spulen des Motors zur Erkennung der Drehlage des Rotors heranzuziehen. In diesem Falle entfallen die genannten Hall-Sensoren. According to another known state of the art, it is still possible the coils of the motor to detect the rotational position of the rotor. In this case, the Hall sensors.

Fig. 2 zeigt einen vergleichbaren Aufbau wie Fig. 1, jedoch im Querschnitt längs eines Motordurchmessers. Fig. 2 shows a structure comparable to Fig. 1, but in cross section along an engine diameter.

Die zum Rotor 2 gehörige Welle 1 ist in diesem Falle vergleichsweise weit außerhalb des Stators mittels Lager 50 gelagert. Die Statorteile sind gemäß der dort gezeigten Ausführungsform auf ein Chassis 40 montiert, z. B. durch Klebung.The shaft 1 belonging to the rotor 2 is in this case mounted comparatively far outside of the stator by means of bearings 50 . According to the embodiment shown there, the stator parts are mounted on a chassis 40 , e.g. B. by gluing.

Fig. 3 zeigt eine Ansteuerschaltung gemäß bekanntem Stand der Technik für die Motorkonstruktion gemäß der Erfindung. Schalter, vorzugsweise in Form von Transistoren 70-73, schalten die Spulenstränge 60-63 ein bzw. aus. Diese Zusammenhänge sind weitestgehend bekannt, so daß zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf eine weitere Dar stellung verzichtet wird. Fig. 3 shows a drive circuit according to the known prior art for the motor construction according to the invention. Switches, preferably in the form of transistors 70-73 , switch the coil strands 60-63 on and off. These relationships are largely known, so that a further Dar position is avoided to avoid unnecessary repetition.

Claims

1. Synchronous motor with

- A rotor part ( 2 ) which comprises an annular part to which permanent magnets ( 3 , 4 ) are attached;
- An outer and an inner stator part, the inner stator part at least a first and a second flux guide plate ( 5 , 10 , 12 ) and at least one coil ( 9 ) and the outer stator part flux guide plates ( 20 , 30 ) and a coil ( 26 ) The flux guide plates ( 20 , 30 ) of the outer stator part have cutouts (22 32), the inner diameter of which is larger than the effective outer diameter of the rotor part,

characterized by
that the first and the second flux guide plate ( 5 , 10 ) of the inner stator part are each formed as a flat plate ( 5 , 10 ) of substantially oval shape and are arranged on both sides of the at least one coil ( 9 ) such that their longitudinal axes are at Include a right angle projection in a plane.

2. Synchronous motor according to claim 1, characterized in that at least one coil ( 9 ; 26 ) leads out as a self-supporting baked enamel coil and at least one associated flux guide plate is attached to the at least one coil by means of an adhesive.

3. Synchronous motor according to claim 1 or 2, characterized in that it has a bearing for the rotor part ( 2 ), the bearing for the rotor part being arranged away from the stator parts.

4. Synchronous motor according to one of the preceding claims, characterized in that the annular rotor part ( 2 ) is disc-shaped or bell-shaped.

5. Synchronous motor according to one of the preceding claims, characterized in that the flux guide plates ( 20 , 30 ) of the outer stator part have a substantially cup-shaped ( 30 ) and a substantially flat plate ( 20 ).

6. Use of a synchronous motor according to one of the preceding An sayings as a stepper motor.

7. Use of a synchronous motor according to one of the preceding An sayings as a collectorless DC motor.

8. Use of a synchronous motor according to one of the preceding An say as throttle valve actuator.