DE4410005A1

DE4410005A1 - Rotorlagergeber mit Magnetgeber und Hallsensoren

Info

Publication number: DE4410005A1
Application number: DE4410005A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Albrecht; Wolfgang Krauth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-09-28
Also published as: ITMI950572A1; ITMI950572A0; IT1277174B1; FR2717964A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Rotorlagegeber für die Erzeugung von drei starr an den Rotordrehwinkel gekoppelten Ansteuersignalen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Rotorlagegeber dieser Art (DE 39 32 762 A1) wird für eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine die jeweilige momentane Stellung des Rotors mit wenigstens einem Hallsensor je Phase ermittelt. Die Hallsensoren werden von einem Magneten erregt, der positionsfest auf dem Rotor angeordnet ist. Die so ermittelten Signale dienen zur Steuerung von elektronischen Leistungsschaltern, die in den einzelnen Phasen angeordnet sind. Bei diesem bekannten Rotorlagegeber ist für jede Phase ein Hallsensor notwendig und dies ist entsprechend kostenträchtig in der Fertigung.

Aus der DE 39 41 651 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für bewegbare Baueinheiten, wie z. B. Fensterheber in Kraftfahrzeugen, bekannt, bei welcher der Bewegungsablauf und die Endstellungen mittels eines Sensors überwacht und gesteuert werden. Der Sensor enthält einen auf der Rotorwelle angeordneten Permanentmagneten und zwei Hallsensoren. Dabei ist der Permanentmagnet drehfest auf der Rotorwelle angebracht und die zwei Hallsensoren sind raumfest gegenüber der Rotorwelle angeordnet und um 90° gegeneinander versetzt. An den beiden Ausgangskanälen des Hall-IC sind bei drehender Rotorwelle zwei Ausgangssignale abnehmbar, die aus einer Folge von Rechteckimpulsen von je 180° Länge bestehen. Jeweils eine Impulsperiode charakterisiert eine Umdrehung der Rotorwelle. Die Impulsfrequenz ist abhängig von der Drehzahl der Rotorwelle. Die beiden Impulsfolgen sind um 90° gegeneinander phasenverschoben, sodaß aus der Richtung der Phasenverschiebung die Drehrichtung der Rotorwelle erkannt werden kann.

In der DE 40 40 926 C1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Mehrphasen-Synchronmotors an einem Gleichspannungsnetz beschrieben. Zum folgerichtigen Ansteuern von Halbleiterschaltern in den einzelnen Wicklungsphasen werden in Übereinstimmung mit der Rotorstellung Schaltsignale benutzt. Diese Schaltsignale werden mit Hilfe von drei Positionssensoren erzeugt, die positionsfest am Rotorumfang um jeweils gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt angeordnet sind. Diese Positionssensoren sind Hallelemente, die von einem symmetrisch auf der Rotorwelle aufmagnetisierten Gebermagnet angesteuert werden und jeweils für 180° anstehende Signale abgeben. Aus den um 120° elektrisch versetzten Flanken dieser Signale werden durch logische Verknüpfung drei um 120° phasenverschobene nicht überlappende Phasensignale erzeugt. Für jede Phase ist demnach ein Hallsensor notwendig.

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen erfordern Hallelemente als Positionssensoren für jede Phase. Dies ist relativ aufwendig und in der Fertigung dementsprechend kostenträchtig.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotorlagegeber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil des geringeren Aufwands für die Bauelemente selbst sowie für deren Einbau und genaue Positionierung in der Fertigung. Dies bei gleichbleibend gutem Ergebnis was die Generierung von drei starr an den Rotordrehwinkel gekoppelten Ansteuersignalen betrifft. Durch den besonders gestalteten Magnetgeber mit seiner 120°/240°-Teilung sind nur noch zwei Hallsensoren notwendig, da mit Hilfe eines einfachen und kostengünstigen NOR-Gliedes aus den beiden Signalen der Hallsensoren das dritte starr an den Rotordrehwinkel gekoppelte Ansteuersignal in einfacher Weise gewonnen wird.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Rotorlagegebers möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotorlagegeber sind die Polteile des Magnetgebers in vorteilhafter Weise aus permanentmagnetischen Teilen aufgebaut.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Polteile des Magnetgebers in ihrer Gestalt der jeweiligen Umfangsform des zugehörigen Rotors angepaßt.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dabei die Form von kreissektorförmigen Schalenteilen, die sich in der 120°/240°-Teilung ringförmig an eine zylinderförmig gestaltete Rotorwelle schmiegen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Polteile des Magnetgebers bevorzugt durch Kleben auf der Rotorwelle befestigt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Fertigung.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Bildung des erfindungsgemäßen Magnetgebers besteht darin, daß die Polteile in der 120°/240°-Teilung direkt auf dem Rotor bzw. der Rotorwelle aufmagnetisiert sind.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Rotorwelle mit aufgebrachten Magnetpolteilen in der erfindungsgemäßen 120°/240°-Teilung mit den um 120° versetzt angeordneten zwei Hallsensoren,

Fig. 2 ein Diagramm der Signale der beiden Hallsensoren und des aus diesen beiden gewonnenen dritten Signals,

Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild zur Erzeugung des dritten Signals mit Hilfe eines NOR-Glieds.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist in schematischer Schnittansicht ein Rotorlagegeber 11 dargestellt. Hauptbestandteile dieses Rotorlagegebers 11 sind auf einer Rotorwelle 12, die nachstehend auch den Rotor allgemein darstellt, angebrachte Polteile 13 und 14 eines Magnetgebers sowie Hallsensoren H1 und H2, die mit den Bezugszeichen 15 und 16 versehen sind. Die Rotorwelle 12 ist drehbar um einen Achsmittelpunkt 17, beispielsweise in Richtung des eingezeichneten Pfeils 18.

Gemäß vorliegender Erfindung weist der Magnetgeber eine 120°/240°-Teilung seiner Polteile 13 und 14 auf. Dies bedeutet, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, der Nordpol N des Magnetgebers 120° Umfangsanteil auf dem Rotor bzw. auf der Rotorwelle 12 einnimmt und daß der Südpol S 240° Umfanganteil auf dem Rotor bzw. der Rotorwelle 12 einnimmt. Der eine Polteil 13 mit der einen magnetischen Polarität N umfaßt die Rotorwelle 12 also für 120° und der andere Polteil 14 mit der anderen magnetischen Polarität S umfaßt die Rotorwelle 12 für 240°. Beide Polteile 13 und 14 umschließen demnach die Rotorwelle 12 in Form eines Ringes. Die beiden Hallsensoren 15 und 16 sind um 120° versetzt am Umfang der Rotorwelle 12 positionsfest angeordnet. In der Darstellung der Fig. 1 sind sie an den Trennungslinien der beiden Polteile 13 und 14 gezeigt, die ja in bezug auf den dort dargestellten Polteil 13 mit der Polarität N um 120° gegeneinander versetzt sind.

In der schematischen Darstellung des Blockschaltbildes gemäß Fig. 3 sind die beiden Hallsensoren H1 15 und H2 16 in ihrem jeweiligen Anschluß an Erdpotential und positives Potential gezeigt. Der Ausgang des Hallsensors 15 ist mit 31 und der Ausgang des Hallsensors 16 ist mit 32 bezeichnet. Diese beiden Ausgänge werden gemäß der Erfindung auch als Eingänge einem NOR-Glied 30 zugeführt. Durch die logische Verknüpfung, daß ein Signal am Ausgang 33 des NOR-Glieds nur dann ansteht, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist, wird erfindungsgemäß das dritte starr an den Rotordrehwinkel gekoppelte Signal generiert. So steht am Ausgang 31 des Hallsensors H1 das Signal U1, am Ausgang 32 des Hallsensors H2 das Signal U2 und am Ausgang 33 des NOR-Glieds 30 das Signal U3 (=U1VU2) an. Damit sind in vorteilhafter Weise drei notwendige Phasenansteuersignale mit nur zwei Hallsensoren gewonnen.

In Fig. 2 ist anhand des dargestellten Diagramms der Verlauf der Signale der beiden Hallsensoren H1 und H2 dargestellt. Das Ausgangssignal U1 des Hallsensors H1 15 ist auf Grund der 120°/240°-Teilung des Magnetgebers nur für 120° positiv bzw. vorhanden und dann für 240° null bzw. nicht vorhanden. Das Ausgangssignal U2 des Hallsensors H2 16 ist auf Grund der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration des Magnetgebers gemäß vorliegender Erfindung um 120° versetzt, ist aber ebenso nur für 120° positiv bzw. vorhanden und dann für 240° null bzw. nicht vorhanden. Sind beide Ausgangssignale der beiden Hallsensoren 15 und 16 mit den Spannungen U1 und U2 nicht vorhanden, dann steht das dritte Signal U3 (=U1VU2) an.

Dadurch sind erfindungsgemäß drei starr an den Rotordrehwinkel gekoppelte Signale erzeugt, wobei in besonders vorteilhafter Weise die Signale der beiden vorhandenen Hallsensoren sowie das daraus generierte Ausgangssignal des NOR-Glieds bereits selbst nur jeweils für 120° anstehen und darüberhinaus um 120° gegeneinander phasenverschoben sind. Diese Signale können daher bereits direkt als Ansteuersignale verwendet werden.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene besondere Gestaltung des Magnetgebers mit seiner 120°/240°-Teilung bringt allein bereits die Möglichkeit, daß die von den Hallsensoren direkt erzeugten Ausgangssignale für nur jeweils 120° anstehen und für 240° nicht vorhanden sind. Dies bedeutet, daß keine weitere Formung der Signale notwendig ist, um die Steuerung von Halbleiterschaltern in Ankerwicklungen eines Rotors vorzunehmen.

Die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration des Magnetgebers kann in verschiedener Weise realisiert werden. Die Polteile 13 und 14 mit ihren unterschiedlich großen Umfangsanteilen bestehen bevorzugt aus permanentmagnetischen Teilen. Sie sind dabei in ihrer Gestalt an die jeweilige Form des Rotors angepaßt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind auf der runden Rotorwelle 12 der Rundung angepaßte kreissektor- bzw. ringförmige Schalenteile 13 und 14 aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt bevorzugt durch Kleben.

Eine weitere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, daß das magnetische Material in der entsprechenden 120°/240°- Teilung auf dem Umfang der Rotorwelle direkt aufmagnetisiert wird, beispielweise durch Spritzauftrag.

Claims

1. Rotorlagegeber für die Erzeugung von drei starr an den Rotordrehwinkel gekoppelten Ansteuersignalen, insbesondere für die Erzeugung von Schaltsignalen zum Schalten von elektronischen Schaltelementen in Ankerwicklungen von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren, enthaltend einen Magnetgeber, der auf dem Rotor fest angebracht ist, und Hallsensoren, die positionsfest am Umfang des Rotors um 120° elektrisch versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetgeber aus einen Polteil (13) mit 120° Umfangsanteil auf dem Rotor (12) der einen magnetischen Polarität (N) und einem Polteil (14) mit 240° Umfangsanteil auf dem Rotor (12) der anderen magnetischen Polarität (S) besteht,
zwei Hallsensoren (15, 16) zur Abgabe von Ansteuersignalen (U1, U2) vorgesehen sind, die um 120° räumlich versetzt positionsfest am Rotorumfang angeordnet sind, und
die Ansteuersignale (U1, U2) der beiden Hallsensoren (15, 16) zur Erzeugung des dritten Ansteuersignals (U3) logisch derart verknüpft werden, daß dann ein drittes Ansteuersignal (U3) ansteht, bevorzugt am Ausgang (33) eines NOR-Glieds (30), welchem als Eingänge die beiden Ansteuersignale (U1, U2) der beiden Hallsensoren (15, 16) zugeführt werden, wenn keines der beiden Ansteuersignale (U1, U2) der Hallsensoren (15, 16) vorhanden ist.

2. Rotorlagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile (13, 14) des Magnetgebers aus permanentmagnetischen Teilen bestehen.

3. Rotorlagegeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile (13, 14) des Magnetgebers in ihrer Gestalt der jeweiligen Umfangsform des zugehörigen Rotors (12) angepaßt sind.

4. Rotorlagegeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile des Magnetgebers kreissektorförmige Schalenteile (13, 14) sind, die den Rotor (12) ringförmig umschließen.

5. Rotorlagegeber nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile (13, 14) des Magnetgebers bevorzugt durch Kleben auf dem Rotor (12) befestigt sind.

6 Rotorlagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile (13, 14) des Magnetgebers in der 120°/240°-Teilung direkt auf dem Rotor bzw. der Rotorwelle (12) aufmagnetisiert sind.