-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft einen Gleichstromelektromotor, vorzugsweise einen
Miniaturdauermagnetgleichstrommotor (PMDC-Motor) mit einem Rotationsdetektor.
-
Viele
Anwendungen von PMDC-Motoren erfordern, daß die Drehzahl des Motors überwacht
oder die Anzahl der Umdrehungen gezählt wird, die von der Motorwelle
ausgeführt
werden. Das wird oftmals durch Verwenden eines Hallsensors und eines
Magneten, der an die Welle angebracht wird, oder durch Verwenden
eines Kodierers, der an die Welle angebracht wird, in Zusammenarbeit
mit einem optischen Sensor zustande gebracht. Diese beiden Verfahren schließen relativ
kostspielige Teile ein, sind bei der Anbringung zeitaufwendig und
erfordern, daß der Motor
so konstruiert ist, daß er
diese Teile aufnimmt, während
sie eine bedeutende Größe des Raumes
in Anspruch nehmen, entweder innerhalb des Motors, wodurch die Größe des Motors
vergrößert wird,
oder außerhalb
des Motors, wo sie für
eine Beschädigung anfällig sind.
-
Kürzlich wurden
Rotationsdetektoren entwickelt, die eine Induktionsspule für das Überwachen von
Veränderungen
im Magnetfluß des
Motors verwenden, während
sich der Rotor dreht; siehe beispielsweise EP-A-0626748, bei dem
ein Induktor/Kondensator-Stromlσeis
in ein separates Gehäuse
eingepaßt
wird, das am Nichtantriebsende des Motors angebracht wird, indem
es auf die Lagernabe preßgepaßt wird.
Bei dieser Anordnung weist die Spule einen Streufluß nach,
und bei wirksamen Motoren hofft man, daß der Streufluß minimiert
wird, um den Wirkungsgrad zu erhöhen,
wodurch die Zuverlässigkeit/Empfindlichkeit
dieses Typs von Detektor verringert wird. Siehe ebenfalls EP-A-0529131,
das eine Spule verwendet, die innerhalb des Motors montiert ist,
und JP 02021266A, das eine Spule verwendet, die außerhalb
des Motorgehäuses
beabstandet ist.
-
Das
US-A-482968 offenbart eine Detektorspule, die um einen Meßkopf gewickelt
ist, und die innerhalb eines der Magneten oder zwischen zwei benachbarten
Magneten eines Dauermagnetgleichstrommotors angeordnet ist. Die
Detektorspule dieses Motors nach dem bisherigen Stand der Technik ist
jedoch nicht um den Meßkopf
angeordnet, so daß der
zwischen den Magentpolen des Stators fließende Fluß durch die Detektorspule fließt und die
Detektorspule nur im Fremdmagnetfeld des Motors arbeitet.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Um
einen empfindlichen Detektor bereitzustellen, verwendet der Rotationsdetektor
entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Induktionsspule, die
um eine Magnetflußleiteinrichtung
gewickelt ist, die so ausgeführt
ist, daß sie
einen Flußrückführweg für den Stator
des Motors bereitstellt. Idealerweise ist diese Magnetflußleiteinrichtung
ein Flußring,
der am Motorgehäuse
angebracht ist, oder sie kann alternativ ein Teil des Motorgehäuses sein. Flußringe werden
im allgemeinen verwendet, um einen Magnetflußrückführweg mit niedrigem Widerstand
zwischen den Magnetpolen des Stators bereitzustellen. Die Verwendung
eines Flußringes
hilft dabei, den Magnetfluß zu
konzentrieren und den Streufluß zu
reduzieren, während
gestattet wird, daß das
Motorgehäuse
aus einem dünneren
Material hergestellt wird, ohne daß die Gefahr der Sättigung
des Magnetweges besteht. Durch Wickeln der Induktionsspule um den
Flußring
wirkt der Flußring
als ein Kern für
die Spule, wodurch das Bilden der Spule vereinfacht wird, während gesichert
wird, daß der
Magnetfluß durch
die Spule gelangt, wodurch ein starkes Signal dem Rotationsdetektorstromkreis
vorgelegt wird. Gleichzeitig gestattet die Flußringausführung, daß der Motor verändert wird,
ohne daß der
Detektorstromkreis beeinflußt
wird. Tatsächlich
kann der Rotationsdetektor an jedem Motor durch geeignete Anpassung
des Flußringes
angebracht werden und erfordert nicht irgendwelche speziellen chrakteristischen
Merkmale, die in den Motor eingebaut werden müssen.
-
Das
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Dauermagnetgleichstrommotors
mit einem neuartigen Rotationsdetektor.
-
Da
die Rotationsdetektorstromkreise gut bekannt sind und nicht einen
Teil dieser Erfindung bilden, werden sie nicht beschrieben, obgleich
daran erinnert werden sollte, daß das Signal vom Detektor dem
Detektorstromkreis zugeführt
wird, der dieses Signal verwenden wird, um seine vorgesehene Funktion
zustande zu bringen, die die Drehzahlsteuerung, Positionssteuerung, Überlastnachweis-
und Störungsbedingungen,
wie beispielsweise einen blockierten Betrieb, umfassen kann.
-
Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung einen Gleichstrommotor bereit,
der aufweist: ein Gehäuse;
einen Dauermagnetstator, der innerhalb des Gehäuses aufgenommen wird; und
einen Rotationsdetektor, wobei der Detektor aufweist: eine Magnetflußleiteinrichtung
und eine Detektorspule, die um die Magnetflußleiteinrichtung gewickelt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Detektorspule um die Magnetflußleiteinrichtung
so angeordnet ist, daß der
Fluß,
der zwischen den Magnetpolen des Stators fließt, durch die Detektorspule
fließt,
wodurch ein elektrisches Signal in der Detektorspule durch Veränderungen
im Magnetfluß des
Motors erzeugt wird.
-
Vorzugsweise
kommt die Magnetflußleiteinrichtung
mit dem Gehäuse
des Motors in Eingriff.
-
Alternativ
kann die Magnetflußleiteinrichtung mindestens
ein Teil des Gehäuses
des Motors sein.
-
Vorzugsweise
ist die Magnetflußleiteinrichtung
auf einer Leiterplatte angebracht, und die Spule ist an Anschlußklemmen
der Leiterplatte angeschlossen, und die Leiterplatte weist Steckerklemmen
auf, die so angeordnet sind, daß sie
mit Buchsenklemmen des Motors in Eingriff kommen.
-
Vorzugsweise
weist die Leiterplatte eine Schaltung für das Auswerten der Signale
von der Spule und für
das Steuern des Motors als Reaktion auf jene Signale auf.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung werden jetzt nur als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
-
1 einen
Rotationsdetektor entsprechend einer ersten Ausführung;
-
2 einen
Rotationsdetektor aus 1, der an einem Motor mit flachen
Seiten angebracht ist;
-
3 eine
Darstellung gleich 2 von einem Rotationsdetektor,
der an einem runden Motor angebracht ist;
-
4 einen
Rotationsdetektor entsprechend einer weiteren Ausführung, der
an einem Motor angebracht ist;
-
5 einen
Rotationsdetektor entsprechend einer alternativen Ausführung, der
an einem Motor angebracht ist;
-
6 einen
Rotationsdetektor aus 5, der auf einer Leiterplatte
angebracht wird; und
-
7 einen
Rotationsdetektor entsprechend einer noch weiteren Ausführung.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGEN
-
Beim
Rotationsdetektor 10 der ersten Ausführung, der in 1 und 2 gezeigt
wird, ist die Magnetflußleiteinrichtung
ein Flußring 15,
und die Spule 11 wird um den Flußring gewickelt. Der Flußring 15 ist
ein Vollmanteltyp, was bedeutet, daß der Ring im wesentlichen
das Motorgehäuse 22 bei
Benutzung umgibt. In der Praxis ist der Innendurchmesser des Flußringes
in seinem entspannten Zustand kleiner als der Durchmesser des Motorgehäuses, so daß der Flußring 15 gedehnt
wird, um sich an das Motorgehäuse 22 anzupassen,
wobei die Elastizität des
Ringes genutzt wird, um den Ring am Motor zu sichern. Zusätzliche
Arretierungen können
vorhanden sein. Die Form des Ringes paßt sich im wesentlichen an
die Form des Motorgehäuses
an, um einen guten Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Ring zu bewirken,
um den Widerstand des Magnetflußweges
zu minimieren.
-
Der
gezeigte Motor 20 ist ein Motor mit flachen Seiten, was
bedeutet, daß das
Gehäuse
zwei bogenförmige
oder teilkreisförmige
Abschnitte aufweist, die durch zwei geradlinige Abschnitte verbunden
sind, wobei die geradlinigen Abschnitte parallel zueinander sind.
Der Stator weist zwei bogenförmige Dauermagnete 23 auf,
die an die kreisförmigen
Abschnitte des Gehäuses 22 angebracht
sind. Der Flußring 15 ist
von gleicher Form mit einem Schlitz 19 in einer Position,
die einer Ebene entspricht, durch die die Pole der Statormagneten
hindurchgehen. Die Spule 11 ist um einen der geradlinigen
Abschnitte gewickelt. Das ist dort, wo die Konzentration des Magnetflusses
während
der Benutzung am größten ist. Der
Flußring 15 wird
deformiert, um einen abgestuften Abschnitt 18 in der Position
bereitzustellen, wo die Spule 11 gewickelt ist, um einen
Zwischenraum oder Abstand zwischen dem Flußring 15 und dem Motorgehäuse 22 für die Spule
zu bewirken, während der
Flußring
anderenfalls mit dem Motorgehäuse
benachbart ist. Die Spule 11 kann an Anschlußklemmen 12 angeschlossen
werden, die am Flußring 15 angebracht
sind, wie in 1 gezeigt wird, oder sie kann flexible
Anschlußleitungen 13,
wie in 2 gezeigt wird, für das Verbinden direkt mit
der Detektorschaltung aufweisen.
-
3 zeigt
einen gleichen Rotationsdetektor 10, der an einem runden
Motor 20 (ein Motor mit einem Gehäuse, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist)
angebracht ist. Arretierungen (nicht gezeigt) Sichern, daß der Flußring 15 (ebenfalls
mit einem im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt) am Motorgehäuse 22 angebracht
ist, wobei der Schlitz 19 mit einer Ebene ausgerichtet
ist, durch die die Magnetpole des Stators hindurchgehen, und die
Spule 11 ist auf einem abgestuften Abschnitt 18 zwischen zwei
benachbarten Polen des Stators positioniert. Derartige Motoren weisen
im allgemeinen zwei einzelne bogenförmige Dauermagneten oder einen Gummiringmagneten
auf, der mit zwei oder mehr Polen ausgebildet ist.
-
4 zeigt
einen Rotationsdetektor 10, der in der Konstruktion dem
Rotationsdetektor aus 1 und 2 gleicht,
angebracht an einen Motor 20 mit flachen Seiten mit der
Veränderung,
daß die
Magnetflußleiteinrichtung
ein Halbmantelflußring 16 ist,
was bedeutet, daß sich
der Flußring 16 peripher
um das Motorgehäuse 22 nur
etwa um die Hälfte
herum erstreckt. In der Praxis erstreckt sich der Flußring 16 über etwas
mehr als die Hälfte,
um einen selbsttragenden Griff am Gehäuse zu bewirken. In jeder anderen
Hinsicht ist der Detektor der gleiche wie die Ausführung in 1.
-
5 ist
eine gleiche Darstellung wie 2 und 4 von
einem Rotationsdetektor 10, der eine Magnetflußleiteinrichtung
in der Form eines Flußringes 17 in
Viertelmantelausführung
enthält.
Der Viertelmantelflußring 17 erstreckt
sich zwischen Magneten längs
der flachen Seite des Motorgehäuses
und ergänzt
den Flußweg,
der durch das Gehäuse 22 bereitgestellt
wird. Wiederum weist der Flußring 17 einen abgestuften
Abschnitt 18 in einer Position zwischen den Polen oder
den Magneten auf, um die Spulenwicklung aufzunehmen.
-
Der
Viertellmantelflußring 17 gestattet
interessante Montageanordnungen, wie beispielsweise die Anordnung,
die in 6 gezeigt wird, wo der Flußring 17 auf einer
Leiterplate 30 angebracht wird. Die Leiterplatte 30 weist
einen Verbinder 33 für
das Verbinden der Leiterplatte 30 mit einer Stromversorgung
für den
Motor und für
Steuersignale für
das Betätigen
des Motors auf. Die Leiterplatte 30 weist ebenfalls eine
elektronische Schaltung 32 für das Auswerten der Signale
vom Rotationsdetektor 10 und für das Steuern des Motors 20 als
Reaktion auf die Signale vom Rotationsdetektor und die Eingangssteuersignale
auf. Die Steuersignale können
einfache Ein/Aus-Signale sein, oder sie können komplizierter sein, was
das Spezifizieren des aufrecht zu erhaltenden Zustandes umfaßt, beispielsweise
der Drehzahl oder Position. In der gezeigten Ausführung weist
der Motor Buchsenklemmen (nicht sichtbar) auf und die Leiterplatte 30 weist
Steckerklemmen 31 für einen
Eingriff mit den Buchsenklemmen des Motors auf. Die Steckerklemmen 31 liefern
ebenfalls eine Positionierungshilfe und Traghilfe, obgleich bei
den meisten Anwendungen eine zusätzliche
Halterung für
das Halten des Motors 20 am Flußring 17 und/oder
der Leiterplatte 30 erforderlich wäre, um eine zufällige Verschiebung
des Motors mit Bezugnahme auf die Leiterplatte infolge einer Schwingung, Stößen, usw.
zu verhindern.
-
Während ein
Motor mit flachen Seiten gezeigt wird, kann der Viertelmantelflußring bei
einem runden Motor verwendet werden, wobei man darauf achten muß, daß die richtige
Ausrichtung des Flußringes
mit den Polen des Stators gesichert wird.
-
Die
Ausführung
in 7 verzichtet auf den separaten Flußring und
benutzt das Motorgehäuse 22 als
die Magnetflußleiteinrichtung.
Das Gehäuse 22,
das eine Ausführung
mit flachen Seiten ist, wird in zwei Hälften 25, 26 hergestellt
und ist umgangssprachlich als ein Muschelschalengehäuse bekannt. Die
zwei Hälften 25, 26 werden
durch Schwalbenschwanzzinkungsverbindungen 27 miteinander
verbunden. Die Verbindungen 27 sind längs der geradlinigen Seiten
des Gehäuses
ausgebildet und zwischen dem Paar der Magneten 23 angeordnet,
die den Stator bilden. Jede Hälfte
nimmt einen einzelnen bogenförmigen
Magneten auf.
-
Eine
der Verbindungen weist einen geraden Finger 28 an der ersten
Hälfte 25 auf,
der in einer Aussparung 29 in der anderen Hälfte 26 aufgenommen
wird. Um diesen Finger 28 wird die Induktionsspule 11 gewickelt
oder angeordnet, um Veränderungen
im Magnetfeld zu überwachen,
während
sich der Rotor dreht. Während
die Spule 11 auf einen Spulenkörper gewickelt sein kann, was
dabei helfen würde, die
Spulenklemmen 12 zu halten, ist sie vorzugsweise in Epoxid
oder Harz eingekapselt, wodurch eine robuste, stabile und isolierte
Spule mit minimalen Abmessungen bereitgestellt wird.
-
Als
eine Alternative könnte
das Motorgehäuse
ein tiefgezogener Zylinder sein, wobei der Finger ein ausgeschnittener
und erhabener Abschnitt ist, der mit der Spule versehen und gebogen
oder in die Aussparung zurück
verformt wird, die durch die Bildung des Fingers gebildet wird,
wobei das distale Ende des Fingers an den Rand der Aussparung anstößt oder
dicht angrenzend daran ist, aus der er herausgeschnitten wurde,
um den Widerstand des Flußweges
durch den Finger zu minimieren.
-
Während verschiedene
bevorzugte Ausführungen
beschrieben wurden, wird von den Fachleuten erkannt, daß Abwandlungen
und Veränderungen bei
den beschriebenen Ausführungen
vorgenommen werden können,
ohne daß man
von der Erfindung abweicht, wie sie durch die als Anhang beigefügten Patentansprüche definiert
wird.