DE8431241U1

DE8431241U1 - Buerstenloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE8431241U1
Application number: DE19848431241U
Authority: DE
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1984-10-24
Publication date: 1985-01-24
Also published as: US4588912A; GB8425441D0; GB2150364A; GB2150364B

Description

Bürstenloser Gleichstrommotor

tie Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, •er insbesondere einen Aufbau hat,bei dem eine Antriebsschaltung Eingebaut ist.

Kirsten lose Gleichstrommotoren werden in weitem Umfang auf verschiedenen Gebieten aufgrund ihrer hohen Haltbarkeit und faveriassigkeit benutzt. Beispielsweise werden bürstenlose •leichstroHotore oftmals als kleine elektrische Ventilatoren oder Geblase benutzt, die in Kraftfahrzeuge eingebaut Sind. Bei derartigen herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotoren sind eine gedruckte Schaltungsplatte, die Antriebsfceulen tragt, ein Positionssensor und andere Schaltungsbau-Heile auf einem Stator angebracht. In der japanischen Ge-•rauchseusterschrift 58-46283 ist ein derartiger Motor beschrieben, bei dem ein Joch, das als Magnetflußweg dient, notwendigerweise an der Rückseite einer scheibenartigen gedruckten Schaltungsplatte angeordnet ist, welche Rückseite #er Vorderseite gegenüberliegt, die dem Rotor des Motors •«gewandt ist. Da die Stifte oder Füße der verschiedenen Schaltungsbauelemente, die an der gedruckten Schaltungsplatte angebracht sind, über die Oberfläche der Rückseite der Schaltungsplatte hinaus vorstehen, muß das Joch an einem kleinen Teil der gedruckten Schalungsplatte vorgesehen sein, an dem eine Antriebsspule an der Vorderfläche angebracht ist, da die Stifte oder Füße der Schaltungsbauelemente Hindernisse für das Anbringen des Joches sind. Das hat zur Folge, daß der Flächenbereich des Boches, der dem Rotor zugewandt ist, einem relativ kleinen Flächenbereich des Rotors

entspricht und daher sich die Reluktanz des magnetischen Kreises,der vom Rotor und vom Stator einschließlich des Joches gebildet wird, während einer Umdrehung des Rotors ändert Die Anziehungskraft zwischen den Magneten des Rotors und dem Joch ändert sich somit während einer Umdrehung, was zu dem Auftreten von unerwünschten Schwingungen oder einer zahnradartigen Arbeitswelse führt. Daher wurde der Vorteil des kernlosen Aufbaus eines derartigen bürstenlosen Gleichstrommotors bisher stark abgeschwächt.

Da darüberhinaus die Schaltungsbauelemente bei dem bekannten Aufbau freiliegen, ohne in irgendeiner Weise überdeckt zu sein, ist es notwendig, eine Trennwand vorzusehen oder ein Versiegelungsmittel auf die elektrisch leitenden Teile der Schaltungsbauelemente aufzubringen, um ein Verstauben der Antriebsschaltung zu vermeiden, wie es in der japanischen Gebrauchsmusterschrift 55-4991 beschrieben ist.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Mängel herkömmlicher bürstenloser Gleichstrommotoren beseitigt werden und soll daher ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Joch an der Statorseite geschaffen werden, dessen Flächenbereich im wesentlichen dem gesamten Flächenbereich eines Rotors entspricht, so daß die Reluktanz des Magnetflußkreises im wesentlichen während einer Umdrehung des Rotors konstant bleibt.

Der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstrommotor soll eine höhere Staubfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit haben, indem alle Teile und Bauelemente der Antriebsschaltung dicht abgeschlossen sind.

Gemäß e'er Erfindung soll die in der Antriebsschaltung erzeugte Wärme leicht über das Joch des Motors abgeführt werden können, da das Substrat der Antriebsschaltung mit dem

Joch in Berührung steht.

Weiterhin kann das etwa becherförmige Joch des Motors eine Aussparung an der Seitenwand oder im Boden des Joches aufweisen, so daß der Rotor genau an einergewünschten Anfangs-Soll-Lage angeordnet wird, wenn er entregt wird.

Gemäß der Erfindung soll der Rotor weiterhin beim Anschalten der Energieversorgung aufgrund des Vorhandenseins der oben beschriebenen Aussparung leicht anlaufen können.

Dazu umfaßt der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstrommotor einen Rotor mit einer Vielzahl von Magneten und einen Stator, der ein etwa becherförmiges Joch, eine Antriebsspule, eine Antriebsschaltung, einen magnetoelektrischen Wandler, Anschlüsse und eine isolierende Grundplatte aufweist, die am Joch angebracht ist, wobei die Grundplatte ein durchgehendes Loch und das durchgehende Loch umgebende Wände zum Bilden eines Schaltungsgehäuses an einer ersten Seite aufweist, die Antriebsschaltung auf einem Kunstharzsubstrat ausgebildet ist, auf dem gleichfalls der magnetoelektrische Wandler angeordnet ist, das Substrat, das die Antriebsschaltung und den magnetoelektrischen Wandler trägt, an seiner Vorderfläche in dem durchgehenden Loch der Grundplatte aufgenommen ist, so daß die Rückseite des Substrates mit einer zweiten Seite der Grundplatte fluchtet, das Schaltungsgehäuse mit einem Kunstharz gefüllt ist, um die Antriebsschaltung und den magnetoelektrischen Wandler dicht abzuschließen, die Antriebsspule auf der ersten Seite der Grundplatte angeordnet 1st, die Anschlüsse mit der Antriebsschaltung an ihren einen Enden verbunden sind und mit ihren anderen Enden von der ersten Seite der Grundplatte vorstehen, die Grundplatte auf einem im wesentlichen ebenen Boden einer mittleren Aussparung des Joches so angeordnet ist, daß die erste Seite dem Magneten des Rotors zugewandt ist,

während die zweite Seite der Grundplatte im wesentlichen mit dem Boden der mittleren Aussparung des Joches in Berührung steht und der im wesentlichen flache Soden der mittleren Aussparung des Joches im wesentlichen der gesamten einen Seitenfläche des Rotors zugewandt ist.

Im folgejHten werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben; Es zeigen:

Fig.1A bis IE ein Ausführungsbeispiel des erfindungs

gemäßen Motors,

Fig.2 das Schaltbild der elektrischen Schal

tung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig.3 in einem Erläuterungsdiagramm das Anhal

ten des Rotors des erfindungsgemäßen Motors,

Fig.4 das Schaltbild einer Antriebsschaltung,

die eine Abwandlungsform der in Fig.2 dargestellten Schaltung darstellt,

Fig.5A bis 5D das Herstellungsverfahren der Grundplat

te und der d?rin aufgenommenen Antriebsschaltung,

Fig.6A bis 6C ein zweites Ausführungsbeispiel des er

findungsgemäßen Motors,

Fig.7A und 7B die Form des Joches bei dem zweiten Aus

führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors, und

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Fig^A u»d 8ß die form des Joches bei einen) dritten

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors.

In den Fig.IA bis IE ist ein Gebläse mit einem kleinen elektrischen Motor Tjemäß eines Aasführungs-beispiels der Erfindung ilar§«rsteilt. Fig^iA zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Gebläses, wobei der gewünschte Luftstrom durch gestrichelte Linien dargestellt ist.

Das in Fig.1A dargestellte Gebläse umfaßt ein oberes Gehäuse 1 mit einem Lufteinlaß und ein unteres Gehäuse 3 aus Kunstharz. Das obere und das untere Gehäuse 1 und 3 sind miteinander zur Bildung eines Gebläsegehäuses in der dargestellten Weise über gezahnte Sicherungsscheiben 2 verbunden. Nicht dargestellte Luftauslässe sind in der Seitenwand des unteren Gehäuses 3 ausgebildet, und ein Rotor 5 des Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors M ist teilweise im unteren Gehäuse 3 aufgenommen.

Ein Bolzen 4a dient zur Verbindung des Motors M mit dem unteren Gehäuse 3, wobei eine Zwischenscheibe 4b für den Bolzen 4a vorgesehen ist. Mehrere Zuleitungsdrähte 6 sind jeweils mit den Anschlüssen 7b verbunden, die am besten in, Fig.1b dargestellt sind, die eine Draufsicht auf den Stator des Motors M zeigt. Ein etwa becherförmiges metallisches Joch 12 aus einem magnetischen Material bildet einen Teil des Magnetflußkreises des Motors und wirkt gleichzeitig als Motorgehäuse. Das Joch 12 ist am unteren Ende des unteren Gehäuses 3 mit seinem Flansch 12f angebracht, um eine Ausnehmung zu begrenzen, in der verschiedene Teile des Motors M ein* schließlich des Rotors 5 und eines Stators vorgesehen sind. Eine Grundplatte 7 besteht aus einem Kunstharz, wobei eine Antriebsschaltung 40 des Motors M an der Grundplatte 7 angebracht ist, wie es in Fig.1C dargestellt 1st, die eine

Querschnittsansicht längs der strichpunktierten Linie Ιρ,-Ιξ in Fig.1B zeigt. Wie es später im einzelnen beschrieben wird, enthält die Antriebsschaltung 40 eine integrierte Schaltung mit einem Hall-Generator 19 und andere Bauteile, die in ein gegossenes Kunstharz 7d eingebettet sind. Die Grundplatte 7 weist Wände auf, die senkrecht bezüglich des Bodens oder der fiäcfcflache 7e der Grundplatte 7 ansteigen, um ein Schaltungsgeträuse 7a zu bilden, in dem die Abtriebsschaltung 40 auf g-e fromm en ist. Drei Anschlüss-e 7b aus L-förmi gen Metallstreifen sind teilweise in eine Wand des Schaltungsgehäuses 7a eingebettet. Es sind weiterhin eine Isolierscheibe 8 aus Gummi und ein ölfreies Metall 9 vorgesehen, das ein Lager für eine Drehwelle 13 des Motors M bildet. Auf dem Lager 9 ist eine ringförmige Filzplatte 10 vorgesehen, die verhindert, daß Ul vom Lager 9 sich verteilt und verlorengeht.

Eine Antriebsspule 11 ist auf einer Vorderfläche 7f der Grundplatte 7 angeordnet und mit der Antriebsschaltung 40 verbunden, wie es später im einzelnen beschrieben wird. Ein Permanentmagnet 31, der für die anfängliche Einstellung der Lage des Rotors 5 dient, is am Joch 12 so angebracht, daß der Magnet 31 durch ein durchgehendes Loch der Grundplatte 7 hindurchtritt, wie es am besten in Fig.1B dargestellt ist.

Der Rotor 5 umfaßt einen Rotorkörper 14 aus Kunstharz und eine Vielzahl von Permanentmagneten 14b. Bei diesem Ausführungsbai spiel sind zwei Magnete 14b jeweils in Aussparungen aufgenommen, die im Rotorkörper 14 ausgebildet sind. Der Rotorkörper 14 weist ein Flügelrad 14a auf der anderen Seite der Magneten 14b auf. Eine gezahnte Sicherungsscheibe 15 dient dazu, die obere Filzplatte 10 festzulegen und zu verhindern, daß der Motor M verstaubt. Eine Draufsicht von oben auf den Rotor 5 ist In Flg.IE dargestellt, während Fig. 1D eine Querschnittsansicht des Rotors 5 längs der strlchpunk-

tierten Linie I_D - \_Q in Fig.1E zeigt. Wie es in Fig.IE dargestellt ist, sind die die Magneten 14b aufnehmenden Aussparungen radial so ausgerichtet, daß die Aussparungen von einem Anguß begrenzt werden, der die Form eines rechtwinkligen Prismas hat.

Der Antriebsschaltung 40, die als integrierte Hybridschaltung ausgebildet ist, ist nach dem in den Fig.5A bis 5D dargestellten Verfahren an der Grundplatte 7 angebracht. Zunächst wird die Grundplatte 7 in einem Stück so ausgebildet, daß die L-förmigen Anschlußstreifen 7b teilweise eingebettet sind, wie es in Fig.5A dargestellt ist. An einem Teil der Grundplatts 7, der dem oben erwähnten Schaltungsgehäuse 7a entspricht, wird ein durchgehendes Loch ausgebildet. Anschließend wird die Antriebsschaltung 40 mit der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 im Schaltungsgehäuse 7a so aufgenommen, daß das Substrat 7c der Antriebsschaltung 40 im wesentlichen mit der Grundplatte 7 fluchtet, wie es in Fig.58 dargestellt ist. Die Anschlüsse 7b werden jeweils mit drei nicht dargestellten Anschlüssen der Antriebsschaltung durch Löten verbunden, wie es in Fig.5C dargestellt ist. Schließlich wird das Schaltungsgehäuse 7a mit einem Kunstharz 7d gefüllt, so daß die verschiedenen Bauteile oder Bauelemente der Antriebsschaitung 40 darin eingebettet sind, um sie dicht gegenüber der Außenluft zu isolieren. Die Grundplatte /, die darauf die Antriebsspule 11 und die Antriebsschaltung 40 trägt, wird auf dem Boden des etwa becherförmigen Joches 12 angeordnet, wie es in Fig.1A dargestellt ist.

Ein Beispiel des Schaltungsaufbaus der Antriebsschaltung 40 ist in Fig.2 dargestellt, wobei die Schaltung an sich bekannt ist. Ein Schalter 24 ist zum Verbinden der Antriebsschaitung 40 mit einer Energiequelle 30 vorgesehen, wobei es sich versteht, daß der Schalter 24 und die Antriebsquelle 30 sowie die Antriebsspule 11 nicht in der Antriebsschaltung 40 ent-

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halten sind, die im Schaltungsgehäuse 7a aufgenommen ist. Um das zu verdeutlichen, sind die Bauteile oder Bauelemente, die im Schaltungsgehäuse 7a aufgenommen sind, durch eine strichpunktierte Linie eingeschlossen. Alle Bauteile der Antriebsschaltung 40 mit der Ausnahme der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 sind in Form einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet. Ein PNP -Schalttransistor 20 ist mit seinem Kollektor mit einem Anschluß der Antriebsspule 11 verbunden. Die integrierte Schaltung mit Hall-Generator 19, die als magnetoelektrischer Halbleiterwandler dient, weist einen Ausgangsanschluß P auf, der mit der Basis des Schalttransistors 20 über einen Strombegrenzungswiderstand 33 verbunden ist. Ein Kondensator 26 und eine Z-Oiode 25 sind beide parallel zur integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 geschaltet, um Stoßspannungen aufzufangen.

Ein Kondensator 27, der zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 20 geschaltet ist, unterdrückt plötzliche Änderungen in der Ausgangsspannung des Transistors 20, die an der Antriebsspule 11 liegt. D.h. insbesondere, daß die Wellenform der Ausgangsspannung des Transistors 20 geglättet wird, um Störungen in der Drehung des Motors M zu vermindern Ein weiterer Kondensator 28 ist zwischen den Kollektor und den Emitter des Transistors 20 geschaltet und dient dazu, Störspannunge.i aufzufangen und eine Schwingung der Antriebsschaltung 40 zu vermeiden. Eine Diode 29, die über den Kondensator 28 geschaltet ist, dient dazu, den Transistor 20 vor einer Gegenspannung zu schützen.

Als integrierte Schaltung mit Hall-Generator 19 kann eine monolithische integrierte Schaltung mit Hall-Effekt und eine integrierte Hall-Schaltung (Schalttyp) verwandt werden, wie sie unter der Bezeichnung DN 6839 von Matsushita Electronics Corporation bekannt sind. Diese integrierte Hall-Schaltung DN 6839 umfaßt einen Ausgangstransistor mit offenem Kollek-

tor, wobei dann, wenn einer der Magnete Mb des Rotors 5 in Fig.IA sich der integrierten Schaltung mit Hall-Generator nähert, der Ausgangstransistor mit offenem Kollektor durchschaltet, um die Ausgangsspannung am Ausgang P der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 auf nahezu 0 Volt herabzusetzen. Das hat zur Folge, daß der Transistor 20 der Antriebsschaltung 40 in Fig.2 durchschaltet, um einen gesättigten Zustand einzunehmen, so daß ein gesättigter Ausgangsstroe an der Antriebsspule 11 liegt. In dieser Weise wird !•■er dann, wenn der Transistor 20 durchschaltet, die Antriebsspule 11 erregt.

Oas oben beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsge-■ißen bürstenlosen Gleichstrommotors M arbeitet in der folgenden Heise. Wenn der Schalter 24 geöffnet ist, ist der Rotor 4 zwangsweise in einer vorbestimmten Winkelstellung angeordnet, in der einer der Magnete 14b nahe an der intefrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 liegt, so daß die Integrierte Schaltung mit Hall-Generator 19 eine niedrige Ausgangsspannung erzeugt, wenn anschließend der Schalter ?4 angeschaltet wird. Ein Verfahren der Steuerung der Anfangsstellung des Rotors 5 ist in der Japanischen Gebrauchsmusterschrift 55-4991 beschrieben. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Schalter 24 geöffnet wird, nimmt die Rotorgeschwindigkeit ab und nimmt der Rotor 5 eine vorbestimmte Winkelstellung ein, so daß die beiden Magnete 14b im gleichen Abstand vom permanenten Magneten 31 angeordnet sind,der am Joch 12 vorgesehen ist, wie es im Erläuterungsdiagramm von Fig.3 dargestellt ist. Aufgrund der Abstoßungskräfte zwischen den Magneten 14b und dem ortsfesten Magneten 31, da die einander zugewandten Pole der Magneten 14b und des Magneten 31 alle Südpole sind, nimmt insbesondere der rechtwinklige Ansatz 14c, der die Aussparungen begrenzt, in denen die Magnete 14b aufgenommen sind, eine derartige Lage ein, daß seine in Längsrichtung verlaufende Mittellinie C senk-

recht zu einer radialen Linie R verläuft, die durch eine achse, die der Welle 13 (siehe Fig.IA) entspricht ,und die Mitte des Permanentmagneten 31 geht. Immer wenn der Rotor 5 seine Drehung beendet, wird in dieser Weise der Rotor 5 in der in Fig.3 dargestellten Weise angeordnet.

Wenn der Schalter 24 dann angeschaltet wird, wird aufgrund der Tatsache, daß die Ausgangsspannung der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 einen niedrigen Pegel hat (nahezu 0 Volt), der Transistor 20 gesättigt, so daß ein maximaler Sättigungsstrom der Antriebsspule 11 vom Anfang an zugeführt wird. Dementsprechend wird eine maximale Abstoßungskraft oder Anziehungskraft zwischen den Magneten 14b und der Antriebsspule 11 erzeugt, so daß der Rotor 5 sich im Uhrzeigersinn zu drehen beginnt, wie es durch einen Pfeil ROT dargestellt ist. Unmittelbar nachdem die Mittellinie C des Ansatzes 14 über einen gegebenen Winkelbereich θ zur Erregungszentrierung der Lage der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 gegangen ist, wird der Ausgangstransistor mit offenem Kollektor der integrierten Schaltung mit Hall-Generator 19 gesperrt, um ein Signal mit hohem Pegel zu erzeugen. Ai-f den Empfang eines derartigen Signales mit hohem Pegel sperrt der Schalttransistor 20, um die Erregung der Antriebsspule 11 zu beenden. Der Rotor dreht sich jedoch aufgrund seiner Trägheit weiter.

Wenn sich der Rotor 5 über 180° dreht, so daß der Ansatz 14c des Rotors 5 wieder in den Erregungswinkelbereich θ eintritt, wird der Transistor 20 wieder durchgeschaltet, um die Antriebsspule 11 zu erregen. In dieser Weise liegt der Reihe nach eine maximale Abstoßungs- oder Anziehungskraft am Rotor 5, so daß der Rotor 5 sich weiter dreht, solange der Schalter 24 angeschaltet ist.

Fig.4 zeigt eine Abwandlungsform der Antriebsschaltung.

Die in Fig.4 dargestellte Antriebsschaltung unterscheidet sich von der in Fig.2 dargestellten Antriebsschaltung 40 ,

dadurch, daß statt des ρρίΡ,-Transistors 20 ein NPN-Transistor , 20' vorgesehen ist, und daß der Schaltungsaufbau dementsprechend geändert ist. Während die Bauelemente, die den Bauelementen in Fig.2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist mit 25a ein Widerstand bezeichnet. Die in Fig.4 dargestellte Antriebsschaltung arbeitet in ähnlicher weise wie die in Fig.2 dargestellte Antriebsschaltung.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß entweder eine Abstoßungskraft oder eine Anziehungskraft als Drehantriebskraft des Rotors 5 verwandt werden kann, während die Anordnung der Magneten 14b der Antriebsspule 11 usw. im Motor M in beiden Fällen gleichbleibt.

Wenn die Polarität der Magnete 14b oder die Wicklungsrichtung der Antriebsspule 11 umgekehrt wird, dann wird die Orehrichtung des Motors 5 umgekehrt. Wenn es erwünscht ist, daß sich der Rotor 5 sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, kann ein Schalter vorgesehen sein, der die Richtung des Stromes ändert, der der Antriebsspule 11 zugeführt wird.

Obwohl im Obigen dargestellt wurde, daß eine integrierte Schaltung mit Hall-Generator als magnetoelektrischer Halbleiterwandler bei dem obigen Ausführungsbeispiel dient,können auch andere Elemente statt einer derartigen integrierten Schaltung mit Hall-Generator für denselben Zweck verwandt werden. Beispielswelse kann ein magnetischer Widerstand oder eine Magnetdiode dazu dienen, die Änderung im Widerstand in eine Änderung in der Spannung umzuwandeln. Weiterhin kann ein gerichteter magnetoelektrischer Wandler vorgesehen sein, um dessen Ausgangsspannung zu verwenden. Eines dieser Wandlerelemente kann als kleine Einrichtung mit

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dem Aufbau eine integrierten Schaltung benutzt werden.

In dieser Weise sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Bauteils und Bauelemente der Antriebsschaltung 40 in Form einer integrierten Schaltung so ausgebildet, daß das Gehäuse der integrierten Schaltung, d.h. das Sciialttmgsgeftäuse 7a, djs Substrat 7c und das eingefüllte Harz 7d hn wesentlichen in einem Stück mit der Grundplatte 7 ausgebildet sind, die einen Hauptteil des Stators bildet,wobei das Gehäuse aus einem isolierenden Kunstharz oder isolierenden Kunstharzen besteht.

Bei einer derartigen Ausbildung ergeben sich die folgenden Vorteile.

1. Da das Joch 12 dem Rotor 5 über nahezu die gesamte eine Seitenfläche des Rotors 5 zugewandt sein kann, kann eine Änderung in der Reluktanz während einer Umdrehung des Rotors 5 verringert werden. Das hat zur Folge, daß unerwünschte Schwingungen und Störungen aufgrund einer derartigen Änderung vermindert werden können.

2. Da die Bauteile und Bauelemente der Antriebsschaltung 40 nicht freiliegen, sondern im Gehäuse aus Kunstharz nach ihrer Ausbildung in Form einer integrierten Schaltung dicht eingeschlossen sirH, ergibt sich ein verbessertes Verhalten gegenüber Änderungen in den Umgebungsverhältnissen.

3. Das Joch 12 selbst, das einen Teil des magnetischen Kreises bildet, wirkt als magnetische Abschirmung, die magnetische Störungen von außen vermeidet. Wenn daher der erfindungsgemäße Motor M in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wird der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstrommotor nicht durch äußere ferromagnetische Materialien,

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wie beispielsweise St ahXplatten^ beeinflußt. Das hat zur Folge, daß der Rotor 5 genau an der gewünschten Anfangsstellung angeordnet werden kann, wie es in Fig.3 dargestellt ist, und daß daher ein Fehlanlaufen aufgrund einer unerwünschten Anfangsstellung des Ansatzes 14c des Rotors 5 vermieden werden kann.

Da weiterhin das Gehäuse 7a,7c und 7d der Antriebsschaltung 40 im wesentlichen in einem Stück mit der Grundplatte 7 ausgebildet ist, so daß die Rückfläche des Substrates 7c mit der Rückfläche 7e der Grundplatte 7 fluchtet, ohne das Gehäuse auf der Grundplatte 7 anzuordnen, kann der Abstand zwischen der Rückfl.äche des Substrates und dem metallischen Joch 12, das als Wärmesenke wirkt, soweit vermindert werden, daß diese Bauteile direkt miteinander in Berührung stehen können, so daß eine wirktime Wärmeableitung erfolgt.

Oa darüberhinaus das Joch 12 auch als Motorgehäuse wirkt, kann die Anzahl der Bauteile, die den Motor /M bilden, verringert werden.

Im folgenden wird anhand der Fig.6A,6B,6C,7A und 7B ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig.6A,6B und 6C zeigen jeweils das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors M im ganzen oder teilweise in derselben Weise wie die Fig.1A,1D und 1E. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel darin, daß das Joch 12 einen ausgesparten Teil 12c zusätzlich zur kreisförmigen mittleren Aussparung 12g aufweist, so daß ein etwa becherförmiges Joch 12 gebildet ist, wie es in den Fig.6A und 7A dargestellt ist, die eine Draufsicht auf das Joch 12 zeigt. Die zusätzliche Aussparung 12c ist dazu vorgesehen, damit der Rotor 5 an einer gewünschten Anfangsstellung anhält, wie es später im einzelnen beschrieben wird, wobei diese zusätzliche Ausspa-

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rung auch diLZu dient, genügend Raum oder Platz für die Anschlüsse 7b und die damit verbundenen Leitungsdrähte 6 zu liefern, wie es in Fig.7B dargestellt ist, die eine Teilansicht des Stators einschließlich des Joches 12 und der Grundplatte 7 zeigt.

Der Bodentter Aersperang 12c, die im folgenden als zusätzliche Aussparung bezeichnet wird, fluchtet vorzugsweise mit dem Boden der kreisförmigen mittleren Aussparung 12g. Obwohl das Joch 12, das beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen war, etwa becherförmig so ausgebildet ist, daß sein mittlerer Teil tief ist, um eine etwa kreisförmige, den Magneten 14b des Rotors 5 zugewandte Fläche zu liefern, erstreckt sich die mittlere Aussparung 12g radial, um die zusätzliche Aussparung 12c zu bilden. In dieser zusätzlichen Aussparung 12c sind die Anschlüsse 7b der Antriebsschaltung 40 aufgenommen. Dadurch, daß die zusätzliche Aussparung 12c vorgesehen ist, hält der Rotor 5 genau an der Anfangsstellung beim Entregen an, wie es im einzelnen später beschrieben wird. Die zusätzliche Aussparung 12c verbessert auch die Anlaufcharakteristik des Motors M. Der übrige Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels kann der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel sein.

Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet in der folgenden Weise. Wecn die Antriebsspule 11 entregt wird, um den Motor M anzuhalten, nimmt die Drehgeschwindigkeit des Rotors 5 ab, wobei schließlich der Rotor 5 an der Anfangs-Soll-Stellung anhält, die durch den Ansatz 14c in gestrichelten Linien in Fig.7a angegeben ist, und zwar aufgrund der magnetischen Kraft, die zwischen den Magneten 14b und dem ortsfesten Magneten 31 wirkt, der am Boden der mittleren Aussparung 12g des Joches 12 befestigt ist. Der Rotor 5 hält jedoch nicht notwendigerweise an der anfänglichen Sol 1-Stellung in Fig.7a an, da die magnetische Kraft vom ortsfesten Magneten 31 nicht groß ist. Obwohl es möglich ist, einen großen Magneten als

ortsfesten Magneten 31 zu verwenden, so daß der Rotor 5 genau an der gewünschten Anfangs-Sol1-Stellung anhält, würde die Zunahme der Stärke der magnetischen Kraft vom Magneten 31 zu einer unerwünschten Bremskraft auf den Motor 5 führen, wenn sich dieser dreht.

Bei den zweiten Ausführungsbeispiel ändert sich der Abstand zwischen dem Magneten 14b, der sich an der unteren Seite in Fig.7A befindet, und der Seitenwand 12h, die den Flansch 12f mit dem Boden der mittleren Aussparung 12g verbindet, plötzlich an den Rändern 12a und 12b der zusätzlichen Aussparung 12c. Die zusätzliche Aussparung 12c, die an der Seitenwand 12h ausgebildet ist, schließt einen gegebenen Winkel bezüglich der Mitte der mittleren Aussparung 12g ein, so daß die Seitenwand 12h an der zusätzlichen Aussparung 12c einen Abstand vom Rotor 5 hat, der größer als der Abstand zwischen dem Rotor 5 und der Seitenwand am übrigen Teil ist. Die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Magneten 14b und der Seitenwand 12h wird daher dann geringer, wenn der Magnet 14b der zusätzlichen Aussparung 12c zugewandt ist. Da der magnetische Fluß an dem Rand oder am scharfen Teil eines magnetischen Materials konzentriert wird, ist die Anziehungskraft zwischen dem Magneten 14b und der Seitenwand 12h am größten, wenn der Magnet 14b dem Rand 12a oder 12b zugewandt ist. Die Anordnung des Rotors 5 beim Entregen der Antriebsspule 11 erfolgt in genauer Weise durch eine derartige magnetische Anziehungskraft oder ein Arretierungsdrehmoment zwischen dem Magneten 14b und dem linken Rand 12a. Unter dem Arretierungsdrehmoment ist eine magnetische Kraft zu verstehen,die zwischen den Magneten 14b des Rotors 5 und dem Joch 12 des Stators wirkt. Wenn die mittlere Aussparung 12g eine vollständig kreisförmige Form hat, wäre die Größe eines derartigen Arretierungsdrehmomentes über den Umfang der mittleren Aussparung 12g konstant, da der Abstand zwischen dem ^Magnet 14b und der ringförmigen Seitenwand des Joches 12 immer

konstant ist. Oa jedoch die zusätzliche Aussparung 12c vorgesehen ist, ergibt sich ein hohes Arretierungsdrehmoment,wenn der Ansatz 14c in der in Fig.7A dargestellten Weise angeordnet ist. Das Vorhandensein des Arretierungsdrehmomentes oder der Anziehungskraft zwischen dem unteren Magneten 14b und de· Randabschnitt 12a wurde durch Versuche bestätigt. Obwohl ein derartiges Arretierungsdrehmoreent auch zwischen den Magneten Ub und dem rechten Rand 12b auftritt, versteht es sich, daß der Rotor 5 in der dargestellten Stellung aufgrund der nagnetischen Kraft vom ortsfesten Magneten 31 anhält. Der linke Rand 12a der zusätzlichen Aussparung 12c ist so angeordnet, daß sich einer der Magnete 14b des Rotors 5 nahe am linken Rand 12a befindet, wenn der Motor 5 in der dargestellten gewünschten Anfangs-Soll-Stellung angeordnet ist.

Dadurch, daß die zusätzliche Aussparung 12c vorgesehen ist, ergibt sich nicht nur die oben beschriebene genaue Anordnung des Rotors 5 beim Entregen der Antriebsspuie 11.sondern auch ein schnelles Anlaufen des Rotors 5 beim Erregen der Antriebsspule 11. Wenn die Antriebsspule 11 erregt wird, damit der Rotor 5 sich in die durch den Pfeil ROT angegebene Richtung zu drehen beginnt, wie es in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, dreht sich der Rotor 5 über einen geringen Winkel aufgrund einer Anziehungskraft oder Abstoßungskraft zwischen den Magneten 14b und der Antriebsspule 11. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Anziehungskraft zwischen dem unteren Magneten 14b und dem rechten Rand 12b zu, um den Rotor 5 zu beschleunigen. Oer Rotor 5 wird daher so beschleunigt, daß er sofort sich zu drehen beginnt.

Fig.8A und 8B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, das eine Abwandlungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Aussparung 12c am Boden der mittleren Aussparung 12g des Joches 12 vorgesehen. Die zusätzliche Aussparung 12c hat eine Kegel-

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stumpfsektorform und ist so angeordnet, daß sie einen gegebenen Winkel bezüglich der Mitte der mittleren Aussparung 12g einschließt, wie es ähnlich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fall war. Die zusätzliche Aussparung 12c ist insbesondere so angeordnet, daß der geometrische Ort eines Teils der Magneten 14b direkt über der zusätzlichen Aussparung 12c liegt. Wie es deutlich in Fig.8b dargestellt ist, die eine Quc-schnittsansicht längs der Linie XIIIg-XlIIg in Fig.8A zeigt, ist die zusätzliche Aussparung 12c tiefer als die Mittlere Aussparung 12g ausgebildet. Das hat zur Folge, daß der Abstand zwischen den Magneten 14b des Rotors 5 und dem Joch 12,gesessen in einer Richtung parallel zur Welle 13 des Rotors 5, groß wird, wenn der Magnet 14b über der zusätzlichen Aussparung 12c liegt. Ein Arretierungsdrehmoment ,ännl ich «ie bei« zweiten Ausführungsbeispiel, tritt daher zwischen dem Magneten Mb, der an der unteren Seite in Fig.8a angeordnet ist, und den Rändern 12a und 12b auf. Der Rotor 5 wird daher genau in der anfänglichen Soll-Stellung angeordnet, die durch gestrichelte Linien in Fig.8A dargestellt ist, und zwar aufgrund des Arretierungsdrehmomentes zwischen dem unteren Magneten 14b und dem linken Rand 12a der zusätzlichen Aussparung 12c und aufgrund der magnetischen Kraft vom ortsfesten Magneten 31. Der rechte Rand 12b erleichtert eine Beschleunigung des Rotors 5 in derselben Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel, da die Anziehungskraft zwischen dem unteren Magneten 14b und dem rechten Rand 12b zunimmt, wenn sich der Magnet 14b unmittelbar nach einer leichten Drehung des Rotors in die Richtung des Pfeiles ROT diesem Rand nähert.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Antriebsspule 11, einer Antriebsschaltung 40 und einem magnetoelektrischen Wandler 19, die auf einer isolierenden Grundplatte 7 angebracht sind, die in einem etwa becherförmigen Joch aufgenommen ist. Die Antriebs-

spule, die Antriebsschaltung und der Wandler sind alle auf einer ersten Seite der Grundplatte 7 angebracht, während die Anschlüsse 7b der Antriebsschaltung von der ersten Seite vorstehen. Das hat zur Folge, daß die Grundplatte 7 am Boden des Joches 12 angeordnet ist, welcher Boden im wesentlichen der gesamten Fläche eines Rotors 5 des Motors zugewandt ist, so .daß die Reluktanz eines magnetischen Kreises, der vom Joch 12 gebildet wird, während einer Umdrehung des Rotors 5 im wesentlichen konstant ist. Die Grundplatte 7 kann in einer direkten Berührung mit dem Joch 12 stehen, um die Wärmeableitung zu erleichtern, während die Antriebsschaltung 40 und der Wandler 19 dicht durch ein Kunstharz 7g abgeschlossen sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist eine Aussparung 12c zusätzlich zu einer mittleren Aussparung 12g des Joches 12 vorgesehen, so daß der Rotor 5 genau an einer gewünschten Anfangs-Soll-Stellung beim Entregen der Antriebsspule 11 angeordnet wird und ein schnelles Anlaufen des Rotors 5 erzielt wird.

Claims

1. Bürstenloser Gleichstrommotor,

gekennzeichnet durch

einen Rotor, mit einer Vielzahl von Magneten und einen Stator mit einem etwa becherförmigen Joch, einer Antriebsspule, einer Antriebsschaltung, einem magnetoelektrischen Wandler, Anschlußklemmen und einer isolierenden Grundplatte, die am Joch angebracht ist, wobei die Grundplatte ein durchgehendes Loch und Wände aufweist, die das durchgehende Loch begrenzen, um ein Schaltungsgehäuse an einer' ersten Seite zu bilden, die Antriebsschaltung auf einem Kunstharzsubstrat ausgebildet ist, auf dem gleichfalls der magnetoelektrische Wandler angeordnet ist, das Substrat, das die Antriebsschaltung und den magnetoelektrischen Wandler auf seiner Vorderseite trägt, im durchgehenden Loch der Grundplatte so aufgenommen ist, daß die Rückseite des Substrates mit

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ainer zweiten Seite der Grundplatte -fluchtet, das Schaltungsgehäuse mit einem Kunstharz gefüllt ist, um die Antriebsschaltung und den magnetoelektrischen Wandler dicht abzuschließen, die Antriebsspule auf der ersten Seite der Grundplatte angeordnet ist, die Anschlußklemmen mit der Ant.rte.bs-S ch al tung an ihren einen. Enden verbunden sind und an ihren räderen Enden van der ersten Seite der Grundplatte vorstehen, die Grundplatte auf einem im wesentlichen ebenen Boden einer mittleren Aussparung des Joches so angeordnet ist, daß die erste Seite den Magneten des Rotors zugewandt ist, während die zweite Seite der Grundplatte im wesentlichen mit dem Boden der mittleren Aussparung des Joches in Berührung steht, und der im wesentlichen ebene Boden der mittleren Aussparung des Joches im wesentlichen der gesamten einen Seitenfläche des Rotors zugewandt ist.

2. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltungsgehäuse in einem Stück mit der Grundplatte ausgebildet ist, die aus einem Kunstharz besteht.

3. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückseite des Substrates mit dem ebener. Boden der mittleren Aussparung des Joches so in Berührung steht, daß die in der Antriebsschaltung erzeugte Wärme leicht auf das Joch übertragen wird.

4. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Joch ein Lager zur Aufnahme des einen Endes einer Welle des Rotors aufweist.

5. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Joch so geformt ist, daß es als Motorgehäuse dient.

6. Motor nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen ortsfesten Magneten zur anfänglichen Einstellung der Rotorstellung.

7. Motor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet.

daß das Joch eine zusätzliche Aussparung an der einen Seitenwand aufweist, die die mittlere Aussparung bildet, wobei die zusätzliche Aussparung einen gegebenen Winkel bezüglich der Mitte der mittleren Aussparung einschließt, so daß die Seitenwand einen Abstand vom Rotor hat, der an der zusätzlichen Aussparung größer als der Abstand zwischen dem Rotor und der Seitenwand am restlichen Teil ist, und ein Rand der zusätzlichen Aussparung so angeordnet ist, daß einer der Magnete des Rotors nahe an diesem Rand liegt, wenn der Rotor in der gewünschten anfänglichen Soll-Stellung angeordnet ist.

8. Motor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Joch am Boden der mittleren Aussparung eine zusätzliche Aussparung aufweist, wobei die zusätzliche Aussparung einen gegebenen Winkel bezüglich der Mitte der mittleren Aussparung einschließt, so daß der Boden einen Abstand vom Rotor hat, der an der zusätzlichen Aussparung größer als der Abstand zwischen dem Rotor und dem Boden am restlichen Teil ist, und der Rand der zusätzlichen Aussparung so angeordnet ist, daß einer der Magnete des Rotors nahe an diesem Rand liegt,wenn der Rotor in

der gewünschten anfänglichen Sol 1-Stellung angeordnet ist.