DE9213623U1

DE9213623U1 - Synchronmotor

Info

Publication number: DE9213623U1
Application number: DE9213623U
Authority: DE
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG; Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2002-10-10
Also published as: DE4334482A1; DE4334482C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor, der alternativ als Schrittmotor (Schrittschaltmotor) oder als kollektorloser Gleichstrommotor verwendet wird.

Solche Motoren sind vielfältig bekannt, z.B. aus der Anmeldeschrift DE - OS 29 34 997 .

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektromotor zu schaffen, der sowohl als kollektorloser Gleichstrommotor als auch als Schrittmotor mit Fremdkommutierung betrieben werden kann und dessen Herstellkosten vergleichsweise niedrig sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Motorkonstruktion, deren wesentliche Merkmale in Anspruch 1 genannt sind.

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.

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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.

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 kreisrxngförmigen Flußleitstück.

Der Rotor besteht aus einem Blechteil in Form einer flachen Glocke oder Scheibe, an deren Peripherie ein oder zwei hohlzylindrische Permanentmagneten angebracht sind.

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.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.

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Es zeigt:

Fig. 1

eine Explosionszeichnung für einen erfindungsgemäßen Motor

Fig. 2

einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor

Fig. 3

eine Ansteuerschaltung für einen erfindungsgemäßen Motor

Fig. 1 zeigt das Zusammenspiel der einzelnen Motorkomponenten für ein Ausführungsbeispiel, welches aus vergleichsweise wenigen Einzelteilen zusammengesetzt ist.

Um ein ferromagnetisches Distanzrohr 12 wird eine ringförmige, bevorzugt hohlzylinderformige Spule angebracht. Diese ist z.B. als Backlackdraht-Spule ausgebildet und besitzt für eine besonders einfache Ansteuerschaltung noch eine Mittenanzapfung 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 2 befinden sich Flußleitstücke 5 und 10. Diese sind von im wesentlichen identischer Gestalt. In einer besonders einfachen Ausfuhrungsform 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

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orthogonal zueinander orientiert, das heißt, daß ihre jeweils größten Abmessungen und die Achse des Distanzrohrs in die Achsrichtungen eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystems zeigen.

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.

Die Zuleitungen der Spulen werden zweckmäßig durch Schlitze in den Flußleitstücken nach außen geführt. Um die vorgenannte Spule und ihre zugehörigen Flußleitstücke 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.

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.

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.

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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.

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 abgeschaltet wird und die äußere eingeschaltet wird.

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. HaIl-ICs verwendet, welche üblicherweise im Grenzbereich zwischen zwei Statorpolen plaziert werden. Diese Sensoren sind in Fig. 1 mit Bezugsziffern 11 und 36 gekennzeichnet.

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.

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Fig. 2 zeigt einen vergleichbaren Aufbau wie Fig. 1, jedoch im Querschnitt längs eines Motordurchmessers. Die zum Rotor 2 gehörige Welle 1 ist in diesem Falle vergleichsweise weit außerhalb des Stators mittels Lager gelagert. Die Statorteile sind gemäß der dort gezeigten Ausführungsform auf ein Chassis 40 montiert, z.B. durch Klebung.

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 Darstellung verzichtet wird.

Claims

Ansprüche:

Synchronmotor, mit einem Rotorteil und mit Statorteilen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

- das Rotorteil besteht aus einem scheiben- oder glockenförmigen Teil, bevorzugt aus Eisen, an welches Permanentmagneten befestigt sind

- es ist ein äußeres und ein inneres Statorteil vorhanden

- das innere Statorteil besteht aus zwei im wesentlichen

flachen Flußleitblechen von allgemein ovaler Form und mindestens einer Spule ,

- das äußere Statorteil besteht aus mindestens einer Spule,

einem im wesentlichen topfförmigen und einem im wesentlichen flachen Flußleitblech '

- die Flußleitbleche des äußeren Statorteil-p besitzen

Aussparungen, deren Innendurchmesser größer ist als der wirksame Außendurchmesser des Rotorteils

Schrittmotor, mit einem Rotorteil und mit Statorteilen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

- das Rotorteil besteht aus einem scheiben- oder glockenförmigen Teil, bevorzugt aus Eisen, an welches Permanentmagneten befestigt sind

- es ist ein äußeres und ein inneres Statorteil vorhanden

- das innere Statorteil besteht aus zwei im wesentlichen

~flachen Flußleitblechen von allgemein ovaler Form und mindestens einer Spule , —

- das__äußere Statorteil besteht aus mindestens einer Spule,

einem im wesentlichen topfförmigen und einem im

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wesentlichen flachen Flußleitblech

- die Flußleitbleche des äußeren Statorteils besitzen '

Aussparungen, deren Innendurchmesser größer ist als der < wirksame Außendurchmesser des Rotorteils

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Motorspulen als selbsttragende Backlackspulen ausgeführt sind und die Flußleitbleche mittels einer Klebung an die Spulen befestigt sind

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung für das Rotorteil entfernt von den Statorteilen angeordnet ist

Kollektorloser Gleichstrommotor, mit einem Rotorteil und mit Statorteilen und mit einer Rotorpositions-Sensor-Einrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale :

- das Rotorteil besteht aus einem scheiben- oder glockenförmigen Teil, bevorzugt aus Eisen, an welches Permanentmagneten befestigt sind

- es ist ein äußeres und ein inneres Statorteil vorhanden

- das innere Statorteil besteht aus zwei im wesentlichen

flachen Flußleitblechen von allgemein ovaler Form und mindestens einer Spule ,

- das äußere Statorteil besteht aus mindestens einer Spule,

einem im wesentlichen topfförmigen und einem im wesentlichen flachen Flußleitblech

- die Flußleitbleche des äußeren Statorteils besitzen

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Aussparungen, deren Innendurchmesser größer ist als der wirksame Außendurchmesser des Rotorteils

6.

Elektromechanisch betriebenes Drosselklappen-Stellelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktuator vorhanden ist, der als Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche f ausgebildet ist.