WO2013057064A2 - Verfahren zum herstellen eines bldc-motors - Google Patents

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WO2013057064A2
WO2013057064A2 PCT/EP2012/070371 EP2012070371W WO2013057064A2 WO 2013057064 A2 WO2013057064 A2 WO 2013057064A2 EP 2012070371 W EP2012070371 W EP 2012070371W WO 2013057064 A2 WO2013057064 A2 WO 2013057064A2
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rotor
permanent magnet
stator
hall sensors
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Thomas Hannewald
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49012—Rotor

Definitions

  • Electric motors regularly have a rotor and a stator.
  • so-called brushless DC motors which are also referred to as BLDC motors
  • Such BLDC motors are synchronous machines driven by direct current and having electrical commutation rather than mechanical commutators and brushes.
  • the rotor of the BLDC motor has rotor magnets, which are designed as permanent magnets. Due to the fact that there are no windings of coils on the rotor, they are not exposed to centrifugal forces. Further, windings are arranged only on the stator, with the result that for cooling no air cooling in the region of the rotor is required and thus the inner region, in particular the region of the rotor in which the rotor magnets are arranged, can be encapsulated outwardly and so can be protected from dirt particles and other external particles.
  • the object underlying the invention is to provide a method of manufacturing a BLDC motor that contributes to high efficiency during operation of the BLDC motor thus produced.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a method of manufacturing a BLDC motor in which a stator is provided with coils associated with at least two different phases.
  • a rotor is provided which comprises a shaft and comprises rotor magnets arranged on the shaft.
  • the rotor is arranged in a cavity of the stator.
  • the shaft is supported by means of a first bearing, which is arranged between the shaft and the stator.
  • a carrier element is provided which has a recess which is penetrated by the shaft and an orthogonal to the shaft, ie in particular their
  • Center axis has trained surface on which a plurality of Hall sensors are angularly offset with respect to the center of the shaft to each other.
  • the carrier element is arranged fixed to the stator.
  • a permanent magnet wheel with encoder magnets arranged angularly offset is prefixed on the shaft, specifically on a side of the carrier element facing away from the rotor magnet.
  • the permanent magnet wheel is axially spaced from the carrier element in such a way that upon a rotational movement of the shaft caused by the magnetic fields of the transmitter magnets correspondingly desired measurement signal profiles in the Hall sensors are produced.
  • the shaft is set in a rotary motion and measuring signal characteristics of the Hall sensors are detected. Furthermore, measurement signal waveforms are also detected which are representative of voltages induced in the coils as a function of the rotor magnets, that is to say of the magnetic fields generated by them.
  • Adjustment angle for the magnetic wheel Dependent on the measurement signal profiles of the Hall sensors and the time-correlated measuring signal curves, which are representative of voltages induced in the coils, becomes Adjustment angle for the magnetic wheel determined.
  • the permanent magnet wheel is rotated in accordance with the determined adjustment angle with respect to the shaft and then the permanent magnet wheel is fixed on the shaft.
  • the invention is characterized by a method of manufacturing a BLDC motor in which a stator is provided with coils associated with at least two different phases.
  • a rotor is provided which comprises a shaft and comprises rotor magnets arranged on the shaft. The rotor is arranged in a cavity of the stator.
  • the shaft is supported by means of a first bearing, which is arranged between the shaft and the stator.
  • a carrier element is provided, which has a recess which is penetrated by the shaft and has a surface orthogonal to the shaft, thus in particular its center axis, on which several Hall sensors are arranged angularly offset with respect to the center of the shaft relative to one another.
  • the carrier element is arranged fixed to the stator.
  • the shaft is set in a rotational movement and temporally correlated therewith measuring signal waveforms are detected, which are representative of voltages induced in the coils. dependent on the rotor magnets and in particular on the magnetic fields caused by them.
  • the shaft Upon detection of a reference angular position of the shaft relative to the stator, which is detected as a function of the measurement waveforms representative of voltages induced in the coils, the shaft is held in the detected reference angular position. Subsequently, a permanent magnet with angularly arranged arranged encoder magnet is applied to the shaft, on a side facing away from the rotor magnet side of the support member. In principle, the permanent magnet wheel can also be applied to the shaft even before the displacement of the shaft in a rotational movement for detecting the reference angular position.
  • the permanent magnet wheel is rotated with respect to the shaft until a predetermined condition is met, which depends on a detected measurement waveform of the Hall sensors during rotation, during this rotation, the shaft is still held in the reference angular position.
  • the permanent magnet is fixed on the shaft and lifted the holding of the shaft in the reference angular position.
  • the fulfillment of the predetermined condition depends on the measurement signal characteristic of at least one of the Hall sensors representing a switching point.
  • the respective switching point correlates in particular with pole changes of the magnetic wheel rotating relative to the carrier element.
  • the respective switching point may relate to one of the Hall sensors or also relate to the switching points of several Hall sensors and have a predetermined interaction of the respective switching points to the condition.
  • the fixing of the permanent magnet wheel on the shaft comprises a laser welding. In this way, the permanent magnet can be FITS precise and easily fixed in the respective position, and indeed permanently fixed.
  • a bearing plate is mounted with a bearing and the shaft is mounted on the bearing.
  • the bearing is arranged on a side facing away from the rotor magnet of the permanent magnet wheel.
  • FIG. 1 shows a BLDC motor that is finished
  • Figure 2 is a plan view of a permanent magnet of
  • FIG. 3 shows a first flow chart of a method in connection with a production of the BLDC motor
  • FIG. 4 shows a second flow chart in connection with FIG
  • a BLDC motor has a stator with a stator housing 1 (see FIG. 1) in which coils 3 are arranged.
  • the coils 3 are associated with at least two different phases, for example, three different phases.
  • the BLDC motor comprises a rotor which comprises a shaft 5 and rotor magnets 7 arranged thereon.
  • the rotor magnets 7 may, for example, be glued to the shaft and / or fixed on it by means of a cage, for example a block cage.
  • the rotor is arranged in a cavity of the stator.
  • the shaft 5 is supported by means of a first bearing 23, which is arranged between the shaft 5 and the stator, in particular the stator housing 1.
  • the first bearing 23 is preferably arranged in a first end region of the shaft 5.
  • a carrier element 13 which has a recess which is penetrated by the shaft 5 and has an orthogonal to the shaft 5, in particular its central axis, formed surface on which a plurality of Hall sensors 15, 17, 19, 21 ( Figure 2) angularly offset with respect to the center of the shaft 5 to each other.
  • the carrier element 13 is arranged fixed to the stator.
  • the carrier element preferably comprises a printed circuit board with electrical conductor tracks and / or electrical or electronic components and / or sensors.
  • the sensors are designed, for example, as the Hall sensors 15, 17, 19, 21.
  • a permanent magnet 9 is arranged, which is fixed in the finished manufactured BLDC motor on the shaft 5.
  • the permanent magnet 9 has angularly arranged encoder magnets 11 (see FIG. 2), which are designed as permanent magnets, and is arranged axially spaced from the carrier element 13 such that the magnetic fields generated by the transmitter magnets 11 are applied to the Hall sensors 15, 17 in the desired manner , 19, 21 act on a relative rotational movement between the permanent magnet 9 and the carrier element 13.
  • the permanent magnet 9 has preferably a plurality of encoder magnets 11, as is also more apparent from the figure 2.
  • the Hall sensors 15, 17, 19, 21 are shown in FIG. 2 in their position which they have relative to one another on the carrier element 13, without the carrier element 13 being illustrated in FIG. Their position in the radial direction starting from the center of the shaft 5 with respect to the permanent magnet wheel 9 can be seen in FIG. 2, whereby, of course, the representation in FIG. 2 merely represents a position which the permanent magnet wheel 9 places relative to that on the carrier element 13 Hall sensors 15, 17, 19, 21 occupies.
  • the carrier element 13 has power switches, by means of which a power supply to the coil 3 is controlled.
  • the circuit breakers are in particular switched as a function of characteristic measurement signal profiles of their respective associated Hall sensors 15, 17, 19 and thus cause a power supply or current interruption to the respective coils and thus with respect to the respective phases.
  • the characteristic measuring signal course is in particular a strong change of the measuring signal, which is also referred to as a switching point, which is caused by a strong change in the magnetic field passing through the Hall sensor 15, 17, 19.
  • the BLDC motor has a bearing plate 25, with a second bearing 27, in which the shaft 5 is also mounted.
  • the bearing plate 25 supports the shaft 5 on a side facing away from the rotor magnet 7 side compared to the first
  • the second bearing 27 is further arranged on a side facing away from the rotor magnet 7 side of the permanent magnet wheel 9.
  • the end shield 25 also includes a seal which seals the cavity of the stator.
  • the BLDC motor has a plug element 29, which for electrically contacting the BLDC motor with a external control and supply unit is provided and which has contacts which are electrically conductively coupled to the carrier element 13.
  • the stator is provided with the coils 3 in a step Sl.
  • the rotor is provided with the shaft 5 and the rotor magnet 7 arranged thereon. In this case, the rotor is arranged in the cavity of the stator, and the shaft 5 is supported by means of the first bearing 23.
  • the support member 13 is provided, already in its mounted state in the stator.
  • the permanent magnet 9 is pre-fixed on the shaft 5. It is thus mounted on the shaft 5, that it moves with a rotation of the shaft 5 with this without a relative movement to execute this but without being firmly fixed, which gives the possibility, in particular by means of a suitable tool
  • a step S5 the shaft 5 is set in a rotational movement, and measurement signal waveforms of the Hall sensors 15, 17, 19, 21 are detected. Furthermore, measured signal waveforms which are representative of voltages induced in the coils 3 as a function of the rotor magnets 7 and their magnetic fields are also detected in a time-correlated manner. This can be done, for example, by appropriately detecting the current in the coils 3 caused by the induced voltages.
  • step S5 The displacement of the shaft 5 in the rotational movement takes place by means of an external drive provided for this purpose, which acts on the shaft 5. Furthermore, during the execution of step S5, the shaft is preferably also supported by means of an auxiliary bearing which is mounted on a rotor magnet 7. less than the permanent magnet 9 side facing away from the shaft 5 acts.
  • an adjustment angle for the permanent magnet wheel 9 is determined as a function of the measured signal profiles of the Hall sensors 15, 17, 19, 21 and the time-correlated measuring signal curves, which are representative of voltages induced in the coils 3.
  • the knowledge is used that the measurement signal curves which are representative of voltages induced in the coils are characteristic of the respective angular position of the stator to the rotor and the temporally associated measurement signal profiles of the Hall sensors are in turn representative of the respective angular position between the permanent magnet 9 and the stator.
  • the adjustment angle is preferably determined in this context such that the measurement signal profiles of the Hall sensors 15, 17, 19, 21 in particular with regard to their switching points have the respective desired reference to the respective relative angular position between the stator and the rotor.
  • a step S9 the permanent magnet wheel 9 is rotated with respect to the shaft 5 in accordance with the determined adjustment angle.
  • step Sil the permanent magnet wheel 9 is then fixed on the shaft 5. This is preferably done for example by means of laser welding. Subsequently, in a step S12, the first
  • step S13 corresponds to the step S1.
  • step S15 the shaft 5 is rotated. sets and thereby detects measurement signal waveforms that are representative of induced in the coil 3 voltages.
  • the displacement of the shaft 5 into a rotational movement takes place in step S15 by means of a drive external to the BLDC motor, which is coupled to the shaft 5 for these purposes.
  • an auxiliary bearing is preferably provided according to the procedure according to FIG. 3.
  • step S17 upon detection of a reference angle position of the shaft 5 relative to the stator, which is detected as a function of measuring signal curves which are representative of voltages induced in the coils 3, the shaft 5 is then held in this detected reference position, namely via the processing of step S17 addition.
  • a step S19 the permanent magnet wheel 9 is applied to the shaft 5.
  • a step S21 the permanent magnet wheel 9 is rotated relative to the shaft 5 until a predetermined condition is met, which depends on the detected measurement signal profile of the Hall sensors 15, 17, 19, 21 during rotation.
  • the fulfillment of the predetermined condition preferably depends on the measurement signal profile of at least one of the Hall sensors representing the switching point.
  • a step S23 the permanent magnet 9 is fixed on the shaft 5, for example also by means of laser welding.
  • a step S25 the holding of the shaft in the reference angular position is then canceled.
  • a step S27 after removing the external drive and the auxiliary bearing, the end shield is mounted.

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Abstract

Ein Stator mit Spulen (3), die mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet sind, wird bereitgestellt. Ein Rotor wird bereitgestellt umfassend eine Welle (5) und auf dieser angeordnete Rotormagnete (7). Der Rotor ist in einem Hohlraum des Stators angeordnet. Die Welle (5) ist mittels eines ersten Lagers (23) gelagert, das zwischen der Welle (5) und dem Stator angeordnet ist. Ein Trägerelement (13) wird bereitgestellt, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle (5) durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle (5) ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehrere Hallsensoren (15) winkelversetzt bezüglich des Mittelpunkts der Welle (5) zueinander angeordnet sind. Das Trägerelement (13) ist fix zu dem Stator angeordnet. Ein Permanentmagnetrad (9) mit winkelversetzt angeordneten Gebermagneten (11) wird auf der Welle (5) vorfixiert. Die Welle (5) wird in eine Drehbewegung versetzt. Messsignalverläufe der Hallsensoren (15) werden erfasst und Messsignalverläufe werden erfasst, die repräsentativ sind für in den Spulen (3) abhängig von den Rotormagneten (7) induzierten Spannungen. Abhängig von den Messsignalverläufen der Hallsensoren (15) und den zeitlich korrelierenden Messsignalverläufen, die repräsentativ sind für in den Spulen (3) induzierte Spannungen, wird ein Justagewinkel für das Permanentmagnetrad (9) ermittelt. Das Permanentmagnetrad (9) wird entsprechend des ermittelten Justagewinkels bezüglich der Welle (5) rotiert. Anschließend wird das Permanentmagnetrad (9) auf der Welle (5) fixiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors
Elektrische Motoren weisen regelmäßig einen Rotor und einen Stator auf. Insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik setzen sich zunehmend sogenannte bürstenlose Gleichstrommotoren durch, die auch als BLDC-Motoren bezeichnet werden. Derartige BLDC-Motoren sind Synchronmaschinen, die durch einen Gleichstrom angetrieben werden und eine elektrische Kommutierungseinrichtung aufweisen, anstatt mechanischer Kommutatoren und Bürsten .
Auf diese Weise ist eine geringere Reibung im Vergleich zu Motoren mit Kommutatoren und Bürsten gewährleistet, was sich somit positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt . Darüber hinaus kann ein sogenanntes Bürstenfeuer vermieden werden, welches zum einen zu elektrischen Verlusten führt und andererseits auch zu einem verstärkten mechanischen Verschleiß beiträgt.
Der Rotor des BLDC-Motors weist Rotormagnete auf, die als Permanentmagnete ausgebildet sind. Aufgrund der Tatsache, dass sich keine Wicklungen von Spulen auf dem Rotor befinden müssen, sind diese auch nicht zentrifugalen Kräften ausgesetzt. Ferner sind Wicklungen lediglich auf dem Stator angeordnet, mit der Folge, dass zum Kühlen keine Luftkühlung in dem Bereich des Rotors erforderlich ist und somit der innere Bereich, insbesondere der Bereich des Rotors, in dem die Rotormagnete angeordnet sind, nach außen hin abgekapselt sein kann und so auch von Schmutzpartikeln und anderen externen Partikeln geschützt sein kann.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors zu schaffen, das einen Beitrag leistet, für einen hohen Wirkungsgrad während des Betriebs des so hergestellten BLDC-Motors. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un- teransprüchen gekennzeichnet . Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors, bei dem ein Stator mit Spulen, die mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet sind, bereitgestellt wird. Es wird ein Rotor bereitgestellt, der eine Welle umfasst und auf der Welle an- geordnete Rotormagnete umfasst. Der Rotor ist in einem Hohlraum des Stators angeordnet. Die Welle ist mittels eines ersten Lagers gelagert, das zwischen der Welle und dem Stator angeordnet ist. Ein Trägerelement wird bereitgestellt, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle, also insbesondere ihrer
Mittelachse, ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehrere Hallsensoren winkelversetzt bezüglich des Mittelpunktes der Welle zueinander angeordnet sind. Das Trägerelement ist fix zu dem Stator angeordnet .
Ein Permanentmagnetrad mit winkelversetzt angeordneten Gebermagneten wird auf der Welle vorfixiert, und zwar auf einer den Rotormagneten abgewandten Seite des Trägerelements. Das Permanentmagnetrad ist axial zu dem Trägerelement derart beabstandet, dass bei einer Drehbewegung der Welle hervorgerufen durch die Magnetfelder der Gebermagnete entsprechend gewünschte Messsignalverläufe in den Hallsensoren hervorgerufen werden . Die Welle wird in eine Drehbewegung versetzt und Messsignalverläufe der Hallsensoren werden erfasst. Ferner werden auch Messsignalverläufe erfasst, die repräsentativ sind für in den Spulen abhängig von den Rotormagneten, also der von ihnen hervorgerufenen Magnetfelder, induzierten Spannungen. Abhän- gig von den Messsignalverläufen der Hallsensoren und den zeitlich korrelierenden Messsignalverläufen, die repräsentativ sind für in den Spulen induzierten Spannungen, wird ein Justagewinkel für das Magnetrad ermittelt. Das Permanentmagnetrad wird entsprechend des ermittelten Justagewinkels bezüglich der Welle rotiert und anschließend wird das Permanentmagnetrad auf der Welle fixiert.
Auf diese Weise kann besonders wirkungsvoll und einfach ein Beitrag geleistet werden, dass bei einem späteren Betrieb des BLDC-Motors die relative Position des Rotors zu dem Stator sehr präzise ermittelt werden kann und zwar insbesondere im Hinblick auf die relative Position der jeweiligen Spulen auf dem Stator und den jeweiligen Rotormagneten auf dem Rotor. Auf diese Weise kann dann eine abhängig von den jeweiligen Messsignalverläufen der Hallsensoren erfolgende Ansteuerung der Spulen besonders präzise sein und so ein wichtiger Bei- trag geleistet werden zu einem hohen Wirkungsgrad beim Betrieb des BLDC-Motors.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors bei dem ein Stator mit Spulen, die mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet sind, bereitgestellt wird. Es wird ein Rotor bereitgestellt, der eine Welle umfasst und auf der Welle angeordnete Rotormagnete umfasst. Der Rotor ist in einem Hohlraum des Stators angeordnet. Die Welle ist mittels eines ers- ten Lagers gelagert, das zwischen der Welle und dem Stator angeordnet ist. Ein Trägerelement wird bereitgestellt, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle, also insbesondere ihrer Mittelachse, ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehre- re Hallsensoren winkelversetzt bezüglich des Mittelpunktes der Welle zueinander angeordnet sind. Das Trägerelement ist fix zu dem Stator angeordnet .
Die Welle wird in eine Drehbewegung versetzt und zeitlich korrelierend dazu werden Messsignalverläufe erfasst, die repräsentativ sind für in den Spulen induzierte Spannungen ab- hängig von den Rotormagneten und insbesondere von den durch sie bewirkten Magnetfelder.
Bei Erkennen einer Referenzwinkelstellung der Welle relativ zu dem Stator, die abhängig von den Messsignalverläufen erkannt wird, die repräsentativ sind für in den Spulen induzierte Spannungen, wird die Welle in der erkannten Referenzwinkelstellung gehalten. Anschließend wird ein Permanentmagnetrad mit winkelversetzt angeordneten Gebermagneten auf der Welle aufgebracht, und zwar auf einer den Rotormagneten abgewandten Seite des Trägerelements. Grundsätzlich kann das Permanentmagnetrad auch schon vor dem Versetzen der Welle in eine Drehbewegung zum Erkennen der Referenzwinkelstellung auf der Welle aufgebracht werden.
Das Permanentmagnetrad wird bezüglich der Welle so lange rotiert, bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die abhängt von einem erfassten Messsignalverlauf der Hallsensoren während des Rotierens, wobei bei diesem Rotieren die Welle weiterhin in der Referenzwinkelstellung gehalten wird. Nach
Erfüllen der vorgegebenen Bedingung wird das Permanentmagnetrad auf der Welle fixiert und das Halten der Welle in der Referenzwinkelstellung aufgehoben. Die Vorteile des zweiten Aspekts entsprechen grundsätzlich denjenigen des ersten Aspekts.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hängt das Erfüllen der vorgegebenen Bedingung davon ab, dass der Messsignalver- lauf zumindest eines der Hallsensoren einen Schaltpunkt repräsentiert. Der jeweilige Schaltpunkt korreliert insbesondere mit Polwechseln des relativ zu dem Trägerelement rotierenden Magnetrades. Dabei kann sich der jeweilige Schaltpunkt auf einen der Hallsensoren beziehen oder auch die Schaltpunkte mehrerer Hallsensoren betreffen und ein vorgegebenes Zusammenspiel der jeweiligen Schaltpunkte zur Bedingung haben. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fixieren des Permanentmagnetrads auf der Welle ein Laserschweißen. Auf diese Weise kann das Permanentmagnetrad beson ders präzise und einfach in der jeweiligen Position fixiert werden, und zwar dauerhaft fixiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nach dem Fixieren des Permanentmagnetrads ein Lagerschild mit einem Lager montiert und die Welle auf dem Lager gelagert. Das Lager wird auf einer dem Rotormagneten abgewandten Seite des Permanentmagnetrads angeordnet. Auf diese Weise kann dann vor dem Fixieren des Permanentmagnetrads auf der Welle dieses einfach für entsprechende Werkzeuge zugänglich sein und danach die Welle zuverlässig gelagert werden und gegebenenfalls gleichzeitig eine entsprechende Abdichtung des Hohlraums des Stators durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen BLDC-Motor, der fertig hergestellt ist,
Figur 2 eine Draufsicht auf ein Permanentmagnetrad des
BLDC-Motors gemäß Figur 1,
Figur 3 ein erstes Ablaufdiagramm eines Verfahrens im Zusammenhang mit einem Herstellen des BLDC-Motors und
Figur 4 ein zweites Ablaufdiagramm im Zusammenhang mit dem
Herstellen des BLDC-Motors.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein BLDC-Motor weist auf einen Stator mit einem Statorgehäuse 1 (siehe Figur 1), in dem Spulen 3 angeordnet sind. Die Spulen 3 sind mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet, beispielsweise drei verschiedenen Phasen. Ferner umfasst der BLDC-Motor einen Rotor, der eine Welle 5 umfasst und auf dieser angeordnete Rotormagnete 7. Die Rotormagnete 7 können beispielsweise auf die Welle geklebt sein und/oder mittels eines Käfigs, beispielsweise eines Blockkäfigs, auf dieser fixiert sein. Der Rotor ist in einem Hohlraum des Stators angeordnet. Die Welle 5 ist mittels eines ersten Lagers 23 gelagert, das zwischen der Welle 5 und dem Stator, insbesondere dem Statorgehäuse 1 angeordnet ist. Das erste Lager 23 ist bevorzugt in einem ersten Endbereich der Welle 5 angeordnet.
Ferner ist ein Trägerelement 13 vorgesehen, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle 5 durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle 5, insbesondere ihrer Mittelachse, ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehrere Hallsensoren 15, 17, 19, 21 (Figur 2) winkelversetzt bezüglich des Mittelpunkts der Welle 5 zueinander angeordnet sind. Das Trägerelement 13 ist fix zu dem Stator angeordnet. Bevorzugt umfasst das Trägerelement eine Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und/oder elektrischen oder elektronischen Bauelementen und/oder Sensoren. Die Sensoren sind beispielsweise als die Hallsensoren 15, 17, 19, 21 ausgebildet.
Ferner ist auf einer den Rotormagneten 7 abgewandten Seite des Trägerelements 13 ein Permanentmagnetrad 9 angeordnet, das bei dem fertig hergestellten BLDC-Motor auf der Welle 5 fixiert ist. Das Permanentmagnetrad 9 hat winkelversetzt angeordnete Gebermagnete 11 (siehe Figur 2), die als Permanentmagnete ausgebildet sind, und ist axial derart beabstandet zu dem Trägerelement 13 angeordnet, dass die durch die Gebermagnete 11 erzeugten Magnetfelder in gewünschter Art und Weise auf die Hallsensoren 15, 17, 19, 21 einwirken und zwar bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem Permanentmagnetrad 9 und dem Trägerelement 13.
In der Figur 2 ist lediglich ein Gebermagnet mit dem Bezugszeichen 11 versehen. Das Permanentmagnetrad 9 weist jedoch bevorzugt eine Vielzahl an Gebermagneten 11 auf, wie dies anhand der Figur 2 auch näher ersichtlich ist.
Die Hallsensoren 15, 17, 19, 21 sind in der Figur 2 in ihrer Position, die sie relativ zueinander auf dem Trägerelement 13 haben, dargestellt, ohne dass das Trägerelement 13 in der Figur 2 dargestellt ist. Ihre Lage in radialer Richtung ausgehend von dem Mittelpunkt der Welle 5 bezüglich des Permanentmagnetrades 9 ist aus der Figur 2 ersichtlich, wobei selbst- verständlich die Darstellung in der Figur 2 lediglich eine Position darstellt, die das Permanentmagnetrad 9 relativ zu den auf dem Trägerelement 13 angeordneten Hallsensoren 15, 17, 19, 21 einnimmt. Das Trägerelement 13 weist Leistungsschalter auf, mittels derer eine Stromzufuhr zu den Spulen 3 gesteuert wird. Die Leistungsschalter werden insbesondere abhängig von charakteristischen Messsignalverläufen der ihnen jeweils zugeordneten Hallsensoren 15, 17, 19 geschaltet und bewirken so eine Stromzufuhr bzw. Stromunterbrechung zu den jeweiligen Spulen und somit bezüglich der jeweiligen Phasen. Der charakteristische Messsignalverlauf ist insbesondere eine starke Veränderung des Messsignals, was auch als Schaltpunkt bezeichnet wird, die hervorgerufen ist durch eine starke Änderung des den Hallsensor 15, 17, 19 durchsetzenden Magnetfeldes.
Ferner weist der BLDC-Motor ein Lagerschild 25 auf, mit einem zweiten Lager 27, in dem die Welle 5 ebenfalls gelagert ist. Das Lagerschild 25 lagert die Welle 5 auf einer bezüglich der Rotormagnete 7 abgewandten Seite im Vergleich zu dem ersten
Lager 23. Das zweite Lager 27 ist ferner auf einer den Rotormagneten 7 abgewandten Seite des Permanentmagnetrads 9 angeordnet. Bevorzugt umfasst das Lagerschild 25 auch eine Dichtung, die den Hohlraum des Stators abdichtet.
Ferner weist der BLDC-Motor ein Steckerelement 29 auf, welches zur elektrischen Kontaktierung des BLDC-Motors mit einer externen Steuer- und Versorgungseinheit vorgesehen ist und welches Kontakte aufweist, die elektrisch leitend mit dem Trägerelement 13 gekoppelt sind. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Herstellens des BLDC-Motors wird der Stator mit den Spulen 3 bereitgestellt in einem Schritt Sl. Ferner wird der Rotor bereitgestellt mit der Welle 5 und der auf dieser angeordneten Rotormagnete 7. Dabei ist der Rotor in dem Hohlraum des Stators angeordnet, und die Welle 5 ist mittels des ersten Lagers 23 gelagert.
Ferner wird in dem Schritt Sl das Trägerelement 13 bereitgestellt, und zwar bereits in seinem montierten Zustand in dem Stator . In einem Schritt S3 wird das Permanentmagnetrad 9 auf der Welle 5 vorfixiert. Es wird somit so auf der Welle 5 angebracht, dass es bei einer Drehung der Welle 5 sich mit dieser mitbewegt ohne eine Relativbewegung zu dieser auszuführen aber ohne schon fest fixiert zu sein, was die Möglichkeit gibt, insbesondere mittels eines geeigneten Werkzeugs das
Permanentmagnetrad 9 noch relativ zu der Welle 5 zu verdrehen .
In einem Schritt S5 wird die Welle 5 in eine Drehbewegung versetzt, und Messsignalverläufe der Hallsensoren 15, 17, 19, 21 werden erfasst. Ferner werden zeitlich korrelierend dazu auch Messsignalverläufe erfasst, die repräsentativ sind für in den Spulen 3 abhängig von den Rotormagneten 7 und deren Magnetfeldern induzierten Spannungen. Dies kann beispielswei- se durch entsprechendes Erfassen des durch die induzierten Spannungen hervorgerufenen Stroms in den Spulen 3 erfolgen.
Das Versetzen der Welle 5 in die Drehbewegung erfolgt mittels eines für diese Zwecke vorgesehenen externen Antriebs, der auf die Welle 5 einwirkt. Ferner ist bevorzugt während der Durchführung des Schrittes S5 die Welle auch mittels eines Hilfslagers abgestützt, das auf einer den Rotormagneten 7 be- züglich des Permanentmagnetrads 9 abgewandten Seite auf die Welle 5 einwirkt.
In einem Schritt S7 wird abhängig von den Messsignalverläufen der Hallsensoren 15, 17, 19, 21 und den zeitlich korrelierenden Messsignalverläufen, die repräsentativ sind für in den Spulen 3 induzierte Spannungen, ein Justagewinkel für das Permanentmagnetrad 9 ermittelt. In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass die Messsignalverläufe, die re- präsentativ sind für in den Spulen induzierte Spannungen, charakteristisch sind für die jeweilige Winkelposition des Stators zu dem Rotor und die zeitlich zugeordneten Messsignalverläufe der Hallsensoren wiederum repräsentativ sind für die jeweilige Winkelposition zwischen dem Permanentmagnetrad 9 und dem Stator. Der Justagewinkel wird in diesem Zusammenhang bevorzugt so ermittelt, dass die Messsignalverläufe der Hallsensoren 15, 17, 19, 21 insbesondere im Hinblick auf ihre Schaltpunkte den jeweils gewünschten Bezug zu der jeweiligen relativen Winkelposition zwischen dem Stator und dem Rotor aufweisen.
In einem Schritt S9 wird das Permanentmagnetrad 9 entsprechend des ermittelten Justagewinkels bezüglich der Welle 5 rotiert .
In einem Schritt Sil wird das Permanentmagnetrad 9 dann auf der Welle 5 fixiert. Dies erfolgt bevorzugt beispielsweise mittels Laserschweißens. Im Anschluss daran wird in einem Schritt S12 zunächst das
Hilfslager und der externe Antrieb wieder entfernt und dann das Lagerschild 25 montiert.
Eine zweite beispielhafte Ausgestaltung zum Herstellen des BLDC-Motors ist anhand des Ablaufdiagramms der Figur 4 näher erläutert. Der Schritt S13 entspricht dem Schritt Sl. In einem Schritt S15 wird die Welle 5 in eine Drehbewegung ver- setzt und dabei Messsignalverläufe erfasst, die repräsentativ sind für in den Spulen 3 induzierte Spannungen. Das Versetzen der Welle 5 in eine Drehbewegung erfolgt in dem Schritt S15 mittels eines zu dem BLDC-Motor externen Antriebs, der für diese Zwecke mit der Welle 5 gekoppelt ist. Ferner ist bei der Durchführung der Schritte bevorzugt ein Hilfslager vorgesehen entsprechend des Vorgehens gemäß der Figur 3.
In einem Schritt S17 wird bei Erkennen einer Referenzwinkel- Stellung der Welle 5 relativ zu dem Stator, die abhängig von Messsignalverläufen erkannt wird, die repräsentativ sind für in den Spulen 3 induzierte Spannungen, die Welle 5 dann in dieser erkannten Referenzstellung gehalten, und zwar über die Abarbeitung des Schrittes S17 hinaus.
In einem Schritt S19 wird das Permanentmagnetrad 9 auf die Welle 5 aufgebracht. In einem Schritt S21 wird das Permanentmagnetrad 9 bezüglich der Welle 5 solange rotiert, bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die abhängt von dem er- fassten Messsignalverlauf der Hallsensoren 15, 17, 19, 21 während des Rotierens. Dabei hängt das Erfüllen der vorgegebenen Bedingung bevorzugt davon ab, dass der Messsignalverlauf zumindest eines der Hallsensoren den Schaltpunkt repräsentiert .
Die hinsichtlich des Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 3 gemachten Aussagen sind grundsätzlich auch bezüglich des Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 4 anwendbar. In einem Schritt S23 wird das Permanentmagnetrad 9 auf der Welle 5 fixiert, und zwar beispielsweise ebenfalls mittels Laserschweißens. In einem Schritt S25 wird dann das Halten der Welle in der Referenzwinkelstellung aufgehoben. In einem Schritt S27 wird nach Entfernen des externen Antriebs und des Hilfslagers das Lagerschild montiert. Bezüglich der Zuordnung der relativen Winkelposition des Rotors zu dem Stator kann bei dem Herstellen insbesondere bezüglich der Messsignalverläufe, die repräsentativ sind für in den Spulen 3 induzierte Spannungen, ein Nulldurchgang der je- weiligen induzierten Spannung entsprechend ausgewertet werden. Darüber hinaus kann im Rahmen des Herstellens auch ein entsprechendes Justieren des axialen Abstandes zwischen dem Permanentmagnetrad 9 und dem Trägerelement 13 erfolgen. Durch das beschriebene Vorgehen kann ein Beitrag für sehr geringe Fertigungstoleranzen geleistet werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors, bei dem
- ein Stator mit Spulen (3), die mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet sind, bereitgestellt wird,
- ein Rotor bereitgestellt wird umfassend eine Welle (5) und auf dieser angeordnete Rotormagnete (7), wobei der Rotor in einem Hohlraum des Stators angeordnet ist, und die Welle (5) mittels eines ersten Lagers (23) gelagert ist, das zwischen der Welle (5) und dem Stator angeordnet ist,
- ein Trägerelement (13) bereitgestellt wird, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle (5) durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle (5) ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehrere Hallsensoren (15, 17, 19, 21) winkelversetzt bezüglich des Mittelpunkts der Welle (5) zueinander angeordnet sind, wobei das Trägerelement (13) fix zu dem Stator angeordnet ist,
- ein Permanentmagnetrad (9) mit winkelversetzt angeordneten Gebermagneten (11) auf der Welle (5) vorfixiert wird, und zwar auf einer dem Rotormagneten (7) abgewandten Seite des Trägerelements (13),
- die Welle (5) in eine Drehbewegung versetzt wird und Messsignalverläufe der Hallsensoren (15, 17, 19, 21) erfasst werden und Messsignalverläufe erfasst werden, die repräsentativ sind für in den Spulen abhängig von den Rotormagneten (7) induzierten Spannungen,
- abhängig von den Messsignalverläufen der Hallsensoren (15, 17, 19, 21) und den zeitlich korrelierenden Messsignalverläufen, die repräsentativ sind für in den Spulen (3) induzierte Spannungen, ein Justagewinkel für das Permanentmagnetrad (9) ermittelt wird,
- das Permanentmagnetrad (9) entsprechend des ermittelten Justagewinkels bezüglich der Welle (5) rotiert wird und - das Permanentmagnetrad (9) auf der Welle (5) fixiert wird .
Verfahren zum Herstellen eines BLDC-Motors, bei dem
- ein Stator mit Spulen (3), die mindestens zwei verschiedenen Phasen zugeordnet sind, bereitgestellt wird,
- ein Rotor bereitgestellt wird umfassend eine Welle (5) und auf dieser angeordnete Rotormagnete (7), wobei der Rotor in einem Hohlraum des Stators angeordnet ist und die Welle (5) mittels eines ersten Lagers (23) gelagert ist, das zwischen der Welle (5) und dem Stator angeordnet ist,
- ein Trägerelement (13) bereitgestellt wird, das eine Ausnehmung aufweist, die von der Welle (5) durchdrungen wird und eine orthogonal zu der Welle (5) ausgebildete Oberfläche aufweist, auf der mehrere Hallsensoren (15, 17, 19, 21) winkelversetzt bezüglich des Mittelpunkts der Welle (5) zueinander angeordnet sind, wobei das Trägerelement (13) fix zu dem Stator angeordnet ist,
- die Welle (5) in eine Drehbewegung versetzt wird und dabei Messsignalverläufe erfasst werden, die repräsentativ sind für in den Spulen (3) induzierte Spannungen abhängig von den Rotormagneten (7),
- bei Erkennen einer Referenzwinkelstellung der Welle (5) relativ zu dem Stator, die abhängig von den Messsignalverläufen erkannt wird, die repräsentativ sind für in den Spulen (3) induzierte Spannungen, die Welle (5) in der Referenzwinkelstellung gehalten wird,
- ein Permanentmagnetrad (9) mit winkelversetzt angeordneten Gebermagneten (11) auf der Welle (5) aufgebracht wird, und zwar auf einer den Rotormagneten (7) abgewandten Seite des Trägerelements (13),
- das Permanentmagnetrad (9) bezüglich der Welle (5) solange rotiert wird, bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die abhängt von einem erfassten Messsignal- verlauf der Hallsensoren (15, 17, 19, 21) während des Rotierens,
- das Permanentmagnetrad (9) auf der Welle (5) fixiert wird und
- das Halten der Welle (5) in der Referenzwinkelstellung aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Erfüllen der vorgegebenen Bedingung davon abhängt, dass der Messsignalverlauf zumindest eines der Hallsensoren (15, 17, 19, 21) davon abhängt, dass der Messsignalverlauf zumindest eines der Hallsensoren (15, 17, 19, 21) einen Schaltpunkt repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Fixieren des Permanentmagnetrads (9) auf der Welle (5) ein Laserschweißen umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem nach dem Fixieren des Permanentmagnetrads (9) ein Lagerschild (25) mit einem Lager montiert wird und die Welle (5) auf dem Lager gelagert wird, wobei das Lager auf einer den Rotormagneten (7) abgewandten Seite des Permanentmagnetrads (9) angeordnet wird.
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