DE2560207C3 - Kollektorloser Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs!.

Ein derartiger Motor ist bekannt aus dem DE-GM 16 007, welches einen Außenläufermotor mit vier ausgeprägten Statorpolen zeigt. Die Mitten aller Statorpole sind mit parallel zur Achsrichtung verlaufenden Nuten versehen, und in zwei von diesen vier Nuten ist jeweils ein Hallgenerator angeordnet, dessen Anschlüsse an einer Leiterplatte befestigt sind, die sich im Abstand vom Statorblechpaket befindet und an diesem gehaltert ist Nachteilig hierbei sind vor allem zwei Umstände: Zum einen messen die Hallgeneratoren in dieser Position nicht nur Änderungen der Induktion des Rotormagneten, sondern auch sehr stark den Stator-Nutzfluß, der an den Statorpolen erzeugt wird, und das kann zu unerwünschten Rückkopplungserscheinungen führen. Zum anderen ergibt sich keine optimal kompakte Bauweise des Motors, besonders hinsichtlich seiner axialen Bauhöhe.

ίο Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Einfluß des Stator-Nutzflusses auf c'as Ausgangssignal des verwendeten magnetflußabhängigen Steuerelements reduziert und der gleichzeitig kompakt gebaut ist und insbesondere eine niedrige axiale Bauhöhe aufweist

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Die Anordnung der Schaltplatine zwischen einer Chassis-Schale, z. B. eines Gerätelüfters, und dem Innenstator sowie neben dem Lagertragrohr ergibt einen extrem kompakten Aufbau bei sehr guter Kühlung der auf der Platine angeordneten Bauelemente, wobei die Unterbringung des magnetflußempfindlichen Steuerelements keine zusätzliche Bauhöhe erfordert da es im Winkelbereich zwischen zwei benachbarten Statorspulen untergebracht ist Dabei ist es nicht dem Stator-Nutzfluß ausgesetzt, sondern nur dem Streufluß der benachbarten Statorspulen, d.h. sein Ausgangssignal wird trotz kompakter Bauweise wesentlich weniger vom Statorfluß verfälscht als bei dem Aufbau nach dem eingangs genannten DE-GM 70 16 007.

Die Maßnahme nach Anspruch 2 ist sehr vorteilhaft denn sie ermöglicht innerhalb der durch den Anspruch 1 definierten kompakten Motorkonstruktion die Unterbringung der Kommutierschaltung des Motors, so daß diese nicht außerhalb des Motors angeordnet zu werden braucht

Die Maßnahmen nach Anspruch 3 ermöglichen es, trotz der äußerst kompakten Bauweise ein ausreichend hohes Steuersignal am magnetflußempfindlichen Steuerelement zu erzielen, und die Maßnahmen nach Anspruch 4 erlauben es, die Ausgestaltung der Kommutierschaltung zu vereinfachen, so deren VoIumen zu verringern, und trägt deshalb ebenfalls zu dem Ziel bei, einen möglichst kompakten Motor zu erhalten.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen achsparallelen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines kollck torlosen Gleichstrommotors,

Fig.2 den Schnitt gemäß der Linie H-Il der Fig. 1, auszugsweise, insbesondere den Stator,

Fig.3 in der Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1, jedoch in vergrößertem Maßstab, die an der Ansteuerung des magnetflußempfindlichen Steuerelements beteiligten Teile, seitenverkehrt zu F i g. 1,

F i g. 4 den Schnitt IV-IV der F i g. 3 und

Fig.5 den Stator aus Fig. 1 im Schnitt gemäß der μ LinieV-VderFig,2,

In den F i g. 1 bis 5 ist mit 1 ein lameliierter Innenstator bezeichnet, dessen Blechpaket 12 auf drei mit einer Verdickung 4 versehene Dorne 5,6,7 gesteckt ist, so daß diese an die Schultern 2 ihrer Verdickung 4 jeweils anliegen und dann mit auf die auf der anderen Stirnseite des Blechpakets 12 freien Enden der Dorne 5, 6, 7 aufgesetzten Sperringen 23 zusammen die Bleche kompakt zusammenhalten.

In ein ausgespartes Mittelloch des Blechpakets 12 ist ein Lagerrohr 9 eingepreßt Das so hergestellte Blechpaket 12 wird dann mit dem eingepreßten Lagerrohr 9 durch Wirbelsinterung mit einer Harzschicht 147 (Fig.5) überzogen, und zwar an seiner s gesamten freiliegenden Oberfläche, ausgenommen die an den Luftspalt 11 angrenzende Umfangsfläche 13 des Blechpakets 12, und ausgenommen die Innenseite des Lagerrohres 9. Auf das mit Harz überzogene Blechpaket 12 werden dann zwei Statorspulen 115, 116 aufgewickelt. Dieser Innenstator 1 ist mittels des Lagerrohres 9 über Schrauben 8 an einer Chassis-Schale 10 angeflanscht, die mit Befestigungsorganen 100 des Motors am Einsatzort verbunden ist Die Dorne 5, 6, 7 sind über ihre Verdickung 4 hinaus verlängert, und auf diese Verlängerungen 15,16,17 ist eine Scnaltplatine 18 gesteckt, die sich an den angrenzenden Schultern 19 der Verdickungen 4 abstützt und durch auf die Verlängerungen 15,16,17 gesteckte Sperringe 20 gesichert ist, also im axialen Abstand vom Innenstator 1 angeordnet und an diesem gehaltert ist

Auf der Schaltplatine 18, die als Stanzteii ausgebildet ist, sind die Schaltelemente 120, 121 usw. der Kommutierschaltung angeordnet, die von einem als Hallgenerator ausgebildeten magnetflußempfindlichen Steuerelement 21 angesteuert wird. Die Schaltelemente der Kommutierschaltung sind nur teilweise dargestellt. Gedruckte Leiterbahnen der Kommutierschaltung befinden sich motorseitig an der Schaltplatine 18. Motorseitig ist auch das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 angeordnet, während die übrigen Schaltelemente der Kommutierschaltung auf der dem Motor abgewandten Seite an der Schaltplatine 18 angeordnet sind. Wärmeerzeugende Schaltelemente, z. B. Leistungstransistoren, sind vorzugsweise motorabseitig, also mit möglichst kleinem Wärmewiderstand zur Chassis-Schale 10 hin angeordnet, die mit öffnungen 149, durch welche kühlende Luft ein- und austreten kann, versehen ist

In dem Lagerrohr 9 ist in zwei Kugellagern 22,23 ein Rotor 53 drehbar gelagert Das Ende 26 der Rotorwelle 24 ragt aus dem Innenstator 1 hinaus und trägt einen zur Chassis-Schale 10 offenen Topf 27 aus Eisenblech, in welchem ein ringförmiger Permanentmagnet 28 montiert ist, der in radialer Richtung gemäß Doppelpfeil 29 magnetisiert ist, und zwar zweipolig, also mit einer Polung, die in Umfangsrichtung zweimal wechselt. Der Topf 27 dient als magnetischer Rückschluß. Der freie Rand 30 des Topfes 27 ragt in axialer Richtung über den Permanentmagneten 28 hinaus.

Die Dorne 5,6,7 sino im Blechpaket 12 nur je 1,5 mm dick (Maßstab von Fig. 1 und 2 ist 2:1) und symmetrisch zur magnetischen Hauptachse 55 des Stators angeordnet, um die magnetischen Verhältnisse, die Drehmomentsymmetrie, und die Wirkung der Lamellierung möglichst wenig zu beeinträchtigen.

Das magnetflußsmpfindliche Steuerelement 21, das sich parallel zur Zeichenebene der F i g. 2 flach erstreckt, spricht auf Magnetflußänderungen an, die dieses Steuerelement in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der F i g. 2 durchsetzen. Das Steuerelement 21 ist im Streufluß des Permanentmagneten 28 angeordnet, und zwar im Zwischenraum 31 zwischen den beiden Statorspulen 115 und 116.

Das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 ist in ein Kunststoff-Fomteil 32 (F i g. 3 und 4) eingepaßt, das eine für die Aufnahme des Hallgenerators genau passende Vertiefung 33 aufweist. Mit 34 ist ein abgewinkelter erster Magnetflußleiter bezeichnet, bestehend aus Eisenblech, der mit seinem einen Ende 35 vertikal auf das als Hallgenerator ausgebildete Steuerelement 21 zugerichtet in das Kunststoff-Formteil 32 eingepaßt und durch Warmstauchen eines Doms 37 in diesem befestigt ist. Der Magnetflußleiter 34 weist einen Durchbruch 36 auf, durch den der Haltedorn 37 des Kunststoff-Formteils 32 paßt Ein flacher zweiter, ebenfalls aus Eisenblech hergestellter Magnetflußleiter 38 ist auf der Unterseite des Kunststoff-Formteils 32 befestigt Letzteres ist mit den daran fixierten Teilen befestigt mittels Befestigungsvorsprüngen 39, 40, die durch entsprechende Durchbrüche 44,45 der Schaltplatine 18 und einen Durchbruch 41 des Magnetflußleiters 38 hindurchgesteckt und durch Widerhaken 46, 47 gesichert sind. Durch den Formschluß kann die radiale Position der Magnetflußleiter 34, 38 und damit die Breite der radialen Luftspalte 50 und 51 auch in der Serienfertigung genau eingehalten werden. Die Anschlüsse 48, 49 des Steuerelements 21 werden ersi angelötet, nachdem das Kunststr/'-Formteil 32 in die Schaitpiatine 18 eingesetzt ist Das radial auswärts gerichtete Ende des Magnetflußleiters 34 ist unter Aussparung eines schmalen radialen Luftspalts 50 auf die Innenseite des Permanentmagneten 28 gerichtet, während das radial auswärts gerichtete Ende des Magnetflußleiters 38 unter Aussparung eines schmalen radialen Luftspaltes 51 auf die Innneriseite des freien Randes 30 des Topfes 27 gerichtet ist Die beiden Magnetnußleiter 34, 38 bilden auf diese Weise eine Magnetflußleitung, die den Hallgenerator durchsetzt und vom jeweils innen gelegenen Pol, z. B. N, des Permanentmagneten 28 über die Luftspalte 50 und 51 und den freien Rand 30 zum Gegenpol Sführt.

Um einen stärkeren Streuflußanteil auf das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 zu konzentrieren, sind die beiden Magnetflußleiter 34, 38 an ihren an die Luftspalte 50 bzw. 51 angrenzenden Enden 134, 138 verbreitert und dazwischen auf den engeren, magnetfeldempfindlichen Querschnitt des Hallgenerators eingeschnürt, vergl. F i g. 4.

Der ringförmige Permanentmagnet 28 ist ein kunststoffgebundener Magnet und hat deshalb nur eine begrenzte Induktion von 0,1 bis 0,2 Tesla; deshalb sind die Querschnittsvergrößerungen der Enden 134, 138 hier besonders vorteilhaft. Ohne diese Verbreiterungen brauchte man extrem schmale Luftspalte, um einen für die Steuerung der Kommutierschaltung ausreichenden Magnetfluß auf das Steuerelement 21 zu konzentrieren.

Das magnetflußempfindliche Steuerelement 21 ist im Zwischenraum 31 zwischen den beiden Statorspulen 115 und 116 angeordnet und ragt mit den ausladenden Teilen des Kunststoff-Formteils 32 und des Magnetisiert 34 in diesen Zwischenraum hinein. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil das Kunststoff-Formteil 32 mit den beiden Magnetflußleitern 34, 38 und dem magnetflußempfindlichen Steuerelement 21 auf diese Weise in einem sowieso vorhandenen freien Raum untergebracht werden kann und deshalb keine zusätzliche axiale Bauliöhenvergrößerung des gesamten Motors erfordert.

Die Pollücken der Magnetisierung des ringförmigen Permanentmagneten 28 sind dort, wo sie dem Blechpaket 12 gegenüberstehen, schmal, um eine möglichst günstige motorische Wirkung zu erzielen.

Dieselben Pollücken sind jedoch am in F i g. 1 unten gezeichneten Rand des Permanentmagneten 28 breiter, und zwar mindestens so breit wie das verbreiterte Ende

5 6

134 des MagnetfluBleiiers 34. Die Verbreiterung der Wenn sich der Rotor 53 mit dem zweipolig

Pollücke erstreckt sich in Drehrichtung des Motors. magnetisierten Permanentmagneten 28 dreht, findet

Dadurch gerät die Pollücke etwas früher in den nach je 180° Umlauf ein Polwechsel in dem den

Wirkbereich des Magnetflußleiters 34, und der Steuer- Hallgenerator durchsetzenden Magnetfluß statt, und

impuls für die Kommutierschaltung wird etwas früher ·■ dadurch wird das Steuersignal für die Kommutierschal-

ausgelöst, was zu Vereinfachungen bei der Ausgestal- tung ausgelöst,
tung der Kommutierschaltung führt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor, mit einem mit Statorspulen bewickelten, ausgeprägte Pole aufweisenden Innenstator und einem um diesen herum angeordneten Außenrotor, welcher auf seiner Innenseite eine Permanentrnagnetanordnung trägt, ferner mit einer im axialen Abstand vom Innenstator angeordneten und an diesem gehalterten Schaltplatine, an deren dem Innenstator zugewandten Seite und in der Nähe des Rotormagneten ein magnetflußempfindliches Steuerelement zum Steuern der Durchflutung des Innenstators in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Außenrotors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

daß am Innenstator (1) ein zur Lagerung des Außenrotors (53) dienendes Lagertragrohr (9) vorgesehen ist,

daß dieses Lagertragrohr (9), vorzugsweise mittels Schraube« Λ5), an einer Chassis-Schale (10) angeflanscht ist, welche mit ßefestigungsorganen (100) des Motors am Einsatzort verbunden ist,
daß die Schaltplatine (18) im Dereich zwischen dieser Chassis-Schale (10) und dem Innenstator (1) neben dem Lagertragrohr (9) angeordnet ist,
und daß das magnetflußempfifidliche Steuerelement (21) von der Schaltplatine (18) weg in den Zwischenraum (31) zwischen zwei benachbarten Statorspulen (115,116) ragt

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf uer Schaltplatine (18) die Schaltelemente (120, 121) der Koevnutierr^haltung des Motors angeordnet sind.

3. Motor nach Anspruch > oder 2, dessen Außenrotor einen nach einer Seite offenen, als magnetischer Rückschluß dienenden Topf aufweist, dessen Innenrand die Permanentmagnetanordnung in Form eines radial magnetisierten ringförmigen Permanentmagneten trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Permanentmagnet (28) auf der offenen Seite des Topfes (27) über das Blechpaket (12) des Innenstators (1) hinausragt,

und daß neben diesem über den Innenstator (1) hinausragenden Abschnitt des Permanentmagneten (28) das magnetflußempfindliche Steuerelement (21) angeordnet ist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pollücken im Bereich des über den Innenstator (1) hinausragenden Abschnitts des Permanentmagneten (28) in Drehrichtung so vorverlegt sind, daß sie etwas früher in den Wirkbereich des magnetflußempfindlichen Steuerelements (21) kommen und der Steuerimpuls für die Kommutierschaltung etwas früher ausgelöst wird.