DE2749729B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Außenläufer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem Außenläufer, dessen an seiner in radialer Richtung gelegenen Außenfläche mit einem ersten magnetisch leitenden Rückschlußkörper versehener ringzylinderförmiger Permanentmagnet mit mindestens einem Hallgenerator zur Erzeugung winkelstellungsabhängiger Kommutierungssignale zusammenwirkt, wobei ein zweiter, feststehender Rückschlußkörper vorgesehen ist, der ebenfalls mit dem Permanentmagneten zusammenwirkt und wobei der Hallgenerator außerhalb des ringzylinderförmige.i Permanentmagneten einer Fläche des Permanentmagneten gegenüberliegt und in einem rückschlußfreien Bereich ohne Zwischenschaltung des ersten Rückschlußkörpers zwischen dem zweiten Rückschlußkörper und dem Permanentmagneten angeordnet ist.

Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist aus der DE-OS 25 14 499 bekannt Dieser Gleichstrommotor besitzt als ersten magnetisch leitenden Rückschlußkörper einen glockenförmigen Rückschlußkörper, an dessen Innenwand der ringzylinderförmige Permanentmagnet anliegt Wie aus den Figuren 1 und 2 der DE-OS 25 14 499 hervorgeht, steht die ringförmige Stirnseite des Rückschlußkörpers in axialer Richtung über den Permanentmagneten vor und dient der Konzentration des magnetischen Flusses auf den der

ίο Stirnseite des Rückschlußkörpers gegenüberliegend angeordneten Hallgenerator. Der Hallgenerator selbst ist mittels einer als zweiter, feststehender Rückschlußkörper dienenden magnetisch leitenden Klammer auf einer Anschlußplatine befestigt Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hallgenerator somit nicht einer Fläche des Permanentmagneten gegenüberliegend angeordnet Vielmehr ist der erste Rückschlußkörper zwischen den Permanentmagneten und dem Hallgenerator zwischengeschaltet Allerdings ist auf Seite 6 im letzten Absatz der DE-OS 25 14 499 ausgeführt, daß der Hallgenerator auch weiter radial einwärts angeordnet sein kann. Damit könnte der Hallgenerator auch einer Fläche des Permanentmagneten gegenüberliegen. Hierzu ist jedoch auf Seite 7 im ersten Absatz der DE-OS 25 14 499 ausgeführt, daß in dieser Lage des Hallgenerators das Streufeld der Statorspulen störend wirksam wird. Darüberhinaus liegt in diesem Fall der Hallgenerator einer Seitenfläche des Permanentmagneten gegenüber. In den Figuren 5 und 7 der DE-OS 25 14 499 liegt der Hallgenerator nicht mehr einer Seitenfläche des Permanentmagneten gegenüber, sondern weiter nach innen versetzt, wobei zur Konzentration des magnetischen Flusses auf die dem Rotor zugewandte Stirnfläche des Hallgenerators ein zusätzlicher magnetischer Leiterstreifen aufgesetzt ist, was mit Justierungsschwierigkeiten und einem erheblichen zusätzlichen Aufwand verbunden ist. Bei dem bekannten Gleichstrommotor tritt der Nachteil auf, daß sich bei axialer Abstandsänderung zwischen dem Außenläufer und dem einzigen Hallgenorator das Magnetfeld im Bereich des Hallgenerators ändert und damit die Hallspannung. Somit ist die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen dringend erforderlich. Darüberhinaus weist der Außenläufer des bekannten Gleichstrommotors ein erhebliches Trägheitsmoment auf.

Bei einem weiteren, im Handel befindlichen kollektorlosen Gleichstrommotor (Motor IAD 91 der Siemens AG) der allerdings keinen zweiten feststehenden Rückschlußkörper aufweist, sind die an der Außenseite

so eines ringzylinderförmigen Permanentmagneten angeordneten Hallgeneratoren auf einem Anschlußträger befestigt. Die Hallgeneratoren befinden sich in einer Ringnut, die an der Stirnseite des Außenläufers in den ersten Rückschlußkörper eingedreht ist. Der Rückschlußkörper des Permanentmagneten bildet somit gleichzeitig den RUckschlußkörper für die Hallgeneratoren. Dieser kollektorlose Gleichstrommotor hat den Vorteil, daß eine axiale Verschiebung des Außenläufers praktisch ohne Einfluß auf die Höhe der Hallspannung bleibt. Die Anordnung der Hallgeneratoren in der Ringnut führt jedoch zu einem relativ großen Außendurchmesser und einem nicht unerheblichen Trägheitsmoment des Außenläufers.

Ferner ist aus der FR-PS 14 98 995 ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, der jedoch einen Innenläufer aufweist. Zur Erzeugung winkelstellungsabhängiger Kommutierungssignale ist hierbei zusätzlich zum Läufermagneten auf der Achse des Gleichstrommotors

sin zusätzlicher zylinderförmiger Permanentmagnet vorgesehen, der mit einem ihm zugeordneten topfförmigen (Figur 1) oder hohlzylindrischen (Figur 2) Rückschlußkörper zusammenwirkt. Auf der krusringförmigen Stirnseite des topfförmigen Rückschlußkörpers bzw. auf der inneren Zylinderfläche des hohlzylindrischen Rückschlußkörpers sind der Anzahl der Wicklungsstränge entsprechend Feldplatten als magnetische Sensoren zur Lageerfassung des Läufers vorgesehen. Hierbei soll durch Überziehen des Rückschlußkörpers mir einem synthetischen Harz und Einbettung der Feldplatten ohne keramischen Körper in dieses synthetische Harz eine Reduzierung des Luftspaltes zwischen dem zusätzlichen Permanentmagneten und den Feldplatten erreicht werden. Dieser Gleichstrommotor weist eine erhebliche axiale Baulänge auf und erfordert darüber hinaus einen beachtlichen fertigungstechnischen Aufwand. Darüber hinaus ist dieser Gleichstrommotor mit einem sehr großen T-ägheitsmoment behaftet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich bei einfacher Herstellbarkeit ein reduziertes Trägheitsmoment ergibt, wobei gleichzeitig die Hallspannungsempfindlichkeit hinsichtlich einer axialen Verschiebung zwischen Außenläufer und Stator vermieden sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei um 90° el. versetzt angeordnete Hallgeneratoren vorgesehen sind, daß sich der erste Rückschlußkörper nur über einen Teil der in radialer Richtung gelegenen Außenfläche des Permanentmagneten erstreckt, daß die Hallgeneratoren in radialer Richtung im rückschlußfreien Bereich der Außenfläche des Permanentmagneten angeordnet sind und daß der zweite Rückschlußkörper ringsegmentartig ausgebildet und konzentrisch zum Permanentmagneten angeordnet ist.

Gegenüber df m aus der DE-OS 25 14 499 bekannten Gleichstrommotor ist durch die beiden um 90° el. versetzt angeordneten Hallgeneratoren eine präzise Anlaufsteuerung des Gleichstrommotors ermöglicht. Da sich der erste magnetisch leitende Rückschlußkörper nur über einen Teil der in radialer Richtung gelegenen Außenfläche des ringzylinderförmigen Permanentmagneten erstreckt, wird einerseits Material gespart und andererseits ein geringeres Trägheitsmoment des Außenläufers erreicht. Durch die Anordnung der Hallgeneratoren in radialer Richtung in dem so entstandenen rückschlußfreien Bereich der ringzylinderförmigen Außenfläche des Permanentmagneten kommt ein hoher, die Hallgeneratoren durchsetzender Fluß zustande, wobei ein Seitenschlag des Außenläufers ohne Einfluß auf das die Hallgeneratoren durchsetzende Magnetfeld bleibt. Durch die ringsegmentartige Ausbildung des Rückschlußkörpers und durch seine konzentrisch zum Permanentmagneten vorgesehene Lage ist einerseits eine einwandfreie Flußführung durch die Hallgeneratoren gewährleistet, andererseits ein zuverlässiger mechanischer Schutz für die Hallgeneratoren vorgegeben.

Gegenüber dem in Handel befindlichen kollektorlosen Gleichstrommotor 1 AD 91 ergibt sich folgender Vorteil: Dadurch, daß der Läufertopf nicht mehr den magnetischen Rückschluß für die Hallgeneratoren bildet, kann dieser Läufertopf entsprechend dünn gehalten werden, se daß das Trägheitsmoment auf diese Weise verringert werden kann.

Geeenüber dem aus der FR-PS 14 98 995 bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor ergeben sich als Vorteile eine erhebliche Verringerung der axialen Baulänge, eine Verringerung des fertigungstechnischen Aufwandes sowie eine Verkleinerung des Trägheitsmomentis.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird die Erfindung näher

ίο erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem Kunststoffteil als Hallgeneratorträger,

Fig.2 eine Ausführung mit einer Leiterplatte als Hallgeneratorträger,

F i g. 3 eine Ausführungsform wie F i g. 1, jedoch mit unterschiedlicher Lagerung der Läuferwelle,

Fig.4 eine weitere Ausführungsform, jedoch mit einer Lagerung der Läuferwelle entsprechend F i g. 1,
Fig.5 eine Ansicht auf das Ständerblechpaket mit Anschlußträgerund

Fig.6 eine Schnittansicht des Ständerblechpaketes mit Führungshülse.

In F i g. 1 ist mit 1 die Welle eines Außeniäufers 2 eines kollektorlosen Motors bezeichnet, die mit Hilfe von Kugellagern 3 antriebsseitig in einem Lagerträger 4 angeordnet ist. Der Lagerträger 4 ist in einer Bohrung einer Hülse 5 mit Hilfe von Schrauben 6 befestigt. Auf der Hülse 5 sitzt ein Ständerblechpaket 8, welches eine n-polige Wicklung 9 trägt. Mit dem Ständer 8 wirkt ein ringzylinderföimiger Permanentmagnet 10 zusammen, der n-polig in radialer Richtung magnetisiert ist. Der ringzylinderförmige Permanentmagnet 10 wird von einem topfförmig ausgebildeten magnetisch leitenden ersten Rückschlußkörper 11 getragen, wobei sich der magnetisch aktive Teil 12 des ersten Rückschlußkörpers nur über einen Teil der Außenfläche des ringzylinderförmigen Permanentmagneten 10 erstreckt. Der erste Rückschlußkörper 11 ist mit Hilfe einer Zinn-Druckguß-Legierung 13 auf einer Nabe 14 der Welle 1 befestigt.

Die Nabe 14 ist durch eine Schraube 15 auf dem abgesetzten Wellenende 16 befestigt.

Mit dem Außenumfang des ringzylinderförmigen Permanentmagneten 10 wirken Hallgeneratoren 17 zur Erzeugung winkelstellungsabhängiger Kommutierungssignale zusammen, die in einem Kunststoffteil 18 eingesetzt sind. Der Kunststoffteil 18 ist an einem Anschlußträger 19 befestigt, der aus einem magnetisch leitenden Material besteht, wobei das vordere Ende 20 den zweiten magnetischen RückschluBkörper für die

so Hallgeneratoren 17 bildet. Der Anschlußträger 19 ist auf der Hülse 5 befestigt, die zu diesem Zwecke seitlich mit Abf'.achungen 21 versehen ist, wie F i g. 5 zeigt. Durch Öffnungen 22 in dem Anschlußträger Vi können die Enden der Anschlüsse für den Hallgenerator 17 bzw. für die Wicklungsenden geführt sein.

Damit die Hallgeneratoren 17 gegenüber den Nuten 23 des Ständerblechpaketes 8 eine genau definierte Lage einnehmen, ist das Blechpaket 8 in bezug auf die Hülse 5 genau festgelegt und zwar durch eine Führungsrippe 24 an der Hülse 5, die in eine entsprechende Nut des Ständerblechpaketes 8 eingreift, wie die F i g. 5 und 6 zeigen. Die Hülse 5 ist in Bezug auf der Anschlußträger 19 durch die Abflachungen 21 und die zylinderförmigen Führungsflächen 7 gesichert.

Dadurch ergibt sich eine eindeutige Zuordnung der Hallgeneratoren 17 zu den Nuten 23.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei wirkungsmäßig gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen

wie in F i g. 1 versehen sind. Die Hallgeneratoren 17 sind bei diesem Ausführungsbeispiel auf einer gebogenen Leiterplatte 25 angeordnet, die auf dem Anschlußträger 19 befestigt ist. Der Teil 20 des Anschlußträgers 19 bildet hierbei den zweiten magnetischen Rückschlußkörper für die Hallgeneratoren 17. Die Leiterplatte 25 trägt nicht nur die Hallgeneratoren 17, sondern auch deren Anschlüsse sowie die Anschlüsse der Enden der Ständerwicklung 9.

In Fig.2 wird zur Lagerung der Welle 1 ein Gleitlager 26 verwendet, welches in einem Lagerträger 27 eingesetzt ist. Der Lagerkörper 27 weist einen Befestigungsflansch 28 auf. Mit Hilfe eines Stellringes 29 ist die axiale Lage der Welle 1 bzw. des Läufers 2 gesichert.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von F i g. 1 lediglich durch die Ausbildung des Lagerträgers 30 unterscheidet und zwar ist dieser ebenfalls mit einem Flansch 31 versehen, wie der Lagerträger 27 bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2. Anstelle eines Lagers sind zwei Gleitlager 32 vorgesehen, die in entsprechenden Ausnehmungen des Lagerträgers 30 angeordnet sind. Ein Stellring 33 sichert die axiale Lage der Welle 1 bzw des Läufers 2. Kunststoffscheiben 34 dienen zur Vermeidung der Reibung durch die stirnseitige Anlage der Sinterlager 32 an Stellringen 33 und Nabe 14.

Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Lagerträger 35, in dessen Bohrung zwei Kugellager 36

ίο angeordnet sind. Auch der Lagerträger 35 besitzt einen Befestigungsflansch 37.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Trägers des Ständerpaketes als Hülse 5 können somit alle erdenkbaren Lageranordnungen für ein und denselben Motor verwendet werden. Ferner ist eine genaue Zuordnung der Welle zur Hülse mit Ständerblechpaket 8 und damit auch zu dem zylinderförmigen Permanentmagneten 10 gegeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   l: Kollektcrloser Gleichstrommotor mit einem Außenläufer, dessen an seiner in radialer Richtung gelegenen Außenfläche mit einem ersten magnetisch leitenden Rückschlußkörper versehener ringzy-Iinderförmiger Permanentmagnet mit mindestens einem Hallgenerator zur Erzeugung winkelstellungsabhängiger Kommutierungssignale zusammenwirkt, wobei ein zweiter, feststehender Rückschlußkörper vorgesehen ist, der erbenfalls mit dem Permanentmagneten zusammenwirkt und wobei der Hallgenerator außerhalb des ringzylinderförmigen Permanentmagneten einer Fläche des Permanentmagneten gegenüberliegt und in einem rückschlußfreien Bereich ohne Zwischenschaltung des ersten Rückschlußkörpers zwischen dem zweiten Rückschiußkörper und dem Permanentmagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90° el. versetzt angeordnete Hallgeneratoren (17) vorgesehen sind, daß sich der erste Rückschlußkörper (11) nur über einen Teil der in radialer Richtung gelegenen Außenfläche des Permanentmagneten (10) erstreckt, daß die Hallgeneratoren (17) in radialer Richtung im rückschlußfreien Bereich der Außenfläche des Permanentmagneten (10) angeordnet sind und daß der zweite Rückschlußkörper (20) ringsegmentartig ausgebildet und konzentrisch zum Permanentmagneten (10) angeordnet ist.
2. 2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rückschlußkörper (20) Teil eines Anschlußträgers (19) bildet.
3. 3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußträger (19) verdrehungsfest auf einer das Ständerblechpaket (8) tragenden Hülse (5) befestigt ist.
4. 4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (17) auf dem zweiten Rückschlußkörper (20) durch ein Kunststoffteil (18) gehalten sind.
5. 5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (17) auf einer konzentrisch zum Permanentmagneten (10) gebogenen Leiterplatte (25) befestigt sind, die ihrerseits im zweiten Rückschlußkörper (20) befestigt ist (F ig. 2).