DE3028747A1

DE3028747A1 - Collectorless electronic motor with flat stator base - has magnetic field dependent rotor positioner between stator pole rims and flat base

Info

Publication number: DE3028747A1
Application number: DE19803028747
Authority: DE
Inventors: Georg 8540 Schwabach Kögler; Karl Ing.(Grad.) Schalk; Elisabeth 8500 Nürnberg Thuma
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-03-04

Abstract

On the stator base (1) is mounted a bearing for a shaft, passing orthogonally through the base, as well as a ring of radial stator poles surrounding the shaft concentrically. At one shaft end is mounted a rotor part, carrying the stator poles. On the rotor inner surface is mounted an annular permanent magnet, opposite the stator poles. A magnetic field responsive Hall generator acts as rotor position generator. The Hall generator (14) is mounted between the stator pole ring (5) and the flat base. Preferably the Hall generator is mounted opposite the annular permanent magnet. The Hall generator may abut the outer diameter of the stator pole ring, or may be fitted in a recess in this ring. The application is e.g. for video recorders, or similar devices, needing very small running variations.

Description

Kollektorlos er ElektronikmotorBrushless electronic motor

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Elektronikmotor mit einem Stator, der einen flachen Grundkörper aufweist, an dem ein Lager für eine senkrecht durch den Grundkörper reichende Welle und ein dieses Lager und die Welle konzentrisch umgebender Kranz radial gerichteter Statorpole angeordnet ist, sowie mit einem an einem Welle lenende angebrachten Läufertopf, in dem sich die Statorpole befinden und an dessen innerer MantelilSiche gegenüber den Polflächen der Statorpole ein ringförmiger Permanentmagnet koaxial zur Welle angeordnet ist, und mit einem magnetfeldempfindlichen Läuferstellungsgeber, vorzugsweise Hallgenerator, der am Grundkörper innerhalb des Läufertopfes angebracht ist.The invention relates to a brushless electronic motor with a Stator, which has a flat base body on which a bearing for a perpendicular through the base body reaching shaft and this bearing and the shaft concentrically surrounding ring of radially directed stator poles is arranged, as well as with a a shaft lenende attached rotor pot in which the stator poles are located and on its inner shell opposite the pole faces of the stator poles annular permanent magnet is arranged coaxially to the shaft, and with a magnetic field sensitive Rotor position sensor, preferably Hall generator, which is located on the base body within the Runner pot is attached.

Ein derartiger kollektorloser Elektronikmotor befindet sich bereits im Handel. Sein Läufertopf ist am Topfrand abgestuft, das heißt am Rand hat dieser Läufertopf einen größeren Innen- und Außendurchmesser als die übrige Topfwand. Der ringförmige Permanentmagnet ist an der inneren Nantelfläche des Läuiertopfes mit dem geringeren Durchmesser so angebracht, daß er bis zum Topfrand reicht, jedoch zwischen ihm und den Topfrand mit dem größeren Durchmesser ein ringförmiger Zwischenraum bleibt. Zwei auf dem Grundkörper als magnetfeldeipfindliche Läuferstellungsgeber angebrachte Hallgeneratoren befinden sich innerhalb dieses ringförmigen Zwischenraumes.Such a brushless electronic motor is already in place in trade. Its runner pot is graduated on the edge of the pot, that is, it has on the edge Runner pot has a larger inner and outer diameter than the rest of the pot wall. Of the ring-shaped permanent magnet is attached to the inner surface of the Läuiertopf attached to the smaller diameter so that it extends to the edge of the pot, however between it and the edge of the pot with the larger diameter there is an annular space remain. Two on the base body as rotor position sensors sensitive to magnetic fields attached Hall generators are located within this annular space.

Kollektorlose Elektronikmotoren dieser Art sind in der Regel für Geräte mit sehr kleinen Gleichlaufschwankungen wie Videorekorder, Floppy-Disk-Geräte oder Plattenspieler bestimmt. Stator mit Grundkörper und Läufertopf werden deshalb getrennt gefertigt und ausgeliefert. Erst in einer anderen Montagestätte werden diese Teile dann in die Geräte, für die sie bestimmt sind, eingebaut, d.h. erst dort werden Lager und Welle am Grundkörper und Läufertopf an der Welle montiert.Brushless electronic motors of this type are usually used for devices with very small wow and flutter such as video recorders, floppy disk devices or Record player for sure. The stator with the base body and the rotor bowl are therefore separated manufactured and delivered. Only in one other assembly site these parts are then built into the equipment for which they are intended, i.e. Only then are the bearings and shaft mounted on the base body and the rotor pot on the shaft.

Auch die beiden Hallgeneratoren sind bereits auf dem vorgefertigten, den Stator tragenden Grundkörper, der in der Regel auch als Leiterplatte dient, angebracht, sind Jedoch wegen des fehlenden Läufertopfes, der Ja zunächst nicht an Stator und Grundkörper montiert ist, ungeschützt gegen mechanische Beeinflussungen von außen, insbesondere während des Transportes zur anderen Montagestätte.The two hall generators are also already on the prefabricated, the basic body carrying the stator, which usually also serves as a circuit board, appropriate, however, because of the missing runner pot, the yes not initially is mounted on the stator and base body, unprotected against mechanical influences from the outside, especially during transport to the other assembly site.

Beschädigungen der Hallgeneratoren können hierbei sicher nur durch einen speziellen und besonders kostspieligen Hallgeneratorträger vermieden werden. Dieser spezielle Hallgeneratorträger erfordert aber auch einen verhältnismäßig breiten ringförmigen Zwischenraum zwischen dem ringförmigen Permanentmagneten im Läufertopf und dem Topfrand mit dem größeren Durchmesser, wenn dieser Hallgeneratorträger während des Betriebes des Elektronikmotors nicht am Permanentmagneten oder am Läufertopf streifen soll. Ein breiter ringförmiger Zwischenraum bedeutet aber auch einen relativ großen Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und dem durch den Läufertopf gebildeten magnetischen Rückschlußkörper, der die Hallspannung an den Hallgeneratoren erheblich reduzieren kann.Damage to the Hall generators can only be caused by this a special and particularly expensive Hall generator support can be avoided. However, this special Hall generator support also requires a relatively wide one annular space between the annular permanent magnet in the rotor pot and the edge of the pot with the larger diameter, if this Hall generator support during the operation of the electronic motor not on the permanent magnet or on the rotor bowl should graze. However, a wide annular gap also means a relative large air gap between the permanent magnet and the one formed by the rotor cup magnetic yoke body, which significantly increases the Hall voltage on the Hall generators can reduce.

Ferner wirft die Fertigung eines Läufertopfes mit abgestufter Topfwand Probleme auf, da für das Anlaufen und den gleichmäßigen Lauf des Elektronikmotors dieser Läufertopf ein Mindestträgheitsmoment besitzen muß Man kann zwar einen Läufertopf mit abgestufter Topfwand, die ausreichend genau zylindrisch ist, durch Sintern herstellen. Diese Fertigungsweise ist Jedoch sehr teuer. Es ist auch möglich, einen solchen Läufertopf mit abgestufter Topfwand durch Tiefziehen herzustellen. Die so gewonnene Topfwand ist jedoch nicht ausreichend genau zylindrisch, sondern eher kegelstumpfförmig, außerdem kann sie nur eine geringe Wandstärke haben. Die kegelstumpfförmige Form der Topfwand erfordert überdies zusätzliche Arbeitsgänge und Hilfswerkzeuge beim Anbringen des ringförmigen Permanentmagneten an der inneren Mantelfläche des Läufertopfes.Furthermore, the production of a runner pot with a stepped pot wall throws Problems arise because of the starting and smooth running of the electronic motor this rotor pot must have a minimum moment of inertia One can indeed have a rotor pot with a stepped pot wall that is sufficiently precisely cylindrical, by sintering. However, this production method is very expensive. It is also possible to have one Produce a runner pot with a stepped pot wall by deep drawing. The one won in this way Pot wall is however, not sufficiently precisely cylindrical, but rather rather frustoconical, in addition, it can only have a small wall thickness. the The frustoconical shape of the pot wall also requires additional operations and auxiliary tools in attaching the annular permanent magnet to the inner one Lateral surface of the rotor pot.

Dieser ringförmige Permanentmagnet besteht in der Regel aus einem Magnetband aus flexiblem, kunststoffartigen Bindestoff, welcher Ferritpulver enthält. Die Rückseite des ringförmigen Permanentmagneten kann nur zu einem Teil mit der inneren Mantelfläche des Läufertopfes verklebt werden, so daß der nicht verklebte Teil des Magnetbandes sehr leicht durch Erwärmung, Alterung oder mechanische Beanspruchung verformt wird und daher im Betriebszustand des Elektronikmotors an den Hallgeneratoren streift. Die relativ geringe Wandstärke des durch Tiefziehen gewonnenen Läufertopfes kann es außerdem erforderlich machen, daß um den Läufertopf noch ein zusätzlicher Druckgußring oder Stahlring gelegt wird, um dadurch ein ausreichend hohes Trägheitsmoment zu erzielen.This ring-shaped permanent magnet usually consists of one Magnetic tape made of flexible, plastic-like binding material, which contains ferrite powder. The back of the ring-shaped permanent magnet can only be part of the inner surface of the rotor pot are glued so that the non-glued Part of the magnetic tape is very light due to heating, aging or mechanical stress is deformed and therefore in the operating state of the electronic motor on the Hall generators grazes. The relatively small wall thickness of the rotor pot obtained by deep drawing It can also make it necessary to have an additional pot around the rotor Die cast ring or steel ring is placed, thereby ensuring a sufficiently high moment of inertia to achieve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und insbesondere die Verwendung eines LEufertopfes mit über die gesamte Topfhöhe einheitlichem Durchmesser zu ermöglichen.The invention is based on the object of remedying this and in particular the use of a L-bank pot with over the entire pot height to allow uniform diameter.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein kollektorloser Elektronikmotor der eingangs erwähnten Art erfindungsgeiäß dadurch gekennzeichnet, daß der iagnetfeldabhängige Läuferstellungsgeber zwischen dem Kranz aus Statorpolen mit dem flachenGrundkörper angeordnet ist. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, daß die Statorpole den Läuferstellungsgeber gegen mechanische Beschädigungen von außen, z.B.To solve this problem, a brushless electronic motor is the initially mentioned type erfindungsgeiäß characterized in that the magnetic field dependent Rotor position sensor between the ring of stator poles with the flat base body is arranged. This has the particular advantage that the stator poles the rotor position sensor against external mechanical damage, e.g.

während des Transportes des zusammen mit dem Grundkörper vorgefertigten Stators schützen. Der zwischen dem Kranz aus Statorpolen und dem flachen Grundkörper angeordnete Läuferstellungsgeber befindet sich dort im magnetischen Streufeld zwischen dem ringförmigen Permanentmagneten und dem Eisen der Statorpole.during the transport of the prefabricated together with the base body Protect stator. The one between the ring of stator poles and the flat base body arranged rotor position sensor is there in the magnetic Stray field between the ring-shaped permanent magnet and the iron of the stator poles.

Der magnetfeldabhängige Läuferstellungsgeber könnte zwar auch am Grundkörper gegenüber der Stirnfläche des ringförmigen Permanentmagneten auf der inneren Mantelfläche des Läufertopfes angeordnet sein, er wäre dort aber nach der Vorfertigung des den Stator tragenden Grundkörpers nicht gegen mechanische Beeinflussung von außen geschützt.The rotor position sensor, which is dependent on the magnetic field, could also be on the base body opposite the end face of the ring-shaped permanent magnet on the inner circumferential surface of the rotor pot be arranged, but it would be there after the prefabrication of the The base body carrying the stator is not protected against external mechanical influences.

Außerdem müßte er mit einem zusätzlichen, kostenerhöhenden, ferromagnetischen Körper versehen werden, welcher ein ausreichend großes magnetisches Streufeld zu dem an der besagten Stelle angeordneten Läuferstellungsgeber zieht.In addition, it would have to be equipped with an additional, cost-increasing, ferromagnetic Body are provided, which has a sufficiently large magnetic stray field pulls the rotor position sensor arranged at said point.

Ein magnetfeldabhängiger Läuferstellungsgeber findet zwischen dem Kranz aus Statorpolen und dem flachen Grundkörper dann ein besonders dichtes magnetisches Streufeld, wenn er dort in vorteilhafter Weise gegenüber dem ringförmigen Permanentmagneten auf der inneren Mantelfläche des Läufertopfes angeordnet ist.A rotor position sensor that is dependent on the magnetic field takes place between the A wreath of stator poles and the flat base body is then a particularly dense magnetic one Stray field if it is there in an advantageous manner compared to the annular permanent magnet is arranged on the inner surface of the rotor pot.

Ferner durchsetzt den magnetfeldabhängigen Läuferstellungsgeber dann ein besonders dichtes magnetisches Streufeld, wenn dieser Läuferstellungsgeber in günstiger Weise mit dem Außendurchmesser des Kranzes aus Statorpolen abschließt.Furthermore, the rotor position sensor, which is dependent on the magnetic field, then penetrates a particularly dense magnetic stray field if this rotor position sensor is in conveniently terminates with the outer diameter of the ring of stator poles.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektronikmotor.The invention and its advantages are based on the drawing at two Exemplary embodiments explained in more detail: Fig. 1 shows a longitudinal section through a electronic motor according to the invention.

Fig. 2 ist ein Ausschnitt der Darstellung nach Fig. 1 und zeigt eine abgewandelte Ausführngsform des erfindungsgemäßen Elektronikmotors.FIG. 2 is a detail of the illustration according to FIG. 1 and shows a Modified embodiment of the electronic motor according to the invention.

Der Elektronikmotor nach Fig. 1 weist einen flachen Grundkörper 1 aus Isolierstoff auf, welcher zugleich auch als Leiterplatte dient. In einer Durchführung 2 im Grundkörper 1 befindet sich ein drehsymmetrischer Zentralkörper 3 aus Aluminium, der durch eine Umbördelung 4 in Bezug auf den Grundkörper 1 ortsfest gehaltert ist.The electronic motor according to FIG. 1 has a flat base body 1 made of insulating material, which also serves as a circuit board. In one implementation 2 in the base body 1 there is a rotationally symmetrical central body 3 made of aluminum, which is held in place in relation to the base body 1 by a flange 4.

Auf der anderen Seite des Grundkörpers 1 sind an der Mantelfläche des Zentralkörpers 3 in einer zum Grundkörper 1 parallelen Ebene einen Kranz bildende, radial gerichtete Statorpole 5 aus ferromagnetischem Werkstoff z.B. Eisen, mit gleichem Winkelabstand voneinander durch am Zentralkörper 3 befindliche Umbördelungen 6 gehaltert. Diese Statorpole 5, von denen in Fig. 1 nur zwei in einer Geraden liegende erkennbar sind, tragen elektrische Statorwicklungen 7.On the other side of the base body 1 are on the lateral surface of the central body 3 in a plane parallel to the base body 1 forming a ring, radially directed stator poles 5 made of ferromagnetic material, e.g. iron, with the same Angular distance from one another held by flanges 6 located on the central body 3. These stator poles 5, of which only two lying in a straight line can be seen in FIG. 1 carry electrical stator windings 7.

Am Zentralkörper 3 ist mit Schrauben 8 an der Seite des Grundkörpers 1, auf der sich die Umbördelungen 4 befinden, ein Lager 9 mit einer durch die Durchführung 2 reichenden, zum flachen Grundkörper 1 senkrecht stehenden Welle 10 befestigt. Auf der Statorpolseite des Grundkörpers 1 ist mit dem dort befindlichen Ende der Welle 10 ein zylindrischer Läufertopf 11 verschraubt, während am anderen Ende der Welle 10, das sich auf der Seite des Grundkörpers 1 mit den Umbördelungen 4 befindet, eine Kopftrommel 13 eines Video-Recorders angebracht ist.On the central body 3 is with screws 8 on the side of the base body 1, on which the flanges 4 are located, a bearing 9 with one through the implementation 2 reaching, to the flat base body 1 vertical shaft 10 attached. On the stator pole side of the base body 1, the end located there is the Shaft 10 screwed a cylindrical rotor pot 11, while at the other end of the Shaft 10, which is located on the side of the base body 1 with the flanges 4, a head drum 13 of a video recorder is attached.

Die Öffnung des Läufertopfes 11 befindet sich mit Abstand gegenüber dem Grundkörper 1, so daß sich der Kranz aus Statorpolen 5 innerhalb des Läuiertopfes 11 befindet.The opening of the rotor pot 11 is at a distance opposite the base body 1, so that the ring of stator poles 5 within the Läuiertopfes 11 is located.

An der inneren Mantelfläche des Läufertopfes 11 befindet sich ein ringförmiger Permanentmagnet 12, dessen eine Stirnfläche mit der öffnungsseitigen Stirnfläche des Läufertopfes 11 abschließt. Dieser Permanentmagnet 12 kann aus einem flexiblen, kunsstoffartigen, Ferritpulver enthaltenden Bindestoff bestehen und mit dem Läufertopf 11 verklebt sein. Er weist auf seiner inneren Mantel- fläche abwechselnd nebeneingnder magnetische Nord- und Sndpolflächen auf.On the inner surface of the rotor pot 11 is a ring-shaped permanent magnet 12, one end face of which with the opening-side End face of the rotor pot 11 closes. This permanent magnet 12 can consist of a flexible, plastic-like binding material containing ferrite powder and with be glued to the rotor pot 11. He points to his inner coat area alternating adjacent magnetic north and south pole surfaces.

Die dem Innenboden des Läufertopfes 11 zugewandte Stirnfläche des ringförmigen Permanentmagneten 12 schließt mit den ebenfalls diesem Innenboden zugewandten Flanken der Statorpole 5 ab, während die im Grundkörper 1 zugewandten Flanken 5a der Statorpole 5 innerhalb des ringförmigen Permantentmagneten 12 angeordnet sind, so daß sich auch der aus einem Hallgenerator 14 bestehende magnetfeldempfindliche Läuferstellungsgeber innerhalb des ringförmigen Permanentmagneten 12 befinden kann. Dieser Hallgenerator 14 ist an dem Grundkörper 1 angebracht und befindet sich zwischen dem Kranz aus Statorpolen 5 und dem Grundkörper 1. Da er sich innerhalb des ringförmigen Permanentmagneten 12 befindet, ist er auch gegenüber der inneren Mantelfläche dieses Permanentmagneten 12 angeordnet. Er schließt ferner mit dem Außendurchmesser des Kranzes aus Statorpolen 5 ab, so daß er durch diesen Kranz aus Statorpolen 5 und den Grundkörper 1 gegen mechanische Einflüsse von außen weitgehend geschützt ist, trotzdem aber einen möglichst geringen Luftspalt zum Permanentmagneten 12 hin bildet, ohne diesen Permanentmagneten zu streifen. Neben diesem Hallgenerator 14 können auch weitere Hallgeneratoren als magnetfe ldempfindliche Läuferstellungsgeber am Grundkörper 1 angebracht und in Bezug auf den Kranz aus Statorpolen 5 und dem ringförmigen Permanentmagneten 12 genauso angeordnet sein, wie der Hallgenerator 14. Dieser Hallgenerator 14 wird von einem optimal dichten magnetischen Streufeld erfaßt, das von der inneren Mantelfläche des Permanentmagneten 12 ausgeht und über das Eisen der Statorpole 5 geschlossen wird.The face of the facing the inner bottom of the rotor pot 11 ring-shaped permanent magnet 12 closes with the also facing this inner bottom The flanks of the stator poles 5, while the flanks 5a the stator poles 5 are arranged within the annular permanent magnet 12, so that the magnetic field-sensitive consisting of a Hall generator 14 Rotor position transmitter can be located within the annular permanent magnet 12. This Hall generator 14 is attached to the base body 1 and is located between the ring of stator poles 5 and the base body 1. Since it is inside the ring-shaped Permanent magnet 12 is located, it is also opposite the inner circumferential surface of this Permanent magnets 12 arranged. It also closes with the outside diameter of the Wreath from stator poles 5, so that it is through this wreath of stator poles 5 and the base body 1 is largely protected against external mechanical influences, but nevertheless forms the smallest possible air gap to the permanent magnet 12, without touching this permanent magnet. In addition to this Hall generator 14 can also other Hall generators as rotor position sensors sensitive to magnetic fields Base body 1 attached and in relation to the ring of stator poles 5 and the annular Permanent magnets 12 can be arranged in exactly the same way as the Hall generator 14. This Hall generator 14 is covered by an optimally dense magnetic stray field that is generated by the inner The outer surface of the permanent magnet 12 goes out and about the iron of the stator poles 5 is closed.

Durch eine nicht dargestellte elektronische Schaltung, die in Steuerabhängigkeit von den Läuferstellungsgebern 14 steht, werden die Statorwicklungen 5 zum Antrieb des Läufertopfes 11 in einer bestimmten Folge mit elektrischem Strom beaufschlagt.By an electronic circuit, not shown, which is tax-dependent from the rotor position sensors 14, the stator windings 5 are used to drive of Runner pot 11 in a certain sequence with electric current applied.

Zur Verbesserung des den Hallgenerator 14 durchsetzenden magnetischen Flusses kann dieser Hallgenerator 14, wie Fig. 2 zeigt, in der gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, gegenüber dem ringförmigen Permanentmagneten 12 in einer Aussparung 15 im Kranz aus den Statorpolen bzw. in einzelnen Statorpolen 5 angeordnet sein. Auch hier ist es günstig, wenn dieser Hallgenerator 14 mit dem Außendurchmesser dieses Kranzes aus Statorpolen 5 abschließt.To improve the Hall generator 14 penetrating magnetic As FIG. 2 shows, this Hall generator 14 can flow in the same parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 1, opposite the annular Permanent magnets 12 in a recess 15 in the ring from the stator poles or in individual stator poles 5 be arranged. Here, too, it is beneficial if this Hall generator 14 terminates with the outer diameter of this ring of stator poles 5.

4 Patentansprüche 2 Figuren4 claims 2 figures

Claims

Claims 1. A commutatorless electronic motor with a stator, the nenflachen base body, on which a bearing for a perpendicular through the Basic body reaching shaft and a this bearing and the shaft concentrically surrounding Wreath of radially directed stator poles is arranged, as well as with one on one shaft end attached rotor pot in which the stator poles are located and on its inner A ring-shaped permanent magnet opposite the pole faces of the stator poles is arranged coaxially to the shaft, and with a magnetic field sensitive rotor position sensor, in particular Hall generator, which is attached to the base body within the rotor pot is, that the magnetic field-dependent LL-position transmitter (14) arranged between the ring of stator poles (5) and the flat base body (1) is.

2. Collectorless electronic motor according to claim 1, d a d u r c h it is not indicated that the rotor position sensor (14) which is dependent on the magnetic field is arranged opposite the annular permanent magnet (12).

3. Collectorless electronic motor according to claim 1, d a d u r c h it is not noted that the magnetic field-dependent position sensor (14) ends with the outside diameter of the ring made of stator poles (5).

4. Collectorless electronic motor according to claim 1, d a d u r c h it is not noted that the rotor position sensor which is sensitive to magnetic fields (14) is arranged in a recess (15) in the ring of stator poles (5).