DE69828536T2

DE69828536T2 - Gleichstrommotor mit Umdrehungsdetektor

Info

Publication number: DE69828536T2
Application number: DE69828536T
Authority: DE
Inventors: James Ching Sik North Point Lau
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JP4126107B2; EP0855787A3; MX9800633A; JPH10210713A; KR19980070832A; CN1191313A; CN1120372C; EP0855787B1; IN191598B; GB9701538D0; EP0855787A2; ES2236865T3; DE69828536D1; BR9800449A; US5925950A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Gleichstromelektromotor, vorzugsweise einen Miniaturdauermagnetgleichstrommotor (PMDC-Motor) mit einem Rotationsdetektor.
Viele Anwendungen von PMDC-Motoren erfordern, daß die Drehzahl des Motors überwacht oder die Anzahl der Umdrehungen gezählt wird, die von der Motorwelle ausgeführt werden. Das wird oftmals durch Verwenden eines Hallsensors und eines Magneten, der an die Welle angebracht wird, oder durch Verwenden eines Kodierers, der an die Welle angebracht wird, in Zusammenarbeit mit einem optischen Sensor zustande gebracht. Diese beiden Verfahren schließen relativ kostspielige Teile ein, sind bei der Anbringung zeitaufwendig und erfordern, daß der Motor so konstruiert ist, daß er diese Teile aufnimmt, während sie eine bedeutende Größe des Raumes in Anspruch nehmen, entweder innerhalb des Motors, wodurch die Größe des Motors vergrößert wird, oder außerhalb des Motors, wo sie für eine Beschädigung anfällig sind.
Kürzlich wurden Rotationsdetektoren entwickelt, die eine Induktionsspule für das Überwachen von Veränderungen im Magnetfluß des Motors verwenden, während sich der Rotor dreht; siehe beispielsweise EP-A-0626748, bei dem ein Induktor/Kondensator-Stromlσeis in ein separates Gehäuse eingepaßt wird, das am Nichtantriebsende des Motors angebracht wird, indem es auf die Lagernabe preßgepaßt wird. Bei dieser Anordnung weist die Spule einen Streufluß nach, und bei wirksamen Motoren hofft man, daß der Streufluß minimiert wird, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wodurch die Zuverlässigkeit/Empfindlichkeit dieses Typs von Detektor verringert wird. Siehe ebenfalls EP-A-0529131, das eine Spule verwendet, die innerhalb des Motors montiert ist, und JP 02021266A, das eine Spule verwendet, die außerhalb des Motorgehäuses beabstandet ist.
Das US-A-482968 offenbart eine Detektorspule, die um einen Meßkopf gewickelt ist, und die innerhalb eines der Magneten oder zwischen zwei benachbarten Magneten eines Dauermagnetgleichstrommotors angeordnet ist. Die Detektorspule dieses Motors nach dem bisherigen Stand der Technik ist jedoch nicht um den Meßkopf angeordnet, so daß der zwischen den Magentpolen des Stators fließende Fluß durch die Detektorspule fließt und die Detektorspule nur im Fremdmagnetfeld des Motors arbeitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um einen empfindlichen Detektor bereitzustellen, verwendet der Rotationsdetektor entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Induktionsspule, die um eine Magnetflußleiteinrichtung gewickelt ist, die so ausgeführt ist, daß sie einen Flußrückführweg für den Stator des Motors bereitstellt. Idealerweise ist diese Magnetflußleiteinrichtung ein Flußring, der am Motorgehäuse angebracht ist, oder sie kann alternativ ein Teil des Motorgehäuses sein. Flußringe werden im allgemeinen verwendet, um einen Magnetflußrückführweg mit niedrigem Widerstand zwischen den Magnetpolen des Stators bereitzustellen. Die Verwendung eines Flußringes hilft dabei, den Magnetfluß zu konzentrieren und den Streufluß zu reduzieren, während gestattet wird, daß das Motorgehäuse aus einem dünneren Material hergestellt wird, ohne daß die Gefahr der Sättigung des Magnetweges besteht. Durch Wickeln der Induktionsspule um den Flußring wirkt der Flußring als ein Kern für die Spule, wodurch das Bilden der Spule vereinfacht wird, während gesichert wird, daß der Magnetfluß durch die Spule gelangt, wodurch ein starkes Signal dem Rotationsdetektorstromkreis vorgelegt wird. Gleichzeitig gestattet die Flußringausführung, daß der Motor verändert wird, ohne daß der Detektorstromkreis beeinflußt wird. Tatsächlich kann der Rotationsdetektor an jedem Motor durch geeignete Anpassung des Flußringes angebracht werden und erfordert nicht irgendwelche speziellen chrakteristischen Merkmale, die in den Motor eingebaut werden müssen.
Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Dauermagnetgleichstrommotors mit einem neuartigen Rotationsdetektor.
Da die Rotationsdetektorstromkreise gut bekannt sind und nicht einen Teil dieser Erfindung bilden, werden sie nicht beschrieben, obgleich daran erinnert werden sollte, daß das Signal vom Detektor dem Detektorstromkreis zugeführt wird, der dieses Signal verwenden wird, um seine vorgesehene Funktion zustande zu bringen, die die Drehzahlsteuerung, Positionssteuerung, Überlastnachweis- und Störungsbedingungen, wie beispielsweise einen blockierten Betrieb, umfassen kann.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Gleichstrommotor bereit, der aufweist: ein Gehäuse; einen Dauermagnetstator, der innerhalb des Gehäuses aufgenommen wird; und einen Rotationsdetektor, wobei der Detektor aufweist: eine Magnetflußleiteinrichtung und eine Detektorspule, die um die Magnetflußleiteinrichtung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspule um die Magnetflußleiteinrichtung so angeordnet ist, daß der Fluß, der zwischen den Magnetpolen des Stators fließt, durch die Detektorspule fließt, wodurch ein elektrisches Signal in der Detektorspule durch Veränderungen im Magnetfluß des Motors erzeugt wird.
Vorzugsweise kommt die Magnetflußleiteinrichtung mit dem Gehäuse des Motors in Eingriff.
Alternativ kann die Magnetflußleiteinrichtung mindestens ein Teil des Gehäuses des Motors sein.
Vorzugsweise ist die Magnetflußleiteinrichtung auf einer Leiterplatte angebracht, und die Spule ist an Anschlußklemmen der Leiterplatte angeschlossen, und die Leiterplatte weist Steckerklemmen auf, die so angeordnet sind, daß sie mit Buchsenklemmen des Motors in Eingriff kommen.
Vorzugsweise weist die Leiterplatte eine Schaltung für das Auswerten der Signale von der Spule und für das Steuern des Motors als Reaktion auf jene Signale auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden jetzt nur als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 einen Rotationsdetektor entsprechend einer ersten Ausführung;
2 einen Rotationsdetektor aus 1, der an einem Motor mit flachen Seiten angebracht ist;
3 eine Darstellung gleich 2 von einem Rotationsdetektor, der an einem runden Motor angebracht ist;
4 einen Rotationsdetektor entsprechend einer weiteren Ausführung, der an einem Motor angebracht ist;
5 einen Rotationsdetektor entsprechend einer alternativen Ausführung, der an einem Motor angebracht ist;
6 einen Rotationsdetektor aus 5, der auf einer Leiterplatte angebracht wird; und
7 einen Rotationsdetektor entsprechend einer noch weiteren Ausführung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Beim Rotationsdetektor 10 der ersten Ausführung, der in 1 und 2 gezeigt wird, ist die Magnetflußleiteinrichtung ein Flußring 15, und die Spule 11 wird um den Flußring gewickelt. Der Flußring 15 ist ein Vollmanteltyp, was bedeutet, daß der Ring im wesentlichen das Motorgehäuse 22 bei Benutzung umgibt. In der Praxis ist der Innendurchmesser des Flußringes in seinem entspannten Zustand kleiner als der Durchmesser des Motorgehäuses, so daß der Flußring 15 gedehnt wird, um sich an das Motorgehäuse 22 anzupassen, wobei die Elastizität des Ringes genutzt wird, um den Ring am Motor zu sichern. Zusätzliche Arretierungen können vorhanden sein. Die Form des Ringes paßt sich im wesentlichen an die Form des Motorgehäuses an, um einen guten Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Ring zu bewirken, um den Widerstand des Magnetflußweges zu minimieren.
Der gezeigte Motor 20 ist ein Motor mit flachen Seiten, was bedeutet, daß das Gehäuse zwei bogenförmige oder teilkreisförmige Abschnitte aufweist, die durch zwei geradlinige Abschnitte verbunden sind, wobei die geradlinigen Abschnitte parallel zueinander sind. Der Stator weist zwei bogenförmige Dauermagnete 23 auf, die an die kreisförmigen Abschnitte des Gehäuses 22 angebracht sind. Der Flußring 15 ist von gleicher Form mit einem Schlitz 19 in einer Position, die einer Ebene entspricht, durch die die Pole der Statormagneten hindurchgehen. Die Spule 11 ist um einen der geradlinigen Abschnitte gewickelt. Das ist dort, wo die Konzentration des Magnetflusses während der Benutzung am größten ist. Der Flußring 15 wird deformiert, um einen abgestuften Abschnitt 18 in der Position bereitzustellen, wo die Spule 11 gewickelt ist, um einen Zwischenraum oder Abstand zwischen dem Flußring 15 und dem Motorgehäuse 22 für die Spule zu bewirken, während der Flußring anderenfalls mit dem Motorgehäuse benachbart ist. Die Spule 11 kann an Anschlußklemmen 12 angeschlossen werden, die am Flußring 15 angebracht sind, wie in 1 gezeigt wird, oder sie kann flexible Anschlußleitungen 13, wie in 2 gezeigt wird, für das Verbinden direkt mit der Detektorschaltung aufweisen.
3 zeigt einen gleichen Rotationsdetektor 10, der an einem runden Motor 20 (ein Motor mit einem Gehäuse, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist) angebracht ist. Arretierungen (nicht gezeigt) Sichern, daß der Flußring 15 (ebenfalls mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt) am Motorgehäuse 22 angebracht ist, wobei der Schlitz 19 mit einer Ebene ausgerichtet ist, durch die die Magnetpole des Stators hindurchgehen, und die Spule 11 ist auf einem abgestuften Abschnitt 18 zwischen zwei benachbarten Polen des Stators positioniert. Derartige Motoren weisen im allgemeinen zwei einzelne bogenförmige Dauermagneten oder einen Gummiringmagneten auf, der mit zwei oder mehr Polen ausgebildet ist.
4 zeigt einen Rotationsdetektor 10, der in der Konstruktion dem Rotationsdetektor aus 1 und 2 gleicht, angebracht an einen Motor 20 mit flachen Seiten mit der Veränderung, daß die Magnetflußleiteinrichtung ein Halbmantelflußring 16 ist, was bedeutet, daß sich der Flußring 16 peripher um das Motorgehäuse 22 nur etwa um die Hälfte herum erstreckt. In der Praxis erstreckt sich der Flußring 16 über etwas mehr als die Hälfte, um einen selbsttragenden Griff am Gehäuse zu bewirken. In jeder anderen Hinsicht ist der Detektor der gleiche wie die Ausführung in 1.
5 ist eine gleiche Darstellung wie 2 und 4 von einem Rotationsdetektor 10, der eine Magnetflußleiteinrichtung in der Form eines Flußringes 17 in Viertelmantelausführung enthält. Der Viertelmantelflußring 17 erstreckt sich zwischen Magneten längs der flachen Seite des Motorgehäuses und ergänzt den Flußweg, der durch das Gehäuse 22 bereitgestellt wird. Wiederum weist der Flußring 17 einen abgestuften Abschnitt 18 in einer Position zwischen den Polen oder den Magneten auf, um die Spulenwicklung aufzunehmen.
Der Viertellmantelflußring 17 gestattet interessante Montageanordnungen, wie beispielsweise die Anordnung, die in 6 gezeigt wird, wo der Flußring 17 auf einer Leiterplate 30 angebracht wird. Die Leiterplatte 30 weist einen Verbinder 33 für das Verbinden der Leiterplatte 30 mit einer Stromversorgung für den Motor und für Steuersignale für das Betätigen des Motors auf. Die Leiterplatte 30 weist ebenfalls eine elektronische Schaltung 32 für das Auswerten der Signale vom Rotationsdetektor 10 und für das Steuern des Motors 20 als Reaktion auf die Signale vom Rotationsdetektor und die Eingangssteuersignale auf. Die Steuersignale können einfache Ein/Aus-Signale sein, oder sie können komplizierter sein, was das Spezifizieren des aufrecht zu erhaltenden Zustandes umfaßt, beispielsweise der Drehzahl oder Position. In der gezeigten Ausführung weist der Motor Buchsenklemmen (nicht sichtbar) auf und die Leiterplatte 30 weist Steckerklemmen 31 für einen Eingriff mit den Buchsenklemmen des Motors auf. Die Steckerklemmen 31 liefern ebenfalls eine Positionierungshilfe und Traghilfe, obgleich bei den meisten Anwendungen eine zusätzliche Halterung für das Halten des Motors 20 am Flußring 17 und/oder der Leiterplatte 30 erforderlich wäre, um eine zufällige Verschiebung des Motors mit Bezugnahme auf die Leiterplatte infolge einer Schwingung, Stößen, usw. zu verhindern.
Während ein Motor mit flachen Seiten gezeigt wird, kann der Viertelmantelflußring bei einem runden Motor verwendet werden, wobei man darauf achten muß, daß die richtige Ausrichtung des Flußringes mit den Polen des Stators gesichert wird.
Die Ausführung in 7 verzichtet auf den separaten Flußring und benutzt das Motorgehäuse 22 als die Magnetflußleiteinrichtung. Das Gehäuse 22, das eine Ausführung mit flachen Seiten ist, wird in zwei Hälften 25, 26 hergestellt und ist umgangssprachlich als ein Muschelschalengehäuse bekannt. Die zwei Hälften 25, 26 werden durch Schwalbenschwanzzinkungsverbindungen 27 miteinander verbunden. Die Verbindungen 27 sind längs der geradlinigen Seiten des Gehäuses ausgebildet und zwischen dem Paar der Magneten 23 angeordnet, die den Stator bilden. Jede Hälfte nimmt einen einzelnen bogenförmigen Magneten auf.
Eine der Verbindungen weist einen geraden Finger 28 an der ersten Hälfte 25 auf, der in einer Aussparung 29 in der anderen Hälfte 26 aufgenommen wird. Um diesen Finger 28 wird die Induktionsspule 11 gewickelt oder angeordnet, um Veränderungen im Magnetfeld zu überwachen, während sich der Rotor dreht. Während die Spule 11 auf einen Spulenkörper gewickelt sein kann, was dabei helfen würde, die Spulenklemmen 12 zu halten, ist sie vorzugsweise in Epoxid oder Harz eingekapselt, wodurch eine robuste, stabile und isolierte Spule mit minimalen Abmessungen bereitgestellt wird.
Als eine Alternative könnte das Motorgehäuse ein tiefgezogener Zylinder sein, wobei der Finger ein ausgeschnittener und erhabener Abschnitt ist, der mit der Spule versehen und gebogen oder in die Aussparung zurück verformt wird, die durch die Bildung des Fingers gebildet wird, wobei das distale Ende des Fingers an den Rand der Aussparung anstößt oder dicht angrenzend daran ist, aus der er herausgeschnitten wurde, um den Widerstand des Flußweges durch den Finger zu minimieren.
Während verschiedene bevorzugte Ausführungen beschrieben wurden, wird von den Fachleuten erkannt, daß Abwandlungen und Veränderungen bei den beschriebenen Ausführungen vorgenommen werden können, ohne daß man von der Erfindung abweicht, wie sie durch die als Anhang beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Claims

Gleichstrommotor, der aufweist: ein Gehäuse (22); einen Dauermagnetstator (23), der innerhalb des Gehäuses (22) aufgenommen wird; und einen Rotationsdetektor (10), wobei der Detektor aufweist: eine Magnetflußleiteinrichtung (15, 16, 17, 28) und eine Detektorspule (11), die um die Magnetflußleiteinrichtung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspule (11) um die Magnetflußleiteinrichtung (15, 16, 17, 28) so angeordnet ist, daß der Fluß, der zwischen den Magnetpolen des Stators fließt, durch die Detektorspule fließt, wodurch ein elektrisches Signal in der Detektorspule (11) durch Veränderungen im Magnetfluß des Motors erzeugt wird.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetflußleiteinrichtung (28) mindestens ein Teil des Gehäuses (25, 26) des Motors ist.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetflußleiteinrichtung (15, 16, 17) mit dem Gehäuse (22) des Motors in Eingriff kommt.
Gleichstrommotor nach Anspruch 3 in Verbindung mit einer Leiterplatte (30), wobei die Magnetflußleiteinrichtung (17) auf der Leiterplatte (30) angebracht wird und die Leiterplatte (30) Steckerklemmen (31) aufweist, die mit Buchsenlemmen des Motors (20) in Eingriff kommen.
Gleichstrommotor nach Anspruch 4, bei dem die Leiterplatte (30) eine Schaltung (32) für das Auswerten der Signale von der Spule (11) und für das Steuern des Motors (20) als Reaktion auf jene Signale aufweist.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1, bei dem die Magnetflußleiteinrichtung (15, 16, 17) ein Flußring ist, der am Motorgehäuse angebracht wird.
Gleichstrommotor nach Anspruch 6, bei dem der Flußring (15, 16, 17) einen abgestuften Abschnitt (18) aufweist, um die Spulenwicklungen aufzunehmen.