WO2009015496A1 - Elektromotor mit rotorpositionssensoranordnung - Google Patents

Abstract

Ein Elektromotor enthält einen Rotorpositionssensor mit Magnetfeldsensor (10), eine Rotoranordnung (2, 3) koaxial angeordnet zu einer Statoranordnung (1, 4, 5). Die Rotoranordnung weist einen Rotor (2) auf, wobei an dessen Umfang Permanentmagnete (3) angeordnet sind wechselnden Magnetpolen (N, S). Die Statoranordnung (1, 4, 5) enthält einen Statoranker (1 ) an dem längliche Pole (5) ausgebildet sind, mit beidseitigen Polenden (5'), die jeweils eine Statorwicklung (4) tragen, die entlang des Pols (5) einen geradlinigen Längsabschnitt (4') bildet und an den Enden der Pole (5) Abschlussenden (4") bildet, die das jeweilige Polende (5') überragt. In Richtung der Motorachse (20) von den Permanentmagneten (3) beabstandet ist ein Magnetfeldsensor (10) ortsfest in Bezug zur Statoranordnung (1, 4, 5) positioniert angeordnet zur Magnetfelderfassung, das sich bei Drehung des Rotors (2) entsprechend der jeweils verändernden Lage der Permanentmagnete (3) verändert, wobei zwischen zumindest einem Abschlussende (4") und dem Magnetfeldsensor (10) ein Abschirmelement (12), zur Abschirmung des Magnetfeldes, das in der Statorwicklung (4) erzeugbar ist, angeordnet ist.

Description

Elektromotor mit Rotorpositionssensoranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit mindestens einem Rotorpositionssensor mit einem Magnetfeldsensor nach dem Oberbegriff des Anspru- ches 1.

Der Erfindungsgegenstand befasst sich mit einer Anordnung mit einem Rotorpositionssensor zur Erfassung der Lage bzw. des Drehwinkels einer Welle eines Elek- tromotores. Solche Rotorpositionssensoren werden insbesondere benötigt zur ge- nauen Steurung des Drehfeldes bei elektronisch kommutierten Elektromotoren bei sehr geringer Trägheit des Stellverhaltens. Dies ist besonders wichtig bei Antrieben im Anwendungsbereich von Kraftfahrzeugen und dort vor allem bei Servolenkungen und bei Lenkungen mit variabler Drehzahlüberlagerung. Hierbei werden an die motorischen Antriebe besonders hohe Anforderungen ge- stellt. Wegen der erforderlichen sehr kompakten Bauformen und hohen geforderten Antriebsleistungen werden bei Elektromotoren entsprechend hohe Präzision und Geschwindigkeit bei der Positionierung bei hohem Wirkungsgrad benötigt. Ausserdem müssen bei derartigen Massenprodukten in der Automobilindustrie die Herstellkosten entsprechend tief sein, was eine hohe Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung eines solchen Antriebes erforderlich macht.

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Messung eine Rotorposition an Wellen bereits auf vielfältige Art und Weise realisiert worden. Es ist beispielsweise bekannt mit optischen Methoden, wie mir Durchgangslichtschranken oder reflekti- ven Anordnungen, die Position einer drehenden Welle zu erfassen. Wegen der Hohen Anforderungen an die Luftreinheit, einschliesslich allfälliger Kondenswas- serbildungen, innerhalb des Systems, sind optische Abtastmethoden jedoch weniger gut geeignet für den Einsatz im Fahrzeugbau und verursachen einen hohen Aufwand. Weitere bekannte Methoden verwenden die Erfassung der Änderung eines Magnetfeldes. Oft werden hierzu kleine Magnete an der rotierenden Welle befestigt und die beim Durchlauf an einem Stationär angeordnete Magnetfeldsensor die Magnetfeldänderung erfasst und daraus die Position bestimmt. Magnetfei- dänderungen werden in bekannter Weise, beispielsweise mit Spulen erfasst oder mit Magnetfeld empfindlichen Halbleiterelementen, wie mit Hallgeneratoren. In gewissen Fällen werden auch Elektrische Betriebswerte der Elektromotoren direkt erfasst und ausgewertet oder auch zusammen mit Messsignalen von vorerwähn- ten Sensoren ausgewertet. Die entsprechenden Methoden werden abhängig von der Anwendung und der erforderlichen Genauigkeiten entsprechend gewählt. Die erforderlichen zusätzlichen Elemente benötigen jedoch zusätzlichen Bauraum.

Ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Ermittlung der Winkellage ei- nes Rotors eines Elektromotors ist beispielsweise aus der EP 0 862 184 B1. Der Rotor enthält eine magnetische Einrichtung, wie Permanentmagnete, welcher in axialer Richtung den Stator des Motors überragt, so dass dort radial beabstandet von den rotierenden Permanentmagneten mit einem Hallsensor das Feld der Permanentmagnete abgefühlt werden kann, wobei ein magnetischer Abschir- maufbau vorgesehen ist, der einen Teil des die Abfühleinrichtung und die magnetische Einrichtung enthaltenden Manetkreises bilden. Hier wird vorgeschlagen, das Rotormagnetfeld zur Detektierung zu verwenden. Allerdings ist der Aufbau der Anordnung mit der Ausbildung des magnetischen Messkreises aufwendig und die Elektromotoranordnung wird dadurch in den Abmessungen, insbesondere in Be- zug auf den Durchmesser der Einrichtung, vergrössert. Ausserdem ist diese Art Ausbildung eines magnetischen Messkreises mit Einbindung des Sensors in das Abschirmelement empfindlich in Bezug auf Toleranzen der Anordnung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Nachteile des vorerwähn- ten Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, einen Elektromotor mit mindestens einem Rotorpositionssensor mit einem Magnetfeldsensor zu realisieren, welcher kompakt aufgebaut ist und bei welchem ein Positionssignal mit geringer Verfälschung durch Störmagnetfelder erzeugt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Elektromotor eine Rotoranordnung enthält, die koaxial angeordnet ist zu einer Statoranordnung mit einer gemeinsamen zentralen Motorachse, wobei die Rotoranordnung einen Rotor aufweist an dessen Umfang Permanentmagnete angeordnet sind mit am äusseren Umfang wechselnden Magnetpolen und dass mindestens ein Rotorpositionssensor mit einem Magnetfeldsensor vorgesehen ist. Die Statoranordnung enthält einen ein- oder mehrteiligen Statoranker an dem längliche Pole ausgebildet sind, die beidseits Polenden aufweisen, wobei diese Pole jeweils eine Statorwicklung tragen , die entlang des Poles einen geradlinigen Längsabschnitt bildet und an den Enden der Pole Abschlussenden bildet, die das jeweilige Polende überragt. Die Abschlussenden überragen die Permanentmagnete in Richtung der Motorachse beidseitig. In Richtung der Motorachse ist, von den ringförmig angeordneten Permanentmagnete beabstandet, ein Magnetfeldsensor ortsfest in Bezug zur Statoranordnung positioniert angeordnet zur Erfassung des Magnetfeldes, das sich bei Drehung des Rotors um seine Motorachse entsprechend der jeweils verändernden Lage der Permanentmagnete verändert. Zwischen zumindest einem Abschlussende und dem Magnetfeldsensor ist ein Abschirmelement zur Abschirmung des Magnetfeldes, das in der Statorwicklung erzeugbar ist, angeordnet.

Dank dieser Anordnung ist eine wesentliche Unterdrückung von nicht erwünschten Magnetfeldeinflüssen aus den Polwicklungen der Statoranordnung möglich und es kann das Nutzsignal des Magnetfeldsensors, vorzugsweise ein Halleffektsensor, wesentlich erhöht werden. Durch das verbesserte Signal-Rauschverhältnis wird eine zuverlässigere Signalerfassung mit höherer Messpräzision ermöglicht und die Signalverarbeitung vereinfacht. Ausserdem ist durch den einfachen Aufbau eine kompakte Motoranordnung realisierbar, die kaum grösser ist, wenn nicht sogar gleich gross ist, als ohne diese Rotorpositionssensoranordnung.

Mindestens ein Magnetfeldsensor ist hierbei in Richtung der Motorachse zwischen den Abschlussenden und den Permanentmagneten ortsfest, gegenüber der Statoranordnung, fixiert angeordnet. Der Magnetfeldsensor ist mit Vorteil ein Magnet- feldempfindliches Halbleiterbauelement, wie eine Feldplatte oder vorzugsweise ein Hallgenerator. Es ist in gewissen Fällen auch möglich andere Magnetfeldsensoren, wie beispielsweise Spulen oder einen magnetoresistiven Sensor zu verwenden. Dabei ist bei Anwendung mehrer Sensoren auch eine gemischte Anwendung von Sensoren, die auf verschiedenen Messprinzipien basieren, mit Vorteil möglich. Der Magnetfeldsensor kann an einem Sensorträger montiert werden und wird von diesem Sensorträger im Wirkungsbereich des Magnetfeldes stirnseitig der Permanentmagnete positioniert. Der Sensorträger selbst wird, beispielsweise am Gehäuse des Elektromotors fixiert und die Signale über elektrische Leitungen nach aussen geführt an eine Elektronik zur weiteren Verarbeitung. Hierbei wird der Sensorträger mit Vorteil derart ausgelegt, dass er keine das Magnetfeld beeinflussende Werkstoffe enthält, wodurch das Magnetfeld ungünstig beeinflusst bzw. gestört würde. Das Abschirmelement zwischen einem oder mehreren Abschlussenden einer oder mehrerer Statorwicklungen ist nicht Teil des magnetischen Mess- kreises im Bereich des Magnetfeldsensors und der Permanentmagnete des Rotors, was zur Vereinfachung der Anordnung führt. Insbesondere müssen die Lagetoleranzen der Abschirmung zum Sensor und zu den Permanentmagneten nicht so eng ausgelegt sein, wie es im Falle der Anordnung des Abschirmelements, das gleichzeitig zur Ausbildung des magnetischen Kreises mit den rotierenden Perma- nentmagneten notwendig wäre. Der Magnetfeldsensor ist magnetisch gewisser- massen frei im Raum angeordnet und im magnetischen Feld des Messkreises befindet sich mit Vorzug kein weiteres beeinflussendes hochpermeables Material, ausser der Permanentmagnete, und nur noch die notwendigen Luftspalte zur Be- abstandung vom drehenden Rotor. Der Sensorträger ist mit Vorteil als Leiterplatte ausgebildet. Vorzugsweise trägt diese auch zusätzliche Signalaufbereitungselektronik für den Magnetfeldsensor. Dadurch kann das empfindliche Signal nahe am Magnetfeldsensor direkt abgenommen und aufgearbeitet werden, um ein gutes Signal- Rauschverhältnis und eine kompakte Anordnung zu erhalten.

Diese Anordnung ist besonders gut geeignet für elektronisch kommutierte, wie bürstenlose Elektromotore. Hierbei wird die Anordnung mit dem Rotorpositionssensor benutzt, um das Drehfeld der Wicklungen präzise und trägheitslos ansteu- ern und regeln zu können. Derartige reaktionsschnelle und präzise Antriebe sind besonders geeignet für Servolenkungen und / oder für Lenkungen mit variabler Drehzahlüberlagerung bei Kraftfahrzeugen. Der modulartige Aufbau der Struktur lässt zusätzlich eine einfache Handhabung und Montage zu.

Ganz generell kann diese Rotorpositionssensoranordnung auch für weitere Anwendungen als für die vorerwähnte Motorsteuerung eingesetzt werden. Die Anwendung dieser Rotorpositionssensoranordnung ist beispielsweise auch in Motorbauarten bei Kommutierung mit Bürsten möglich. Der Sensor kann beispielsweise auch zur Bestimmung eines Lenkwinkels bei Kraftfahrzeuglenkungen, oder auch zur Erhöhung der Auflösung durch grobe Messung an anderer Stelle, z.B. Stellung der Zahnstange, Drehlage des Steuerungsritzels, Drehlage des Steuerrades bzw. Drehlage des Abtriebs der Überlagerungseinrichtung, etc. benutzt werden. Weiter können mindestens zwei Rotorpositionssensoren, beispielsweise einer im Servo- lenkungs - Hilfskraftmotor und ein zweiter im Hilfsantrieb für die Überlagerungseinrichtung zur Messung kombiniert werden. Es ist dann bei solchen Anwendungen, je nach Anforderung möglich auch andere Bauarten von Sensoren zu verwenden oder zu kombinieren.

Die Erfindung wird nun nachfolgend beispielsweise und mit schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 In dreidimensionaler Darstellung ein Elektromotor mit Gehäuse in zusammengebautem Zustand mit Blick auf eine Stirnseite mit daran angeordneter, von Aussen zugänglichen Sensoranordnung,

Fig. 2 in dreidimensionaler Anordnung ein Elektromotor gemäss der Figur

1 , ohne Gehäuse mit Blick auf die Sensoranordnung und den Stator mit den Wicklungen,

Fig. 3 eine Ansicht des Elektromotors von der Stirnseite mit der von Aussen zugänglichen Sensoranordnung, Fig. 4 ein Permanentmagnet erregter Elektromotor im Querschnitt B-B der

Figur 3 mit Schnitt durch den Sensor einer Sensoranordnung,

Fig. 5 ein Permanentmagnet erregter Elektromotor im Querschnitt A-A der

Figur 3 mit einer um den Winkel α in Rotationsrichtung verdrehten Schnittdarstellung,

Fig. 6 in dreidimensionaler Darstellung ein weiteres Beispiel eines Elektro- motors mit stirnseitiger Verdrahtungsanordnung der Statorwicklungen in Form eines geschirmten Kontaktringes und mit zwei Sensorträgern mit Magnetfeldsensoren,

Fig. 7 in dreidimensionaler Darstellung ein Elektromotor entsprechend der Figur 7, mit stirnseitiger Verdrahtungsanordnung der Statorwicklungen in Form eines teilweise geschirmten Kontaktringes mit einem Sensorträger mit Magnetfeldsensor, wobei der Sensor in Richtung zur Motorachse auf dem Sensorträger angeordnet ist,

Fig. 8 in dreidimensionaler Darstellung eine Motor-Baugruppe ohne Sensor und Sensorträger gemäss den Fig. 6 und 7 mit auseinander gezogenen Komponenten.

Ein Elektromotor gemäss der Erfindung und wie in den Figuren 3 und 4 im Querschnitt dargestellt, enthält mindestens eine einzelne Anordnung für einen Rotorpositionssensor mit einem Magnetfeldsensor 10, eine Rotoranordnung 2, 3 koaxial angeordnet zu einer Statoranordnung 1 , 4, 5 mit einer gemeinsamen zentralen Motorachse 20. Die Rotoranordnung weist einen Rotor 2 auf, der in Rotorlagern 7, T um die Motorachse 20 drehbar gelagert ist, wobei an dessen Umfang Permanentmagnete 3 angeordnet sind mit am äusseren Umfang wechselnden Magnetpolen N, S. Die Statoranordnung 1 , 4, 5 enthält einen ein- oder mehrteiligen Sta- toranker 1 an dem längliche Pole 5 ausgebildet sind, wobei diese beidseitig Polenden 5' aufweisen, und diese Pole 5 jeweils eine Statorwicklung 4 tragen , die entlang des Pols 5 einen geradlinigen Längsabschnitt 4' bildet und an den Enden der Pole 5 Abschlussenden 4" bildet, die das jeweilige Polende 5' überragen. Die Abschlussenden 4" überragen die Permanentmagnete 3 in Richtung der Motorachse 20 beidseitig. Üblicherweise sind die Pole 5 und die Permanentmagnete 3 etwa gleich lang, um günstige magnetische Kraftverhältnisse zu erzielen. Die Permanentmagnete 3 mit ihren wechselnden Polen N, S sind gegenüber den Polen 5 des Stators in bekannter Weise mit einem kleinen Luftspalt beabstandet , so dass der Rotor 2 beim rotieren die Pole 5 des Stators nicht berühren. In Richtung der Motorachse 20 von den ringförmig angeordneten Permanentmagnete 3 beabstandet ist ein Magnetfeldsensor 10 ortsfest in Bezug zur Statoranordnung 1 , 4, 5 positioniert angeordnet zur Erfassung des Magnetfeldes, das sich bei Drehung des Rotors 2 um seine Motorachse 20 entsprechend der jeweils verändernden Lage der Permanentmagnete 3 verändert, wobei zwischen zumindest einem Abschlussende 4" und dem Magnetfeldsensor 10 ein Abschirmelement 12, zur Abschirmung des Magnetfeldes, das in der Statorwicklung 4 erzeugbar ist, angeordnet ist.

Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, ist der Magnetfeldsensor 10 in Richtung der Motorachse zwischen den Enden oder Stirnseiten der Permanentmagnete 3 des Rotors 5 und den Abschlussenden 4" der Motorwicklungen angeordnet, also nicht ausserhalb der Abschlussenden 4" angeordnet. Wenn der Magnetfeldsensor 10 möglichst nahe an der Stirnseite der Permanentmagnete 3 positioniert ist, so dass er den drehenden Rotor 5 aber nicht berührt, wird die Signalausbeute entsprechend grösser. Die Abschlussenden 4" der Motorwicklungen erzeugen ein streuendes Magnetfeld, welches durch ein Abschirmelement 12 möglichst gut vom Magnetfeldsensor 10 fern gehalten wird. Das Arbschirmelement 12 ist zwischen dem Magnetfeldsensor 10 und dem mindestens einen Abschlussende 4" angeordnet, vorzugsweise derart, dass das Abschirmelement 12 zwischen mindestens einem Abschlussende 4" und dem Magnetfeldsensor 10 derart angeordnet ist, dass das Abschlussende 4" mindestens für einen kegelförmigen Winkelbereich der vom Magnetfeldsensor 10 ausgeht, zwei der Längsabschnitte 4' der Statorwicklung 4 einschliessend, überdeckt ist. Das Abschirmelement 12 überdeckt durch seine Anordnung zwischen Magnetfeldsensor 10 und Abschlussenden 4" den Magnetfeldsensor 10 in einem kegelförmigen Bereich, welcher durch mindestens den Winkel, der zwischen zwei Längsabschnitten 4' einer Wicklung in radialer Richtung zur Motorachse 20, und somit vom Magnetfeldsensor 10 ausgehend, aufgespannt wird. Die Abschlussenden 4" werden somit vom Magnetfeldsensor 10 aus gesehen durch das Abschirmelement 12 zumindest teilweise verdeckt.

Das Abschirmelement 12 ist aus einem ferro- oder ferrimagnetischen Werkstoff gefertigt, das beispielsweise einen der Werkstoffe Eisen, Nickel oder einen der Ferrite enthält oder Kombinationen davon. Um entsprechende Kurzschlussverluste, abhängig von der Höhe der Betriebsfrequenz zu verringern können Blechpakete oder die erwähnten Ferritmaterialien eingesetzt werden. Es können auch Blechpakete, die als Verbundmaterial mit dazwischen liegender Kunststoffolie, wie das Produkt Bondal®, eingesetzt werden, welche zusätzlich schalldämmende Wirkung ermöglichen. Es ist je nach Form und Ausbildung des Abschirmelementes darauf zu achten, dass unerwünschte Induktionsverluste vermieden werden, beispielsweise durch Einbau von Luftspalten, wie Schlitzen. Dies ist ins- besondere dann zu beachten wenn das Abschirmelement 12 nicht nur plattenför- mig ausgebildet ist, sondern wenn es beispielsweise um die Abschlussenden 4" mindestens teilweise herumgeführt wird, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, oder gar Ringförmig um alle Abschlussenden 4" der Statorwicklungen geführt wird, wie dies beispielsweise in den Figuren 6 bis 8 dargestellt ist. Derartige Ab- schirmelemente 12 können auch direkt als Beschichtung auf Abschlussenden 4" aufgespritzt werden, beispielsweise als Kunststoff mit eingebetteten Magnetwerk- stoffteilchen. In diesem Fall ist das Abschirmelement 12 integral mit dem bzw. den Abschlussenden 4" ausgebildet.

Es ist wichtig, dass im Bereich des Magnetfeldsensors 10, bzw. in dessen Beeinflussungsbereich möglichst kein störender magnetischer oder magnetisierbarer Werkstoff vorhanden ist. Der Magnetfeldsensor 10 wird mit Vorteil auf einem Sensorträger 11 angeordnet der selbst ebenfalls möglichst Magnetfeldneutral ausgebildet ist. Der Sensorträger 11 ermöglicht eine einfache Montage und Positionierung des Magnetfeldsensors 10 im Elektromotor an der gewünschten Stelle nahe der Stirnseite der Permanentmagnete 3. Am Sensorträger 11 sind elektri- sehe Anschlüsse 13 vorhanden mit denen das Sensorsignal herausgeführt wird. Es ist von Vorteil, wenn der Sensorträger selbst als Leiterplatte ausgebildet wird. Auf dieser Leiterplatte können auch unmittelbar elektronische Schaltungen angeordnet werden, wie Impedanzwandler und Verstärker oder gar Microprozessorschaltungen, zur Signalaufbereitung. Hiermit ist es möglich unmittelbar beim Ma- gnetfeldsensor das empfindliche Signal abzugreifen und damit weitere, beispielsweise elektrische, Störeinflüsse gering zu halten.

Die Figur 4 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors mit bevorzugt elektronischer Kommutierung im Schnitt durch den Magnetfeldsensor 10 mit einem hau- benförmig um ein Abschlussende 4" einer Motorwicklung angeordneten Abschirmelement 12. Der Magnetfeldsensor 10 wird durch den Sensorträger 11 bezüglich magnetischen Fremdeinflüssen gewissermassen frei schwebend und davon entfernt an den zu messenden Wirkungsort positioniert, nahe an der Stirnseite der Permanentmagnete. In der Figur 4 ist der Schnitt durch den Magnetfeldsensor 10 gelegt, sowie durch den Statoranker 1 mit einem daran ausgebildeten Pol 5 mit den Polenden 5' und mit entsprechend mit B-B bezeichnet in der Ansicht der Figur 3. Der Magnetfeldsensor 10 ist nur wenig beabstandet zur Stirnseite der Permanenmagnete 3 angeordnet und etwa mittig dazu positioniert und auch vom Abschirmelement 12 hinreichend beabstandet. Es ist von Vorteil wenn das Abschir- melement 12 möglichst nahe bei den Abschlussenden 4" und weiter vom Magnetfeldsensor 10 beabstandet angeordnet ist. Das Abschirmelement 12 sollte mit dem Statoranker 1 und den Polen 5 möglichst keine störende magnetische Wechselwirkung aufweisen, vorzugsweise den Statoranker 1 und / oder die Pole 5 nicht berühren. Bei der praktischen Ausbildung wird die Positionierung des Magnetfeld- sensors 10 derart gewählt, dass das stärkste Signal bei bester Signalqualität erzielt wird. Der Magnetfeldsensor muss somit nicht mittig liegen zu den Stirnseiten der Permanentmagnete 3, wie in Figur 4 beispielsweise gezeigt, sondern innerhalb der stirnseitigen radialen Ausdehnung der Permanentmagnete 3. In der Figur 5 ist ein weiterer Querschnitt, entsprechend der Figur 4, aber um den Winkel α verdreht dargestellt, wie in der Ansicht der Figur 3 unter A-A bezeichnet gezeigt. Der Schnitt geht hierbei zwischen zwei Statorwicklungen 4 hindurch, welche dadurch von der Seite her ersichtlich sind mit ihrem geradlinigen Längsabschnitt der innerhalb eines länglichen Spaltes zwischen den Polen 5 des Stators 1 , 5 angeordnet ist und den beidseitig überstehenden Abschlussenden 4". Die Abschlussenden 4" bilden beispielsweise Bogenteile der Wicklungen, wie dies in be- kannterweise entsteht, wenn mehrere Windungen als Wicklung um einzelne Pole 5 geführt werden, wie dies in den Figuren 1 bis 5 dargestellt ist. In gewissen Fällen können einzelne Drähte oder Drahtpakete auch aufgeschnitten und herausgeführt werden zur zusätzlichen Verwendung, wenn dies erforderlich ist, beispielsweise für Verschachtelungen, und führen dann nicht unmittelbar in einem Bogen zurück. Es können dann beispielsweise eines oder mehrere Abschlussenden 4" durch ein Bogenteil der Statorwicklung 4 gebildet werden.

Zur Erzeugung eines Drehfeldes zum Antrieb des Rotors 2 sind, in bekannter Weise, mehrere Wicklungen mit den Anschlüssen 6 notwendig, die entsprechend aufgeteilt am Stator 1 , 5 angeordnet werden. Oft werden drei Phasenanordnungen verwendet in Stern- oder Dreieckbeschaltung.

Der Elektromotor ist beispielsweise von einem Gehäuse 8 umgeben und stirnseitig von Gehäusedeckel 9, 9' abgeschlossen, welche auch direkt als Lagerdeckel ausgebildet sind, die die Lager 7, 7' tragen, wie dies in den Figuren 1 bis 5 in verschiedenen Ansichten gezeigt ist. Es ist von Vorteil wenn der Sensorträger 11 und das Abschirmelement 12 als Bauteile ausgebildet werden, die leicht zugänglich stirnseitig am Elektromotor angebracht sind und auch leicht entfernt oder dort justiert werden können, wie dies in einem bevorzugten Beispiel in den Figuren 1 bis 5 dargestellt ist. In der Figur 2 ist der Elektromotor ohne Motorgehäuse 8 im Detail dargestellt und es ist ersichtlich, wie der Sensorträger 11 direkt am Gehäusedek- kel fixiert ist und das Abschirmelement 12 haubenförmig Abschlussenden 4", bzw. Wicklungsbogenteile 4", umschliesst, hier zwei bis drei Abschlussenden 4" gemeinsam. Der Sensorträger kann dann einfach achsparallel eingeschoben und fixiert werden. Es ist vorteilhaft wenn der Sensorträger 11 , die eine Rotorpositionseinheit bildet, die Abschlussenden 4" nicht überragt.

Die Statorwicklungen 4 können auf einer Stirnseite mit Verbindungsleitungen 14, 15, 16, 17 versehen werden, wie dies beispielsweise in den Figuren 6 bis 8 dargestellt ist. Diese Verbindungsleitungen 14, 15, 16, 17 verbinden die Wicklungen zu einer mehrphasigen Wicklungsanordnung. In den Figuren ist eine dreiphasige Anordnung mit drei Phasenanschlüssen 14, 15, 16 und einem Sternpunktanschluss 17 dargestellt. Die Verbindungsleitungen 14, 15, 16, 17 werden, wie in der Figur 8 gezeigt mit Vorteil als plattenförmige Leiterelemente ausgebildet und gegeneinander isoliert zu einem Kontaktring 30 zusammengefügt. Es ist auf einfache Weise möglich die Drähte der Statorwicklungen 4 mit den zugehörigen Verbindungsleitungen, bzw. Verbindungsplatten elektrisch zu kontaktieren, wie beispielsweise durch klemmen, verschweissen oder löten. Es ist auch möglich und vorteilhaft alle Statorwicklungen 4 oder Teile davon in einem Durchgang zu wickeln und nach dem Wickelvorgang bei den Abschlussenden Drähte derart aufzutrennen und über diese Verbindungsleitungen 14, 15, 16, 17 zu verdrahten, dass die gewünschte Beschaltung erzielt wird. Die elektrischen Anschlüsse 6 für den Betrieb des Motors können ebenfalls mit Vorteil über diesen Kontaktring 30 herausgeführt werden. Eine derartige Anordnung eines Kontaktringes ist in der Patentanmeldung WO 2007/01227 A1 desselben Anmelders beschrieben. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit zum integrierenden Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt. Eine Kombination dieser Kontaktringanordnung mit der zuvor beschriebenen Anordnung für einen Rotorpositionssensor ermöglicht eine besonders kom- pakte und wirtschaftliche Elektromotoranordnung, insbesondere für elektronisch kommutierte Motoren.

Der Kontaktring wird vom Strom, der Wicklungen 4 speist, durchflössen und erzeugt dadurch auch um den Kontaktring ein Magnetfeld das störend auf einen in der Nähe angeordneten Magnetfeldsensor 10 wirken kann. Die Abschlussenden 4" der Statorwicklungen 4 und / oder die Kontaktringanordnung 30 müssen entsprechend magnetisch abgeschirmt werden, wie zuvor beschrieben worden ist. Es werden mit Vorteil der Magnetfeldsensors 10 mit mindestens einem Abschirmele- ment 12 sowohl von Abschlussenden 4", wie auch mindestens von Teilen des Kontaktringes 30 vor störenden Magnetfeldern geschützt. Ein Beispiel, wie ein Kontaktring 30 mit einem Abschirmelement 12 abgeschirmt werden kann ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Hier ist beispielsweise ein Kontaktring 30' dargestellt, der mit einer magnetischen Abschirmung 12 ringförmig ummantelt, beispielsweise umspritzt, ist. Bei dieser Ausführung ist wiederum darauf zu achten, dass die Um- mantelung nicht zu unerwünschten Nebenschlüssen führen, indem beispielsweise quer oder längs Luftspalte vorgesehen werden oder Ferrite verwendet werden. Es ist auch möglich nur Teilbereiche abzuschirmen. Abschirmelemente 12 können als separate oder als kombinierte Bauteile ausgebildet werden, sowohl für die Abschirmung des Kontaktringes 30 und / oder Abschlusselemente 4" von Stator- wicklungen4.

In der Figur 6 ist schematisch und als Beispiel eine Anordnung dargestellt mit einem Kontaktring der mindestens teilweise von einem Abschirmelement 12 um- mantelt ist und mit zwei Sensorträgern 11 an verschiedenen Positionen angeordnet mit radial gegen Aussen positionierten Magnetfeldsensoren. In der Figur 7 ist eine Anordnung gezeigt mit radial in Richtung der Motorachse positionierten Magnetfeldsensor 10. Es ist auch ohne weiteres möglich den Kontaktring vollständig mit einem Abschirmelement 12, das bevorzugt in Umfangsrichtung geteilt ausge- bildet ist, zu ummanteln. Ein derartiges teilweises oder vollständig ummantelndes Abschirmelement 12 kann beispielsweise spritztechnisch mit der Isolierung der Kontaktringe integriert in einem Arbeitsgang hergestellt werden.

Die Erfindung ermöglicht einen sehr einfachen und kompakten Aufbau, der äu- sserst wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromotor mit mindestens einem Rotorpositionssensor mit einem Magnetfeldsensor (10) enthaltend eine Rotoranordnung (2, 3) koaxial angeord- net zu einer Statoranordnung (1 , 4, 5) mit einer gemeinsamen zentralen Motorachse (20), wobei die Rotoranordnung einen Rotor (2) aufweist an dessen Umfang Permanentmagnete (3) angeordnet sind mit am äusseren Umfang wechselnden Magnetpolen, wobei die Statoranordnung (1 , 4, 5) einen ein- oder mehrteiligen Statoranker (1) aufweist, an dem längliche Pole (5) ausge- bildet sind, die beidseits Polenden (5') aufweisen, wobei diese Pole (5) jeweils eine Statorwicklung (4) tragen , die entlang des Poles (5) einen geradlinigen Längsabschnitt (4') bildet und an den Enden der Pole (5) Abschlussenden (4") bildet, die das jeweilige Polende (5') überragt, wobei die Abschlussenden (4") die Permanentmagnete (3) in Richtung der Motorachse (20) beidseitig überragen und dass in Richtung der Motorachse (20) von den ringförmig angeordneten Permanentmagnete (3) beabstandet ein Magnetfeldsensor (10) ortsfest in Bezug zur Statoranordnung (1 , 4, 5) positioniert angeordnet ist zur Erfassung des Magnetfeldes, das sich bei Drehung des Rotors (2) um seine Motorachse (20) entsprechend der jeweils verändernden Lage der Permanentmagnete (3) verändert, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Abschlussende (4") und dem Magnetfeldsensor (10) ein Abschirmelement (12), zur Abschirmung des Magnetfeldes, das in der Statorwicklung (4) erzeugbar ist, angeordnet ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldsensor (10), in Richtung der Motorachse (20) zwischen den Permanentmagneten und den Abschlussenden (4") angeordnet ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ei- nes oder mehrere Abschlussenden (4") durch ein Bogenteil der Statorwicklung (4) gebildet ist.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere Abschlussenden (4") eine oder mehrere Verbindungsleitungen (14, 15, 16, 17) aufweisen, die vorzugsweise als Kontaktplatten ausgebildet sind und vorzugsweise einen Kontaktring (30, 30') bil- den.

5. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (12) integral mit dem bzw. den Abschlussenden 4" ausgebildet ist.

6. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (12) zwischen mindestens einem Abschlussende (4") und dem Magnetfeldsensor (10) derart angeordnet ist, dass das Abschlussende (4") für mindestens den Winkelbereich vom Magnetfeld- sensor ausgehend überdeckt ist, der durch zwei der Längsabschnitte (4') der

Statorwicklung (4) aufgespannt ist.

7. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (12) mindestens ein Abschlussende (4") mindestens teilweise umschliesst.

8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (12) haubenförmig ausgebildet ist.

9. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (10) an einem Sensorträger (11) montiert ist und von diesem Sensorträger (11 ) im Wirkungsbereich des Magnetfeldes stirnseitig der Permanentmagnete angeordnet ist.

10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (11) keine Magnetfeld beeinflussende Werkstoffe enthält.

11. Elektromotor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (11) eine Leiterplatte ist und vorzugsweise eine zusätzliche Signalaufbereitungselektronik für den Magnetfeldsensor (10) trägt.

12. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (10) eine Halbleiterbauelement ist, wie eine Feldplatte oder vorzugsweise ein Hallgenerator.

13. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Antriebseinheit einer Lenkhilfeanordnung und / oder einer Überlagerungslenkung mit variablem Übersetzungsverhältnis für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist.