DE3726413C2 - - Google Patents
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch kommutierten
Gleichstrommotor mit einer Fixiereinrichtung zum Festlegen sei
ner Permanentmagnete gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren, oft auch als kol
lektorlose Gleichstrommotoren bezeichnet, sind allgemein be
kannt. Gewöhnlich bildet ein mehrteiliger Permanentmagnet den
Rotor und der Stator weist eine entsprechende Anzahl von Pol
schenkeln auf, die Motorwicklungen tragen. Der Motor kann als
Innen- oder Außenläufer ausgebildet sein, in jedem Fall besitzt
er einen feststehenden Rotorpositionsdetektor. Dieser ist zu
meist aus Hallelementen aufgebaut, die die jeweilige Position
des Rotors feststellen. Damit können in Abhängigkeit von der
Rotorposition die Motorwicklungen selektiv in zyklischer Folge
mit Hilfe einer Ansteuerungsschaltung an eine Gleichspannungs
quelle angeschlossen werden.
Gleichstrommotoren dieser Art sind vorzugsweise Kleinmotoren,
die für die verschiedensten Anwendungsfälle ausgelegt sind.
Häufig werden sie auch als Präzisionsantriebe mit günstigen
Hochlaufeigenschaften und einer dem Anwendungsfall entspre
chend exakt geregelten Drehzahl eingesetzt.
In vielen Anwendungsfällen werden die Permanentmagnete einzeln
an die Innenfläche eines Tragelementes des Gleichstrommotores,
im Falle eines Außenläufermotors häufig die umlaufende Nabe des
Motors, angeklebt oder zusammen mit diesem Tragelement vergos
sen. Dies bedingt, gerade bei Präzisionsmotoren, eine entspre
chend aufwendige Fertigung, um eine hohe Serienqualität zu er
reichen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht dann auch
darin, daß eine Endkontrolle der Magnete erst im montierten Zu
stand möglich ist und die Magnete bei der genannten Fixierme
thode mit vertretbarem Aufwand nicht mehr demontierbar sind.
Montagefehler oder fehlerhafte Permanentmagnete führen daher
unmittelbar zu Ausschuß.
Dieses Problem wurde bereits erkannt. So ist aus DE 35 10 845 A1
eine Fixiereinrichtung für Permanentmagnete in Gleichstrommoto
ren bekannt, mit deren Hilfe die Permanentmagnete mit einfachen
Mitteln axial an dem Tragelement des Gleichstrommotors fixiert
werden, wobei auch eine nachträgliche Demontage der Permanent
magnete möglich sein soll. Um dies zu erreichen, wird als Fi
xiereinrichtung ein elastischer Separator in Ringform vorgese
hen, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und derart
ausgebildet ist, daß er die Magnete unter geringer Vorspannung
umfaßt. Dieser Separator der bekannten Fixiereinrichtung ist
als Käfig aufgebaut, dessen beiden Endflächen Stirnringe bil
den, zwischen denen axial gerichtete Ausnehmungen zur Aufnahme
der Permanentmagnete angeordnet sind. Diese bekannte Lösung
bietet einen guten Gleichlauf des Gleichstrommotors infolge der
genauen Anordnung der Permanentmagnete, bedingt durch die Kä
figteilung. Sie erlaubt eine Demontage des Käfigs zusammen mit
den Permanentmagneten mit allen Vorteilen für eine Reparatur,
beispielsweise eine Entmagnetisierung der nach einer Demontage
vereinzelten Magnete.
Die bekannte, als Separator bezeichnete Aufnahmevorrichtung für
die Permanentmagnete hat jedoch einen schwerwiegenden funktio
nellen Nachteil. Aus der geschlossenen Käfigform folgt, daß
beide Endflächen als Stirnringe ausgebildet sind. Diese Endflä
chen sollen vorzugsweise auch noch axial gerichtete Gewindeboh
rungen zur Aufnahme von Ausgleichsgewichten aufweisen. Das er
gibt zwangsläufig, daß ein den Permanentmagneten an einer
Stirnseite gegenüberliegend fest angeordneter Rotorpositionsde
tektor, in Form von wenigstens einem Hallelement, einen Min
destabstand zu den Stirnflächen der Permanentmagnete aufweist,
der gegenüber konventionellen Lösungen wesentlich größer ist.
Bekannte Schaltkreise mit Hallelementen sind zwar so ausgelegt,
daß sie einen gewissen Toleranzabstand zu dem Permanentmagnet
noch aufzufangen vermögen, ohne daß das detektierte Positions
signal in unzulässiger Weise verrauscht. Aufgrund der konstruk
tiven Ausgestaltung der bekannten Lösung wird jedoch dieser To
leranzabstand möglicherweise sogar überschritten. Damit liegt,
konstruktiv bedingt, eine zusätzliche Fehlerquelle vor, die ge
rade in Anwendungsfällen, in denen es auf eine möglichst exakte
Regelung des Drehzahlverhaltens des Gleichstrommotors ankommt,
sehr störend sein kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektro
nisch kommutierten Gleichstrommotor der im Oberbegriff des
Hauptanspruches näher bezeichneten Art zu schaffen, die eine
Fixiereinrichtung zum exakten Festlegen der Permanentmagnete in
axialer und radialer Richtung aufweist, die es jedoch gestat
tet, den Rotorpositionsdetektor möglichst nahe gegenüber den
Stirnflächen der Permanentmagnete statisch anzuordnen.
Bei einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor der im
Oberbegriff des Hauptanspruches bezeichneten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Haupt
anspruches beschriebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Form eines geschlosse
nen Käfigs für die Fixiereinrichtung ab, sie weist stattdessen
in axialer Richtung sich erstreckende und in radialer Richtung
elastisch vorgespannte Haltestege auf, die lediglich über einen
Stirnring untereinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung er
möglicht ein einfaches Einsprengen der Haltestege in eine ra
dial umlaufende Nut des Tragelementes. Damit ist die Fixierein
richtung in axialer Richtung formschlüssig festgelegt, ohne daß
dafür weitere toleranzbehaftete Bauteile benötigt werden. Sie
ist jedoch ohne weiteres wieder demontierbar.
Andererseits ist das freie Ende der Haltestege derart ausgebil
det, daß sie eine der Stirnflächen der Permanentmagnete ledig
lich teilweise derart umgreifen, daß die dazu vorgesehenen Fi
xiervorsprünge der Haltestege in axialer Richtung nicht über
die Stirnflächen der Permanentmagnete hinausragen. Der Rotorpo
sitionsdetektor kann daher den Stirnflächen der Permanentmagne
te unmittelbar benachbart angeordnet werden. Lediglich axiale
Toleranzen müssen berücksichtigt werden. Außerdem liegt zwi
schen dem Detektor und der zugeordneten Stirnfläche der Perma
nentmagnete keine dämpfende Kunststoffschicht.
Gegenüber konventionell ausgeführten elektronisch kommutierten
Gleichstrommotoren mit eingeklebten Permanentmagneten weist die
erfindungsgemäße Lösung also keine Nachteile auf. Sie erlaubt
im Gegenteil, vorgegeben durch die radiale Anordnung der Halte
stege eine definierte radiale Anordnung der Permanentmagnete
und sorgt damit für einen guten Gleichlauf des Motors. Die Per
manentmagnete sind auch in axialer Richtung definiert festge
legt, so daß der konstruktiv bedingte Toleranzabstand zum Ro
torpositionsdetektor klein gehalten werden kann. Darüber hinaus
ist eine Demontage bei einer Reparatur oder nach einem Ferti
gungstest ebenso einfach wie die Montage. Damit können alle de
montierten Teile ohne weiteres entmagnetisiert werden, so daß
tatsächlich eine Vollreinigung in einer Waschanlage möglich
ist. Auch in Anwendungsfällen, bei denen es wesentlich darauf
ankommt, daß der Gleichstrommotor beim Einbau in eine ange
triebene Baueinheit, beispielsweise in das Laufwerk eines Ma
gnetplattenspeichers völlig staubfrei ist, können so Reparatu
ren durchgeführt werden, die eine Wiederverwendbarkeit der Tei
le gestatten.
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Sie werden mit ihren Vorteilen im folgenden im Zusam
menhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Er
findung näher erläutert. Diese Beschreibung erfolgt anhand der
Zeichnung, dabei zeigt:
Fig. 1 als ein konventionelles Ausführungsbeispiel einen elek
tronisch kommutierten Gleichstrommotor, der in eine Nabe einge
baut ist, die das Antriebselement für das Laufwerk eines Ma
gnetplattenspeichers bildet, d. h. im fertig montierten Zustand
- hier nicht dargestellt - den Magnetplattenstapel trägt,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Nabenkörper von Fig. 1, der erfin
dungsgemäß modifiziert ist mit bereits eingebauten und durch
die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung festgelegten Permanent
magneten,
Fig. 3 in dreidimensionaler Darstellung die Fixiereinrichtung
für die Permanentmagnete mit Haltestegen in rotationssymmetri
scher Anordnung, die am freien Ende in Umfangsrichtung heraus
ragende Fixiervorsprünge aufweisen,
Fig. 4 die dreidimensionale Darstellung eines Permanentmagneten,
dessen eine Stirnfläche Ausnehmungen als Gegenstück zu den Fi
xiervorsprüngen der Haltestege aufweist,
Fig. 5 die dreidimensionale Darstellung der Wellscheibe und
Fig. 6 einen Teilschnitt durch den montierten Gleichstrommotor,
der gegenüber der Darstellung von Fig. 1 insoweit modifiziert
ist, als die Detektorelemente nicht mehr in einer radialen Ebe
ne parallel zur Stirnfläche der Permanentmagnete, sondern ach
senparallel angeordnet sind.
In Fig. 1 ist als Beispiel für einen elektronisch kommutierten
Gleichstrommotor eine bekannte Ausführungsform für einen spe
ziellen Anwendungsfall dargestellt. Der Gleichstrommotor ist
hier in einem Nabenkörper 1 angeordnet, der z. B. das tragende
Element für den Plattenstapel eines Magnetplattenspeichers bil
det. Er ist über einen Mittelsteg 2 starr auf einer Spindel 3
festgelegt. Diese Spindel ist in Lagerbuchsen 4 bzw. 5 doppel
seitig gelagert. Beim Einbau des Plattenstapels werden diese
Lagerbuchsen an nicht dargestellten Gehäusewänden des Magnet
plattenspeichers festgelegt. Die Lageranordnungen sind zum In
nenraum hin durch magnetische Flüssigkeitsdichtungen 6 abge
dichtet, um eine Kontamination des Innenraumes durch Lagerab
rieb zu vermeiden. Die eine Lagerbuchse 4 trägt eine über die
Spindel 3 mit ausreichendem Spiel geschobene Hülse 7, die das
Tragelement für den Stator 8 des Gleichstrommotors bildet. Den
Rotor des Motors bilden auf der Innenfläche des Nabenkörpers 1
festgelegte Permanentmagnete 9, die bisher üblicherweise in den
Nabenkörper 1 eingeklebt werden. Auf der Hülse 7 ist außerdem
ein Rotorpositionsdetektor 10 starr angeordnet. In Fig. 1 ist
schematisch angedeutet, daß dieser Detektorelemente 11, vor
zugsweise in Form von Hallelementen, besitzt, die mit einem To
leranzabstand nahe einer der Stirnflächen der Permanentmagnete
9 angeordnet sind. Außerdem ist schematisch angedeutet, daß ei
ne flexible Mehrfachleitung 12 vorgesehen ist, die zum Zu- bzw.
Abführen von Steuersignalen für den Stator 8 bzw. des Rotorpo
sitionsdetektors 10 dient.
Bei einem solchen, in Fig. 1 dargestellten elektronisch kommu
tierten Gleichstrommotor werden die Permanentmagnete 9 norma
lerweise auf die Innenfläche des Nabenkörpers 1 geklebt bzw.
mit dem Nabenkörper 1 zusammen vergossen. Um gute Gleichlauf
eigenschaften des Motors erzielen zu können, ist es dabei not
wendig, die Permanentmagnete rotationssymmetrisch mit einer
exakten Teilung anzuordnen. Dies ist herstellungstechnisch auf
wendig. Außerdem sind eingegossene bzw. eingeklebte Permanent
magnete mit vertretbarem Aufwand nicht mehr zu demontieren.
Fig. 2 zeigt deshalb eine modifizierte Form des Nabenkörpers 1
des in Fig. 1 dargestellten Gleichstrommotors. Hier ist in den
Nabenkörper 1 eine Fixiereinrichtung 13 eingeschoben, die in
Fig. 3 in einer dreidimensionalen Darstellung im Detail gezeigt
ist. Sie besitzt mehrere, rotationssymmetrisch angeordnete Hal
testege 14, die an einem Ende über einen Stirnring 15 unterein
ander verbunden sind. Am anderen, dem freien Ende der Halteste
ge 14 ist jeweils eine radial nach außen gerichtete Rastnase 16
vorgesehen. Diese Rastnasen 16 dienen dazu, die Fixiereinrich
tung 13 in axialer Richtung im Inneren des Nabenkörpers 1 fest
zulegen. Dazu weist dieser eine radial umlaufende Nut 17 auf,
in die die Rastnasen 16 beim Montieren der Fixiereinrichtung 13
einrasten. Um diesen Formschluß sicherzustellen, besteht die
Fixiereinrichtung 13 aus einem elastischen Material, vorzugs
weise einem Kunststoff, außerdem sind die Haltestege 14 im ent
lasteten Zustand etwas aufgeweitet, so daß sich beim Einschie
ben der Fixiereinrichtung 13 eine federnde Vorspannung ergibt.
Neben den Rastnasen 16 sind am freien Ende der Haltestege 14
außerdem in Umfangsrichtung herausragende Fixiervorsprünge 18
vorgesehen. Da die Permanentmagnete 9 für die Montage jeweils
zwischen zwei benachbarte Haltestege 14 eingelegt werden, die
nen diese Fixiervorsprünge 18 zum Festlegen der Permanentmagne
te. Um dies zu erreichen, weist jeder Permanentmagnet 9, wie in
Fig. 4 dargestellt, an einer seiner Stirnflächen, jeweils außen
liegend, je eine Ausnehmung 19 als Gegenstück zu den Fixiervor
sprüngen 18 auf. Sind die Permanentmagnete 9 in die Fixierein
richtung 13 eingelegt, so liegt damit deren Stirnfläche 20 in
gleicher Höhe wie die Stirnfläche der Haltestege 14 der Fixier
einrichtung. In ähnlicher Weise wie bei der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform eines Gleichstrommotors läßt sich damit ein De
tektorelement 11 des Rotorpositionsdetektors 10 dieser Stirn
fläche 20 unmittelbar gegenüberliegend anordnen. Die Fixierein
richtung 13 hat keinen Einfluß auf diesen, lediglich durch To
leranzen bedingten Abstand.
Schließlich weisen die Stirnflächen der Haltestege 14 Einker
bungen 21 zum Ansetzen eines Werkzeuges für das Auslösen der
Rastposition auf, so daß sich dann die Fixiereinrichtung 13 zu
sammen mit den eingelegten Permanentmagneten 9 vom Nabenkörper
1 abziehen läßt.
An sich werden die Haltestege 14 mit ihren Rastnasen 16 bei
entsprechender radialer Vorspannung in der im Nabenkörper 1 um
laufenden Nut 17 bereits eindeutig festgelegt. Doch zeigt die
Schnittdarstellung des Nabenkörpers von Fig. 2 darüber hinaus
ein weiteres Detail. Zwischen den Mittelsteg 2 des Nabenkörpers
und den Stirnring 15 der Fixiereinrichtung 13 ist eine Well
scheibe 22 eingelegt, die in Fig. 5 in dreidimensionaler Dar
stellung gezeigt ist. Diese Wellscheibe ist aufgrund ihrer
Formgebung bevorzugt in axialer Richtung verformbar, sie wird
auch beim Einschieben der Fixiereinrichtung 13 in den Nabenkör
per 1 in dieser Richtung verspannt. Im montierten Zustand der
Fixiereinrichtung 13 drückt sie damit gegen den Stirnring 15
und hält so die Fixiereinrichtung 13 über die Rastnase 16 in
einer exakt definierten axialen Lage, die durch die Position
der außen liegenden Seitenkante der Nut 17 vorgegeben ist. So
wird durch die Wellscheibe 22 einerseits die Rastlage der Fi
xiereinrichtung 13 betriebssicher ausgestaltet, andererseits
ist damit eine exakte axiale Position der Stirnflächen 20 der
Permanentmagnete 9 festgelegt.
Eine weitere Ausführungsform ist schließlich in Fig. 6 gezeigt.
Diese Darstellung ist lediglich als Teilschnitt ausgeführt, da
die übrigen Einzelheiten bereits anhand der Fig. 1 bzw. 2 erläu
tert wurden. Aus Gründen der Vereinfachung ist die eine Lager
buchse 4 und auch der Stator 8 des Gleichstrommotors nicht ge
schnitten dargestellt, da es bei diesem Ausführungsbeispiel le
diglich auf die Ausgestaltung des freien Endes der Haltestege
14 der Fixiereinrichtung 13 ankommt. Zusätzlich zu dem oben be
schriebenen Ausführungsbeispiel weisen nämlich die Haltestege
14 der Fixiereinrichtung 13 an ihren freien Enden innen liegen
de radial umlaufende Ausnehmungen 23 auf. Damit ist Platz ge
schaffen für eine radial ausgerichtete Leiterplatte 24, die auf
der Hülse 7 fest angeordnet ist. Auf dieser Leiterplatte, an
die wieder eine Mehrfachleitung 12 angeschlossen ist, ist min
destens ein Detektorelement 11 senkrecht angeordnet, d. h. ach
senparallel zu der Fixiereinrichtung 13 und damit auch zu den
in diese Fixiereinrichtung eingelegten Permanentmagneten ausge
richtet, die in Fig. 6 nicht erkennbar sind. In dieser Ausfüh
rungsform sind so die Detektorelemente 11 in einer besonders
günstigen Weise an die Permanentmagnete 9 herangeführt. Wie die
Ausführungsform darüber hinaus erkennen läßt, ist es so mög
lich, auch die Stirnflächen der Permanentmagnete gegenüber den
Stirnflächen der Haltestege zurückzusetzen. Da die Detektorele
mente 11 achsenparallel in die Fixiereinrichtung 13 hineinra
gen, müssen die Permanentmagnete 9 auch keine Aussparungen 19
aufweisen, vielmehr können die Fixiervorsprünge 18 der Fixier
einrichtung 13 einfach die planen Stirnflächen der insoweit
herstellungstechnisch einfacheren Permanentmagneten umfassen,
ohne daß dies einen Einfluß auf die Qualität des detektierten
Positionssignales hätte.
Claims (7)
1. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit innenliegen
den Polschenkeln (8), die aufgrund von Rotorpositionssignalen
eines Rotorpositionsdetektors (10) zeitlich gesteuert erregbare
Motorwicklungen tragen und mit außen liegenden, gegenüber die
sen Polschenkeln relativ bewegbaren Permanentmagneten (9), die
rotationssymmetrisch auf der Innenfläche eines Tragelementes
(1) des Gleichstrommotors mit Hilfe einer elastischen, die Per
manentmagnete (9) umfassenden Fixiereinrichtung (13) in axialer und
radialer Richtung festgelegt sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fixiereinrichtung (13) einen
geschlossenen Stirnring (15) und davon in axialer Richtung vor
springende, paarweise je einen der Permanentmagnete (9) zwischen
sich aufnehmende Haltestege (14) aufweist, die auf der Außen
seite radial vorspringende Rastnasen (16) tragen, die im mon
tierten Zustand in eine im Tragelement (1) vorgesehene Nut (17) un
ter Vorspannung eingreifen und die an ihren, vom Stirnring (15) ab
gekehrten Fußenden in Umfangsrichtung herausragende Fixiervor
sprünge (18) aufweisen und daß die Permanentmagnete (9) an einer
Stirnseite (20) den Fixiervorsprüngen (18) entsprechende Ausnehmun
gen aufweisen, die derart ausgebildet sind, daß diese Stirnflä
chen der Permanentmagnete (9) und die der Haltestege (14) etwa in der
selben Radialebene liegen.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Tragelement (1) senkrecht
auf seiner Innenfläche angeordnet und dem Stirnring (15) zuge
kehrt eine rotationssymmetrische Anlagefläche (2) aufweist und
daß eine Wellscheibe (22) vorgesehen ist, die zwischen dieser
Anlagefläche (2) und dem Stirnring ( 15) unter Verspannung in axialer
Richtung eingelegt ist.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß auch die Rastnasen (16) am
Fußende der Haltestege (14) angeordnet sind, und in entspre
chendem axialem Abstand von der Anlagefläche (2) die radial um
laufende Nut (17) in der Innenfläche des Tragelementes (1) vor
gesehen ist.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fixiervorsprünge (18) am
Fußende der Haltestege (14) beidseits symmetrisch angeordnet
und in Form von Kreisringabschnitten ausgebildet sind.
5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß in die Stirn
fläche der Fußenden der Haltestege (14) eine Vertiefung (21)
eingelassen ist, die als Angriffspunkt für ein Werkzeug dient,
um die Rastnasen (16) entgegen der radial nach außen gerichte
ten Vorspannung der Haltestege (14) aus der Nut (17) heben zu
können.
6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Detektorelement (11) des Rotorpositionsdetektors (10) par
allel zur Stirnfläche (20) der Permanentmagnete (9) unmittelbar
benachbart, lediglich in angemessenem Toleranzabstand angeord
net ist.
7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Halteste
ge (14) der Fixiereinrichtung (13) am Fußende auf der den Rast
nasen (16) abgekehrten Innenseite jeweils eine radial umlaufen
de Ausnehmung (23) aufweisen und daß der Rotorpositionsdetektor (10)
mindestens ein Detektorelement (11) aufweist, das auf einer
feststehenden, in radialer Richtung sich erstreckenden und in
nerhalb dieser Ausnehmungen (23) angeordneten Leiterplatte
senkrecht und damit achsenparallel, den Permanentmagneten (9)
unmittelbar benachbart angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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DE3726413A1 DE3726413A1 (de) | 1989-02-16 |
DE3726413C2 true DE3726413C2 (de) | 1989-07-27 |
Family
ID=6333345
Family Applications (1)
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Country | Link |
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