DE102009039075A1

DE102009039075A1 - Elektrischer Außenläufermotor mit einem Encodersystem

Info

Publication number: DE102009039075A1
Application number: DE102009039075A
Authority: DE
Inventors: Michael SCHÖTTNER
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03
Also published as: DE102009039075A8

Abstract

Es wird ein elektrischer Außenläufermotor mit einem Encodersystem zur Erfassung der Drehwinkelposition und/oder der Drehzahl des Außenläufers (10) vorgeschlagen. Das Encodersystem weist eine rotationssymmetrische, an der Außenumfangsseite des Außenläufers angeordnete und diesen umgreifende Ringcodierung (13) auf, sowie eine damit zusammenwirkende stationäre, mit dem Stator gekoppelte Sensoreinrichtung (14). Dieses Encodersystem vergrößert nicht die Gesamtlänge des Außenläufermotors, wobei insbesondere die Ringcodierung einfach und mechanisch stabil angeordnet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Außenläufermotor mit einem Encodersystem zur Erfassung der Drehwinkelposition und/oder der Drehzahl des Außenläufers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei einem derartigen, aus der DE 103 59 713 A1 bekannten Außenläufermotor ist ein Encodersystem axial an den Außenläufer angesetzt, das eine ringförmige Permanentmagnetanordnung aufweist. Dies führt zu einer bei vielen Anwendungen unerwünschten Vergrößerung der Motorlänge. In vielen Fällen werden auch fertige, zum Teil handelsübliche Encodersysteme axial an einen derartigen Außenläufermotor oder sonstigen Elektromotor angesetzt oder angeflanscht, was ebenfalls zu einer unerwünschten Längenvergrößerung führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Außenläufermotor mit einem Encodersystem der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, dass durch das Encodersystem die Motorlänge nicht verändert wird, insbesondere nicht vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Außenläufermotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird der rotative Teil des Elektromotors, also der Außenläufer, als Teil des Encodersystems verwendet, indem direkt auf den Umfang des Außenläufermotors inkrementelle Informationen in einer Ringanordnung aufgebracht werden. Die Ringcodierung benötigt daher keine besondere Art der Fixierung am Außenläufer bzw. kann in einfachster Art daran mechanisch sehr fest fixiert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Außenläufermotors möglich.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Ringcodierung als magnetische Codierung ausgebildet und die Sensoreinrichtung weist wenigstens einen magnetfeldsensitiven Sensor auf. Die Ringcodierung ist dabei zweckmäßigerweise als wenigstens ein Magnetstreifen oder Magnetband ausgebildet.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Ringcodierung als wenigstens ein ferromagnetischer Zahnkranz ausgebildet und die Sensoreinrichtung weist wenigsten einen durch die Zähne des Zahnkranzes beeinflussbaren magnetisch sensitiven Sensor oder induktiven Sensor auf. Der wenigstens eine Sensor ist bevorzugt als Hallsensor ausgebildet.
In einer dritten vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Ringcodierung als optische Codierung ausgebildet und die Sensoreinrichtung weist wenigstens einen optischen Sensor auf. Dabei ist die Ringcodierung im einfachsten Falle als Strichcodierung ausgebildet, die direkt auf den Außenläufen aufgebracht werden kann. Als optische Sensoren können beispielsweise Reflexlichtschranken dienen, die Sende- und Empfangsdioden enthalten.
Die Sensoreinrichtung ist in vorteilhafter Weise über eine elektrische Leiterplatte mit dem Stator des Außenläufermotors verbunden, wobei die Leiterplatte zur Erzielung einer kompakten Bauweise eine elektrische Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale aufweisen kann. Diese kann bevorzugt als Signalaufbereitungsstufe und/oder als Winkelpositions- und/oder Drehzahlberechnungsstufe ausgebildet sein.
Die Sensoreinrichtung kann dabei an oder auf der Leiterplatte angeordnet sein oder die Leiterplatte kann auch unabhängig von der Sensoreinrichtung am Stator des Außenläufermotors angebracht sein.
In einer zweckmäßigen konstruktiven Ausgestaltung weist der Stator einen Statorflansch auf, durch den eine mit dem Außenläufer gekoppelte Abtriebswelle hindurchgreift. An diesem Statorflansch kann beispielsweise auch die Sensoreinrichtung und/oder die Leiterplatte direkt oder indirekt befestigt sein.
Zur Erreichung einer Redundanz für Sicherheitsfunktionen besteht die Ringcodierung aus zwei separaten Ringanordnungen und/oder die Sensoreinrichtung besteht aus zwei Sensoren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines elektrischen Außenläufermotors mit einem Encodersystem, bei dem eine Ringcodierung als Magnetstreifen ausgebildet ist und
2 eine Teildarstellung des Außenläufers des Außenläufermotors mit einer als Zahnkranz oder Strichcodierung ausgebildeten Ringcodierung.
Der in 1 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte elektrische Außenläufermotor besitzt einen als rotierende Glocke ausgebildeten Außenläufer 10, der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und in den in nicht sichtbarer Weise der Innenstator eingreift, der an einem Statorflansch 11 angebracht ist. Mit dem Außenläufer 10 ist eine Abtriebswelle 12 starr verbunden, die sich durch den Statorflansch 11 hindurch erstreckt und an diesem gelagert ist. Diese Lagerung bildet dann gleichzeitig die Lagerung für den Außenläufer 10. Derartige Außenläufermotoren sind bekannt und werden vielfach eingesetzt.
Zur Erfassung des Drehwinkels bzw. der Drehwinkelposition und/oder der Drehzahl des Außenläufers 10 ist am Außenumfang desselben eine Ringcodierung 13 aufgebracht, die als Magnetstreifen oder Magnetband ausgebildet ist. Der Magnetstreifen bzw. das Magnetband ist dabei inkrementell codiert und besitzt hierzu beispielsweise abwechselnde Polarisierungen.
Diese Ringcodierung 13 bildet zusammen mit einer Sensoreinrichtung 14 ein Encodersystem. Die Sensoreinrichtung 14 ist als magnetisch sensitiver Sensor, beispielsweise als Hallsensor, ausgebildet und an einer Leiterplatte 15 so fixiert, dass die Sensoreinrichtung 14 mit der Ringcodierung 13 zusammenwirken kann. Die Leiterplatte 15 selbst ist mittels einer Halterung 16 am Statorflansch 11 befestigt, wobei die Art der Befestigung selbstverständlich beliebig ist. Beispielsweise kann am Statorflansch 11 noch ein den Außenläufer 10 umgreifendes Gehäuse fixiert sein, wobei dann die Leiterplatte 15 auch am Gehäuse befestigt sein kann.
Die Leiterplatte 15 kann eine Auswerteeinrichtung für die Signale des Encodersystems bzw. die Signale der Sensoreinrichtung 14 tragen, wobei die Auswerteeinrichtung aus einer Signalaufbereitungsstufe und/oder aus einer Winkelpositions- und/oder Drehzahlberechnungsstufe bestehen kann. Hierdurch können die bereits ausgewerteten Winkelpositions- bzw. Drehzahlsignale einer nicht dargestellten Steuereinrichtung oder Überwachungseinrichtung zugeführt werden.
In 2 ist am Außenläufermotor nur ein Teil des Außenläufers 10 dargestellt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine Ringcodierung 17 den Außenläufer 10 umgreift, die als Strichcodierung oder Zahnkranz bzw. Zahnung ausgebildet ist. Im Falle der Ausbildung der Ringcodierung 17 als Strichcodierung, die direkt auf den Außenumfang des Außenläufers 10 aufgebracht werden kann, stehen dieser Ringcodierung 17 eine Sensoreinrichtung 18 an der Leiterplatte 15 gegenüber, die aus zwei nebeneinander angeordneten optischen Sensoren 19 besteht. Durch diese beiden optischen Sensoren 19, die separat die Inkremente der Ringcodierung 17 erfassen, kann z. B. eine Redundanz des Messergebnisses erreicht werden. Für die beiden optischen Sensoren 19 können auch separate Stränge der Ringcodierung 17 vorgesehen sein.
Anstelle einer Strichcodierung können auch andere optische Codierungen treten, wie Lochcodierungen und andere Codierungen mit inkremental unterschiedlichen optischen Eigenschaften.
Für den Fall, dass die Ringcodierung 17 als ferromagnetischer Zahnkranz oder ferromagnetische Zahnung ausgebildet ist, besteht die Sensoreinrichtung 18 aus zwei magnetisch sensitiven Sensoren oder induktiven Sensoren. Auch dabei kann die Ringcodierung 17 aus separaten Spuren für die beiden Sensoren 19 bestehen.
Bei allen Ausführungen und Ausführungsbeispielen gilt, dass die Ringcodierung 13 bzw. 17 aus einer oder mehreren Spuren bestehen kann, wobei zur Abtastung die Sensoreinrichtung 14 bzw. 18 einen oder mehrere Sensoren aufweisen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10359713 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Außenläufermotor mit einem Encodersystem zur Erfassung der Drehwinkelposition und/oder der Drehzahl des Außenläufers (10), wobei das Encodersystem eine rotationssymmetrische, mit dem Außenläufer (10) gekoppelte Ringcodierung (13; 17) und eine damit zusammenwirkende stationäre, mit einem Stator gekoppelte Sensoreinrichtung (14; 18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringanordnung (13; 17) an der Außenumfangsseite des Außenläufers angeordnet ist und diese umgreift.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung (13) als magnetische Codierung ausgebildet ist und die Sensoreinrichtung (14) wenigstens einen magnetfeldsensitiven Sensor aufweist.
Außenläufermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung (13) als wenigstens ein Magnetstreifen oder Magnetband ausgebildet ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung (17) als wenigstens ein ferromagnetischer Zahnkranz ausgebildet ist und die Sensoreinrichtung (18) wenigstens einen durch die Zahnung des Zahnkranzes beeinflussbaren magnetisch sensitiven Sensor (19) oder induktiven Sensor aufweist.
Außenläufermotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (14; 19) als Hallsensor ausgebildet ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung (17) als optische Codierung ausgebildet ist und die Sensoreinrichtung (18) wenigstens einen optischen Sensor (19), aufweist.
Außenläufermotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung (17) als Strichcodierung ausgebildet ist.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14; 18) über eine elektrische Leiterplatte (15) mit dem Stator des Außenläufermotors verbunden ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (15) eine elektronische Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale aufweist.
Außenläufermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Signalaufbereitungsstufe und/oder eine Winkelpositions- und/oder Drehzahlberechnungsstufe aufweist.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Statorflansch (11) aufweist, durch den eine mit dem Außenläufer (10) gekoppelte Abtriebswelle (12) hindurchgreift.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringcodierung aus zwei separaten Ringanordnungen besteht und/oder dass die Sensoreinrichtung (18) aus zwei Sensoren (19) besteht.