DE19842522A1 - Vorrichtung zur on line Bestimmung kleiner Luftspalte in laufenden Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Energiewandler gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.

In der elektrischen Antriebstechnik kommt den bürstenlosen feldgeführten Antrieben eine stark wachsende Bedeutung zu. Die verstärkte Wettbewerbssituation in In- und Ausland, streckenweise strengere Vorschriften und Gesetzgebungen, wie beispielsweise im Bereich der Heizungstechnik, sowie ständig steigende technische Ansprüche an das Produkt führen zu neuen sehr stark kunden- und kostenorientierten Antriebslösungen. Die Vielfalt reicht vom einfachen Einphasenantrieb mit ungeregelter Drehzahl bis zu komplexen hochdynamischen Servo-Antriebssystemen, die über Feldbusse miteinander verkettet sind.

Während man früher noch vermehrt versuchte, komplexe Antriebsaufgaben durch verstärkten Einsatz mechanischer Bauteile zu lösen, wird heute in aller Regel die Intelligenz in den Elektronikteil verlagert. Wesentliche Voraussetzung für diese Entwicklung ist die kostengünstige Verfügbarkeit von schnellen hochintegrierten Steuerungen sowie von zuverlässigen, robusten und hochdynamischen Leistungselektronikschaltungen.

Der zu beobachtende Trend zu verstärktem Elektronikeinsatz und material- sowie fertigungstechnisch vereinfachten Motorkonstruktionen führt, wenn erhöhte Zuverlässigkeit, guter Wirkungsgrad und eine große Lebensdauer angestrebt werden, in wachsendem Ausmaße zu Antriebskonzepten mit bürstenlosen Motoren. Besonders sind hierbei die Gruppe der Permanentmagnetmotoren sowie der Asynchronmotoren hervorzuheben.

Für äußerst hohe Anforderungen an den Drehzahlbereich, die Lebensdauer, die Reinheit und die Dichtheit des Antriebssystems - also im wesentlichen Anwendungsgebiete, die unter Verwendung konventioneller Lagertechniken nicht oder nur schwer realisierbar sind, wie beispielsweise Hochgeschwindigkeitsfräs- und Schleifspindeln, Turbokompressoren, Vakuumpumpen, oder Pumpen für hochreine chemische oder medizinische Erzeugnisse - werden vermehrt aktive Magnetlager oder Motoren mit integrierter Magnetlagerwicklung, auch bekannt unter dem Namen "lagerlose Motoren", eingesetzt.

Sowohl bei bürstenlosen Motoren, wie auch bei aktiven Magnetlagern oder lagerlosen Motoren bereitet die Sensorik zur Messung der Luftspaltfelder, des Rotorwinkels, des radialen Abstandes zwischen Rotor und Stator oder der Axialverschiebung des Rotors zum Teil erhebliche technische und wirtschaftliche Probleme.

In vielen Antriebskomponenten werden zur Messung der Luftspaltfelder und damit zur indirekten Bestimmung der Rotorposition Hallsensoren und für die Messung des radialen und axialen Abstandes zwischen Stator und Rotor Wirbelstromsensoren eingesetzt.

Die Messung des Luftspaltfeldes bereitet bislang Schwierigkeiten, da die Hallsensoren infolge sich ergebender Montage- und Anschlußprobleme, sowie aufgrund des Platzmangels nicht sinnvoll im Luftspalt untergebracht werden können. Die Alternativen, das Luftspaltstreufeld an den axialen Stirnseiten des Rotors zu messen oder eigens hinter dem Hauptrotor angebrachte Zusatz-Permanentmagnetrotorscheiben oder -ringe zu verwenden sind sowohl aus technischer wie auch aus wirtschaftlicher Sicht nicht sehr zufriedenstellend.

Im ersten Falle mißt man nicht das eigentliche Hauptfeld, sondern nur ein in der Form gegenüber dem Hauptfeld verzerrtes und zumeist sehr schwaches Streufeld. Bereits geringe axiale Montagetoleranzen des Rotors führen daher zum Teil zu unbefriedigenden Meßergebnissen und einem mangelhaften Betriebsverhalten des Antriebes.

Im zweiten Falle lassen sich technisch recht gute Ergebnisse erzielen, der erhöhte Material- und Montageaufwand für den Hilfsrotor sind jedoch aus wirtschaftlicher Sicht von großem Nachteil.

Noch größere Probleme bereitet die radiale und axiale Distanzmessung in Magnetlagern oder lagerlosen Motoren mit Hilfe von Wirbelstromsensoren. Sehr aufwendig sind hierbei die Herstellung der Magnetspulen, die genaue Plazierung und Justage der Spulen, die Führung, Sicherung gegen Beschädigung und Kontaktierung der feinen elektrischen Drahtanschlüsse, sowie die Realisierung definierter Anschlußlängen. Letzteres ist hinsichtlich der Beeinflussung des Kondensator-Spulenschwingkreises von großer Bedeutung, insbesondere wenn mehrere Wirbelstromsensoren verwendet werden und diese einzeln abgestimmt werden müssen.

Problematisch ist wie bei den Hallsensoren die räumliche Anordnung der Wirbelstromsensoren. Für die Anbringung im Luftspalt (ideal: in der Luftspaltmitte), ist meist kein ausreichender Platz und bei einer Anordnung außerhalb des Luftspaltes ergeben sich beim Kippen der Rotors größere Meßfehler bezüglich der Rotordistanz, da die Sensoren und der Kippunkt in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Rotorachse liegen.

Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht daher in der Vereinfachung des Sensorikteiles bei gleichzeitiger Reduktion der Material-, Montage- und Justagekosten sowie der Bereitstellung einer robusten industrietauglichen Ausführung.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe geht aus dem unabhängigen Patentanspruch hervor. Bevorzugte Ausführungen sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.

Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung des Problems sind

• - der Entfall der Einzelanfertigung der Wirbelstromsensorspulen,
• - der Entfall der Montage der Wirbelstromsensorspulen,
• - die Gewährung definierter und reproduzierbarer Spulenanschlußleitungen,
• - die mittige Anordnung der Wirbelstrom- und Hallsensoren oder anderer Sensoren im Luftspalt der Maschine oder des Magnetlagers,
• - die Möglichkeit einer räumlich nahen Anordnung des Wirbelstromsensors, des Schwingkreiskondensators und der übrigen Sensorelektronik,
• - der Entfall von mechanischen Trägern für die Positionierung und Sicherung der Hallsensoren,
• - der Entfall der Drahtanschlüsse für die Hallsensoren,
• - die exakte Ausrichtung der Wirbelstrom- und Hallsensoren untereinander,
• - die Abschirmung der elektrischen Schaltung durch die ferromagnetischen Statorhälften,
• - die Integration von Signal-, Leistungselektronik und Sensorik auf einer Leiterplatte direkt am oder im Stator,
• - Möglichkeit einer guten Kühlung der Leistungselektronikhalbleiter über das Statorblech,
• - die robuste Ausführung der Sensorik sowie der Schutz der elektrischen Bauteile durch die Anordnung zwischen zwei Statorhälften,
• - die Realisierbarkeit enger Luftspalte trotz der Anordnung der Sensoren in der axialen Luftspaltmitte,
• - die einfache Ausrichtung der Leiterplatte und der Statorblechpakete zueinander,
• - die auf der Leiterplatte integrierbare Steckeranschlüsse für Signal-, Leistungs- und Sensorikteil,
• - die Sicherheit vor Drahtbrüchen, da bis auf die (robusten) Antriebswicklungen keine Drahtanschlüsse erforderlich sind,
• - die einfache Möglichkeit einer automatischen Prüfung der gesamten Statoreinheit. Als nachteilig ist hier jedoch zu vermerken, daß eine nachträgliche Reparatur der unter den Statorblechen versteckten elektrischen Bauteilen (Hallsensoren, evtl. weitere Bauelemente) nicht ohne Entfernung der Statorwicklung möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 den Querschnitt eines Motors bzw. Magnetlagers mit integrierter Leiterplatte,

Fig. 2 die Draufsicht einer bestückten Leiterplatte, wobei die Leitungsführungen zwischen den Bauelementen der Einfachheit halber nicht eingezeichnet sind,

Fig. 3 die räumliche Ansicht eines Leiterplattenausschnittes mit Wirbelstrom- und Hallsensor von der Luftspaltseite aus gesehen, wobei der Einfachheit halber die kreisförmige Leiterplatteninnenkontur sowie die kreisförmig geführten Leiter der Spulen gestreckt gezeichnet sind,

Fig. 4 den Querschnitt eines Motors bzw. Magnetlagers mit integrierter Leiterplatte mit der Erweiterung gegenüber Fig. 1 um eine axiale Wirbelstromsensoreinheit,

Fig. 5 ein Beispiel zur Vergrößerung der Querschnittsfläche des Wirbelstromsensors und zur Verbesserung der Fernwirkung des Magnetfeldes durch die Spule einer zusätzlichen Leiterplatte,

Fig. 6 ein Beispiel zur Integration von elektrischen Bauteilen in der Statorblecheinheit mit der Möglichkeit einer guten Wärmeabfuhr insbesondere bei Leistungshalbleitern,

Fig. 7 verschiedene Alternativen zu Anordnung der Wirbelstromsensorspulen auf der (den) Leiterplatten,

Fig. 8 den Querschnitt eines Motors oder Magnetlagers mit integrierter Leiterplatte und einer nichtferromagnetischen Zwischenschicht im Rotor.

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel eines Wirbelstromsensors für einen vielnutigen Motor,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel für eine Leiterplattenanordnung außerhalb des Stators.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines elektromagnetischen Energiewandlers mit integrierter Leiterplatte. Der Energiewandler kann beispielsweise als Motor in unterschiedlichen Bauformen (z. B. Innen-, Außen-, Scheibenläufer-, Linearmotor), als lagerloser Motor oder auch als aktives Magnetlager (z. B. Axial-, Radiallager) realisiert werden.

Erfindungsgemäß ist auf der Leiterplatte (3) mindestens ein Wirbelstromsensor durch ein entsprechend gestaltetes Layout mit Leiterabschnitten und gegebenenfalls auch Durchkontaktierungen integriert. Verschiedene Ausführungsformen sind in den Fig. 2, 3, 4, 5, 7, 9 dargestellt und werden im folgenden beschrieben.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, sind auf der Leiterplatte verschiedene elektrische Bauteile plaziert. Dies können beispielsweise Bauteile für die Sensorik (11, 12, 13), die Sensorelektronik (14), die Signalelektronik (14), die Leistungselektronik (20) oder für den elektrischen Anschluß (15) des Antriebes sein. Die einzelnen Baugruppen sind in der Zeichnung lediglich symbolisch durch willkürlich ausgewählte und plazierte Bauteile angedeutet. Die Bauteile können sowohl im Bereich der Statorzähne, des Statorjoches oder auch, sofern die Leiterplatte die Statorteile überragt, außerhalb der Statorkontur angeordnet sein.

Besonders hervorgehoben werden soll die Möglichkeit einer einfachen Realisierung von Wirbelstromsensoren (12) über das Leiterplattenlayout mit Hilfe von Leiterbahnabschnitten (21) und Durchkontaktierungen (22). Ein Wirbelstromsensor kann sich hierbei aus mehreren Spulen zusammensetzen, die seriell oder parallel miteinander verschaltet sind. Beispiele für solche Spulengruppen befinden sich in Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 7. Dabei können sowohl Gruppierungen mit gleicher Feldausrichtung (35, 36, 52, 53, 57, 58) als auch Gruppierungen mit wechselnder Polarität (50, 51, 55, 56 und bei Vertauschen der Anschlüsse einer Spule auch 57, 58) realisiert werden. Die Unterteilung in gleichsinnige Einzelspulen (35, 36, 52, 53, 57, 58) kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn, wie in Fig. 2, andere Bauelemente ebenfalls in Luftspaltnähe plaziert werden sollen. Ansonsten empfiehlt sich aus Gründen des kleineren Widerstandes und der geringeren Anzahl von Durchkontaktierungen die Realisierung einer größeren Einzelspule (54). Bei den Abbildungen der Fig. 5 und 7 ist symbolisch für die Spule nur eine Windung dargestellt. In der Regel werden die Spulen jedoch mit mehreren hintereinanderliegenden Windungen versehen. Um höhere Spulenquerschnittsflächen und damit größere Induktivitätswerte zu realisieren kann die Leiterplattendicke in handelsüblichen Stufen (z. B. 1,6 mm; 2,4 mm, 3,2 mm) variiert werden. Damit vergrößert sich die Dicke auch in Bereichen außerhalb der Wirbelstromsensoren, wo eine Erhöhung nicht erforderlich oder vielleicht sogar gar nicht erwünscht ist. In kritischen Fällen kann daher in einem beschränkten Teilbereich (zumindest in dem Bereich der Wirbelstromsensoren) eine zweite Leiterplatte aufgesetzt werden, wie dies die Fig. 5 (3, 32) und 7 (3, 32) zeigen. Ebenso wie bei der Anordnung der Spulen in Querrichtung kann auch hier die Polarität der Spulen gleichsinnig (35, 36) oder gegensinnig (55, 56) gewählt werden. Um Kurzschlüsse zu vermeiden können auch zur Trennung der Leiterplatten isolierende Abstandshalter (31) zur Anwendung kommen. Mit der Auswahl an Spulenkonfigurationen (12, 29, 30, 27, Fig. 5, Fig. 7) können sowohl radiale als auch axiale Abstandsmessungen durchgeführt werden. Entscheidend ist, daß für die radiale Messung eine radiale Feldkomponente und für die axiale Messung eine axiale Feldkomponente der Spule zur Verfügung steht. In allen Fällen muß dem Wirbelstromsensor eine elektrisch leitende Fläche am Rotor gegenüberstehen, die mit zunehmender Annäherung an den Sensor dessen Magnetfeld schwächt. Dieser Einfluß wirkt sich auf das Verhalten des Wirbelstrom- Kondensator-Schwingkreises aus und kann über eine Auswerteschaltung eine Information über die Wegdistanz zwischen Sensor und Rotor liefern. Elektrisch leitende Flächen können z. B. in Form eines Metallringes, einer Metallscheibe oder durch metallische Beschichtung von Rotorteilen realisiert werden. Beispiele für Radialsensoren können den Fig. 2, 3, 5, und den oberen vier Abbildungen der Fig. 7 entnommen werden. Fig. 4 und die untere Abbildung in Fig. 7 zeigen Ausführungen zu Axialsensoren. Günstig erweist sich hierfür eine radiale Überdeckung von Leiterplatte und Rotor. In dem Beispiel aus Fig. 7 sind zur Verbesserung der Sensorempfindlichkeit zwei metallische Schichten (60) in den Rotor eingebracht. In vielen Fällen genügt bereits auch die Leitfähigkeit der ferromagnetischen Körper (61, 62).

In der Praxis haben sich zur Lageerkennung des Rotors vier im Winkel von jeweils 90 Grad angeordnete Wirbelstromsensoren bewährt. Für eine solche Anordnung sind in der Zeichnung beispielhaft vier auf verschiedenen Schenkeln plazierte Sensorspulenpaare angeführt. Sollte der elektromagnetische Energiewandler aus einer höheren Anzahl von Schenkeln oder Zähnen bestehen, so können die Spulen eines einzelnen Wirbelstromsensors auch auf verschiedenen Schenkeln bzw. Zähnen plaziert werden. Zur Erhöhung der Spuleninduktivität und damit zur Verbesserung der Charakteristik des Wirbelstromsensor-Kondensator-Schwingkreises können im Nahfeld der Spulen jeweils ein oder mehrere Ferritkörper (44) angeordnet sein. Diese werden vorteilhaft in eine entsprechende Ausnehmung (ähnlich 43) der Leiterplatte eingelegt. Um eine möglichst hohe elektrische Empfindlichkeit zu erzielen sollten die Wirbelsensorspulen möglichst nahe an den Luftspalt (18) gesetzt werden.

Ebenfalls sehr einfach lassen sich Magnetfeldsensoren (11) in den Leiterplattenaufbau integrieren. Sie können vorteilhaft in Ausnehmungen (43) der Leiterplatte (3) in der Nähe des Luftspaltes (18) eingelegt werden. Die Messung der Flußdichte erlaubt insbesondere bei Permanentmagnetmotoren eine Aussage über die Winkelposition des Rotors. Sehr günstig erweist sich bei einer Leiterplattenanordung mit einem oder zwei benachbarten ferromagnetischen Körpern, daß das Ankerfeld im Bereich des Hallsensors sehr schwach ausgeprägt ist. In Gegensatz hierzu ist das zu messende Permanentmagnetfeld vergleichsweise stark, wenn der Sensor in der Leiterplatte in der Nähe des Luftspaltes angebracht wird.

Bei Verwendung von SMD-Bauteilen ist es möglich die Bauteile (11) über die Kontaktpins (45) in den Ausnehmungen (43) aufzuhängen und die Anschlüsse an den entsprechenden Kontaktierungspads anzulöten. Bauteile mit vertikaler Feldmeßrichtung können in der Ausnehmung gekippt und an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte gelötet werden. Die Anordnung der Fig. 3 eignet sich insbesondere für Bauteile mit horizontaler Meßrichtung.

Im Gegensatz zum Zeichnungsvorschlag in Fig. 2 kann es günstig sein, das Spulenpaar (12) eines Schenkels durch eine große Spule mit langen Leiterbahnzügen zu ersetzen und den Magnetfeldsensor seitlich der Spule, rechts oder links, anzubringen.

Weiterhin soll eine einfache Möglichkeit der Statortemperaturerfassung aufgezeigt werden. Dies kann über elektrische Widerstände mit beispielsweise mäanderförmigen Leiterzügen (13) geschehen. Die temperaturabhängige Widerstandsänderung wird über eine entsprechende Elektronik gemessen und ausgewertet.

Weitere Spulenanordnungen sind auf der Leiterplatte möglich, wie beispielsweise Spulen zur Messung der Drehzahl und der Winkelposition über die induzierte Spannung bei bewegtem Rotor. Auf weitere Aufzählungen und Ausführungen soll jedoch an dieser Stelle nicht eingegangen werden.

In Fig. 1 ist die Leiterplatte in einer Ebene zwischen den Wickelköpfen (1, 5) des Stators (7), hier in der Mitte des Statorblechpaketes, angeordnet. Abhängig von der Applikation können eine oder mehrere Leiterplatten symmetrisch oder asymmetrisch in den Zwischenschichten des Statorblechpaketes eingebracht werden.

In der Darstellung von Fig. 2 entspricht die Leiterplattenkontur (19) bis auf den Bereich der Steckeranschlußfahne (59) der Kontur des Blechpaketes. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Zwingend ist jedoch die Aussparung für die Durchführung der Wicklungsstränge (8) im Bereich der Nuten (9) und eventuell auch im Bereich der Befestigungsöffnungen (10, 49).

Bei der Befestigung der Leiterplatte (3) im Stator (7) ist darauf zu achten, daß die Leiterführungen und elektrischen Bauteile über die ferromagnetischen Statorteile (2, 4) nicht kurzgeschlossen werden. Mögliche Vorkehrungen sind Abstandshalter in Form von Isolierfolien (16, 17) mit Ausstanzungen im Bereich der Bauteile, die Beschichtung (16, 17) der ferromagnetischen Körper oder der Leiterplattenoberflächen (16, 17) oder auch das Einhalten von ausreichenden Luftspalten zwischen Leiterplatte und den Blechpaketen durch Aufsetzen der Leiterplatte (3) auf Abstandsscheiben oder -hülsen:

Um die axiale Länge des Energiewandlers möglichst klein zu halten, können hervorstehende Bauelemente (14, 20) in Ausnehmungen (42) des ferromagnetischen Körpers (2, 4) eintauchen. Die Realisierung der entsprechenden Ausschnitte kann bei Blechpaketen in den Stanzvorgang und bei Pulververbundwerkstoffen in den Preßvorgang integriert werden. Für Leistungshalbleiterbauelemente bietet sich sogar die Möglichkeit, den verbleibenden Hohlraum mit einer Wärmeleitpaste (41) auszufüllen und damit einen guten Wärmeübergang zum ferromagnetischen Körper zu schaffen.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung des elektrischen Energiewandlers; bei dem der Rotor in drei Schichten untergliedert ist. Die äußeren Schichten werden von zwei Permanentmagnetrotoren aus ferromagnetischen Körpern (63, 64) und Permanentmagneten (64, 65) gebildet, bei der mittleren Schicht handelt es sich um einen nichtferromagnetisches Material (66), wie beispielsweise Aluminium, Kunststoff oder ein Luftraum. Zwischen den einander gegenüberliegenden Permanentmagnetrotorscheiben und Statorscheiben (2, 4) bilden sich bei einer Verschiebung des Rotors aus der axialen Mitte magnetische Rückstellkräfte aus. Diese werden durch die Einbringung der Zwischenschicht (66) infolge der sich ergebenden Feldkonzentration verstärkt. Die Charakteristik der passiven Axiallagerung wird somit verbessert und die Stabilität erhöht.

In Fig. 9 ist ein mögliches Realisierungsbeispiel für die Sensoranordnung in einem vielnutigen Motor angeführt. Auf der Leiterplatte sind insgesamt vier Wirbelstrom- (77, 78, andere nicht dargestellt) und ebenfalls vier Hallsensoren (72, 79, andere nicht dargestellt) untergebracht. Ein Wirbelstromsensor (77) besteht aus 5 Einzelspulen (67, 68, 69, 70, 71) mit jeweils mehreren Windungen (nicht dargestellt) ähnlich der Spule (12) aus Fig. 2. Die Einzelspulen sind seriell über die Leitungsverbindungen (76) zu einem Wirbelstromsensor zusammengeschaltet. Der Einfachheit halber enden die Kontaktanschlüsse (73, 74, 75) in der Zeichnung blind. Natürlich können diese Anschlüsse direkt einer Steckverbindung ähnlich (15) oder einer ebenfalls auf der Leiterplatte untergebrachte Elektronik ähnlich (14) zugeführt werden.

In Fig. 10 ist eine Alternative zu Fig. 1 dargestellt. Hier ist die Leiterplatte (3) nicht in den Stator integriert, sondern längs der Welle verschoben außerhalb des Stators (84) an einem beliebig ausführbaren Halter (81) befestigt. Die elektrischen Bauelemente (82) sind im Gegensatz zu der Ausführung in Fig. 1 nicht abgedeckt.

Die Leiterplattenanordnung von Fig. 10 kann insbesondere für magnetgelagerte Antriebssysteme mit mehreren längs der Welle angeordneten separaten Einheiten (wie Antriebsmotor, links- und rechtsseitiges Radialmagnetlager, Axialmagnetlager) von Interesse sein. Die Wirbelstromsensoren der Leiterplatte (3) können sowohl die radiale Distanz der Welle als auch deren axiale Verschiebung detektieren. Für den zweiten Fall ist jedoch eine hervorstehende Kontur an der Welle (vgl. Fig. 4) vorzusehen.

Bei hoher Leitfähigkeit des Wellenmaterials wird für die Radial- und Axialmessung kein weiterer Körper benötigt. Für die Axialmessung ist lediglich eine Nut in die Welle einzubringen. Die Leiterplatte (aus Montagegründen am besten 2-teilig) ragt in die Nut (ähnlich Fig. 4) hinein.

Werden höhere elektrische Leitfähigkeiten gewünscht, so kann auf die Welle ein Ring aufgesetzt werden, an dessen Aussenseite die radiale Distanz und an dessen Stirnseiten die axiale Distanz gemessen werden kann. Weitere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.

Claims (20)

1. Elektromagnetische Energiewandler, insbesondere bürstenlose Motoren, Motoren mit integrierter Magnetlagerwicklung oder Magnetlager, umfassend einen Stator mit mindestens einer Strangwicklung, einem bewegten Teil, insbesondere einem Rotor, und mindestens einer Leiterplatte für die Plazierung und den elektrischen Anschluß von elektrischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte über ein entsprechend gestaltetes Leiterplattenlayout mindestens ein Wirbelstromsensor, der sich insbesondere zur radialen oder axialen Abstandsmessung zwischen Rotor und Stator eignet, integriert ist.

2. Elektromagnetischer Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wirbelstromsensor aus mindestens einer magnetischen Spule mit einer im wesentlichen radialen Ausrichtung der Wicklungsachse (23) besteht, die mit Hilfe von Leiterbahnabschnitten (21) und gegebenenfalls auch Durchkontaktierungen (22) aufgebaut wird und die durch entsprechende Bestromung, insbesondere durch einen gemeinsam mit einem Kondensator aufgebauten Schwingkreis, ein magnetisches Wechselfeld aufbaut, das insbesondere mit einer radialen Komponente in den Luftspalt (18) des Energiewandlers eindringt und somit eine Messung der Radialposition des bewegten elektrisch leitfähigen Körpers (6) erlaubt.

3. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche (24, 25) der Leiterplatte (3) von einem Teil (26) des Rotors (6) überdeckt wird und daß sich auf der Leiterplatte (3) in diesem überdeckten Bereich mindestens ein nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufgebauter Wirbelstromsensor (27), bestehend aus mindestens einer Spule, mit einer im wesentlichen axialen Ausrichtung der Wicklungsachse (28) befindet, der durch entsprechende Bestromung, insbesondere durch einen gemeinsam mit einem Kondensator aufgebauten Schwingkreis, ein magnetisches Wechselfeld aufbaut, das insbesondere mit einer axialen Komponente in den Luftspalt des Energiewandlers eindringt und somit eine Messung der Axialposition des bewegten elektrisch leitfähigen Körpers erlaubt.

4. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Wirbelstromsensor (12, 77) aus einer oder aus mehreren seriell oder parallel zusammengeschalteten, nach den vorangegangenen Ansprüchen aufgebauten Spulen (29, 30, 67, 68, 69, 70, 71) zusammensetzt.

5. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Leiterplatte (3), gegebenenfalls durch eine elektrische Isolierschicht (31) getrennt, eine zweite Leiterplatte (32) mit ebenfalls mindestens einer Wirbelstromspule (33) befindet, und zwar nicht notwendigerweise aber doch vorzugsweise so, daß die Wirbelstromspulen der beiden Leiterplatten (3, 32) übereinander angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind um die aktive Spulenfläche (34) des Wirbelstromsensors zu vergrößern und damit eine größere Fernwirkung des magnetischen Feldes (35, 36) zu erzielen.

6. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit weiteren elektrischen Bauteilen (11, 12, 13, 14), insbesondere mit weiteren Sensoren (11, 12, 13) zur Erfassung von mechanischen, elektrischen oder thermischen Größen, einer Signalelektronik (14) zur Verstärkung und Auswertung der Sensorsignale, einer Signalelektronik (14) zur Steuerung oder Regelung des Energiewandlers, einer Leistungselektronik (20) zur Ansteuerung der Wicklungen (8) des Energiewandlers und Steckanschlüssen (15) ausgerüstet ist.

7. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3) mit mindestens einem Magnetfeldsensor (11), insbesondere einem Hallsensor bestückt ist, der über die Messung des magnetischen Feldes (37) zwischen Stator und dem bewegten Teil des Energiewandlers auch eine indirekte Messung von Wegstrecken oder Winkeln zwischen dem Stator und dem bewegten Teil ermöglicht.

8. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (3) mindestens ein Temperatursensor (13) integriert ist, der entweder als externes Bauelement auf der Leiterplatte bestückt ist, oder der in Form von Leiterzügen (38) auf der Leiterplatte (3) realisiert ist und somit einen elektrischen Widerstand bildet, dessen Widerstandsänderung über eine entsprechende Elektronik (14) gemessen werden kann und eine Aussage über den Temperaturverlauf im Energiewandler liefert.

9. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sensoren zur Messung der magnetischen Felder, der Wegstrecken oder Winkeln bevorzugt an dem an den Luftspalt des Energiewandlers grenzenden Randbereich (39) der Leiterplatte (3) befinden.

10. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Leiterplatte mindestens ein Freiraum (43) befindet; in den mindestens ein Bauteil (11), insbesondere ein elektrisches oder magnetisches Bauteil, wie ein Hallsensor oder ein Ferritkern (44), hineinragen kann, insbesondere in der Art, daß bei dem Einsatz eines elektrischen Bauteiles an den Rändern des Freiraumes an der Oberfläche der Leiterplatte (3) Kontaktierungsmöglichkeiten (45) für das elektrische Bauteil vorgesehen sind.

11. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Leiterplatte Aussparungen wie Bohrungen (10), Kerben (49) oder Kanten, befinden, die sich zur Positionierung der Leiterplatte (3) zum Stator (7) und gegebenenfalls auch, sofern die Statorteile direkt oder indirekt an der Leiterplatte befestigt sind, sich zur Montage der Leiterplatte und somit des Stators in einem Gerät eignen.

12. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Leiterplatten (3) in einer Ebene zwischen den Wickelköpfen (1, 5) des Stators (7) des elektromagnetischen Energiewandlers angebracht ist.

13. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (3) zwischen zwei ferromagnetischen Formkörpern (2, 4), insbesondere zwischen zwei Blech-, Eisenpulververbund- oder Ferritpaketen, angebracht ist.

14. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (19) der Leiterplatte (3) in Teilbereichen grob der Kontur des Wicklungsträgers oder der ferromagnetischen Formkörper (2, 4) folgt, so daß Nutöffnungen (9) oder Bohrungen (10) für Befestigungsmittel in diesen Körpern durch die Leiterplatte (3) nicht versperrt werden.

15. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte durch entsprechende Abstandshalter, wie Isolationsfolien (16, 17), Scheiben, Beschichtungen (16, 17) der ferromagnetischen Formkörper (2, 4) oder der Leiterplatte (3) selbst, elektrisch von den Statorteilen (2, 4) des Energiewandlers, wie zum Beispiel den Blechpaketen oder den Wicklungen, getrennt ist.

16. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem ferromagnetischen Körper (2) sich mindestens ein Freiraum (42) befindet, in den mindestens ein auf der Leiterplatte (3) montiertes Bauteil (40) hineinragen kann, ohne daß es zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem elektrischen Bauteil (40) und dem ferromagnetischen Körper (2) kommt.

17. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiräume (42) mit einem elektrisch isolierenden aber thermisch gut leitfähigem Mittel (41) an- oder ausgefüllt werden, um einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen dem in den Freiraum hineinragenden elektrischen Bauteil (40) und dem ferromagnetischen Körper (2) zu erzielen.

18. Elektromagnetischer Energiewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus mehreren scheibenartigen Schichten (46, 47, 48) aufgebaut ist, wobei sich zwischen zwei ferromagnetischen oder permanentmagnetischen Schichten (46, 48) eine nichtferromagnetische Schicht (47), die der Leiterplatte (3) gegenübersteht um bei einer eventuellen axialen Auslenkung des Rotors eine größere magnetische Rückzugskraft zu bewirken.

19. Elektromagnetischer Energiewandler nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte außerhalb des magnetisch aktiven Statorbereiches (87) angebracht ist.

20. Elektromagnetischer Energiewandler nach Anspruch 1 bis 11 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wirbelstromsensor zur axialen oder radialen Wegmessung ein auf der Welle angebrachter elektrisch leitfähiger Körper oder die elektrisch leitfähige Welle selbst in glatter oder genuteter Form, letzteres für die Axialmessung, gegenübersteht.