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WO2002058214A1 - Anker mit magnetfeldgeber - Google Patents

Anker mit magnetfeldgeber Download PDF

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WO2002058214A1
WO2002058214A1 PCT/DE2001/004916 DE0104916W WO02058214A1 WO 2002058214 A1 WO2002058214 A1 WO 2002058214A1 DE 0104916 W DE0104916 W DE 0104916W WO 02058214 A1 WO02058214 A1 WO 02058214A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
field transmitter
armature
bearing
rotor shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2001/004916
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Drewe
Thomas Zink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2002058214A1 publication Critical patent/WO2002058214A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the invention relates to an anchor according to the preamble of claim 1.
  • An armature with a rotor shaft is known from US Pat. No. 5,565,721, on which a magnetic field transmitter is arranged.
  • the magnetic field transmitter is to be held on the rotor shaft by means of a holding element which is fixed in a rotationally fixed, that is to say radially and axially, with at least one clip projection which encompasses the magnetic field transmitter.
  • a holding element which is fixed in a rotationally fixed, that is to say radially and axially, with at least one clip projection which encompasses the magnetic field transmitter.
  • An armature with a rotor shaft is known from DE 197 100 15 AI, on which a holding element is arranged in a rotationally fixed manner, the holding element comprising a magnetic field transmitter.
  • the magnetic field encoder is not held in a rotationally fixed manner.
  • the armature according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the fact that a magnetic field encoder is rotatably mounted with the rotor shaft in a simple manner.
  • An advantageous embodiment of a magnetic field transmitter consists of a carrier body which is fastened to the bearing and a magnet which is arranged on the carrier body.
  • An advantageous embodiment of the magnetic field transmitter consists of a mixture of plastic and magnetically conductive Material because it is easy to manufacture and easy to attach to the bearing.
  • sectors of the magnetic field sensor are magnetized radially or axially.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an anchor designed according to the invention
  • FIG. 2a shows a further exemplary embodiment of an anchor designed according to the invention
  • FIG. 2b shows a partial view of FIG. 2a
  • Figure 3a shows a third embodiment of an anchor according to the invention and Figure 3b shows a partial section of Figure 3a.
  • FIG. 1 shows an armature 1 according to the invention.
  • the armature 1 consists at least of a rotor shaft 3 with a rotor axis 13, for example a laminated core 5 and for example one
  • Commutator 7 which are fastened on the rotor shaft 3, a bearing 9 for the rotor shaft 3, for example a roller bearing, which consists of an inner ring 21 and an outer ring 23, and a magnetic field sensor 15, which detects the position and / or speed of the armature 1 serves.
  • the outer ring 23 is fixed in a housing part 11.
  • Such an armature 1 is used, for example, for an electrical machine, in this exemplary embodiment an internal electric motor.
  • the magnetic field transmitter 15 consists, for example, of a carrier body 17 and a magnet 19 arranged on its radial lateral surface 18.
  • the carrier body 17 is fixed connected to the inner ring 21 of the bearing 9, but not necessarily indirectly to the rotor shaft 3, ie the carrier body 17 rotates just as quickly and has the same position as the rotor shaft 3.
  • the carrier body 17, for example made of plastic, can also be injection molded onto the bearing 9 or can already be made in one piece with the inner ring 21.
  • the magnet 19, which is arranged on the outside of the carrier body 17, has sectors 25 (FIGS. 2b, 3b) which are magnetized differently, so that different positions and / or speeds of the carrier body 17 are achieved by means of a magnetic field detector, for example a Hall sensor. and thus the rotor shaft 3, can be detected.
  • FIG. 2a shows a further exemplary embodiment of the armature 1 according to the invention.
  • the magnetic field transmitter 15 consists of a mixture of plastic and a magnetically conductive material.
  • the magnetic field encoder 15 is beyond the bearing 9. This mixture can, for example, be sprayed onto the bearing 9, ie the inner ring 21, and be fastened in this way.
  • the magnetic field transmitter 15 can also by others Fastening types can be fastened on the inner ring 21, for example by an interference fit.
  • the magnetic field transmitter 15 must have sectors 25 (FIG. 2b) which are magnetized differently.
  • FIG. 2b Such an arrangement is shown in FIG. 2b, in which a top view of the magnetic field transmitter 15 is shown perpendicular to the rotor axis 13.
  • the magnetic field transmitter 15 has a plurality of sectors 25 which are magnetized differently in the radial direction, i.e. in the north or south pole direction.
  • a sector 25 which has the north pole N on the outer surface is followed in the circumferential direction by a sector 25 which has the south pole S on the outer surface.
  • the magnetic field transmitter 15 thus points
  • Sectors 25 which are radially magnetized, i.e. the direction of the north pole-south pole runs in the radial direction and which are arranged alternately in the circumferential direction.
  • FIG. 3a shows a third exemplary embodiment of the armature 1 according to the invention.
  • the magnetic field transmitter 15 again consists, for example, of a mixture of plastic and a magnetically conductive material, which in turn is fastened on the inner ring 21.
  • the magnetic field transmitter 15 does not protrude at all in the axial length or does not protrude far beyond the bearing 9, so that an axial length of an electrical machine is shortened.
  • FIG. 3b shows a top view in the axial direction 13 of the magnetic field transmitter 15.
  • the magnetic field transmitter 15 has a plurality of sectors 25 which are successively differently magnetized in the circumferential direction.
  • the North Pole and the South Pole are identified by the letters N and S, respectively.
  • the north pole-south pole axes of the individual sectors 25 extend in the axial direction, ie the sectors 25 are axially magnetized.
  • the magnetic field transmitter 15 or the carrier body 17 can also be designed such that they form a cover for the bearing 9, i.e. they protect the bearing 9 from dirt.
  • This principle of arranging the magnetic field sensor on the bearing for an inner rotor can also be transferred to an outer rotor, i.e. the magnetic field transmitter is attached to the outer ring 23, for example

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Bei einem Anker nach dem Stand der Technik bereitet die Aufbringung eines Magnetfeldgebers Probleme, da der Magnet aus einem spröden Material steht und so eine Befestigung auf der Rotorwelle erschwert ist. Beim erfindungsgemässen Anker (1) ist der Magnefeldgeber (15) zumindest teilweise an einem Lager (9) befestigt, und kann je nach Magnetisierungsrichtung von Sektoren eine axiale Baulänge des Ankers (1) reduzieren.

Description

ANKER MIT MAGNETFELDGEBER
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Anker nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 5,565,721 ist ein Anker mit einer Rotorwelle bekannt, auf der ein Magnetfeldgeber angeordnet ist. Der Magnetfeldgeber soll durch ein Halteelement, das drehfest, also radial und axial gesichert, auf der Rotorwelle befestigt ist, mit zumindest einem Klipsvorsprung, der den Magnetfeldgeber umgreift, gehalten werden. Durch diese Art der Halterung kann es passieren, dass der Magnetfeldgeber nicht drehfest gehalten ist und nicht dieselbe Drehung wie das Halteelement mitmacht, weil aufgrund von Toleranzen oder Dehnungen der Klipsvo Sprünge die Kraft auf den Magnetfeldgeber nicht mehr gross genug ist.
Aus der DE 197 100 15 AI ist ein Anker mit einer Rotorwelle bekannt, auf dem ein Halteelement drehfest angeordnet ist, wobei das Halteelement einen Magnetfeldgeber umfasst . Auch hier ist der Magnetfeldgeber nicht drehfest gehalten.
Aus der DE 198 15 702 AI ist ein Anker mit einem Magnetfeldgeber bekannt, der auf der Rotorwelle drehfest gesichert ist. Dabei wirken Kräfte auf den Magnetfeldgeber, die den Magnetfeldgeber, beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildet, mechanisch stark belasten.
Aus der DE 198 46 501 AI ist ein Anker mit einer Rotorwelle bekannt, auf der ein Halteelement angeordnet ist. Auf dem Halteelement ist ein Ringmagnet angeordnet, der durch Rippen, die eine leichte Pressung auf den Ringmagnet ausüben, auf dem Halteelement gesichert ist. Es besteht keine Verbindung zwischen Halteelement und Kommutator.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Anker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise sich ein Magnetfeldgeber mit der Rotorwelle drehfest gelagert ist .
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Ankers möglich.
Eine vorteilhafte Befestigung des Magnetfeldgebers ergibt sich dadurch, wenn der Magnetfeldgeber am Innenring des
Lagers befestigt ist, weil der Innenring schon fest mit der Rotorwelle verbunden ist .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Magnetfeldgebers besteht aus einem Trägerkörper, der am Lager befestigt ist und einem Magnet, der auf dem Trägerkörper angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Magnetfeldgebers besteht aus einem Gemisch aus Kunststoff und magnetisch leitendem Material, weil dieses einfach herzustellen ist und einfach an das Lager zu befestigen ist.
Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, wenn Sektoren des Magnetfeldgebers radial oder axial magnetisiert sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ankers,
Figur 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ankers und Figur 2b eine Teilansicht der Figur 2a,
Figur 3a ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ankers und Figur 3b einen Teilausschnitt der Figur 3a.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Anker 1. Der Anker 1 besteht zumindest aus einer Rotorwelle 3 mit einer Rotorachse 13, bspw. einem Blechpaket 5 und bspw. einem
Kommutator 7, die auf der Rotorwelle 3 befestigt sind, einem Lager 9 für die Rotorwelle 3, beispielsweise einem Wälzlager, das aus einem Innenring 21 und einem Außenring 23 besteht, und einem Magnetfeldgeber 15, der zur Lage- und/oder Drehzahlerfassung des Ankers 1 dient. Der Außenring 23 ist in einem Gehäuseteil 11 fest angeordnet .
Ein solcher Anker 1 wird beispielsweise für eine elektrische Maschine, in diesem Ausführungsbeispiel ein innenlaufender Elektromotor, verwendet.
In diesem Fall ist der Innenring 21 fest auf der Rotorwelle 3 angeordnet und dreht sich damit genau so schnell wie die Rotorwelle 3. Der Magnetfeldgeber 15 besteht beispielsweise aus einem Trägerkörper 17 und einem an seiner radialen Mantelfläche 18 angeordneten Magnet 19. Der Trägerkörper 17 ist fest mit dem Innenring 21 des Lagers 9 verbunden, aber nicht notwendigerweise mittelbar mit der Rotorwelle 3, d.h. der Trägerkörper 17 dreht sich genau so schnell und hat dieselbe Lage wie die Rotorwelle 3.
Der bspw. aus Kunststoff bestehende Trägerkörper 17 kann auch an das Lager 9 angespritzt sein oder schon mit dem Innenring 21 einteilig ausgeführt sein. Der Magnet 19, der außen auf dem Trägerkörper 17 angeordnet ist, weist Sektoren 25 (Fig. 2b, 3b) auf, die verschieden magnetisiert sind, so daß mittels eines Magnetfelddetektors, beispielsweise einem Hallsensor, verschiedene Lagen und/oder Drehzahlen des Trägerkörpers 17, und damit der Rotorwelle 3, erfaßt werden können.
Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ankers 1. Der Magnetfeldgeber 15 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Gemisch aus Kunststoff und einem magnetisch leitenden Material. Der Magnetfeldgeber 15 steht über das Lager 9 hinaus . Dieses Gemisch kann beispielsweise auf das Lager 9, d.h. den Innenring 21, aufgespritzt sein und so befestigt sein. Der Magnetfeldgeber 15 kann aber auch durch andere Befestigungsarten auf dem Innenring 21 befestigt sein, beispielsweise durch Preßpassung.
Damit eine unterschiedliche Position und eine Drehzahl der Rotorwelle 3 erfaßt werden kann, muß der Magnetfeldgeber 15 Sektoren 25 (Fig. 2b) aufweisen, die unterschiedlich magnetisiert sind. Eine solche Anordnung zeigt Figur 2b, in der eine Draufsicht senkrecht zur Rotorachse 13 auf den Magnetfeldgeber 15 gezeigt ist . Der Magnetfeldgeber 15 weist mehrere Sektoren 25 auf, die in radialer Richtung verschieden magnetisiert sind, d.h. in Nord- oder in Südpolrichtung. Auf einen Sektor 25, der auf der Aussenflache den Nordpol N aufweist, folgt in Umfangsrichtung ein Sektor 25, der auf der Aussenflache den Südpol S aufweist. Der Magnetfeldgeber 15 weist also
Sektoren 25 auf, die radial magnetisiert sind, d.h. die Richtung Nordpol-Südpol verläuft in radialer Richtung und die in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
Figur 3a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ankers 1. Der Magnetfeldgeber 15 besteht beispielsweise wieder aus einem Gemisch aus Kunststoff und einem magnetisch leitenden Material, der wiederum auf dem Innenring 21 befestigt ist. Der Magnetfeldgeber 15 ragt in axialer Länge gar nicht oder nicht weit über das Lager 9 hinaus, so daß eine axiale Länge einer elektrischen Maschine verkürzt ist .
Figur 3b zeigt eine Draufsicht in Axialrichtung 13 auf den Magnetfeldgeber 15. Der Magnetfeldgeber 15 weist mehrere Sektoren 25 auf, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend verschieden magnetisiert sind. Der Nordpol und der Südpol sind jeweils durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet. Die Achsen Nordpol-Südpol der einzelnen Sektoren 25 verlaufen in Axialrichtung, d.h. die Sektoren 25 sind axial aufmagnetisiert .
Der Magnetfeldgeber 15 oder der Trägerkörper 17 können auch so ausgestaltet sein, daß sie eine Abdeckung für das Lager 9 bilden, d.h. sie schützen das Lager 9 vor Schmutz.
Dieses Prinzip der Anordnung des Magnetfeldgebers an das Lager für einen Innenläufer kann auch auf einen Aussenlaufer übertragen werden, d.h. der Magnetfeldgeber ist bspw. an den Aussenring 23 befestigt

Claims

Patentansprüche
1. Anker, insbesondere für eine elektrische Maschine, zumindest bestehend aus einer Rotorwelle, einem Lager, das auf der Rotorwelle befestigt ist, einem Magnetfeldgeber, der sich wie die Rotorwelle dreht,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetfeldgeber (15) am Lager (9) befestigt ist.
2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager (9) einen Aussenring (23) und einen Innenring
(21) hat, der auf der Rotorwelle (3) befestigt ist, und dass der Magnetfeldgeber (15) am Innenring (21) befestigt ist.
3. Anker nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetfeldgeber (15) aus einem Trägerkörper (17) besteht, der am Lager (9) befestigt ist, und dass auf dem Trägerkörper (17) ein Magnet (19) angeordnet ist
4. Anker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetfeldgeber (15) aus einem Gemisch aus Kunststoff und magnetisch leitenden Material besteht .
5. Anker nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnetfeldgeber (15) an das Lager (9) angespritzt ist,
6. Anker nach Anspruch 3 , 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetfeldgeber (15) oder der Magnet (19) Sektoren
(25) aufweist, und dass die Sektoren (25) radial magnetisiert sind.
7. Anker nach Anspruch 3 , 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetfeldgeber (15) oder der Magnet (19) Sektoren
(25) aufweist, und dass die Sektoren (25) axial magnetisiert sind.
PCT/DE2001/004916 2001-01-18 2001-12-22 Anker mit magnetfeldgeber Ceased WO2002058214A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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