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Dokumentenidentifikation DE3850836T2 22.12.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0310035
Titel Stator für einen bürstenlosen Motor.
Anmelder Akai Electric Co. Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kakinoki, Wataru c/o Akai Electric Co.,Ltd., Tokyo, JP;
Miyoshi, Noriaki c/o Akai Electric Co.,Ltd., Tokyo, JP;
Arai, Koji c/o Akai Electric Co.,Ltd., Tokyo, JP
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing.; Ritter und Edler von Fischern, B., Dipl.-Ing.; Kolb, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw., 81925 München
DE-Aktenzeichen 3850836
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.09.1988
EP-Aktenzeichen 881159990
EP-Offenlegungsdatum 05.04.1989
EP date of grant 27.07.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.12.1994
IPC-Hauptklasse H02K 29/08

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Stator zur Verwendung in einem bürstenlosen Motor mit einem Rotor, umfassend: ein Statorjoch; ein erstes gedrucktes Substrat, das fest auf einer ersten Oberfläche des Joches montiert ist; Einrichtungen zum Antreiben des bürstenlosen Motors; ein zweites gedrucktes Substrat, auf dem die Motorantriebseinrichtung montiert ist, wobei das zweite gedruckte Substrat fest auf einer zweiten Oberfläche des Joches montiert ist; eine Vielzahl von Antriebswicklungen, die auf dem ersten gedruckten Substrat montiert und elektrisch daran angeschlossen sind; und Einrichtungen zum Erfassen der Umdrehungsstellung des Rotors. Ein solcher Stator ist aus der Druckschrift EP-A-0 210 835 bekannt. Die Druckschrift US-A-4 435 673 offenbart einen weiteren bürstenlosen Motor.

Der bekannte herkömmliche Stator zur Verwendung in einem bürstenlosen Motor ist in den beigefügten Fig. 1A, 1B und 1C dargestellt. Im einzelnen ist Fig. 1A eine Vorderansicht eines herkömmlichen Stators; Fig. 1B ist eine Seitenansicht desselben und Fig. 1C ist eine Hinteransicht des Stators.

Der herkömmliche Stator ist mit einem Statorjoch 1, einem ersten gedruckten Substrat 2, das fest auf einer vorderen Oberfläche des Statorjoches 1 derart befestigt ist, daß das Substrat 2 dem Rotor des Motors gegenübersteht, und mit einem zweiten gedruckten Substrat versehen, das fest auf der hinteren Oberfläche des Statorjoches 1 montiert ist. Wie in Fig. 1A dargestellt, ist eine Vielzahl von Antriebswicklungen 4 zum Drehen des Rotors des Motors, sowie eine Vielzahl von Hall-Elementen 5 zum Erfassen der Umdrehungsposition des Rotors auf dem ersten gedruckten Substrat 2 montiert und elektrisch daran angeschlossen. Eine Gruppe von Antriebsschaltungen ist auf dem zweiten gedruckten Substrat 3 montiert und elektrisch daran angeschlossen.

Bei dem in den Fig. 1A, 1B und 1C dargestellten herkömmlichen Stator werden sechs Antriebswicklungen 4 und drei Hall-Elemente 5 verwendet, wodurch ein Dreiphasenantriebssystem gebildet wird. Das erste gedruckte Substrat und das zweite gedruckte Substrat 3 sind elektrisch durch eine Vielzahl von Kupferdrähten 7 angeschlossen und miteinander verbunden. Die Kupferdrähte 7 sind durch einen Film 8 an einem Endabschnitt des Stators isoliert. Beide Enden jeder der Antriebswicklungen 4 sind an entsprechende Kontaktabschnitte 9 des ersten gedruckten Substrates 2 angeschlossen.

Der so aufgebaute herkömmliche Stator benötigt insgesamt elf Kupferdrähte 7, weil drei Drähte für die Antriebswicklungen 4 und acht Drähte für die Hall-Elemente 8 benötigt werden. Diese elf Drähte 7 sind in einem einzigen Abschnitt auf dem Stator zusammengefaßt, wodurch das Problem entsteht, daß ein großer Bereich für das erste und das zweite gedruckte Substrat 2 und 3 geschaffen werden muß, so daß die Größe des Stators nachteilig zunimmt.

Darüber hinaus werden zum Zusammenbauen des Stators viele Lötschritte benötigt, beispielsweise bötschritte zum Verbinden des Anschlußabschnittes 9 an ein Muster des ersten gedruckten Substrates 2, zum Anschließen des Muster des ersten gedruckten Substrates 2 an die Kupferdrähte 7 und zum Anschließen der Kupferdrähte 7 an ein Muster des zweiten gedruckten Substrates 3.

Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Stators zur Verwendung in einem bürstenlosen Motor, bei dem die Anzahl der Kupferdrähte verringert wird und daher auch die Anzahl der Lötschritte während des Zusammenbaus verringert wird. Weiter kann der Stator kompakt ausgebildet werden.

Gemäß der Erfindung ist der einleitend definierte Stator dadurch gekennzeichnet, daß daß mindestens eine der gedruckten Substrate mit mindestens einer Kerbe versehen ist, durch die ein Ende einer entsprechenden Wicklung der Antriebswicklungen hindurchtritt, wodurch das Ende direkt an die Motorantriebseinrichtungen angeschlossen wird.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist ein Stator vorgesehen, der ein Statorjoch, ein erstes und ein zweites gedrucktes Substrat, eine Vielzahl von Antriebswicklungen und Hall-Elementen, die auf dem ersten Substrat montiert sind, und eine Gruppe von Antriebs- bzw. Antriebsschaltungen aufweist, die auf dem zweiten Substrat montiert sind, wobei ein Ende der Antriebswicklungen, das mit der Gruppe der Antriebsschaltungen verbunden werden soll, direkt, und nicht durch Kupferdrähte, an das zweite gedruckte Substrat angeschlossen ist. Durch diese Anordnung wird die Anzahl der Kupferdrähte zum Anschließen des ersten gedruckten Substrates verringert, wodurch ein kompakter Stator geschaffen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Hall-Elemente in einer Gruppe von Antriebsschaltungen positioniert. Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, weil die Kupferdrähte ganz fortgelassen werden können, und weil weiter das Hall-Element nicht die Antriebswicklungen stört, so daß die Ausbringungsrate verbessert werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nunmehr beispielshalber auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1A zeigt eine vordere Oberfläche eines herkömmlichen Stators;

Fig. 1B ist eine Seitenansicht des in Fig. 1A dargestellten Stators;

Fig. 1C zeigt eine hintere Oberfläche des in Fig. 1B dargestellten Stators;

Fig. 2A zeigt eine vordere Oberfläche eines Stators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2B ist eine Seitenansicht des in Fig. 2A dargestellten Stators;

Fig. 2C zeigt eine hintere Oberfläche des in Fig. 2B dargestellten Stators;

Fig. 3A und 3B sind weitere Anordnungen von Kerben gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen bürstenlosen Motor zeigt, der einen Stator gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet; und

Fig. 5 zeigt eine hintere Oberfläche des in Fig. 4 dargestellten Stators.

Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen einen Stator eines bürstenlosen Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen zeigt Fig. 2A die Vorderseite des Stators; Fig. 2B eine Seitenansicht des Stators; und Fig. 2C die hintere Oberfläche des Stators.

Wie in den Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt, ist der Stator mit einem Statorjoch 11, einem ersten gedruckten Substrat 12 und einem zweiten gedruckten Substrat 13 versehen. Das erste gedruckte Substrat 12 ist fest auf der vorderen Oberfläche des Statorjoches 11 montiert, wobei diese Oberfläche dem Rotor des bürstenlosen Motors (nicht dargestellt) gegenübersteht. Eine Vielzahl von Antriebswicklungen 4 und eine Vielzahl von Hall-Elementen 5 sind auf dem ersten gedruckten Substrat 12 montiert und elektrisch daran angeschlossen. Das zweite gedruckte Substrat 13 ist fest auf der hinteren Oberfläche des Statorjoches 11 montiert. Eine Gruppe der Antriebsschaltungen 6 ist auf dem zweiten gedruckten Substrat 13 angeordnet und elektrisch damit verbunden.

Das Statorjoch 11 ist im Durchmesser kleiner als das erste und das zweite gedruckte Substrat 12 bzw. 13. Durch diese Anordnung berührt der Abschnitt 14 der Antriebsspulen 4 nicht das Statorjoch 11, wodurch es gegen dieses isoliert ist. Daher braucht der Abschnitt 14 der Antriebswicklungen 4 nicht einer besonderen Isolierbehandlung unterzogen zu werden. Wenn jedoch entweder das Statorjoch oder der Abschnitt 14 der Antriebsspulen 4 einer Isolierbehandlung unterzogen wird, muß das Statorjoch 11 nicht unbedingt kleiner gemacht werden.

Kerben 15 und 16 sind auf einer äußeren Peripherie sowohl des ersten gedruckten Substrates 12 als auch des zweiten gedruckten Substrates 13 angebracht, so daß der Abschnitt 14 der Antriebsspulen 4 nicht über die äußere Peripherie des ersten und des zweiten gedruckten Substrates 12 bzw. 13 vorragt. Eine solche Anordnung verringert die Möglichkeit, daß der Abschnitt 14 der Antriebswicklungen 4 bei der Montage des Stators gebrochen wird. Da weiter die Position des Abschnitts 14 der Antriebswicklung 4 relativ sowohl zum ersten Substrat 12 als auch zum zweiten Substrat 13 festgelegt werden kann, kann der Stator sehr rationell montiert werden.

In den Fig. 2A und 2C sind die Kerben 15 und 16 halbkreisförmig ausgebildet. Die Kerben können aber auch V-förmig oder Y-förmig ausgebildet sein, wie entsprechend in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist. Diese Ausbildungen der Kerben 15 und 16 sind insofern vorteilhaft, als der Aufwand für die Montage des Stators weiter verringert wird, weil die fixierte Position des Abschnitts 14 der Antriebswicklung 4 genauer definiert ist. Weiter können die Kerben 15 und 16 an einem inneren peripheren Abschnitt jeweils des ersten und des zweiten gedruckten Substrates 12 bzw. 13 angebracht werden.

Ein Anschlußabschnitt 18 ist am zweiten Substrat 13, das die Antriebsschaltungen trägt, an einem Umfang der Kerbe 16 gebildet, wobei der Kontaktabschnitt an ein Ende 17 der Antriebswicklung 16 angeschlossen ist, so daß das Ende 17 direkt an die auf dem zweiten Substrat 13 montierten Antriebsschaltungen angeschlossen ist. Eine solche Struktur verringert vorteilhaft die Anzahl der Anschlüsse zwischen dem Kontaktabschnitt 18 und dem Ende 17 der mit den Antriebsschaltungen zu verbindenden Antriebsspule 4. Weiter kann beim Montieren die Anzahl der Lötschritte zum Anlöten des Endes 17 der Antriebsspule 14 im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur verringert werden.

Weiter werden für die Hall-Elemente nur acht Kupferdrähte 7 für die Verbindung zwischen dem ersten gedruckten Substrat 12 und dem zweiten gedruckten Substrat 13 benötigt, und zwar wegen des direkten Anschlusses des Endes 17 der Antriebsspule 4 an die Antriebsschaltungen. Dementsprechend kann das erste und das zweite gedruckte Substrat 12 bzw. 13 wegen der Verringerung des für das Anbringen der Kupferdrähte 7 benötigten Bereiches kleiner ausgebildet werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Stator, der in einem bürstenlosen Motor montiert ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen ist Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die einen Stator zeigt, der in einem bürstenlosen Motor montiert ist, während Fig. 5 die hintere Oberfläche des Stators zeigt.

Der bürstenlose Motor ist mit einem Antriebsmagneten 21, der abwechselnd in Umfangsrichtung entsprechend S und N polarisiert ist, einem Magnetjoch 22 mit darauf montiertem Antriebsmagneten 21 und mit einem Antriebsrad 27 versehen, die das Magnetjoch 22 ankuppelt. Das Antriebsrad 27 ist fest auf einer Welle 28 befestigt, das durch ein vager 29 relativ zu einem Gehäuse 30 drehbar ist, so daß der Magnet 21, das Magnetjoch 22 und das Antriebsrad 27 als Rotor des Motors arbeiten.

Der Motor ist weiter mit einem Statorjoch 24, einem gedruckten Substrat 23, das auf der vorderen Oberfläche des Statorjoches 24 montiert ist, wobei die vordere Oberfläche dem Rotor gegenübersteht, und einem zweiten gedruckten Substrat 31 versehen, das auf der hinteren Oberfläche des Statorjoches 24 montiert ist. Das Statorjoch 24, das erste gedruckte Substrat 23 und das zweite gedruckte Substrat 31 sind fest auf dem Gehäuse 30 montiert, so daß sie als Stator des Motors arbeiten. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ist eine Vielzahl von Antriebsspulen 25 auf dem ersten gedruckten Substrat 23 montiert und elektrisch damit verbunden, während eine Vielzahl von Hall-Elementen 26 zur Erfassung der Umdrehungsposition des Rotors des Motors auf dem zweiten gedruckten Substrat 31 montiert ist. Das Statorjoch 24 ist mit Durchgangslöchern 32 an einer Stelle versehen, die den entsprechenden, auf dem zweiten gedruckten Substrat montierten Hall-Elementen 26 entspricht. Der magnetische Fluß des Magneten 21 wirkt auf die Hall-Elemente 26 durch die entsprechenden Durchgangslöcher 32 ein.

Fig. 5 zeigt eine hintere Oberfläche des Stators, gesehen von der Oberseite der Welle 28. Obwohl in Fig. 5 nicht dargestellt, ist das Durchgangsloch 32 unter jedem der Hall-Elemente 26 angeordnet.

Bei dem so strukturierten Stator des bürstenlosen Motors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für die Hall-Elemente kein Kupferdraht benötigt, da die Hall-Elemente direkt auf dem zweiten gedruckten Substrat 31 montiert sind. Weiter stören sich die Hall-Elemente 26 und die entsprechenden Antriebsspulen 25 gegenseitig nicht, da sie auf getrennten gedruckten Substraten angebracht sind.

Weiter kann eine Gruppe von Antriebsschaltungen zum Antreiben des Motors auf dem zweiten gedruckten Substrat 31 montiert werden. Diese Maßnahme eliminiert ganze Kupferdrähte zum Verbinden der beiden gedruckten Substrate, so daß der Motor vorteilhaft kompakt ausgebildet werden kann.

Bei der zweiten Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung sind die Hall-Elemente auf dem zweiten gedruckten Substrat 31 montiert. Die Hall-Elemente können aber auch im zweiten gedruckten Substrat vergraben sein. Bei einer solchen Anordnung kann der zu den Hall-Elementen führende magnetische Fluß gesteigert werden, wodurch die Erfassungsempfindlichkeit der Umdrehungsstellung des Rotors verbessert wird.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ende der an die Antriebsschaltungsseite anzuschließenden Antriebswicklung direkt mit einem, die Antriebsschaltungen tragenden gedruckten Substrat verbunden werden. Daher kann die Anzahl der Kupferdrähte, die ein erstes gedrucktes Substrat, auf dem Antriebswicklungen montiert sind, mit einem zweiten gedruckten Substrat, auf dem Antriebsschaltungen montiert sind, wirksam verringert werden. Durch eine solche Struktur können beide gedruckten Substrate kompakt ausgeführt werden, und weiter wird die Anzahl der Lötschritte vorteilhaft verringert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Hall-Elemente direkt auf dem zweiten gedruckten Substrat montiert. Bei einer solchen Struktur kann der Bereich des Kontaktabschnittes vergrößert werden. Die Gefahr, daß eine Endklemme und eine Klemme der Hall-Elemente kurzgeschlossen werden, kann ausgeschlossen werden; und es kann die Form und die Windungszahl der Antriebswicklung frei ausgelegt werden. Demgemäß wird die Ausbringungsrate verbessert, und weiter kann der Motor kompakt ausgeführt werden.


Anspruch[de]

1. Stator zur Verwendung in einem bürstenlosen Motor mit einem Rotor, aufweisend:

- ein Statorjoch (11, 24);

- ein erstes gedrucktes Substrat (12, 23), das fest auf einer ersten Oberfläche des Joches montiert ist;

- Einrichtungen (6) zum Antreiben des bürstenlosen Motors;

- ein zweites gedrucktes Substrat (13, 31), auf dem die Motorantriebseinrichtung montiert ist, wobei das zweite gedruckte Substrat (13, 31) fest auf einer zweiten Oberfläche des Joches (11, 24) montiert ist;

- eine Vielzahl von Antriebswicklungen (4, 25), die auf dem ersten gedruckten Substrat (12, 23) montiert und elektrisch daran angeschlossen sind; und

- Einrichtungen (5) zum Erfassen der Umdrehungsstellung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der gedruckten Substrate mit mindestens einer Kerbe (15, 16) versehen ist, durch die ein Ende (17) einer entsprechenden Wicklung der Antriebswicklungen (4, 25) hindurchtritt, wodurch das Ende (17) direkt an die Motorantriebseinrichtungen (6) angeschlossen wird.

2. Stator nach Anspruch 1, bei dem die bzw. jede Kerbe (15) an einer äußeren Peripherie des ersten gedruckten Substrates (12, 23) angebracht ist.

3. Stator nach Anspruch 1, bei dem die oder jede Kerbe (15) auf einer inneren Peripherie des ersten gedruckten Substrates (12, 23) angebracht ist.

4. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die oder jede Kerbe (15, 16) halbkreisförmig ist.

5. Stator nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 3, bei dem die oder jede Kerbe (15, 16) V-förmig ist.

6. Stator nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 3, bei dem die oder jede Kerbe (15, 16) Y-förmig ist.

7. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem das Joch (11, 24) im Durchmesser kleiner als das erste gedruckte Substrat (12, 23) ist, wodurch das Ende jeder Antriebswicklung (4, 25) nicht das Statorjoch (11, 24) kontaktiert.

8. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die Erfassungseinrichtung getrennt von den Antriebswicklungen (4, 25) angeordnet ist, die auf dem ersten gedruckten Substrat (12, 23) montiert sind.

9. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die Erfassungseinrichtung auf dem zweiten gedruckten Substrat (13, 31) montiert ist.

10. Stator nach Anspruch 9, bei dem das Statorjoch (11, 24) mit einem Durchgangsloch in einem Abschnitt versehen ist, der der Erfassungseinrichtung entspricht.

11. Stator nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 8, bei dem die Erfassungseinrichtung im zweiten gedruckten Substrat (13, 31) vergraben ist.

12. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Hall-Elementen (5, 26) umfaßt.

13. Stator nach Anspruch 12, bei dem sechs der Antriebswicklungen (4, 25) und drei der Hall-Elemente (5, 26) vorgesehen sind, wodurch ein Dreiphasenantriebssystem gebildet wird.

14. Stator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem das zweite gedruckte Substrat (13, 31) Kontaktabschnitte (18) für den Anschluß an entsprechende Enden (17) der Antriebswicklungen (4, 25) trägt.







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