DE202007012105U1

DE202007012105U1 - Smallest electric motor with integrated encoder

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Publication number: DE202007012105U1
Application number: DE202007012105U
Authority: DE
Original assignee: Mymotors & Actuators GmbH
Current assignee: Dr Fritz Faulhaber GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2017-08-30

Abstract

Kleinst-Elektromotor, insbesondere Servo-Motor, bestehend aus einem feststehenden Teil (1) (Stator) und einem in diesem angeordneten rotierenden Teil (2) (Rotor), wobei diese Teile (1, 2) eine Elektrospule (5) und einen Dauermagneten (3), insbesondere mit Rückschlussteil (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Teil (1) und das rotierende Teil (2) jeweils als Schaltungsträger in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet sind.Micro-motor, in particular servo motor, consisting of a fixed part (1) (stator) and a rotating part (2) arranged therein (Rotor), these parts (1, 2) an electric coil (5) and a Permanent magnet (3), in particular with a return part (4) characterized in that the fixed part (1) and the rotating part (2) each as a circuit carrier are formed in a three-dimensional spatial form.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kleinst-Elektromotor, insbesondere Servo-Motor, bestehend aus einem feststehenden Teil (Stator) und einem in diesem angeordneten rotierenden Teil (Rotor), wobei diese Teile eine Spule und einen Dauermagneten mit Rückschlussteil aufweisen.The The present invention relates to a miniature electric motor, in particular Servo motor, consisting of a fixed part (stator) and a arranged in this rotating part (rotor), these Parts of a coil and a permanent magnet with a return part exhibit.

Derartige Kleinst-Elektromotoren werden üblicherweise als bürstenlose DC-Motoren ausgebildet. Wenn diese Motoren als Servo-Motoren verwendet werden, weisen sie einen Drehgeber auf, der derart ausgebildet ist, dass zum Beispiel der Drehgeber als zusätzliches Modul in Verlängerung der Motoreinheit angebracht ist. Eine Alternative hierzu besteht darin, dass der Drehgeber als separate Einheit in das Motorgehäuse integriert ist. In der Regel werden Drehgeber verwendet, die als magnetische oder optische Drehgeber ausgebildet sind. Weiterhin sind kapazitive Drehgeber bekannt, bei denen eine als Maßstab dienende, elektrisch leitfähige Struktur mit bestimmter Geometrie relativ zu einer Elektrodenstruktur aus mehreren elektrisch leitfähigen Anordnungen bewegt wird und das entstehende elektrische Signal mittels einer Abtasteinheit erfasst und in einer Auswerteschaltung ausgewertet wird. Hierdurch wird ein Signal für die jeweilige Winkelposition, d, h, Drehstellungsposition gewonnen. Derartige kapazitive Positionscodierer sind beispielsweise in den US-3,961,318 , DE 197 16 091 A1 , US-Re 31062 , US-4,477,810 und US-4,420,754 beschrieben.Such miniature electric motors are usually designed as brushless DC motors. When these motors are used as servo motors, they have a rotary encoder which is designed such that, for example, the rotary encoder is mounted as an additional module in extension of the motor unit. An alternative to this is that the rotary encoder is integrated as a separate unit in the motor housing. As a rule, rotary encoders are used which are designed as magnetic or optical rotary encoders. Furthermore, capacitive encoders are known in which serving as a scale, electrically conductive structure with a certain geometry is moved relative to an electrode structure of a plurality of electrically conductive arrangements and the resulting electrical signal detected by a scanning and evaluated in an evaluation circuit. As a result, a signal for the respective angular position, d, h, rotational position position is obtained. Such capacitive position encoders are for example in the US 3,961,318 . DE 197 16 091 A1 . US Re 31062 . US 4,477,810 and US 4,420,754 described.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kleinst-Elektromotor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der insbesondere als sogenannter Penny-Motor ausgebildet ist, der sich unter Einschluss eines Drehgebers durch eine äußerst kompakte Bauweise auszeichnet, indem kein zusätzlicher Bauraum für den Drehgeber erforderlich ist.Of the The present invention is based on the object, a micro-electric motor to create the type described above, in particular as so-called Penny motor is formed, including a rotary encoder characterized by an extremely compact design, by no additional space for the encoder is required.

Diese Aufgabe wird durch einen Kleinst-Elektromotor der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei dem das feststehende Teil und das rotierende Teil jeweils in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet sind. Indem das feststehende Teil und das rotierende Teil erfindungsgemäß dreidimensional ausgebildet sind, kann die gesamte dreidimensionale Struktur des Stators und des Rotors des Kleinst-Elektromotors für die Ausbildung der erforderlichen kapazitiven Elektroden und der Anordnung der elektrischen Schaltungsstruktur genutzt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn zur Herstellung die MID-Technik eingesetzt wird.These Task is by a micro-electric motor described above Kind solved, where the fixed part and the rotating Part are each formed in a three-dimensional spatial form. In accordance with the invention, the fixed part and the rotating part are three-dimensional are formed, the entire three-dimensional structure of the Stators and the rotor of the micro-electric motor for the Forming the required capacitive electrodes and the arrangement of electrical circuit structure can be used. It is advisable if the MID technology is used for production.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Kleinst-Elektromotor der eingangs beschriebenen Art, insbesondere mit einer Ausbildung des feststehenden Teils und des rotierenden Teils als dreidimensionale, vorzugsweise spritzgegossene Schaltungsträger, wobei das rotierende Teil und das feststehende Teil gemeinsam einen kapazitiven Positionscodierer (Encoder) bilden, dessen Elektrodenflächen in einem Luftspalt zwischen dem feststehenden Teil und dem rotierenden Teil integriert sind. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, sowohl den zylindrischen Umfang als auch die Stirnflächen des rotierenden Teils sowie des feststehenden Teils für die Ausbildung des kapazitiven Drehstellungsgebers zu nutzen. Hierdurch wird Bauraum eingespart und eine kompakte und raumsparende Bauweise erreicht. Indem auf dem rotierenden Teil ein Maßstab, d. h. eine elektrisch leitfähige Struktur mit bestimmter Geometrie und auf der Innenseite des feststehenden Teils eine Abtasteinheit, die eine Elektrodenstruktur mit bestimmter Geometrie aufweist, angeordnet ist, werden das feststehende Teil und das rotierende Teil des Kleinst-Elektromotors direkt als Träger für diese Strukturen genutzt, so dass keine separaten Bauteile oder Module für die Ausbildung des kapazitiven Drehstellungsgebers erforderlich sind.Farther The invention relates to a micro-electric motor of the beginning described type, in particular with a training of the fixed Part and the rotating part as a three-dimensional, preferably injection molded circuit carrier, wherein the rotating Part and the fixed part together a capacitive position encoder (Encoder) whose electrode surfaces in an air gap integrated between the fixed part and the rotating part are. This makes it possible according to the invention both the cylindrical circumference and the faces the rotating part and the fixed part for the Training the capacitive rotary encoder to use. hereby space is saved and a compact and space-saving design reached. By having a scale on the rotating part, i. H. an electrically conductive structure with a certain geometry and on the inside of the fixed part a scanning unit, which has an electrode structure with a certain geometry arranged is the fixed part and the rotating part of the micro-electric motor used directly as a carrier for these structures, so no separate components or modules for training the capacitive Drehstellungsgebers are required.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das feststehende Teil mit leitfähigen Strukturen zur „Verdrahtung" der Abtasteinheit und zum Anschluss einer Elektromotorenwicklung versehen ist. Zudem ist eine möglichst vollflächige elektrisch leitfähige Massefläche zur Abschirmung gegen Störungen auf dem feststehenden Teil vorhanden, was insbesondere durch eine Ausbildung des feststehenden Teils aus zwei äußeren elektrisch leitfähigen Schichten und einer von diesen eingeschlossenen, mittleren elektrisch isolierenden Schicht ermöglicht wird.Farther is inventively provided that the fixed Part with conductive structures for "wiring" the scanning unit and for connecting an electric motor winding is provided. In addition, as full as possible electrically conductive ground surface for shielding against faults on the stationary part, what in particular by a design of the fixed part of two outer electrically conductive layers and one of these enclosed, middle electrically insulating layer is made possible.

Somit wird erfindungsgemäß der gesamte Bauraum des erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotors mit integriertem Drehgeber erheblich reduziert. Hierdurch ist ein sehr flacher Aufbau möglich. Zudem wird die Anzahl der benötigten Bauteile verringert und es können besonders kurze elektrische Verbindungen zwischen der Ansteuerung und der Abtasteinheit realisiert werden, was deshalb sehr vorteilhaft ist, da diese elektrischen Verbindungen sehr empfindlich gegen Streukapazitäten und Störungen sind.Consequently According to the invention, the entire space of the invention Smallest electric motor with integrated rotary encoder considerably reduced. As a result, a very flat structure is possible. In addition, will reduces the number of required components and it can especially short electrical connections between the control and the scanning unit can be realized, which is therefore very advantageous is because these electrical connections are very sensitive to stray capacitance and disturbances are.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are in the subclaims described.

Anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Based of the embodiment shown in the accompanying drawings the invention will be explained in more detail. Show it:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotor, 1 a section through a micro-electric motor according to the invention,

2 eine Ansicht auf ein hohlzylindrisches Trägerteil des Kleinst-Elektromotors gemäß 1, und zwar auf die Außenfläche seines Bodenteils, 2 a view of a hollow cylindrical support member of the micro-electric motor according to 1 , on the outer surface of its bottom part,

3 eine Ansicht auf das Trägerteil gemäß 2 in hierzu entgegengesetzter Blickrichtung, 3 a view of the support member according to 2 in this opposite direction,

4 eine Ansicht auf ein rotierendes Teil des Kleinst-Elektromotors gemäß 1, und zwar auf die Außenfläche seiner Trägerscheibe, 4 a view of a rotating part of the micro-electric motor according to 1 , on the outer surface of its carrier disk,

5 eine perspektivische Ansicht der Trägerscheibe gemäß 4. 5 a perspective view of the carrier disk according to 4 ,

Ein erfindungsgemäßer Kleinst-Elektromotor ist vorzugsweise als DC-Motor ausgebildet. Er besteht, wie sich dies aus 1 ergibt, aus einem feststehenden Teil 1, dem sogenannten Stator, und einem rotierenden Teil 2, dem sogenannten Rotor. Das rotierende Teil 2 ist in dem feststehenden Teil 1 drehbar gelagert. Diese beiden Teile 1, 2 weisen einen Dauermagneten 3 mit einem Rückschlussteil 4 und eine Elektrospule 5 auf. Das feststehende Teil 1 und das rotierende Teil 2 sind jeweils in einer dreidimensionalen Raumform insbesondere als spritzgegossene Schaltungsträger in der sogenannten MID-Technologie ausgebildet. Das dreidimensionale, z. B. im Spritzgussverfahren hergestellte Formteil kann erfindungsgemäß mit einem kompletten Schaltungslayout ausgestattet werden. D. h. durch diese Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß möglich, die gesamte räumliche Struktur des Rotors und des Stators eines erfindungsgemäßen Motors für das elektrische Schaltungslayout zu benutzen, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise realisieren lässt. Das feststehende Teil 1 ist als geschlossenes Gehäuse ausgebildet, und besteht aus einem hohlzylindrischen Trägerteil 6 und einem auf den Enden seines umlaufenden Wandstegs 7 aufsetzbaren Deckelteil 8. Zwischen dem umlaufenden Wandsteg 7 erstreckt sich ein Bodenteil 9, dessen Breite (Durchmesser) insbesondere wesentlich größer ist als die Höhe des Wandstegs 7, wie dies in 3 zu erkennen ist. Das rotierende Teil 2 (Rotor) ist zwischen dem Deckelteil 8 und dem Bodenteil 9 drehbar gelagert. Vorteilhafterweise sind das Bodenteil 9 des feststehenden Teils 1 und das Deckelteil 8 kreisförmig gestaltet. Jedoch können diese auch z. B. eine quadratische Grundform haben.An inventive miniature electric motor is preferably designed as a DC motor. He insists how that looks 1 results from a fixed part 1 , the so-called stator, and a rotating part 2 , the so-called rotor. The rotating part 2 is in the fixed part 1 rotatably mounted. These two parts 1 . 2 have a permanent magnet 3 with a return part 4 and an electric coil 5 on. The fixed part 1 and the rotating part 2 are each formed in a three-dimensional spatial form, in particular as an injection-molded circuit carrier in the so-called MID technology. The three-dimensional, z. B. molded part produced by injection molding can be equipped according to the invention with a complete circuit layout. Ie. This configuration makes it possible according to the invention to use the entire spatial structure of the rotor and of the stator of a motor according to the invention for the electrical circuit layout, so that a particularly compact design can be realized. The fixed part 1 is formed as a closed housing, and consists of a hollow cylindrical support member 6 and one on the ends of its wraparound walkway 7 attachable cover part 8th , Between the circumferential wall bridge 7 extends a bottom part 9 whose width (diameter) in particular is substantially greater than the height of the wall web 7 like this in 3 can be seen. The rotating part 2 (Rotor) is between the lid part 8th and the bottom part 9 rotatably mounted. Advantageously, the bottom part 9 of the fixed part 1 and the lid part 8th designed circular. However, these can also z. B. have a square basic shape.

Das rotierende Teil 2 besteht aus einer Trägerscheibe 10 mit einem umlaufenden Randsteg 15. Das rotierende Teil 2 weist den Dauermagneten 3 und das Rückschlussteil 4 auf. Der umlaufende Randsteg 15 umfasst den Dauermagneten 3 zumindest teilweise umfangsgemäß, wobei der Dauermagnet 3 axial aus dem rotierenden Teil 2 vorsteht. Das Rückschlussteil 4 befindet sich im Inneren des rotierenden Teils 2 zwischen der Trägerscheibe 10 und dem Dauermagneten 3. Das rotierende Teil 2 ist derart innerhalb des feststehenden Teils 1 angeordnet, dass der umlaufende Randsteg 15 in Richtung auf das Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1 weist. Ein zwischen dem Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1 und dem rotierenden Teil 2 ausgebildeter Luftspalt 23 bildet den Motorluftspalt. Das Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1 trägt die Elektrospule 5, die insbesondere auch in das Deckelteil 8 integriert sein kann. Das rotierende Teil 2 ist mittels einer zentrisch verlaufenden Motorwelle 14 in dem feststehenden Teil 1 mittels Lager 14a, 14b, gelagert, und zwar einerseits in dem Deckelteil 8 und andererseits in dem Bodenteil 9. Vorteilhafterweise besteht die Motorwelle 14 aus Keramik, vorzugsweise aus ZiO-Keramik. Es kann aber auch eine Lagerung mittels eines Doppellagers nur im Deckelteil 8 oder dem Bodenteil 9 vorgesehen sein. Die Trägerscheibe 10 ist in Anpassung an die Form des feststehenden Teils 1 ebenfalls vorteilhafterweise kreisförmig ausgebildet. Die Motorwelle 14 kann aber auch aus Metall und/oder Kunststoff bestehen. Eine Feder 24, insbesondere konische Druckfeder, spannt die Kugellager 14a, 14b vor, wodurch ein präziser Lauf des Motors sichergestellt wird.The rotating part 2 consists of a carrier disk 10 with a peripheral edge web 15 , The rotating part 2 indicates the permanent magnet 3 and the rear part 4 on. The circumferential edge bridge 15 includes the permanent magnet 3 at least partially circumferentially, wherein the permanent magnet 3 axially out of the rotating part 2 protrudes. The conclusion part 4 is inside the rotating part 2 between the carrier disc 10 and the permanent magnet 3 , The rotating part 2 is so within the fixed part 1 arranged that the circumferential edge web 15 towards the lid part 8th of the fixed part 1 has. One between the lid part 8th of the fixed part 1 and the rotating part 2 Trained air gap 23 forms the engine air gap. The lid part 8th of the fixed part 1 carries the electric coil 5 , in particular, in the lid part 8th can be integrated. The rotating part 2 is by means of a centric motor shaft 14 in the fixed part 1 by means of bearings 14a . 14b , stored, on the one hand in the lid part 8th and on the other hand in the bottom part 9 , Advantageously, the motor shaft 14 made of ceramic, preferably of ZiO ceramic. But it can also be a storage by means of a double bearing only in the lid part 8th or the bottom part 9 be provided. The carrier disk 10 is in adaptation to the shape of the fixed part 1 also advantageously formed circular. The motor shaft 14 but can also consist of metal and / or plastic. A feather 24 , in particular conical compression spring, biases the ball bearings 14a . 14b before, which ensures a precise running of the engine.

Die dreidimensionalen, vorzugsweise spritzgegossenen Motorteile 1, 2 sind dreischichtig aufgebaut, und zwar bestehen sie aus zwei äußeren elektrisch leitfähigen Schichten und einer mittleren elektrisch isolierenden Schicht. Hierdurch kann auf diesen Motorteilen 1, 2 eine Ausbildung von elektrisch leitfähigen Strukturen vorgenommen werden. Die isolierende Schicht bildet dabei eine Trägerschicht.The three-dimensional, preferably injection-molded engine parts 1 . 2 are constructed in three layers, namely they consist of two outer electrically conductive layers and a middle electrically insulating layer. This can be done on these engine parts 1 . 2 a training of electrically conductive structures are made. The insulating layer forms a carrier layer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden das feststehende Teil 1 und das rotierende Teil 2 einen kapazitiven Positionscodierer, einen sogenannten Encoder, dessen Elektrodenflächen in einem Luftspalt 13a, 13b zwischen dem feststehenden Teil 1 und dem rotierenden Teil 2 integriert sind, so dass die Luftspaltabschnitte 13a, 13b den Luftspalt des Encoders bilden. Hierbei ist der Luftspaltabschnitt 13a im gezeigten Beispiel der Transmitter-Luftspalt und der zylindrische Luftspaltabschnitt 13b der Receiver-Luftspalt. Jedoch kann diese Funktionszuordnung auch umgekehrt sein. Ebenso kann es möglich sein, dass zwei Tansmitterstrukturen eine Receiverstruktur umschließen.In a further embodiment of the invention form the fixed part 1 and the rotating part 2 a capacitive position encoder, a so-called encoder whose electrode surfaces in an air gap 13a . 13b between the stationary part 1 and the rotating part 2 are integrated, so that the air gap sections 13a . 13b form the air gap of the encoder. Here, the air gap section 13a in the example shown, the transmitter air gap and the cylindrical air gap section 13b the receiver air gap. However, this function assignment can also be reversed. It may also be possible for two tansmitter structures to surround a receiver structure.

Zusätzlich kann auch der Motorluftspalt 23 als Encoderluftspalt genutzt werden. Hierfür wird über die Spule 5 eine zusätzliche Encoder-Elektrodenfläche aufgebracht. Der Magnet 3 dient in diesem Fall als Receiver, wozu er vorteilhafterweise aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt wird.In addition, the engine air gap can also 23 be used as encoder air gap. This is done via the coil 5 an additional encoder electrode surface applied. The magnet 3 serves in this case as a receiver, for which he is advantageously made of electrically conductive material.

Zur Ausbildung des kapazitiven Positionscodierers, siehe 2 und 3, weist das Bodenteil 9 des hohlzylindrischen Trägerteils 6 des feststehenden Teils 1 an seiner Außenfläche 16 eine Leiterbahnstruktur 17 zum Aufbau einer integrierten Schaltung auf. Diese Leiterbahnstruktur 17 kann dazu dienen, wie dies in 1 dargestellt ist, eine auf einem separaten Träger ausgebildete integrierte Schaltung 18 anzuschließen, die unmittelbar auf der Außenfläche 16 des Bodenteils 9 angeordnet ist. Über eine Leiterbahnstruktur 32 an der Innenseite des Wandsteges 7 erfolgt der Anschluss der Spule 5. Weiterhin sieht die erfindungsgemäße Ausbildung eines kapazitiven Positionscodierers vor, dass der umlaufende Wandsteg 7 des Trägerteils 6 an seiner Innenseite eine oder mehrere Elektroden 19 für eine kapazitive Signalaufnahme besitzt. Diese Elektrode(n) 19 ist/sind über die Ausbildung entsprechender Leiterbahnstrukturen mit der Leiterbahnstruktur 17 verbunden. Die Trägerscheibe 10 des rotierenden Teils 2 besitzt, siehe 4 und 5, auf ihrer Außenfläche 20 einen Maßstab 21 in Form einer elektrisch leitfähigen Elektrodenstruktur mit einer bestimmten Geometrie entsprechend der Art eines zu erzeugenden Messsignals. Hierzu ist weiterhin vorgesehen, dass auf dem Bodenteil 9 des Trägerteils 6 auf dessen Innenseite eine Elektrodeneinheit 22 vorhanden ist, die aus zumindest einer elektrisch leitfähigen Struktur mit einer bestimmten Geometrie zum Herstellen einer Kondensatoranordnung gebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Kondensator-Elektroden ausgebildet. Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es, dass die elektrisch leitfähigen Strukturen auf der Trägerscheibe 10 und dem Bodenteil 9 das elektrische Signal, das durch die Relativbewegung von feststehendem und rotierendem Teil 1, 2 erzeugt wird, vom rotierenden Teil 2 im Bereich seines Randsteges 15 auf die Elektrode(n) 19 an der Innenseite des umlaufenden Wandstegs 7 des Trägerteils 6 übertragen werden kann. Von dieser(n) Elektrode(n) 19 erfolgt dann eine Weiterleitung über die Leiterbahnstruktur 17 auf die integrierte Schaltung 18. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des feststehenden Teils 1 und des rotierenden Teils 2 mit zwei äußeren elektrisch leitfähigen Schichten ermöglicht eine im Wesentlichen vollflächige, elektrisch leitfähige Massefläche insbesondere zur Abschirmung gegen elektrische Störsignale. Weiterhin wird hierdurch ermöglicht, dass die Elektrodenflächen 19, 20, 21, 22 des kapazitiven Drehgebers durch entsprechende Ausgestaltung der leitfähigen Schicht auf der Trägerscheibe 10 erfolgt. Dabei kann, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, die leitfähige Elektrodenstruktur, Maßstab 21, der Trägerscheibe 10 sinusfunktionsartig geformt sein, so dass ein analoges Messsignal erzeugt wird, das sinusfunktionsförmig ausgebildet ist. Der Encodermaßstab (21) und die Encoderflächen (22) können mit einer oder mehreren Perioden pro Umdrehung ausgebildet werden. Dabei hat eine Periode pro Umdrehung den Vorteil, dass der Positionscodierer als Absolutencoder genutzt werden kann. Eine gerade Anzahl an Perioden pro Umdrehung hat den Vorteil, dass eventuelle Schiefstellungen des Rotors gegenüber der Encoderfläche (22) im Gehäuse teilweise kompensiert werden. Vorteilhafterweise wird daher eine gerade Anzahl an Perioden pro Umdrehung verwendet. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, andere Ausbildungen des Maßstabs 21 und der entsprechenden elektrisch leitfähigen Strukturen 22 zu wählen, um andere Funktionsverläufe der erzeugten Messsignale zu erreichen. Wesentlich ist, dass mit dem erzeugten Messsignal eine hohe Winkelauflösung und Winkelgenauigkeit sowie eine exakte Drehzahlregelung und Positionsregelung, mit einer großen Anzahl von Einzelpositionen erfolgen kann. Mittels des erfindungsgemäß aufgebauten kapazitiven Positionsgebers unter Verwendung der bekannten Auswertschaltungen, gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik, können Winkelauflösungen von 11 Bit entsprechend 0,176 Grad bei einer Winkelgenauigkeit von 8 bis 9 Bit entsprechend 0,7 bis 1,4 Grad und ein Drehzahlregler plus Positionsregler für z. B. 512 Positionen erreicht werden.For the formation of the capacitive position encoder, see 2 and 3 , indicates the bottom part 9 of the hollow cylindrical carrier part 6 of the fixed part 1 on its outer surface 16 a conductor track structure 17 for building an integrated circuit. This trace structure 17 can serve as this in 1 is shown, formed on a separate carrier integrated circuit 18 connect directly to the outside surface 16 of the bottom part 9 is arranged. About a track structure 32 on the inside of the wall bridge 7 the connection of the coil takes place 5 , Furthermore, the inventive design of a capacitive position encoder provides that the peripheral wall web 7 the carrier part 6 on its inside one or more electrodes 19 has a capacitive signal recording. This electrode (s) 19 is / are about the formation of corresponding interconnect structures with the interconnect structure 17 connected. The carrier disk 10 of the rotating part 2 owns, see 4 and 5 , on its outer surface 20 a scale 21 in the form of an electrically conductive electrode structure with a specific geometry corresponding to the type of a measurement signal to be generated. For this purpose, it is further provided that on the bottom part 9 the carrier part 6 on the inside of an electrode unit 22 is present, which is formed from at least one electrically conductive structure having a specific geometry for producing a capacitor arrangement. In the illustrated embodiment, eight capacitor electrodes are formed. The construction according to the invention makes it possible for the electrically conductive structures on the support disk 10 and the bottom part 9 the electrical signal caused by the relative movement of fixed and rotating part 1 . 2 is generated by the rotating part 2 in the area of its edge bar 15 on the electrode (s) 19 on the inside of the circumferential wall bridge 7 the carrier part 6 can be transferred. From this electrode (s) 19 then a forwarding via the interconnect structure takes place 17 on the integrated circuit 18 , The inventive design of the fixed part 1 and the rotating part 2 With two outer electrically conductive layers allows a substantially full-surface, electrically conductive ground surface in particular for shielding against electrical interference signals. Furthermore, this makes it possible that the electrode surfaces 19 . 20 . 21 . 22 the capacitive encoder by appropriate design of the conductive layer on the support disk 10 he follows. In this case, as shown in the illustrated embodiment, the conductive electrode structure, scale 21 , the carrier disk 10 be shaped sinusoidally, so that an analog measurement signal is generated, which is formed sinusoidal function-shaped. The encoder scale ( 21 ) and the encoder surfaces ( 22 ) can be formed with one or more periods per revolution. One period per revolution has the advantage that the position encoder can be used as an absolute encoder. An even number of periods per revolution has the advantage that any misalignment of the rotor relative to the encoder surface ( 22 ) are partially compensated in the housing. Advantageously, therefore, an even number of periods per revolution is used. However, it is also within the scope of the invention, other embodiments of the scale 21 and the corresponding electrically conductive structures 22 to select to achieve other functional characteristics of the generated measurement signals. It is essential that with the generated measurement signal, a high angular resolution and angular accuracy as well as an accurate speed control and position control can be done with a large number of individual positions. By means of the inventively constructed capacitive position sensor using the known evaluation circuits, according to the aforementioned prior art, angular resolutions of 11 bits corresponding to 0.176 degrees with an angular accuracy of 8 to 9 bits corresponding to 0.7 to 1.4 degrees and a speed controller plus position controller for z. B. 512 positions can be achieved.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass in einen sogenannten Penny-Motor ohne Erhöhung des Raumbedarfes ein kapazitiver Positionscodierer integriert werden kann.By the embodiment according to the invention is achieved that in a so-called penny engine without increasing the Space requirements a capacitive position encoder can be integrated can.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkende Mittel. Weiterhin ist es möglich, den erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotor innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Auch kann ein erfindungsgemäßer Kleinst-Elektromotor unmittelbar an ein Getriebegehäuse angeschlossen werden.The The present invention is not limited to the described embodiment limited, but includes all within the meaning of the invention equivalent means. Furthermore, it is possible to use the invention To arrange miniature electric motor within a housing. Also, an inventive mini-electric motor be connected directly to a transmission housing.

Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.Further the invention is not yet on the in claim 1 defined feature combination limited, but can also by any other combination of certain characteristics be defined all the individual features disclosed. This basically means virtually every single feature of claim 1 omitted or by at least one elsewhere the application disclosed individual feature can be replaced. insofar claim 1 is only as a first formulation attempt to understand for an invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3961318 [0002]
DE 19716091 A1 [0002]
- US 31062 [0002]
US 4477810 [0002]
US 4420754 [0002]

Claims

Micro-electric motor, in particular servo-motor, consisting of a fixed part ( 1 ) (Stator) and arranged in this rotating part ( 2 ) (Rotor), these parts ( 1 . 2 ) an electric coil ( 5 ) and a permanent magnet ( 3 ), in particular with a return part ( 4 ), characterized in that the fixed part ( 1 ) and the rotating part ( 2 ) are each formed as a circuit carrier in a three-dimensional spatial form.

Micro-electric motor, in particular servo-motor, consisting of a fixed part ( 1 ) (Stator) and arranged in this rotating part ( 2 ) (Rotor), these parts ( 1 . 2 ) an electric coil ( 5 ) and a permanent magnet ( 3 ), in particular with a return part ( 4 ), in particular according to claim 1, characterized in that the rotating part ( 2 ) and the fixed part ( 1 ) together form a capacitive position encoder (encoder) whose electrode surfaces ( 19 . 21 ) in an air gap ( 13a . 13b ) between the fixed part ( 1 ) and the rotating part ( 2 ) are integrated.

Miniature electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed part ( 1 ) is formed as a closed housing and from a hollow cylindrical support member ( 6 ) with a circumferential wall bridge ( 7 ), on which a cover part ( 8th ) is applied, wherein between the wall web ( 7 ) a bottom part ( 9 ) and preferably whose width is substantially greater than the height of the wall land ( 7 ) as well as the rotating part ( 2 ) between the lid part ( 8th ) and the bottom part ( 9 ) is rotatably mounted.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotating part ( 2 ) from a carrier disk ( 10 ) with a peripheral edge web ( 15 ) is formed, wherein the edge web ( 15 ) the permanent magnet ( 3 ) with its return part ( 4 ) is at least partially encompassed circumferentially.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cover part ( 8th ) of the fixed part ( 1 ) the electric coil ( 5 ), this particular in the lid part ( 8th ) is integrated.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotating part ( 2 ) is arranged such that its edge web ( 15 ) in the direction of the lid part ( 8th ) of the fixed part ( 1 ) and that between the lid part ( 8th ) of the fixed part ( 1 ) and the rotating part ( 2 ) formed air gap ( 23 ) the engine air gap and the air gap sections ( 13a . 13b ) form the air gap of the position encoder.

Miniature electric motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bottom part ( 9 ) of the fixed part ( 1 ) and its lid part ( 8th ) and the carrier disc ( 10 ) of the rotating part ( 2 ) are circular.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bottom part ( 9 ) of the fixed part ( 1 ) on its outer surface ( 16 ) a conductor track structure ( 17 ) for an integrated circuit ( 18 ) for an engine electronics and / or for connecting the electric coil ( 5 ) and the electrode surfaces ( 19 . 22 ) and the circumferential wall web ( 7 ) on its inside one or more electrodes (s) ( 19 ) for a capacitive signal recording and on the wall web ( 7 ) Conductor tracks ( 32 ) for connecting the electric coil ( 5 ) available.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the carrier disc ( 10 ) and / or the edge web ( 15 ) of the rotating part ( 2 ) on the outer surfaces of the scale ( 21 ) is present in the form of an electrically conductive electrode structure with a specific geometry corresponding to the type of a measurement signal to be generated and on the bottom part (FIG. 9 ) and / or edge land ( 7 ) of the fixed part ( 1 ) on its insides an electrode unit ( 19 . 22 ) is arranged consisting of at least one electrically conductive structure having a specific geometry for forming a capacitor arrangement.

Miniature electric motor according to claim 9, characterized in that the electrically conductive structures on the carrier disc ( 10 ) and the bottom part ( 9 ) are formed such that the electrical signal generated by the relative movement of fixed and rotating part ( 1 . 2 ), from the rotating part ( 2 ) in the region of its edge web ( 15 ) on the electrode (s) ( 19 ) on the inside of the circumferential wall web ( 7 ) is transmitted.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fixed part ( 1 ) has a substantially full-area, electrically conductive ground surface for shielding against electrical interference signals.

Miniature electric motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the rotating part ( 2 ) and the fixed part ( 1 ) are constructed in three layers, namely of two outer electrically conductive layers and a middle electrically insulating layer, wherein the formation of the electrode surfaces of the capacitive encoder by shaping the outer conductive Schich takes place.

Micro-electric motor according to one of claims 9 to 12, characterized in that the scale ( 21 ) of the carrier disc ( 10 ) and / or the edge web ( 15 ) is formed sinusoidal function-like.

Miniature electric motor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the rotating part ( 2 ) by means of a centrally extending motor shaft ( 14 ) on the one hand in the bottom part ( 9 ) and on the other hand in the cover part ( 8th ) of the fixed part ( 1 ) is stored.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the bottom part ( 9 ) or cover part ( 8th ) by means of a double bearing a motor shaft ( 14 ) is stored.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 15, characterized in that a spring ( 24 ), in particular a conical compression spring, the bearings ( 14a . 14b ).

Miniature electric motor according to claim 14 or 15, characterized in that the motor shaft ( 14 ) consists of ceramic, plastic or metal.

Micro-electric motor according to one of claims 1 to 17, characterized in that the fixed part ( 1 ) has an outer diameter of about 12.5 mm and a length of about 3.2 mm.

Miniature electric motor according to one of claims 2 to 18, characterized in that the electrode surfaces ( 19 . 21 ) are not formed planar.

Micro-electric motor according to one of claims 2 to 18, characterized in that the engine air gap ( 23 ) is used as the encoder air gap by on the electric coil ( 5 ) an additional encoder electrode surface is applied and the permanent magnet ( 3 ) serves as a receiver.