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Title:
MINIATURE ELECTRIC MOTOR WITH INTEGRATED ENCODER AND CAPACITIVE POSITION ENCODER THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/027504
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a miniature electric motor, in particular a servo motor, comprising a fixed part (1a) and a rotating part (2a) arranged therein. Said parts (1a, 2a) have an electric coil (5) and a permanent magnet (3), in particular with a magnetic return path part (4). The fixed part (1a) and the rotating part (2a) are each in the form of circuit carriers with a three-dimensional shape. Furthermore, the invention relates to a capacitive position encoder, comprising two parts, which are capable of moving relative to one another, with electrode faces, which are arranged in an air gap formed between the parts, in particular for use in a miniature electric motor according to the invention.

Inventors:
ANDERMO INGVAR (US)
NIENHAUS MATTHIAS (DE)
STEIN REINER (DE)
ZANDER MALTE (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/061391
Publication Date:
March 05, 2009
Filing Date:
August 29, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MYMOTORS & ACTUATORS GMBH (DE)
ANDERMO INGVAR (US)
NIENHAUS MATTHIAS (DE)
STEIN REINER (DE)
ZANDER MALTE (DE)
International Classes:
H02K29/06; G01D5/241; H02K11/00
Foreign References:
DE3317524A11983-11-17
US20030030570A12003-02-13
EP0226716A21987-07-01
DE19642374A11997-06-05
Attorney, Agent or Firm:
DR. SOLF & ZAPF (Wuppertal, DE)
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Claims:
10

Ansprüche:

1. Kleinst-Elektromotor, insbesondere Servo-Motor, bestehend aus einem feststehenden Teil (1a) (Stator) und einem in diesem angeordneten rotierenden Teil (2a) (Rotor), wobei diese Teile (1a, 2a) eine Elektrospule (5) und einen Dauermagneten (3), insbesondere mit Rückschlussteil (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Teil (1 a) und das rotierende Teil (2a) jeweils als Schaltungsträger in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet sind.

2. Kapazitiver Positionscodierer (Encoder), bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen (1, 2) mit Elektrodenflächen (19, 20, 21, 22), die in einem zwischen den Teilen (1 , 2) gebildeten Luftspalt angeordnet sind, d ad u rch g eken nze ich net, d a ss die Teile (1 , 2) jeweils als Schaltungsträger in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet sind.

3. Kapazitiver Positionscodierer nach Anspruch 2, dad u rch g eken nzeich net, d ass die Elektrodenflächen (19, 20, 21, 22) nicht planar ausgebildet sind.

4. Positionscodierer nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet du rch ein feststehendes im Schnitt U-förmiges, hohlzylindrisches Teil (1), wobei zwischen den U-Schenkeln sich ein Trägerteil (9) erstreckt, wobei vorzugsweise dessen Breite wesentlich größer ist als die Höhe der U-Schenkel, und wobei die U-Schenkel von einem umlaufenden Wandsteg (11) gebildet werden, sowie durch ein rotierendes Teil (2), das im feststehenden Teil (1) drehbar gelagert ist.

5. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Teil (2) aus einer Trägerscheibe (10) mit einem umlaufenden Randsteg (15) gebildet ist.

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6. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d ad urch gekennzeichnet, dass das rotierende Teil (2) derart angeordnet ist, dass sein Randsteg (15) von dem Trägerteil (9) wegweist, wobei die Luftspaltabschnitte (13a, 13b) zwischen den Teilen (1, 2) den Luftspalt des Positionscodierers bilden.

7. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et, d a s s das Trägerteil (9) des feststehenden Teils (1) sowie die Trägerscheibe (10) des rotierenden Teils (2) kreisförmig sind.

8. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d ad u rc h g e k e n n z e i c h n et, d a s s das Trägerteil (9) des feststehenden Teils (1) an seiner Außenfläche eine Leiterbahnstruktur (17) zum Anschluss der Elektrodenflächen (19, 22) aufweist und der umlaufende Wandsteg (11) an seiner Innenseite eine oder mehrere Elektrode(n) (19) für eine kapazitive Signalaufnahme besitzt.

9. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dad urch gekennzeichnet, d ass auf der Trägerscheibe (10) und/oder dem Randsteg (15) des rotierenden Teils (2) auf deren Außenflächen der Maßstab (21) in Form einer elektrisch leitfähigen Elektrodenstruktur mit einer bestimmten Geometrie entsprechend der Art eines zu erzeugenden Messsignals vorhanden ist sowie auf dem Trägerteil (9) und/oder Randsteg (7) des feststehenden Teils (1) auf deren Innenseiten eine Elektrodeneinheit (19, 22) bestehend aus zumindest einer elektrisch leitfähigen Struktur mit einer bestimmten Geometrie zum Bilden einer Kondensatoranordnung angeordnet ist.

10. Positionscodierer nach Anspruch 9, d ad u rch geke n nze ich net, d a ss die elektrisch leitfähigen Strukturen (19, 21, 22) auf der Trägerscheibe (10) und dem Trägerteil (9) derart ausgebildet sind, dass 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

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Elektrode(n) (19) an der Innenseite des umlaufenden Wandsteges (11) übertragen wird.

11. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d ad u rch geke n n ze i ch n et, d a ss das feststehende Teil (1) eine im Wesentlichen vollflächige, elektrisch leitfähige Massefläche zur Abschirmung gegen elektrische Störsignale aufweist.

12. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dad u rch geken nzeich net, dass das rotierende Teil (2) und das feststehende Teil (1) dreischichtig aufgebaut sind, und zwar aus zwei äußeren elektrisch leitfähigen Schichten und einer mittleren elektrisch isolierenden Schicht, wobei die Ausbildung der Elektrodenflächen des kapazitiven Drehgebers durch Formgebung der äußeren leitfähigen Schichten erfolgt.

13. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dad u rch geke n nze ich net, dass das der Maßstab (21) der Trägerscheibe (10) und/oder des Randstegs (12) sinusfunktionsartig ausgebildet ist.

14. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 13, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das rotierende Teil (2) mittels einer zentrisch verlaufenden Welle (14) in dem Teil (1) gelagert ist.

15. Positionscodierer nach einem der Ansprüche 2 bis 14, d ad u rch geke n nze i ch net, d a ss das feststehende Teil (1) einen Außendurchmesser von ca. 12,5 mm und eine Baulänge von ca.3,2 mm aufweist.

16 Kleinst-Elektromotor, insbesondere Servo-Motor, bestehend aus einem feststehenden Teil (1a) (Stator) und einem in diesem angeordneten rotierenden Teil (2a) (Rotor), wobei diese Teile (1a, 2a) eine Elektrospule (5) und einen Dauermagneten (3), insbesondere mit Rückschlussteil (4) aufweisen, insbesondere nach Anspruch 1 ,

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d ad u rch geken nzeich net, d ass das rotierendeTeil (2a) und das feststehende Teil (1a) gemeinsam einen kapazitiven Positionscodierer gemäß einem der Ansprüche 2 bis 15 bilden, dessen Elektrodenflächen (19, 21) in einem Luftspalt (13a, 13b) zwischen dem feststehenden Teil (1a) und dem rotierenden Teil (2a) integriert sind.

17. Kleinst-Elektromotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Teil (1a) als geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist und aus dem hohlzylindrischen Trägerteil (6) mit dem umlaufenden Wandsteg (7) besteht, auf dem ein Deckelteil (8) aufgebracht ist, wobei sich zwischen dem Wandsteg (7) das Bodenteil (9) erstreckt und vorzugsweise dessen Breite wesentlich größer ist als die Höhe des Wandstegs (7) sowie das rotierende Teil (2a) zwischen dem Deckelteil (8) und dem Bodenteil (9) drehbar gelagert ist.

18. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dad u rch geken nzeichnet, d ass das rotierende Teil (2a) aus der Trägerscheibe (10) mit dem umlaufenden Randsteg (15) gebildet ist, wobei der Randsteg (15) den Dauermagneten (3) mit seinem Rückschlussteil (4) zumindest teilweise umfangsgemäß umfasst ist.

19. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s das Deckelteil (8) des feststehenden Teils (1a) die Elektro-Spule (5) trägt, wobei diese insbesondere in das Deckelteil (8) integriert ist.

20. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Teil (2a) derart angeordnet ist, dass sein Randsteg (15) in Richtung auf das Deckelteil (8) des feststehenden Teils (1a) weist und der zwischen dem Deckelteil (8) des feststehenden Teils (1a) und dem rotierenden Teil (2a) gebildete Luftspalt (23) den Motorluftspalt und die Luftspaltabschnitte (13a, 13b) den Luftspalt des Positionscodierers bilden.

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21. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 20, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et, d a s s das Bodenteil (9) des feststehenden Teils (1a) an seiner Außenfläche (16) eine Leiterbahnstruktur (17) für eine integrierte Schaltung (18) für eine Motorelektronik und/oder zum Anschluss der Elektro-Spule (5) und der Elektrodenflächen (19, 22) aufweist und der umlaufende Wandsteg (7) an seiner Innenseite eine oder mehrere Elektrode(n) (19) für eine kapazitive Signalaufnahme besitzt sowie auf dem Wandsteg (7) Leiterbahnen (32) für den Anschluss der Elektro-Spule (5) vorhanden sind.

22. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , d ad u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s das rotierende Teil (2a) mittels einer zentrisch verlaufenden Motorwelle (14) einerseits in dem Bodenteil (9) und andererseits im Deckelteil (8) des feststehenden Teils (1a) gelagert ist.

23. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 22, d a d u rc h g e k e n n ze i c h n e t, d a s s im Bodenteil (9) oder Deckelteil (8) mittels eines Doppellagers eine Motorwelle (14) gelagert ist.

24. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine Feder (24), insbesondere konische Druckfeder, die Lager (14a, 14b) vorspannt.

25. Kleinst-Elektromotor nach einem der Ansprüche 16 bis 24, d ad u rch geken nze ich net, d ass der Motorluftspalt (23) als Encoderluftspalt genutzt wird, indem auf der Elektro-Spule (5) eine zusätzliche Encoder-Elektrodenfläche aufgebracht ist und der Dauermagnet (3) als Receiver dient.

Description:

mymotors & actuators GmbH, Mikroforum Ring 3, 55234 Wendelsheim

„Kleinst-Elektromotor mit integriertem Encoder sowie kapazitiver Positionscodierer hierfür"

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. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Positionscodierer, insbesondere zur Verwendung bei einem derartigen Motor.

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.

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. Weiterhin soll ein Positionscodierer geschaffen werden, der sich durch eine äußerst kompakte Bauweise auszeichnet.

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 Ml D-Technik eingesetzt wird.

Der erfindungsgemäße kapazitive Positionscodierer zeichnet sich dadurch aus, dass die relativ zueinander beweglichen Teile jeweils als insbesondere spritzgegossene Schaltungsträger in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet sind. Indem die beiden Teile erfindungsgemäß dreidimensional ausgebildet sind, kann ihre gesamte dreidimensionale Struktur für die Ausbildung der erforderlichen kapazitiven Elektroden und der Anordnung der elektrischen Schaltungsstruktur genutzt werden. Die beiden zueinander beweglichen Teile werden durch ein feststehendes Teil und ein rotierendes Teil gebildet. Das feststehende Teil ist vorzugsweise im Schnitt U- förmig, hohlzylindrisch gebildet, wobei zwischen den U-Schenkeln sich ein Trägerteil erstreckt, wobei vorzugsweise dessen Breite im wesentlichen größer ist als die Höhe der U-Schenkeln und die U-Scherιkel von einem umlaufenden Randsteg gebildet werden. Das rotierende Teil ist vorzugsweise im feststehenden Teil drehbar gelagert und besteht aus einer Trägerscheibe mit einem umlaufenden Randsteg. Hierbei ist es von Vorteil, wenn das rotierende Teil derart angeordnet ist, dass ein Randsteg von dem Trägerteil wegweist, wobei die Luftspaltabschnitte zwischen dem rotierenden Teil und dem feststehenden Teil den Luftspalt des erfindungsgemäßen Positionscodierers bilden.

Sowohl der zylindrische Umfang als auch die Stirnflächen des rotierenden Teils sowie des feststehenden Teils können für die Ausbildung des kapazitiven Drehstellungsgebers genutzt werden. Erfindungsgemäß müssen somit die Elektrodenflächen nicht planar sein. Hierdurch wird Bauraum eingespart und eine kompakte und raumsparende Bauweise erreicht. Außerdem kann der innere Bauraum des Rotors durch andere Funktionen gefüllt werden (z. B. Motor, Getriebe, Elektronik). 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 direkt als Träger für diese Strukturen genutzt, so dass keine separaten Bauteile oder Module für die Ausbildung des kapazitiven Drehstellungsgebers erforderlich sind.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das feststehende Teil mit leitfähigen Strukturen zur „Verdrahtung" der Abtasteinheit 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.

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 gleichzeitig den erfindungsgemäßen 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 des Motors erreicht. Bei dem Motor gemäß der Erfindung werden das feststehende Teil und das rotierende Teil des Kleinst- Elektromotors direkt als Träger für kapazitive Strukturen genutzt, so dass keine separaten Bauteile oder Module für die Ausbildung des kapazitiven Drehstellungsgebers erforderlich sind.

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.

Somit wird erfindungsgemäß der gesamte Bauraum des erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotors mit integriertem Drehgeber bzw. des kapazitiven Drehgebers 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.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Positionscodierer,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf ein feststehendes Teil des

Positionscodierers gemäß Fig. 1 , und zwar auf dessen Außenseite,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf das Teil gemäß Fig. 2, und zwar auf dessen Innenseite,

Fig. 4 eine Ansicht auf ein rotierendes Teil des Positionscodierers gemäß Fig.

1 , und zwar auf dessen Außenseite,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Teils gemäß Fig. 4, und zwar auf dessen Innenseite,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotor.

Ein erfindungsgemäßer kapazitiver Positionscodierer besteht, wie sich dies aus Fig. 1 ergibt, aus einem feststehenden Teil 1 und einem rotierenden Teil 2. Das rotierende Teil 2 ist in dem feststehenden Teil 1 drehbar gelagert. Das feststehende Teil 1 und das rotierende Teil 2 sind jeweils als insbesondere spritzgegossene Schaltungsträger in einer dreidimensionalen Raumform ausgebildet. Hierbei handelt

es sich um die sogenannte MID-Technologie. Durch diese kann das dreidimensionale, z. B. im Spritzgussverfahren hergestellte Formteil mit einem kompletten Schaltungslayout ausgestattet werden. D. h. durch die Anwendung dieser Technologie ist es erfindungsgemäß möglich, die gesamte räumliche Struktur für das elektrische Schaltungslayout zu benutzen, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise realisieren lässt. Das feststehende Teil 1 besteht aus einem im Schnitt U-förmigen hohlzylindrischen Trägerteil 6. Zwischen seinen U-Schenkeln 7 erstreckt sich ein Bodenteil (Trägerteil) 9, dessen Breite insbesondere wesentlich größer ist als die Höhe der U-Schenkel 7. Die U-Schenkel 7 werden von einem umlaufenden Wandsteg 11 gebildet, wie dies in Fig. 2 und 3 zu erkennen ist. Das rotierende Teil 2 ist in dem Trägerteil 9 drehbar gelagert. Vorteilhafterweise ist das Trägerteil 9 des feststehenden Teils 1 kreisförmig gestaltet. Es kann aber auch z. B. eine quadratische Grundform gewählt sein.

Das rotierende Teil 2 besteht aus einer Trägerscheibe 10 mit einem umlaufenden Randsteg 15. Das rotierende Teil 2 ist derart innerhalb des feststehenden Teils 1 angeordnet, dass der umlaufende Randsteg 15 in Richtung von dem Trägerteil 9 des feststehenden Teils 1 wegweist. Das rotierende Teil 2 ist mittels einer zentrisch verlaufenden Welle 14 in dem feststehenden Teil 1 gelagert. Vorteilhafterweise besteht die Welle 14 aus Keramik, vorzugsweise aus ZiO-Keramik.

Die dreidimensionalen, vorzugsweise spritzgegossenen Teile 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 Teilen 1 , 2 eine Ausbildung von elektrisch leitfähigen Strukturen vorgenommen werden. Die isolierende Schicht bildet dabei eine Trägerschicht.

Gemäß der Erfindung bilden das feststehende Teil 1 und das rotierende Teil 2 den kapazitiven Positionscodierer, 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. Ebenfalls kann es möglich sein, dass zwei Transmitterstrukturen eine Receiverstruktur umschließen oder umgekehrt. Zur Ausbildung des kapazitiven Positionscodierers weist das Trägerteil 9 des

feststehenden Teils 1 an seiner Außenfläche 16 eine Leiterbahnstruktur 17 zum Anschluss einer integrierten Schaltung auf. Diese Leiterbahnstruktur 17 kann dazu dienen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, eine auf einem separaten Träger ausgebildete integrierte Schaltung 18 anzuschließen, die unmittelbar auf der Außenfläche des Trägerteils 9 angeordnet ist. Weiterhin sieht die erfindungsgemäße Ausbildung des kapazitiven Positionscodierers vor, dass der umlaufende Wandsteg 11 des feststehenden Teils 1 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 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 Trägerteil 9 des feststehenden Teils 1 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 Trägerteil 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 11 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 des kapazitiven Drehgebers durch entsprechende Ausgestaltung der äußeren 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.

Ein erfindungsgemäßer Kleinst-Elektromotor ist vorzugsweise als DC-Motor ausgebildet. Er besteht, wie sich dies aus Fig. 6 ergibt, aus einem feststehenden Teil 1a, dem sogenannten Stator, und einem rotierenden Teil 2a, dem sogenannten Rotor. Das rotierende Teil 2a ist in dem feststehenden Teil 1a drehbar gelagert. Diese beiden Teile 1a, 2a weisen einen Dauermagneten 3 mit einem Rückschlussteil 4 und eine Elektrospule 5 auf. Das feststehende Teil 1a und das rotierende Teil 2a 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 (rotierenden Teils 2a) und des Stators (feststehenden Teils 1a) eines erfindungsgemäßen Motors für das elektrische Schaltungslayout zu benutzen, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise realisieren lässt. Die Ausbildung des rotierenden Teils 2a und des feststehenden Teils 1a entspricht im Wesentlichen der des feststehenden Teils 1 und des rotierenden Teils 2 der Fig. 1 bis 5, wobei gleiche Teile und Strukturen in der Fig. 6 mit denselben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 5 gekennzeichnet sind. Das feststehende Teil 1a ist als geschlossenes Gehäuse ausgebildet, und besteht aus einem hohlzylindrischen Trägerteil 6 und einem auf den Enden seines umlaufenden Wandstegs 7 aufsetzbaren Deckelteil 8.

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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 Fig. 3 zu erkennen ist. Das rotierende Teil 2a (Rotor) ist zwischen dem Deckelteil 8 und dem Bodenteil 9 drehbar gelagert. Vorteilhafterweise sind das Bodenteil 9 des feststehenden Teils 1a und das Deckelteil 8 kreisförmig gestaltet. Jedoch können diese auch z. B. eine quadratische Grundform haben, was im übrigen die Ausgestaltung des feststehenden Teils 1a und des rotierenden Teils 2a betrifft, so entspricht diese den Ausführungen der Teile 1 und 2, wie zu den Fig. 1 bis 5 beschrieben ist.

Das rotierende Teil 2a weist einen Dauermagneten 3 und ein Rückschlussteil 4 auf. Der umlaufende Randsteg 15 umfasst den Dauermagneten 3 zumindest teilweise umfangsgemäß, wobei der Dauermagnet 3 axial aus dem rotierenden Teil 2a vorsteht. Das Rückschlussteil 4 befindet sich im Inneren des rotierenden Teils 2a zwischen der Trägerscheibe 10 und dem Dauermagneten 3. Das rotierende Teil 2a ist derart innerhalb des feststehenden Teils 1a angeordnet, dass der umlaufende Randsteg 15 in Richtung auf das Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1a weist. Ein zwischen dem Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1a und dem rotierenden Teil 2a ausgebildeter Luftspalt 23 bildet den Motorluftspalt. Das Deckelteil 8 des feststehenden Teils 1 trägt eine Elektrospule 5, die insbesondere auch in das Deckelteil 8 integriert sein kann. Das rotierende Teil 2a ist mittels einer zentrisch verlaufenden Motorwelle 14 in dem feststehenden Teil 1a 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.

Die dreidimensionalen, vorzugsweise spritzgegossenen Motorteile 1a, 2a sind dreischichtig aufgebaut, und zwar bestehen sie aus zwei äußeren elektrisch leitfähigen Schichten und einer mittleren elektrisch isolierenden Schicht. Hierdurch kann auf diesen Motorteilen 1a, 2a eine Ausbildung von elektrisch leitfähigen

Strukturen vorgenommen werden. Die isolierende Schicht bildet dabei eine Trägerschicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden das feststehende Teil 1a und das rotierende Teil 2a einen kapazitiven Positionscodierer, einen sogenannten Encoder, dessen Elektrodenflächen in einem Luftspalt 13a, 13b zwischen dem feststehenden Teil 1a und dem rotierenden Teil 2a 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 Transmitterstrukturen eine Receiverstruktur umschließen oder umgekehrt. 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. Zur Ausbildung des kapazitiven Positionscodierers wird auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 5 verwiesen, so dass die Ausbildung derjenigen der Fig. 1 bis 5 entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass in einen sogenannten Penny-Motor ohne Erhöhung des Raumbedarfes ein kapazitiver Positionscodierer integriert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkende Mittel. So kann es erfindungsgemäß ebenfalls möglich sein, dass die feststehenden Teile 1 , 1a als rotierende Teile ausgebildet sind, und die rotierenden Teile 2, 2a feststehende Teile bilden, da sich hierdurch die Relativbewegung der Teile zueinander nicht verändert. Weiterhin ist es möglich, den erfindungsgemäßen Kleinst-Elektromotor innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Auch kann ein erfindungsgemäßer Kleinst-Elektromotor unmittelbar an ein Getriebegehäuse angeschlossen werden.

Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 oder 2 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein.