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Title:
BRUSHLESS ELECTRIC MOTOR AND INSTRUMENT FOR A MEDICAL DEVICE COMPRISING SUCH A MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/052906
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a brushless electric motor, comprising a rotor magnet, a coil device for electromagnetically driving the rotor magnet, a rotor shaft, for transmission of a rotational displacement, fixed to the rotor magnet and running through a rotation axis of the rotor magnet and at least one electromagnetic transducer for determining the magnetic field of the rotor magnet. The at least one magnetic transducer is arranged outside the axial extent of the rotor magnet with regard to the rotation axis thereof and essentially within the maximum radial extent of the rotor magnet. The invention further relates to an instrument for a medical, in particular, a dental device with such a brushless electric motor.

Inventors:
KARDEIS RICHARD (AT)
SEVCIK ROLAND (DE)
EIBL JOHANN (AT)
SCHROECK RAINER (AT)
SCHOERGHOFER HARALD (AT)
MACKINGER RAINER (AT)
WENDTNER WOLFGANG (AT)
KOEBEL DIETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/014422
Publication Date:
June 26, 2003
Filing Date:
December 17, 2002
Export Citation:
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Assignee:
W & H DENTALWERK BUERMOOS GMBH (AT)
KARDEIS RICHARD (AT)
SEVCIK ROLAND (DE)
EIBL JOHANN (AT)
SCHROECK RAINER (AT)
SCHOERGHOFER HARALD (AT)
MACKINGER RAINER (AT)
WENDTNER WOLFGANG (AT)
KOEBEL DIETER (DE)
International Classes:
H02K29/08; (IPC1-7): H02K29/08
Foreign References:
DE20012673U12000-12-07
CH670017A51989-04-28
DE3813065A11989-11-02
US4484115A1984-11-20
US20010011854A12001-08-09
DE10033577A12001-04-26
DE19737702A11999-04-22
US4501997A1985-02-26
Attorney, Agent or Firm:
Appelt, Christian W. _. (Boehmert & Boehmert Hollerallee 32 Bremen, DE)
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Claims:
Bürstenloser Elektro-Motor sowie Instrument für eine medizinische Vorrichtung mit einem solchen Motor Ansprüche
1. Bürstenloser ElektroMotor (100) der umfaßt : einen Rotormagneten (10), eine Spulenvorrichtung (30, 32) zum elektromagnetischen Antrieb des Rotormagneten (10), eine Rotorwelle (20) zum Übertragen einer Drehbewegung, die fest mit dem Rotormagne ten (10) verbunden ist und durch eine Rotationsachse (24) des Rotormagneten (10) ver läuft, und mindestens ein elektromagnetisches Wandlerelement (40) zum Erfassen des Magnetfeldes des Rotormagneten (10), dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement (40) außerhalb der auf die Rota tionsachse (24) bezogenen axialen Ausdehnung des Rotormagneten (10) und im wesentli chen innerhalb der maximalen radialen Ausdehnung des Rotormagneten (10) angeordnet ist.
2. Bürstenloser ElektroMotor nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement (40) ein Hallsensor oder eine Hallplatine ist.
3. Bürstenloser ElektroMotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement (40) direkt oder indirekt an der Spu lenvorrichtung (30, 32) befestigt ist.
4. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement (40) mit der Spu lenvorricl1tung (30, 32) zu einem Bauteil (60) gegossen ist.
5. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens zwei elektromagnetische Wandlerelemente (40), bevorzugt drei elektromagnetische Wandlerelemente (40) um die Rotationsachse (24) des Rotormagneten (10) angeordnet sind.
6. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß alle elektromagnetischen Wandlerelemente (60) auf einer axialen Seite des Rotormagneten (10) angeordnet sind.
7. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden axialen Seiten des Rotormagneten (10) jeweils mindestens ein elektroma gnetisches Wandlerelement angeordnet ist.
8. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich ein Temperatursensor (50) vorgesehen ist.
9. Bürstenloser ElektroMotor, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tempera tursensor (50) in der Nähe des Wicklungskopfes der Statorwicklung angeordnet ist.
10. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem ElektroMotor um einen Synchronmotor handelt.
11. Bürstenloser ElektroMotor, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rotormagnet (10) ein 2poliger oder ein mehrpoliger Magnet ist.
12. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der ElektroMotor sterilisierbar ist.
13. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß er einen radial innen liegenden Rotormagneten (10) und eine radial außen liegende Spulenvorrichtung (30, 32) aufweist.
14. Bürstenloser ElektroMotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rotorwelle (20) zum Übertragen einer Drehbewegung einseitig gelagert ist, während das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement in axialer Richtung auf der der Lagerung gegenüberliegenden Seite des Rotormagneten (10) angeordnet ist.
15. Instrument für eine medizinische, insbesondere eine zahnmedizinische Vorrichtung mit einem bürstenlosen ElektxoMotor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Instrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Handoder Winkelstück (200) für ein zahnmedizinisches Werkzeug handelt.
Description:
Bürstenloser Elektro-Motor sowie Instrument für eine medizinische Vorrichtung mit einem solchen Motor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Elektro-Motor (E-Motor), der einen Rotormagneten, eine Spulenvorrichtung zum elektromagnetischen Antrieb des Rotor- magneten, eine Rotorwelle zum Übertragen einer Drehbewegung an ein zu bewegendes Ele- ment oder eine zu bewegende Vorrichtung, wobei die Rotorwelle fest mit dem Rotormagneten verbunden ist und durch eine Rotationsachse des Rotormagneten verläuft, und mindestens ein elektromagnetisches Wandlerelement zur Erfassung des Magnetfeldes des Rotormagneten umfaßt.

Solche E-Motoren werden in unterschiedlichen Größen und Ausführungen angeboten, insbe- sondere werden sie bei Handgeräten, insbesondere medizinischen, vor allem zahnmedizini- schen Handgeräten eingesetzt und als Antriebsmittel beispielsweise für Schneid-oder Schleifgeräte, insbesondere für Bohrer eingesetzt.

Für eine korrekte und möglichst effiziente Ansteuerung eines solchen bürstenlosen E-Motors ist es vor allem notwendig, die Spulenvorrichtung, in der Regel eine Statorwicklung, jeweils in Abhängigkeit der momentanen Lage des Rotormagneten anzusteuern. Je genauer die soge- nannte Kommutierung (der Versatz zwischen der Bestromung des Statorfeldes zum durch den Rotormagneten hervorgerufenen Rotorfeld) eingestellt wird, desto besser wird das Betriebs- verhalten des Motors. Der Wirkungsgrad wird erhöht, die Wärmeentwicklung des Motors ist geringer und es können höhere Drehmomente und Drehzahlen erreicht werden, wobei insbe- sondere die hohen Drehzahlen im Hinblick auf den Einsatz eines solchen Motors in einem medizinischen, insbesondere zahnmedizinischen Gerät, wie z. B. einem zahnärtzlichen Bohrer, von hoher Bedeutung sind.

Es wird daher im Stand der Technik vorgeschlagen, einen E-Motor zur Verfügung zu stellen, der neben dem Rotormagneten einen weiteren, bevorzugt kleinen Steuermagneten aufweist, der, insbesondere über die Rotorwelle verbunden, mit dem Rotormagneten in einer festen positionellen Beziehung steht, so daß über eine Detektion der Position des Steuermagneten, wobei es sich bei der Position im wesentlichen um eine Winkelposition bei einer Drehung um die Rotorwelle handelt, Rückschlüsse auf die Position des Rotormagneten gezogen werden können, so daß über diesen"Umweg"eine Ansteuerung des bürstenlosen E-Motors ermög- licht wird.

Diese Möglichkeit wurde vorgeschlagen, damit die elektromagnetischen Wandlerelemente, die die Position des Steuermagneten (und damit indirekt des Rotormagneten) erfassen sollen, von der Spulenvorrichtung bzw. der Statorwicklung beabstandet angeordnet werden können, damit sie von diesen nicht beeinflusst werden.

Nachteil eines solchen bürstenlosen E-Motors ist es jedoch, daß die Position des Steuerma- gneten äußerst exakt auf die Position des Rotormagneten abgestimmt werden muß und auch eine Verdrehung des Steuermagneten gegenüber dem Rotormagneten vor und während des Betriebs des E-Motors oder bei Wartungsarbeiten etc. verhindert werden muß, da dies zu fal- schen Informationen bezüglich der Position des Rotormagneten und des entsprechenden Ro- tationsfeldes führt und eine ineffiziente Ansteuerung des E-Motors bzw. der Spulenvorrich- tung zur Folge hat.

Für eine optimale Einrichtung des Steuermagneten ist daher ein aufwendiger Justieraufwand zu betreiben, ferner ist während des Betriebes des E-Motors immer die Gefahr gegeben, daß sich Steuermagnet und Rotormagnet gegeneinander verdrehen, was die Sensorwerte der elek- tromagnetischen Wandlerelemente wieder verfälscht.

Darüber hinaus ist die Herstellung eines solchen Steuermagneten sehr kostspielig, und die Steuermagneten sind relativ empfindlich, was noch dadurch verstärkt wird, daß die Steuerma- gneten aufgrund der Anforderungen an die Miniaturisierung möglichst klein gehalten werden sollen, weshalb sie häufig spröde sind und sowohl beim Montieren, Justieren als auch beim Betrieb zerbrechen können, wodurch die Gefahr besteht, daß Bruchstücke auch andere Teile des Motors beschädigen oder zerstören.

In der deutschen Patentanmeldung DE 100 33 577 A1 ist ein bürstenloser Motor offenbart, bei dem elektromagnetische Wandlerelemente benachbart zu den Spulen einer Spulenvor- richtung außerhalb ihrer Wicklungsteile und zwischen den Spulen selbst im Außenumfang um den Rotormagneten angeordnet sind.

Da die elektromagnetischen Wandlerelemente jedoch in diesem Fall in unmittelbarer Nähe der Spulen und zwischen diesen angeordnet sind, werden sie vom Magnetfeld der Spulen stark beeinflußt, so daß die Anordnung der elektromagnetischen Wandlerelemente zwischen den Spulen sehr sorgfältig ausgewählt werden und exakt fixiert werden muß, um den Einfluß der Spulenvorrichtung möglichst gering zu halten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen bürstenlosen E-Motor, bei dem eine effiziente und möglichst fehlerunanfällige Ansteuerung auf kostengünstige Weise er- möglicht wird, sowie ein Instrument für eine medizinische Vorrichtung mit einem solchen E- Motor zur Verfügung zu stellen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen bürstenlosen E-Motor zur Verfügung zu stellen, der geringe Außenabmessungen aufweist und der insbesondere in radialer Richtung kleine Abmessungen aufweist, um insbesondere einen Einsatz in einem medizinischen, insbesondere zahnmedizinischen Handstück zu ermöglichen, das eine besonders gute Ergonomie aufweist, wobei vor allem zu große Durchmesser des Handstückes, die natürlich auch von dem Durchmesser des eingesetzten Elektro-Motors ab- hängen, möglichst zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch einen bürstenlosen Elektro-Motor gemäß Anspruch 1 und ein In- strument gemäß Anspruch 15 gelöst, die Ansprüche 2 bis 14 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen E-Motors, der Anspruch 16 betrifft ein besonders vorteilhaftes Instrument.

Gemäß der Erfindung ist das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement außerhalb der auf die Rotationsachse bezogenen axialen Ausdehnung des Rotormagneten einerseits und im wesentlichen innerhalb der maximalen radialen Ausdehnung des Rotormagneten anderer- seits angeordnet.

Diese Anforderung ist erfüllt, sobald mindestens ein Teilbereich des mindestens einen elek- tromagnetischen Wandlerelements innerhalb der maximalen radialen Ausdehnung des Rotor- magnets angeordnet ist, auch wenn andere Teilbereiche des elektromagnetischen Wand- lerelements ggf. in Bereiche ragen, die außerhalb der maximalen radialen Ausdehnung des Rotormagneten angeordnet sind.

Bevorzugt ist das mindestens eine elektromagetische Wandlerelement jedoch in radialer Richtung möglichst weit innen liegend, also in der Nähe der Rotorwelle angeordnet.

Ferner ist es bevorzugt, daß das mindestens eine elektromagentische Wandlerelement in sei- ner axialen Positionierung möglichst nahe an dem Rotormagnet angeordnet ist.

Die oben beschriebene bevorzugte Anordnung ermöglicht eine sehr genaue Arbeitsweise des mindestens einen elektromagnetischen Wandlerelementes und dadurch eine sehr exakte Be- stimmung der Positionierung des Rotationsmagneten bzw. eine sehr exakte Bestimmung des Rotormagnetfeldes, wodurch eine besonders genaue und effiziente Ansteuerung der Spulen- vorrichtung auch bei geringen Magnetflußdichten gewährleistet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Wandlerelement ein Hallen- sor oder eine Hallplatine, da mit einem solchen Element auf besonders einfache und kosten- günstige Weise zuverlässige Meßwerte erzielt werden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Wandlerelement direkt oder indi- rekt an der Spulenvorrichtung selbst befestigt, so daß auf diese Weise sichergestellt wird, daß die relative Positionierung des mindestens einen Wandlerelementes im Hinblick auf die Spu- lenvorrichtung und damit auf die Antriebsvorrichtung des Rotormagneten exakt beibehalten wird. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement an einer beliebigen anderen Vorrichtung des bürstenlosen E-Motors zu befe- stigen, wenn nur eine definierte Positionierung relativ zu der Spulenvorrichtung sichergestellt wird.

Im Prinzip ist es auch möglich, daß die relative Positionierung zwischen dem mindestens ei- nen elektromagnetischen Wandlerelement und der Spulenvorrichtung variabel ist, solange nur die relative Positionierung jederzeit bestimmt werden kann, so daß Rückschlüsse auf die er- forderliche Ansteuerung des E-Motors bzw. die Spulenvorrichtung gezogen werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der bürstenlose Elektro-Motor so aus- gebildet, daß er einen innenliegenden Rotormagneten und eine radial außenliegende Spulen- vorrichtung umfaßt, wobei solche Elektro-Motoren auch als Innenläufermotoren bezeichnet werden. Eine solche Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, daß aus bautechnischen Gründen geringere Radien der Elektro-Motoren erzielt werden können, da die Raumausnut- zung wesentlich besser ist als bei den sogenannten Außenläufermotoren, da die Spulenvor- richtungen bzw. die Spulenwicklungen einen gewissen Abstand von der Rotorwelle aufwei- sen müssen, ferner genug Raum für den Einbau vorhanden sein muß.

Insbesondere ist es bei den bevorzugten Innenläufermotoren bevorzugt, die Rotorwelle selbst in dem relevanten Bereich, also im wesentlichen in dem Bereich, in dem sich in axialer Rich- tung auch die Spulenvorrichtung erstreckt, selbst als Rotormagnet auszulegen, wodurch eine weitere Miniaturisierung der Bauweise in radialer Richtung ermöglicht wird. Die Rotorwelle selbst kann dabei in radialer Richtung vollständig als Rotormagnet ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, daß ein radialer Kernbereich der Rotorwelle, d. h. der innere Bereich der Rotorwelle nicht als Rotormagnet ausgelegt ist, sondern im wesentlichen nur ein konzentri- scher außen liegender Radialbereich der Rotorwelle.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorwelle zum Übertragen einer Drehbewegung lediglich einseitig gelagert, während das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement auf der der Lagerung gegenüberliegenden Seite des Rotormagneten angeord- net ist. Dadurch wird in radialer Richtung auf der Seite der Wandlerelemente zusätzlich Raum in der Nähe der Rotationsachse geschaffen, der ansonsten durch Teile der Rotorwelle oder ein zugehöriges Lager beansprucht werden würde, so daß das mindestens eine elektromagnetische Wandlerelement insbesondere noch näher an der Rotationsachse angeordnet werden kann, was eine Miniaturisierung insbesondere in radialer Richtung ermöglicht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, daß mindestens eines des mindestens einen elektromagnetischen Wandlerelements, insbesondere ein magnetemp- findlicher Halbleiter, insbesondere ein Hallsensor, mit bevorzugt ebenen Elementen, bei- spielsweise kreisförmigen oder eckigen Plättchen, aus einem magnetisch beeinflußbaren Werkstoff hinterlegt ist und gemeinsam mit dem Wandlerelement befestigt ist. Diese Plätt- chen führen zu einer höheren Konzentration des magnetischen Feldes, wodurch ein besonders empfindliches Auslesen der Hallsensoren ermöglicht wird, was eine exaktere Erkennung der momentanen Position des Rotormagneten und damit eine genauere Steuerung des Systems ermöglicht.

Bei einer besonderen Ausgsform ist das mindestens eine elektromagnetische Wand- lerelement mit der Spulenvorrichtung zu einem Bauteil vergossen. Bevorzugt wird ein Gieß- harz für dieses Vergießen verwendet, wodurch zuverlässig die relative Positionierung zwi- schen dem mindestens einen elektromagnetischen Wandlerelement und der Spulenvorrichtung fixiert wird. Darüber hinaus dient das Gießharz auch dem Schutz der eingegossenen Bauteile und Elemente, wobei das Bauteil neben dem mindestens einen Wandlerelement und der Spu- lenvorrichtung auch weitere Elemente des bürstenlosen E-Motors umfassen kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei elektromagnetische Wandlerelemente, insbesondere Hallsensoren, vorgesehen, die bevorzugt in gleichmäßigen Winkelabständen um die Rotationsachse des Rotormagneten verteilt angeordnet sind. Bevor- zugt sind drei'Hallsensoren vorgesehen, die in einem Winkelabstand von jeweils 120° um die Rotationsachse angeordnet sind, was insbesondere bei einem 2-poligen Rotormagneten sinn- voll ist. Auch können bei einer Ausführungsform zwei Wandlerelemente mit einem Win- kelabstand von 45° vorgesehen sein, insbesondere bei einem 4-poligen Rotormagneten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle elektromagnetischen Wandlerelemente auf einer axialen Seite des Rotormagneten angeordnet. Dies hat insbesondere Vorteile im Falle einer notwendigen Demontage des E-Motors, da beispielsweise die Rotationsachse mit dem Rotormagneten aus der Spulenvorrichtung herausgezogen werden kann, ohne daß die bei- spielsweise an der Spulenvorrichtung befestigten elektromagnetischen Wandlerelemente von dieser demontiert werden müssen.

Da eine solche Demontage während eines Lebenszyklus eines E-Motors regelmäßig erforder- lich sein kann, insbesondere um beispielsweise die einem hohen Verschleiß unterworfenen Lagervorrichtungen auszutauschen, stellt eine solche Ausführungsform sicher, daß auch bei diesen Vorgängen die Ansteuerung des E-Motors, beispielsweise durch eine Verschiebung der relativen Positionierung zwischen Wandlerelement und Spulenvorrichtung, nicht negativ be- einfluß wird und Neujustierungen nach der Demontage bzw. Wartung nicht erforderlich sind.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, elektromagnetische Wandlerelemente auf bei- den axialen Seiten des Rotormagneten vorzusehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Hallsensor so angeordnet, daß eine Normale, die durch den Mittelpunkt der aktiven Fläche des Hallsensors verläuft, die Achse des Rotormagneten schneidet. Bevorzugt ist der mindestens eine Hallsensor ferner in der Nähe der Mantelfläche des Rotormagneten angeordnet, jedoch weiterhin so angeordnet, daß er im wesentlichen innerhalb der maximalen radialen Ausdehnung des Rotormagneten liegt. Eine solche Ausrichtung und/oder Positionierung des Hallsensors führt zu besonders exakten Meßergebnissen, insbesondere der tangentialen Komponente der Magnetfeldlinien, und damit zu einer besonders exakten Steuerung des Motors, was auf die Wirkungsweise des Hallsensors einerseits und die Ausrichtung des Magnetfelds andererseits zurückzuführen ist, die bei der obengenannten Ausrichtung und/oder Positionierung des Hallsensors am besten aufeinander abgestimmt sind.

Bevorzugt handelt es sich bei dem E-Motor um einen nach dem Prinzip des Synchronmotors gebauten Motor mit einem Permanentmagneten, es sind jedoch auch andere Motorprinzipien einsetzbar.

Der Motor ist bevorzugt so ausgebildet, daß er sterilisierbar ist. Der sterilisierbare Motor ist so ausgebildet, daß er Temperaturen von mindestens 135°C und einen Überdruck von wenig- stens 2 bar sowie einen Unterdruck von wenigstens-0, 85 bar aushält. Ferner ist der sterilisier- bare E-Motor so ausgelegt, daß er eine Behandlung mit Alkohol oder weiteren zur Reinigung verwendeten Chemikalien aushält, insbesondere können alle empfindlichen Teile des E- Motors mit Materialien abgedeckt bzw. abgedichtet sein, die die zuvorgenannten Temperatu- ren, Drücke und chemische Behandlung aushalten. Insbesondere ist es bevorzugt, sämtliche empfindlichen Bauteile mit einem Schutzlack zu versehen.

Bevorzugt ist neben den elektromagnetischen Wandlererlementen auch ein Temperatursensor vorgesehen, um den Betrieb des E-Motors zu überwachen, wobei der Temperatursensor be- vorzugt in der Nähe des Wicklungskopfes der Statorwicklung, bevorzugt außerhalb der axia- len Ausdehnung und/oder innerhalb der radialen Ausdehnung des Stators, angeordnet ist.

Bevorzugt ist der Temperatursensor ebenfalls außerhalb der axialen Ausdehnung des Rotor- magneten und ggf. in der Nähe, beispielsweise zwischen den elektromagnetischen Wand- lerelementen angeordnet.

Bevorzugt werden für den erfindungsgemäßen E-Motor als Rotormagnet 2-polige oder 4- polige Magnete eingesetzt, grundsätzlich können jedoch sämtliche bekannten Magnetvor- richtungen für den erfindungsgemäßen bürstenlosen E-Motor eingesetzt werden, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Instrument für eine medizinische, insbesondere für eine zahnmedizinische Vorrichtung, die mit einem bürstenlosen E-Motor, wie er oben beschrieben ist, ausgestattet ist. Bevorzugt handelt es sich bei solch einem Instrument um ein Hand-oder Winkelstück für zahnmedizinische Werkzeuge, da bei dieser Anwendung des bürstenlosen E- Motors die Vorteile, nämlich hohe Exaktheit, effiziente Ansteuerung, kleine Bauweise, hohe Effektivität des Motors, hohe Drehmomente und insbesondere hohe Drehzahlen sehr deutlich zur Geltung kommen.

Insbesondere die kleine Bauweise und der Wegfall eines möglicherweise vorgesehenen Steu- ermagneten und der dazugehörigen Befestigungsvorrichtung ermöglichen eine weitere Mi- niaturisierung und ermöglichen eine bessere Ergonomie des Handstücks, wodurch eine schnelle Ermüdung in der Hand des Bedieners, beispielsweise eines Zahnarztes, vermieden wird, was insbesondere in dem zahnärztlichen Bereich, bei dem sehr exakt gearbeitet werden muß, von hoher Bedeutung ist.

Der oben beschriebene E-Motor vereinfacht daher immens die Integration des Motors in ins- besondere dentale Hand-und Winkelstücke.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen, die besondere Ausführungsformen eines E-Motors der vorlie- genden Erfindung zeigen, deutlich. Es zeigen : Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen E-Motors mit einer beidseitigen Lagerung ; Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen E-Motors mit einer einseiti- gen Lagerung ; und Figur 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Handstücks mit einer Ausführungs- form eines erfindungsgemäßen E-Motors.

Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bürstenlosen E-Motors mit einem Haupt-bzw. Rotormagneten 10, der mittels schematisch gezeigten Sta- torwicklungen 32 eines Stators 30 angetrieben wird.

Bei dem Rotormagneten 10 handelt es sich um einen 2-poligen Magneten, dessen einzelne Pole jeweils einen Winkelbereich von etwa 180° in einer Schnittebene durch den im wesentli- chen zylindrischen Rotormagneten 10 abdecken, die senkrecht zu einer Rotationsachse 24 des Rotormagneten verläuft.

Der Rotormagnet 10 ist fest mit einer Welle 20 verbunden, die die durch die als Spulenvor- richtung dienenden Statorwicklungen 32 des Stators 30 hervorgerufene Drehbewegung an zu bewegende Elemente bzw. Werkzeuge, insbesondere zahnmedizinische Werkzeuge, wie z. B. einen Bohrer, überträgt. Die Kraftübertragung auf die zahnmedizinischen Werkzeuge kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise direkt über Zahnräder oder allgemein über ein Getriebe, wobei auch eine Kupplung vorgesehen sein kann.

Die Welle 20 ist drehbeweglich von zwei Lagern 22 gehalten, die auf beiden Seiten des Ro- tormagneten 10 angeordnet sind.

Zwischen dem in Figur 1 gezeigten rechten Lager 22 und dem Rotormagneten 10 ist eine Trä- gerplatine 42 angeordnet, die fest mit dem Stator 30 verbunden ist, so daß die Position der Trägerplatine 42 relativ zu dem Stator 30 fixiert ist.

Die Trägerplatine 42 trägt insgesamt drei Hallsensoren, die um die Drehachse 24 bzw. die Welle 20 des Rotormagneten 10 in einer gleichmäßigen Winkelverteilung, hier mit einem Winkelabstand von 120°, angeordnet und fixiert sind.

Auf der Trägerplatine 42 ist ferner ein Temperatursensor 50 vorgesehen, der radial außerhalb der Hallsensoren 40 positioniert ist, während der axiale Abstand im Rotormagneten 10 im wesentlichen dem axialen Abstand der Hallsensoren 40 zu dem Rotormagneten 10 entspricht.

Der radiale Abstand der Hallsensoren 40 von der Rotationsachse 24 beträgt bei dieser Ausfüh- rungsform etwa die Hälfte des Radius des Rotormagneten 10, während der Abstand der Hall- sensoren 40 von dem Rotormagneten 10 in einer Richtung parallel zur Rotationsachse 24 des Rotormagneten 10 sehr gering ist und bei dieser Ausführungsform lediglich ca. 1mm beträgt.

Es soll an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Zeichnungen zur Ver- deutlichung der einzelnen Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt ist.

Die festgelegten Bauelemente sind ferner mit einem Gießharz zu einer Baueinheit 60 vergos- sen, die den Stator 30 mit seinen Statorwicklungen 32 und die an dieser bereits befestigten Trägerplatine 42 mit den Hallsensoren 40 umfaßt, so daß die relative Position zwischen die- sen Elementen fixiert ist.

Das in Figur 1 gezeigte rechte Lager 22 ist abnehmbar ausgebildet, so daß das linke Lager 22 sowie die Welle 20 und der Rotormagnet 10 einfach entnommen werden können.

Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen E-Motors, die der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sehr ähnlich ist. Gleiche oder ähnliche Ele- mente wurden daher mit identischen Bezugszeichen versehen und es wird auf die Beschrei- bung zur Figur 1 verwiesen.

Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform weist die gleichen funktionalen Bauelemente auf, wie die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform. Der E-Motor 100 umfaßt einen 4-poligen Ro- tormagneten 10, der von einem Stator 30 mit Statorwicklung 32 angetrieben wird, so daß er eine Welle 20 im eine Rotationsachse 24 antreibt. Eine Trägerplatine 42 ist an dem Stator 30 bzw. den Statorwicklungen 32 befestigt und trägt insgesamt zwei Hallsensoren 40, die mit einem Winkelabschnitt von 45° voneinander versetzt, angeordnet sind. Auch diese Elemente sind, wie bei der Figur 1 gezeigten Ausführungsform zu einem Bauteil 60 vergossen.

Im Gegensatz zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist die Welle 20 in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform des E-Motors 100 jedoch nur auf einer Stelle des Rotormagneten 10 mittels zweier Lager 22 drehbar gelagert. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen wer- den, daß es im Prinzip auch möglich ist, lediglich die Lager anstelle der zwei Lager 22 vorzu- sehen, insbesondere kann ein Lager vorgesehen sein, das in axialer Richtung einer größere Ausdehnung hat als die in Figur 2 gezeigten Lager 22, so daß eine höhere Stabilität der Welle 20 und damit des Gesamtsystems gewährleistet ist.

Wie in Figur 2 ersichtlich, verbleibt durch die einseitige Lagerung der Rotorwelle mehr Raum und dadurch Gestaltungsfreiheit für die Positionierung der Hallsensoren 40, so daß diese Hallsensoren 40 zum einen axial näher an den Rotormagneten 10 als auch radial näher an die Rotationsachse 20 gebracht werden können, was eine weitere Miniaturisierung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ermöglicht.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen des E-Motors 100 handelt es sich um Ausführungsformen eines E-Motors 100 für ein Winkelstück 200 für einen Einsatz im zahnmedizinischen Breich, wie es in Figur 3 schematisch dargestellt ist.

Figur 3 zeigt schematisch in teilweise geschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelstücks 200 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen E-Motors 100.

Das Winkelstück 200 ist im wesentlichen länglich ausgebildet und weist eine Bearbeitungs- seite auf, an der ein Winkelkopf 230 vorgesehen ist, der wiederum einen Anschlußbereich 232 für zahnmedizinische Werkzeuge, insbesondere einen Bohrer, aufweist. Das Winkelstück 200 weist ferner eine Anschlußseite 240 auf, an der das Winkelstück an weitere Geräte, beispiels- weise an eine elektrische Energieversorgung, aber auch an Versorgungsvorrichtungen für Kühlflüssigkeit oder andere Medien angeschlossen werden kann.

Das Winkelstück 200 verläuft von der Anschlußseite 240 zuerst im wesentlichen gradlinig, wobei in etwa im Mittenbereich des Winkelstücks 200 der E-Motor 100 angeordnet ist.

In Anschluß an den im wesentlichen gradlinigen Verlauf des Winkelstücks 200 weist das Winkelstück 200 einen Halsbereich 220 auf, der aus ergonomischen Gründen im Vergleich zu dem gradlinigen Bereich 210 des Winkelstücks abgewinkelt verläuft, wobei die Winkelab- knickung ca. 15° beträgt.

Für die Ausgestaltung der in ein solches Winkelstück 200 einsetzbaren E-Motoren 100 wird auf die Figuren 1 und 2 verwiesen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

1 ezugszeichenliste<BR> 1 0 Rotormagnet 20 Rotorwelle 22 Lager 24 Rotationsachse 30 Stator 32 Statorwicklungen 40 Wandlerelement (Hall-Sensor) 50 Temperatursensor 60 Bauteil 100 bürstenloser E-Motor<BR> 200 Winkelstück 210 geradlinige Bereich (Winkelstück) 220 Halsbereich (Winkelstück) 230 Winkelkopf (Winkelstück) 232 Anschlußbereich (Winkelkopf) 240 Anschlußseite (Winkelstück)