CN115917941A - 用于传动系中的致动装置的驱动器的构造方案 - Google Patents

用于传动系中的致动装置的驱动器的构造方案 Download PDF

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Abstract

一种用于机动车的传动系中的致动装置的驱动器的构造方案（1），包括：带有马达壳体半壳（6）的电动马达（2）；带有用于控制电动马达（2）的控制单元的电路载体（7）；带有传动机构壳体半壳（10）的传动机构的从动轴（9），其中，电动马达（2）的转子轴（5）相对传动机构的从动轴（9）沿轴向布置，并且电动马达（2）的转子轴（5）在传动机构壳体半壳（10）的区域中以能转动的方式受支承地容纳在从动轴（9）中，其中，电路载体（7）布置在电动马达（2）和传动机构的从动轴（9）之间，并且其中，转子轴（5）导引通过电路载体（7）中的空缺部（17）。

Description

用于传动系中的致动装置的驱动器的构造方案
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于机动车的传动系中的致动装置（Aktuierung）的驱动器的构造方案（Aufbaukonzept，构造结构）。
背景技术
在自由市场上已知的针对用于传动系中的致动装置的驱动器的构造方案的非智能的解决方案，通常具有以下部件：
- 针对约0.2至0.7 Nm的范围内的扭矩的电动马达（DC、BLDC、SR =switchedreluctance开关磁阻），
- 减速传动机构（蜗轮蜗杆传动机构或者偏心轮传动机构），
- 转子位置传感器（在BLDC或SR马达类型中），其典型地设计成开关型霍尔传感器阵列。
大多基于DC马达的“智能驱动器”，典型地具有用于对从动轴进行角度检测的集成的传感器、大多设计成带有磁靶的线型霍尔传感器，但不具有转子位置传感器，因为DC马达原则上不需要转子位置传感器来运行。
对这种驱动器提出了以下要求：
- 在直至25 Nm的范围内的从动扭矩，
- 约20至120°的从动角范围，
- 自锁或无自锁，视待运动的机械装置段而定，
- 从动轴的位置信息的与安全相关的可用性，
- 满足关于从动轴的角位置的定位精度。
“非智能”的驱动器必须在外部运行或调节。为此需要附加的控制器、尤其是单独的控制器。此外还需要电连接，例如用于马达的三相电源的电缆束。
转子位置传感器必须被供电和进行读取。为此在同一电缆束中需要另外四至五个导体。从动轴的角度检测在“非智能的”驱动器中需要附加的部件、尤其是传感器或开关以及另外的附加的电缆束和用于向传感器供电以对从动轴进行角度检测和以对传感器进行信号传输的插头。
基于DC马达的解决方案是有益的，然而是自锁的，并且此外在满足安全性要求、尤其是ASIL C方面受到限制，受DC马达本身所限（潜在的接地短路并且因此使执行机构不期望地运动）并且需要仅一个角度传感器，而不是两个。
基于BLDC马达或基于SR马达的解决方案带来了在转子位置传感器和从动轴-角度传感器的集成和布置方面的缺点，因为两个传感器典型地安置在所述布置的对置的侧面上。这一点可能由传动机构构造方式造成，所述传动机构构造方式阻止了靠近旋转轴线的传感，这需要在控制单元的印制电路板平面外集成“传感器圆顶”并且带来了成本缺点。
在基于“智能的”BLDC马达或SR马达的布置的情况下，典型的执行机构设计在部件ECU（Electronic Control Unit（电子控制单元））-马达-传动机构级中导致了在定子的端侧处的一种蘑菇头，其典型地由于电路载体所需的径向的结构空间相比定子的直径更大而造成，并且因此导致了特别是在径向的结构空间方面的缺点。这就是说，ECU的设计成印制电路板的电路载体（=PCB）按常规沿轴向布置在马达的端侧处，并且PCB的面的投影典型地大于马达直径。
这尤其会妨碍在客户的给定的结构空间中、例如在传动机构或牵引机的周围环境中的相邻部件或者妨碍此外所需的软管、管、电缆束、排气设备等的给定的走向并且因此可能导致在为客户集成时增加修改耗费。
在PCB和E马达的常见布置中，存在转子位置传感器系统（RPS）的下列应用：
- 高度约为5 mm的传感器磁体
- 在约2-3 mm的数量级中的与传感器IC的气隙
- 高度约为2.5 mm的传感器IC。
这种布置因此对执行机构方案的轴向的结构高度极为不利。
在基于BLDC马达或SR马达的执行机构中，转子轴典型地在两侧用滚珠轴承支承（A侧和B侧）。小齿轮或齿轮的从动或连接在轴尖端（C侧）处、在背对PCB的侧面处进行。这同样不利于所述方案的总结构长度。
此外，执行机构方案的这种传统的实践方案导致需要一个盖作为另外的壳体部件来遮盖印制电路板以及尤其是需要在所述布置的盖中的附加的、单独的周围密封结构。由ECU-马达-传动机构构成的传统的构造方案因此需要特别是沿轴向伸展的较大的结构空间和较大数量的零件，较大数量的零件又必须通过附加的单独的密封结构相互密封。
发明内容
因此本发明的任务是，创造出了一种用于机动车的传动系中的致动装置的智能驱动器的构造方案，其相比现有技术在所需的结构空间、部件数量方面和制造成本方面有所改进。
按照本发明，该任务通过一种带有权利要求1的特征的构造方案解决。
按本发明的构造方案包括：带有马达壳体半壳的电动马达；带有用于控制电动马达的控制单元的电路载体；带有传动机构壳体半壳的传动机构的从动轴，其中，电动马达的转子轴相对传动机构的从动轴沿轴向布置，并且电动马达的转子轴在传动机构壳体半壳的区域中以能转动的方式受支承地容纳在从动轴中，其中，电路载体布置在电动马达和传动机构的从动轴之间，并且其中，转子轴导引通过在电路载体中的空缺部。
由于将电路载体布置在电动马达和传动机构的从动轴之间，尤其在所需的结构空间方面并且还在构造方案的材料和制造成本方面获得了一些优点。
在一种实施方式中，电路载体在两侧装备有电子部件，其中，用于检测转子位置的第一传感器布置在空缺部外电路载体的朝着电动马达的侧面上并且用于对从动轴进行角度检测的第二传感器布置在空缺部外电路载体的朝着从动轴的侧面上。由此沿轴向方向产生了所述构造方案的更小的伸展。
在一种实施方式中，第一传感器设计成磁阻式传感器或者开关型霍尔传感器阵列。
在另一种实施方式中，第二传感器设计成线型霍尔传感器、单开关型霍尔传感器或者开关型霍尔传感器阵列。
在一种实施方式中，还在马达壳体半壳和传动机构壳体半壳之间布置有密封结构，其中，该密封结构设计成液体密封结构或固体密封结构。所述密封结构替选地可以注射成型在两个壳体半壳中的一个壳体半壳处。
在一种实施方式中，马达壳体半壳的径向延展尤其基本上对应电动马达的径向延展。这有利于所述布置的紧凑性。
在另一实施方式中，构造方案的总的轴向伸展基本上对应马达壳体半壳的轴向伸展与传动机构壳体半壳的轴向伸展的总和。这也有利于所述布置的紧凑性。
在一种实施方式中，致动装置构造成机动车中的驻车锁止器、自动变速器选挡开关、选挡器或离合器致动器。
在一种实施方式中，转子轴还以能转动的方式支承在从动轴中，其中，在从动轴中的轴承可以设计成滑动轴承或滚动体轴承。
附图说明
在接下来的说明书中结合附图并借助实施例更为详细地阐释本发明的特征和细节。在此，在单个变型方案中说明的特征和关系原则上能套用到所有的实施例上。附图中：
图1示出来自现有技术的构造方案的示意图；
图2示出按本发明的构造方案的示意图；
图3示出来自现有技术的构造方案的剖面图；
图4示出按本发明的构造方案的剖面图；
图5示出构造方案的分解图。
具体实施方式
图1示出了来自现有技术的构造方案的示意图。容纳电动马达2的马达壳体半壳6和基本上容纳从动轴9的传动机构壳体半壳10，形成构造方案的壳体的重要的部件。在马达壳体半壳6和传动机构壳体半壳10之间布置有密封结构13。尤其是构造成印制电路板或PCB的电路载体7在端侧布置在马达壳体半壳6的背对从动轴9的侧面上，并且相对在壳体外的空间用在马达壳体半壳6和盖14之间的另外的密封结构13密封，控制单元8、也称为ECU布置在该电路载体上以控制电动马达2。
由于印制电路板的面的投影通常大于电动马达2的直径，来自现有技术的这个构造方案1尤其在沿径向的结构空间方面具有缺点，因为马达壳体半壳6的径向的伸展在此强制性地大于电动马达2的径向的伸展。马达壳体半壳6由此呈现蘑菇头的形状。
图2示出了按本发明的构造方案的示意图。带有用于控制电动马达2的控制单元8的电路载体7在此布置在马达壳体半壳6中的电动马达2和传动机构壳体半壳10中的传动机构的从动轴9之间。马达壳体半壳6沿径向的结构空间因此比在现有技术中更小，因为现在马达壳体半壳6的径向的伸展基本上对应电动马达2的径向的伸展。在这种构造方案1中的另一个优点是，也就是说在马达壳体半壳6和传动机构壳体半壳10之间在此仅需唯一的密封结构13，因为马达壳体半壳6不需要盖14。
在图1和图2中，从动轴9例如从传动机构壳体半壳10伸出。
图3示出了来自现有技术的构造方案1的剖面。电动马达2布置在马达壳体半壳6中。电动马达2包括定子3和带转子轴5的转子4。传动机构的从动轴9布置在传动机构壳体半壳10中。在此，电动马达2的转子轴5相对传动机构的从动轴9沿轴向对齐。此外，电动马达2的转子轴5在传动机构壳体半壳10 10的区域中以能转动的方式容纳在从动轴9中。
电路载体7或印制电路板也或PCB在端侧布置在马达壳体半壳6的背对从动轴9的侧面处并且相对壳体外的空间用在马达壳体半壳6和盖14之间的另外的密封结构13密封。
转子位置传感器系统（RPS = Rotor Position Sensor System，即转子位置传感器系统）在此沿轴向沿着转子轴5的延续部分设计。传感器磁体与转子轴5的对应的端侧连接并且通常高约5 mm。传感器11本身布置在印制电路板上并且通常高约2.5 mm。在传感器磁体和传感器11之间的气隙通常总计在约2-3 mm的数量级中。转子位置传感器系统的这种布置有助于所述构造方案的轴向的结构长度。用于在电路载体7的区域内封闭和密封马达壳体半壳6的顶盖进一步有助于所述轴向的结构长度。
图4示出了按本发明的构造方案的剖面。这种构造方案与图3的来自现有技术的构造方案的重要区别在于，如已经在上文中针对图2和图1的示意图所讨论的那样、其中图1示出了现有技术，电路载体7在图4中布置在电动马达2和传动机构的从动轴9之间。在图4中，电路载体7在马达壳体半壳6中处于与马达壳体半壳6的边缘区域中，但也可能的是，将电路载体7安置在传动机构壳体半壳10中、尤其是与马达壳体半壳6的边缘区域中。电动马达2的转子轴5相对传动机构的从动轴9沿轴向布置并且在此在传动机构壳体半壳10的区域中以能转动的方式受支承地容纳在从动轴9中。在图4的这种构造方案1中，转子轴5为此穿过电路载体7中的对应的空缺部17导入到传动机构壳体半壳10中至从动轴9。在传动机构壳体半壳10中也布置有传动机构的至少一个齿轮18。
带有用于控制电动马达2的控制单元8的电路载体7在两侧装备有电子部件。
在此，用于检测转子位置的第一传感器11布置在空缺部17外电路载体7的朝向电动马达2的侧面上，并且因此相对转子轴5“离轴（offaxis）”地布置，这就是说，布置在转子轴5外。第一传感器11例如设计成MR传感器或磁阻的传感器，但也可以设计成开关型霍尔传感器阵列，带有典型地三个霍尔开关元件。对应的发送器（Geber）相应地“离轴”地与转子轴5抗扭地连接。
用于对从动轴9进行角度检测的第二传感器12布置在空缺部17外电路载体7的朝向从动轴9的侧面上。第二传感器12可以例如设计成线型霍尔传感器、单开关型霍尔传感器或开关型霍尔传感器阵列。对应的发送器与从动轴抗扭地连接。
图5示出了构造方案的分解图。
由于将电路载体7在图4和图5中布置在电动马达2和传动机构的从动轴9之间，马达壳体半壳6的径向的伸展基本上对应电动马达2的径向的伸展。
由于用于检测转子位置的第一传感器11不是如在现有技术中那样沿轴向在转子轴5的延续部分中布置在转子轴的端侧处，而是“离轴地”布置在印制电路板中的空缺部1718外并且因此布置在转子轴5外，并且由于可以省去盖14，所述构造方案的整个轴向的伸展基本上对应马达壳体半壳6的轴向的伸展与传动机构壳体半壳10的轴向的伸展的总和。
按本发明的构造方案1相对现有技术的构造方案1的另一个重要的优点涉及到更低的材料成本和制造成本，因为尤其可以省去盖14和马达壳体半壳6之间的第二密封结构13和盖14本身以及与之关联的制造步骤。
此外，在装配印制电路板7时，两个传感器11、12可以在回流焊工艺中作为SMD部件组装，这就是说，不需要传感器圆顶来感知正在转动的部件。
尤其在此将插头16布置在马达壳体半壳6处，尤其用以传输信号。
附图标记列表
1   构造方案
2   电动马达
3   定子
4   转子
5   转子轴
6   马达壳体半壳
7   电路载体
8   控制单元、电子部件
9   传动机构的从动轴
10  传动机构壳体半壳
11  第一传感器
12  第二传感器
13  密封结构
14  盖
15  轴承
16  插头
17  电路载体中的空缺部
18  传动机构壳体半壳中的齿轮

Claims (10)

1.一种用于机动车的传动系中的致动装置的驱动器的构造方案（1），包括：
- 带有马达壳体半壳（6）的电动马达（2），
- 带有用于控制所述电动马达（2）的控制单元（8）的电路载体（8），
- 带有传动机构壳体半壳（10）的传动机构的从动轴（9），其中，所述电动马达（2）的转子轴（5）相对所述传动机构的从动轴（9）沿轴向布置，并且所述电动马达（2）的转子轴（5）在所述传动机构壳体半壳（10）的区域中以能转动的方式受支承地容纳在所述从动轴（9）中，
其特征在于，
所述电路载体（7）布置在所述电动马达（2）和所述传动机构的从动轴（9）之间，其中，所述转子轴（5）导引通过所述电路载体（7）中的空缺部（17）。
2.按照权利要求1所述的构造方案（1），其特征在于，
所述电路载体（7）在两侧装备有电子部件，其中，用于检测转子位置的第一传感器（11）布置在所述空缺部（17）外所述电路载体（7）的面朝所述电动马达（2）的侧面上，并且用于对所述从动轴（9）进行角度检测的第二传感器（12）布置在所述空缺部（17）外所述电路载体（7）的面朝所述从动轴（9）的侧面上。
3.按照权利要求2所述的构造方案（1），其特征在于，所述第一传感器（11）设计成磁阻的传感器或开关型霍尔传感器阵列。
4.按照权利要求2所述的构造方案（1），其特征在于，所述第二传感器（12）设计成线型霍尔传感器、单开关型霍尔传感器或开关型霍尔传感器阵列。
5.按照前述权利要求中任一项所述的构造方案（1），其特征在于，在所述马达壳体半壳（6）和所述传动机构壳体半壳（10）之间布置有密封结构（13）。
6.按照权利要求5所述的构造方案（1），其特征在于，所述密封结构（13）设计成液体密封结构或固体密封结构或者注射成型在两个壳体半壳中的一个壳体半壳处。
7.按照前述权利要求中任一项所述的构造方案（1），其特征在于，所述马达壳体半壳（6）的径向伸展基本上对应所述电动马达（2）的径向伸展。
8.按照前述权利要求中任一项所述的构造方案（1），其特征在于，所述构造方案的总的轴向伸展基本上对应所述马达壳体半壳（6）的轴向伸展与所述传动机构壳体半壳（10）的轴向伸展的总和。
9.按照前述权利要求中任一项所述的构造方案（1），其特征在于，所述致动装置构造成机动车中的驻车锁止器、自动变速器选挡开关、选挡器或离合器致动器。
10.按照前述权利要求中任一项所述的构造方案（1），其特征在于，所述转子轴（5）以能转动的方式支承在所述从动轴（9）中，其中，所述从动轴（9）中的轴承（15）可以设计成滑动轴承或滚动体轴承。
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