CN117022426A - 电动马达和具有这样的电动马达的线控转向装置 - Google Patents

Abstract

一种电动马达(13)包括转子(131)、控制电路板(135)、多匝传感器设备(136)，在所述控制电路板上布置和电接触有用于控制电动马达(13)的设备，所述多匝传感器设备布置在控制电路板(135)和转子(131)之间，其中，多匝传感器设备(136)具有至少一个测量接收器(1363,1364)，该测量接收器布置和电接触在控制电路板(135)处。此外说明了一种线控转向装置(1)，其具有转向柱模块(10)，该转向柱模块具有用于输入驾驶员侧的转向命令的转向手柄(11)和与该转向手柄机械耦联的用于在转向手柄(11)处模拟转向反作用的触觉致动器(12)，其中，触觉致动器(12)包括上述的电动马达(13)。

Description

电动马达和具有这样的电动马达的线控转向装置

技术领域

本发明涉及机动车技术的领域。尤其是，本发明涉及一种电动马达以及具有这样的马达的线控转向装置。

背景技术

在线控转向装置中，省去了传统转向装置中存在的在转向手柄(例如方向盘)和转向传动装置或车轮致动器之间的机械耦联。转向手柄和车轮致动器之间的必需命令仅电气地或必要时也无线地进行传输。由于省去机械耦联，转向手柄可以在没有另外的措施的情况下实际上无反作用地运动。然而，对于信赖具有机械耦联的传统转向装置的驾驶员来说，可几乎无阻力地始终同样容易转动的方向盘非常需要适应。此外，省去机械耦联意味着道路对转向手柄的实际上任何反馈会丧失。出于该原因，将致动器与转向手柄耦联，该致动器在转向手柄处模拟(即人为地产生)转向反馈，并且因此建立转向装置的对于驾驶员来说可感觉的触觉。因此，这样的包括电动马达的致动器在下面也被称为触觉致动器。名称“力反馈致动器”也是常用的。

在运行这样的触觉致动器时，应确保转向手柄的位置(例如方向盘角)和车辆车轮的位置(例如由转向传动装置的转向杆的位置代表的位置)之间的固定关联。因为这种关联在缺乏机械耦联的情况下不是固定的，所以这种关联在机动车的运行过程中可能会随着时间的推移而改变。此外，在系统切断时，该关联可能由于转向杆的被动运动或转向手柄的运行而丧失。然而，需要确定转向手柄的当前绝对位置，以便能够正确地将驾驶员的转向命令传递给转向传动装置。

具有电动马达的传统触觉致动器为此通常具有转子位置传感机构，如例如在DE102 26 988A1中描述的那样。转子位置即对应于转向手柄的位置。另外的就此而言合适的传感机构从DE 10 2009 031 176A1和DE 103 29 292A1中已知。

通常在转子位置传感机构的框架中使用所谓的单匝-传感器(Singleturn-Sensor)，因为这些单匝-传感器相对成本有利。这样的转动发送器具有360°的测量范围(一转)。如果单匝-传感器转动超过360°，则另外的转的输出信号再次与第一转的输出信号相应。因而，不可以利用单个单匝-传感器覆盖超过360°的测量范围，如对于具有大多1440°的传统转向装置来说需要的那样。后者可以通过使用多个单匝-传感器和例如在应用游标原理的情况下经由传动装置耦联这些单匝-传感器来实现。以这种方式，可以借助多个单匝-传感器实现多匝-测量技术，从而可以可靠地确定超过360°的转动位置。

在机动车处，关于转向手柄的位置的检测还需要真正通电功能(True-Power-OnFunktion)。因而，相关的位置信息应在电流供给中断时也保持不变。这也可以通过使用多个经由传动装置耦联的单匝-传感器来实现。

发明内容

本发明的任务是在机动车的线控转向装置的触觉致动器中以尽可能少的耗费和较低的易受干扰性实现这样的真正通电多匝-测量技术。

该任务首先通过根据本发明的电动马达解决，该电动马达可在线控转向装置的触觉致动器中使用。根据本发明的电动马达包括：转子；控制电路板，在该控制电路板上布置和电接触有用于控制电动马达的设备；以及多匝传感器设备，该多匝传感器设备布置在控制电路板和转子之间，其中，多匝传感器设备具有至少一个测量接收器(Messaufnehmer)，该测量接收器布置和电接触在控制电路板处。

根据本发明的解决方案避免了传感器和控制器之间的专用传感器线缆的必要性，由此排除了可能的故障原因。由于将转子位置传感机构集成到电动马达的控制电路板中，可以省去用于相应的传感机构的单独印刷电路板和信号处理，并且可以节省结构空间。此外，根据本发明的布置实现良好地保护转子位置传感机构免受环境影响，从而总体上产生特别简单、鲁棒且成本有利的构造。

例如，转子可以与马达轴转动固定地连接，该马达轴借助于马达轴轴承可转动地支承在轴承盖处。在此，多匝传感器设备布置在轴承盖和控制电路板之间。这有利于多匝传感器设备的传感机构的稳定支承。

根据本发明的另一个特别的实施型式，多匝传感器设备具有至少两个单匝-传感器、优选地正好两个单匝-传感器，所述单匝-传感器的测量接收器分别布置在控制电路板上，并且所述单匝-传感器的测量发送器(Messgeber)借助于传动装置如此耦联，使得所述测量发送器相对于转子的传动比彼此不同。由此，可以借助于成本有利的单匝-传感器如开头解释的那样实现多匝-测量技术。

在可靠性方面，单匝-传感器中的至少两个可以基于彼此不同的测量原理，从而在一个传感器失效时，还总是可以从另一个传感器获得关于转子位置的信息。这基于如下考虑：由于故障原因，两个相同类型的传感器的失效比两个基于不同测量原理的传感器的失效更有可能。

尤其是，第一测量发送器可以布置在与转子转动固定地连接的马达轴处，并且第二测量发送器可以布置在平行于马达轴的传感器轴处，其中，马达轴和传感器轴经由传动装置彼此耦联。由此，多匝传感器设备的结构保持非常简单。

传动装置优选地可以单级地实施，由此其结构保持简单并且其尺寸保持紧凑。然而，传动装置也可以是多级地(例如双级地)实施。两个或更多个单级子传动装置也是可能的。

根据另一个特别的实施型式，传动装置具有至少一个正齿轮级或皮带轮级，其可以特别节省空间地安置在电动马达处。

优选地，传动装置布置在轴承盖和控制电路板之间，从而可以为传动装置元件设置用于相应支承的较短间距。这对转子位置检测的准确性有积极影响。

根据另一个实施变体，多匝传感器设备可以具有基于Wiegand效应的绝对多匝-传感器，由此必要时借助于单个传感器已经可以实现真正通电功能。

根据本发明的另一个特别的实施型式，马达相位-接触设备布置在轴承盖和转子之间，并且通过电导体设备与控制电路板电连接。

上面解释的结构型式的电动马达优选地在根据本发明的线控转向装置中使用。后者包括转向柱模块，该转向柱模块具有用于输入驾驶员侧的转向命令的转向手柄和与该转向手柄机械耦联的用于在转向手柄处模拟转向反作用的触觉致动器。在此，触觉致动器包括上面解释的结构型式的电动马达。由于其配置，电动马达尤其是还在其转子位置传感机构方面对于在机动车中的运行来说是足够鲁棒的。

根据线控转向装置的一个特别的实施型式，转向手柄联结在电动马达的与控制电路板相对而置的端部处。这实现触觉致动器非常灵活地附装在转向柱模块处。尤其是，马达轴可以轴线平行于与转向手柄耦联的轴、与后者同轴地、与该轴成直角亦或倾斜地布置，从而可以考虑机动车的相应的空间现实。

根据一个特别的实施型式，转向手柄借助于轴与电动马达耦联，所述轴与电动马达的马达轴同轴地伸延。马达轴在此可以实施为实心轴或空心轴。在此，可以将电动马达的布置关于转向手柄的位置反过来。

附图说明

下面依据示出的实施例更详细地解释本发明。其中：

图1示出了线控转向装置的示意性视图，

图2示出了根据本发明的一个实施例的具有电动马达的线控转向装置的转向柱模块的空间图，

图3示出了图2中的电动马达的纵截面视图，

图4示出了电动马达沿着图2中的线IV-IV的横截面视图，以及

图5示出了电动马达在转向柱模块中关于转向手柄的轴的不同布置可能性。

具体实施方式

图1示出了用于机动车、尤其是乘用车或轻型商用车的线控转向装置1的一个示例的示意性视图。

线控转向装置1分为用于输入驾驶员侧的转向命令的转向柱模块10和转向传动装置模块20，所述模块在机械上相互解耦。

线控转向装置1的转向柱模块10首先包括用于由机动车的驾驶员输入转向命令的转向手柄11。转向手柄11如图所示例如是方向盘，但也可以是其他输入器件，如操纵杆等。在方向盘的情况下，转向命令是方向盘角。此外，在转向命令中可选地可以考虑方向盘角速度和/或方向盘角加速度。

此外，线控转向装置1的转向柱模块10包括触觉致动器12，该触觉致动器与转向手柄11机械地耦联。触觉致动器12用于为驾驶员在转向手柄11处模拟转向反作用。该转向反作用表现为在转向时的阻力以及必要时还表现为转向手柄11到相应于在平地上直线行驶的中立位置的主动复位。

触觉致动器12包括电动马达13，该电动马达借助于轴14(必要时在中间接通传动装置15的情况下)与转向手柄11机械地耦联。此外，在转向柱模块10处设置有在图1中未更详细示出的用于控制电动马达13的控制器，该控制器在下文中还更详细地进行阐述。

线控转向装置1的转向传动装置模块20包括用于调整机动车的可转向的车辆车轮2处的转向角的车轮致动器21。车轮致动器21可以由用于车辆车轮2的单独的单个驱动装置形成。然而，在当前实施例中，为了阐明车轮致动器21示出了转向传动装置22，该转向传动装置与车辆的所转向的前车轮耦联。另外的电动马达或其他外部力运行的驱动设备用作转向传动装置22的驱动装置。

对于线控转向装置1来说表征性地，车轮致动器21相对于转向手柄11和触觉致动器12之间当前不存在机械耦联。为了将车轮致动器21与转向手柄11和触觉致动器11联系，线控转向装置1包括控制器件3，该控制器件如此配置，以便根据驾驶员侧的转向命令促动车轮致动器21以引起车辆车轮2的转向操纵以及促动触觉致动器12以在转向手柄11处产生转向反作用。

该联系可以电气有线地亦或无线地进行。

控制器件3可以集中在中央控制器中或者如图所示分配到触觉致动器12和车轮致动器21处的不同控制器3a和3b上或者以其他方式布置。

为了检测驾驶员的转向命令以及此外为了呈现转向反作用，需要关于电动马达13的转子131的位置的信息。该电动马达13在图3和图4中以可能示例的形式更详细地进行示出并且应在下面更详细地进行解释。

除了转子131之外，电动马达13此外具有定子132。两者都可以如图3中示例性所示布置在马达壳体133中。在图3中此外可以看出马达轴134，转子131经由该马达轴可转动地支承在马达壳体133中。马达轴134与转子131转动固定地连接，在此与转子131以及定子132同轴地伸延。在所示的触觉致动器12的背景下，该马达轴134直接或在中间接通传动装置的情况下与通向转向手柄11的轴14耦联。

电动马达13此外包括电路板、尤其是控制电路板135作为转向柱模块10的侧部上的控制装置3a的一部分。在该控制电路板135上相应地布置和电接触有用于控制电动马达13的设备(例如尤其是微控制器)。

在所示的实施例中，控制电路板135布置在马达壳体133内，亦即在转子131端侧。

此外，电动马达13包括多匝传感器设备136，该多匝传感器设备关于转子131的转动轴线A在控制电路板135和转子131之间轴向布置。该多匝传感器设备136具有至少一个测量接收器1361，该测量接收器布置和电接触在所述控制电路板135处。由于测量接收器1361直接布置在控制电路板135处，省去了在相关的传感器和控制电路板135之间的相应的线缆连接。

为了支承马达轴134，优选地设置有轴承盖137，该轴承盖可以被固定在马达壳体133内。该轴承盖137将马达壳体133的内部空间分为第一室1331以及第二室1332，转子131和定子132布置在所述第一室中，控制电路板135和多匝传感器设备136容纳在所述第二室中。轴承盖137在此形成隔墙，该隔墙将这两个室1331,1332彼此隔开。多匝传感器设备136在此处于轴承盖137和控制电路板135之间。

在轴承盖137处布置有例如以滚动轴承或滑动轴承的形式的马达轴轴承138，延伸穿过轴承盖137的马达轴134经由该马达轴轴承可转动地支承在轴承盖137处并且因此可转动地支承在马达壳体133中。

此外，在图3中可以看出马达相位-接触设备139，该马达相位-接触设备在一方面轴承盖137与另一方面转子131和定子132之间，并且用于至少向定子132供给以电流。马达相位-接触设备139通过电导体设备1391与控制电路板135电连接。作为电导体设备1391，当前示出了例如以接触棒的形式的用于电动马达13的各个相位的接触元件，所述接触元件在轴承盖137处引导经过并且联结在控制电路板135的接触夹1351处。如在图4中可以看出的那样，电导体设备1391可以支撑在共同的支架1392处，该支架本身固定在轴承盖137处。

在轴承盖137和控制电路板135之间轴向地布置在第二室1332中的多匝传感器设备136可以以不同的方式实施。

在所示的实施例中，多匝传感器设备136具有至少两个单匝-传感器1361/1363和1362/1364，所述单匝-传感器经由传动装置1365彼此耦联。在一个优选的实施变体中，当前示出了正好两个单匝-传感器。然而，也可以例如分别利用传动装置轮为这些单匝-传感器补充另外的单匝-传感器。

这些单匝-传感器的测量接收器1361和1362分别布置在控制电路板135上，并且在那里优选地在没有中间接通线缆的情况下直接接触。相关的测量发送器1363和1364借助于所述传动装置1365如此耦联，使得所述测量发送器相对于转子131的传动比彼此不同。这导致测量发送器1363和1364在转子131的一转中不一样远地转动。随着转子131的转数增加，由此在两个单匝-传感器处检测到的转动角之间产生首先增加的角度差。然后，由这种差异可以推断相应的转数。结合两个测量发送器1363和1364中的一个的检测到的转动位置，于是可以在知道相对于转子131的传动比的情况下明确地确定转子131的位置。在此如此选择传动比，使得这种关系对于感兴趣的测量范围来说始终是明确的。

如从图3和图4可以进一步得知的那样，测量发送器中的一个1363(下面也称为“第一测量发送器”)可以直接布置在与转子131连接的马达轴134处，而另一个测量发送器1364(下面也称为“第二测量发送器”)布置在平行于马达轴134的传感器轴1366处。

传感器轴1366经由附加的传感器轴轴承1367可转动地支承在轴承盖137处。

马达轴134和传感器轴1366经由所述传动装置1365彼此耦联，所述传动装置位于轴承盖137和控制电路板135之间。

在所示的实施例中，作为传动装置1365示例性示出了单级正齿轮级，该正齿轮级具有两个正齿轮1365a和1365b，所述正齿轮在其齿数方面不同。在对此的修改方案中，作为传动装置1365也可以设置皮带轮级，该皮带轮级在电动马达13的转动轴线的轴向方向上需要较少结构空间。然而，原则上也可以使用其他传动装置形式。

在图3中针对第一测量发送器1363示出了电感测量原理并且针对第二测量发送器1364示出了磁阻测量原理。然而，原则上可以使用任何测量原理(磁、磁阻、电感、电容、光学等)，该测量原理实现绝对测量的单匝-传感器，由此与传动装置1365组合可以例如根据游标原理实现多匝传感器设备136。通过将不同的测量原理用于两个单匝-传感器，可以开发用于转子位置传感机构的多样化冗余，因为原则上经由两个测量发送器1361和1362中的每个可以原则上确定电动马达13的转子位置角。

因为单匝-传感器在电压中断之后的情况下也提供相应的测量信号，所以上面解释的多匝传感器设备136在至少两个单匝-传感器的基础上满足真正通电功能。

多匝传感器设备136的上面解释的设计方案在本质上仅是示例性的。原则上，多匝传感器设备136也可以以其他方式来实现，只要该多匝传感器设备可以被容纳在轴承盖137和控制电路板135之间的结构空间内。

原则上，就此而言也考虑单个绝对测量的多匝-传感器。纯例如，可以使用多匝-传感器，其利用Wiegand效应以对相应的计数器进行电流供给，由此也可以确保真正通电功能。然而，在此应注意的是，这样的传感器不应明显地增加电动马达13的总长度。

根据本发明，多匝传感器设备作为绝对值-传感器设备(绝对测量的传感器)被集成到电动马达13中，并且与控制电路板135直接接触。由此消除了在装配时在连接可靠性方面的所有风险或者由于装配的在电动马达外的位置而引起的所有风险。也不需要附加的传感器电路板。

电动马达13的上面解释的配置尤其是在包含多匝传感器设备136方面允许模块化结构。例如，可以将传动装置135与马达轴134一起安装到马达壳体133中。尤其是，马达轴134、轴承盖137、多匝传感器设备136以及必要时此外控制电路板135在此可以被联合成可预装配的结构单元，该结构单元在安装转子131和定子132以及必要时马达相位-接触设备139之后被装配到马达壳体133中。可选地，马达相位-接触设备139也可以与所述可预装配的结构单元相关联。此外，控制电路板135可以必要时作为单独的部件在预装这样的结构单元之后被装配到马达壳体133中。

马达轴134也可以与转子131固定地连接。组件设计可以具有带有转子131和马达轴134的组件“马达”，此外具有带有测量发送器1363/1364的子组件“传感器传动装置”，该子组件被装配在组件“马达”处。具有测量接收器1361/1362的控制电路板135属于另外的组件，该组件可以相对于马达-传感器组件进行对准和装配。

根据本发明的结构是简单、鲁棒且成本有利的。尤其是，该结构利用较少的、成本有利的构件实现，所述构件可以利用较少的耗费和空间需求进行装配。此外，多匝传感器设备136在电动马达13内被良好地保护免受外部影响。

电动马达13可以以不同方式在转向柱模块10中与转向手柄11耦联。除了在图1和图2中示出的可能性之外，例如如图5a至图5c中的布置也是可能的。

除了马达轴134轴线平行于与转向手柄11耦联的轴14的布置之外，如图5a中的倾斜或直角布置或者如图5b和图5c中的同轴布置也是可能的，以便考虑机动车的相应的空间现实。

图5a示出了为以锥齿轮齿部形式的传动装置15的示例。然而，其他传动装置类型(例如蜗杆传动装置或齿条同心布置(Rack-Concentric-Anordnung))也是可能的。

然而，没有传动装置15的联接也是可能的，如图5b和图5c中示例性所示。

优选地，转向手柄11联结在电动马达13的与控制电路板135相对而置的端部处(参照图3、图5a和图5b)。然而，反过来安装也是可能的，如图5c中示例性所示。

此外，图5c说明了将马达轴134实施为空心轴的可能性。

上面依据一个实施例和另外的修改方案更详细地解释了本发明。尤其是，上面在另外的单个特征的背景下解释的技术上的单个特征可以独立于这些单个特征以及与另外的单个特征相组合来实现，即使这没有明确描述，只要这在技术上是可能的。因此，本发明明确地不限于所描述的实施例和修改方案，而是包括由权利要求书限定的所有设计方案。

附图标记列表

1 线控转向装置

2 车辆车轮

3 控制器

3a转向柱模块的侧部上的控制器

3b转向传动装置模块的侧部上的控制器

10 转向柱模块

11 转向手柄

12 触觉致动器

13电动马达(驱动马达)

131 转子

132 定子

133 马达壳体

1331 第一室

1332 第二室

134 马达轴

135 控制电路板

1351 接触夹

136 多匝传感器设备

1361第一测量发送器(马达轴位置-传感器发送器)

1362第二测量发送器(传感器轴位置-传感器发送器)

1363第一测量接收器(马达轴位置-传感器)

1364第二测量接收器(传感器轴位置-传感器)

1365传动装置

1365a第一正齿轮(马达轴-正齿轮)

1365b第二正齿轮(传感器轴-正齿轮)

1366 传感器轴

1367 传感器轴轴承

137 轴承盖

138 马达轴轴承

139马达相位-接触设备

1391电导体设备(接触元件)

14 轴

15 传动装置

20 转向传动装置模块

21 车轮致动器

22 转向传动装置

A 电动马达的转动轴线

Claims (10)

1.一种电动马达(13)，其包括：

转子(131)，

控制电路板(135)，在所述控制电路板上布置和电接触有用于控制所述电动马达(13)的设备，

多匝传感器设备(136)，所述多匝传感器设备布置在所述控制电路板(135)和所述转子(131)之间，

其中，所述多匝传感器设备(136)具有至少一个测量接收器(1363,1364)，所述测量接收器布置和电接触在所述控制电路板(135)处。

2.根据权利要求1所述的电动马达(13)，其特征在于，所述转子(131)与马达轴(134)转动固定地连接，所述马达轴借助于马达轴轴承(138)可转动地支承在轴承盖(137)处，其中，所述多匝传感器设备(136)布置在所述轴承盖(137)和所述控制电路板(135)之间。

3.根据权利要求1或2所述的电动马达(13)，其特征在于，所述多匝传感器设备(136)具有至少两个单匝-传感器，所述单匝-传感器的测量接收器(1363,1364)分别布置在所述控制电路板(135)上，并且所述单匝-传感器的测量发送器(1361,1362)借助于传动装置(1365)如此耦联，使得所述测量发送器相对于所述转子(131)的传动比彼此不同。

4.根据权利要求3所述的电动马达，其特征在于，所述单匝-传感器中的至少两个基于不同的测量原理。

5.根据权利要求3或4所述的电动马达(13)，其特征在于，第一测量发送器(1361)布置在与所述转子(131)转动固定地连接的马达轴(134)处，并且第二测量发送器(1362)布置在平行于所述马达轴(134)的传感器轴(1366)处，并且所述马达轴(134)和所述传感器轴(1366)经由所述传动装置(1365)彼此耦联。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电动马达(13)，其特征在于，所述传动装置(1365)具有至少一个正齿轮级(1365a,1365b)或皮带轮级。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的电动马达(13)，其特征在于，所述传动装置(1365)布置在所述轴承盖(137)和所述控制电路板(135)之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动马达(13)，其特征在于，马达相位-接触设备(139)布置在所述轴承盖(137)和所述转子(131)之间，并且通过电导体设备(1391)与所述控制电路板(135)电连接。

9.一种线控转向装置(1)，其具有转向柱模块(10)，所述转向柱模块具有用于输入驾驶员侧的转向命令的转向手柄(11)和与所述转向手柄机械耦联的用于在所述转向手柄(11)处模拟转向反作用的触觉致动器(12)，其中，所述触觉致动器(12)包括根据前述权利要求中任一项所述的电动马达(13)。

10.根据权利要求9所述的线控转向装置(1)，其特征在于，所述转向手柄(11)联结在所述电动马达(13)的与所述控制电路板(135)相对而置的端部处，

并且/或者

所述转向手柄(11)借助于轴(14)与所述电动马达(13)耦联，所述轴与所述电动马达(13)的马达轴(134)同轴地伸延。