DE102012205392A1

DE102012205392A1 - Steering system in a vehicle

Info

Publication number: DE102012205392A1
Application number: DE102012205392A
Authority: DE
Inventors: Achim Neubauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2012-12-13
Also published as: WO2012168110A1

Abstract

Ein Lenksystem in einem Fahrzeug weist eine Lenkwelle zur Übertragung eines vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels und einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Antriebsmomentes auf, der mit der Lenkwelle gekoppelt ist. Einteilig mit der Motorwelle des Servomotors ist ein den Stator des Servomotors axial überragender Wellenabschnitt gebildet, der Träger einer Schnecke ist, welche mit einem mit der Lenkwelle verbundenen Schneckenrad kämmt.A steering system in a vehicle has a steering shaft for transmitting a steering angle specified by the driver and an electric servo motor for generating a supporting drive torque, which is coupled to the steering shaft. In one piece with the motor shaft of the servo motor is a shaft section axially projecting the stator of the servo motor, which is the carrier of a worm which meshes with a worm wheel connected to the steering shaft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a steering system in a vehicle according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

In der DE 197 03 903 A1 wird ein Lenksystem in einem Fahrzeug beschrieben, über das ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Fahrzeugräder umsetzbar ist. Das Lenksystem umfasst eine Lenkwelle und eine mit der Lenkwelle gekoppelte Zahnstange, die bei einer Lenkwellendrehung zur Einstellung des Radlenkwinkels in Querrichtung verschoben wird. Zur Lenkkraftunterstützung ist dem Lenksystem ein elektrischer Servomotor zugeordnet, dessen Rotor die Lenkwelle beaufschlagt.In the DE 197 03 903 A1 a steering system is described in a vehicle over which a steering angle predetermined by the driver in a wheel steering angle of the steerable vehicle wheels can be implemented. The steering system includes a steering shaft and a rack coupled to the steering shaft, which is displaced in a steering shaft rotation for adjusting the Radlenkwinkels in the transverse direction. For steering assistance, the steering system is associated with an electric servomotor whose rotor acts on the steering shaft.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Lenksystem in einem Fahrzeug mit einfachen konstruktiven Maßnahmen mit kompakter Lenkunterstützung auszubilden.The invention is based on the object to form a steering system in a vehicle with simple design measures with compact steering assistance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Das erfindungsgemäße Lenksystem wird in Fahrzeugen zur Umsetzung des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Räder eingesetzt. Das Lenksystem umfasst eine Lenkspindel bzw. -welle, die mit einem vom Fahrer betätigbaren Lenkrad verbunden ist, sowie ein Lenkgestänge mit einer Zahnstange, die von der Lenkwelle betätigbar ist und über die der gewünschte Winkel an den lenkbaren Rädern eingestellt wird. Des Weiteren ist dem Lenksystem ein elektrischer Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Antriebsmoments zugeordnet, der mit der Lenkwelle gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des Servomotors wird die Drehbewegung der Lenkwelle mit einem unterstützenden Moment beaufschlagt.The steering system according to the invention is used in vehicles for implementing the steering angle predetermined by the driver in a Radlenkwinkel the steerable wheels. The steering system includes a steering shaft connected to a driver-operable steering wheel, and a steering linkage having a rack operable by the steering shaft and adjusting the desired angle on the steerable wheels. Furthermore, the steering system is associated with an electric servomotor for generating a supporting drive torque, which is coupled to the steering shaft. Upon actuation of the servomotor, the rotational movement of the steering shaft is acted upon by a supporting moment.

Die kinematische Kopplung zwischen dem Servomotor und der Lenkwelle erfolgt über eine mit der Motorwelle des Servomotors verbundene Schnecke, die mit einem mit der Lenkwelle verbundenen Schneckenrad kämmt. Die Schnecke befindet sich auf einem einteilig mit der Motorwelle ausgebildeten, den Stator des Servomotors axial überragenden Wellenabschnitt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Lenksystem im Bereich der Anbindung zwischen Servomotor und Lenkwelle kompakt ausgeführt werden kann. Grundsätzlich genügt es, den die Schnecke tragenden Wellenabschnitt nur so weit axial über den Stator des Servomotors hinauszuführen, dass ein Eingriff der Schnecke in das Schneckenrad möglich ist.The kinematic coupling between the servo motor and the steering shaft via a connected to the motor shaft of the servo motor worm, which meshes with a shaft connected to the worm wheel. The worm is located on an integrally formed with the motor shaft, the stator of the servo motor axially projecting shaft portion. This embodiment has the advantage that the steering system can be made compact in the area of the connection between the servo motor and the steering shaft. In principle, it is sufficient to guide the shaft section carrying the worm axially only so far axially beyond the stator of the servomotor that an engagement of the worm in the worm wheel is possible.

Ein weiterer Vorteil liegt in der reduzierten Anzahl an Einzellagern, die für die Lagerung der Motorwelle des Servomotors erforderlich sind. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung genügen grundsätzlich zwei Einzellager zur Lagerung der Motorwelle, die beispielsweise sich unmittelbar an die Schnecke anschließen, so dass das statorseitige Lager zwischen dem Stator und der Schnecke angeordnet ist. Aus dem Stand der Technik sind dagegen Ausführungen bekannt, bei denen der Wellenabschnitt mit der Schnecke separat von der Motorwelle ausgebildet ist, was zusätzliche Einzellager für die Lagerung der Motorwelle und des die Schnecke tragenden Wellenabschnittes erforderlich macht.Another advantage lies in the reduced number of individual bearings required for the bearing of the motor shaft of the servomotor. In the embodiment according to the invention, basically two individual bearings are sufficient for supporting the motor shaft, which, for example, directly adjoin the worm, so that the stator-side bearing is arranged between the stator and the worm. Conversely, designs are known from the prior art, in which the shaft portion is formed with the worm separately from the motor shaft, which makes additional single bearings for the storage of the motor shaft and the shaft portion carrying the worm required.

Das Massenverhältnis zwischen dem Wellenabschnitt der Motorwelle, der den Rotor bildet, welcher auf der Motorseite liegt und im Stator ein Rotor- bzw. Ankerpaket trägt, zu dem Wellenabschnitt, der Getriebekomponenten wie z.B. die Schnecke trägt und vorzugsweise außerhalb des Stators liegt, liegt in einem Wertebereich zwischen 0.2 und 0.75 bis 0.8, beispielsweise bei zumindest annähernd zwei Drittel. Falls die Schnecke als separates Bauteil ausgeführt ist, ist diese beim Ermitteln des Massenverhältnisses zu der Masse des die Schnecke tragenden Wellenabschnitts hinzuzuaddieren.The mass ratio between the shaft portion of the motor shaft, which forms the rotor, which lies on the motor side and in the stator carries a rotor or anchor packet, to the shaft portion, the transmission components such. the worm carries and is preferably outside the stator, is in a range of values between 0.2 and 0.75 to 0.8, for example, at least approximately two-thirds. If the worm is designed as a separate component, it must be added to the mass of the worm shaft section when determining the mass ratio.

Somit besitzt der Wellenabschnitt mit der Schnecke eine höhere Masse als der Wellenabschnitt, der den Rotor bildet. Da jedoch der Rotor Träger des Rotor- bzw. Ankerpakets ist, wird insgesamt ein ausgeglicheneres Massenverhältnis erreicht. Die Wellenabschnitte der Schnecke bzw. des Rotors liegen bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten eines Einzellagers im Gehäuse, welches dem Stator benachbart ist. Bei diesem Einzellager handelt es sich vorzugsweise um ein Festlager.Thus, the shaft portion with the screw has a higher mass than the shaft portion forming the rotor. However, since the rotor is the carrier of the rotor or anchor package, a more balanced mass ratio is achieved overall. The shaft sections of the screw or of the rotor are preferably located on opposite sides of a single bearing in the housing, which is adjacent to the stator. This single bearing is preferably a fixed bearing.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung beträgt das Längenverhältnis von der Länge des den Rotor bildenden Wellenabschnitts der Motorwelle zu der Länge des die Schnecke tragenden Wellenabschnitts höchstens 0.6, das Längenverhältnis beträgt beispielsweise zumindest annähernd ein Drittel oder weniger. Auf diese Weise erhält man einen kurz bauenden Servomotor. Dies gilt bevorzugt, so lange das Verhältnis (R_{Rotor außen}/2)²/(r_Welle/2)² im Bereich zwischen 5 und 20 liegt. Hierin bezeichnet R_{Rotor außen} den Rotoraußendurchmesser und r_Welle den Wellenaußendurchmesser unter dem Rotorpaket. Liegt das Verhältnis (R_{Rotor außen}/2)²/(r_Welle/2)² unterhalb 5, kann das Wellenabschnittsverhältnis auch größer als 0.6 werden. According to a further expedient embodiment, the aspect ratio of the length of the shaft portion of the motor shaft forming the rotor to the length of the shaft portion carrying the screw is at most 0.6, the length ratio is for example at least approximately one third or less. In this way you get a short-built servomotor. This is preferred as long as the ratio (R _{outer rotor} / 2) ² / (r _shaft / 2) ² ranges between 5 and 20. Herein, R _rotor refers _{externally to} the _{rotor outer} diameter and r _{shaft to} the shaft _outer diameter below the rotor core. Is the ratio (R _{rotor outside} / 2) ² / (r _shaft / 2) ² below 5, the shaft section ratio can also become larger than 0.6.

Schließlich kann es zweckmäßig sein, den elektrischen Servomotor mit einer Anzahl an magnetischen Einzelpolen zu versehen, die zwischen 12 und 28 liegt. Dementsprechend beträgt die Anzahl der Einzelmagnete 6 bis 14.Finally, it may be appropriate to provide the electric servomotor with a number of magnetic poles, which lies between 12 and 28. Accordingly, the number of individual magnets is 6 to 14.

Vorteilhafterweise trägt der im Stator umlaufende Rotor ein Rotor- bzw. Ankerpaket, das eine Anzahl aufeinander gestapelter Einzellamellen aufweist, in die über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Einzelmagneten integriert sind. Die Anzahl der Einzelmagnete beträgt, wie vorbeschrieben, vorteilhafterweise 6 bis 14.Advantageously, the rotor rotating in the stator carries a rotor or armature packet which has a number of individual laminations stacked on one another, into which a plurality of individual magnets distributed over the circumference are integrated. The number of individual magnets is, as described above, advantageously 6 to 14.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Lenkwelle und der Servomotor in einem gemeinsamen Lagergehäuse aufgenommen sind. Das Lagergehäuse, das vorzugsweise aus Metall besteht, weist eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Lenkwelle auf sowie einen weiteren Gehäuseabschnitt zur Aufnahme des Servomotors. Dieser Gehäuseabschnitt umfasst ein Motorwellengehäuse zur Aufnahme der Motorwelle des Servomotors, wobei das Motorwellengehäuse sich zumindest annähernd orthogonal zur Lenkwellenachse erstreckt, und/oder ein Statorgehäuse zur Aufnahme des Stators des Servomotors. Sowohl für das Motorwellengehäuse als auch für das Statorgehäuse kommen sowohl einteilige als auch zweiteilige Ausführungen in Betracht. Bei der einteiligen Ausführung sind das Motorwellengehäuse sowie das Statorgehäuse einteilig mit dem Lagergehäuse ausgebildet. In der zweiteiligen Ausbildung mit zwei Gehäuseschalen für das Motorwellengehäuse und das Statorgehäuse ist eine der Gehäuseschalen einteilig mit dem Lagergehäuse ausgebildet, die zweite Gehäuseschale ist separat ausgeführt und auf die zugeordnete erste Gehäuseschale aufsetzbar. Das Motorwellengehäuse und das ggf. vorhandene Statorgehäuse sind koaxial ausgerichtet und erstrecken sich zumindest im Wesentlichen orthogonal sowie seitlich versetzt zur Längsachse der Lenkwelle.According to an expedient development it is provided that the steering shaft and the servo motor are accommodated in a common bearing housing. The bearing housing, which preferably consists of metal, has a receiving opening for receiving the steering shaft and a further housing section for receiving the servomotor. This housing section comprises a motor shaft housing for receiving the motor shaft of the servomotor, wherein the motor shaft housing extends at least approximately orthogonal to the steering shaft axis, and / or a stator housing for receiving the stator of the servomotor. Both the motor shaft housing and the stator housing are both one-piece and two-piece designs into consideration. In the one-piece design, the motor shaft housing and the stator housing are integrally formed with the bearing housing. In the two-part design with two housing shells for the motor shaft housing and the stator housing one of the housing shells is formed integrally with the bearing housing, the second housing shell is designed separately and placed on the associated first housing shell. The motor shaft housing and possibly existing stator housing are aligned coaxially and extend at least substantially orthogonal and laterally offset from the longitudinal axis of the steering shaft.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist einteilig mit dem Lagergehäuse ein Statorflansch ausgebildet, welcher als vorzugsweise ebene Platte ausgeführt ist, an der der Stator einschließlich Statorgehäuse befestigbar ist. According to a further embodiment, a stator flange is formed integrally with the bearing housing, which is designed as a preferably flat plate on which the stator including the stator housing can be fastened.

Gemäß noch einer weiteren Ausführung ist am Lagergehäuse eine Befestigungsplattform ausgebildet, auf der eine Elektronikplatine des Servomotors angeordnet ist, insbesondere mit einer Leistungselektronik. Die Befestigungsplattform befindet sich zweckmäßigerweise in Nachbarschaft zum Motorwellengehäuse und ist insbesondere tangential zu diesem ausgerichtet. In dem sich an das Motorwellengehäuse anschließenden Statorgehäuse bzw. dem Statorflansch befinden sich Öffnungen für elektrische Anschlüsse des Servomotors, welche mit den Bauteilen der Elektronikplatine verbunden werden.According to yet another embodiment, a mounting platform is formed on the bearing housing, on which an electronic board of the servomotor is arranged, in particular with a power electronics. The attachment platform is suitably in the vicinity of the motor shaft housing and is in particular aligned tangentially to this. In which adjoining the motor shaft housing stator housing or the stator are openings for electrical connections of the servomotor, which are connected to the components of the electronic board.

Zusätzlich oder alternativ kann auch auf dem Statorgehäuse eine Befestigungsplattform ausgebildet sein, die zur Aufnahme einer Elektronikplatine – einer Leistungselektronik und/oder eine Steuerungselektronik – dient. Ein Teil der Elektronik kann sich auch orthogonal zur Motorwellenlängsachse benachbart zu einer Stirnseite des Servomotors – entweder statorseitig oder auf der dem Stator abgewandten Seite – erstrecken.Additionally or alternatively, a mounting platform can also be formed on the stator housing, which serves for receiving an electronic circuit board - a power electronics and / or control electronics. A part of the electronics can also orthogonal to the motor shaft longitudinal axis adjacent to an end face of the servo motor - either on the stator side or on the side facing away from the stator - extend.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an der Stirnseite der Motorwelle ein Magnetelement angeordnet, dem ein gehäusefest angeordneter Magnetfeldsensor zugeordnet ist. Das Magnetelement und der Magnetfeldsensor bilden gemeinsam eine Rotorlagesensorik zur Ermittlung der aktuellen Winkellage der Motorwelle. Das Magnetelement kann grundsätzlich an jeder Stirnseite der Motorwelle angeordnet sein, also sowohl auf der dem Stator benachbarten Stirnseite als auch auf der statorfernen Stirnseite. Dementsprechend ist der Magnetfeldsensor der Stirnseite der Motorwelle mit dem Magnetelement vorgelagert. Der Magnetfeldsensor befindet sich vorzugsweise auf einer Logikplatine bzw. Steuerungselektronik, wobei sich die Platine orthogonal zur Motorwellenlängsachse erstreckt.According to a further expedient embodiment, a magnetic element is arranged on the end face of the motor shaft, which is associated with a housing fixedly arranged magnetic field sensor. The magnetic element and the magnetic field sensor together form a rotor position sensor for determining the current angular position of the motor shaft. The magnetic element can in principle be arranged on each end face of the motor shaft, that is to say both on the end face adjacent to the stator and on the stator-end face. Accordingly, the magnetic field sensor is located upstream of the end face of the motor shaft with the magnetic element. The magnetic field sensor is preferably located on a logic board or control electronics, wherein the board extends orthogonal to the motor shaft longitudinal axis.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem der Lenkwelle des Lenksystems zugeordneten Servomotor, 1 1 is a schematic view of a steering system in a vehicle, with a servomotor associated with the steering shaft of the steering system;

2 in perspektivischer Ansicht ein Lagergehäuse zur Aufnahme der Lenkwelle sowie des Servomotors, wobei der den Servomotor aufnehmende Gehäuseabschnitt aus zwei Gehäuseschalen besteht, 2 a perspective view of a bearing housing for receiving the steering shaft and the servomotor, wherein the servomotor receiving housing portion consists of two housing shells,

3 das Lagergehäuse ohne aufsetzbare Gehäuseschale, mit einer Darstellung des Servomotors, 3 the bearing housing without attachable housing shell, with a representation of the servomotor,

4 einen Schnitt durch das Lagergehäuse längs zur Motorwellenlängsachse, 4 a section through the bearing housing along the motor shaft longitudinal axis,

5 ein Lagergehäuse einschließlich Servomotor und einer den Servomotor steuernden Leistungs- und Steuerungselektronik, 5 a bearing housing including a servomotor and a power and control electronics controlling the servomotor,

6 eine 5 entsprechende Darstellung, jedoch aus einer anderen Perspektive, 6 a 5 appropriate representation, but from a different perspective,

7 die Ausführung gemäß 5 und 6, jedoch mit aufgesetzter Gehäuseschale des den Servomotor aufnehmenden Gehäuseabschnittes, 7 the execution according to 5 and 6 , but with attached housing shell of the servomotor receiving housing portion,

8 ein Lagergehäuse mit einteilig ausgebildetem Stator- und Motorwellengehäuse, 8th a bearing housing with integrally formed stator and motor shaft housing,

9 ein Lagergehäuse mit Servomotor, auf dessen Motorwelle stirnseitig ein Magnetelement aufsetzbar ist, mit einer der Stirnseite der Motorwelle vorgelagerten Steuerungselektronik, 9 a bearing housing with servomotor, on the motor shaft of the front side, a magnetic element can be placed, with a front side of the motor shaft upstream control electronics,

10 ein Lagergehäuse in noch einer weiteren Ausführung. 10 a bearing housing in yet another embodiment.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.

Das in 1 gezeigte Lenksystem 1 in einem Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgetriebe 4, ein Lenkgestänge 5 mit einer Zahnstange sowie lenkbare Räder 6. Der Fahrer gibt durch Betätigung des Lenkrades 2 einen Lenkwinkel δ_LW in der mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle 3 vor, die über das Lenkgetriebe 4 die Zahnstange des Lenkgestänges 5 in Querrichtung verstellt, woraufhin an den lenkbaren Rädern der Radlenkwinkel δ_V eingestellt wird.This in 1 steering system shown 1 in a vehicle includes a steering wheel 2 , a steering shaft 3 , a steering gear 4 , a steering linkage 5 with a rack and steerable wheels 6 , The driver gives by pressing the steering wheel 2 a steering angle δ _LW in the steering shaft connected to the steering wheel 3 in front, over the steering gear 4 the rack of the steering linkage 5 adjusted in the transverse direction, whereupon the wheel steering angle δ _{V is} set at the steerable wheels.

Zur Lenkkraftunterstützung dient ein elektrischer Servomotor 7, der über ein Getriebe ein unterstützendes Antriebsmoment in die Lenkwelle 3 einleitet. Das Getriebe umfasst eine Schnecke auf einem Wellenabschnitt der Motorwelle des Servomotors 7 und ein mit der Schnecke in Eingriff stehendes Schneckenrad, welche drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist. Die Lenkwelle 3 sowie die Motorwelle des elektrischen Servomotors 7 sind in einem Lagergehäuse 8 des Lenksystems 1 aufgenommen.To assist steering, an electric servomotor is used 7 , the transmission via a supportive driving torque in the steering shaft 3 initiates. The gear comprises a worm on a shaft portion of the motor shaft of the servomotor 7 and a worm gear meshing with the worm, which is non-rotatable with the steering shaft 3 connected is. The steering shaft 3 and the motor shaft of the electric servomotor 7 are in a bearing housing 8th of the steering system 1 added.

In den 2 und 3 sowie in der Schnittdarstellung gemäß 4 ist ein Lagergehäuse 8 in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. Das Lagergehäuse 8 weist in einem ersten Gehäuseabschnitt eine Aufnahmeöffnung 9 für die Lenkwelle auf. Ein zweiter Gehäuseabschnitt des Lagergehäuses 8 bildet ein Motorlagergehäuse 10 zur Aufnahme des elektrischen Servomotors 7, wobei sich die Längsachse 13 des Motorlagergehäuses 10 orthogonal und seitlich versetzt zur Längsachse 14 der Aufnahmeöffnung 9 bzw. der eingesetzten Lenkwelle erstreckt.In the 2 and 3 and in the sectional view according to 4 is a bearing housing 8th shown in a first embodiment. The bearing housing 8th has a receiving opening in a first housing section 9 for the steering shaft. A second housing section of the bearing housing 8th forms an engine mount housing 10 for receiving the electric servomotor 7 , where the longitudinal axis 13 of the engine mount housing 10 orthogonal and laterally offset to the longitudinal axis 14 the receiving opening 9 or the steering shaft used extends.

Das Motorlagergehäuse 10 ist zweiteilig aufgebaut und umfasst zwei Gehäuseschalen 10a und 10b, von denen die erste Gehäuseschale 10a einteilig mit dem die Aufnahmeöffnung 9 bildenden ersten Gehäuseabschnitt ausgebildet ist und die zweite Gehäuseschale 10b separat hierzu ausgebildet und auf die erste Gehäuseschale 10a aufsetzbar ist. Insgesamt setzt sich das Motorlagergehäuse 10 aus einem Motorwellengehäuse 11, in welchem die Motorwelle 15 des Servomotors 7 aufgenommen ist, und einem Statorgehäuse 12 zur Aufnahme des Stators 16 des Servomotors zusammen. Das Statorgehäuse 12 kann einteiliger Bestandteil des Motorlagergehäuses 10 oder als separates Bauteil ausgeführt sein. Möglich ist aber auch eine Ausführung, in der das Bauteil 12 lediglich eine Halterung zur Aufnahme des Stators 16 des Servomotors mit eigenem Statorgehäuse bildet, so dass grundsätzlich die Möglichkeit besteht, je nach Anforderung verschiedene Statoren zu verwenden oder über verschiedene Baureihen hinweg gleiche Statoren einzusetzen. Das Statorgehäuse kann als Blechteil oder Kunststoffteil ausgeführt sein.The engine mount housing 10 is constructed in two parts and includes two housing shells 10a and 10b , of which the first housing shell 10a in one piece with the receiving opening 9 forming the first housing portion is formed and the second housing shell 10b separately formed and on the first housing shell 10a can be placed. Overall, the engine mount housing is 10 from a motor shaft housing 11 in which the motor shaft 15 of the servomotor 7 is received, and a stator housing 12 for receiving the stator 16 the servomotor together. The stator housing 12 can be one-piece part of the engine mount housing 10 or be designed as a separate component. But also possible is an embodiment in which the component 12 only a holder for receiving the stator 16 The servo motor with its own stator housing forms, so that in principle it is possible to use different stators depending on the requirements or to use the same stators across different series. The stator housing can be designed as a sheet metal part or plastic part.

Das Motorlagergehäuse 10 besteht vorzugsweise aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Metall, beispielsweise Aluminiumdruckguss, und ist dadurch in der Lage, die von der Elektronik entwickelte Wärme gut abzuleiten. Das Statorgehäuse kann ganz oder teilweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein; die Wärmeableitung erfolgt in diesem Fall in erster Linie über das Motorlagergehäuse 10 aus wärmeleitendem Material.The engine mount housing 10 is preferably made of a thermally conductive material, in particular metal, such as aluminum die casting, and is thus able to dissipate the heat developed by the electronics well. The stator housing may be wholly or partly made of a plastic material; The heat dissipation in this case takes place primarily via the engine mount housing 10 made of thermally conductive material.

Die Motorwelle 15 ist in zwei gehäuseseitigen Einzellagern 17 und 18 gelagert, von denen das dem Stator 16 benachbarte Einzellager 17, welches axial dem Stator unmittelbar vorgelagert ist, als Festlager und das statorferne Einzellager 18 als Loslager ausgebildet ist. Die beiden Einzellager 17 und 18 liegen axial auf gegenüberliegenden Seiten bezogen auf eine Schnecke 19, die mit dem in 4 andeutungsweise dargestellten Schneckenrad 20 kämmt, welches drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist. Das Einzellager 18 befindet sich benachbart zur freien Stirnseite der Motorwelle 15. Der gesamte, den Stator 16 axial überragende Wellenabschnitt, welcher auch Träger der Schnecke 19 ist, ist einteilig mit der Motorwelle 15 ausgeführt bzw. wird von der Motorwelle 15 gebildet. Dadurch ist die Lagerung der Motorwelle 15 im Lagergehäuse 8 mit lediglich zwei Einzellagern 17, 18 möglich.The motor shaft 15 is in two housing-side single bearings 17 and 18 stored, of which the stator 16 adjacent single bearings 17 , which is axially upstream of the stator, as a fixed bearing and the statorferne single bearing 18 is designed as a floating bearing. The two single bearings 17 and 18 lie axially on opposite sides relative to a screw 19 that with the in 4 suggestively illustrated worm wheel 20 meshes, which rotatably with the steering shaft 3 connected is. The single bearing 18 is located adjacent to the free end face of the motor shaft 15 , The whole, the stator 16 axially superior shaft section, which also supports the worm 19 is, is integral with the motor shaft 15 executed or is from the motor shaft 15 educated. This is the storage of the motor shaft 15 in the bearing housing 8th with only two single bearings 17 . 18 possible.

Wie den 3 und 4 des Weiteren zu entnehmen, ist an der axial freien Stirnseite der Motorwelle 15 ein Magnetelement 21 befestigt, das gemeinsam mit der Motorwelle 15 umläuft. Dem Magnetelement 21 ist ein axial unmittelbar vorgelagerter Magnetfeldsensor 22 zugeordnet, der gehäusefest positioniert ist und das umlaufende Magnetfeld sensiert. Das Magnetelement 21 und der Magnetfeldsensor 22 bilden gemeinsam eine Rotorlagesensorik zur Ermittlung der aktuellen Drehlage der Motorwelle 15. Der Magnetfeldsensor 22 ist beispielsweise auf einer Elektronikplatine angeordnet, insbesondere auf einer Platine mit der Steuerungselektronik zur Steuerung des Servomotors. Als Magnetfeldsensor 22 kommen GMR-Sensoren, AMR-Sensoren und Hallsensoren, insbesondere 3D-Hallsensoren in Betracht. Like that 3 and 4 furthermore, is at the axially free end face of the motor shaft 15 a magnetic element 21 fastened together with the motor shaft 15 circulates. The magnetic element 21 is an axially immediately upstream magnetic field sensor 22 assigned, which is fixed to the housing and senses the circulating magnetic field. The magnetic element 21 and the magnetic field sensor 22 together form a rotor position sensor for determining the current rotational position of the motor shaft 15 , The magnetic field sensor 22 is for example arranged on an electronic board, in particular on a circuit board with the control electronics for controlling the servomotor. As a magnetic field sensor 22 come GMR sensors, AMR sensors and Hall sensors, in particular 3D Hall sensors into consideration.

Das statorseitige Einzellager 17 unterteilt die Motorwelle 15 in zwei Wellenabschnitte, von denen der im Statorgehäuse 12 angeordnete Wellenabschnitt den Rotor bildet und der außerhalb des Stators liegende Wellenabschnitt Träger der Schnecke 19 ist. Der Wellenabschnitt mit dem Rotor weist die axiale Länge a auf, welche den Abstand von der Mitte des Einzellagers 17 bis zu der axialen Position des Rotors angibt, an der das Rotor- bzw. Ankerpaket 30 endet. Das Rotorpaket 30 besteht beispielhaft aus einer Mehrzahl aufeinander gestapelter, paralleler Einzellamellen, in die über den Umfang verteilt mehrere Einzelmagnete eingebracht sind, deren Magnetfeld in Wechselwirkung mit dem Wechselfeld der bestrombaren Spulen im Stator 16 steht. Die axiale Länge des Rotorpakets 30 sowie des entsprechenden Rotorabschnittes wird als Rotoraktivlänge bezeichnet. Der Durchmesser in diesem Bereich kann größer oder gleich sein wie der Wellendurchmesser im Bereich des statornahen Einzellagers 17. Die Motorwelle 15 kann unter dem Rotor gegebenenfalls ganz oder teilweise hohl ausgeführt sein.The stator-side single bearing 17 divides the motor shaft 15 in two shaft sections, of which in the stator housing 12 arranged shaft portion forms the rotor and the shaft portion located outside of the stator carrier of the worm 19 is. The shaft portion with the rotor has the axial length a, which is the distance from the center of the single bearing 17 indicates up to the axial position of the rotor at which the rotor or anchor package 30 ends. The rotor package 30 consists of an example of a plurality of stacked, parallel individual slats, in which distributed over the circumference several individual magnets are introduced, the magnetic field in interaction with the alternating field of the energizable coils in the stator 16 stands. The axial length of the rotor package 30 and the corresponding rotor section is referred to as rotor active length. The diameter in this area can be greater than or equal to the shaft diameter in the area of the individual bearing close to the stator 17 , The motor shaft 15 may optionally be made completely or partially hollow under the rotor.

Der Abschnitt der Motorwelle 15, der die Schnecke 19 trägt und sich zwischen den beiden Einzellagern 17 und 18 erstreckt, weist die axiale Länge b auf. Das Längenverhältnis a zu b, also der Länge a des den Rotor bildenden Wellenabschnittes der Motorwelle zu der Länge b des die Schnecke 19 tragenden Wellenabschnittes beträgt vorzugsweise höchstens 0.6 und liegt beispielsweise bei zumindest annähernd ein Drittel. Das Massenverhältnis m_Rotor durch m_Schnecke von der die Masse im Rotor des den Rotor bildenden Wellenabschnitts der Motorwelle, welcher die Länge a aufweist, zu der Masse m_Schnecke des die Schnecke 19 tragenden Wellenabschnittes, der die Länge b aufweist, liegt vorzugsweise in einem Wertebereich zwischen 0.2 und 0.8, beispielsweise bei zumindest annähernd zwei Drittel. Dies gilt bevorzugt, so lange das Verhältnis (R_{Rotor außen}/2)²/(r_Welle/2)² im Bereich zwischen 5 und 20 liegt. Hierin bezeichnet R_{Rotor außen} den Rotoraußendurchmesser und r_Welle den Wellenaußendurchmesser unter dem Rotorpaket. Liegt das Verhältnis (R_{Rotor außen}/2)²/(r_Welle/2)² unterhalb 5, kann a/b auch größer als 0.6 werden. The section of the motor shaft 15 who is the snail 19 carries and is between the two single bearings 17 and 18 extends, has the axial length b. The length ratio a to b, ie the length a of the shaft portion of the motor shaft forming the rotor to the length b of the worm 19 supporting shaft section is preferably at most 0.6 and is for example at least approximately one third. The mass ratio m _rotor by m _worm from the mass in the rotor of the shaft portion of the motor shaft forming the rotor, which has the length a, to the mass m _worm of the worm 19 supporting shaft portion having the length b, is preferably in a range of values between 0.2 and 0.8, for example, at least approximately two-thirds. This is preferred as long as the ratio (R _{outer rotor} / 2) ² / (r _shaft / 2) ² ranges between 5 and 20. Herein, R _rotor refers _{externally to} the _{rotor outer} diameter and r _{shaft to} the shaft _outer diameter below the rotor core. If the ratio (R _{rotor outer} / 2) ² / (r _shaft / 2) ^{2 is} below 5, a / b can also be greater than 0.6.

Ist die Schnecke als separates Bauteil ausgeführt, so ist diese beim Ermitteln des Massenverhältnisses zu der Masse des die Schnecke tragenden Wellenabschnitts hinzuzuaddieren.If the screw is designed as a separate component, it must be added to the mass of the shaft section carrying the screw when determining the mass ratio.

Der Durchmesser der Schnecke 19 im Bereich des Schneckenkopfes ist maximal so groß wie der Wellendurchmesser im Bereich des statorseitigen Einzellagers 17, falls die Schnecke in die Welle integriert ist und mit der Welle ein gemeinsames Bauteil bildet. The diameter of the screw 19 in the region of the screw head is at most as large as the shaft diameter in the region of the stator-side single bearing 17 if the worm is integrated in the shaft and forms a common component with the shaft.

In den 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Lagergehäuse 8 dargestellt, das mit einem zweigeteilten Motorlagergehäuse 10 versehen ist. Eine Gehäuseschale 10a des Motorlagergehäuses 10 ist einteilig mit dem Gehäuseabschnitt ausgebildet, der die Aufnahmeöffnung 9 für die Lenkwelle aufweist. Eine zweite Gehäuseschale 10b (7) ist auf die erste Gehäuseschale 10a aufsetzbar. Die erste und die zweite Gehäuseschale 10a, 10b sind nicht symmetrisch ausgebildet; die abnehmbare, zweite Gehäuseschale 10b weist im Bereich der statorseitigen Stirnseite einen vertikalen, torbogenförmigen Abschnitt auf, welcher in eine korrespondierende Ausnehmung an der gehäusefesten Gehäuseschale 10a einsetzbar ist. In the 5 to 7 is another embodiment with a bearing housing 8th shown, with a two-part engine mount housing 10 is provided. A housing shell 10a of the engine mount housing 10 is integrally formed with the housing portion which the receiving opening 9 having for the steering shaft. A second housing shell 10b ( 7 ) is on the first housing shell 10a placed. The first and the second housing shell 10a . 10b are not symmetrical; the removable, second housing shell 10b has in the region of the stator-side end face on a vertical, archway-shaped portion, which in a corresponding recess on the housing-fixed housing shell 10a can be used.

In den 5 und 6 ist außerdem eine Leistungselektronik 23 dargestellt, welche eine Reihe von Leistungselektronikkomponenten auf einer Platine zur Steuerung des Servomotors umfasst. Die Leistungselektronik 23 ist auf einer gehäuseseitigen Befestigungsplattform 24 angeordnet, die sich an das Statorgehäuse 12 anschließt und als ebene Platte ausgebildet ist, welche sich tangential zum Motorwellengehäuse 11 sowie parallel zur Motorwelle erstreckt. Auf der dem Stator 16 gegenüberliegenden Seite weist die Elektronik einen abgewinkelten Abschnitt 25 auf (5), der die Steuerungselektronik auf einer Platine bildet. Die Steuerungselektronik 25 erstreckt sich orthogonal zur Motorwellenlängsachse und befindet sich axial vor der freien Stirnseite der Motorwelle des Servomotors. Die Steuerungselektronik 25 kann ggf. den Magnetfeldsensor aufweisen, der das Magnetfeld eines Magnetelementes sensiert, das an der freien Stirnseite der Motorwelle aufgesteckt ist.In the 5 and 6 is also a power electronics 23 which includes a number of power electronics components on a board for controlling the servomotor. The power electronics 23 is on a housing-side mounting platform 24 arranged, which adhere to the stator housing 12 connects and is formed as a flat plate, which is tangential to the motor shaft housing 11 and extends parallel to the motor shaft. On the stator 16 opposite side, the electronics has an angled section 25 on ( 5 ), which forms the control electronics on a circuit board. The control electronics 25 extends orthogonal to the motor shaft longitudinal axis and is located axially in front of the free end face of the motor shaft of the servomotor. The control electronics 25 may optionally have the magnetic field sensor, which senses the magnetic field of a magnetic element which is plugged into the free end face of the motor shaft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Lagergehäuse 8 ist in 8 dargestellt. Das Motorlagergehäuse 10 des Lagergehäuses 8 ist einteilig mit dem Gehäuseabschnitt ausgebildet, der die Aufnahmeöffnung 9 für die Lenkwelle enthält. Das Motorlagergehäuse 10 umfasst das Motorwellengehäuse 11 zur Lagerung der Motorwelle und das zylindrische Statorgehäuse 12 zur Aufnahme des Stators des Servomotors. Auf der dem Motorwellengehäuse abgewandten Stirnseite ist das Statorgehäuse 12 offen ausgebildet, so dass Statoren unterschiedlicher axialer Länge eingeschoben werden können.Another embodiment of a bearing housing 8th is in 8th shown. The engine mount housing 10 of the bearing housing 8th is integrally formed with the housing portion which the receiving opening 9 for the steering shaft contains. The engine mount housing 10 includes the motor shaft housing 11 for mounting the motor shaft and the cylindrical stator housing 12 for receiving the stator of the servomotor. On the front side facing away from the motor shaft housing is the stator housing 12 open, so that stators of different axial length can be inserted.

Wie 8 in Verbindung mit 9 zu entnehmen, ist auf der Außenseite des zylindrischen Statorgehäuses 12 eine ebene Befestigungsplattform 26 angeordnet, die einteilig mit dem Statorgehäuse 12 ausgebildet ist. Die Befestigungsplattform 26 erstreckt sich tangential zum Statorgehäuse 12 und nimmt die Leistungselektronik 23 auf, die in einem Elektronikgehäuse 27 angeordnet ist. Zusätzlich zu der Leistungselektronik 23 ist in dem Elektronikgehäuse 27 auch die Steuerungselektronik 25 aufgenommen, welche sich bezogen auf die Leistungselektronik 23 in einem rechten Winkel erstreckt und orthogonal zur Motorwellenlängsachse verläuft. Im montierten Zustand ist die Steuerungselektronik 25 der statorseitigen Stirnseite der Motorwelle 15 axial vorgelagert, an der das Magnetelement 21 befestigt sein kann, dem ein Magnetfeldsensor auf der Platine der Steuerungselektronik 25 zugeordnet ist.As 8th combined with 9 it can be seen on the outside of the cylindrical stator housing 12 a level mounting platform 26 arranged in one piece with the stator housing 12 is trained. The mounting platform 26 extends tangentially to the stator housing 12 and takes the power electronics 23 on that in an electronics housing 27 is arranged. In addition to the power electronics 23 is in the electronics housing 27 also the control electronics 25 recorded, which related to the power electronics 23 extends at a right angle and is orthogonal to the motor shaft longitudinal axis. When mounted, the control electronics 25 the stator-side end face of the motor shaft 15 axially upstream, at the the magnetic element 21 can be attached, which is a magnetic field sensor on the board of the control electronics 25 assigned.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 10 umfasst das Motorlagergehäuse 10 ein einteilig ausgeführtes Motorwellengehäuse 11 zur Aufnahme und Lagerung der Motorwelle des Servomotors sowie einen Statorflansch 28, welcher ebenfalls einteilig mit dem Lagergehäuse 8 ausgebildet ist und an den der Stator bzw. das Statorgehäuse des Stators befestigbar ist. Der Statorflansch 28 ist in sich eben ausgeführt und erstreckt sich orthogonal zur Motorwellenlängsachse. In den Statorflansch 28 sind Durchführöffnungen für Anschlüsse zur Verbindung der elektrischen Anschlusskontakte mit der Leistungselektronik eingebracht.In the embodiment according to 10 includes the engine mount housing 10 a one-piece motor shaft housing 11 for receiving and supporting the motor shaft of the servomotor and a stator flange 28 , which also integrally with the bearing housing 8th is formed and to which the stator or the stator housing of the stator can be fastened. The stator flange 28 is executed in itself and extends orthogonal to the motor shaft longitudinal axis. In the stator flange 28 Through openings for connections for connecting the electrical connection contacts with the power electronics are introduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19703903 A1 [0002]

Claims

Steering system in a vehicle, with a steering shaft ( 3 ) for transmitting a steering angle predetermined by the driver and with an electric servomotor ( 7 ) for generating a supporting drive torque, which is connected to the steering shaft ( 3 ) is coupled, characterized in that one piece with the motor shaft ( 15 ) of the servomotor ( 7 ) a the stator ( 16 ) of the servomotor ( 7 ) axially projecting shaft portion is formed, the carrier of a screw ( 19 ), which with one with the steering shaft ( 3 ) connected worm wheel ( 20 ), wherein the mass ratio (m _rotor / m _worm ) of the mass (M _rotor ) of the rotor shaft forming portion of the motor shaft ( 15 ) to the mass (m _screw ) of the snail ( 19 ) carrying shaft section is in a value range between 0.2 and 0.8.

Steering system according to claim 1, characterized in that the mass ratio (m _rotor / m _screw ) is at least approximately 2/3.

Steering system according to claim 1 or 2, characterized in that the aspect ratio (a / b) of the length (a) of the rotor shaft section of the motor shaft ( 15 ) to the length (b) of the screw ( 19 ) carrying shaft section is not more than 0.6.

Steering system according to claim 3, characterized in that the aspect ratio (a / b) is at least approximately 1/3.

Steering system according to claim 3 or 4, characterized in that the ratio (R _{rotor outside} / 2) ² / (r _shaft / 2) ^{2 is} in the range between 5 and 20, wherein R _{rotor outside} the _{rotor outer} diameter r _shaft the shaft _outer diameter under the rotor core designated.

Steering system according to claim 1 or 2, characterized in that in the event that the aspect ratio (a / b) of the length (a) of the rotor shaft portion of the shaft forming the motor shaft ( 15 ) to the length (b) of the screw ( 19 ) bearing shaft section is greater than 0.6, the ratio (R _{rotor outside} / 2) ² / (r _shaft / 2) ^{2 is} below 5.

Steering system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the screw head diameter of the screw ( 19 ) is at most as large as the shaft diameter in the region of a single bearing adjacent to the stator ( 17 ), provided that the screw ( 19 ) in the motor shaft ( 15 ) and with the motor shaft ( 15 ) forms a common component.

Steering system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the number of magnetic single poles in the electric servomotor is between 12 and 28.

Steering system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the steering shaft ( 3 ) and the servomotor ( 7 ) in a common bearing housing ( 8th ) are included.

Steering system according to claim 9, characterized in that in the bearing housing ( 8th ) two single bearings ( 17 . 18 ) for mounting the motor shaft ( 15 ) are included.

Steering system according to claim 10, characterized in that the free end face of the motor shaft ( 15 ) adjacent individual bearings ( 18 ) as a floating bearing and the stator adjacent to the individual bearing ( 17 ) is designed as a fixed bearing.

Steering system according to claim 10 or 11, characterized in that the stator-side single bearing ( 17 ) axially between the screw ( 19 ) and the stator ( 16 ) is arranged.

Steering system according to one of claims 9 to 12, characterized in that the bearing housing ( 8th ) a motor shaft housing ( 10 ) for receiving the motor shaft ( 15 ) orthogonal to the steering shaft axis ( 14 ), and the bearing housing ( 8th ) a stator housing ( 12 ) for receiving the stator ( 16 ) of the servomotor ( 7 ) which is orthogonal to the steering shaft axis ( 14 ).

Steering system according to claim 13, characterized in that the motor shaft housing ( 11 ) and / or the stator housing ( 12 ) are each designed as a one-piece, at least approximately hollow cylindrical component, or in each case from two housing shells ( 10a . 10b ) are constructed.

Steering system according to one of claims 9 to 14, characterized in that on the end face of the motor shaft ( 15 ) a magnetic element ( 21 ), which is part of a rotor position sensor system and a housing-fixed magnetic field sensor ( 22 ) assigned.

Steering system according to claim 15, characterized in that the magnetic field sensor ( 22 ) on a control electronics ( 25 ) is arranged on the bearing housing ( 8th ) and extends orthogonal to the motor shaft longitudinal axis.

Steering system according to claim 16, characterized in that the magnetic field sensor ( 22 ) and the control electronics ( 25 ) in the area of the free, stator-side end face of the motor shaft ( 15 ), or im Area of the stator ( 16 ) adjacent end face of the motor shaft ( 15 ) are arranged.

Steering system according to one of claims 9 to 17, characterized in that one piece with the bearing housing ( 8th ) a mounting platform ( 24 . 26 ) is formed, on which an electronic circuit board is arranged, wherein in particular the mounting platform ( 24 ) tangential to the motor shaft housing ( 11 ) is aligned.