DE102012212143B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung (1), wobei die Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung eine Kommutierungselektronik (14) umfasst, welche als eine elektronische Leiterplatte ausgebildet und direkt an einem Elektromagnetspulenring (8) der elektromechanischen Aktuierung innerhalb eines Gehäuses (10) angeordnet ist, welches die Planetengetriebeanordnung (1) und die Mittel zu deren elektromechanischer Aktuierung aufnimmt, wobei die elektronische Leiterplatte eine sechseckige Außenform aufweist und der Elektromagnetspulenring (8) aus einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen (7) gebildet ist, welche mittels der Kommutierungselektronik (14) in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings (8) abwechselnd umlaufend aktivierbar sind und welche direkt mit der elektronischen Leiterplatte der Kommutierungselektronik kontaktiert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung.
  • Im Stand der Technik wird eine piezoelektrische Aktuierung eines Planetengetriebes, insbesondere eines Taumelgetriebes, auch als Kappelmotor bezeichnet.
  • Eine elektromechanische Aktuierung eines Planetengetriebes umfasst einen Statorring mit einer Vielzahl von umlaufend angeordneten Elektromagneten. Herkömmlicherweise muss dabei jeder Elektromagnet separat angesteuert werden, was bei einer Anzahl von üblicherweise 6 Elektromagneten zu 12 einzelnen Zuleitungen führt. Dies erschwert die Kontaktierung und führt zu großen Zuleitungsdurchmessern und hohen Kosten.
  • Aus der DE 103 09 076 A1 ist es bekannt, mehrere Einzelspulen gleichzeitig zu bestromen, wobei eine Kommutierungselektronik an einem Gehäusedeckel angeordnet ist.
  • Aus der US 2010/0016114 A1 ist ein modulares Steuerungssystem für einen Aktuator offenbart, dessen Elektronik an einer Gehäuseoberfläche angeordnet ist.
  • Aus der US 2003/0222532 A1 bzw. der DE 101 47 225 A1 ist ein Antriebssystem bekannt, dessen Elektronik außerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung anzugeben.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung umfasst erfindungsgemäß eine Kommutierungselektronik, welche als eine elektronische Leiterplatte ausgebildet und direkt an einem Elektromagnetspulenring der elektromechanischen Aktuierung angeordnet ist oder welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, welches die Planetengetriebeanordnung und die Mittel zu deren elektromechanischer Aktuierung aufnimmt. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Verkabelungs- und ein Kontaktierungsaufwand der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung signifikant reduziert.
  • Weiterhin vereinfacht eine Verwendung der integrierten Kommutierungselektronik die Anforderungen an ein separates Sitzsteuergerät.
  • Weiterhin sind vorteilhafterweise ein Zuleitungsdurchmesser und die Herstellungskosten reduziert.
  • Zweckmäßigerweise ist der Elektromagnetspulenring aus einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen gebildet, welche mittels der Kommutierungselektronik in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings abwechselnd umlaufend aktivierbar sind.
  • Besonders bevorzugt sind die Elektromagnetspulen des Elektromagnetspulenrings direkt, insbesondere ohne zwischengeschaltete Leitungen, mit der elektronischen Leiterplatte der Kommutierungselektronik kontaktiert. Dadurch ist eine Kontaktierung der Elektromagnetspulen im Elektromagnetspulenring vereinfacht und eine Länge der Zuleitungen zwischen Kommutierungselektronik und Elektromagnetspulen ist bedingt durch deren räumlich dichte Anordnung minimiert.
  • Besonders vorteilhafterweise ist die Kommutierungselektronik mit einem Bussystem gekoppelt, welches bevorzugt drei Zuleitungen aufweist. Auf diese Weise ist die Anzahl an Zuleitungen zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung der Planetengetriebeanordnung signifikant reduziert.
  • In einer ersten Ausführungsvariante ist die Planetengetriebeanordnung zweckmäßigerweise als ein einzelnes offenes Planetengetriebe ausgebildet.
  • In einer alternativen Ausführungsvariante ist die Planetengetriebeanordnung als Kombination mehrerer offener Planetengetriebe ausgebildet. Dadurch sind besonders hohe Drehmomente bei vergleichsweise geringen Drehzahlen erzeugbar. Eine aus einer Planetengetriebeanordnung mit mehreren Planetengetrieben gebildete Antriebseinheit ist besonders kompakt und preiswert.
  • Beim Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung werden die in einem Elektromagnetspulenring ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen erfindungsgemäß mittels der Kommutierungselektronik in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings abwechselnd umlaufend aktiviert, wobei die Kommutierungselektronik mittels eines Bussystems angesteuert wird. Auf diese Weise ist die Anzahl an Zuleitungen zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung der Planetengetriebeanordnung signifikant reduziert.
  • In einer ersten Ausführungsvariante wird jede Elektromagnetspule des Elektromagnetspulenrings separat mittels der Kommutierungselektronik gesteuert und/oder geregelt. Dadurch kann jede Elektromagnetspule separat gesteuert und/oder geregelt werden, so dass eine besonders feinfühlige und effiziente Steuerung und/oder Regelung der Vorrichtung ermöglicht ist.
  • In einer zweiten Ausführungsvariante werden mehrere Elektromagnetspulen des Elektromagnetspulenrings mittels der Kommutierungselektronik gemeinsam gesteuert und/oder geregelt. Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung weiter vereinfacht.
  • Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung,
  • 2 schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Elektromagnetspulenrings, welcher als Statorring mit einem Haltering ausgebildet ist,
  • 3 schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung einer elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung mit einer Kommutierungselektronik,
  • 4 schematisch eine perspektivische Darstellung einer als elektronische Leiterplatte ausgebildete Kommutierungselektronik,
  • 5 schematisch einen internen Aufbau und eine interne Verschaltung einer Kommutierungselektronik und
  • 6 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch eine perspektivische Darstellung einer elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung 1 dargestellt. Eine solche elektromechanisch aktuierte Planetengetriebeanordnung 1 umfasst zumindest ein außenverzahntes Motorwellenrad 2, einen innenverzahnten Antriebsring 3, ein Statorpaket 4, eine Motorwelle 5 und ein Gehäuse 10.
  • Die Planetengetriebeanordnung 1 ist bevorzugt als ein einzelnes offenes Planetengetriebe, beispielsweise ein Taumelgetriebe, oder als Kombination mehrerer offener Planetengetriebe ausgebildet. Ein solches offenes Planetengetriebe ist ein einfaches Planetengetriebe mit nur einem Zentralrad und einer nicht koaxialen umlaufenden Anschlusswelle eines Planetenrads. Das Zentralrad ist beispielsweise in einer möglichen Ausführungsform vom äußeren, innenverzahnten Beschlagteil und das Planetenrad vom inneren, außenverzahnten Beschlagteil eines nicht dargestellten Sitzverstellmechanismus gebildet.
  • Die Motorwelle 5 ist in herkömmlicher Weise beispielweise als Excenterwelle ausgebildet und weist endseitig bevorzugt ein Antriebsritzel 6 auf.
  • In nicht dargestellten Ausführungsvarianten können endseitig der Motorwelle 5 herkömmliche Passfeder- oder Keilwellenanordnungen zur Koppelung mit anderen Komponenten ausgebildet sein.
  • Das Statorpaket 4 umfasst eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen 7, welche bevorzugt als elektrische Hubmagneten ausgebildet sind und von Magnetblechen 9 umgeben sind.
  • In einer alternativen Ausführungsvariante ist das Statorpaket 4 als Elektromagnetspulenring 8 ausgebildet.
  • 2 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung eines solchen Elektromagnetspulenrings 8.
  • Der Elektromagnetspulenring 8 ist vorzugsweise aus einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen 7 gebildet, welche beispielsweise mittels eines Halterings 21 aneinander gehalten und positioniert sind. Dabei ist ein Innenumfang 11 des Elektromagnetspulenrings 8 korrespondierend zum Antriebsring 3 und dessen vom Elektromagnetspulenring 8 aktuierten Bewegung ausgeformt.
  • Wirkt der Elektromagnetspulenring 8 auf den außen angeordneten, innenverzahnten Antriebsring 3 ein, umschließt oder umgibt der Elektromagnetspulenring 8 den Antriebsring 3 außenseitig.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann der Elektromagnetspulenring 8 die Antriebsringe 3 eines mehrstufigen Getriebemotors umschließen.
  • In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsvariante wirkt der Elektromagnetspulenring 8 auf das innen angeordnete, außenverzahnte Motorwellenrad 2 ein, wobei der Elektromagnetspulenring 8 bevorzugt stirnseitig an der Planetengetriebeanordnung 1 ist.
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsvariante kann der Elektromagnetspulenring 8 auf mehrere außenverzahnte Motorwellenräder 2 eines mehrstufigen elektromechanisch aktuierten offenen Planetengetriebes 1 einwirken.
  • In dieser Ausführungsvariante sind die Getriebestufen der elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung 1 nicht wie in 1 dargestellt innerhalb des Elektromagnetspulenrings 8 angeordnet, sondern die Getriebestufen sind jeweils stirnseitig am Elektromagnetspulenring 8 angeordnet.
  • Der innenverzahnte Antriebsring 3 ist verschiebbar und verdrehsicher im Elektromagnetspulenring 8 angeordnet. Das außenverzahnte Motorwellenrad 2 ist zumindest teil- oder abschnittsweise derart im innenverzahnten Antriebsring 3 angeordnet, dass eine Außenverzahnung 12 des Motorwellenrads 2 an einer Innenverzahnung 13 des Antriebsrings 3 in herkömmlicher Weise abwälzen kann. Dabei weisen die Außenverzahnung 12 und die Innenverzahnung 13 bei gleichem Modul Zähnezahlen auf, die sich um wenigstens einen Zahn unterscheiden, wobei die Zähnezahl der Innenverzahnung 13 größer als die Zähnezahl der Außenverzahnung 12 ist.
  • Das Motorwellenrad 2 ist verdrehsicher auf der ihrerseits drehbar im Gehäuse 10 angeordneten Motorwelle 5 angeordnet.
  • 3 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung der elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung 1 mit einer Kommutierungselektronik 14.
  • Dabei ist die Kommutierungselektronik 14 als herkömmliche elektronische Leiterplatte ausgebildet. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung einer solchen als elektronische Leiterplatte ausgebildeten Kommutierungselektronik 14. Mittels der Kommutierungselektronik 14 erfolgt eine Steuerung und/oder Regelung der Mittel zur elektromechanischen Aktuierung der Planetengetriebeanordnung 1, insbesondere des Elektromagnetspulenrings 8.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Elektromagnetspulen 7 des Elektromagnetspulenrings 8 direkt, d.h. ohne zwischengeschaltete Leitungen, mit der elektronischen Leiterplatte der Kommutierungselektronik 14 kontaktiert. Dabei ist die Kommutierungselektronik 14 direkt am Elektromagnetspulenring 8 angeordnet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kommutierungselektronik 14 innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet, welches die Planetengetriebeanordnung 1 und die Mittel zu dessen elektromechanischer Aktuierung nach Art eines herkömmlichen Elektromotors aufnimmt.
  • Derart ist eine Kontaktierung der Elektromagnetspulen 7 im Elektromagnetspulenring 8 vereinfacht und eine Länge der Zuleitungen zwischen Kommutierungselektronik 14 und Elektromagnetspulen 7 ist bedingt durch deren räumlich dichte Anordnung minimiert.
  • In einer ersten Ausführungsvariante wird jede Elektromagnetspule 7 separat mittels der Kommutierungselektronik 14 gesteuert und/oder geregelt.
  • In einer alternativen Ausführungsvariante werden mehrere Elektromagnetspulen 7, beispielsweise zwei, mittels der Kommutierungselektronik 14 gemeinsam gesteuert und/oder geregelt.
  • Eine Ansteuerung der Kommutierungselektronik 14 erfolgt mittels eines herkömmlichen Bussystems 17, welches bevorzugt drei Zuleitungen aufweist. Das Bussystem 17 ist dabei vorzugsweise als CAN-(Controller Area Network) oder LIN-(Local Interconnect Network)Bus ausgebildet.
  • Das Gehäuse 10 ist in herkömmlicher Weise bevorzugt mediendicht ausgebildet und umschließt die Komponenten der elektromechanisch aktuierten Planetengetriebeanordnung 1, insbesondere den Elektromagnetspulenring 8 und die Kommutierungselektronik 14. Dabei ist das Gehäuse 10 bevorzugt zweiteilig aus einem Getriebegehäuseabschnitt 15 und einem daran endseitig anordenbaren Deckel 16 gebildet.
  • 5 zeigt schematisch und beispielhaft einen internen Aufbau und eine interne Verschaltung der Kommutierungselektronik 14.
  • Die Kommutierungselektronik 14 ist als herkömmliche Steuereinheit, insbesondere als integrierte Steuereinheit, ausgebildet, innerhalb der die einzelnen Funktionen zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung der Planetengetriebeanordnung 1 als Programmabläufe auf einem Mikroprozessor 18 ablaufen.
  • Der Kommutierungselektronik 14 werden mittels des Bussystems 17 Steuersignale, beispielsweise Positionsangaben oder Verfahrwege und -richtungen, zugeführt, welche mittels der Kommutierungselektronik 14 in entsprechende Kommutierungssignale für die Elektromagnetspulen 7 des Elektromagnetspulenrings 8 umgesetzt werden.
  • Dazu sind in der Kommutierungselektronik 14 Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, z. B. Steuer-, Regel-, Auswerte- und/oder Analysemodule, die als Steuerprogramme und/oder Erfassungs- und Analyseprogramme implementiert sind, integriert.
  • In nicht näher dargestellter Art und Weise können der Kommutierungselektronik 14 Sensorsignale, beispielsweise von Positions- oder Lagesensoren, zugeführt werden, die von mindestens einem der Module zur Erzeugung von Steuersignalen und/oder Ausgabesignalen verarbeitet werden.
  • Die Positionsrückmeldung erfolgt bevorzugt mittels der Impulse der Elektromagnetspulen 7, welche mittels der Kommutierungselektronik 14 ausgewertet werden, so dass keine separaten Sensoren erforderlich sind.
  • Den Ausgängen des Mikroprozessors 18 zur Steuerung der Elektromagnetspulen 7 sind entsprechende Leistungshalbleiter 19, beispielsweise Leistungstransistoren, zugeordnet, welche die Ausgangssignale des Mikroprozessors 18 in herkömmlicher Weise verstärken und mit den Elektromagnetspulen 7 elektrisch gekoppelt sind.
  • Dabei ist eine Anzahl der Elektromagnetspulen 7 in der 5 nur beispielhaft dargestellt und in der Praxis entsprechend erweiterbar, so dass beispielsweise zwölf Elektromagnetspulen 7 mit der Kommutierungselektronik 14 ansteuerbar sind.
  • 6 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels des Bussystems 17 Steuersignale an die Kommutierungselektronik 14 übermittelt. Diese Steuersignale werden innerhalb der Kommutierungselektronik 14 mittels des Mikroprozessors 18 in entsprechende Kommutierungssignale für die Elektromagnetspulen 7 des Elektromagnetspulenrings 8 umgesetzt. Die Kommutierungssignale werden mittels der Leistungshalbleiter 19 verstärkt und den Elektromagnetspulen 7 zugeleitet.
  • Anhand dieser Kommutierungssignale werden die Elektromagnetspulen 7 in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings 8 abwechselnd umlaufend aktiviert, so dass deren jeweiliges Magnetfeld auf den innenverzahnten Antriebsring 3 einwirkt und diesen in eine kreisende Bewegung versetzt.
  • Besonders bevorzugt werden die in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings 8 benachbarten Elektromagnetspulen 7 überlappend aktiviert, woraus ein verbesserter Drehmomentverlauf resultiert. Dabei können in Abhängigkeit eines Wirkungsgrads und/oder eines Drehmomentverlaufs mehrere benachbart angeordnete Elektromagnetspulen 7 gleichzeitig aktiviert sein.
  • Die kreisende Bewegung des Antriebsrings 3 und seiner Innenverzahnung 13 bewirkt ein Abwälzen der Außenverzahnung 12 des Motorwellenrads 2 an der Innenverzahnung 13 des Antriebsrings 3 und eine daraus resultierende Rotation des Motorwellenrads 2 und der mit diesem gekoppelten Motorwelle 5 sowie des Antriebsritzels 6.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens sind ein Verkabelungs- und ein Kontaktierungsaufwand der elektromechanischen Aktuierung der Planetengetriebeanordnung 1 signifikant reduziert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Planetengetriebeanordnung
    2
    außenverzahntes Motorwellenrad
    3
    innenverzahnter Antriebsring
    4
    Statorpaket
    5
    Motorwelle
    6
    Antriebsritzel
    7
    Elektromagnetspule
    8
    Elektromagnetspulenring
    9
    Magnetblech
    10
    Gehäuse
    11
    Innenumfang
    12
    Außenverzahnung
    13
    Innenverzahnung
    14
    Kommutierungselektronik
    15
    Getriebegehäuseabschnitt
    16
    Deckel
    17
    Bussystem
    18
    Mikroprozessor
    19
    Leistungshalbleiter
    20
    Vorrichtung
    21
    Haltering

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Planetengetriebeanordnung (1), wobei die Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung eine Kommutierungselektronik (14) umfasst, welche als eine elektronische Leiterplatte ausgebildet und direkt an einem Elektromagnetspulenring (8) der elektromechanischen Aktuierung innerhalb eines Gehäuses (10) angeordnet ist, welches die Planetengetriebeanordnung (1) und die Mittel zu deren elektromechanischer Aktuierung aufnimmt, wobei die elektronische Leiterplatte eine sechseckige Außenform aufweist und der Elektromagnetspulenring (8) aus einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen (7) gebildet ist, welche mittels der Kommutierungselektronik (14) in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings (8) abwechselnd umlaufend aktivierbar sind und welche direkt mit der elektronischen Leiterplatte der Kommutierungselektronik kontaktiert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungselektronik (14) mit einem Bussystem (17) gekoppelt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (17) drei Zuleitungen aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein einzelnes offenes Planetengetriebe.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kombination mehrerer offener Planetengetriebe.
  6. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der elektromechanischen Aktuierung einer Vorrichtung, ausgebildet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Elektromagnetspulenring (8) ringförmig angeordneten Elektromagnetspulen (7) mittels der Kommutierungselektronik (14) in Umfangsrichtung des Elektromagnetspulenrings (8) abwechselnd umlaufend aktiviert werden, wobei die Kommutierungselektronik (14) mittels eines Bussystems (17) angesteuert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektromagnetspule (7) des Elektromagnetspulenrings (8) separat mittels der Kommutierungselektronik (14) gesteuert und/oder geregelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektromagnetspulen (7) des Elektromagnetspulenrings (8) mittels der Kommutierungselektronik (14) gemeinsam gesteuert und/oder geregelt werden.
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