DE102015201411A1 - Motor-Pumpen-Aggregat für ein Bremssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Motor-Pumpen-Aggregat (1) für ein Bremssystem mit einem Elektromotor (3), welcher eine Motorwelle (7) aufweist, welche mindestens eine Fluidpumpe (5) antreibt, welche in einem Pumpengehäuse (4) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein Steuergerät (10) am Pumpengehäuse (4) angeordnet und stellt eine aktuelle Drehzahl und/oder ein aktuelles Drehmoment des Elektromotors (3) ein, wobei das Steuergerät (10) über eine Sensoranordnung (12), welche einen Messwertgeber (9) und einen magnetischen Messwertaufnehmer (14) umfasst, einen aktuellen Drehwinkel der Motorwelle (7) berührungslos erfasst und zur Ansteuerung des Elektromotors (3) auswertet, wobei der Messwertgeber (9) an einem freien Ende (7.2) der Motorwelle (7) innerhalb des Pumpengehäuses (4) angeordnet ist und in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Motorwelle (7) mindestens eine magnetische Größe eines von dem magnetischen Messwertaufnehmer (14) erfassten Magnetfelds beeinflusst, welcher ortsfest im Steuergerät (10) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Motor-Pumpen-Aggregat für ein Bremssystem nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Bei bekannten Bremssystemen mit ESP- und/oder ABS-Funktionalität (ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm, ABS: Antiblockiersystem) wird in der Regel ein Gleichstrommotor eingesetzt, um über einen Exzenter zwei hydraulische Pumpen zur Förderung von Bremsflüssigkeit zu betreiben. In der Regel handelt es sich hierbei um drehzahlgeregelte oder vollangesteuerte Gleichstrommotoren. Die Drehzahlerfassung erfolgt dabei anhand der vom Motor selbst induzierten generatorischen Spannung in der nicht bestromten Phase der Ansteuerung.
  • Aus der DE 197 33 147 C1 ist beispielsweise ein Motor-Pumpen-Aggregat für ein Kraftfahrzeugbremssystem mit einer ABS-Funktionalität bekannt. Das Motor-Pumpen-Aggregat umfasst einen Elektromotor, welcher eine Motorwelle umfasst, deren freies Ende als Exzenter-Abtriebswelle ausgeführt ist, welche zwei radial gegenüberliegende Pumpenstößel antreibt, welche in einem Pumpengehäuse angeordnet sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Motor-Pumpen-Aggregat für ein Bremssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass zusätzlich zur verfügbaren Drehzahlinformation die tatsächliche Position des Motorankers bzw. der Motorwelle erfasst werden kann, ohne dabei zusätzliche elektrische Leitungen zum Motor führen zu müssen. Diese Drehwinkelinformation kann insbesondere bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren eingesetzt werden.
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats nutzen in vorteilhafter Weise den speziellen grundsätzlichen Aufbau des Motor-Pumpen-Aggregats aus, bei welchem der Elektromotor und das Steuergerät jeweils am Pumpengehäuse angeflanscht sind. Um teure zusätzliche Leitungen in den Innenraum des Elektromotors zu vermeiden, wird zur Erfassung von Drehwinkelinformationen lediglich eine kleinere Änderung an der Motorwelle und im Steuergerät vorgenommen. Die Information des Drehwinkels wird anhand von Magnetfeldlinien erfasst, welche sich mit der Position des Ankers bzw. der Motorwelle verändern. Diese Beeinflussung der Magnetfeldlinien wird vom Sensor erfasst, ausgewertet und in eine Drehwinkelinformation bzw. Drehzahlinformation umgerechnet. Die Umrechnung kann dabei von einer separaten Auswerte- und Steuereinheit oder von einer in den Messwertaufnehmer integrierten Einheit durchgeführt werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Motor-Pumpen-Aggregat für ein Bremssystem mit einem Elektromotor zur Verfügung, welcher eine Motorwelle aufweist, welche mindestens eine Fluidpumpe antreibt, welche in einem Pumpengehäuse angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein Steuergerät am Pumpengehäuse angeordnet und stellt eine aktuelle Drehzahl und/oder ein aktuelles Drehmoment des Elektromotors ein. Hierbei erfasst das Steuergerät über eine Sensoranordnung, welche einen Messwertgeber und einen magnetischen Messwertaufnehmer umfasst, berührungslos einen aktuellen Drehwinkel der Motorwelle und wertet diesen zur Ansteuerung des Elektromotors aus. Der Messwertgeber ist an einem freien Ende der Motorwelle innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet und beeinflusst in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Motorwelle mindestens eine magnetische Größe eines von dem magnetischen Messwertaufnehmer erfassten Magnetfelds, welcher ortsfest im Steuergerät angeordnet ist.
  • Die Fluidpumpe kann beispielsweise als Kolbenpumpe oder als Zahnradpumpe ausgeführt werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Motor-Pumpen-Aggregats für ein Bremssystem möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der magnetische Messwertaufnehmer einen Permanentmagneten aufweisen kann, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer erfasste Magnetfeld erzeugen kann. Die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten kann vorzugsweise parallel zur Achse der Motorwelle liegen. Zur Beeinflussung des Magnetfelds des Permanentmagneten ist der Messwertgeber als geometrische Form ausgeführt, welche durch die Drehbewegung der Motorwelle den „Luftspalt“ zwischen dem Permanentmagneten und dem freien Ende der Motorwelle verändert, so dass sich die Feldstärke bzw. der magnetische Fluss zwischen dem Permanentmagneten und der Motorwelle ebenfalls verändert. Diese Änderung kann von dem magnetischen Messwertaufnehmer, d.h. von dem Messwertaufnehmer, welcher auf die Magnetfeldänderungen reagiert, erfasst werden. Die geometrische Form kann beispielsweise als Klinge ausgeführt werden, welche am freien Ende der Motorwelle senkrecht zur Achse der Motorwelle verläuft. Alternativ kann die geometrische Form als exzentrisch am freien Ende der Motorwelle angeordneter Zapfen ausgeführt werden. Die als Zapfen ausgeführte geometrische Form erzeugt im Messwertaufnehmer ein Sinussignal, dessen Grundfrequenz der Drehzahl der Motorwelle entspricht.
  • In alternativer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats kann der Messwertgeber als Permanentmagnet ausgeführt werden, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer erfasste Magnetfeld erzeugt. Der Permanentmagnet wird bei der Motorherstellung an der Motorwelle angebracht und vorzugsweise erst kurz vor der Montage des Elektromotors magnetisiert. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich auf dem Transportweg Späne am Magneten sammeln. Die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten kann senkrecht zur Achse der Motorwelle liegen. Der Messwertaufnehmer erkennt die Drehstellung der Motorwelle anhand der Ausrichtung des Magnetfelds.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats kann der Messwertaufnehmer einen Hallsensor zur Erfassung der Magnetfeldänderungen aufweisen. Hallsensoren können in vorteilhafter Weise in großer Stückzahl kostengünstig beschafft bzw. hergestellt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats kann ein Gehäuse des Steuergeräts an das Pumpengehäuses angeflanscht werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats für ein Bremssystem.
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des freien Endes einer Motorwelle des Motor-Pumpen-Aggregats für ein Bremssystem aus 1.
  • 3 zeigt eine Schnittdarstellung des freien Endes der Motorwelle aus 2 in einer ersten Stellung.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung des freien Endes der Motorwelle aus 2 in einer zweiten Stellung.
  • 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats für ein Bremssystem.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 5 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats 1, 1A für ein Bremssystem jeweils einen Elektromotor 3, welcher eine Motorwelle 7, 7A aufweist, welche mindestens eine Fluidpumpe 5 antreibt. Die mindestens eine Fluidpumpe 5 ist in einem Pumpengehäuse 4 angeordnet. Erfindungsgemäß ist ein Steuergerät 10, 10A am Pumpengehäuse 4 angeordnet und stellt eine aktuelle Drehzahl und/oder ein aktuelles Drehmoment des Elektromotors 3 ein. Hierbei erfasst das Steuergerät 10, 10A über eine Sensoranordnung 12, 12A, welche einen Messwertgeber 9, 9A und einen magnetischen Messwertaufnehmer 14, 14A umfasst, berührungslos einen aktuellen Drehwinkel der Motorwelle 7, 7A und wertet diesen zur Ansteuerung des Elektromotors 3 aus. Der Messwertgeber 9, 9A ist an einem freien Ende 7.2, 7.2A der Motorwelle 7, 7A innerhalb des Pumpengehäuses 4 angeordnet und beeinflusst in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Motorwelle 7, 7A mindestens eine magnetische Größe eines von dem magnetischen Messwertaufnehmer 14, 14A erfassten Magnetfelds, welcher ortsfest im Steuergerät 10, 10A angeordnet ist. Somit wird die Information des Drehwinkels anhand von Magnetfeldlinien erfasst, welche sich mit der Position der Motorwelle 7, 7A bzw. des mit der Motorwelle 7, 7A verbundenen Ankers des Elektromotors 3 verändern.
  • Wie aus 1 und 5 weiter ersichtlich ist, ist die Motorwelle 7, 7A das bewegte Bauteil des Elektromotors 3, welches dem Steuergerät 10, 10A am nächsten kommt. Die Beeinflussung des Magnetfelds wird von dem magnetischen Messwertaufnehmer 14, 14A erfasst, ausgewertet und in ein Drehwinkelsignal bzw. ein Drehzahlsignal umgerechnet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst der magnetische Messwertaufnehmer 14, 14A jeweils einen Hallsensor 14.1, 14.1A, welcher die Magnetfeldänderungen erfasst. Die Umrechnung kann beispielsweise von einer Auswerte- und Steuereinheit 16, 16A durchgeführt werden, welche innerhalb des Steuergeräts 10, 10A auf einer entsprechenden Leiterplatte 18, 18A angeordnet und elektrisch mit dem Messwertaufnehmer 14, 14A verbunden ist. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Hallsensor 14, 14.1 in das Gehäuse eines integrierten Schaltkreises integriert werden, welcher die Auswertung und Umrechnung durchführt.
  • Wie aus 1 und 5 weiter ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregat 1, 1A in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils zwei als Kolbenpumpen ausgeführte Fluidpumpen 5, welche jeweils einen axial beweglichen Pumpenkolben 5.1 aufweisen. Zum Antreiben der Pumpenkolben 5.1 ist an der Motorwelle 7, 7A ein Exzenter 7.1, 7.1A angeordnet, an welchem die Pumpenkolben 5.1 anliegen. Die beiden Fluidpumpen 5 des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats 1, 1A sind in entsprechenden einander radial gegenüberliegenden Aufnahmebohrungen im Pumpengehäuse 4 angeordnet. Die beiden Pumpenkolben 5.1 werden in der Darstellung von 1 bzw. 5 durch die Drehbewegung der Motorwelle 7, 7A über den Exzenter 7.1, 7.1A mit einer Auf-Ab-Bewegung angetrieben. Zudem sind das Gehäuse des Steuergeräts 10, 10A und der Elektromotor 3 jeweils an das Pumpengehäuses 4 angeflanscht. Das Pumpengehäuse 4 liegt daher als hermetische Trennung zwischen dem Elektromotor 3 und dem Steuergerät 10, 10A. Die Messung des Drehwinkels der Motorwelle 3 erfolgt somit durch die Wandung des Pumpengehäuses 4 hindurch, das vorzugsweise als Aluminiumgehäuse ausgeführt ist.
  • Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Fluidpumpen 5 jeweils als Zahnradpumpe ausgeführt, welche von der Motorwelle 7, 7A angetrieben werden.
  • Wie aus 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, weist der magnetische Messwertaufnehmer 14 im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats 1 für ein Bremssystem einen Permanentmagneten 14.2 auf, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer 14 erfasste Magnetfeld erzeugt. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist der Hallsensor 14.1 des Messwertaufnehmers 14 zwischen dem Permanentmagneten 14 und dem Messwertgeber 9 am freien Ende 7.2 der Motorwelle 7 angeordnet. Der Messwertgeber 9 ist als geometrische Form 9.1 ausgeführt, welche das Magnetfeld des Permanentmagneten 14.2 beeinflusst. Die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten 14.2 verläuft in vorteilhafter Weise parallel zur Achse der Motorwelle 7.
  • Wie aus 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist die geometrische Form 9.1 des Messwertgebers 9 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel als Klinge ausgeführt, welche am freien Ende der Motorwelle 7 senkrecht zur Achse der Motorwelle 7 verläuft. Hierbei zeigt 3 eine erste Stellung der Motorwelle 7, welche einen Drehwinkel von 0° repräsentiert. 4 zeigt eine zweite Stellung der Motorwelle 7, welche einen Drehwinkel von 90° repräsentiert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die geometrische Form 9.1 als exzentrisch am freien Ende der Motorwelle 7 angeordneter Zapfen ausgeführt werden.
  • Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, ist der Messwertgeber 9A im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Aggregats 1A als Permanentmagnet 9.1A ausgeführt, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer 14A erfasste Magnetfeld erzeugt. Hierbei liegt die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten 9.1A senkrecht zur Achse der Motorwelle 7A. Der Hallsensor 14.1A des Messwertaufnehmers 14A erkennt die Drehstellung der Motorwelle 7A anhand der Ausrichtung des korrespondierenden vom Permanentmagneten 9.1A erzeugten Magnetfelds. Der Permanentmagnet 9.1A wird bei der Motorherstellung an der Motorwelle 7A angebracht und erst kurz vor der Montage des Elektromotors 3 magnetisiert. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich auf dem Transportweg Späne am Magneten 9.1A sammeln.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Motor-Pumpen-Aggregat für ein Bremssystem zur Verfügung, bei welchem die Drehwinkelinformationen des korrespondierenden Elektromotors in vorteilhafter Weise ohne zusätzliche elektrische Verbindung zum Elektromotor erfasst werden. Die Übertragung der Winkelinformation erfolgt dabei nur durch die von der Motorwellenposition abhängige Veränderung von Magnetfeldlinien. Die magnetische Veränderung wird vorzugsweise über Hallsensoren am freien Ende der Motorwelle erfasst.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19733147 C1 [0003]

Claims (10)

  1. Motor-Pumpen-Aggregat (1, 1A) für ein Bremssystem mit einem Elektromotor (3), welcher eine Motorwelle (7, 7A) aufweist, welche mindestens eine Fluidpumpe (5) antreibt, welche in einem Pumpengehäuse (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (10, 10A) am Pumpengehäuse (4) angeordnet ist und eine aktuelle Drehzahl und/oder ein aktuelles Drehmoment des Elektromotors (3) einstellt, wobei das Steuergerät (10, 10A) über eine Sensoranordnung (12, 12A), welche einen Messwertgeber (9, 9A) und einen magnetischen Messwertaufnehmer (14, 14A) umfasst, einen aktuellen Drehwinkel der Motorwelle (7, 7A) berührungslos erfasst und zur Ansteuerung des Elektromotors (3) auswertet, wobei der Messwertgeber (9, 9A) an einem freien Ende (7.2, 7.2A) der Motorwelle (7, 7A) innerhalb des Pumpengehäuses (4) angeordnet ist und in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Motorwelle (7, 7A) mindestens eine magnetische Größe eines von dem magnetischen Messwertaufnehmer (14, 14A) erfassten Magnetfelds beeinflusst, welcher ortsfest im Steuergerät (10, 10A) angeordnet ist.
  2. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Messwertaufnehmer (14) einen Permanentmagneten (14.2) aufweist, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer (14) erfasste Magnetfeld erzeugt.
  3. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten (14.2) parallel zur Achse der Motorwelle (7) liegt.
  4. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) als geometrische Form (9.1) ausgeführt, welche das Magnetfeld des Permanentmagneten (14.2) beeinflusst.
  5. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form (9.1) als Klinge ausgeführt ist, welche am freien Ende der Motorwelle (7) senkrecht zur Achse der Motorwelle (7) verläuft.
  6. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form (9.1) als exzentrisch am freien Ende der Motorwelle (7) angeordneter Zapfen ausgeführt ist.
  7. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9A) als Permanentmagnet (9.1A) ausgeführt ist, welcher das von dem magnetischen Messwertaufnehmer (14A) erfasste Magnetfeld erzeugt.
  8. Motor-Pumpen-Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsachse des Permanentmagneten (9.1A) senkrecht zur Achse der Motorwelle (7A) liegt.
  9. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Messwertaufnehmer (14, 14A) einen Hallsensor umfasst.
  10. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse des Steuergeräts (10, 10A) an das Pumpengehäuses (4) angeflanscht ist.
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