DE102016120456A1

DE102016120456A1 - spindle drive

Info

Publication number: DE102016120456A1
Application number: DE102016120456.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Korder; Benedikt Dremel; Alex Kromer; Toni Nagler
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für ein Verschlusselement (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsgehäuse (4), wobei in dem Antriebsgehäuse (4) ein elektrischer Antriebsmotor (5) angeordnet ist und wobei dem Antriebsmotor (5) ein Spindel-Spindelmutter-Getriebe (6) zur Erzeugung von linearen Antriebsbewegungen entlang einer geometrischen Antriebsachse (7) nachgeschaltet ist, wobei der Antriebsmotor (5) als bürstenloser Gleichstrommotor (9) mit einer Wicklungsanordnung (10) mit mindestens drei Statorwicklungen (11, 12, 13) ausgestaltet ist und wobei, insbesondere in dem Antriebsgehäuse (4), zumindest ein Teil einer Motorsteuerung (14) mit einer Treiberstufe (15) zur Versorgung des Antriebsmotors (5) mit elektrischer Antriebsleistung vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass zum Bremsen des Spindelantriebs (1) die Motorsteuerung (14) zur Erzeugung einer Bremswirkung in mindestens einen Bremszustand überführbar ist, in dem mindestens eine Statorwicklung (11, 12, 13) mit einem Bremskreis beschaltet oder gegenbestromt ist.The invention relates to a spindle drive for a closure element (2) of a motor vehicle with a drive housing (4), wherein in the drive housing (4) an electric drive motor (5) is arranged and wherein the drive motor (5) is a spindle-spindle nut transmission (6 ) for generating linear drive movements along a geometric drive axis (7), wherein the drive motor (5) is designed as a brushless DC motor (9) with a winding arrangement (10) with at least three stator windings (11, 12, 13) and wherein in particular in the drive housing (4), at least part of a motor control (14) with a driver stage (15) for supplying the drive motor (5) with electrical drive power is provided. It is proposed that, for braking the spindle drive (1), the motor controller (14) can be converted into at least one braking state to generate a braking effect in which at least one stator winding (11, 12, 13) is connected to a brake circuit or counter-energized.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für ein Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a spindle drive for a closure element of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Der Begriff „Verschlusselement“ ist vorliegend umfassend zu verstehen. Hierunter fallen Heckklappen, Heckdeckel, Motorhauben, Seitentüren, Schiebetüren, Hubdächer, Laderaumböden o. dgl..The term "closure element" is to be understood here comprehensively. These include tailgates, trunk lids, hoods, side doors, sliding doors, lifting roofs, cargo compartments o. The like ..

Der in Rede stehende Spindelantrieb ist mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgestattet, der dem Antrieb eines dem Antriebsmotor nachgeschalteten Spindel-Spindelmutter-Getriebes dient. An den Antriebsmotor werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, die teilweise einander zuwider laufen. Vor diesem Hintergrund ist es bekannt geworden, den Antriebsmotor eines Spindelantriebs als bürstenlosen Gleichstrommotor auszugestalten.The in question spindle drive is equipped with an electric drive motor, which serves to drive a drive motor downstream spindle spindle nut transmission. Different requirements are placed on the drive motor, some of which run counter to one another. Against this background, it has become known to design the drive motor of a spindle drive as a brushless DC motor.

Der bekannte Spindelantrieb ( DE 10 2008 030 247 A1 ), von dem die Erfindung ausgeht, weist einen solchen bürstenlosen Gleichstrommotor auf, der über eine Treiberstufe mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird. Die Ausgestaltung des Antriebsmotors als bürstenloser Gleichstrommotor vereint zwar mehrere Vorteile miteinander, führt jedoch zu einer vergleichsweise aufwendigen elektrischen Ansteuerung. Die Treiberstufe ist mit einem Wechselrichter ausgestattet, der basierend auf einer Gleichspannung ein Drehfeld im Stator erzeugt. Insoweit ist der Spindelantrieb mit einem entsprechenden Mehraufwand verbunden. Entsprechend muss dafür Sorge getragen werden, dass alle weiteren Funktionen des Spindelantriebs mit möglichst geringem Aufwand realisiert werden.The known spindle drive ( DE 10 2008 030 247 A1 ), from which the invention proceeds, has such a brushless DC motor, which is supplied via a driver stage with electric drive power. Although the design of the drive motor as a brushless DC motor combines several advantages with each other, but leads to a relatively complex electrical control. The driver stage is equipped with an inverter that generates a rotating field in the stator based on a DC voltage. In that regard, the spindle drive is connected to a corresponding overhead. Accordingly, care must be taken that all other functions of the spindle drive are realized with the least possible effort.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Spindelantrieb derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der für die Realisierung der Gesamtfunktion erforderliche Aufwand vergleichsweise gering ist.The invention is based on the problem of designing the known spindle drive and further develop such that the required effort for the realization of the overall function is relatively low.

Das obige Problem wird bei einem Spindelantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above problem is solved in a spindle drive according to the preamble of claim 1 by the features of the characterizing part of claim 1.

Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass sich eine Bremsfunktion für den Spindelantrieb bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor ohne weiteres nach Art einer Kurzschlussbremse oder durch einfaches Gegenbestromen realisieren lässt.Essential is the fundamental consideration that a brake function for the spindle drive in a brushless DC motor can be easily realized in the manner of a short-circuit brake or by simple Gegenbestromen.

Der Begriff „Kurzschlussbremsung“ ist vorliegend weit auszulegen und erfordert nicht notwendigerweise einen idealen Kurzschluss der betreffenden Statorwicklungen, wie noch gezeigt wird.The term "short-circuit braking" is to be construed broadly herein and does not necessarily require an ideal short circuit of the respective stator windings, as will be shown.

Mit der vorschlagsgemäßen Lösung werden für die Umsetzung einer Bremsfunktion keine zusätzlichen mechanischen oder elektrischen Komponenten benötigt, was den Aufwand für die Realisierung des Spindelantriebs gering hält. Sowohl die Kurzschlussbremsung als auch das Gegenbestromen lässt sich mit den für die Ansteuerung des Antriebsmotors ohnehin vorhandenen Komponenten umsetzen.With the proposed solution, no additional mechanical or electrical components are needed for the implementation of a braking function, which keeps the effort for the realization of the spindle drive low. Both the short-circuit braking and the counter-current can be implemented with the already existing for the control of the drive motor components.

Im Einzelnen wird zunächst ganz allgemein vorgeschlagen, dass die Motorsteuerung zur Erzeugung einer Bremswirkung in mindestens einen Bremszustand überführbar ist. Grundsätzlich sind hier unterschiedliche Bremszustände denkbar, die in Abhängigkeit von den aktuellen Randbedingungen eingenommen werden können. Der Bremszustand kann vorschlagsgemäß die Beschaltung mindestens einer Statorwicklung mit einem Bremskreis zur Realisierung einer Kurzschlussbremsung oder die Gegenbestromung mindestens einer Statorwicklung umfassen.In detail, it is initially proposed quite generally that the engine control can be converted to generate a braking effect in at least one braking state. Basically, different braking conditions are conceivable here, which can be assumed depending on the current boundary conditions. According to the proposal, the braking state may include the wiring of at least one stator winding with a brake circuit for realizing a short-circuit braking or the counter-energization of at least one stator winding.

Gemäß Anspruch 2 ist ein schaltbarer Bremskreis vorgesehen, wobei in einem Bremszustand zur Erzeugung einer Bremswirkung mindestens eine Statorwicklung des Antriebsmotors mit dem Bremskreis beschaltet ist. In dem jeweiligen Bremszustand fließt über den Bremskreis und über die mindestens eine Statorwicklung ein entsprechender Bremsstrom nach Art einer oben angesprochenen Kurzschlussbremse.According to claim 2, a switchable brake circuit is provided, wherein in a braking state for generating a braking effect at least one stator winding of the drive motor is connected to the brake circuit. In the respective braking state flows via the brake circuit and the at least one stator winding, a corresponding braking current in the manner of a short-circuit brake mentioned above.

Gemäß Anspruch 3 ist eine spezielle Ansteuerung der Treiberstufe, insbesondere des Bremskreises, vorgesehen derart, dass eine rampenförmig ansteigende Bremswirkung erzeugt wird. Eine stoßweise Bremswirkung, die als Komforteinbuße gesehen würde, kann damit vermieden werden.According to claim 3, a special control of the driver stage, in particular of the brake circuit, is provided such that a ramp-increasing braking effect is generated. An intermittent braking effect, which would be seen as a loss of comfort, can thus be avoided.

Bei der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 stellt die Treiberstufe, insbesondere der Wechselrichter, den Bremskreis bereit. Durch diese Doppelnutzung der Treiberstufe ergibt sich eine kompakte und insbesondere kostengünstige Ausgestaltung.In the further preferred embodiment according to claim 7, the driver stage, in particular the inverter, the brake circuit ready. This dual use of the driver stage results in a compact and particularly cost-effective design.

Für den Fall, dass es sich bei dem Wechselrichter um einen B6-Wechselrichter handelt, wird gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen, dass in einem Bremszustand mindestens zwei Low-Side-Schalter oder zwei High-Side-Schalter geschaltet werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass alle Low-Side-Schalter oder alle High-Side-Schalter in einem Bremszustand geschaltet werden. Dies hängt wesentlich von der Verschaltung der Statorspulen ab. Vorzugsweise ist es so, dass die Statorspulen in einer Sternschaltung verschaltet sind.In the event that the inverter is a B6 inverter, it is proposed according to claim 8 that in a braking state at least two low-side switches or two high-side switches are switched. In principle, it can also be provided that all low-side switches or all high-side switches are switched in a braking state. This depends essentially on the interconnection of the stator coils. Preferably, it is such that the stator coils are connected in a star connection.

Eine andere Doppelnutzung der Treiberstufe ist Gegenstand von Anspruch 10, nach dem das Gegenbestromen des Antriebsmotors auf die Ansteuerung der Treiberstufe zurückgeht. Auch hierdurch ergeben sich Vorteile im Hinblick auf resultierende Kompaktheit und Kosten.Another dual use of the driver stage is the subject of claim 10, according to which Gegenbestromen the drive motor goes back to the control of the driver stage. This also provides advantages in terms of resulting compactness and cost.

Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 11 und 12 betreffen Varianten für das Auslösen eines Bremszustands. Dies kann in zwei bevorzugten Ausgestaltungen drehzahlbasiert (Anspruch 11) oder generatorspannungsbasiert (Anspruch 12) erfolgen.The further preferred embodiments according to claims 11 and 12 relate to variants for triggering a braking state. This can be speed-based (claim 11) or generator voltage-based (claim 12) in two preferred embodiments.

Sofern die Treiberstufe in das Antriebsgehäuse integriert ist, sind in weiter bevorzugter Ausgestaltung Maßnahmen getroffen worden, um die auf die Verlustleistung des Wechselrichters zurückgehende Wärme abzuführen. Hierfür wird gemäß Anspruch 13 zunächst vorgeschlagen, dass das Antriebsgehäuse zumindest zum Teil aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet ist. Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 14 bis 16 betreffen bevorzugte Varianten für die Realisierung eines wärmeleitenden Übergangs von der Treiberstufe auf das Antriebsgehäuse.If the driver stage is integrated in the drive housing, measures have been taken in a further preferred embodiment in order to dissipate the heat due to the power loss of the inverter. For this purpose, it is first proposed according to claim 13 that the drive housing is at least partially formed of a thermally conductive material. The further preferred embodiments according to claims 14 to 16 relate to preferred variants for the realization of a heat-conducting transition from the driver stage to the drive housing.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb,
2 den Spindelantrieb gemäß 2 in einem Längsschnitt und
3 die Motorsteuerung und den Stator des Antriebsmotors des Spindelantriebs gemäß 2 in einem ganz schematischen Blockschaltbild.

In the following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. In the drawing shows

1 the rear area of a motor vehicle with a proposed spindle drive,
2 the spindle drive according to 2 in a longitudinal section and
3 the motor control and the stator of the drive motor of the spindle drive according to 2 in a very schematic block diagram.

Der in der Zeichnung dargestellte Spindelantrieb 1 dient der motorischen Verstellung eines Verschlusselements 2 eines Kraftfahrzeugs. Der Begriff „Verschlusselement“ ist, wie im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert, weit zu verstehen. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verschlusselement 2 um eine Heckklappe 3. Alle diesbezüglichen Ausführungen gelten für alle anderen Arten von Verschlusselementen 2, insbesondere für Heckdeckel, entsprechend.The spindle drive shown in the drawing 1 serves the motorized adjustment of a closure element 2 of a motor vehicle. The term "closure element" is, as explained in the introductory part of the description, to be understood. In the illustrated and in so far preferred embodiment, the closure element is 2 around a tailgate 3 , All of these statements apply to all other types of fasteners 2 , in particular for trunk lid, according to.

Der vorschlagsgemäße Spindelantrieb 1 weist ein hier und vorzugsweise längliches Antriebsgehäuse 4 auf, in dem ein elektrischer Antriebsmotor 5 angeordnet ist. Dem Antriebsmotor 5 ist ein Spindel-Spindelmutter-Getriebe 6 zur Erzeugung von linearen Antriebsbewegungen entlang einer geometrischen Antriebsachse 7 nachgeschaltet. Zwischen Antriebsmotor 5 und Spindel-Spindelmutter-Getriebe 6 ist ein Zwischengetriebe 8 vorgesehen, das je nach antriebstechnischer Auslegung auch wegfallen kann.The proposed spindle drive 1 has a here and preferably elongated drive housing 4 in which an electric drive motor 5 is arranged. The drive motor 5 is a spindle-spindle nut gearbox 6 for generating linear drive movements along a geometric drive axis 7 downstream. Between drive motor 5 and spindle spindle nut transmission 6 is an intermediate gear 8th provided, which can also be omitted depending on the drive design.

Der Antriebsmotor 5 ist als bürstenloser Gleichstrommotor 9 ausgestaltet. Ein solcher bürstenloser Gleichstrommotor 9 wird auch als „brushless DC-Motor“ bezeichnet. Er ist regelmäßig als Synchronmotor ausgelegt, dessen Statorwicklungen mit einer wechselgerichteten Gleichspannung beaufschlagt werden.The drive motor 5 is as a brushless DC motor 9 designed. Such a brushless DC motor 9 is also referred to as a "brushless DC motor". He is regularly designed as a synchronous motor, the stator windings are subjected to a DC alternating voltage.

Ganz allgemein ist der bürstenlose Gleichstrommotor 9 hier mit einer Wicklungsanordnung 10 mit mindestens drei Statorwicklungen 11, 12, 13, hier und vorzugsweise mit genau drei Statorwicklungen 11, 12, 13, ausgestattet. Die Statorwicklungen 11, 12, 13 sind, wie in 3 gezeigt, bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Sternschaltung verschaltet.In general, the brushless DC motor 9 here with a winding arrangement 10 with at least three stator windings 11 . 12 . 13 , here and preferably with exactly three stator windings 11 . 12 . 13 , fitted. The stator windings 11 . 12 . 13 are, as in 3 shown, connected in the illustrated and so far preferred embodiment in a star connection.

In dem Antriebsgehäuse 4 ist zumindest ein Teil einer Motorsteuerung 14, vorzugsweise die gesamte Motorsteuerung 14, untergebracht. Die Motorsteuerung 14 weist eine Treiberstufe 15 zur Versorgung des Antriebsmotors 5 mit elektrischer Antriebsleistung auf. Ferner weist die Motorsteuerung 14 eine Logikeinheit 16 auf, die Steuer- und Regelaufgaben übernimmt und die die Treiberstufe 15 aufweist.In the drive housing 4 is at least part of a motor control 14 , preferably the entire engine control 14 , housed. The engine control 14 has a driver stage 15 to supply the drive motor 5 with electrical drive power on. Furthermore, the engine controller 14 a logic unit 16 on, which takes over control and regulation tasks and the driver stage 15 having.

Wie oben angesprochen, kann dem Spindelantrieb 1 nur ein Teil der Motorsteuerung 14 zugeordnet sein. Hier und vorzugsweise ist es so, dass jedenfalls die Treiberstufe 15 dem Spindelantrieb 1 zugeordnet ist. Dabei ist die Treiberstufe 15 vorzugsweise in dem Antriebsgehäuse 4 angeordnet, in dem sich auch der Antriebsmotor 5 befindet. Die Logikeinheit 16 ist hier außerhalb des Antriebsgehäuses 4 angeordnet. Sie kommuniziert mit einer übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung. Alternativ kann die Logikeinheit 16 auch Bestandteil einer übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung sein.As mentioned above, the spindle drive can 1 only part of the engine control 14 be assigned. Here and preferably it is the case that at least the driver stage 15 the spindle drive 1 assigned. Here is the driver stage 15 preferably in the drive housing 4 arranged in which also the drive motor 5 located. The logic unit 16 is outside the drive housing here 4 arranged. It communicates with a higher-level vehicle control system. Alternatively, the logic unit 16 also be part of a parent vehicle control.

Wesentlich ist nun, dass zum Bremsen des Spindelantriebs 1, insbesondere einer Motorwelle des Antriebsmotors 5, die Motorsteuerung 14 in mindestens einen Bremszustand überführbar ist, in dem mindestens eine Statorwicklung 11, 12, 13 mit einem Bremskreis 17 beschaltet oder in dem mindestens eine Statorwicklung 11, 12, 13 gegenbestromt ist.It is essential now that for braking the spindle drive 1 , in particular a motor shaft of the drive motor 5 , the engine control 14 in at least one braking state can be converted, in the at least one stator winding 11 . 12 . 13 with a brake circuit 17 wired or in the at least one stator winding 11 . 12 . 13 counter-energized.

Vorzugsweise ist ein schaltbarer Bremskreis 17 vorgesehen, wobei in einem Bremszustand zur Erzeugung einer Bremswirkung mindestens eine Statorwicklung 11, 12, 13 mit dem Bremskreis 17 beschaltet ist und über den Bremskreis 17 und über die mindestens eine Statorwicklung 11, 12, 13 ein Bremsstrom fließt. Es wurde schon darauf hingewiesen, dass dies dem grundsätzlichen Konzept einer Kurzschlussbremse folgt.Preferably, a switchable brake circuit 17 provided, wherein in a braking state for generating a braking effect at least one stator winding 11 . 12 . 13 with the brake circuit 17 is wired and over the brake circuit 17 and over the at least one stator winding 11 . 12 . 13 a braking current flows. It has already been pointed out that this follows the basic concept of a short-circuit brake.

Die Motorsteuerung 14, insbesondere die Logikeinheit 16, steuert die Treiberstufe 15, insbesondere den Bremskreis 17, vorzugsweise derart an, dass eine zeitlich sich verändernde, vorzugsweise ansteigende und insbesondere rampenförmig ansteigende Bremswirkung erzeugt wird. Die Bremswirkung zeigt sich hier an der Motorwelle des Antriebsmotors 5, da die resultierende Bremskraft zwischen dem Stator und dem Rotor des Antriebsmotors 5 wirkt.The engine control 14 , in particular the logic unit 16 , controls the driver stage 15 , in particular the brake circuit 17 , preferably in such a way that a temporally changing, preferably rising and in particular ramp-shaped increasing braking effect is generated. The braking effect is shown here on the motor shaft of the drive motor 5 because the resulting braking force between the stator and the rotor of the drive motor 5 acts.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung steuert die Motorsteuerung 14, insbesondere die Logikeinheit 16, den Bremskreis 17 getaktet, insbesondere pulsweitenmoduliert, an. Damit lässt sich die resultierende Bremswirkung auf besonders einfache und verlustarme Weise einstellen.In a particularly preferred embodiment, the engine control controls 14 , in particular the logic unit 16 , the brake circuit 17 clocked, in particular pulse width modulated, on. This allows the resulting braking effect to be set in a particularly simple and low-loss manner.

Im einfachsten Fall lässt sich über den Bremskreis 17 eine Überbrückung einer Statorwicklung 11, 12, 13 oder mehrerer Statorwicklungen 11, 12, 13 realisieren. Durch diese Überbrückung ergibt sich ein Bremsstrom in der betreffenden Statorwicklung 11, 12, 13 bzw. in den betreffenden Statorwicklungen 11, 12, 13. In einer bevorzugten Variante eines Bremszustands sind alle Statorwicklungen 11, 12, 13, hier alle drei Statorwicklungen 11, 12, 13, des Antriebsmotors 5 überbrückt.In the simplest case can be about the brake circuit 17 a bridging of a stator winding 11 . 12 . 13 or more stator windings 11 . 12 . 13 realize. This bridging results in a braking current in the relevant stator winding 11 . 12 . 13 or in the relevant stator windings 11 . 12 . 13 , In a preferred variant of a braking state, all stator windings are 11 . 12 . 13 , here all three stator windings 11 . 12 . 13 , the drive motor 5 bridged.

Die obige Überbrückung von Statorwicklungen 11, 12, 13 muss nicht notwendigerweise einzelne Statorwicklungen 11, 12, 13 als solche betreffen. Vielmehr ist es denkbar, dass in einem Bremszustand der Bremskreis 17 eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung aus mindestens zwei Statorwicklungen 11, 12, 13 überbrückt, wie noch gezeigt wird.The above bridging of stator windings 11 . 12 . 13 does not necessarily have individual stator windings 11 . 12 . 13 as such. Rather, it is conceivable that in a braking state of the brake circuit 17 a series connection or parallel connection of at least two stator windings 11 . 12 . 13 bridged, as will be shown.

Die Treiberstufe 15 der Motorsteuerung 14 ist in 3 dargestellt. Die Treiberstufe 15 weist hier einen dreiphasigen Wechselrichter auf, der auf unterschiedliche Weise realisiert sein kann. Hier und vorzugsweise ist der Wechselrichter mit sechs Halbleiterschaltern 18-23 ausgestattet, die zu einer Brückenschaltung aus drei Low-Side-Schaltern 18-20 und 3 High-Side-Schaltern 21-23 verschaltet sind. Dabei bilden jeweils zwei High-Side-Schalter und zwei Low-Side-Schalter eine Halbbrücke 24, 25, 26. Bei den Halbleiterschaltern kann es sich in bekannter Weise um MOS-FETs, um IGBTs o. dgl. handeln.The driver stage 15 the engine control 14 is in 3 shown. The driver stage 15 has here a three-phase inverter, which can be realized in different ways. Here and preferably, the inverter is with six semiconductor switches 18 - 23 equipped, resulting in a bridge circuit of three low-side switches 18 - 20 and 3 High-side switches 21 - 23 are interconnected. Two high-side switches and two low-side switches each form a half-bridge 24 . 25 . 26 , The semiconductor switches may be MOS FETs, IGBTs or the like in a known manner.

Interessant bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tatsache, dass die Treiberstufe 15, hier und vorzugsweise der Wechselrichter der Treiberstufe 15, den Bremskreis 17 bereitstellt. Diese Doppelnutzung der Treiberstufe 15, insbesondere des Wechselrichters, wurde bereits als vorteilhaft herausgestellt.Interesting in the illustrated and so far preferred embodiment is the fact that the driver stage 15 , here and preferably the inverter of the driver stage 15 , the brake circuit 17 provides. This double use of the driver stage 15 , in particular the inverter, has already been found to be advantageous.

Mit der vorschlagsgemäßen Lösung sind unterschiedliche Varianten für einen Bremszustand denkbar. In einer bevorzugten Variante werden in einem Bremszustand zwei Low-Side-Schalter 18-20 oder drei Low-Side-Schalter 18-20 geschaltet, also geschlossen. Ganz allgemein kann es auch vorgesehen sein, dass alle Low-Side-Schalter 18-20 in dem jeweiligen Bremszustand geschaltet werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass anstelle der Low-Side-Schalter 18-20 die High-Side-Schalter 21-23 entsprechend geschaltet werden.With the proposed solution, different variants for a braking state are conceivable. In a preferred variant, two low-side switches are in a braking state 18 - 20 or three low-side switches 18 - 20 switched, so closed. In general, it can also be provided that all low-side switches 18 - 20 be switched in the respective braking state. Alternatively, it may also be provided that instead of the low-side switch 18 - 20 the high-side switches 21 - 23 be switched accordingly.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass in einem Bremszustand die Low-Side-Schalter 18, 19 geschaltet werden. Dies würde bedeuten, dass die Reihenschaltung aus den Statorwicklungen 11, 12 durch die Low-Side-Schalter 18, 19 überbrückt sind, so dass durch die Statorwicklungen 11, 12 ein entsprechender Bremsstrom fließt.For example, it may be provided that in a braking state, the low-side switch 18 . 19 be switched. This would mean that the series connection of the stator windings 11 . 12 through the low-side switches 18 . 19 are bridged so that through the stator windings 11 . 12 a corresponding braking current flows.

Werden in einem weiteren Bremszustand nun alle drei Low-Side-Schalter 18, 19, 20 geschaltet, so werden alle dem Sternpunkt 27 der sternverschalteten Statorwicklungen 11, 12, 13 abgewandten Anschlüsse miteinander verbunden, so dass alle Statorwicklungen 11, 12, 13 für sich genommen überbrückt sind. In diesem weiteren Bremszustand ergibt sich eine andere Bremswirkung als in dem erstgenannten Bremszustand, so dass sich je nach Ansteuerung des Bremskreises unterschiedliche Bremswirkungen erzeugen lassen.Be in a further braking state now all three low-side switch 18 . 19 . 20 switched, so all the star point 27 the star-connected stator windings 11 . 12 . 13 facing away from each other terminals, so that all stator windings 11 . 12 . 13 are bridged by themselves. In this further braking state results in a different braking effect than in the first-mentioned braking state, so that can generate different braking effects depending on the control of the brake circuit.

Für die obige Überbrückung der betreffenden Statorwicklung 11, 12, 13 sind verschiedene Varianten denkbar. Hier und vorzugsweise ist es so, dass die von dem Bremskreis 17 erzeugte Überbrückung jeweils ein Kurzschluss ist. Alternativ kann es aber auch vorgesehen sein, dass die von dem Bremskreis 17 erzeugte Überbrückung jeweils als elektrischer Widerstand wirkt oder über einen elektrischen, insbesondere ohmschen Widerstand realisiert ist. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die von dem Bremskreis 17 erzeugte Überbrückung jeweils als steuerbarer elektrischer Widerstand wirkt. Damit ist beispielsweise gemeint, dass die Halbleiterschalter 18-23 in einem Bremszustand zur Erzeugung der obigen Überbrückung nicht voll durchschalten, sondern je nach gewünschter Bremswirkung nur teilweise durchschalten. Dadurch ergibt sich die obige Wirkung eines steuerbaren elektrischen Widerstands.For the above bridging of the relevant stator winding 11 . 12 . 13 Different variants are conceivable. Here and preferably it is that of the brake circuit 17 generated bridging is in each case a short circuit. Alternatively, it may also be provided that the of the brake circuit 17 generated bridging acts as an electrical resistance or is realized via an electrical, in particular ohmic resistance. Alternatively, it can also be provided that the of the brake circuit 17 generated bridging acts as a controllable electrical resistance. This means, for example, that the semiconductor switches 18 - 23 in a braking state to generate the above bridge not fully switch through, but only partially switch through depending on the desired braking effect. This results in the above effect of a controllable electrical resistance.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung werden die Halbleiterschalter 18-23 zumindest in einem Bremszustand wie oben angesprochen getaktet, insbesondere pulsweitenmoduliert, angesteuert. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass zwei oder drei der Low-Side-Schalter 18-20 je nach gewünschter Bremswirkung mit einer unterschiedlichen Taktfrequenz oder mit einer unterschiedlichen Pulsweite angesteuert werden. Hier ist es insbesondere denkbar, dass sich die Taktfrequenz und/oder die Pulsweite kontinuierlich, insbesondere rampenförmig, verändert. Damit lässt sich die Bremswirkung, insbesondere ein Verlauf der Bremswirkung und in besonders bevorzugter Ausgestaltung ein oben angesprochener rampenförmiger Verlauf der Bremswirkung mit geringem steuerungstechnischem Aufwand einstellen.In a particularly preferred embodiment, the semiconductor switches 18 - 23 at least in a braking state as mentioned above clocked, in particular pulse width modulated, driven. For example, it may be provided that two or three of the low-side switches 18 - 20 be driven with a different clock frequency or with a different pulse width depending on the desired braking effect. In this case, it is conceivable, in particular, for the clock frequency and / or the pulse width to change continuously, in particular ramp-shaped. Thus, the braking effect, in particular a course of the braking effect and in a particularly preferred embodiment, an above-mentioned set ramp-like course of the braking effect with little technical control effort.

In einem anderen Bremszustand zur Erzeugung einer Bremswirkung, die auf ein Gegenbestromen mindestens einer Statorwicklung 11, 12, 13 zurückgeht, ist es vorgesehen, dass die Motorsteuerung 14 die Treiberstufe 15 derart ansteuert, dass sich ein Drehmoment entgegen einer aktuellen Drehung einer Antriebskomponente, insbesondere einer Antriebswelle des Antriebsmotors 5, einstellt.In another braking state for generating a braking effect, which is based on a counter-current at least one stator winding 11 . 12 . 13 goes back, it is provided that the engine control 14 the driver level 15 such that a torque counteracts a current rotation of a drive component, in particular a drive shaft of the drive motor 5 , sets.

Der Antriebsmotor 5 wird also so angesteuert, als solle er entgegen der aktuellen Drehung angetrieben werden. Die aktuelle Drehrichtung lässt sich über einen Drehzahlsensor 28 ermitteln, der im Folgenden erläutert wird.The drive motor 5 is thus controlled as if it should be driven against the current rotation. The current direction of rotation can be adjusted via a speed sensor 28 which will be explained below.

Für das Auslösen der Überführung der Motorsteuerung 14 in einen Bremszustand sind unterschiedliche Varianten denkbar. Beispielsweise kann ein in 3 lediglich angedeuteter Drehzahlsensor 28 vorgesehen sein, welcher der Ermittlung der Drehzahl einer Antriebskomponente, insbesondere der Antriebswelle des Antriebsmotors 5 dient. Dann ist es vorzugsweise so, dass die Motorsteuerung 14, insbesondere die Logikeinheit 16 der Motorsteuerung 14, in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl einen obigen Bremszustand einnimmt. In besonders bevorzugter Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung 14 in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl unterschiedliche Bremszustände einnimmt. Beispielsweise ist es denkbar, dass bei der Ermittlung einer hohen Drehzahl ein Bremszustand mit hoher Bremswirkung und bei der Ermittlung einer niedrigeren Drehzahl ein Bremszustand geringerer Bremswirkung eingenommen wird.For triggering the transfer of the engine control 14 in a braking state different variants are conceivable. For example, an in 3 only indicated speed sensor 28 be provided, which determines the speed of a drive component, in particular the drive shaft of the drive motor 5 serves. Then it is preferable that the engine control 14 , in particular the logic unit 16 the engine control 14 , in response to the determined speed occupies an above braking state. In a particularly preferred embodiment, it may be provided that the engine control 14 as a function of the determined speed occupies different braking states. For example, it is conceivable that when determining a high speed a braking state with high braking effect and when determining a lower speed, a braking state of lesser braking effect is taken.

Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Betreibbarkeit des Antriebsmotors 5 im Generatorbetrieb für die Einstellung eines Bremszustands genutzt wird. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass der Betrieb des Antriebsmotors 5 im Generatorbetrieb zur Erzeugung von Generatorspannungen führt, wobei bei einem Überschreiten einer Generatorspannung über einen vorbestimmten Grenzwert die Motorsteuerung 14 einen obigen Bremszustand einnimmt. Beispielsweise ist es hier denkbar, dass eine Spannungsmesseinrichtung 29 zur Messung der erzeugten Generatorspannungen bei Überschreiten einer Generatorspannung über einen vorgestimmten Grenzwert die Einstellung eines obigen Bremszustands auslöst.Alternatively, it can also be provided that the operability of the drive motor 5 is used in generator mode for setting a braking state. Preferably, it is provided that the operation of the drive motor 5 in the generator mode leads to the generation of generator voltages, wherein when exceeding a generator voltage above a predetermined limit, the motor control 14 assumes an above braking state. For example, it is conceivable that a voltage measuring device 29 to measure the generated generator voltages when a generator voltage is exceeded over a predetermined limit, the setting of an above braking state triggers.

Mit der oben erläuterten Nutzung der Treiberstufe 15 als Bremskreis 17 ergibt sich eine integrierte Bremsfunktion, ohne dass zusätzliche elektrische oder mechanische Komponenten erforderlich sind.With the use of the driver stage explained above 15 as a brake circuit 17 results in an integrated braking function, without additional electrical or mechanical components are required.

Mit der in 2 gezeigten Anordnung der Treiberstufe 15 entsteht innerhalb des Antriebsgehäuses 4 Wärme, die auf die Verlustleistung in dem Wechselrichter zurückgeht. Hierfür ist es zunächst vorgesehen, dass das Antriebsgehäuse 4 zumindest zum Teil aus einem wärmeleitenden Material vorzugsweise aus einem metallischen Material und insbesondere aus einem Stahlmaterial ausgebildet ist. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Antriebsgehäuse 4 um ein rohrförmiges Antriebsgehäuse, das in bevorzugter Ausgestaltung aus einem Stahlblech besteht. Das Antriebsgehäuse 4 ist hier und vorzugsweise einstückig ausgebildet.With the in 2 shown arrangement of the driver stage 15 arises within the drive housing 4 Heat that is due to the power loss in the inverter. For this purpose, it is initially provided that the drive housing 4 at least partially formed of a thermally conductive material, preferably of a metallic material and in particular of a steel material. In the illustrated and so far preferred embodiment, it is in the drive housing 4 about a tubular drive housing, which consists in a preferred embodiment of a steel sheet. The drive housing 4 is here and preferably formed in one piece.

Die Detaildarstellung gemäß 2 zeigt, dass die Treiberstufe 15 mindestens eine Kontaktfläche 30 aufweist, die in wärmeleitendem Kontakt mit dem Antriebsgehäuse 4 steht. Damit wird das Antriebsgehäuse 4 gewissermaßen als Kühlkörper für die Treiberstufe 15 genutzt.The detailed representation according to 2 shows that the driver stage 15 at least one contact surface 30 having, in thermally conductive contact with the drive housing 4 stands. This will be the drive housing 4 in a sense as a heat sink for the driver stage 15 used.

Die Detaildarstellung gemäß 2 zeigt eine weitere Besonderheit, die zu einer besonders effektiven Wärmeableitung führt. Hier ist es nämlich vorgesehen, dass die Treiberstufe 15 über die Kontaktfläche 30 in kraftschlüssigem Eingriff mit dem Antriebsgehäuse 4 steht. Dies liegt daran, dass ein Gehäusedeckel 31 vorgesehen ist, der entlang der Antriebsachse 7, in 2 nach oben, auf die Treiberstufe 15 wirkt, die dadurch in einen konusförmigen Bereich 32 und schließlich in die Kontaktfläche 30 des Antriebsgehäuses 4 gedrückt wird. Der konusförmige Bereich 32 bildet hier die Gegenkontaktfläche für die Treiberstufe 15.The detailed representation according to 2 shows another special feature that leads to a particularly effective heat dissipation. Here it is namely intended that the driver stage 15 over the contact surface 30 in frictional engagement with the drive housing 4 stands. This is because of a case cover 31 is provided, along the drive axle 7 , in 2 up, on the driver stage 15 acts, thereby forming a cone-shaped area 32 and finally into the contact area 30 of the drive housing 4 is pressed. The cone-shaped area 32 here forms the mating contact surface for the driver stage 15 ,

Im Einzelnen ist es bei dem in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel so, dass die Kontaktfläche 30 der Treiberstufe 15 in wärmeleitender Kopplung mit einem Leistungsbauteil 33 der Treiberstufe 15 steht. Hier und vorzugsweise ist es sogar so, dass die Kontaktfläche 30 von dem Leistungsbauteil 33 selbst gebildet ist. Bei dem Leistungsbauteil 33 handelt es sich vorzugsweise um einen Leistungsschalter der Treiberstufe 15, insbesondere um einen der oben angesprochenen Halbleiterschalter 19-26 des Wechselrichters.Specifically, it is at the in 2 illustrated and so far preferred embodiment so that the contact surface 30 the driver stage 15 in heat-conducting coupling with a power component 33 the driver stage 15 stands. Here and preferably it is even so that the contact surface 30 from the power component 33 itself is formed. For the power component 33 it is preferably a circuit breaker of the driver stage 15 , in particular to one of the above-mentioned semiconductor switch 19 - 26 of the inverter.

Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche 30 der Treiberstufe 15 in wärmeleitender Kopplung mit einer elektrischen Leiterplattenanordnung 34 der Treiberstufe 15 steht oder eben von dieser Leiterplattenanordnung 34 gebildet ist. Der Leiterplattenanordnung 34 kann auch ein Kühlkörper zugeordnet sein, der wiederum die Kontaktfläche der Treiberstufe 15 für den wärmeleitenden Kontakt bereitstellt.Alternatively or additionally, it may be provided that the contact surface 30 the driver stage 15 in thermally conductive coupling with an electrical circuit board assembly 34 the driver stage 15 is or just from this circuit board assembly 34 is formed. The circuit board assembly 34 can also be associated with a heat sink, in turn, the contact surface of the driver stage 15 provides for the heat-conducting contact.

Schließlich darf darauf hingewiesen werden, dass für die Ausgestaltung des Antriebsgehäuses 4 ganz unterschiedliche Varianten denkbar sind. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsgehäuse 4 als solches aufgenommen in einem Gehäuserohr 35, das mit einem weiteren Gehäuserohr 36 ein teleskopierbares Außengehäuse für den Spindelantrieb 1 insgesamt ausbildet. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Antriebsgehäuse 4 zumindest teilweise frei von dem Gehäuserohr 35 ist, um eine noch bessere Ableitung der von dem Wechselrichter erzeugten Wärme ermöglichen zu können.Finally, it should be noted that for the design of the drive housing 4 quite different variants are conceivable. In the illustrated and so far preferred embodiment, the drive housing 4 taken as such in a housing tube 35 that with another housing tube 36 a telescopic outer housing for the spindle drive 1 in total training. Alternatively, it may be provided that the drive housing 4 at least partially free of the housing tube 35 is to allow even better dissipation of the heat generated by the inverter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008030247 A1 [0004]

Claims

Spindle drive for a closure element (2) of a motor vehicle with a drive housing (4), wherein in the drive housing (4) an electric drive motor (5) is arranged and wherein the drive motor (5) a spindle spindle nut gear (6) for generating linear drive movements along a geometric drive axis (7) is followed, wherein the drive motor (5) as a brushless DC motor (9) with a winding assembly (10) with at least three stator windings (11, 12, 13) is configured and wherein, in particular in the drive housing (4), at least part of a motor controller (14) with a driver stage (15) for supplying the drive motor (5) is provided with electrical drive power, characterized in that for braking the spindle drive (1), the motor control (14) for generating a Braking effect can be converted into at least one braking state, in which at least one stator winding (11, 12, 13) besch¬ with a brake circuit ages or in which at least one stator winding (11, 12, 13) is counter-energized.

Spindle drive to Claim 1 , characterized in that a switchable brake circuit (17) is provided and that in a braking state for generating a braking effect at least one stator winding (11, 12, 13) with the brake circuit (17) is connected and via the brake circuit (17) and via the at least one stator winding (11, 12, 13), a braking current flows.

Spindle drive to Claim 2 , characterized in that the motor control (14) the driver stage (15), in particular the brake circuit (17) controls such that a temporally changing, preferably increasing, further preferably ramping, braking effect is generated, and / or that the engine control (14) the brake circuit (17) clocked, in particular pulse width modulated, controls.

Spindle drive to Claim 2 and if necessary after Claim 3 , characterized in that in a braking state of the brake circuit (17) bridges at least one stator winding (11, 12, 13), preferably that in a braking state of the brake circuit (17) bridges all the stator windings (11, 12, 13).

Spindle drive to Claim 2 and if necessary after Claim 3 or 4 , characterized in that in a braking state of the brake circuit (17) bridges a series connection or parallel connection of at least two stator windings (11, 12, 13).

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the driver stage (15) comprises a three-phase inverter, preferably, that the inverter with six semiconductor switches (18-23), in particular with six MOS-FETs or with six IGBTs equipped, the to a bridge circuit of three low-side switches (18, 19, 20) and three high-side switches (21, 22, 23) are interconnected.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the driver stage (15) provides the brake circuit (17), preferably that the inverter of the driver stage (15) provides the brake circuit (17).

Spindle drive to Claim 6 and if necessary after Claim 7 , characterized in that in a braking state at least two low-side switches (18, 19, 20) or at least two high-side switches (21, 22, 23) are switched, preferably that in a braking state, all low-side Switch (18, 19, 20) or all high-side switches (21, 22, 23) are switched.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the bridging generated by the brake circuit (17) is in each case a short circuit, or that the bridging generated by the brake circuit (17) acts in each case as electrical resistance, or that of the brake circuit (17) generated bridging acts as a controllable electrical resistance.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that in a braking state for generating a braking effect by counter-energizing the motor controller (14) drives the driver stage (15) such that a torque against a current rotation of a drive component, in particular a drive shaft of the drive motor ( 5).

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that a rotational speed sensor (28) for determining the rotational speed of a drive component is provided and that the engine control (14) in response to the determined rotational speed assumes a braking state, preferably that the engine control (14) in Depending on the determined speed occupies different braking conditions.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (5) is operable in the generator mode and generates generator voltages and that when exceeding a generator voltage over a predetermined limit, the motor control (14) assumes a braking state.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the Drive housing (4) is at least partially made of a thermally conductive material, preferably made of a metallic material, more preferably made of a steel material.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the driver stage (15) has at least one contact surface (30) which is in heat-conducting contact with the drive housing (4), preferably that the driver stage (15) via the contact surface (30). in frictional engagement with the drive housing (4).

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface (30) of the driver stage (15) in heat-conducting coupling with a power component (33) of the driver stage (15), in particular with a circuit breaker of the driver stage (15), or from this Power component is formed.

Spindle drive according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface (30) of the driver stage (15) is in heat-conducting coupling with an electrical circuit board arrangement (34) of the driver stage (15) or is formed by this printed circuit board arrangement (34).