DE102016200650A1

DE102016200650A1 - Elektromotor mit induktivem Winkelsensor

Info

Publication number: DE102016200650A1
Application number: DE102016200650.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weingärtner
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-20
Also published as: DE112017000419A5; WO2017125273A1

Abstract

Es wird ein Elektromotor (1), insbesondere zum Einsatz als Stell- oder Lüftermotor in einem Kraftfahrzeug, angegeben. Der Elektromotor (1) umfasst einen Stator (3) und einen Rotor (2) sowie einen induktiven Winkelsensor (9) zur Erfassung der Drehstellung und/oder Drehzahl des Rotors (2). Der Winkelsensor (9) weist ein statorfestes induktives Element (8) und ein damit über ein magnetisches Messfeld wechselwirkendes rotorfestes induktives Koppelelement (6) auf. Das Koppelelement (6) ist unmittelbar am Rotor (2) angebracht oder durch einen Teil des Rotors (2), insbesondere durch ein Rotorblech gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet und geeignet ist. Bei dem Elektromotor handelt es sich insbesondere um einen bürstenlosen (elektrisch kommutierten) Motor, der für hohe Drehzahlen, inbesondere im Drehzahlbereich zwischen 3000 und 100.000 Umdrehungen pro Minute, ausgelegt ist. Der Elektromotor ist dabei im Kraftfahrzeug insbesondere als Lüftermotor oder als Stellmotor für Getriebe, Kupplung und dergleichen eingesetzt.
Für die elektrische Kommutierung eines solchen Motors ist eine genaue (insbesondere auf einzelne Grad, d. h. 1/360 einer Vollumdrehung genaue) Kenntnis der Drehstellung des Rotors, also des Rotorwinkels relativ zu dem Stator, erforderlich. Bisher werden für die Drehstellungserfassung bei solchen Motoren meist Hall-Sensoren verwendet, mit einem auf ein Achsende der Motorachse aufgesetzten Magneten zusammenwirken.
Die Verwendung solcher Hall-Sensoren ist allerdings aus konstruktiven Gründen ungünstig, da ein solcher Hall-Sensor einen vergleichsweise großen Bauraum einnimmt und eine endseitige Lagerung der Motorachse ausgeschlossen ist.
Andererseits ist aus DE 10 2007 021 162 A1 ein induktiver Sensor zur Erfassung der Drehstellung einer Drehwelle bekannt. Der bekannte Sensor weist ein feststehendes induktives Element sowie ein auf der Drehwelle zu befestigendes induktives Koppelelement auf.
Ähnliche induktive Sensoren sind aus DE 197 38 834 A1 und DE 197 38 841 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv vorteilhaften, insbesondere kompakten sowie einfach zu realisierenden Elektromotor anzugeben, der mit einem hochauflösenden Drehstellungssensor versehen ist. Als ”hochauflösend” ist hierbei ein Drehstellungssensor bezeichnet, der die Drehstellung des Rotors mit einer Genauigkeit von weniger als 10 Grad, insbesondere mit einer Genauigkeit von etwa einem Grad erfasst.
Erfindungsgemäß umfasst der Elektromotor einen Stator und einen Rotor, sowie einen induktiven Winkelsensor zur Erfassung der Drehstellung und/oder Drehzahl des Rotors. Der Winkelsensor weist hierbei ein statorfestes induktives Element und ein damit über ein magnetisches Messfeld wechselwirkendes, rotorfestes Koppelelement auf. Mittels des statorfesten induktiven Elements wird hierbei insbesondere ein magnetisches Messfeld erzeugt, dass von dem rotorfesten Koppelelement empfangen oder beeinflusst wird.
Das statorfeste induktive Element weist mindestens eine Sendespule oder eine Empfangsspule auf. Vorzugsweise weist das statorfeste induktive Element aber eine kombinierte Sende- und Empfangsspule oder eine Sendespule und eine oder mehrere davon getrennte Empfangsspulen auf.
Sofern das statorfeste induktive Element eine Sende- und Empfangsspule oder getrennte Sende- und Empfangsspulen aufweist, handelt es sich bei dem rotorfesten Koppelement um ein passives induktives Element, das selbst weder mit einem Sendeschaltkreis, noch mit einem Empfangsschaltkreis verschaltet ist. Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass das rotorfeste Koppelelement eine Sende- oder Empfangsspule aufweist, während das jeweilige Gegenstück (also eine Empfangs- bzw. Sendespule) in dem statorfesten induktiven Element angeordnet ist.
Der induktive Sensor ist dabei insbesondere – soweit nachfolgend nicht abweichend beschrieben – gemäß DE 10 2007 021 162 A1 , DE 197 38 841 A1 oder DE 197 38 834 A1 (oder einer Kombination der dort beschriebenen Konstruktionsmerkmale) ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist dabei allerdings das rotorfeste Koppelelement unmittelbar an dem Rotor des Elektromotors, insbesondere dessen Rotorblechpaket, befestigt. Vorzugsweise ist das induktive Koppelelement durch einen Teil des Rotors, insbesondere durch ein oder mehrere Bleche des Rotorblechpakets gebildet, nämlich insbesondere durch ein oder mehrere Randbleche, die das Rotorblechpaket an einem Axialende abschließen. Dieses Randblech oder diese Randbleche sind hierzu beispielsweise in der geometrischen Form herkömmlicher Koppelelemente von induktiven Sensoren gestaltet, beispielsweise in einer Sternform mit sich radial auswärts aufweitenden ”Strahlen”, wie sie in den 1 und 2 der DE 10 2007 021 162 A1 (dort Bezugszeichen 30) abgebildet ist.
In ebenfalls bevorzugten, alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist als Koppelelement eine feste oder flexible Leiterplatte, z. B. durch Kleben oder Auflaminieren, in den Rotor integriert oder auf dessen Oberfläche aufgebracht. In einer wiederum alternativen Ausführungsform ist das Koppelelement durch ein Stanz-Biege-Teil aus Blech gebildet, das an dem Rotor des Elektromotors befestigt ist.
In allen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Koppelelement vorzugsweise in eine axiale Stirnseite des Rotors integriert oder auf einer solchen Stirnseite aufgebracht. Das Koppelelement ist dabei insbesondere derart aufgebracht, dass es die Motorachse konzentrisch umgibt.
Das statorfeste induktive Element weist in zweckmäßiger Ausgestaltung eine Leiterplatte auf, die senkrecht zu der Motorachse ausgerichtet ist und von dieser durchstoßen wird. Die Motorachse ist vorzugsweise endseitig an einem Motorgehäuse gelagert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch eine Zeichnung mit 1 bis 6 verdeutlicht. Darin zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht einen Elektromotor mit einem Winkelsensor, ein statorfestes induktives Element und ein damit über ein magnetisches Messfeld wechselwirkendes rotorfestes induktives Koppelelement aufweist, wobei das Koppelelement durch ein Rotorblech gebildet ist,
2 in Seitenansicht den Elektromotor,
3 in Draufsicht das induktive Element des Elektromotors,
4 in Draufsicht eine alternative Ausführung des Koppelelements, das hier durch ein Stanzteil gebildet ist,
5 in Draufsicht eine weitere Ausführung des Koppelelements, das hier durch eine Platine mit Leiterbahnen gebildet ist, und
6 in Draufsicht eine weitere Ausführung des Koppelelements, das hier durch ein Stanz-Biege-Teil oder durch einen gewickelten Draht gebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Lager
5: Motorachse
6: Koppelelement (rotorfest)
7: Rotorblechpaket
8: induktives Element (statorfest)
9: induktiver Sensor
10: Sende- und Empfangsspulen
11: Elektronik
12: Leiterplatte
13: Öffnung für Motorachse

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 102007021162 A1 [0004, 0010, 0011]
DE 19738834 A1 [0005, 0010]
DE 19738841 A1 [0005, 0010]

Claims

Elektromotor (1), insbesondere zum Einsatz als Stell- oder Lüftermotor in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stator (3) und einem Rotor (2), sowie mit einem induktiven Winkelsensor (9) zur Erfassung der Drehstellung und/oder Drehzahl des Rotors (2), wobei der Winkelsensor (9) ein statorfestes induktives Element (8) und ein damit über ein magnetisches Messfeld wechselwirkendes rotorfestes induktives Koppelelement (6) aufweist, wobei das Koppelelement (6) unmittelbar am Rotor (2) angebracht oder durch einen Teil des Rotors (2), insbesondere durch ein Rotorblech gebildet ist.