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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Rotorlage eines Elektromotors.
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Die
DE 10 2007 060 241 A1 offenbart eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stator und einem Rotor und einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der Relativlage zwischen Stator und Rotor. Die Sensoreinrichtung umfasst ein Flussleitelement und ein magnetisches Sensorelement, wobei über das Flussleitelement der Magnetfluss eines mit dem Rotor umlaufenden Magneten zum Sensorelement zu leiten ist, wobei das Flussleitelement zur Ausbildung eines magnetischen Rückschlusses zwei zum Rotor führende Polabschnitte sowie einen die Polabschnitte verbindenden Steg aufweist, wobei das Sensorelement benachbart zu dem Steg positioniert ist.
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Die
DE 103 55 076 A1 offenbart einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, mit einem Flansch, einem Gehäuse, einem Stator, einem Rotor und mindestens einem Lagesensor zur Erfassung der Rotorlage.
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Die
DE 10 2015 216 233 A1 offenbart ein Rotorlagesystem zur Bestimmung einer Lage eines Rotors relativ zu einem Stator einer elektrischen Maschine, wobei das Rotorlagesystem einen Sensor und eine mit dem Sensor in Wirkverbindung stehende Geberkontur aufweist.
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Die
DE 196 26 213 A1 offenbart eine elektrische Maschine, welche insbesondere für einen Antrieb zum Einsatz in Elektrofahrzeugen verwendet wird. Diese elektrische Maschine weist ein in einem Gehäuse angeordneten Ständer auf, sowie einen in einem Lager eines Lagerschilds gelagerten Rotor und ein elektronisches Bauelement sowie einem Kühlkörper für das elektronische Bauelement.
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Die
DE 10 2011 079 657 A1 offenbart einen Elektromotor, insbesondere einen elektronisch kommutierten Elektromotor. Der Elektromotor weist einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor auf. Der Elektromotor weist weiterhin einen Rotorpositionssensor auf, welcher ausgebildet ist, eine Rotorposition des Rotors in Abhängigkeit eines mit dem Rotor drehfest verbundenen Permanentmagneten zu erfassen und ein Rotorpositionssignal zu erzeugen. Eine Motorwelle des Elektromotors der eingangs genannten Art weist eine Aussparung auf, wobei der Permanentmagnet wenigstens teilweise in der Aussparung angeordnet ist.
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Die
WO 2012/059 248 A1 offenbart bekannte elektromotorische Kfz-Flüssigkeits-Förderpumpen mit einem elektrisch kommutierten Motorstator und einem permanent erregten Motorrotor, wobei ein Spalttopf den Nassbereich mit dem Motorrotor und einem Pumpenrotor von dem den Motorstator aufweisenden Trockenbereich trennt, mit einem ferromagnetischen Flussleitelement und mit einem Hallsensor, der statorseitig beabstandet zum Motorrotor angeordnet ist. Die Halterung und Montage eines derartigen Flussleitelementes ist allerdings aufwendig in der Fertigung und erfordert mehr Bauraum. Die
WO 2012/059 248 A1 offenbart weiterhin, dass das ferromagnetische Flussleitelement in einer Ausnehmung des Spalttopfes angeordnet ist, so dass separate Bauteile zum Halfen und/oder Montieren des Flussleitelementes entfallen und außerdem die axiale Dicke des Spalttopfes, der eine geringe magnetische Leitfähigkeit aufweist, teilweise überbrückt wird, wodurch eine Erhöhung der Flussdichte zur verbesserten Rotorlageerkennung realisiert wird.
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Die Elektromotoren aus dem Stand der Technik besitzen zur Erfassung der Rotorlagen den Nachteil, dass zusätzliche Hilfsmagnete erforderlich sind, welches zu einem komplexeren Aufbau des Elektromagneten und zu zusätzlichen Kosten führt. Weiterhin besitzen solche bekannten Elektromotoren aufgrund von schwachen Streufeldern des Magneten eine verringerte Genauigkeit zur Lagebestimmung des Rotors.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu minimieren, insbesondere die Genauigkeit der Lagebestimmung des Rotors zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Elektromotor aufweisend einen Stator und ein Rotor, welcher stirnseitig eine Ebene aufweist. Der Elektromotor weist eine Welle auf, welche mit dem Rotor rotatorisch in Wirkverbindung steht. Der Elektromotor weist weiterhin zumindest einen Sensor zur Bestimmung der Rotorlage auf, wobei zumindest zwei Magnete mit dem Rotor verbunden sind, welche mit dem Sensor korrespondieren. Der Sensor ist von einer Drehachse der Welle beabstandet angeordnet, wobei zwischen der Ebene des Rotors und dem Sensor eine Distanz vorhanden ist, wobei ein Magnet aus der Ebene des Rotors in Richtung des Sensors herausragt.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der aus der Ebene herausragende Bereich des Magneten zumindest teilweise profiliert ist, wobei durch die profilierte Ausgestaltung dieses Bereiches des Magneten weiteres Material des Magneten zur Verfügung steht, um zusätzliche Schaltimpulse in dem Sensor zu erzeugen. Zur Bestimmung der Rotorlage ist eine größere Magnetkraft nutzbar, wodurch die Flussdichte in Verbindung zum Drehwinkel des Rotors durch den herausragenden Magneten beeinflussbar ist, wobei das Schalten des Sensors bei geringerem Drehwinkel des Rotors wie beispielsweise +/- 0,5 Grad bei +/- 5mT erfolgt. Somit liegt eine präzisere ermittelbare Rotorlage des Rotors vor, wodurch eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Rotorlage zu erreichen ist und eine erhöht Effizienz des Elektromotors vorhanden ist. Durch diese Ausgestaltung sind keine zusätzlichen Magnete erforderlich, wodurch die Kosten für Montage und Hilfsmagnete entfallen.
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Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiterhin kann vorteilig sein, dass zwischen dem Magneten und dem Sensor eine Beabstandung vorliegt. Hierdurch ist gewährleistet, dass während der Rotation des Rotors eine Beabstandung zwischen dem Magneten und dem Sensor vorhanden ist, wobei permanent ein Magnetfluss vorhanden ist.
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Auch von Vorteil kann sein, dass der Rotor aus einem Blechpaket gebildet ist. Durch ein Blechpaket ist der Rotor flexibler zu gestalten, wobei eine kostengünstige Herstellung des Rotors zu erzielen ist.
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Vorteilig kann sein, dass die profilierte Ausgestaltung in Form von zumindest einem Zahnprofil gebildet ist. Das Zahnprofil bietet die Möglichkeit, weitere Schaltimpulse des Sensors zu erzeugen, wodurch eine höhere Genauigkeit zur Bestimmung der Rotorlage erzielt wird. Hierbei ist die Bestimmung der Rotorlage präziser zu ermitteln, wodurch die Effizienz des Elektromotors erhöht ist. Solche Zahnprofile sind maschinell kostengünstig an dem Magneten herzustellen.
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Von weiterem Vorteil kann sein, dass der Sensor auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine SMD-Bestückung gewährleistet.
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Es kann auch von Vorteil sein, dass der Sensor mit der Leierplatte verbunden ist. Der Sensor ist über Verbindungsfüße bzw. -beine mit der Leiterplatte verbunden. Die letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, dass über die Verbindungsfüße und die dadurch entstehende zusätzliche Distanz zur Leiterplatte weitergehende Anordnungsmöglichkeiten für den Sensor möglich sind.
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Weiterhin kann von Vorteil sein, dass der Sensor ein Hallsensor oder ein GMR-Sensor ist. Solche Sensoren sind zuverlässig und kostengünstig, welche auf einfache Weise in das System einsetzbar sind.
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Ebenfalls kann von Vorteil sein, dass der Magnet ein Oberflächenmagnet oder ein vergrabener Magnet ist. Hierdurch ist die Anwendbarkeit flexibel gehalten, wobei die Montage der Magneten auf einfache Weise durchführbar ist.
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Bei einer Bestromung des Elektromagneten erfolgt eine Rotation des Rotors, wobei in dem Sensor Schaltimpulse erzeugt werden, die zur Bestimmung der Rotorlage nutzbar sind. Der aus der Ebene herausragende Magnet bewirkt eine erhöhte Flussdichte, da mehr Oberfläche des Magneten für die Schaltimpulse des Sensors zur Verfügung steht und somit eine erhöhte Magnetkraft nutzbar ist, wodurch die Genauigkeit zur Bestimmung der Rotorlage verbessert ist. Bei der Ausgestaltung des aus der Ebene herausragenden Magneten wie beispielsweise ein Zahnprofil werden weitere Schaltimpulse in dem Sensor erzeugt, wodurch die Genauigkeit zur Bestimmung der Rotorlage präziser zu ermitteln ist und somit die Effizienz des Elektromotors erhöht ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung.
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Es zeigt:
- 1 ein Diagramm aus dem Stand der Technik zur Lagebestimmung eines Rotors,
- 2 ein Diagramm zur Lagebestimmung eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 3 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung im Schnitt.
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1 zeigt ein Diagramm aus dem Stand der Technik zur Lagebestimmung eines Rotors. Bei diesem Diagramm ist eine Schaltwelle des Sensors in einem Bereich zwischen +5mT und -5mT angenommen worden, wobei der Motorstrom X mit 30 A, der Motorstrom Y mit 0 A und der Motorstrom Z mit -30 A angegeben sind. Bei einem Motorstrom X mit 30 A und der Schaltwelle von +5mT ist dem Diagramm ein Rotordrehwinkel von -2,5 Grad und bei dem Motorstrom X mit 30 A und der Schaltwelle -5mT ein Rotordrehwinkel von +2,5 Grad entnehmbar. Bei den Motorströmen Y mit 0 A und Z mit -30 A sind dem Diagramm Rotordrehwinkel entnehmbar, welche bei der Schaltwelle von +5mT zwischen -1,5 Grad und -2 Grad und bei einer Schaltwelle von -5mT zwischen +1,5 Grad und +2 Grad entnehmbar sind.
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2 zeigt ein Diagramm zur Lagebestimmung eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Diagramm ist ebenfalls eine Schaltwelle des Sensors in einem Bereich zwischen +5mT und -5mT angenommen worden, wobei der Motorstrom X mit 30 A, der Motorstrom Y mit 0 A und der Motorstrom Z mit -30 A angegeben sind.
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Bei einem Motorstrom X mit 30 A und der Schaltwelle von +5mT ist dem Diagramm ein Rotordrehwinkel von -0,5 Grad und bei dem Motorstrom X mit 30 A und der Schaltwelle -5mT ein Rotordrehwinkel von +0,5 Grad entnehmbar. Bei einem Motorstrom Y mit 0 A und der Schaltwelle von +5mT ist dem Diagramm ein Rotordrehwinkel von -0,5 Grad und bei dem Motorstrom Y mit 0 A und der Schaltwelle -5mT ein Rotordrehwinkel von +0,5 Grad entnehmbar. Bei einem Motorstrom Z mit -30 A und der Schaltwelle von +5mT ist dem Diagramm ein Rotordrehwinkel von -0,5 Grad und bei dem Motorstrom Z mit -30 A und der Schaltwelle -5mT ein Rotordrehwinkel von +0,5 Grad entnehmbar.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung im Schnitt. An einer Welle 60 eines Elektromagneten ist ein Rotor 40 angeordnet, welcher Rotor 40 eine Ebene A aufweist, wobei die Welle 60 eine Drehachse 70 aufweist. Der Rotor 40 umfasst einen Magneten 30, der derart mit dem Rotor 40 verbunden ist, dass der Magnet 30 aus der Ebene A des Rotors herausragt. Der Elektromagnet weist einen Sensor 50 auf, welcher von der Welle 60 beabstandet angeordnet ist. Der Sensor 50 ist weiterhin von der Ebene A des Rotors 40 beabstandet angeordnet, wodurch zwischen dem Rotor 40 und dem Sensor 50 ein Luftspalt vorhanden ist, wobei während des rotierenden Rotors 40 der Luftspalt vorhanden bleibt. Der aus der Ebene A herausragende Magnet 30 ragt derart aus der Ebene A des Rotors heraus, dass zwischen dem Magneten 30 und dem Sensor 50 ebenfalls eine Beabstandung vorhanden ist. Es ist sichergestellt, dass während des rotierenden Rotors eine Beabstandung zwischen dem Magneten 30 und dem Sensor 50 vorhanden ist.
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Bei einer Bestromung des Elektromagneten erfolgt eine Rotation des Rotors 40, wobei in dem Sensor 50 Schaltimpulse erzeugt werden, die zur Bestimmung der Rotorlage nutzbar sind. Der aus der Ebene A herausragende Magnet 30 bewirkt eine erhöhte Flussdichte, da mehr Material und somit mehr Oberfläche des Magneten 30 für die Schaltimpulse des Sensors 50 zur Verfügung steht und somit nutzbar ist, wodurch die Genauigkeit zur Bestimmung der Rotorlage verbessert ist. Bei der Ausgestaltung des aus der Ebene A herausragenden Magneten 30 wie beispielsweise ein Zahnprofil werden die Schaltimpulse in dem Sensor 50 erhöht, da weiteres Material des Magneten 30 für die Schaltimpulse des Sensors 50 nutzbar ist, wodurch eine weitere Genauigkeit zur Bestimmung der Rotorlage erreichbar ist. Das Diagramm gemäß 2 verdeutlicht, dass bei einer angenommenen Schaltwelle des Sensors in einem Bereich zwischen +5mT und -5mT ein Winkelbereich von +0,5 Grad und -0,5 Grad der Rotorlage erzielbar ist.
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Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 30
- Magnet
- 40
- Rotor
- 50
- Sensor
- 60
- Welle
- 70
- Drehachse
- A
- Ebene
- X
- Motorstrom 30 A
- Y
- Motorstrom 0 A
- Z
- Motorstrom -30 A
