DE102018117565A1

DE102018117565A1 - Statoranordnung für eine Drehmomentsensorvorrichtung und Drehmomentsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102018117565A1
Application number: DE102018117565.5A
Authority: DE
Inventors: David Nemere; Ekkehart Fröhlich; Jens Thom
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung (100) für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments sowie eine Drehmomentsensorvorrichtung, wobei die Statoranordnung (100) ein erstes Statorelement (10) und ein zweites Statorelement (11) aufweist, die jeweils zum Übertragen eines magnetischen Flusses ausgebildet sind und die jeweils einen Statorkörper (15, 17) sowie mehrere Statorlaschen (16, 18) aufweisen, wobei die beiden Statorelemente (16, 18) konzentrisch und in Umfangsrichtung derart versetzt und in axialer Richtung derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass ihre Statorlaschen (16, 18) ineinandergreifen, wobei sich die Statorlaschen (16, 18) wenigstens jeweils auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper (15, 17) des anderen Statorelements (11, 10) befinden und den Statorkörper (15, 17) des anderen Statorelements (11, 10) zumindest teilweise in axialer Richtung überlappen, wobei der Statorkörper (15, 17) den gleichen Durchmesser aufweisen und die Statorlaschen (16) mit dem gleichen Abstand zur Zentrumsachse (Z) in Umfangsrichtung angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, wobei die Statoranordnung ein erstes Statorelement und ein zweites Statorelement aufweist, die jeweils zum Übertragen eines magnetischen Flusses ausgebildet sind und die jeweils einen sich ringförmig um eine Zentrumsachse in Umfangsrichtung erstreckenden Statorkörper sowie mehrere, sich in axialer Richtung parallel zur Zentrumsachse vom Statorkörper weg erstreckende Statorlaschen aufweisen. Die beiden Statorelemente sind dabei konzentrisch und derart in Umfangsrichtung versetzt und in axialer Richtung zueinander beabstandet angeordnet, dass ihre Statorlaschen ineinandergreifen, insbesondere nach Art einer Verzahnung, wobei sich die Statorlaschen jeweils auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper des anderen Statorelements befinden und den Statorkörper des anderen Statorelements zumindest teilweise in axialer Richtung überlappen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Drehmomentsensorvorrichtung mit einer derartigen Statoranordnung.
Gattungsgemäße Statoranordnungen und Drehmomentsensorvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der US 2002/0187371 A1 , der US 2014/0283623 A1 , der US 2004/0011138 A1 oder der US 2016/0016607 A1 , wobei sich die darin offenbarten Statoranordnungen insbesondere in der Ausgestaltung der Statorelemente sowie der sich daraus ergebenden Anordnung unterscheiden.
Vorgenannte Drehmomentsensorvorrichtungen mit vorgenannten Statoranordnungen und gattungsgemäßen Statorelementen werden beispielsweise bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt, um das von einem Fahrer auf eine Lenkwelle aufgebrachte Drehmoment zu erfassen und darauf basierend den elektrischen Antriebsmotor des Lenksystems entsprechend anzusteuern, beispielsweise um eine entsprechende Lenkunterstützung bereitzustellen.
In der Regel werden Drehmomentsensorvorrichtungen dazu in Verbindung mit einer axial geteilten Welle und mit einem Torsionsstab mit definierter, bekannter Torsionssteifigkeit eingesetzt, wobei der Torsionsstab dabei einen ersten Teil der axial geteilten Welle mit einem zweiten Teil der axial geteilten Welle verbindet.
Wird ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht, bewirkt dies eine Verdrehung der beiden Teile der Welle zueinander um einen messbaren Verdrehwinkel, wobei der Verdrehwinkel sich abhängig vom aufgebrachten Drehmoment und der Steifigkeit des Torsionsstabes einstellt, so dass aus dem erfassten Verdrehwinkel bei definierter, bekannter Steifigkeit des Torsionsstabes das aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden kann.
Zur Messung des infolge eines aufgebrachten Drehmoments resultierenden Verdrehwinkels sind verschiedene Messprinzipien und Sensoranordnungen bekannt, wobei sehr häufig magnetische Sensorvorrichtungen oder -systeme zum Einsatz kommen, bei denen eine Magnetanordnung mit wenigstens einem Magnetelement, meistens mit einem umlaufenden, als Permanentmagnet ausgebildeten Ringmagneten, mit dem ersten Teil der Lenkwelle drehfest verbunden ist, und eine Statoranordnung mit einem oder mehreren, magnetisch leitfähigen Statoren drehfest mit dem zweiten Teil der Welle verbunden ist, wobei die Statoranordnung dabei in der Regel in radialer Richtung mit einem kleinen Luftspalt dazwischen konzentrisch um die Magnetanordnung, insbesondere das Magnetelement, herum angeordnet ist. Über die Statoranordnung, welche üblicherweise zwei separate Statorelemente mit jeweils einem ringförmigen Bereich umfasst, kann der magnetische Fluss eines mittels der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes zu einer Magnetsensoranordnung mit wenigstens einem Magnetsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor, übertragen bzw. weitergeleitet werden und ausgewertet werden.
Wird die drehfest mit dem ersten Teil der Welle verbundene Magnetanordnung, insbesondere deren Magnetelement, durch eine Rotationsbewegung der Welle relativ zu der mit dem zweiten Teil der Welle verbundenen Statoranordnung bewegt, ändert sich die magnetische Flussdichte in der Statoranordnung, insbesondere in den einzelnen Statorelementen, was mittels der Magnetsensoranordnung erfasst werden kann. Die Änderung der magnetischen Flussdichte in der Statoranordnung ist dabei unter anderem abhängig von der Größe der Relativbewegung der Magnetanordnung, insbesondere der jeweiligen Magnetelemente, gegenüber der Statoranordnung, insbesondere gegenüber den einzelnen Statorelemente, d.h. vom Verdrehwinkel. Somit kann aus der Änderung der erfassten Flussdichte auf den Verdrehwinkel geschlossen werden und aus dem Verdrehwinkel wiederum kann mit Kenntnis der Torsionssteifigkeit des Torsionsstabs das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment bestimmt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative, insbesondere verbesserte, Statoranordnung, insbesondere eine hinsichtlich ihres Bauraumbedarfs vorteilhafte Statoranordnung, sowie eine alternative, insbesondere verbesserte, Drehmomentsensorvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Statoranordnung sowie durch eine Drehmomentsensorvorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Statoranordnung für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, weist ein erstes Statorelement und ein zweites Statorelement auf, die jeweils zum Übertragen eines magnetischen Flusses ausgebildet sind und die jeweils einen sich ringförmig, insbesondere ringmantelförmig, um eine Zentrumsachse in Umfangsrichtung erstreckenden Statorkörper sowie mehrere, sich in axialer Richtung parallel zur Zentrumsachse vom Statorkörper weg erstreckende Statorlaschen aufweisen.
Die Statorlaschen grenzen dabei jeweils an einer den freien Enden der Statorlaschen zugewandten Kante an den Statorkörper an, wobei die beiden Statorelemente konzentrisch und in Umfangsrichtung derart versetzt und in axialer Richtung derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass ihre Statorlaschen ineinandergreifen, insbesondere „verzahnungsartig“.
Dabei befinden sich die Statorlaschen wenigstens eines der beiden Statorelemente jeweils auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper des anderen Statorelements, d.h. sie sind mit einem anderen Abstand zur Zentrumsachse angeordnet als der Statorkörper, und überlappen den Statorkörper des anderen Statorelements zumindest teilweise in axialer Richtung, insbesondere ohne das andere Statorelement zu berühren.
Erfindungsgemäß weisen der Statorkörper des ersten Statorelements und der Statorkörper des zweiten Statorelements den gleichen Durchmesser auf, und die Statorlaschen des ersten Statorelements sind mit dem gleichen Abstand zur Zentrumsachse in Umfangsrichtung angeordnet wie die Statorlaschen des zweiten Statorelements.
Die Richtungsangabe „axial“ bezieht sich vorliegend jeweils in fachüblicher Weise auf eine Richtung parallel zur Rotationsache der Welle bzw. auf eine Richtung parallel zur Zentrumsachse, die Richtungsangabe „Umfangsrichtung“ entsprechend auf eine Rotationsrichtung um diese Rotations- bzw. Zentrumsachse, die Richtungsangabe „radial“ auf eine Richtung, die senkrecht auf der axialen und Umfangsrichtung steht. Die Richtungsangabe „tangential“ bezieht sich entsprechend auf eine Richtung, welche senkrecht auf der axialen Richtung und der radialen Richtung steht.
Hierdurch lässt sich auf einfache Art und Weise eine Statoranordnung bereitstellen, welche in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet werden kann, was insbesondere durch das zumindest teilweise Überlappen der Statorlaschen in axialer Richtung mit dem Statorkörper des anderen Statorelements erreicht wird. Dadurch lässt sich insbesondere eine Statoranordnung mit einem reduzierten axialen Bauraumbedarf, d.h. in Richtung der Zentrumsachse, bereitstellen.
Das erste Statorelement und das zweite Statorelement sind dabei insbesondere jeweils zum Übertragen eines mittels eines Magneten einer Drehmomentsensorvorrichtung erzeugten Magnetfeldes an eine Magnetfeldsensorvorrichtung ausgebildet.
Der Statorkörper ist dabei insbesondere hülsenförmig ausgebildet, insbesondere im Wesentlichen oder vollständig zylindermantelförmig, und erstreckt sich insbesondere in axialer Richtung, d.h. parallel zur Zentrumsachse, wobei die Statorlaschen insbesondere in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, insbesondere gleichmäßig verteilt mit Abstandslücken dazwischen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Statorlaschen und Abstandslücken insbesondere derart bemessen, dass das zweite Statorelement, insbesondere wenn es identisch zum ersten Statorelement ausgebildet ist, konzentrisch und in Umfangsrichtung derart versetzt zum Statorelement anordbar ist, dass die Statorlaschen des Statorelements in die Abstandslücken des zweiten Statorelements eingreifen, insbesondere kämmend, nach Art einer Verzahnung, insbesondere jedoch ohne Kontakt zwischen den Zähnen in Umfangsrichtung, wobei die Statorlaschen des zweiten Statorelements insbesondere entsprechend analog, insbesondere kämmend, nach Art einer Verzahnung, insbesondere jedoch ebenfalls ohne Kontakt zwischen den Zähnen in Umfangsrichtung, in die Abstandslücken des Statorelements eingreifen.
Die Statorlaschen können dabei quader- oder rechteckförmig ausgebildet sein, wobei sie vorzugsweise an ihren freien Ende angefast sind. Sie können sich aber auch mit zunehmendem Abstand vom Statorkörper weg verjüngen, beispielsweise linear und spitz zulaufend ausgebildet sein, insbesondere in Umfangsrichtung jeweils zu ihrer Mitte hin, und beispielsweise als dreiecksförmige oder pfeilspitzenförmige Laschen ausgebildet sein. Alternativ könnend die Statorlaschen auch eine trapezförmige Kontur oder nur eine sich verjüngende Spitze aufweisen und/oder sich nur im Bereich ihres freien Endes verjüngen. Vorzugsweise sind die Statorlaschen jedoch so ausgebildet, dass sich bei versetzter und verzahnungsartigem Ineinandergreifen zweier identischer Statorelemente ein möglichst geschlossener Zylindermantel im Bereich der Statorelemente in Umfangsrichtung ergibt, wobei sich die Statorlaschen jedoch bevorzugt nicht berühren.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Statorlaschen wenigstens eines Statorelements, insbesondere die Statorlaschen des ersten Statorelements und des zweiten Statorelements, jeweils auf einem anderen Radius in axialer Richtung als der zugehörige Statorkörper, d.h. die Statorlaschen sind in radialer Richtung bevorzugt abgesetzt zum Statorkörper ausgebildet. Hierdurch kann eine besonders kompakte Statoranordnung in axialer Richtung erreicht werden, da diese eine überlappende Anordnung in axialer Richtung ermöglicht, insbesondere mit identisch ausgebildeten Statorelementen.
Besonders bevorzugt befinden sich die Statorlaschen des ersten Statorelements auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper des zweiten Statorelements und überlappen insbesondere den Statorkörper des zweiten Statorelements in axialer Richtung zumindest teilweise, und die Statorlaschen des zweiten Statorelements befinden sich insbesondere auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper des ersten Statorelements und überlappen insbesondere den Statorkörper des ersten Statorelements in axialer Richtung zumindest teilweise.
In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Statorelement, insbesondere das erste Statorelement und das zweite Statorelement, in Umfangsrichtung Laschenabschnitte auf, in welchen sich die Statorlaschen in axialer Richtung erstrecken, und Lückenabschnitte dazwischen, in denen sich die Abstandslücken befinden, wobei die Laschenabschnitte einen von den Lückenabschnitten verschiedenen Radius aufweisen.
In einer Weiterbildung ist dabei bevorzugt der Radius des Statorelements in jedem der Laschenabschnitte und/oder jedem der Lückenabschnitte wenigstens in Umfangsrichtung jeweils konstant, insbesondere außerdem in axialer Richtung, wobei vorzugsweise sämtliche Laschenabschnitte jeweils den gleichen Radius aufweisen, d.h. jeweils den gleichen Abstand zur Zentrumsachse, und/oder sämtliche Lückenabschnitte. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise ein Statorelement bereitstellen, dass die Bereitstellung einer in axialer Richtung besonders kompakten Statoranordnung ermöglicht.
Dabei können gegebenenfalls jeweils Übergangsabschnitte, die sich in Umfangsrichtung zwischen den Laschenabschnitten und den Lückenabschnitten erstrecken, vorhanden sein, oder Übergangsabschnitte, die sich im Bereich der Laschenabschnitte vom Statorkörper in axialer Richtung zu den Statorlaschen erstrecken, wenn sich die Statorlaschen nicht auf dem gleichen Radius in axialer Richtung erstrecken.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung überlappen die Statorlaschen wenigstens eines Statorelements den Statorkörper des anderen Statorelements in axialer Richtung zumindest teilweise im Bereich der Lückenabschnitte, wobei insbesondere bei wenigstens einem Statorelement ein Unterschied im Radius zwischen den Laschenabschnitten und den Lückenabschnitten derart bemessen ist, dass die Statorlaschen den Statorkörper berührungsfrei überlappen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der Statorelemente aus einem Statorband hergestellt, dass als abgewickeltes, flaches Statorelement aus einem Halbzeug herausgetrennt worden ist. Hierdurch lassen sich die Statorelemente besonders einfach und kostengünstig herstellen, insbesondere mit nur sehr wenig Verschnitt, was aufgrund des hohen Materialpreises und der daraus resultierenden Materialkosten von nicht unerheblicher Bedeutung ist. Statorelemente werden üblicherweise aus weichmagnetischem Material hergestellt, insbesondere aus weichmagnetischem Metall, insbesondere aus weichmagnetischen Metalllegierungen, welches relativ teuer ist.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der Statorelemente aus einem Statorband hergestellt, dass als abgewickeltes, flaches Statorelement aus einem Metallblech, insbesondere einem Blechstreifen, herausgetrennt worden ist, insbesondere durch Stanzen, insbesondere mit einem Stanzhub radial zur Zentrumsachse, bezogen auf das Statorelement in einem fertigen Zustand. Hierdurch lassen sich insbesondere große Stückzahlen an Statorelementen herstellen, und dies außerdem schnell, einfach und relativ kostengünstig und mit nahezu beliebiger Außenkontur.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der Statorelemente aus einem Statorband hergestellt, dass nach dem Heraustrennen, insbesondere in einem weiteren Schritt, zu einem sich in Umfangsrichtung um eine Zentrumsachse erstreckenden Ring umgeformt worden ist, insbesondere durch Biegen, insbesondere durch Rundbiegen, vorzugsweise zu einem nahezu vollständig geschlossenen Ring, insbesondere zu einem vollständig geschlossenen Ring, wobei das Statorband ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und insbesondere eine Länge, die dem Umfang des Statorelements in einem fertigen Zustand entspricht. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise aus dem aus dem Herausgetrennten Statorband die erforderliche ringförmige Geometrie, insbesondere eine ringmantelförmige Geometrie, für das Statorelement hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Statorband dabei derart aus dem Halbzeug herausgetrennt, dass das erste Ende und das zweite Ende des Statorbands jeweils vorzugsweise im Bereich einer Abstandslücke liegen, insbesondere in der Mitte einer Abstandslücke.
Alternativ können das erste Ende und das zweite Ende des Statorbands auch im Bereich einer Statorlasche, insbesondere jeweils in der Mitte einer Statorlasche vorgesehen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Statorband derart aus dem Halbzeug herausgetrennt, dass sich ein regelmäßig fortsetzendes, nicht unterbrochenes Muster in Umfangsrichtung einstellt, wenn das Statorband einen Ring bildet oder zu einem Ring umgeformt ist. Hierdurch können Ungleichmäßigkeiten in Umfangsrichtung, insbesondere bei der Übertragung eines magnetischen Flusses, reduziert oder sogar ganz vermieden werden.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind bei wenigstens einem Statorelement, insbesondere jeweils bei beiden, das erste Ende und das zweite Ende des zu dem Ring geformten Statorbands zumindest teilweise miteinander verbunden worden, insbesondere mittels eines Stumpfstoßes, insbesondere stoffschlüssig, insbesondere wenigstens im Bereich des Statorkörpers, so dass der aus dem Statorband geformte Ring in Umfangsrichtung zumindest über einen Teil seiner Länge in axialer Richtung vollständig geschlossen ist, insbesondere über seine gesamte Länge. Hierdurch lässt sich die Formstabilität des Statorelements verbessern. Ferner können Ungleichmäßigkeiten in Umfangsrichtung, insbesondere bei der Übertragung eines magnetischen Flusses, reduziert oder sogar ganz vermieden werden.
Die Enden des Statorbands wurden dabei insbesondere miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Ultraschallschweißen. Alternativ können die Enden auch miteinander verklebt worden sein, wobei für diesen Fall bevorzugt ein mit magnetischen Partikeln gefüllter Klebstoff verwendet werden sollte, um eine möglichst homogenes Magnetisierungsverhalten in Umfangsrichtung zu erreichen.
Bevorzugt ist ferner wenigstens ein Statorelement, insbesondere beide Statorelemente, dabei wenigstens im Bereich des Statorkörpers in axialer Richtung, vorzugsweise über seine gesamte Länge, in Umfangsrichtung vollständig geschlossen ausgebildet, d.h. ohne ein Lücke in Umfangsrichtung, insbesondere ohne eine Lücke im Bereich des Statorkörpers. Hierdurch können Ungleichmäßigkeiten in Umfangsrichtung, insbesondere bzgl. der magnetischen Eigenschaften, reduziert oder sogar ganz vermieden werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, insbesondere in einem weiteren Schritt, bei wenigstens einem Statorelement der erfindungsgemäßen Statoranordnung bei der Herstellung des Statorelements, insbesondere bei beiden Statorelementen, das flache, abgewickelte Statorband oder das zu einem Ring geformte Statorelement derart umgeformt worden, dass sich die Statorlaschen nach dem Umformen auf einem anderen Radius in axialer Richtung erstrecken als der Statorkörper.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind dazu bei wenigstens einem Statorelement die Statorlaschen gegenüber dem Statorkörper 2-fach abgekantet worden, insbesondere um das Absetzen der Statorlaschen gegenüber dem Statorkörper in radialer Richtung zu erreichen. Mittels Abkanten können die Statorlaschen besonders einfach gegenüber dem Statorkörper abgesetzt werden.
In einer, insbesondere alternativen, Ausführung der vorliegenden Erfindung sind, bei wenigstens einem Statorelement, insbesondere bei beiden Statorelementen, durch Umformen, insbesondere durch Prägen, in Abschnitten zwischen den Statorlaschen in Umfangsrichtung oder im Bereich der Statorlaschen Vertiefungen und/oder Erhöhungen in radialer Richtung eingebracht worden, insbesondere Vertiefungen und/oder Erhöhungen, die über eine axiale Länge konstant sind. Hierdurch kann zum einen die Formstabilität der Statorelemente verbessert werden. Zum anderen können auf diese Art und Weise die Statorlaschen ebenfalls besonders einfach gegenüber dem Statorkörper abgesetzt werden.
Sind die Vertiefungen und/oder Erhöhung in axialer Richtung konstant ausgebildet, lässt sich, insbesondere mit zwei identischen Statorelementen, eine in axialer Richtung besonders kompakte Statoranordnung realisieren, da diese Ausführung auf einfache Art und Weise das zumindest teilweise Überlappen des anderen Statorkörpers durch die Statorlaschen in axialer Richtung ermöglicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind das erste Statorelement und das zweite Statorelement identisch ausgebildet. Hierdurch können die Variantenvielfalt und die Anzahl der herzustellenden Teile erheblich reduziert werden.
Eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zum Erfassen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erfindungsgemäße Statoranordnung aufweist.
Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine insbesondere axial kompakte und in einigen Fällen auch radial kompakte Drehmomentsensorvorrichtung bereitstellen, welche, bei entsprechender Ausgestaltung des Statorelements, außerdem einfach hergestellt und deren Statorelemente darüber hinaus in einigen Fällen und bei entsprechender Ausgestaltung mit einem reduzierten Materialverbrauch gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen hergestellt werden können.
Die mit Bezug auf die Statoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend ebenfalls für eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtu ng.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern ihre Kombination zu technisch ausführbaren Merkmalskombinationen führt.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer bevorzugter, nicht einschränkender Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung in perspektivischer Darstellung,
2 die Statoranordnung aus 1 in Explosionsdarstellung,
3 eines der Statorelemente aus 1 und 2 in perspektivischer Einzelteildarstellung als erstes Ausführungsbeispiel für ein Statorelement für eine erfindungsgemäße Statoranordnung und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Statorelements für eine erfindungsgemäße Statoranordnung in perspektivischer Einzelteildarstellung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung 100 in perspektivischer Darstellung und 2 die zugehörige Explosionsdarstellung für eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung mit einem grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau, wobei die erfindungsgemäße Statoranordnung 100 zwei erfindungsgemäße, konzentrisch und versetzt zueinander angeordneten Statorelemente 10 und 11 aufweist, die verzahnt ineinandergreifen und in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei jeweils zusätzlich noch eine im Inneren konzentrisch zu den Statorelementen 10, 11 angeordnete Permanentmagnethülse 12 gezeigt ist und jeweils zwei außerhalb von den Statorelementen 10 und 11 angeordnete, ringförmige Flussleiter 13 und 14, um den Aufbau einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung vom Prinzip her deutlich zu machen.
Die Statorelemente 10 und 11 sind jeweils zum Übertragen eines von dem Permanentmagneten 12 erzeugten magnetischen Flusses ausgebildet sind und weisen jeweils einen sich ringförmig um eine Zentrumsachse Z in Umfangsrichtung erstreckenden Statorkörper 15 bzw. 17 (vgl. 2) sowie mehrere, sich in axialer Richtung parallel zur Zentrumsachse vom Statorkörper 15 bzw. 17 weg erstreckende Statorlaschen 16 bzw. 18 auf, wobei die Statorlaschen 16 bzw. 18 jeweils an einer den freien Enden der Statorlaschen 16 bzw. 18 zugewandten Kante an den Statorkörper 15 bzw. 17 angrenzen, wobei die beiden Statorelemente 10, 11 konzentrisch und in Umfangsrichtung derart versetzt und in axialer Richtung derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass ihre Statorlaschen 16, 18 ineinandergreifen, wobei sich die Statorlaschen 16, 18 wenigstens jeweils auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper 15, 17 des anderen Statorelements 11, 10 befinden und den Statorkörper 17, 15 des anderen Statorelements 11, 10 zumindest teilweise in axialer Richtung überlappen.
Erfindungsgemäß weise der Statorkörper 15 des ersten Statorelements 10 und der Statorkörper 17 des zweiten Statorelements 11 den gleichen Nenn-Durchmesser auf, insbesondere den gleichen mittleren Durchmesser, und die Statorlaschen 16 des ersten Statorelements 10 sind mit dem gleichen Abstand bzw. einem gleichen Radius zur Zentrumsachse Z in Umfangsrichtung verteilt angeordnet wie die Statorlaschen 18 des zweiten Statorelements 11.
Die Statorelemente 10, 11 sind dabei jeweils in axialer Richtung derart überlappend zueinander angeordnet, dass die Statorlaschen 16, 18 jeweils in den zwei Statorlaschen 18, 16 unter den Statorkörper 17, 15 des anderen Statorelements greifen und somit den Statorkörper 17, 15 jeweils in axialer Richtung zumindest teilweise überlappen, ohne diesen jedoch zu berühren. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Statoranordnung 100 in axialer Richtung.
Die Statorlaschen 16 bzw. die zugehörigen Laschenabschnitte 21 (vgl. 3) sind jeweils durch Einprägen von Erhöhungen im Bereich der Abstandslücken bzw. der Lückenabschnitte 20 gegenüber dem Statorkörper 15 in Bereich der Lückenabschnitte 20 abgesetzt, wobei sich die Erhöhungen jeweils über die gesamte axiale Länge des Statorelementes 10 erstrecken bzw. die Vertiefungen über die gesamte Länge der Statorlaschen 16, 18 auf dem gleichen Radius, d.h. mit gleichem Abstand zur Zentrumsachse Z.
Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Art und Weise die Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Statoranordnung, insbesondere die erfindungsgemäße überlappenden Anordnung, insbesondere mit zwei identisch ausgebildeten Statorelementen 10 und 11.
Darüber hinaus kann durch die zylindermantelförmige Grundform des Statorkörpers 15, 17 anstelle eines ringscheiben- oder U-förmigen Statorkörpers ein Bauraumgewinn in radialer Richtung erreicht werden. Infolgedessen kann bei gegebenem Wellendurchmesser zugehörige eine Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kleiner und damit kompakter gebaut werden.
Der gewonnene Bauraum kann aber, insbesondere alternativ, auch zur Vergrößerung eines Luftspalts zu einem der außen um das Statorelement herum angeordneten Flussleiter 13, 14 genutzt werden. Hierdurch können zum einen größere Toleranzbereiche für die einzelnen Teile der Drehmomentsensorvorrichtung zugelassen werden. Zum anderen wird die Montage der Drehmomentsensorvorrichtung vereinfacht. Ferner lassen sich in einigen Fällen positive Effekte auf die Lebensdauer erreichen, insbesondere durch die Reduzierung von Verschleiß sowie weniger störenden Geometrieänderungen infolge von Temperaturwechselbelastungen.
Die Statorelemente 10, 11 sind dabei jeweils durch Stanzen aus einem Metallblechstreifen aus einer weichmagnetischen Legierung als flache und abgewickelte Statorelemente 10, 11 herausgetrennt worden und anschließend durch Rundbiegen zu einem geschlossenen Ring geformt worden, wobei die beiden Ringenden im Bereich der Verbindungsnaht 19 durch Ultraschallschweißen miteinander verschweißt worden sind, , wobei die Verbindungsnaht 21 dabei zwischen zwei Statorlaschen 16 liegt.
Zur Erhöhung der Formstabilität und um die axiale Überlappung zweier identischer Statorelemente zu ermöglichen, wurden, wie bereits beschrieben zwischen den Statorlaschen 16 jeweils Erhebungen in den Statorkörper eingeprägt.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Statorelements 10' für eine erfindungsgemäße Statoranordnung 100 in perspektivischer Einzelteildarstellung, wobei das Statorelement 10' ebenfalls durch Heraustrennen aus einem Halbzeug, anschließendem Rundbiegen und wenigstens einem Umformschritt hergestellt worden ist.
Das hier nicht näher bezeichnete erste und zweite Ende des Statorbands sind zur Erhöhung der Formstabilität des Rings ebenfalls miteinander verschweißt
Die Statorlaschen 36 sind ebenfalls in radialer Richtung abgesetzt gegenüber dem Statorkörper 35 angeordnet, wobei dies in diesem Fall durch zweifaches Biegen um jeweils 90°, d.h. 2-faches Abkanten, der Statorlaschen 36 erreicht worden ist. Das Abkanten kann dabei nach dem Umformen des Statorbands zum Ring erfolgen, oder aber bereits davor, was in den meisten Fällen vorteilhaft sein wird.
Diese Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls eine erfindungsgemäße, zumindest teilweise axiale Überlappung der Statorlaschen 36 zweier, insbesondere identischer Statorelemente 10', die konzentrisch und derart axial beabstandet und in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet werden, mit dem jeweiligen Statorkörper 35 des anderen Statorelements 10', wobei die Statorlaschen 36 dabei jeweils radial innen vom Statorkörper 35 unter diesem eingreifen können.
Dadurch kann ebenfalls eine in axialer Richtung besonders kompakte Statoranordnung bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

10, 11; 10': Statorelement für eine erfindungsgemäße Statoranordnung
12: Magnetelement
13, 14: Flussleiter
15, 17, 35: Statorkörper
16, 18, 36: Statorlaschen
19, 39: Verbindungsnaht
20, 40: Lückenabschnitte
21, 41: Laschenabschnitte Statorkörper
100: erfindungsgemäße Statoranordnung
Z: Zentrumsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/0187371 A1 [0003]
US 2014/0283623 A1 [0003]
US 2004/0011138 A1 [0003]
US 2016/0016607 A1 [0003]

Claims

Statoranordnung (100) für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, wobei die Statoranordnung (100) ein erstes Statorelement (10) und ein zweites Statorelement (11) aufweist, die jeweils zum Übertragen eines magnetischen Flusses ausgebildet sind und die jeweils einen sich ringförmig um eine Zentrumsachse (Z) in Umfangsrichtung erstreckenden Statorkörper (15, 17) sowie mehrere, sich in axialer Richtung parallel zur Zentrumsachse (Z) vom Statorkörper (15, 17) weg erstreckende Statorlaschen (16, 18) aufweisen, wobei die Statorlaschen (16, 18) jeweils an einer den freien Enden der Statorlaschen (16, 18) zugewandten Kante an den Statorkörper (15, 17) angrenzen, wobei die beiden Statorelemente (16, 18) konzentrisch und in Umfangsrichtung derart versetzt und in axialer Richtung derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass ihre Statorlaschen (16, 18) ineinandergreifen, wobei sich die Statorlaschen (16, 18) wenigstens jeweils auf einem Radius innerhalb oder außerhalb vom Statorkörper (15, 17) des anderen Statorelements (11, 10) befinden und den Statorkörper (15, 17) des anderen Statorelements (11, 10) zumindest teilweise in axialer Richtung überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (15, 17) des ersten Statorelements (10) und der Statorkörper (17) des zweiten Statorelements (11) den gleichen Durchmesser aufweisen und die Statorlaschen (16) des ersten Statorelements (10) mit dem gleichen Abstand zur Zentrumsachse (Z) in Umfangsrichtung angeordnet sind wie die Statorlaschen (18) des zweiten Statorelements (11).
Statoranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Statorlaschen (16, 18) wenigstens eines Statorelements (10, 11), insbesondere die Statorlaschen (16, 18) des ersten Statorelements (10) und des zweiten Statorelements (11), jeweils zumindest abschnittsweise auf einem anderen Radius in axialer Richtung erstrecken als der zugehörige Statorkörper (15, 17).
Statoranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Statorelement (10, 11), insbesondere das erste Statorelement (10) und das zweite Statorelement (11), in Umfangsrichtung Laschenabschnitte (21) aufweisen, in welchen sich die Statorlaschen (16, 18) in axialer Richtung erstrecken, und Lückenabschnitte (20) dazwischen, in denen sich die Abstandslücken befinden, wobei die Laschenabschnitte (21) einen von den Lückenabschnitten (20) zumindest abschnittsweise verschiedenen Radius aufweisen.
Statoranordnung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorlaschen (16, 18) wenigstens eines Statorelements (10, 11) den Statorkörper (15, 17) des anderen Statorelements (11, 10) im Bereich der Lückenabschnitte (20) in axialer Richtung überlappen, wobei insbesondere bei wenigstens einem Statorelement (10, 11) ein Unterschied im Radius zwischen den Laschenabschnitten (21) und den Lückenabschnitten (20) derart bemessen ist, dass die Statorlaschen (16, 18) den Statorkörper (15, 17) berührungsfrei überlappen.
Statoranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Statorelemente (10, 11) aus einem Statorband hergestellt ist, dass als abgewickeltes, flaches Statorelement aus einem Halbzeug herausgetrennt worden ist,
Statoranordnung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Statorelemente (10, 11) aus einem Statorband hergestellt ist, dass als abgewickeltes, flaches Statorelement aus einem Metallblech, insbesondere einem Blechstreifen, herausgetrennt worden ist, insbesondere durch Stanzen, insbesondere mit einem Stanzhub radial zur Zentrumsachse (Z), bezogen auf das Statorelement in einem fertigen Zustand.
Statoranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Statorelemente (10, 11) aus einem Statorband hergestellt ist, dass nach dem Heraustrennen, insbesondere in einem weiteren Schritt, zu einem sich in Umfangsrichtung um eine Zentrumsachse (Z) erstreckenden Ring umgeformt worden ist, wobei das Statorband ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und insbesondere eine Länge, die dem Umfang des Statorelements (10, 11) in einem fertigen Zustand entspricht.
Statoranordnung (100) nach einem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende und das zweite Ende des zu dem Ring geformten Statorbands zumindest teilweise miteinander verbunden worden sind, so dass der aus dem Statorband geformte Ring zumindest über einen Teil seiner Länge in axialer Richtung in Umfangsrichtung vollständig geschlossen ist.
Statoranordnung (100) nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere in einem weiteren Schritt, das flache, abgewickelte Statorband oder das zu einem Ring geformte Statorelement derart umgeformt worden ist, dass sich die Statorlaschen (16, 18) nach dem Umformen auf einem anderen Radius in axialer Richtung erstrecken als der Statorkörper (15, 17).
Statoranordnung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Statorlaschen (36) gegenüber dem Statorkörper (35) 2-fach abgekantet worden sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Statorelement (10, 11) durch Umformen, insbesondere durch Prägen, in Abschnitte zwischen den Statorlaschen (20) in Umfangsrichtung oder im Bereich der Statorlaschen (16) Vertiefungen und/oder Erhöhungen in radialer Richtung in das flache, abgewickelte Statorband oder in das zu einem Ring geformte Statorelement eingebracht sind, insbesondere Vertiefungen und/oder Erhöhungen, die über eine axiale Länge konstant sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Statorelement (10) und das zweite Statorelement (11) identisch ausgebildet sind.
Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zum Erfassen eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorvorrichtung eine Statoranordnung (100) umfasst, die nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.