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Die Erfindung betrifft ein Rotorelement einer Rotorlagesensorvorrichtung zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem Sensorelement der Rotorlagesensorvorrichtung, eine Rotorlagesensorvorrichtung zur Erfassung von Winkel- und Rotationsinformationen einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine.
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In vielzähligen Anwendungen kommen Sensorvorrichtungen zum Einsatz, welche die Winkel- und Rotationsinformationen einer elektrischen Maschine erfassen.
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Diese Sensorvorrichtungen bzw. Rotorlagesensorvorrichtungen bestehen im vereinfachten Prinzip aus einem Rotor und einem Stator. Ein Signalelement bzw. ein Sensorelement ist üblicherweise fest mit einem Gehäuseelement verbunden und bildet somit den Stator.
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Das Signalelement kann als ganzer Ring oder als Ringsegment ausgebildet sein.
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Ein Rotorelement hingegen ist meist ein rotationssymmetrisches Teil, welches mit dem elektrischen Motor dreht und somit den Rotor der Rotorlagesensorvorrichtung bildet.
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Um die Einflüsse von Torsion oder Toleranzen zu minimieren, werden diese Rotorlagesensorvorrichtungen so nah wie möglich an dem elektrischen Motor angebracht; daher erfolgt meist eine Integration in das Gehäuse um den elektrischen Motor.
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Der zwischen Rotor bzw. Rotorelement und Stator bzw. Sensorelement definierte Luftspalt liefert Rückschlüsse auf die Signalqualität und somit auf Winkel- und Rotationsinformationen.
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Größerer Luftspalte liefern schlechtere Signalqualitäten als geringere. Durch z. B. den vielschichtigen Aufbau eines Hybridsystems (sowohl fertigungsbedingt als auch montagebedingt) ergeben sich viele aneinander verkettete Bauteile und somit eine lange Toleranzkette.
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Darüber hinaus ergeben sich während des Betriebs dynamische Effekte, die bspw. zu Schlag oder Exzentrizität führen und zusätzliche die Signalqualität negativ beeinflussen.
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Eine derartige Lösung aus dem Stand der Technik ist exemplarisch in 1 dargestellt.
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Hierbei zeigt 1 eine verbreitete Möglichkeit zur Integration einer Rotorlagesensorvorrichtung an einer elektrischen Maschine 10.
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Die E-Maschine 10 bzw. deren Rotorteil 13 und das Rotorelement 1 der Rotorlagesensorvorrichtung werden auf eine Rotorwelle 11 montiert und über eine Schraubenmutter 15 (axiales Sicherungselement mit definiertem Anzugsmoment, analog einer Schraubenverbindung) axial festgezogen. Somit entsteht eine kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung.
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Sowohl das Rotorteil 13 als auch das Rotorelement 1 mit seinem Verbindungsbereich 2 und seinen Kreisringsektorelementen 3 sind über eine Steckverzahnung 17 an der Rotorwelle 11 formschlüssig befestigt.
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Die Schraubenmutter 15 greift mit ihrem Gewinde 16 in das Gewinde 12 der Rotorwelle 11, sodass die Schraubenmutter 15 eine Kraft in Richtung des Absatzes 14 ausübt und das Rotorelement 1 zusammen mit dem Rotorteil 13 gegen den Absatz 14 spannt.
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Der Rotorlagesensor 18 bzw. das Sensorelement 18 ist fest mit dem Gehäuse 19 der elektrischen Maschine 10 verbunden.
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Sensorelement 18 und Rotorelement 1 drehen im Betrieb relativ zu einander.
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Im Lichte des genannten Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rotorelement, eine Rotorlagesensorvorrichtung sowie eine elektrische Maschine anzugeben, welche kostengünstig und materialsparend herstellbar sind sowie insbesondere ein möglichst einfaches und kostengünstiges System mit wenigen Bauteilen gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Rotorelement einer Rotorlagesensorvorrichtung zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem Sensorelement der Rotorlagesensorvorrichtung:
- - einen Verbindungsbereich zur Verbindung, insbesondere zur formschlüssigen Verbindung, mit einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine,
- - wobei der Verbindungsbereich kreisringförmig ausgebildet ist, und
- - mindestens ein Kreisringsektorelement, das an der radial außenliegenden Außenseite des Verbindungsbereichs angeordnet ist, um das Rotorelement flügelradartig auszubilden.
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Bevorzugterweise weist der kreisringförmige Verbindungsbereich an seiner radial innenliegenden Innenseite ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde, zum Verschrauben mit einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine auf. Auf diese Weise kann zum einen axialer Bauraum eingespart werden und zum anderen kann die Toleranzkette der zu montierenden Teile verkürzt werden. Auch kann der Montageaufwand reduziert werden, wodurch Kosten einsparbar sind.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rotorlagesensorvorrichtung zur Erfassung von Winkel- und Rotationsinformationen einer elektrischen Maschine.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Rotorelements, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Rotorlagesensorvorrichtung Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend das Rotorelement können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Bevorzugterweise umfasst die Rotorlagesensorvorrichtung zur Erfassung von Winkel- und Rotationsinformationen einer elektrischen Maschine:
- - ein Sensorelement zum Erfassen von Strömen, insbesondere von Wirbelströmen, und
- - ein Rotorelement nach dem ersten Aspekt zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Sensorelement.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Maschine.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Rotorelements, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der elektrischen Maschine Anwendung finden können.
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Auch wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Rotorlagesensorvorrichtung, wie sie unter dem zweiten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der elektrischen Maschine Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend das Rotorelement und die oben unter dem zweiten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die Rotorlagesensorvorrichtung können auch hier unter dem dritten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Bevorzugterweise umfasst eine elektrische Maschine eine Rotorwelle zur Verbindung mit einem Rotorelement einer Rotorlagesensorvorrichtung.
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Ferner ist es bevorzugt, dass die Rotorwelle ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde, aufweist, welches vorzugsweise mit einem Gewinde eines Rotorelements einer Rotorlagesensorvorrichtung zusammenwirkt, um eine Schraubverbindung zu realisieren. Somit kann eine kraftschlüssige Verbindung realisiert werden.
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Ferner ist es günstig, wenn die elektrische Maschine ein Rotorelement oder eine Rotorlagesensorvorrichtung umfasst.
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Vorteilhafterweise umfasst die elektrische Maschine ein Rotorteil, durch welches die Rotorwelle in Drehbewegung versetzbar ist.
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Auch ist es von Vorteil, wenn das Rotorelement das Rotorteil an der Rotorwelle befestigt bzw. verspannt.
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Vorzugsweise spannt das Rotorelement das Rotorteil gegen einen Absatz der Rotorwelle. Dadurch kann ein Kraftschluss realisiert werden.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - ein Rotorelement einer Rotorlagesensorvorrichtung einer elektrischen Maschine, wobei vorzugsweise die Funktion des Rotorelements der Rotorlagesensorvorrichtung und die Funktion einer Mutter in einem Bauteil zusammengeführt ist.
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So ist es möglich, den axialen Aufbau einer elektrischen Maschine entscheidend zu reduzieren.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise die Funktion der Mutter in das Geberrad bzw. das Rotorelement integriert.
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Gleichzeit kann durch die Reduktion der Bauteile die Toleranzkette reduziert werden.
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Die Befestigung des Geberrades bzw. des Rotorelements kann vorzugsweise über jede erdenkliche Art und Weise ausgeführt werden.
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Günstigerweise wird dies über ein Gewinde realisiert, da so ein definiertes Anzugsmoment eingestellt und sichergestellt werden kann.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine Schnittansicht einer Rotorlagesensorvorrichtung an einer elektrischen Maschine aus dem Stand der Technik;
- 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Rotorlagesensorvorrichtung an einer elektrischen Maschine;
- 3 eine dreidimensionale Ansicht eines Rotorelements aus dem Stand der Technik; und
- 4 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotorelements.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine verbreitete Möglichkeit aus dem Stand der Technik zur Integration einer Rotorlagesensorvorrichtung an einer elektrischen Maschine 10.
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Aufgrund des Umstandes, dass 1 bereits eingangs der Beschreibung diskutiert wurde, wird an dieser Stelle von weiteren Ausführungen abgesehen.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Rotorlagesensorvorrichtung an einer elektrischen Maschine 10.
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Genauer dargestellt zeigt 2 eine elektrische Maschine 10 mit einer Rotorwelle 11 zur Verbindung mit einem Rotorelement 1 einer Rotorlagesensorvorrichtung.
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Hierbei hat die Rotorwelle 11 ein Außengewinde 12 bzw. Gewinde 12, welches mit einem Gewinde 4 des Rotorelements 1 der Rotorlagesensorvorrichtung zusammenwirkt, um eine Schraubverbindung zu realisieren.
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Des Weiteren zeigt 2, dass die elektrische Maschine 10 ein Rotorteil 13 umfasst, durch welches die Rotorwelle 11 in Drehbewegung versetzbar ist, wobei das Rotorelement 1 das Rotorteil 13 an der Rotorwelle 12 befestigt bzw. verspannt.
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Konkreter dargestellt, spannt das Rotorelement 1 das Rotorteil 13 gegen einen Absatz 14 der Rotorwelle 13.
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Auch zeigt 2, dass das Rotorteil 13 über eine Steckverzahnung 17 an der Rotorwelle 11 formschlüssig befestigt ist.
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Wie erwähnt, hat die elektrische Maschine 10 eine Rotorlagesensorvorrichtung zur Erfassung von Winkel- und Rotationsinformationen der elektrischen Maschine 10.
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Die Rotorlagesensorvorrichtung hat ihrerseits ein Sensorelement 18 (in 2 nicht dargestellt - vgl. 1) zum Erfassen von Strömen, insbesondere von Wirbelströmen, und das Rotorelement 1 zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Sensorelement 18.
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4 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Rotorelements 1.
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Nachfolgende Beschreibung ist analog auf 2 anwendbar.
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Das Rotorelement 1 der Rotorlagesensorvorrichtung zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Sensorelement 18 der Rotorlagesensorvorrichtung hat einen Verbindungsbereich 2 zur Verbindung mit einer Rotorwelle 11 einer elektrischen Maschine 10.
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Hierbei ist der Verbindungsbereich 2 kreisringförmig ausgebildet.
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Ferner hat das Rotorelement 1 mehrere Kreisringsektorelemente 3, die an der radial außenliegenden Außenseite A des Verbindungsbereichs 2 angeordnet sind, um das Rotorelement 1 flügelradartig auszubilden.
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Des Weiteren weist der kreisringförmige Verbindungsbereich 2 an seiner radial innenliegenden Innenseite I ein Gewinde 4 bzw. ein Innengewinde 4 zum Verschrauben mit der Rotorwelle 11 der elektrischen Maschine 10 auf.
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Demgegenüber zeigt 3 eine dreidimensionale Ansicht eines Rotorelements 1 aus dem Stand der Technik.
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Dieses hat an seiner Innenseite I einen Teil einer Steckverzahnung 17, über die es an der Rotorwelle 11 aus 1 formschlüssig befestigbar ist - vgl. 1.
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Nachstehend werden die 2 und 4 nochmals mit anderen Worten beschrieben.
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2 und 4 zeigen eine elektrische Maschine 10 bzw. ein Rotorteil 13 der elektrischen Maschine 10, das über eine geeignete Verbindung zur Rotorwelle 11 verfügt. Diese Verbindung kann fest oder los sein.
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Um das Rotorteil 13 axial zu sichern, wird eine entsprechende axiale Sicherung benötigt, die über das Rotorelement 1 der Rotorlagesensorvorrichtung realisiert wird.
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In 3 und 4 ist der Vergleich der Rotorelemente 1 nach Stand der Technik und im Sinne der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Nach Stand der Technik - 3 - wird das Rotorteil 13 beispielsweise über eine Steckverzahnung 17 mit der Rotorwelle 11 verbunden. Diese Verbindung ist lose und muss daher mit einem zusätzlichem Sicherungselement bzw. mit einer Schraubenmutter 15 gesichert werden.
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Im Sinne der Erfindung kann auf eine zusätzliches Sicherungselement 15 verzichtet werden, da diese Funktion im Rotorelement 1 integriert ist - 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorelement
- 2
- Verbindungsbereich
- 3
- Kreisringsektorelement
- 4
- Gewinde
- 10
- elektrische Maschine
- 11
- Rotorwelle
- 12
- Gewinde
- 13
- Rotorteil
- 14
- Absatz
- 15
- Schraubenmutter
- 16
- Gewinde der Schraubenmutter
- 17
- Steckverzahnung
- 18
- Sensorelement
- A
- Außenseite
- I
- Innenseite
