DE102020131811A1 - Method of controlling an actuator - Google Patents

Method of controlling an actuator Download PDF

Info

Publication number
DE102020131811A1
DE102020131811A1 DE102020131811.1A DE102020131811A DE102020131811A1 DE 102020131811 A1 DE102020131811 A1 DE 102020131811A1 DE 102020131811 A DE102020131811 A DE 102020131811A DE 102020131811 A1 DE102020131811 A1 DE 102020131811A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
rotor
component
movement
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020131811.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Klaus Moosmann
Christian Dieterich
Florian BAYER
Giovanni Biancuzzi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Priority to DE102020131811.1A priority Critical patent/DE102020131811A1/en
Publication of DE102020131811A1 publication Critical patent/DE102020131811A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Stellantriebs sowie einen Stellantrieb. Das Verfahren wird mit einem Stellantrieb durchgeführt, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, ein beweglich gelagertes Bauteil sowie ein Getriebe, welches das Bauteil mit dem Rotor mechanisch koppelt, umfasst. Der Stellantrieb weist ferner einen Positionssensor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bauteils zu bestimmen. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Sollwertes für eine Bewegung des Bauteils, wobei der Sollwert einen Betrag einer Bewegung des Rotors charakterisiert. Der Rotor wird von einer Startstellung bis zu einer Zwischenstellung, in der eine mittels des Positionssensors bestimmte Stellungsänderung des Bauteils relativ zu einer Startstellung des Bauteils erstmals einen Schwellenwert erreicht, bewegt. Anschließend wird der Rotor von der Zwischenstellung um den dem Sollwert entsprechenden Betrag in eine Endstellung bewegt.The invention relates to a method for controlling an actuator and an actuator. The method is carried out with an actuator that includes an electric motor with a stator and a rotor, a movably mounted component and a gear that mechanically couples the component to the rotor. The actuator also has a position sensor that is set up to determine a position of the component. The method includes receiving a setpoint for movement of the component, the setpoint characterizing an amount of movement of the rotor. The rotor is moved from a starting position to an intermediate position in which a change in position of the component, determined by means of the position sensor, relative to a starting position of the component reaches a threshold value for the first time. The rotor is then moved from the intermediate position to an end position by the amount corresponding to the setpoint.

Description

GEBIETAREA

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Stellantriebs sowie einen Stellantrieb.The invention relates to a method for controlling an actuator and an actuator.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Stellantriebe mit elektrischen Kleinmotoren wie beispielsweise bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) kommen unter anderem im Automobilbereich und in der Automatisierungstechnik zur Anwendung, zum Beispiel als Antrieb für Stellglieder wie Klappen oder Ventile, beispielsweise Nadelventile. Zur Steuerung und Überwachung können solche Stellantriebe mit Sensoren ausgestattet sein, um Parameter wie die Rotorstellung, die Rotordrehzahl oder die Stellung eines mit dem Rotor gekoppelten Stellglieds zu bestimmen.Actuators with small electric motors such as brushless direct current motors (BLDC motors) are used, among other things, in the automotive sector and in automation technology, for example as a drive for actuators such as flaps or valves, for example needle valves. Such actuators can be equipped with sensors for control and monitoring in order to determine parameters such as the rotor position, the rotor speed or the position of an actuator coupled to the rotor.

Ein Stellantrieb kann einen Positionssensor aufweisen, der an einem beweglich gelagerten Element des Stellantriebs, wie einem Rotor, einem Abtriebsrad oder einem Zwischenrad eines Getriebes, angeordnet ist. Beispielsweise kann der Stellantrieb einen magnetischen Sensor wie einen Hall-Sensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Stärke und/oder Richtung eines Magnetfelds zu messen. Auf dem beweglich gelagerten Element, z.B. auf dem Abtriebsrad, kann ein Magnet angebracht sein. Der Hall-Sensor kann in der Nähe des Abtriebsrads angeordnet sein, um das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld zu messen. Wird das Abtriebsrad bewegt, ändert sich das Magnetfeld am Ort des Sensors. Anhand des gemessenen Magnetfelds kann somit die Drehwinkelstellung des Abtriebsrads sowie gegebenenfalls die Stellung eines mit dem Abtriebsrad gekoppelten Stellglieds ermittelt werden. Ebenso sind magnetoresistive Sensoren wie beispielsweise AMR-Sensoren, die auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR-Effekt) basieren, möglich. Ein Stellantrieb mit einem an einem Abtriebsrad angeordneten magnetischen Positionssensor ist beispielsweise aus der WO 2018/060630 A1 bekannt.An actuator can have a position sensor which is arranged on a movably mounted element of the actuator, such as a rotor, an output wheel or an intermediate wheel of a transmission. For example, the actuator can have a magnetic sensor, such as a Hall sensor, which is set up to measure a strength and/or direction of a magnetic field. A magnet can be attached to the movably mounted element, for example on the driven wheel. The Hall sensor can be placed near the driven gear to measure the magnetic field generated by the magnet. If the driven wheel is moved, the magnetic field at the sensor location changes. Based on the measured magnetic field, the angular position of the driven wheel and, if necessary, the position of an actuator coupled to the driven wheel can thus be determined. Magnetoresistive sensors such as AMR sensors based on the anisotropic magnetoresistive effect (AMR effect) are also possible. An actuator with a driven wheel arranged on a magnetic position sensor is, for example, from WO 2018/060630 A1 known.

Basierend auf der mittels des Positionssensors bestimmten Drehwinkelstellung des Abtriebsrads kann eine Bewegung des Stellglieds gesteuert werden. Insbesondere bei Stellantrieben mit kompakter Bauweise ist der für die Anordnung des Positionssensors zur Verfügung stehende Platz allerdings in der Regel begrenzt und es besteht meist ein erheblicher Kostendruck. Daher kann ein Kompromiss im Hinblick auf die erreichbare Genauigkeit bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung des Abtriebsrads und damit bei der Bewegung des Stellglieds erforderlich sein. Eine indirekte Bestimmung der Drehwinkelstellung des Abtriebsrads wiederum, beispielsweise anhand eines Antriebssignals für den Elektromotor, kann zwar theoretisch eine höhere Genauigkeit erlauben, die aber in der Praxis zum Beispiel aufgrund eines Spiels in dem Getriebe des Stellantriebs im Allgemeinen nicht erreicht werden kann.A movement of the actuator can be controlled based on the rotational angle position of the driven wheel determined by means of the position sensor. However, particularly in the case of actuators with a compact design, the space available for arranging the position sensor is usually limited and there is usually considerable cost pressure. Therefore, a compromise may be necessary with regard to the accuracy that can be achieved when determining the angular position of the output wheel and thus when moving the actuator. Indirect determination of the angular position of the driven wheel, for example using a drive signal for the electric motor, can theoretically allow greater accuracy, but this cannot generally be achieved in practice, for example due to play in the actuator gear.

ÜBERBLICKOVERVIEW

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Stellantriebs anzugeben, mit dem insbesondere bei Stellantrieben mit kompakter Bauweise die Genauigkeit bei der Bewegung eines Stellglieds verbessert werden kann.It is therefore an object of the invention to specify a method for controlling an actuator, with which the accuracy during the movement of an actuator can be improved, particularly in the case of actuators with a compact design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Steuerung eines Stellantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a method for controlling an actuator with the features of claim 1 and an actuator with the features of claim 9 . Developments of the invention are specified in the dependent claims.

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Stellantriebs vorgesehen, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, ein beweglich gelagertes Bauteil, ein Getriebe, welches das Bauteil mit dem Rotor mechanisch koppelt, sowie einen Positionssensor, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bauteils zu bestimmen, umfasst. Das Verfahren umfasst (1) das Empfangen eines Sollwertes für eine Bewegung des Bauteils, wobei der Sollwert einen Betrag einer Bewegung des Rotors charakterisiert; (2) das Bewegen des Rotors von einer Startstellung bis zu einer Zwischenstellung, in der eine mittels des Positionssensors bestimmte Stellungsänderung des Bauteils relativ zu einer Startstellung des Bauteils erstmals einen Schwellenwert erreicht; sowie (3) das Bewegen des Rotors von der Zwischenstellung um den dem Sollwert entsprechenden Betrag in eine Endstellung. Die obige Nummerierung der Schritte dient allein der Klarheit und impliziert keine zeitliche Abfolge der Ausführung. Soweit technisch möglich können die Schritte des Verfahrens in einer beliebigen Reihenfolge und insbesondere auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden.A method for controlling an actuator drive is provided, which has an electric motor with a stator and a rotor, a movably mounted component, a transmission that mechanically couples the component to the rotor, and a position sensor that is set up to determine a position of the component to determine includes. The method includes (1) receiving a command value for movement of the component, the command value characterizing an amount of movement of the rotor; (2) moving the rotor from a starting position to an intermediate position in which a change in position of the component relative to a starting position of the component as determined by the position sensor first reaches a threshold value; and (3) moving the rotor from the intermediate position to an end position by the amount equal to the setpoint. The step numbering above is for clarity only and does not imply a time sequence of execution. As far as technically possible, the steps of the method can be carried out in any order and in particular also at least partially simultaneously.

Der Stellantrieb kann beispielsweise der erfindungsgemäße Stellantrieb gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen sein. Insbesondere kann der Elektromotor zum Beispiel ein Gleichstrommotor oder ein Wechselstrommotor sein und das beweglich gelagerte Bauteil ein drehbar gelagertes Bauteil, beispielsweise ein Zahnrad sein. Das Getriebe kann ein Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe sein und zum Beispiel eine Vielzahl miteinander gekoppelter Getrieberäder umfassen, die eine Drehbewegung des Rotors in eine Bewegung des beweglich gelagerten Bauteils übersetzen. Der Positionssensor kann dazu eingerichtet sein, eine Absolutstellung des Bauteils zu bestimmen und/oder eine relative Stellungsänderung oder Bewegung des Bauteils, und kann beispielsweise ein magnetisches, ein induktives und/oder ein kapazitives Sensorelement umfassen. Der elektrische Motor kann insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor sein.The actuator can be, for example, the actuator according to the invention according to one of the embodiments described herein. In particular, the electric motor can be a DC motor or an AC motor, for example, and the movably mounted component can be a rotatably mounted component, for example a gear wheel. The gear can be a step-up or step-down gear and can comprise, for example, a large number of gear wheels which are coupled to one another and which translate a rotational movement of the rotor into a movement of the movably mounted component. The position sensor can be set up to to determine an absolute position of the component and/or a relative change in position or movement of the component, and can, for example, comprise a magnetic, an inductive and/or a capacitive sensor element. The electric motor can in particular be a brushless DC motor or a stepping motor.

Der Sollwert für die Bewegung des Bauteils kann zum Beispiel von einer Steuereinheit des Stellantriebs festgelegt worden sein oder von einer Einheit außerhalb des Stellantriebs, zum Beispiel einem Steuergerät, empfangen werden. Der Sollwert quantifiziert eine Stellungsänderung des Rotors entweder direkt, beispielsweise durch Angabe einer Drehwinkeländerung des Rotors wie etwa eine Anzahl von Umdrehungen des Rotors, oder indirekt, beispielsweise durch Angabe eines Parameters für ein Antriebssignal des Elektromotors, zum Beispiel eine Zeit, während der das Antriebssignal bereitgestellt wird, oder eine Anzahl von Kommutierungsschritten wie unten beschrieben. In manchen Ausgestaltungen kann der Sollwert anhand eines Soll-Betrags für die Bewegung des Bauteils oder eines Stellglieds berechnet werden.The target value for the movement of the component can, for example, have been determined by a control unit of the actuator or can be received from a unit external to the actuator, for example a control unit. The setpoint quantifies a change in position of the rotor either directly, for example by specifying a change in the angle of rotation of the rotor, such as a number of revolutions of the rotor, or indirectly, for example by specifying a parameter for a drive signal of the electric motor, for example a time during which the drive signal is provided or a number of commutation steps as described below. In some configurations, the target value can be calculated based on a target amount for the movement of the component or an actuator.

Der Rotor befindet sich anfänglich in einer bekannten oder unbekannten Startstellung und wird ausgehend von dieser Startstellung bewegt, zum Beispiel durch Bereitstellen eines geeigneten Antriebssignals für den Elektromotor. Obwohl das Bauteil über das Getriebe mit dem Rotor mechanisch gekoppelt ist, kann die Bewegung des Rotors in manchen Fällen zunächst nicht zu einer Bewegung des Bauteils führen, beispielsweise aufgrund eines Getriebespiels. Dieses kann dazu führen, dass die Bewegung des Rotors nicht unmittelbar durch das Getriebe hindurch übertragen wird, sondern zunächst in dem Getriebe verloren geht. Erst nach Durchlaufen des Getriebespiels kann die Bewegung des Rotors auf das Bauteil übertragen werden, so dass das Bauteil anfängt, sich ebenfalls zu bewegen.The rotor is initially in a known or unknown starting position and is moved from this starting position, for example by providing an appropriate drive signal to the electric motor. Although the component is mechanically coupled to the rotor via the gear, in some cases the movement of the rotor cannot initially lead to a movement of the component, for example due to gear play. This can lead to the movement of the rotor not being transmitted directly through the transmission, but being initially lost in the transmission. Only after running through the gear play can the movement of the rotor be transferred to the component, so that the component also begins to move.

Die Stellung des Bauteils kann während der Bewegung des Rotors mittels des Positionssensors überwacht werden, um die durch die Bewegung des Rotors hervorgerufenen Stellungsänderung des Bauteils zu bestimmen und mit dem Schwellenwert zu vergleichen. Die Stellung, in der sich der Rotor befindet, wenn die Stellungsänderung des Bauteils den Schwellenwert erreicht, wird als Zwischenstellung bezeichnet. Der Schwellenwert kann dabei ein fest vorgegebener Wert sein oder kann von dem Sollwert abhängen. Alternativ kann der Schwellenwert auch adaptiv ermittelt werden, beispielsweise auf Basis der vorangegangenen Stellbewegung.The position of the component can be monitored during the movement of the rotor by means of the position sensor in order to determine the change in position of the component caused by the movement of the rotor and to compare it with the threshold value. The position that the rotor is in when the component position change reaches the threshold is called the intermediate position. The threshold value can be a fixed value or can depend on the target value. Alternatively, the threshold value can also be determined adaptively, for example on the basis of the previous adjustment movement.

Das Erreichen der Zwischenstellung kann zusätzlich mittels einer Messung des Phasenstroms des Elektromotors ermittelt oder verifiziert werden. Beispielsweise kann der Phasenstrom mit einem Schwellwert verglichen werden. Der Zeitpunkt des Erreichens des Schwellwertes oder die Anzahl der bis zum Erreichen des Schwellwertes ausgeführten Kommutierungsschritte können zur Verifikation und/oder zur Ermittlung des Einsetzens der Bewegung des beweglichen Bauteils verwendet werden.Reaching the intermediate position can also be determined or verified by measuring the phase current of the electric motor. For example, the phase current can be compared to a threshold value. The point in time at which the threshold value is reached or the number of commutation steps carried out before the threshold value is reached can be used for verification and/or for determining the start of the movement of the movable component.

Nach Erreichen der Zwischenstellung wird der Rotor dann ausgehend von der Zwischenstellung um den dem Sollwert entsprechenden Betrag in eine Endstellung bewegt, zum Beispiel indem der Rotor um die entsprechende Drehwinkeländerung gedreht wird oder die entsprechenden Zahl von Kommutierungsschritten durchgeführt wird. Hierzu kann die Stellung des Rotors überwacht werden, zum Beispiel mittels eines weiteren Positionssensors und/oder anhand eines Antriebssignals für den Elektromotor. Bevorzugt wird der Rotor in der Zwischenstellung nicht gestoppt, sondern die Bewegung des Rotors kontinuierlich fortgesetzt. Sobald der Rotor die Endstellung erreicht, kann die Bewegung des Rotors und damit die Bewegung des beweglich gelagerten Bauteils sowie eines gegebenenfalls mit dem Bauteil gekoppeltes Stellglieds gestoppt werden.After reaching the intermediate position, the rotor is then moved from the intermediate position to an end position by the amount corresponding to the desired value, for example by turning the rotor by the corresponding change in rotation angle or by carrying out the corresponding number of commutation steps. For this purpose, the position of the rotor can be monitored, for example using a further position sensor and/or using a drive signal for the electric motor. The rotor is preferably not stopped in the intermediate position, but rather the movement of the rotor is continued continuously. As soon as the rotor reaches the end position, the movement of the rotor and thus the movement of the movably mounted component and of an actuator that may be coupled to the component can be stopped.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Positionssensor genutzt werden, um zu erkennen, wann das Bauteil anfängt sich zu bewegen, und damit beispielsweise das Erreichen des Endes des Getriebespiels erkannt und entsprechend kompensiert werden. Die eigentliche Bewegung des Bauteils dagegen erfolgt auf Basis des Sollwerts, der den Betrag der Bewegung des Rotors charakterisiert und somit beispielsweise anhand eines Antriebssignals für den Elektromotor gezielt angesteuert werden kann. Damit kann beispielsweise eine höhere Genauigkeit in der Positionsbestimmung des Rotors für die Steuerung der Bewegung des Bauteils und/oder des Stellglieds ausgenutzt werden, ohne dass diese durch das Getriebespiel verfälscht wird.By means of the method according to the invention, the position sensor can be used to detect when the component begins to move, and thus, for example, when the end of the gear play has been reached can be detected and correspondingly compensated for. The actual movement of the component, on the other hand, takes place on the basis of the setpoint value, which characterizes the amount of movement of the rotor and can therefore be controlled in a targeted manner, for example using a drive signal for the electric motor. In this way, for example, greater accuracy in determining the position of the rotor can be used to control the movement of the component and/or the actuator, without this being falsified by the gear backlash.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), der durch geeignete Kommutierung eines elektrischen Antriebssignals angetrieben wird. Entsprechend kann der Sollwert beispielsweise eine Anzahl von Kommutierungsschritten angeben, die ausgeführt werden, um den Rotor von der Zwischenstellung in die Endstellung zu bewegen. Die Anzahl der Kommutierungsschritte kann zum Beispiel anhand einer gewünschten Stellungsänderung des Stellglieds berechnet werden.In a preferred embodiment, the electric motor is an electronically commutated DC motor, such as a brushless DC (BLDC) motor, driven by appropriate commutation of an electrical drive signal. Correspondingly, the desired value can specify, for example, a number of commutation steps that are carried out in order to move the rotor from the intermediate position to the end position. The number of commutation steps can be calculated, for example, based on a desired change in position of the actuator.

Eine Stellungsänderung des Bauteils zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten beim Bewegen des Rotors kann weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, in einem Beispiel weniger als 5% des Schwellenwertes betragen. Die Stellungsänderung des Bauteils ist dabei die Stellungsänderung, die das Bauteil ohne bzw. nach Durchlaufen des Getriebespiels bei einer Bewegung des Rotors erfährt, d.h. in einer Konfiguration, in der die Bewegung des Rotors durch das Getriebe direkt auf das Bauteil übertragen wird, z.B. während der Bewegung des Rotors von der Zwischenstellung in die Endstellung. Die Stellungsänderung des Bauteils zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten kann beispielsweise durch eine geeignete Wahl einer Übersetzung des Getriebes und/oder einer Anzahl von Polpaaren des Elektromotors angepasst werden. In einem Beispiel ist das beweglich gelagerte Bauteil ein drehbar gelagertes Bauteil und die Drehwinkeländerung des Bauteils zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten beträgt zwischen 0.005° und 0.05°.A change in position of the component between two successive commutation steps when moving the rotor can be less than 20%, preferably less than 10%, in one example less than 5% of the threshold value. the The change in position of the component is the change in position that the component experiences without or after running through the gear play during a movement of the rotor, ie in a configuration in which the movement of the rotor is transmitted through the gear directly to the component, e.g. during the movement of the rotor from the intermediate position to the end position. The change in position of the component between two successive commutation steps can be adapted, for example, by a suitable selection of a gear ratio of the transmission and/or a number of pole pairs of the electric motor. In one example, the movably mounted component is a rotatably mounted component and the change in the angle of rotation of the component between two successive commutation steps is between 0.005° and 0.05°.

Der Positionssensor für die Bestimmung der Stellung des Bauteils kann eine Detektionsschwelle haben, welche eine kleinstmögliche Stellungsänderung des Bauteils charakterisiert, die von dem Positionssensor detektiert werden kann. In einem Beispiel ist der Positionssensor dazu eingerichtet, ein digitales Sensorsignal zu erzeugen, welches die Stellung des Bauteils angibt, und die Detektionsschwelle kann der Änderung des Sensorsignals um 1 Bit entsprechen. In einem anderen Beispiel ist der Positionssensor dazu eingerichtet, ein analoges Sensorsignal zu erzeugen, welches die Stellung des Bauteils angibt, und die Detektionsschwelle kann eine Variation des Sensorsignals charakterisieren, zum Beispiel eine mittlere Variation eines Rauschens auf dem Sensorsignal während das Bauteil sich in einer festen Stellung befindet. Der Schwellenwert für die Stellungsänderung des Bauteils beträgt vorzugsweise zwischen dem Zwei- und Zehnfachen der Detektionsschwelle, in manchen Beispielen zwischen dem Drei- und Siebenfachen der Detektionsschwelle, in einem Beispiel das Fünffache der Detektionsschwelle.The position sensor for determining the position of the component can have a detection threshold which characterizes the smallest possible change in position of the component that can be detected by the position sensor. In one example, the position sensor is configured to generate a digital sensor signal indicative of the position of the component, and the detection threshold may correspond to a 1-bit change in the sensor signal. In another example, the position sensor is configured to generate an analog sensor signal indicative of the position of the component, and the detection threshold may characterize a variation of the sensor signal, for example an average variation of noise on the sensor signal while the component is in a fixed position position. The threshold value for the change in position of the component is preferably between two and ten times the detection threshold, in some examples between three and seven times the detection threshold, in one example five times the detection threshold.

In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen eines Betrags der Rotorbewegung zwischen der Startstellung und der Zwischenstellung, um ein Getriebespiel des Stellantriebs zu bestimmen. Der Betrag der Rotorbewegung kann zum Beispiel mittels eines weiteren Positionssensors bestimmt werden, der dazu eingerichtet ist eine Stellung des Rotors zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Betrag der Rotorbewegung auch ohne Verwendung eines weiteren Positionssensors anhand eines Steuer- oder Antriebssignals für den Elektromotor bestimmt werden, zum Beispiel durch Zählen der Anzahl von Kommutierungsschritten oder Messen der Zeit bis zum Erreichen der Zwischenstellung. In manchen Ausgestaltungen kann das Verfahren ferner das Vergleichen des Betrags der Rotorbewegung mit einem Referenzwert umfassen, beispielsweise um zu ermitteln, ob das Getriebespiel ungewöhnlich hoch ist, was beispielsweise auf einen Defekt in dem Getriebe hindeuten kann. Der ermittelte Betrag der Rotorbewegung von der Startstellung bis zu der Zwischenstellung kann in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert werden. Der ermittelte Betrag der Rotorbewegung kann beispielsweise als Drehwinkel oder als eine Anzahl an Kommutierungsschritten abgespeichert werden. Wird nun der Betrag der Rotorbewegung erneut ermittelt, kann dieser Wert mit dem zuvor ermittelten Betrag der Rotorbewegung verglichen werden. Beispielsweise kann die Differenz aus zwei ermittelten Werten des Betrags der Rotorbewegung mit einem weiteren Referenzwert verglichen werden. Ist die Differenz größer als der weitere Referenzwert, kann beispielsweise auf einen Fehlerzustand geschlossen werden und eine entsprechende Steuerfunktion aufgerufen werden.In a development, the method also includes determining an amount of rotor movement between the starting position and the intermediate position in order to determine a gear backlash of the actuator. The amount of rotor movement can be determined, for example, by means of a further position sensor which is set up to determine a position of the rotor. Alternatively or additionally, the amount of rotor movement can also be determined without using an additional position sensor using a control or drive signal for the electric motor, for example by counting the number of commutation steps or measuring the time until the intermediate position is reached. In some configurations, the method may further include comparing the amount of rotor movement to a reference value, for example to determine if the gear backlash is abnormally high, which may indicate a defect in the gear, for example. The determined amount of rotor movement from the starting position to the intermediate position can be stored in a memory of the control unit. The determined amount of rotor movement can be stored, for example, as an angle of rotation or as a number of commutation steps. If the amount of rotor movement is now determined again, this value can be compared with the previously determined amount of rotor movement. For example, the difference between two determined values of the amount of rotor movement can be compared with a further reference value. If the difference is greater than the further reference value, an error state can be concluded, for example, and a corresponding control function can be called.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Ermitteln einer Soll-Bewegungsrichtung für die Bewegung des Bauteils und das Vergleichen der Soll-Bewegungsrichtung mit einer bisherigen Bewegungsrichtung für eine vorherige Bewegung des Bauteils. Die Bewegungsrichtung kann beispielsweise angeben, ob das Bauteil vorwärts oder rückwärts bewegt oder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Die Soll-Bewegungsrichtung kann zum Beispiel anhand eines Vorzeichens des Sollwertes bestimmt werden, während die bisherige Bewegungsrichtung beispielsweise in einer Steuereinheit des Stellantriebs gespeichert sein kann oder anhand eines Vorzeichens eines vorherigen Sollwerts oder eines Sensorsignals des Positionssensors bestimmt werden kann.In some embodiments, the method further comprises determining a target direction of movement for the movement of the component and comparing the target direction of movement with a previous direction of movement for a previous movement of the component. The direction of movement can indicate, for example, whether the component is moved forward or backward, or rotated clockwise or counterclockwise. The target direction of movement can be determined, for example, based on a sign of the target value, while the previous direction of movement can be stored, for example, in a control unit of the actuator or can be determined based on a sign of a previous target value or a sensor signal from the position sensor.

In einer Weiterbildung wird der Rotor nur dann wie beschrieben in zwei Stufen von der Startstellung über die Zwischenstellung in die Endstellung bewegt, wenn die Soll-Bewegungsrichtung nicht der bisherigen Bewegungsrichtung entspricht, d.h. die Bewegungsrichtung des Bauteils umgedreht wird. Andernfalls, d.h. wenn die Bewegungsrichtung des Bauteils beibehalten wird, kann der Rotor zum Beispiel von der Startstellung direkt um den dem Sollwert entsprechenden Betrag bewegt werden, ohne dass der Rotor zuvor von der Startstellung in die Zwischenstellung bewegt wird. Insbesondere in Situationen, in denen das Stellglied kontinuierlich einem Druck oder einer Last ausgesetzt ist, wie es beispielsweise in Ventilen der Fall sein kann, kann ein nennenswertes Getriebespiel gegebenenfalls nur dann auftreten, wenn die Bewegungsrichtung des Stellglieds umgedreht wird.In a further development, the rotor is only moved in two stages, as described, from the starting position via the intermediate position to the end position if the desired direction of movement does not correspond to the previous direction of movement, i.e. the direction of movement of the component is reversed. Otherwise, i.e. if the direction of movement of the component is maintained, the rotor can, for example, be moved directly from the starting position by the amount corresponding to the target value, without first moving the rotor from the starting position to the intermediate position. Particularly in situations where the actuator is continuously subjected to pressure or load, such as may be the case in valves, significant backlash may only occur if the direction of movement of the actuator is reversed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das beweglich gelagerte Bauteil ein drehbar gelagertes Bauteil, insbesondere ein drehbare gelagertes Zahnrad, zum Beispiel ein Getrieberad. Vorzugsweise ist das beweglich gelagerte Bauteil ein Abtriebsrad des Stellantriebs, welches dazu eingerichtet sein kann, mit einem Stellglied mechanisch gekoppelt zu werden. Hierzu kann das Abtriebsrad beispielsweise eine Abtriebswelle mit einem geeigneten Mitnahmeprofil aufweisen oder mit einer solchen Abtriebswelle verbunden sein.In a preferred embodiment, the movably mounted component is a rotatably mounted component, in particular a rotatably mounted gear wheel, for example a gear wheel. Preferably, the movably mounted component is a driven wheel of the Actuator, which can be configured to be mechanically coupled to an actuator. For this purpose, the output wheel can have, for example, an output shaft with a suitable driving profile or can be connected to such an output shaft.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Abtriebsrad mit einem Stellglied, insbesondere einem Ventil, mechanisch gekoppelt und das Verfahren umfasst ferner das Addieren oder Subtrahieren eines mit dem Stellglied verknüpften Offsets zu oder von dem Sollwert vor dem Bewegen des Rotors um den dem Sollwert entsprechenden Betrag. Der Offset kann beispielsweise ein Spiel des Stellglieds charakterisieren und kann fest vorgegeben sein oder von einer Stellung, Bewegungsrichtung und/oder Last des Stellglieds abhängen.In a development of the method, the driven wheel is mechanically coupled to an actuator, in particular a valve, and the method also includes adding or subtracting an offset associated with the actuator to or from the setpoint before moving the rotor by the amount corresponding to the setpoint. The offset can, for example, characterize play in the actuator and can be permanently specified or depend on a position, direction of movement and/or load of the actuator.

Es wird weiterhin ein Stellantrieb vorgesehen, welcher einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, ein beweglich gelagertes Bauteil und ein Getriebe, welches das Bauteil mit dem Rotor mechanisch koppelt, umfasst. Der Stellantrieb weist ferner einen Positionssensor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bauteils zu bestimmen, sowie eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.Furthermore, an actuator is provided, which comprises an electric motor with a stator and a rotor, a movably mounted component and a transmission, which mechanically couples the component to the rotor. The actuator also has a position sensor, which is set up to determine a position of the component, and a control unit, which is set up to carry out a method according to one of the embodiments described herein.

Der Elektromotor kann ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor, insbesondere eine elektronisch kommutierter Gleichstrommotor sein. In einem Beispiel ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor, wobei der drehbar gelagerte Rotor einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist und der Stator eine Vielzahl von Phasenwicklungen, um ein zeitabhängiges Magnetfeld zum Antreiben des Rotors zu erzeugen.The electric motor can be an AC motor or a DC motor, in particular an electronically commutated DC motor. In one example, the electric motor is a brushless DC motor, with the rotatably mounted rotor having one or more permanent magnets and the stator having a plurality of phase windings to generate a time-varying magnetic field to drive the rotor.

Das beweglich gelagerte Bauteil kann insbesondere ein drehbar gelagertes Bauteil, zum Beispiel ein Zahnrad, oder ein linear bewegbares Bauteil sein. In einem Beispiel ist das beweglich gelagerte Bauteil ein Stellglied, welches von dem Stellantrieb angetrieben wird, oder ein Abtriebsrad eines Stellantriebes, welches dazu ausgebildet ist mit einem Stellglied mechanisch zur Vermittlung einer Stellbewegung gekoppelt zu werden.The movably mounted component can in particular be a rotatably mounted component, for example a toothed wheel, or a linearly movable component. In one example, the movably mounted component is an actuator, which is driven by the actuator, or a driven wheel of an actuator, which is designed to be mechanically coupled to an actuator to mediate an actuating movement.

Das Getriebe kann ein Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe sein und zum Beispiel ein Stirnradgetriebe und/oder ein Schneckengetriebe umfassen. Das Getriebe kann zum Beispiel eine Vielzahl miteinander gekoppelter Getrieberäder, beispielsweise zwischen zwei und zehn Getrieberädern, aufweisen, die eine Drehbewegung des Rotors in eine Bewegung des beweglich gelagerten Bauteils übersetzen. Die Getrieberäder können in mehreren Ebenen angeordnet sein, zum Beispiel in einer treppenförmigen und/oder gefalteten Anordnung.The gear can be a step-up or reduction gear and can comprise, for example, a spur gear and/or a worm gear. The transmission can, for example, have a large number of gear wheels coupled to one another, for example between two and ten gear wheels, which convert a rotational movement of the rotor into a movement of the movably mounted component. The gears can be arranged in several levels, for example in a stepped and/or folded arrangement.

Der Positionssensor kann dazu eingerichtet sein, eine Absolutstellung des Bauteils zu bestimmen und/oder eine relative Stellungsänderung oder Bewegung des Bauteils. Der Positionssensor kann einen Magnetfeldsensor umfassen, zum Beispiel wie unten beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann der Positionssensor einen induktiven Sensor und/oder einen kapazitiven Sensor umfassen. Der induktive Sensor kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Änderung einer effektiven Induktivität eines elektrischen Schwingkreises zu messen, die durch ein elektrisch leitfähiges Target auf dem Bauteil hervorgerufen wird. Der kapazitive Sensor kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Änderung einer effektiven Kapazität eines kapazitiven Elements, zum Beispiel einer Elektrode, zu messen, die durch ein kapazitives Element, z.B. ein elektrisch leitfähiges Target, auf dem Bauteil hervorgerufen wird. In manchen Ausführungsformen kann der Positionssensor ganz oder teilweise in die Steuereinheit integriert sein.The position sensor can be set up to determine an absolute position of the component and/or a relative change in position or movement of the component. The position sensor may include a magnetic field sensor, for example as described below. Alternatively or additionally, the position sensor can include an inductive sensor and/or a capacitive sensor. The inductive sensor can be set up, for example, to measure a change in an effective inductance of an electrical oscillating circuit that is caused by an electrically conductive target on the component. For example, the capacitive sensor can be set up to measure a change in an effective capacitance of a capacitive element, for example an electrode, which is caused by a capacitive element, for example an electrically conductive target, on the component. In some embodiments, the position sensor can be fully or partially integrated into the control unit.

Die Steuereinheit kann als Hardware und/oder Software implementiert sein und kann zum Beispiel einen Prozessor sowie ein Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium Programmbefehle enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden können, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit weitere analoge und/oder digitale elektronische Schaltungen umfassen. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, ein Antriebssignal für den Elektromotor bereitzustellen, um den Rotor zu bewegen, und kann hierzu beispielsweise eine Spannungs- und/oder Stromquelle aufweisen oder dazu eingerichtet sein, eine solche Quelle zu steuern, beispielsweise mittels einer Brückenschaltung. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine Amplitude, ein Pulsweitenmodulationstastverhältnis, ein Vorzeichen und/oder eine Dauer eines elektrischen Antriebssignals zu steuern. Die Steuereinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, ein analoges und/oder digitales Sensorsignal von dem Positionssensor auszulesen.The control unit may be implemented in hardware and/or software and may include, for example, a processor and a storage medium, the storage medium containing program instructions executable by the processor to provide the functionality described herein. Alternatively or additionally, the control unit can include further analog and/or digital electronic circuits. The control unit can be set up to provide a drive signal for the electric motor in order to move the rotor and can have a voltage and/or current source for this purpose, for example, or be set up to control such a source, for example by means of a bridge circuit. In particular, the control unit can be set up to control an amplitude, a pulse width modulation duty cycle, a sign and/or a duration of an electrical drive signal. The control unit can also be set up to read out an analog and/or digital sensor signal from the position sensor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine Stellungsänderung des Rotors anhand einer Anzahl von Kommutierungsschritten während der Bewegung des Rotors zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, eine Anzahl von Kommutierungsschritten zwischen der Startstellung und der Zwischenstellung des Rotors zu bestimmen, zum Beispiel um das Getriebespiel des Stellantriebs zu quantifizieren. Sowohl der Rotor als auch das beweglich gelagerte Bauteil können zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten jeweils eine näherungsweise konstante Stellungsänderung erfahren, zum Beispiel nach Durchlaufen des Getriebespiels. Die Steuerungseinheit kann entsprechend auch dazu eingerichtet sein, eine Stellungsänderung des Bauteils anhand einer Anzahl von Kommutierungsschritten zu bestimmen. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, das Getriebespiel zu kompensieren, z.B. durch Subtrahieren der Anzahl von Kommutierungsschritten zwischen der Startstellung und der Zwischenstellung von einer Gesamtzahl von Kommutierungsschritten.In a preferred embodiment, the electric motor is an electronically commutated DC motor, in particular a brushless DC motor, and the control unit is set up to determine a change in position of the rotor based on a number of commutation steps during the movement of the rotor. For example, the control unit can be set up to determine a number of commutation steps between the starting position and the intermediate position of the rotor, for example in order to quantify the gear backlash of the actuator. Both the The rotor and the movably mounted component can each experience an approximately constant change in position between two successive commutation steps, for example after running through the gear play. Accordingly, the control unit can also be set up to determine a change in position of the component based on a number of commutation steps. The control unit can be set up to compensate for the gear backlash, eg by subtracting the number of commutation steps between the starting position and the intermediate position from a total number of commutation steps.

Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, ein Antriebssignal für den Elektromotor zu kommutieren. Hierzu kann die Steuereinheit beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Trigger- oder Schaltsignal für eine Brückenschaltung zu erzeugen, die eine Anzahl von Schaltern aufweist und dazu eingerichtet ist, mittels der Schalter eine Eingangsspannung zu kommutieren. Die Brückenschaltung kann beispielsweise eine Sechspuls-Brückenschaltung (B6-Brückenschaltung) mit sechs Halbleiterschaltern zum Ansteuern eines dreiphasigen BLDC-Motors oder zwei H-Brücken mit jeweils vier Halbleiterschaltern zum Ansteuern eines bipolaren Schrittmotors umfassen.The control unit can be set up to commutate a drive signal for the electric motor. For this purpose, the control unit can be set up, for example, to generate a trigger or switching signal for a bridge circuit that has a number of switches and is set up to commutate an input voltage by means of the switches. The bridge circuit can comprise, for example, a six-pulse bridge circuit (B6 bridge circuit) with six semiconductor switches for driving a three-phase BLDC motor or two H-bridges with four semiconductor switches each for driving a bipolar stepper motor.

Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Anzahl der Kommutierungsschritte ohne Verwendung eines Sensors zu bestimmen. Die Steuerschaltung kann einen Zähler, zum Beispiel eine Zählvariable, aufweisen, der die Anzahl der durchgeführten Kommutierungsschritte zählt, beispielsweise indem der Zähler jedes Mal um eins verändert wird, wenn ein Schaltsignal für die Brückenschaltung ausgegeben wird. Dabei kann die Bewegungsrichtung des Rotors bzw. des beweglichen Bauteils berücksichtigt werden, zum Beispiel indem der Zähler bei einer Bewegung im Uhrzeigersinn um eins erhöht und bei einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn um eins verringert wird.The control unit can be set up to determine the number of commutation steps without using a sensor. The control circuit can have a counter, for example a counter variable, which counts the number of commutation steps carried out, for example by changing the counter by one each time a switching signal for the bridge circuit is output. The direction of movement of the rotor or of the movable component can be taken into account, for example by increasing the counter by one in the case of a clockwise movement and decreasing it by one in the case of a counterclockwise movement.

In einigen Ausgestaltungen kann der Stellantrieb einen zweiten Positionssensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Rotors zu bestimmen. Der zweite Positionssensor kann ähnlich dem Positionssensor zur Bestimmung der Stellung des Bauteils ausgebildet sein, welcher im Folgenden auch als erster Positionssensor bezeichnet werden kann, und beispielsweise ein magnetischer, induktiver oder kapazitiver Sensor sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Positionssensor dazu eingerichtet ist, einen Phasenstrom und/oder eine induzierte Spannung in einer Phasenwicklung des Elektromotors zu messen, um die Stellung des Rotors zu bestimmen. Der zweite Positionssensor kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen Strom in einer Zuleitung zu einer Phasenwicklung, z.B. über einen Shunt-Widerstand, und/oder eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen einer Phasenwicklung zu messen, z.B. eine in einer unbestromten Phasenwicklung induzierte gegenelektromotorischen Spannung (englisch: back-electromotive voltage, BEMV). Der zweite Positionssensor kann dazu eingerichtet sein, anhand des Phasenstroms und/oder der induzierten Spannung Kommutierungsschritte zu detektieren, z.B. durch Detektion charakteristischer Kurvenpunkte wie eines Nulldurchgangs, eines Extremums und/oder eines Wendepunkts. Hierzu kann der zweite Positionssensor beispielsweise einen Spannungskomparator und/oder eine Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweisen. Der zweite Positionssensor kann ganz oder teilweise in der Steuereinheit integriert sein.In some configurations, the actuator can have a second position sensor that is set up to determine a position of the rotor. The second position sensor can be designed similarly to the position sensor for determining the position of the component, which can also be referred to below as the first position sensor, and can be a magnetic, inductive or capacitive sensor, for example. In a preferred embodiment, the second position sensor is set up to measure a phase current and/or an induced voltage in a phase winding of the electric motor in order to determine the position of the rotor. The second position sensor can be set up, for example, to measure a current in a supply line to a phase winding, e.g. via a shunt resistor, and/or a voltage between two terminals of a phase winding, e.g. a back electromotive voltage induced in a phase winding without current. back-electromotive voltage (BEMV). The second position sensor can be set up to use the phase current and/or the induced voltage to detect commutation steps, e.g. by detecting characteristic curve points such as a zero crossing, an extreme and/or a turning point. For this purpose, the second position sensor can have a voltage comparator and/or an analog/digital converter (ADC), for example. The second position sensor can be fully or partially integrated in the control unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem beweglich gelagerten Bauteil ein Magnet befestigt und der erste Positionssensor zur Bestimmung der Stellung des Bauteils umfasst einen Magnetfeldsensor zur Messung einer Stärke und/oder Richtung des von dem Magneten erzeugten Magnetfelds. Der Magnet kann beispielsweise ringförmig oder scheibenförmig sein und diametral magnetisiert sein. Der Magnet kann sich zum Beispiel um eine Drehachse des beweglich gelagerten Bauteils erstrecken, wobei eine Magnetisierungsachse des Magneten senkrecht zu der Drehachse verlaufen kann. Der Magnetfeldsensor kann ein induktiver oder resistiver Magnetfeldsensor oder bevorzugt ein Hall-Sensor sein, zum Beispiel ein zwei-dimensionaler oder drei-dimensionaler Hall-Sensor, der dazu eingerichtet ist, die Stärke des Magnetfelds entlang von zwei unterschiedlichen Raumrichtungen zu bestimmen. Der Magnetfeldsensor kann in der Nähe des beweglich gelagerten Bauteils angeordnet sein, zum Beispiel auf der Drehachse des Bauteils, so dass die Drehachse sich durch den Magnetfeldsensor erstreckt, oder gegenüber der Drehachse versetzt, so dass die Drehachse sich nicht durch den Magnetfeldsensor erstreckt.In a preferred embodiment, a magnet is attached to the movably mounted component and the first position sensor for determining the position of the component includes a magnetic field sensor for measuring a strength and/or direction of the magnetic field generated by the magnet. The magnet can, for example, be ring-shaped or disc-shaped and diametrically magnetized. The magnet can, for example, extend around an axis of rotation of the movably mounted component, it being possible for an axis of magnetization of the magnet to run perpendicular to the axis of rotation. The magnetic field sensor can be an inductive or resistive magnetic field sensor or preferably a Hall sensor, for example a two-dimensional or three-dimensional Hall sensor that is set up to determine the strength of the magnetic field along two different spatial directions. The magnetic field sensor can be arranged in the vicinity of the movably mounted component, for example on the axis of rotation of the component, so that the axis of rotation extends through the magnetic field sensor, or offset from the axis of rotation, so that the axis of rotation does not extend through the magnetic field sensor.

Vorzugsweise ist das beweglich gelagerte Bauteil ein drehbar gelagertes Zahnrad, insbesondere eine Abtriebsrad des Stellantriebs. Das Abtriebsrad kann dazu eingerichtet sein, mit einem Stellglied mechanisch gekoppelt zu werden und kann hierzu beispielsweise eine Abtriebswelle mit einem geeigneten Mitnahmeprofil aufweisen oder mit einer solchen Abtriebswelle verbunden sein. Die Abtriebswelle kann in einer Öffnung in einem Gehäuse des Stellantriebs angeordnet sein, so dass das Mitnahmeprofil von außen zugänglich ist, zum Beispiel um ein Stellglied in oder auf das Mitnahmeprofil aufzustecken. In manchen Ausführungsformen umfasst der Stellantrieb das Stellglied, wobei das Stellglied dauerhaft oder abnehmbar mit dem Abtriebsrad verbunden sein kann.The movably mounted component is preferably a rotatably mounted gear wheel, in particular a driven wheel of the actuator. The driven wheel can be set up to be mechanically coupled to an actuator and for this purpose can have, for example, a driven shaft with a suitable carrier profile or be connected to such a driven shaft. The output shaft can be arranged in an opening in a housing of the actuator so that the carrier profile is accessible from the outside, for example in order to plug an actuator into or onto the carrier profile. In some embodiments, the actuator includes the actuator, where the actuator may be permanently or removably connected to the output gear.

Der Stellantrieb kann insbesondere zum Verstellen eines Ventils, beispielsweise eines Ventils einer Klimatisierungseinheit eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. In anderen Ausgestaltungen kann der Stellantrieb zum Verstellen einer Klappe, beispielsweise einer Klappe einer Lüftungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden.The actuator can be used in particular to adjust a valve, for example a valve of an air conditioning unit of a motor vehicle. In other configurations, the actuator can be used to adjust a flap, for example a flap of a ventilation device in a motor vehicle.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

  • 1a: einen Stellantrieb gemäß einem Beispiel in einer Explosionsdarstellung;
  • 1b: den Stellantrieb aus 1a in einer Draufsicht;
  • 1c: den Stellantrieb aus 1a in einer perspektivischen Ansicht;
  • 1d: den Stellantrieb aus 1a in einer Schnittansicht;
  • 2a: ein Stellantrieb gemäß einem weiteren Beispiel in einer Schnittansicht;
  • 2b: die Anordnung zur Bestimmung der Stellung des Abtriebsrads in dem Stellantrieb aus 2a in einer Schnittansicht;
  • 3: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Stellantriebs gemäß einem Beispiel;
  • 4: die Stellungsänderung eines Rotors und eines beweglich gelagerten Bauteils in einem Stellantrieb im Verlaufe des Verfahrens aus 3 gemäß einem Beispiel; und
  • 5: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Stellantriebs abhängig von einer Bewegungsrichtung gemäß einem weiteren Beispiel.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The figures show in a schematic representation:
  • 1a : an actuator according to an example in an exploded view;
  • 1b : the actuator off 1a in a plan view;
  • 1c : the actuator off 1a in a perspective view;
  • 1d : the actuator off 1a in a sectional view;
  • 2a 1: an actuator according to a further example in a sectional view;
  • 2 B : the arrangement for determining the position of the output gear in the actuator 2a in a sectional view;
  • 3 1: a flowchart of a method for controlling an actuator according to an example;
  • 4 : the change in position of a rotor and a movably mounted component in an actuator in the course of the process 3 according to an example; and
  • 5 1: a flowchart of a method for controlling an actuator depending on a direction of movement according to a further example.

BESCHREIBUNG DER FIGURENDESCRIPTION OF FIGURES

Fig. la, 1b, 1C und 1d zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung eines Stellantriebs 100 gemäß der Erfindung. Der Stellantrieb 100 ist in 1a in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 1b in einer Draufsicht ohne den Deckel 112B, in 1C in einer perspektivischen Ansicht, wobei das Gehäuse 112 nur teilweise als Schnittansicht dargestellt ist, und in 1d als Schnittansicht.1a, 1b, 1C and 1d show an exemplary embodiment of an actuator 100 according to the invention. The actuator 100 is in 1a shown in an exploded view, in 1b in a plan view without the lid 112B, in 1C in a perspective view, wherein the housing 112 is only partially shown as a sectional view, and in 1d as a sectional view.

Der Stellantrieb 100 umfasst einen Elektromotor 102 mit einem Stator 104 und einem Rotor 106. Der Elektromotor 102 ist in diesem Beispiel als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet, wobei der Rotor 106 einen als Permanentmagnet ausgebildeten Rotormagneten 106A und der Stator 104 drei Phasenwicklungen 104A aufweist. Der Stellantrieb 100 umfasst ferner ein beweglich gelagertes Bauteil 108, in diesem Beispiel ein drehbar gelagertes Abtriebsrad 108, welches über ein Getriebe 110 mechanisch mit dem Rotor 106 gekoppelt ist. Der Stator 104 und der Rotor 106 sind zusammen mit dem Getriebe 110 und dem Abtriebsrad 108 in einem Gehäuse 112 mit einer Gehäuseschale 112A und einem Deckel 112B angeordnet. Das Getriebe 110 ist als Untersetzungsgetriebe mit einem Antriebsrad 110-1 des Rotors 106 sowie drei Doppelzahnrädern 110-2, 110-3, 110-4 als Zwischenräder ausgebildet und ist dazu eingerichtet, eine Drehbewegung des Rotors 106 auf das Abtriebsrad 108 zu übertragen. Das Abtriebsrad 108 ist mittels eines Führungselements 114 in dem Gehäuse 112 um eine Drehachse 116 drehbar gelagert. Ferner ist das Abtriebsrad 108 einteilig mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 108A ausgeformt. Dabei ist die Abtriebswelle zum Verbinden mit einem Stellglied (nicht gezeigt) als Last über eine Öffnung in der Gehäuseschale 112A eingerichtet und weist hierzu an ihrem Innenumfang ein entsprechendes Mitnahmeprofil auf. Der Stellantrieb 100 kann beispielsweise als Ventilsteller eingesetzt werden und dazu eingerichtet sein, einen Ventilregler wie beispielsweise einen Ventilstift oder eine Ventilklappe zu bewegen.The actuator 100 includes an electric motor 102 with a stator 104 and a rotor 106. In this example, the electric motor 102 is designed as a brushless direct current motor (BLDC motor), the rotor 106 having a rotor magnet 106A designed as a permanent magnet and the stator 104 having three phase windings 104A having. The actuator 100 also includes a movably mounted component 108, in this example a rotatably mounted output wheel 108, which is mechanically coupled to the rotor 106 via a gear 110. The stator 104 and the rotor 106 are arranged together with the transmission 110 and the output gear 108 in a housing 112 with a housing shell 112A and a cover 112B. The transmission 110 is designed as a reduction gear with a drive wheel 110 - 1 of the rotor 106 and three double gears 110 - 2 , 110 - 3 , 110 - 4 as intermediate wheels and is set up to transmit a rotational movement of the rotor 106 to the driven wheel 108 . The output wheel 108 is mounted in the housing 112 by means of a guide element 114 so as to be rotatable about an axis of rotation 116 . Furthermore, the driven wheel 108 is formed in one piece with a driven shaft 108A designed as a hollow shaft. The output shaft is set up as a load for connection to an actuator (not shown) via an opening in the housing shell 112A and has a corresponding carrier profile on its inner circumference for this purpose. The actuator 100 can be used, for example, as a valve positioner and set up to move a valve controller such as a valve pin or a valve flap.

Ferner ist über dem Stator 104 liegend eine Leiterplatte oder Platine 120 mit einer Steuereinheit 122 und einem ersten Positionssensor 124 angeordnet. Die Steuereinheit 122 kann als Hardware und/oder Software implementiert sein und beispielsweise einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium Programmbefehle enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden können, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 122 weitere Komponenten, insbesondere analoge und/oder digitale Schaltungen umfassen. Die Steuereinheit 122 ist dazu eingerichtet, den dreiphasigen BLDC-Motor 102 anzusteuern und insbesondere geeignet kommutierte Antriebssignale für die Phasenwicklungen 104A bereitzustellen. Die Steuereinheit 122 ist ferner dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, zum Beispiel die unten beschriebenen Verfahren 300 und/oder 500.Furthermore, a printed circuit board or circuit board 120 with a control unit 122 and a first position sensor 124 is arranged above the stator 104 . The control unit 122 may be implemented in hardware and/or software and may include, for example, a microcontroller having a processor and a storage medium, the storage medium containing program instructions executable by the processor to provide the functionality described herein. Alternatively or additionally, the control unit 122 can include further components, in particular analog and/or digital circuits. The control unit 122 is set up to control the three-phase BLDC motor 102 and in particular to provide suitably commutated drive signals for the phase windings 104A. The control unit 122 is also set up to carry out the method according to the invention according to one of the embodiments described here, for example the methods 300 and/or 500 described below.

Über eine Öffnung 120A in der Leiterplatte 120 ist das Antriebsrad 110-1 des Rotors 106 mit den Zwischenrädern 110-2, 110-3, 110-4 des Getriebes 110 und darüber mit dem Abtriebsrad 108 gekoppelt. Die drei Zwischenräder 110-2, 110-3, 110-4 sind auf der dem Stator 104 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 120 liegend angeordnet. Das Zwischenrad 110-4 kämmt mit dem Abtriebsrad 108, welches auf derselben Seite der Leiterplatte 120 wie der Stator 104 liegend im Gehäuse 112 angeordnet ist.The drive wheel 110 - 1 of the rotor 106 is coupled to the intermediate wheels 110 - 2 , 110 - 3 , 110 - 4 of the transmission 110 via an opening 120A in the printed circuit board 120 and to the driven wheel 108 thereon. The three intermediate wheels 110-2, 110-3, 110-4 are arranged lying on the side of the printed circuit board 120 lying opposite the stator 104. The intermediate gear 110-4 meshes with the output gear 108, which is on the same side of the printed circuit board 120 how the stator 104 is arranged lying in the housing 112.

Der erste Positionssensor 124 ist auf der Platine 120 angeordnet und mit der Steuereinheit 122 verbunden, zum Beispiel über eine oder mehrere elektrische Leiterbahnen auf der Platine 120. Der erste Positionssensor 124 ist über dem Abtriebsrad 108 angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich durch den ersten Positionssensor 124 hindurch erstreckt. Der erste Positionssensor 124 ist dazu eingerichtet, eine Drehwinkelstellung des Abtriebsrads 108 um die Drehachse 116 zu bestimmen. Hierzu ist auf einer Stirnseite des Abtriebsrads 108 ein scheibenförmiger Permanentmagnet 126, zum Beispiel ein gespritzter oder gepresster Seltenerdmagnet wie etwa ein kunststoffgebundener Neodym-Eisen-Bor-Magnet (NdFeB), befestigt. Der Magnet 126 ist in einer Vertiefung in der Stirnseite des Abtriebsrads 108 angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich durch den Magneten 126 hindurch erstreckt. Der erste Positionssensor 124 umfasst einen Magnetfeldsensor, beispielsweise einen zweidimensionalen oder drei-dimensionalen Hall-Sensor, der dazu eingerichtet ist, eine Stärke des von dem Magneten 126 erzeugten Magnetfeld entlang zwei bzw. drei Raumrichtungen zu bestimmen. Die Steuereinheit 122 ist dazu eingerichtet, anhand eines von dem Positionssensor 124 übermitteln Sensorsignals die Drehwinkelstellung des Abtriebsrads 108 zu ermitteln, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Kalibrierungskurve. In einem Beispiel ist das Sensorsignal ein digitales Sensorsignal, zum Beispiel mit einer Auflösung von 8 oder 16 Bits, wobei eine durch die Bit-Kodierung bestimmte Detektionsschwelle, d.h. die kleinstmögliche mit dem ersten Positionssensor 124 detektierbare Stellungsänderung des Abtriebsrads 108, beispielsweise zwischen 0.05° und 0.20 betragen kann. In manchen Beispielen kann das Sensorsignal zudem ein durch eine Messunsicherheit und/oder Magnetfeldfluktuationen hervorgerufenes Rauschen aufweisen, wodurch die Detektionsschwelle größer sein kann. Im Gegensatz dazu kann das Abtriebsrad 108 sich zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten des Elektromotors 102 beispielsweise lediglich zwischen 0.005° und 0.05° bewegen.The first position sensor 124 is arranged on the circuit board 120 and connected to the control unit 122, for example via one or more electrical conductor paths on the circuit board 120. The first position sensor 124 is arranged above the output gear 108 so that the axis of rotation 116 extends through the first Position sensor 124 extends therethrough. The first position sensor 124 is set up to determine an angular position of the driven wheel 108 about the axis of rotation 116 . For this purpose, a disk-shaped permanent magnet 126, for example an injection-molded or pressed rare-earth magnet such as a plastic-bonded neodymium-iron-boron magnet (NdFeB), is fastened on one end face of the driven wheel 108. The magnet 126 is arranged in a recess in the end face of the output gear 108 so that the axis of rotation 116 extends through the magnet 126 . First position sensor 124 includes a magnetic field sensor, for example a two-dimensional or three-dimensional Hall sensor, which is set up to determine a strength of the magnetic field generated by magnet 126 along two or three spatial directions. The control unit 122 is set up to use a sensor signal transmitted by the position sensor 124 to determine the angular position of the driven wheel 108, for example using a corresponding calibration curve. In one example, the sensor signal is a digital sensor signal, for example with a resolution of 8 or 16 bits, with a detection threshold determined by the bit coding, i.e. the smallest possible change in position of the driven wheel 108 that can be detected with the first position sensor 124, for example between 0.05° and can be 0.20. In some examples, the sensor signal can also have noise caused by measurement uncertainty and/or magnetic field fluctuations, as a result of which the detection threshold can be larger. In contrast to this, the driven wheel 108 can only move between two successive commutation steps of the electric motor 102 between 0.005° and 0.05°, for example.

Der Stellantrieb umfasst weiterhin einen zweiten Positionssensor 128, der ebenfalls mit der Steuereinheit 122 verbunden ist und dazu eingerichtet ist, eine Drehwinkelstellung des Rotors 106 zu bestimmen. Im Beispiel der 1a-1d ist der zweite Positionssensor 128 dazu eingerichtet, Nulldurchgänge der durch die Drehbewegung des Rotormagneten 106A in den Phasenwicklungen 104A induzierten gegenelektromotorischen Spannung UBEMV zu detektieren. Hierzu kann der zweite Positionssensor 128 beispielsweise eine Komparatorschaltung zum Messen der Nulldurchgänge der Spannung UBEMV und/oder einen Analog-Digital-Wandler zum Messen des Spannungsverlaufes an den Phasenwicklungen umfassen. Die Nulldurchgänge der in einer unbestromten Phasenwicklung induzierten Spannung können bei einer bestimmten Drehwinkelstellung des Rotors 104A auftreten und somit Rückschlüsse auf die Drehwinkelstellung des Rotors 104A erlauben. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Positionssensor 128 auch dazu eingerichtet sein, einen Strom durch eine oder mehrere der Phasenwicklungen 104A zu messen, zum Beispiel den Strom in einer Zuleitung zu einer oder mehreren der Phasenwicklungen 104A, insbesondere den Strom durch einen Shunt-Widerstand in einer Zuleitung zur einer Brückenschaltung, die zur Ansteuerung der Phasenwicklungen 104A dient. Der zweite Positionssensor 128 kann dazu eingerichtet sein, charakteristische Kurvenpunkte wie Extrema und/oder Wendepunkte in dem gemessenen Strom zu ermitteln und/oder den Strom mit einem oder mehreren Schwellenwerten zu vergleichen und anhand der charakteristischen Kurvenpunkte und/oder dem Erreichen eines Schwellenwerts die Drehwinkelstellung des Rotors 104A und/oder das Kommutierung eines Antriebssignal detektieren. In manchen Ausführungsformen können die Positionssensoren 124, 128 zumindest teilweise in die Steuereinheit 122 integriert sein, die beispielsweise die Funktionalität zur Analyse der Sensorsignale und/oder zur Messung des Phasenstroms und/oder der induzierten Spannung bereitstellen kann.The actuator also includes a second position sensor 128, which is also connected to the control unit 122 and is set up to determine a rotational angle position of the rotor 106. In the example of 1a-1d the second position sensor 128 is set up to detect zero crossings of the counter-electromotive voltage U BEMV induced in the phase windings 104A by the rotational movement of the rotor magnet 106A. For this purpose, the second position sensor 128 can include, for example, a comparator circuit for measuring the zero crossings of the voltage U BEMV and/or an analog/digital converter for measuring the voltage curve at the phase windings. The zero crossings of the voltage induced in a phase winding without current can occur at a specific angular position of the rotor 104A and thus allow conclusions to be drawn about the angular position of the rotor 104A. Alternatively or additionally, the second position sensor 128 can also be set up to measure a current through one or more of the phase windings 104A, for example the current in a supply line to one or more of the phase windings 104A, in particular the current through a shunt resistor in a Lead to a bridge circuit which is used to drive the phase windings 104A. The second position sensor 128 can be set up to determine characteristic curve points such as extremes and/or inflection points in the measured current and/or to compare the current with one or more threshold values and, based on the characteristic curve points and/or when a threshold value is reached, to determine the rotational angle position of the Detect rotor 104A and/or the commutation of a drive signal. In some embodiments, the position sensors 124, 128 can be at least partially integrated into the control unit 122, which can provide the functionality for analyzing the sensor signals and/or for measuring the phase current and/or the induced voltage, for example.

2a und 2b zeigen einen Stellantrieb 200 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt 2a den gesamten Stellantrieb 200 in einer Schnittansicht, während 2b nur eine Anordnung 200A des Stellantriebs 200 zur Bestimmung der Stellung des Abtriebsrads 108 zeigt. Der Stellantrieb 200 ähnelt dem Stellantrieb 100 aus 1a-1d, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Stellantrieb 200 umfasst ebenfalls einen Elektromotor mit einem Stator 104 und einem Rotor 106 sowie ein um eine Drehachse 116 drehbar gelagertes Abtriebsrad 108, das über ein Getriebe 110 mit dem Rotor 106 mechanisch gekoppelt ist. Ferner weist der Stellantrieb 200 einen ersten Positionssensor 124 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Drehwinkelstellung des Abtriebsrads 108 zu bestimmen, sowie eine Steuereinheit 122, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, zum Beispiel die unten beschriebenen Verfahren 300 und/oder 500. Darüber hinaus kann der Stellantrieb 200 weitere der oben in Bezug auf den Stellantrieb 200 beschriebenen Komponenten aufweisen. 2a and 2 B 12 show an actuator 200 according to another exemplary embodiment of the invention. while showing 2a the entire actuator 200 in a sectional view, while 2 B 10 shows only one arrangement 200A of the actuator 200 for determining the position of the output gear 108. FIG. Actuator 200 is similar to actuator 100 of FIG 1a-1d , where corresponding elements are provided with the same reference numbers. The actuator 200 also includes an electric motor with a stator 104 and a rotor 106 as well as a driven wheel 108 which is mounted such that it can rotate about an axis of rotation 116 and is mechanically coupled to the rotor 106 via a transmission 110 . Furthermore, the actuator 200 has a first position sensor 124, which is set up to determine a rotational angle position of the driven wheel 108, and a control unit 122, which is set up to carry out the method according to one of the embodiments described here, for example those described below Method 300 and/or 500. In addition, the actuator 200 may have other components described above in relation to the actuator 200.

Der Stellantrieb 200 unterscheidet sich von dem Stellantrieb 100 im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Magneten 126 und die Anordnung des ersten Positionssensors 124. In diesem Beispiel ist der Magnet 126 ein ringförmiger Magnet, der auf einer Stirnseite des Abtriebsrads 126 angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung vollständig um die Drehachse 116 erstreckt. Der Magnet 126 weist in seiner Mitte eine Öffnung auf, durch die sich die Abtriebswelle 108A erstreckt und die Drehachse 116 verläuft. Anders als im Beispiel der 1a-1d ist der erste Positionssensor 124 nicht auf der Drehachse 116, sondern gegenüber der Drehachse 116 versetzt angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich nicht durch den ersten Positionssensor 124 hindurch erstreckt. Der erste Positionssensor 124 kann beispielsweise wie in 2b dargestellt über einem Außenumfang des Magneten 126 angeordnet sein.The actuator 200 differs from the actuator 100 essentially by the off design of the magnet 126 and the placement of the first position sensor 124. In this example, the magnet 126 is an annular magnet that is disposed on a face of the output gear 126 and extends circumferentially completely about the axis of rotation 116. The magnet 126 has an opening at its center through which the output shaft 108A extends and the axis of rotation 116 passes. Unlike in the example of 1a-1d the first position sensor 124 is not arranged on the axis of rotation 116, but offset relative to the axis of rotation 116, so that the axis of rotation 116 does not extend through the first position sensor 124. The first position sensor 124 can, for example, as in 2 B shown disposed over an outer periphery of magnet 126 .

3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Steuerung eines Stellantriebs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 300 kann beispielsweise zur Steuerung des Stellantriebs 100 aus Fig. la-id und/oder des Stellantriebs 200 aus 2a, 2b verwendet werden. Insbesondere kann das Verfahren 300 von der Steuereinheit 122 des entsprechenden Stellantriebs ausgeführt werden. Im Folgenden wird der Stellantrieb 100 zur beispielhaften Illustration des Verfahrens 300 verwendet. Die Ausführung des Verfahrens 300 ist nicht auf die durch das Flussdiagramm in 3 angedeutete Abfolge beschränkt. Soweit technisch möglich können die Schritte des Verfahrens 300 in einer beliebigen Reihenfolge und insbesondere auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise die Schritte 302 und 304. 3 FIG. 3 shows a flow diagram of a method 300 for controlling an actuator according to an exemplary embodiment of the invention. The method 300 can be used, for example, to control the actuator 100 from FIG. 1a-id and/or the actuator 200 2a , 2 B be used. In particular, the method 300 can be executed by the control unit 122 of the corresponding actuator. In the following, the actuator 100 is used to illustrate the method 300 by way of example. Execution of method 300 is not limited to that indicated by the flowchart in 3 indicated sequence limited. As far as technically possible, the steps of method 300 can be carried out in any order and in particular at least partially simultaneously, for example steps 302 and 304.

Das Verfahren 300 umfasst in Schritt 302 das Empfangen eines Sollwertes für eine Bewegung eines beweglich gelagerten Bauteils des Stellantriebs 100, zum Beispiel des Abtriebsrads 108. Der Sollwert charakterisiert einen Betrag einer Bewegung des Rotors 106, zum Beispiel eine gewünschte Drehwinkeländerung Δφin des Rotors 106 oder eine Anzahl von Kommutierungsschritten, beispielsweise 200 Kommutierungsschritte. Die Steuereinheit 122 kann ein Kommunikationsmodul aufweisen, das dazu eingerichtet ist, den Sollwert von einem externen Gerät zu empfangen, zum Beispiel von einer Steuereinheit eines Systems, in dem der Stellantrieb 100 verbaut ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 122 dazu eingerichtet sein, einen Wert, der einen Betrag einer Bewegung des Abtriebsrads 108, beispielsweise eine gewünschte Drehwinkeländerung Δφout, oder eines mit dem Abtriebsrad 108 gekoppelten Stellglieds charakterisiert, zu empfangen und in den Sollwert umzurechnen. Beispielsweise kann eine Drehung des Abtriebsrads 108 um Δφout = 5° gewünscht sein, was in einem Beispiel 200 Kommutierungsschritten entsprechen kann.In step 302, the method 300 includes receiving a target value for a movement of a movably mounted component of the actuator 100, for example the driven wheel 108 Number of commutation steps, for example 200 commutation steps. The control unit 122 may include a communication module configured to receive the setpoint from an external device, for example a control unit of a system in which the actuator 100 is installed. Alternatively or additionally, control unit 122 can be set up to receive a value that characterizes an amount of movement of output wheel 108, for example a desired rotational angle change Δφout, or of an actuator coupled to output wheel 108, and to convert it into the setpoint. For example, a rotation of the driven wheel 108 by Δφout=5° may be desired, which in one example may correspond to 200 commutation steps.

In 4 ist die Stellung 400 des Rotors 106 und die Stellung 402 des Abtriebsrad 108 im Verlaufe des Verfahrens 300 beispielhaft illustriert. Die Stellung 400 des Rotors 106 kann beispielsweise durch einen Kommutierungsschritt-Zähler in der Steuereinheit 122 ermittelt werden, der die Anzahl der durchgeführten Kommutierungsschritte speichert, oder alternativ mittels des zweiten Positionssensors 128. Die Stellung 402 des Abtriebsrads 108 kann beispielsweise anhand des von dem ersten Positionssensor 124 erzeugten Sensorsignals ermittelt werden. Die Stellung 402 des Abtriebsrads 108 kann wie in 4 angedeutet mit einer Messunsicherheit behaftet sein und daher eine gewisse Variation aufweisen.In 4 the position 400 of the rotor 106 and the position 402 of the output gear 108 in the course of the method 300 are illustrated by way of example. The position 400 of the rotor 106 can be determined, for example, by a commutation step counter in the control unit 122, which stores the number of commutation steps carried out, or alternatively by means of the second position sensor 128. The position 402 of the output gear 108 can be determined, for example, by means of the first position sensor 124 generated sensor signal can be determined. The position 402 of the output gear 108 can be as in 4 indicated to be associated with a measurement uncertainty and therefore show a certain variation.

Der Rotor 106 ist anfangs in Ruhe und befindet sich in einer Startstellung φ1. Ausgehend von dieser Stellung wird der Rotor 106 in Schritt 304 zu einem Zeitpunkt t1 aus dem Stand beschleunigt und anschließend mit konstanter Geschwindigkeit in eine durch das Vorzeichen des Sollwerts vorgegebene Drehrichtung gedreht. Aufgrund des Spiels des Getriebe 110, zum Beispiel aufgrund eines Spiels zwischen zwei oder mehr der Getrieberäder 110-1 bis 110-4 und/oder zwischen dem Getrieberad 110-4 und dem Abtriebsrad 108, wird die Bewegung des Rotors 106 zunächst nicht auf das Abtriebsrad 108 übertragen, sondern verläuft sich in dem Getriebe 110.The rotor 106 is initially at rest and is in a starting position φ 1 . Starting from this position, in step 304 the rotor 106 is accelerated from the standstill at a time t 1 and then rotated at a constant speed in a direction of rotation predetermined by the sign of the desired value. Due to the backlash of the gear 110, for example due to a backlash between two or more of the gears 110-1 to 110-4 and/or between the gear 110-4 and the output gear 108, the movement of the rotor 106 is initially not on the output gear 108, but runs in the transmission 110.

Der Rotor 106 wird in Schritt 304 solange bewegt, bis die mittels des ersten Positionssensors 124 kontinuierlich überwachte Drehwinkeländerung des Abtriebsrads 108 relativ zu der Startstellung des Abtriebsrads 108 zu einem Zeitpunkt t2 einen vordefinierten Schwellenwert Δφmin erreicht. Die entsprechende Stellung des Rotors 106 wird als Zwischenstellung φ2 bezeichnet. Der Schwellenwert Δφmin ist bevorzugt so gewählt, dass der Schwellenwert größer als eine Detektionsschwelle des ersten Positionssensors 124 ist, aber klein gegenüber der gewünschten Drehwinkeländerung Δφout. Hierdurch kann eine Bewegung des Abtriebsrads 108 zuverlässig erkannt werden und gleichzeitig die Drehwinkeländerung Δφout mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden. Der Schwellenwert Δφmin kann beispielsweise zwischen dem Drei- und Siebenfachen, in einem Beispiel das Fünffache der Detektionsschwelle des ersten Positionssensors 124 betragen. Die Detektionsschwelle kann dabei zum Beispiel eine mittlere Variation der gemessenen Stellung 402 des Abtriebsrad 108 im Stillstand oder eine Bit-Quantisierung eines digitalen Sensorsignals des ersten Positionssensors 124 sein. Die Detektionsschwelle kann in einem Beispiel etwa 0.1° betragen, was beispielsweise 4 Kommutierungsschritten des Elektromotors 102 entsprechen kann, und der Schwellenwert Δφmin beispielsweise 0.5°, entsprechend 20 Kommutierungsschritten.The rotor 106 is moved in step 304 until the change in the rotational angle of the driven wheel 108 relative to the starting position of the driven wheel 108, which is continuously monitored by means of the first position sensor 124, reaches a predefined threshold value Δφ min at a point in time t 2 . The corresponding position of the rotor 106 is referred to as the intermediate position φ 2 . The threshold value Δφ min is preferably chosen such that the threshold value is greater than a detection threshold of the first position sensor 124, but small compared to the desired change in the rotational angle Δφ out . As a result, a movement of the driven wheel 108 can be reliably detected and at the same time the change in the angle of rotation Δφ out can be monitored with high accuracy. The threshold value Δφ min can, for example, be between three and seven times, in one example five times, the detection threshold of the first position sensor 124 . In this case, the detection threshold can be, for example, an average variation of the measured position 402 of the driven wheel 108 at a standstill or a bit quantization of a digital sensor signal of the first position sensor 124 . In one example, the detection threshold can be approximately 0.1°, which can correspond to 4 commutation steps of electric motor 102, for example, and the threshold value Δφ min can be 0.5°, for example, corresponding to 20 commutation steps.

Anschließend wird in Schritt 306 der Rotor 106 ausgehend von der Zwischenstellung φ2 um die dem Sollwert entsprechende Drehwinkeländerung Δφin in eine Endstellung φ3 bewegt und in dieser zum Zeitpunkt t3 zum Stillstand gebracht. Die entsprechende Bewegung des Rotors 106 wird durch das Getriebe 110 auf das Abtriebsrad 108 übertragen, so dass sich dieses um die gewünschte Drehwinkeländerung Δφout dreht. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so das Getriebespiel durch die Bewegung des Rotors 106 in Schritt 304 kompensiert werden und damit die im Vergleich zur Genauigkeit des Positionssensors 126 höhere Genauigkeit der Bestimmung der Rotorstellung mittels der Steuereinheit 122 für die Steuerung der Bewegung des Abtriebsrads 108 ausgenutzt werden.In step 306, the rotor 106 is then moved, starting from the intermediate position φ 2 , by the change in rotational angle Δφ in that corresponds to the setpoint value, into an end position φ 3 and brought to a standstill in this position at time t 3 . The corresponding movement of the rotor 106 is transmitted through the gear 110 to the driven wheel 108, so that the latter rotates by the desired change in rotational angle Δφ out . Using the method according to the invention, the gear backlash can be compensated for by the movement of rotor 106 in step 304 and the higher accuracy of the determination of the rotor position by means of control unit 122 compared to the accuracy of position sensor 126 can be used to control the movement of driven wheel 108.

Die Bewegung des Rotors in Schritt 304 kann mittels des Kommutierungsschritt-Zählers in der Steuereinheit 122 und/oder des zweiten Positionssensors 128 überwacht werden, um einen Betrag der Rotorbewegung zwischen der Start- und der Zwischenstellung und damit das Getriebespiel zu bestimmen. Das Getriebespiel kann abhängig von einer vorherigen Verwendung des Stellantriebs sowie einer mit dem Abtriebsrad 108 gekoppelten Last variieren und in einem Beispiel zwischen 10 und 100 Kommutierungsschritte, entsprechend einer Drehwinkeländerung des Abtriebsrads 108 zwischen 0.25° und 2.5°, betragen.The movement of the rotor in step 304 may be monitored using the commutation step counter in the controller 122 and/or the second position sensor 128 to determine an amount of rotor movement between the start and intermediate positions and hence the backlash. The gear backlash can vary depending on previous use of the actuator and a load coupled to the output gear 108 and in one example can be between 10 and 100 commutation steps, corresponding to a rotational angle change of the output gear 108 between 0.25° and 2.5°.

5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Steuerung eines Stellantriebs gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 500 kann beispielsweise zur Steuerung des Stellantriebs 100 aus 1a-1d und/oder des Stellantriebs 200 aus 2a, 2b verwendet werden. Insbesondere kann das Verfahren 500 von der Steuereinheit 122 des entsprechenden Stellantriebs ausgeführt werden. Im Folgenden wird der Stellantrieb 100 zur beispielhaften Illustration des Verfahrens 500 verwendet. Die Ausführung des Verfahrens 500 ist nicht auf die durch das Flussdiagramm in 5 angedeutete Abfolge beschränkt. Soweit technisch möglich können die Schritte des Verfahrens 500 in einer beliebigen Reihenfolge und insbesondere auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise die Schritte 502 bis 506. 5 FIG. 5 shows a flowchart of a method 500 for controlling an actuator according to another exemplary embodiment of the invention. Method 500 may be used to control actuator 100, for example 1a-1d and/or the actuator 200 2a , 2 B be used. In particular, the method 500 can be executed by the control unit 122 of the corresponding actuator. In the following, the actuator 100 is used to illustrate the method 500 by way of example. Execution of method 500 is not limited to that provided by the flowchart in 5 indicated sequence limited. As far as technically possible, the steps of method 500 can be carried out in any order and in particular at least partially simultaneously, for example steps 502 to 506.

Das Verfahren 500 stellt eine Weiterbildung des Verfahrens 300 aus 3 dar und umfasst ebenfalls das Empfangen eines Sollwerts für eine Bewegung des Abtriebsrads 108 in Schritt 502, zum Beispiel wie oben für Schritt 302 beschrieben. In Schritt 504 wird eine Soll-Bewegungsrichtung für die Bewegung des Abtriebsrads 108 ermittelt, zum Beispiel anhand eines Vorzeichens des Sollwerts oder anhand eines Bewegungsrichtungs-Bits in einem Steuersignal, das von der Steuereinheit 122 empfangen wird. Die Soll-Bewegungsrichtung wird in Schritt 506 mit einer bisherigen Bewegungsrichtung für eine vorherige Bewegung des Abtriebsrads 108 verglichen. Die bisherige Bewegungsrichtung gibt vorzugsweise die Bewegungsrichtung der letzten Bewegung des Abtriebsrads 108 an und kann beispielsweise in einem Speicher der Steuereinheit 122 hinterlegt sein.Method 500 is a refinement of method 300 3 and also includes receiving a commanded value for movement of the output gear 108 in step 502, for example as described above for step 302. In step 504 a desired direction of movement for the movement of the output gear 108 is determined, for example based on a sign of the desired value or based on a direction of movement bit in a control signal received from the control unit 122 . The desired direction of movement is compared in step 506 with a previous direction of movement for a previous movement of the driven wheel 108 . The previous direction of movement preferably indicates the direction of movement of the last movement of the driven wheel 108 and can be stored in a memory of the control unit 122, for example.

Entspricht die Soll-Bewegungsrichtung nicht der bisherigen Bewegungsrichtung, d.h. soll die Bewegungsrichtung des Abtriebsrads 108 umgedreht werden, wird der Rotor 106 in Schritt 508 zunächst wie für Schritt 304 beschrieben von der Startstellung in die Zwischenstellung verfahren, um das bei einer Bewegungsumkehr in der Regel auftretende Getriebespiel zu kompensieren. Anschließend wird in Schritt 510 der Rotor 106 analog zum Schritt 306 um den dem Sollwert entsprechenden Betrag in die Endstellung verfahren.If the desired direction of movement does not correspond to the previous direction of movement, i.e. the direction of movement of the driven wheel 108 is to be reversed, the rotor 106 is first moved from the starting position to the intermediate position in step 508, as described for step 304, in order to avoid the situation that usually occurs when the movement is reversed to compensate for gear play. Then, in step 510, the rotor 106 is moved, analogously to step 306, to the end position by the amount corresponding to the desired value.

Entspricht die Soll-Bewegungsrichtung der bisherigen Bewegungsrichtung, d.h. soll die Bewegungsrichtung des Abtriebsrads 108 beibehalten werden, kann das anfängliche Verfahren des Rotors 106 in die Zwischenstellung in Schritt 508 ausgelassen werden und der Rotor 106 direkt aus der Startstellung um den dem Sollwert entsprechenden Betrag verfahren werden. Bei gleichem Betrag des Sollwerts kann folglich der Rotor 106 bei gleichbleibender Bewegungsrichtung weniger weit verfahren werden als bei eine Umkehr der Bewegungsrichtung, d.h. lediglich um den dem Sollwert entsprechenden Betrag ohne die Kompensation des Getriebespiels in Schritt 508.If the target direction of movement corresponds to the previous direction of movement, i.e. the direction of movement of the driven wheel 108 is to be retained, the initial movement of the rotor 106 into the intermediate position in step 508 can be omitted and the rotor 106 can be moved directly from the starting position by the amount corresponding to the target value . With the same setpoint value, the rotor 106 can therefore be moved less far with the same direction of movement than when the direction of movement is reversed, i.e. only by the amount corresponding to the setpoint without the compensation of the gear backlash in step 508.

In manchen Ausgestaltungen kann das Verfahren 500 zudem das Kompensieren eines Spiels eines Stellglieds, das mit dem Abtriebsrad 108 mechanisch gekoppelt ist, umfassen, insbesondere wenn die Bewegungsrichtung umgedreht wird. Beispielsweise kann zu dem in Schritt 502 empfangenen Sollwert ein Offset, zum Beispiel ein vordefinierter Offset oder ein von der Stellung des Stellglieds abhängiger Offset, addiert werden und der Rotor 106 in Schritt 510 um den so korrigierten Sollwert verfahren werden.In some configurations, the method 500 may also include compensating for backlash of an actuator mechanically coupled to the output gear 108, particularly when the direction of movement is reversed. For example, an offset, for example a predefined offset or an offset dependent on the position of the actuator, can be added to the setpoint value received in step 502 and the rotor 106 can be moved in step 510 by the setpoint value corrected in this way.

Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.The described embodiments according to the invention and the figures are only intended as purely exemplary illustrations. The invention can vary in its form without changing the underlying functional principle. The scope of protection of the method according to the invention and the device according to the invention results solely from the following claims.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Stellantriebactuator
102102
Elektromotorelectric motor
104104
Statorstator
104A104A
Phasenwicklungphase winding
106106
Rotorrotor
106A106A
Rotormagnetrotor magnet
108108
beweglich gelagertes Bauteil/Abtriebsradmovably mounted component/driven wheel
110110
Getriebetransmission
110-1, 110-2, 110-3, 110-4110-1, 110-2, 110-3, 110-4
Getrieberädergear wheels
112112
GehäuseHousing
112A112A
Gehäuseschalehousing shell
112B112B
Deckellid
114114
Führungselementguide element
116116
Drehachseaxis of rotation
120120
Leiterplattecircuit board
120A120A
Öffnung in Leiterplatte 120Opening in circuit board 120
122122
Steuereinheitcontrol unit
124124
erster Positionssensorfirst position sensor
126126
Magnetmagnet
128128
zweiter Positionssensor second position sensor
200200
Stellantriebactuator
200A200A
Anordnung zur Positionsbestimmung Arrangement for determining position
300300
Verfahren zur Steuerung eines StellantriebsMethod of controlling an actuator
302302
Empfangen des Sollwerts für Bewegung des BauteilsReceiving the setpoint for movement of the component
304304
Bewegung des Rotors in die ZwischenstellungMovement of the rotor to the intermediate position
306306
Bewegung des Rotors aus der Zwischenstellung um dem Sollwert entsprechenden Betrag Movement of the rotor from the intermediate position by an amount corresponding to the setpoint
400400
Stellungsänderung des RotorsChange of position of the rotor
402402
Stellungsänderung des AbtriebsradsChange of position of the driven wheel
500500
Verfahren zur Steuerung eines StellantriebsMethod of controlling an actuator
502502
Empfangen des Sollwerts für Bewegung des BauteilsReceiving the setpoint for movement of the component
504504
Ermitteln der Soll-BewegungsrichtungDetermining the target direction of movement
506506
Vergleich der Soll-Bewegungsrichtung mit bisheriger BewegungsrichtungComparison of the target direction of movement with the previous direction of movement
508508
Bewegung des Rotors in die ZwischenstellungMovement of the rotor to the intermediate position
510510
Bewegung des Rotors aus der Zwischenstellung um dem Sollwert entsprechenden BetragMovement of the rotor from the intermediate position by an amount corresponding to the setpoint
512512
Bewegung des Rotors aus der Startstellung um dem Sollwert entsprechenden BetragMovement of the rotor from the starting position by an amount corresponding to the setpoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2018/060630 A1 [0003]WO 2018/060630 A1 [0003]

Claims (16)

Verfahren (300, 500) zur Steuerung eines Stellantriebs (100, 200), wobei der Stellantrieb (100, 200) umfasst: einen Elektromotor (102) mit einem Stator (104) und einem Rotor (106); ein beweglich gelagertes Bauteil (108); ein Getriebe (110), welches das Bauteil (108) mit dem Rotor (106) mechanisch koppelt; und einen Positionssensor (124), der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bauteils (108) zu bestimmen, das Verfahren (300, 500) umfassend: Empfangen eines Sollwertes für eine Bewegung des Bauteils (108), wobei der Sollwert einen Betrag (Δφin) einer Bewegung des Rotors (104) charakterisiert; Bewegen des Rotors (106) von einer Startstellung (φ1) bis zu einer Zwischenstellung (φ2), in der eine mittels des Positionssensors (124) bestimmte Stellungsänderung des Bauteils (108) relativ zu einer Startstellung des Bauteils (108) erstmals einen Schwellenwert (Δφmin) erreicht; und Bewegen des Rotors (106) von der Zwischenstellung (φ2) um den dem Sollwert entsprechenden Betrag (Δφin) in eine Endstellung (φ3).A method (300, 500) for controlling an actuator (100, 200), the actuator (100, 200) comprising: an electric motor (102) having a stator (104) and a rotor (106); a movably mounted component (108); a gearbox (110) mechanically coupling the component (108) to the rotor (106); and a position sensor (124), which is set up to determine a position of the component (108), the method (300, 500) comprising: receiving a target value for a movement of the component (108), the target value having an amount (Δφ in ) a movement of the rotor (104); Moving the rotor (106) from a starting position (φ 1 ) to an intermediate position (φ 2 ), in which a change in position of the component (108) determined by the position sensor (124) relative to a starting position of the component (108) first reaches a threshold value (Δφ min ) reached; and moving the rotor (106) from the intermediate position (φ 2 ) by the amount (Δφ in ) corresponding to the desired value to an end position (φ 3 ). Verfahren (300, 500) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (102) ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist und der Sollwert eine Anzahl von Kommutierungsschritten angibt.Method (300, 500) according to claim 1 , wherein the electric motor (102) is an electronically commutated DC motor and the desired value indicates a number of commutation steps. Verfahren (300, 500) nach Anspruch 2, wobei eine Stellungsänderung des Bauteils (108) zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten beim Bewegen des Rotors (106) weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% des Schwellenwertes (Δφmin) beträgt.Method (300, 500) according to claim 2 , wherein a change in position of the component (108) between two successive commutation steps when moving the rotor (106) is less than 20%, preferably less than 10% of the threshold value (Δφ min ). Verfahren (300, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Positionssensor (124) eine Detektionsschwelle hat, welche eine kleinstmögliche Stellungsänderung des Bauteils (108) charakterisiert, die von dem Positionssensor (124) detektiert werden kann, und der Schwellenwert (Δφmin) für die Stellungsänderung des Bauteils (108) zwischen dem Zwei- und Zehnfachen der Detektionsschwelle, bevorzugt zwischen dem Drei- und Siebenfachen der Detektionsschwelle beträgt.Method (300, 500) according to one of the preceding claims, wherein the position sensor (124) has a detection threshold which characterizes the smallest possible change in position of the component (108) which can be detected by the position sensor (124), and the threshold value (Δφ min ) for the change in position of the component (108) is between two and ten times the detection threshold, preferably between three and seven times the detection threshold. Verfahren (300, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (300, 500) weiterhin das Bestimmen eines Betrags der Rotorbewegung zwischen der Startstellung (φ1) und der Zwischenstellung (φ2) umfasst, um ein Getriebespiel des Stellantriebs (100, 200) zu bestimmen.Method (300, 500) according to one of the preceding claims, wherein the method (300, 500) further comprises determining an amount of rotor movement between the starting position (φ 1 ) and the intermediate position (φ 2 ) to reduce a backlash of the actuator (100 , 200). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Ermitteln einer Soll-Bewegungsrichtung für die Bewegung des Bauteils (108); Vergleichen der Soll-Bewegungsrichtung mit einer bisherigen Bewegungsrichtung für eine vorherige Bewegung des Bauteils (108); und Bewegen des Rotors (106) von der Startstellung (φ1) über die Zwischenstellung (φ2) in die Endstellung (φ3) nur wenn die Soll-Bewegungsrichtung nicht der bisherigen Bewegungsrichtung entspricht.Method (500) according to one of the preceding claims, further comprising: determining a desired direction of movement for the movement of the component (108); Comparing the desired direction of movement with a previous direction of movement for a previous movement of the component (108); and moving the rotor (106) from the starting position (φ 1 ) via the intermediate position (φ 2 ) to the end position (φ 3 ) only if the desired direction of movement does not correspond to the previous direction of movement. Verfahren (300, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das beweglich gelagerte Bauteil (108) ein drehbar gelagertes Zahnrad, insbesondere ein Abtriebsrad des Stellantriebs (100, 200) ist.Method (300, 500) according to one of the preceding claims, wherein the movably mounted component (108) is a rotatably mounted gear wheel, in particular an output wheel of the actuator (100, 200). Verfahren (300, 500) nach Anspruch 7, wobei das Abtriebsrad (108) mit einem Stellglied mechanisch gekoppelt ist und das Verfahren (300, 500) ferner das Addieren oder Subtrahieren eines mit dem Stellglied verknüpften Offsets zu oder von dem Sollwert vor dem Bewegen des Rotors (106) um den dem Sollwert entsprechenden Betrag (Δφin) umfasst.Method (300, 500) according to claim 7 wherein the output gear (108) is mechanically coupled to an actuator, and the method (300, 500) further comprises adding or subtracting an offset associated with the actuator to or from the setpoint prior to moving the rotor (106) by the amount corresponding to the setpoint Amount (Δφ in ) included. Stellantrieb (100, 200), umfassend: einen Elektromotor (102) mit einem Stator (104) und einem Rotor (106); ein beweglich gelagertes Bauteil (108); ein Getriebe (110), welches das Bauteil (108) mit dem Rotor (106) mechanisch koppelt; einen Positionssensor (124), der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bauteils (108) zu bestimmen; und eine Steuereinheit (122), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.An actuator (100, 200) comprising: an electric motor (102) having a stator (104) and a rotor (106); a movably mounted component (108); a gearbox (110) mechanically coupling the component (108) to the rotor (106); a position sensor (124) configured to determine a position of the component (108); and a control unit (122) which is set up to carry out a method (300, 500) according to one of the preceding claims. Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor (102) ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor ist und die Steuereinheit (122) dazu eingerichtet ist, eine Stellungsänderung des Rotors (106) anhand einer Anzahl von Kommutierungsschritten während der Bewegung des Rotors (106) zu bestimmen.Actuator (100, 200) after claim 9 , wherein the electric motor (102) is an electronically commutated DC motor or a stepping motor and the control unit (122) is set up to determine a change in position of the rotor (106) based on a number of commutation steps during the movement of the rotor (106). Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit (122) dazu eingerichtet ist, ein Antriebssignal für den Elektromotor (102) zu kommutieren und die Anzahl der Kommutierungsschritte ohne Verwendung eines Sensors zu bestimmen.Actuator (100, 200) after claim 10 , wherein the control unit (122) is set up to commutate a drive signal for the electric motor (102) and to determine the number of commutation steps without using a sensor. Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Stellantrieb (100, 200) einen zweiten Positionssensor (128) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Rotors (106) zu bestimmen.Actuator (100, 200) according to one of claims 9 until 11 , wherein the actuator (100, 200) comprises a second position sensor (128) which is adapted to determine a position of the rotor (106). Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 12, wobei der zweite Positionssensor (128) dazu eingerichtet ist, einen Phasenstrom und/oder eine induzierte Spannung in einer Phasenwicklung (104A) des Elektromotors (102) zu messen, um die Stellung des Rotors (106) zu bestimmen.Actuator (100, 200) after claim 12 , wherein the second position sensor (128) is set up to measure a phase current and/or an induced voltage in a phase winding (104A) of the electric motor (102) in order to determine the position of the rotor (106). Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei an dem beweglich gelagerten Bauteil (108) ein Magnet (126) befestigt ist und der Positionssensor (124) zur Bestimmung der Stellung des Bauteils (108) einen Magnetfeldsensor zur Messung einer Stärke und/oder Richtung des von dem Magneten (108) erzeugten Magnetfelds umfasst.Actuator (100, 200) according to one of claims 9 until 13 , wherein a magnet (126) is attached to the movably mounted component (108) and the position sensor (124) for determining the position of the component (108) has a magnetic field sensor for measuring a strength and/or direction of the magnet (108) generated includes magnetic field. Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das beweglich gelagerte Bauteil (108) ein drehbar gelagertes Zahnrad, insbesondere eine Abtriebsrad des Stellantriebs (100, 200) ist.Actuator (100, 200) according to one of claims 9 until 14 , wherein the movably mounted component (108) is a rotatably mounted gear wheel, in particular a driven wheel of the actuator (100, 200). Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Stellantrieb (100, 200) zum Verstellen eines Ventils verwendet wird.Actuator (100, 200) according to one of claims 9 until 15 , wherein the actuator (100, 200) is used to adjust a valve.
DE102020131811.1A 2020-12-01 2020-12-01 Method of controlling an actuator Pending DE102020131811A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020131811.1A DE102020131811A1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method of controlling an actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020131811.1A DE102020131811A1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method of controlling an actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020131811A1 true DE102020131811A1 (en) 2022-06-02

Family

ID=81585888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020131811.1A Pending DE102020131811A1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method of controlling an actuator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020131811A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69818833T2 (en) 1997-08-07 2004-07-29 Trw Lucas Varity Electric Steering Ltd. POSITION DETECTION IN BRUSHLESS MOTOR SYSTEMS
DE102006047214A1 (en) 2005-10-13 2007-05-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd., Suwon Apparatus and method for controlling a brushless DC motor
WO2018060630A1 (en) 2016-09-28 2018-04-05 Moving Magnet Technologies Geared motor unit having a position sensor surrounding the output gear

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69818833T2 (en) 1997-08-07 2004-07-29 Trw Lucas Varity Electric Steering Ltd. POSITION DETECTION IN BRUSHLESS MOTOR SYSTEMS
DE102006047214A1 (en) 2005-10-13 2007-05-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd., Suwon Apparatus and method for controlling a brushless DC motor
WO2018060630A1 (en) 2016-09-28 2018-04-05 Moving Magnet Technologies Geared motor unit having a position sensor surrounding the output gear

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0974479B1 (en) Method for the regulation of motor driven adjusting device in motor vehicle
EP2601739B1 (en) Method and circuit arrangement for checking the rotor position of a synchronous machine
EP1872466B1 (en) Method for determining the position of a rotor of an electric motor without sensors
EP2646836B1 (en) Method for determining the speed of a synchronous machine
EP1908162A1 (en) Brushless electric motor
DE112007003276T5 (en) Brushless motor unit
WO2014012637A2 (en) Method for determining the rotor position of an electronically-commuted multi-phase direct current motor
DE102013218041A1 (en) Method for operating an electric motor
EP1514342B1 (en) Method and circuit arrangement for operating stepper motors
EP2409397B1 (en) Automatic detection of a mechanically commutated dc motor
DE10231450A1 (en) High-resolution rotation angle sensors for DC motors
WO2018028739A1 (en) Method for the mutual adjustment of a magnetic sensor device and of an actuator, and actuator device having an actuator and a magnetic sensor device
WO2012123133A1 (en) Method and device for calibrating a positioner system having an electronically commutated servomotor
DE102020120241A1 (en) Actuator with an electric motor and method for determining the position of an actuator
WO2017162232A1 (en) Method for the adjusted fastening of a magnetic sensor device to an actuator, and actuator having an electric motor and a magnetic sensor device
DE102020131811A1 (en) Method of controlling an actuator
WO2019001629A1 (en) Method and device for adjusting the position of a magnet relative to a gmr sensor
DE102016206768A1 (en) Brushless DC motor and method for providing an angle signal
DE102022100486B4 (en) Method for recalibrating a position of a component driven by an actuator
DE102020134580A1 (en) Method for detecting a fault condition in an electronically commutated DC motor
EP2266200B1 (en) Electric motor, motor system and method for determining an absolute angular position of a rotor of an electric motor
DE102020134540A1 (en) Process for controlling an electronically commutated DC motor
WO2015000638A1 (en) Source code programming of rotation angle sensors in engine add-on parts
DE102022100482A1 (en) Method for determining a change in position of a component mechanically coupled to an electric motor
EP2249472A2 (en) Method and device for determining an absolute incline of a rotor of an electric motor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified