DE102020209478A1 - Electrically controllable unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Aggregat.Das Aggregat hat eine elektrische Maschine mit einem Rotor (10), einer drehfest mit dem Rotor (10) verbundenen Maschinenwelle (18) und einen mit dem Rotor (10) umlaufenden Signalgeber (16) einer Sensoreinrichtung zur elektronischen Erfassung und Auswertung des Drehwinkels des Rotors (10).Der Signalgeber (16) ist fest mit dem Rotor (10) zu einer Baueinheit verbunden und weist erste Bereiche (34) und zweite Bereiche (32) auf, welche in gegenseitigem Wechsel in Umfangsrichtung des Signalgebers (16) aufeinanderfolgend angeordnet sind und sich in ihrer jeweiligen elektrischen Leitfähigkeit voneinander unterscheiden.Erfindungsgemäß umfasst der Signalgeber (16) wenigstens ein Blechformteil, das entlang seines Umfangs mit Durchbrüchen (32) versehen ist, welche elektrisch nicht-leitfähige Bereiche des Signalgebers (16) ausbilden.Die Erfindung schafft einen besonders wirtschaftlich herstellbaren Signalgeber (16) welcher auf einfache Weise mit dem Rotor (10) zu einer Baueinheit verbindbar ist.The invention relates to an electrically controllable unit. The unit has an electrical machine with a rotor (10), a machine shaft (18) connected to the rotor (10) in a rotationally fixed manner and a signal transmitter (16) rotating with the rotor (10) for a sensor device Electronic detection and evaluation of the angle of rotation of the rotor (10). The signal transmitter (16) is firmly connected to the rotor (10) to form a structural unit and has first areas (34) and second areas (32) which alternate in the circumferential direction of the signal transmitter (16) are arranged one after the other and differ from one another in their respective electrical conductivity. 16). The invention creates a signal transmitter (16) which can be produced particularly economically and which is simple to manufacture ise can be connected to the rotor (10) to form a structural unit.
Description
Technischer HintergrundTechnical background
Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an electrically controllable unit according to the features of the preamble of claim 1.
Derartige Aggregate werden bevorzugt in elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen zum Antrieb einer Druckmittelfördereinrichtung eingesetzt. Mit dem geförderten Druckmittel wird in Radbremsen dieser Bremsanlagen ein Bremsdruck aufgebaut, dessen Höhe sich proportional zum geförderten Volumen an Druckmittel einstellt. Zur Berechnung des verdrängten Volumens an Druckmittel sind Sensoreinrichtungen vorhanden, welche den Drehwinkel eines Rotors des Aggregats erfassen und das erfasste Drehwinkelsignal einem elektronischen Steuergerät zur weiteren Auswertung zuführen.Such units are preferably used in electronically slip-controllable brake systems of motor vehicles for driving a pressure medium delivery device. With the conveyed pressure medium, a brake pressure is built up in the wheel brakes of these brake systems, the level of which is proportional to the conveyed volume of pressure medium. To calculate the displaced volume of pressure medium, there are sensor devices which detect the angle of rotation of a rotor of the assembly and feed the detected angle of rotation signal to an electronic control unit for further evaluation.
Dieses Steuergerät ist zudem geeignet, den Bremsdruck radindividuell an die Schlupfverhältnisse anzupassen, welche aktuell an den jeweils zugeordneten Rädern des Fahrzeugs vorherrschen. Durchdrehende Räder eines Fahrzeugs lassen sich somit verhindern, die Fahrstabilität eines Fahrzeugs verbessern und letztlich können Bremsvorgänge in Abhängigkeit der momentanen Verkehrssituation unabhängig von einem vorliegenden Bremswunsch eines Fahrers durchgeführt werden.This control unit is also suitable for adapting the brake pressure for each wheel to the slip conditions that currently prevail on the respectively assigned wheels of the vehicle. Spinning wheels of a vehicle can thus be prevented, the driving stability of a vehicle can be improved and, ultimately, braking processes can be carried out as a function of the current traffic situation, regardless of the driver's braking request.
Stand der TechnikState of the art
Ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung Nr.
Dieses bekannte Aggregat umfasst einen elektrisch kommutierten Motor mit einem Rotor sowie eine drehfest mit diesem Rotor verbundene Motorwelle. Der Rotor ist konventionell aufgebaut und weist ein Rotorpaket mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten Magneten auf. Diese Magnete wirken in bekannter Art und Weise mit Magneten eines Stators des Motors derart zusammenwirken, dass Rotor und Motorwelle zu einer Rotationsbewegung angetrieben werden. Der Stator ist dazu in einem Motorgehäuse untergebracht, in dem auch die Motorwelle mit dem Rotor drehbar gelagert ist.This known unit comprises an electrically commutated motor with a rotor and a motor shaft connected to this rotor in a rotationally fixed manner. The rotor is constructed conventionally and has a rotor package with several magnets arranged next to one another in the circumferential direction. These magnets interact in a known manner with magnets of a stator of the motor in such a way that the rotor and motor shaft are driven to rotate. For this purpose, the stator is accommodated in a motor housing in which the motor shaft with the rotor is also rotatably mounted.
Zu einer quantitativen Erfassung der Drehbewegung des Rotors ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die aus einem mit dem Rotor umlaufenden Signalgeber sowie einem zugeordneten und am Motorgehäuse ortsfest verankerten Signalempfänger aufgebaut ist. Der Signalgeber umfasst eine ringscheibenförmige Leiterplatte, die zur Ausbildung von durch den Signalempfänger detektierbaren elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht-leitfähigen Bereichen mit einer flügelförmig ausgebildeten Beschichtung versehen ist. Diese Leiterplatte ist am Rotor befestigt, beispielsweise durch Nieten oder andere mechanische Verbindungsmittel.For a quantitative detection of the rotational movement of the rotor, a sensor device is provided which is composed of a signal transmitter rotating with the rotor and an associated signal receiver that is fixedly anchored on the motor housing. The signal transmitter comprises an annular disk-shaped circuit board which is provided with a wing-shaped coating to form electrically conductive and electrically non-conductive areas that can be detected by the signal receiver. This circuit board is attached to the rotor, for example by rivets or other mechanical connecting means.
Signalempfänger und Signalgeber arbeiten nach einem induktiven Messprinzip miteinander zusammen. Hierfür umfasst der Signalempfänger einer Erregerspule und eine Detektorspule, welche bei einer Rotation des Signalgebers von den elektrisch leitfähigen Bereichen des Signalgebers im Wechsel mit den elektrisch nicht leitfähigen Bereichen des Signalgebers überstrichen werden. Dabei wird eine veränderliche Spannung in der Detektorspule induziert, welche die Rotationsbewegung des Signalgebers und damit die des Rotors charakterisiert. Vorteilhaft an einer derartigen unmittelbaren Anordnung des Signalgebers am Rotor ist die kurze Bauweise des Aggregats in Richtung einer Längsachse seiner Motorwelle. Zudem wird eine relativ präzise Erfassung des tatsächlichen Drehwinkels dieses Rotors ermöglicht, weil zwischen Signalgeber und Rotor nahezu keine trägheitsbedingte Torsion der Motorwelle aufgrund von am Rotor angreifenden Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften auftritt.Signal receivers and signal transmitters work together according to an inductive measuring principle. For this purpose, the signal receiver comprises an excitation coil and a detector coil which, when the signal transmitter rotates, are swept over by the electrically conductive areas of the signal transmitter alternating with the electrically non-conductive areas of the signal transmitter. A variable voltage is induced in the detector coil, which characterizes the rotational movement of the signal transmitter and thus that of the rotor. The advantage of such a direct arrangement of the signal transmitter on the rotor is the short construction of the unit in the direction of a longitudinal axis of its motor shaft. In addition, a relatively precise detection of the actual angle of rotation of this rotor is made possible because there is almost no inertia-related torsion of the motor shaft between the signal transmitter and the rotor due to acceleration or deceleration forces acting on the rotor.
Dennoch ist die Leiterplatte mit ihrer flügelförmigen Beschichtung relativ teuer in der Herstellung und es sind zudem zusätzliche Arbeitsgänge zur Befestigung der Leiterplatte am Rotor notwendig. Werden als Verbindungsmittel Nieten oder Schrauben eingesetzt, so führt dies zu einer Erhöhung der Bauteileanzahl sowie des Gewichts und damit des Trägheitsmoments des Rotors. Schließlich sind bei der Montage der Leiterplatte an den Rotor relativ hohe Anforderungen hinsichtlich der Konzentrizität dieser Leiterplatte zu einer Längsachse der Motorwelle einzuhalten, um die Präzision der Drehwinkelerfassung nicht zu beeinträchtigen.Nevertheless, the circuit board with its wing-shaped coating is relatively expensive to manufacture and additional work steps are also necessary for fastening the circuit board to the rotor. If rivets or screws are used as connecting means, this leads to an increase in the number of components and in the weight and thus the moment of inertia of the rotor. Finally, when mounting the circuit board on the rotor, relatively high requirements must be met with regard to the concentricity of this circuit board with respect to a longitudinal axis of the motor shaft in order not to impair the precision of the rotation angle detection.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Signalgeber kostengünstiger als beim erläuterten Stand der Technik herstellbar ist. Zudem lässt sich der Signalgeber im Rahmen der Herstellung des Rotors am Rotorpaket befestigen und somit lassen sich Arbeitsgänge zu einer separaten Montage des Signalgebers einsparen. Eine Herstellung des Rotorpakets sowie die Befestigung des Signalgebers am Rotorpaket kann auf denselben bzw. auf gleichartigen Maschinen und Einrichtungen stattfinden. Insgesamt vereinfacht und verkürzt sich der Montagevorgang des Aggregats deutlich.In contrast, an electrically controllable unit according to the features of claim 1 has the advantage that the signal transmitter can be produced more cost-effectively than in the explained prior art. In addition, the signal transmitter can be attached to the rotor package as part of the manufacture of the rotor, thus eliminating the need for a separate assembly of the signal transmitter. The manufacture of the rotor assembly and the attachment of the signal transmitter to the rotor assembly can take place on the same or on similar machines and devices. Overall, the assembly process of the unit is significantly simplified and shortened.
Die oben genannten Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen Signalgeber erreicht, der wenigstens ein Blechformteil umfasst, das in seiner Umfangsrichtung mit Durchbrüchen versehen ist, welche die elektrisch nicht-leitfähigen Bereiche dieses Signalgebers ausbilden.The advantages mentioned above are achieved according to the invention by a signal transmitter which comprises at least one shaped sheet metal part which is provided with openings in its circumferential direction, which form the electrically non-conductive areas of this signal transmitter.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention emerge from the subclaims and / or from the following description.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Signalgeber wenigstens eine Außenkontur auf, welche deckungsgleich ist mit der Außenkontur des Rotors. Dadurch lassen sich der Signalgeber und das Rotorpaket einfach aufeinanderstapeln und aneinander befestigen. Beide Arbeitsgänge lassen sich leicht automatisieren und damit schnell und kostengünstig durchführen.In an advantageous development of the invention, the signal transmitter has at least one outer contour which is congruent with the outer contour of the rotor. This allows the signal transmitter and the rotor package to be easily stacked on top of one another and attached to one another. Both operations can be easily automated and thus carried out quickly and inexpensively.
Grundsätzlich sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Baueinheit aus einem Rotorpaket und einem Signalgeber vorstellbar.In principle, several exemplary embodiments of a structural unit composed of a rotor package and a signal transmitter are conceivable.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber zusätzlich zum Rotorpaket ausgebildet und weist eine Nabe auf, welche die Maschinenwelle des Rotors umschließt.In a first exemplary embodiment, the signal transmitter is designed in addition to the rotor package and has a hub which surrounds the machine shaft of the rotor.
Bei einer zweiten Ausführung ist der Signalgeber als funktionaler Bestandteil des Rotors ausgebildet und weist durchgehende Ausnehmungen auf, in welche die Magnete des Rotors hineinragen.In a second embodiment, the signal transmitter is designed as a functional component of the rotor and has continuous recesses into which the magnets of the rotor protrude.
Vorteilhaft ist darüber hinaus, wenn das Blechformteil des Signalgebers mit einer Zentralausnehmung versehen werden kann, deren Durchmesser größer ist, als ein Außendurchmesser der Motorwelle im Bereich dieser Zentralausnehmung. Mittels einer derartigen Zentralausnehmung werden von dem Blechformteil des Signalgebers ausgehende Kerbwirkungen auf die Motorwelle vermieden und damit laufzeitbedingten Schäden am Aggregat entgegengewirkt. Mit der Zentralausnehmung wird zusätzlich Platz für die Anordnung eines Lagers geschaffen, mit dem der Rotor im Motorgehäuse drehbar aufgenommen ist. Letztlich wird damit eine Baulänge des Aggregats in Richtung der Längsachse der Motorwelle verkürzt.It is also advantageous if the shaped sheet metal part of the signal transmitter can be provided with a central recess, the diameter of which is larger than an outer diameter of the motor shaft in the area of this central recess. By means of such a central recess, notch effects on the motor shaft emanating from the shaped sheet metal part of the signal transmitter are avoided and damage to the unit caused by running time is counteracted. The central recess also creates space for the arrangement of a bearing with which the rotor is rotatably received in the motor housing. Ultimately, this shortens the overall length of the unit in the direction of the longitudinal axis of the motor shaft.
Eine Verbindung der Elektrobleche eines Rotors über hohlzylindrische und gegenüber einer Vorderseite der Elektrobleche vorstehende Noppen hat sich in der Praxis vielfach bewährt. Durch die Umformung von Material bei einer Herstellung dieser Noppen lassen sich mehrere Elektrobleche flächenbündig aufeinander stapeln und umformtechnisch miteinander verbinden. Die in Fachkreisen unter den Begriffen Durchsetzfügen, Druckfügen, Clinchen oder Toxen bekannt Verbindungsmethode wird erfindungsgemäß zu einer Fixierung des Signalgebers am Rotor bzw. am Rotorpaket des Rotors eingesetzt. A connection of the electrical steel sheets of a rotor via hollow cylindrical knobs protruding from a front side of the electrical steel sheets has proven itself many times in practice. By reshaping material during the production of these knobs, several electrical sheets can be stacked flush on top of one another and connected to one another by shaping. The connection method known in specialist circles under the terms clinching, pressure joining, clinching or toxening is used according to the invention to fix the signal transmitter on the rotor or on the rotor assembly of the rotor.
Weiterhin vorteilhaft für eine kompakte Bauweise des Aggregats ist eine flächenbündige Anlage des Blechformteils des Signalgebers am Rotor.Also advantageous for a compact construction of the unit is a flush contact of the sheet metal part of the signal transmitter on the rotor.
Mit fensterartig ausgebildeten Durchbrüchen am Blechformteil des Signalgebers wird dessen Formstabilität begünstigt sowie einer mechanischen Verbiegung bspw. infolge eines Verhakens der Einzelteile in der Fertigung vor ihrer Montage entgegengewirkt. Gleichzeitig wird eine automatisierte Montage des Aggregats erleichtert.With window-like openings on the shaped sheet metal part of the signal transmitter, its dimensional stability is promoted and mechanical bending, for example as a result of the individual parts getting caught in the production process, is counteracted before they are assembled. At the same time, automated assembly of the unit is made easier.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.
- Die Zeichnung umfasst insgesamt 3 Figuren, welche jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
- The drawing comprises a total of 3 figures, each showing an exemplary embodiment of the invention.
In den Figuren ist dazu jeweils ein mit einem Signalgeber ausgestatteter Rotor einer elektrischen Maschine in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
Für einander entsprechende Bauteile bzw. Bauteilabschnitte sind in den Figuren einheitliche Bezugszeichen verwendet worden.For this purpose, a rotor of an electrical machine equipped with a signal transmitter is shown in a perspective view in each of the figures.
Uniform reference symbols have been used in the figures for corresponding components or component sections.
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Der in den
Das Rotorpaket
Die Verbindung und Befestigung mehrerer Rotorbleche untereinander erfolgt durch ein Verfahren, das unter den Begriffen Durchsetzfügen, Druckfügen, Clinchen oder Toxen bekannt ist. Bei diesem Verfahren werden mittels eines Stempels und einer Matrize an den jeweiligen Rotorblechen hohlzylindrisch ausgestaltete Noppen angeformt, welche über eine Seite der Rotorbleche axial vorstehen und auf der anderen Seite der Rotorbleche eine becherförmige Aussparung ausbilden. Die Noppen eines Rotorblechs werden bei diesem Verfahren mit ihrem axial vorstehenden Bereich in die zugeordnete becherförmige Aussparung eines Noppens eines anderen Rotorblechs derart eingedrückt, dass die beiden Rotorbleche nahezu flächenbündig aneinander anliegend auf engstem Raum zu einem Paket stapelbar sind und dabei gleichzeitig kraft- und formschlüssig miteinander verbunden werden. Üblicherweise sind pro Rotorblech mehrere solcher Verbindungsstellen vorgesehen, die auf der Fläche des Rotorblechs verteilt angeordnet sind.The connection and fastening of several rotor sheets to one another is carried out using a process known as clinching, pressure joining, clinching or toxening. In this method, hollow-cylindrical knobs are formed on the respective rotor laminations by means of a punch and a die, which protrude axially over one side of the rotor laminations and form a cup-shaped recess on the other side of the rotor laminations. In this method, the knobs of a rotor lamination are pressed with their axially protruding area into the associated cup-shaped recess of a knobs of another rotor lamination in such a way that the two rotor lamination can be stacked almost flush to one another in a very small space to form a package and at the same time non-positively and form-fittingly with one another get connected. Usually, several such connection points are provided per rotor lamination, which are arranged distributed over the surface of the rotor lamination.
Prinzipiell haben alle Rotorbleche eines Rotorpakets
Der Signalgeber
Nach radial innen schließt sich an die Aussparungen
Die einzelnen Durchbrüche
Eine Befestigung des Signalgebers
Bei Bedarf kann der Signalgeber
Beim Ausführungsbeispiel nach
Zudem verfügt diese Bauform eines Signalgebers
Beim Ausführungsbeispiel nach
Der Signalgeber
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstellen
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen denkbar, ohne vom eingangs dargelegten Grundgedanken der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 abzuweichen.It goes without saying that changes or additions to the exemplary embodiments described are conceivable without deviating from the basic concept of the invention according to the features of claim 1 set out at the beginning.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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