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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktor für ein Steer-By-Wire Lenksystem umfassend einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator eine Vielzahl von sich in axialer Richtung durch den Stator erstreckenden Statornuten, in denen eine Statorwicklung angeordnet ist, wobei die Statorwicklung beidseits von Statorstirnseiten des Stators jeweils einen sich in axialer Richtung aus dem Stator herauserstreckenden Wickelkopf aufweist.
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Ein Steer-by-wire-Lenksystem überträgt in der Regel einen Lenkbefehl eines Lenksensors, wie insbesondere einem Lenkrad, über eine Steuereinrichtung ausschließlich elektrisch zu einem in der Regel elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, und üblicherweise die lenkbaren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs aktuiert. Es besteht bei einem solchen Steer-By-Wire-Lenksystem üblicherweise keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Fahrzeugrädern.
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Um dem Bediener der Steer-by-wire-Lenkung eine Rückmeldung zu geben, welche im Unterschied zu einem mechanischen Lenksystem bei einem Steer-by-wire-Lenksystem nicht per se gegeben ist, kann auf eine Welle, an der das Lenk- oder Steuerrad befestigt ist, künstlich ein Drehmoment mittels eines als Elektromotor ausgebildeten Aktors aufgegeben werden. Der Elektromotor kann hierbei, wie aus der
DE 10 2007 048 077 A1 prinzipiell bekannt ist, beispielsweise koaxial zur Welle der Lenkung angeordnet sein.
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Die in derartigen Steer-by-wire Lenksystemen verwendeten Aktoren sind motorisch betriebene elektrische Kleinmaschinen, die zumeist im Überlastbereich betrieben werden und üblicherweise nur durch natürliche Konvektion gekühlt werden. Der Betrieb in Überlast verursacht eine schnelle massive Erwärmung, insbesondere der Wicklung der elektrischen Kleinmaschine. Die Schnelligkeit der auftretenden Erwärmung wird durch die thermische Kapazität der elektrischen Kleinmaschine dominiert. Weiterhin ist in diesem Zusammen die thermische Anbindung der Wicklung zur Umgebung von Bedeutung. Wird die maximale Wicklungstemperatur erreicht, muss derated werden, d.h. die Funktionsfähigkeit des Aktors wird eingeschränkt. Dies ist regelmäßig unerwünscht.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung einen Aktor für ein Steer-by-wire Lenksystem bereitzustellen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest reduziert oder vollständig vermieden sind und der über eine verbesserte Wärmeabfuhr verfügt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktor für ein Steer-By-Wire Lenksystem umfassend einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator eine Vielzahl von sich in axialer Richtung durch den Stator erstreckenden Statornuten, in denen eine Statorwicklung angeordnet ist, wobei die Statorwicklung beidseits von Statorstirnseiten des Stators jeweils einen sich in axialer Richtung aus dem Stator herauserstreckenden Wickelkopf aufweist, wobei die Nuten und die Wickelköpfe vollständig von einem Kunststoff umspritzt sind.
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Der erfindungsgemäße Aktor besitzt somit einen komplett mittels eines Spritzgussverfahrens mit Kunststoff ummantelten Stator (Wickelkopf + Nuten). Hierbei sind also auch die Wicklung in den Statornuten vollständig von dem Kunststoff umhüllt.
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Hierdurch können u.a. folgende Verbesserungen erzielt werden:
- • Erhöhung der thermischen Kapazität durch den Ersatz von Luft durch Kunststoff (c_th_Luft = 1 kJ/kg/K, c_th_Kunststoff = 1.3-2.1 kJ/kg/K)
- • Erhöhung der Wärmleitfähigkeit (lambda_th_Luft = 0.024 W/m/K, lambda_th_Kunststoff = 0.2 kJ/kg/K) und hierdurch auch bessere Anbindung an die Umgebung (R_th kleiner)
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Vor allem die formschlüssige Anbindung der Statorwicklung/Wickelköpfe an das Statorgehäuse im allgemeinen und des Wickelkopfes an das Lagerschild im Speziellen ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr an die Umgebung, wodurch die Leistungsfähigkeit des Aktors maßgeblich erhöht wird. Des Weiteren ist eine Geräuschreduktion durch schwingungsdämpfende Eigenschaften des Kunststoffes realisierbar.
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Durch die verbesserte Wärmeabfuhr kann folglich auch eine höhere Ausnutzung der elektrischen Maschinen (höhere Ströme) erfolgen, wodurch geringere Kosten in der Mechanik (Getriebe) und Gewichtsreduktion des Aktors realisierbar sind.
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Der Stator der elektrischen Maschine kann als Stator für eine Axialflussmaschine oder Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umspritzung der Nuten und der Wickelköpfe mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist. Dies unterscheidet sich wesentlich von dem für elektrische Maschinen üblicherweise verwendeten Vollverguss (Epoxidharzbasis, zweikomponentig) bzw. Imprägnierung (Epoxidharzbasis, einkomponentig).
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Umspritzung mit einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Stator wenigstens ein Lagerschild aufweist, der gemeinsam mit den Nuten und den Wickelköpfen des Stators umspritzt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Axialschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Aktors for ein Steer-by-wire Lenksystem
- 2 eine schematische Axialschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Aktors for ein Steer-by-wire Lenksystem
- 3 eine schematische Blockschaltdarstellung eines Steer-by-wire Lenksystems
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Aktors 1 für ein Steer-By-Wire Lenksystem 2, wie es exemplarisch in der 3 gezeigt ist.
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Das Steer-by-Wire Lenksystem 2 ist als Lenksystem 2 für die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet und kann zwei elektrisch betriebene Aktoren 1 aufweisen. Zum einen kann ein erster Aktor 1 als ein sogenannter Hand Wheel Aktuator (HWA) und zum anderen ein zweiter Aktor 1 als ein sogenannter Road Wheel Aktuator (RWA) ausgebildet sein. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen.
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Der als elektrische Radialflussmaschine konfigurierte Aktor 1 umfasst einen zylindrischen Stator 3 und einen relativ zum Stator 3 drehbar innerhalb des Stators 3 gelagerten Rotor 4, wobei der Stator 3 eine Vielzahl von sich in axialer Richtung durch den Stator 3 erstreckenden Statornuten 5, in denen eine Statorwicklung 6 angeordnet ist, aufweist. Die Statorwicklung 6 weist beidseits von den Statorstirnseiten 7 des Stators 3 jeweils einen sich in axialer Richtung aus dem Stator 3 herauserstreckenden Wickelkopf 8 auf. Die Nuten 5 und die Wickelköpfe 8 sind hierbei vollständig von einem Kunststoff umspritzt. Die Umspritzung der Nuten 5 und der Wickelköpfe 8 ist mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Der Stator 3 besitzt wenigstens ein Lagerschild 9, der gemeinsam mit den Nuten 5 und den Wickelköpfen 8 des Stators 3 umspritzt ist.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die in der 1 gezeigt ist, besitzt der Stator 3 ein Statorgehäuse 12, das den Stator 3 umschließt. Der zwischen dem Statorgehäuse 12 und den Wickelköpfen 8 gebildete Ringraum ist vollständig mit Kunststoff gefüllt, was mit der gepunkteten Schraffur angedeutet ist.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist auf das Statorgehäuse 12 verzichtet worden und der Stator 3 ist vollständig an seiner äußern Mantelfläche von Kunststoff umspritzt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Lenksystem
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 5
- Statornuten
- 6
- Statorwicklung
- 7
- Statorstirnseiten
- 8
- Wickelkopf
- 9
- Lagerschild
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Lenkrad
- 12
- Statorgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048077 A1 [0003]
