DE102022123183A1 - Gear actuator, rotary actuator, vehicle and inductive position determination method with the gear actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem Getriebeaktor (54), mit einem elektromotorischen Antrieb (10), mit einer Steuerplatine (12), welche zumindest einen Motorsteuerschaltkreis (14) zu einer Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs (10) umfasst, mit einem Abtrieb (16), mit einer Getriebeeinheit (18), welche zumindest eine Übersetzung zwischen dem elektromotorischen Antrieb (10) und dem Abtrieb (16) bereitstellt, und mit einer Positionssensorvorrichtung (20), insbesondere einer Rotationspositionssensorvorrichtung, zu einer Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebs (16), insbesondere eines Abtriebsrads (28) des Abtriebs (16).Es wird vorgeschlagen, dass die Positionssensorvorrichtung (20) einen induktiven Positionssensor (22) mit einem Geberelement (24) und mit einem mit dem Geberelement (24) wechselwirkenden Sende- und Empfangsspulenmodul (26) umfasst.The invention is based on a gear actuator (54), with an electric motor drive (10), with a control board (12), which comprises at least one motor control circuit (14) for controlling the electromotive drive (10), with an output (16) , with a gear unit (18), which provides at least one gear ratio between the electric motor drive (10) and the output (16), and with a position sensor device (20), in particular a rotational position sensor device, for determining a current positioning position of the output (16) , in particular an output gear (28) of the output (16).It is proposed that the position sensor device (20) has an inductive position sensor (22) with a transmitter element (24) and with a transmitting and receiving coil module (24) which interacts with the transmitter element (24). 26) includes.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Getriebeaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Drehsteller nach Anspruch 13, ein Fahrzeug nach Anspruch 14 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.The invention relates to a transmission actuator according to the preamble of claim 1, a rotary actuator according to claim 13, a vehicle according to claim 14 and a method according to the preamble of claim 15.
Es ist bereits ein Getriebeaktor mit einem elektromotorischen Antrieb, mit einer Steuerplatine, welche zumindest einen Motorsteuerschaltkreis zu einer Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs umfasst, mit einem Abtrieb, mit einer Getriebeeinheit, welche zumindest eine Übersetzung zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Abtrieb bereitstellt, und mit einer Positionssensorvorrichtung zu einer Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebs vorgeschlagen worden.There is already a gear actuator with an electric motor drive, with a control board, which comprises at least one motor control circuit for controlling the electric motor drive, with an output, with a gear unit which provides at least one gear ratio between the electric motor drive and the output, and with a Position sensor device has been proposed for determining a current position of the output.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines Einsatzes in rein batteriebetriebenen Fahrzeugen bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 bis 15 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The object of the invention is, in particular, to provide a generic device with advantageous properties with regard to use in purely battery-operated vehicles. The object is achieved according to the invention by the features of patent claims 1 and 13 to 15, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht aus von einem Getriebeaktor mit einem elektromotorischen Antrieb, mit einer Steuerplatine, welche zumindest einen Motorsteuerschaltkreis zu einer Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs umfasst, mit einem Abtrieb, mit einer Getriebeeinheit, welche zumindest eine Übersetzung zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Abtrieb bereitstellt, und mit einer Positionssensorvorrichtung, insbesondere einer Rotationspositionssensorvorrichtung, zu einer Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebs, insbesondere eines Abtriebsrads des Abtriebs.The invention is based on a gear actuator with an electric motor drive, with a control board which comprises at least one motor control circuit for controlling the electric motor drive, with an output, with a gear unit which provides at least one gear ratio between the electromotive drive and the output, and with a position sensor device, in particular a rotational position sensor device, for determining a current positioning position of the output, in particular an output gear of the output.
Es wird vorgeschlagen, dass die Positionssensorvorrichtung einen induktiven Positionssensor mit einem Geberelement und mit einem mit dem Geberelement wechselwirkenden Sende- und Empfangsspulenmodul umfasst. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Eignung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge erreicht werden, insbesondere indem ein ohne statische Magnetfelder und/oder ohne Hallsensoren auskommendes Wirkprinzip verwendet werden kann. Vorteilhaft kann durch das induktive Wirkprinzip eine gute elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden. Vorteilhaft kann eine geringe Störanfälligkeit gegen elektromagnetische Störfelder, wie sie beispielsweise von Hochvoltleitungen erzeugt werden können, erreicht werden. Vorteilhaft kann durch das induktive Wirkprinzip ein Risiko einer Beeinflussung durch elektromagnetische Strahlung von Hochvoltbordnetzen zumindest teilweise oder vollständig elektrisch angetriebener Fahrzeuge gering gehalten werden.It is proposed that the position sensor device comprises an inductive position sensor with a transmitter element and with a transmitting and receiving coil module that interacts with the transmitter element. This makes it possible to achieve a particularly advantageous suitability for electrically driven vehicles, in particular by using an operating principle that does not require static magnetic fields and/or Hall sensors. Good electromagnetic compatibility can advantageously be achieved through the inductive operating principle. A low susceptibility to interference against electromagnetic interference fields, such as those that can be generated, for example, by high-voltage lines, can advantageously be achieved. The inductive operating principle can advantageously keep the risk of being influenced by electromagnetic radiation from high-voltage electrical systems of at least partially or completely electrically powered vehicles low.
Der elektromotorische Antrieb ist insbesondere als ein Elektromotor, vorzugsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor / ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, welcher insbesondere über eine 3-Phasen-Ansteuerung betrieben wird, ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere ist der Motorsteuerschaltkreis zumindest dazu vorgesehen, die elektronische Kommutierung des elektromotorischen Antriebs zu steuern. Insbesondere ist der Motorsteuerschaltkreis zumindest dazu vorgesehen, eine Motordrehrichtung, eine Motorgeschwindigkeit, eine Motordrehzahl, ein Motordrehmoment, etc. zu steuern. Insbesondere ist der elektromotorische Antrieb mit der Getriebeeinheit zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in einem gemeinsamen Aktorgehäuse angeordnet. Insbesondere wechselwirkt der elektromotorische Antrieb, insbesondere eine Antriebswelle des Elektromotors, direkt mit einer ersten Getriebestufe eines Getriebezugs der Getriebeeinheit. Insbesondere wechselwirkt der Abtrieb direkt mit einer letzten Getriebestufe des Getriebezugs der Getriebeeinheit. Insbesondere führt der Abtrieb die nutzbare Aktorbewegung des Getriebeaktors aus dem Aktorgehäuse nach außen. Insbesondere umfasst die Getriebeeinheit ein Antriebsrad, ein Abtriebsrad und zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei oder mehr weitere Getriebestufen, welche vorzugsweise als Zahnräder (Stirnräder) ausgebildet sind. Insbesondere bildet die Getriebeeinheit ein Stirnradgetriebe aus.The electric motor drive is designed in particular as an electric motor, preferably as a brushless direct current motor/an electronically commutated direct current motor, which is operated in particular via a 3-phase control. “Provided” is intended to mean, in particular, specifically programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state. In particular, the motor control circuit is at least intended to control the electronic commutation of the electric motor drive. In particular, the engine control circuit is at least intended to control an engine rotation direction, an engine speed, an engine speed, an engine torque, etc. In particular, the electric motor drive with the gear unit is at least partially, preferably completely, arranged in a common actuator housing. In particular, the electric motor drive, in particular a drive shaft of the electric motor, interacts directly with a first gear stage of a gear train of the gear unit. In particular, the output interacts directly with a last gear stage of the gear train of the gear unit. In particular, the output leads the usable actuator movement of the gear actuator out of the actuator housing. In particular, the gear unit comprises a drive wheel, a driven gear and at least one, preferably at least two or more, further gear stages, which are preferably designed as gear wheels (spur gears). In particular, the gear unit forms a spur gear.
Insbesondere ist die Positionssensorvorrichtung dazu vorgesehen, in einem metallischen Element, insbesondere in dem Geberelement, gezielt erzeugte Wirbelstromfelder zu detektieren und basierend auf den empfangenen Signalen eine Positionsbestimmung des metallischen Elements, insbesondere des Geberelements, vorzunehmen. Insbesondere ist die momentane Stellposition des Abtriebs als eine momentane Winkelposition des Abtriebsrads ausgebildet. Insbesondere ist eine Sendespule des Sende- und Empfangsspulenmoduls dazu vorgesehen, die Wirbelstromfelder in dem Geberelement zu erzeugen. Insbesondere sind mehrere Empfangsspulen des Sende- und Empfangsspulenmoduls dazu vorgesehen, eine durch die Wirbelstromfelder erzeugte, vorzugsweise induktiv erzeugte, Rückantwort des Geberelements zu detektieren.In particular, the position sensor device is intended to specifically detect eddy current fields generated in a metallic element, in particular in the transmitter element, and to determine the position of the metallic element, in particular of the transmitter element, based on the received signals. In particular, the current positioning position of the output is designed as a current angular position of the output gear. In particular, a transmitting coil of the transmitting and receiving coil module is intended to generate the eddy current fields in the transmitter element. In particular, several receiving coils of the transmitting and receiving coil module are provided, one through the We to detect the response of the transmitter element generated by belstrom fields, preferably inductively generated.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Geberelement zumindest drehfest mit dem Abtrieb, insbesondere dem Abtriebsrad, verbunden ist und/oder dass das Geberelement an dem Abtriebsrad des Abtriebs fixiert ist. Dadurch kann vorteilhaft eine präzise und zuverlässige Positionsbestimmung erreicht werden. Vorzugsweise wird das Geberelement mit dem Abtrieb mitrotiert. Das Geberelement kann dabei an eine flache Seite des Abtriebsrads befestigt sein, z.B. angeklebt, angespritzt oder formschlüssig montiert. Alternativ kann das Geberelement auch mit einem Rotationsschaft des Abtriebsrads rotationsfest verbunden sein. Beispielsweise könnte das Geberelement als ein von dem Abtriebsrad getrennt ausgebildetes aber der Bewegung des Abtriebsrad folgendes Scheibenelement ausgebildet sein, welches insbesondere in einem Abstand zu dem Abtriebsrad an dem Rotationsschaft des Abtriebsrads befestigt ist. Alternativ ist denkbar, dass das Geberelement oder ein weiteres Geberelement an einer von dem Abtriebsrad verschiedenen Getriebestufe des Getriebezugs der Getriebeeinheit angeordnet / befestigt ist.Furthermore, it is proposed that the transmitter element is at least non-rotatably connected to the output, in particular the output gear, and/or that the transmitter element is fixed to the output gear of the output. As a result, a precise and reliable position determination can advantageously be achieved. Preferably, the transmitter element rotates with the output. The transmitter element can be attached to a flat side of the driven gear, for example glued, molded or mounted in a form-fitting manner. Alternatively, the transmitter element can also be connected in a rotationally fixed manner to a rotation shaft of the driven wheel. For example, the transmitter element could be designed as a disk element that is designed separately from the driven wheel but follows the movement of the driven wheel and is fastened to the rotation shaft of the driven wheel in particular at a distance from the driven wheel. Alternatively, it is conceivable that the transmitter element or a further transmitter element is arranged/attached to a gear stage of the gear train of the gear unit that is different from the driven gear.
Wenn das Geberelement an einem von einer (Stirn-)Verzahnung des Abtriebsrads des Abtriebs axial beabstandeten Bereich des Abtriebsrads fixiert ist, kann vorteilhaft eine besonders nahe Positionierung des Geberelements an dem Sende- und Empfangsspulenmodul, insbesondere unabhängig von einer Axialposition des Abtriebsrads ermöglicht werden. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders geringe Störanfälligkeit und/oder ein besonders energiesparender Betrieb gewährleistet werden.If the transmitter element is fixed to a region of the driven gear that is axially spaced from a (spur) toothing of the output gear of the output, a particularly close positioning of the transmitter element to the transmitting and receiving coil module can advantageously be made possible, in particular independently of an axial position of the driven gear. This can advantageously ensure a particularly low susceptibility to faults and/or particularly energy-saving operation.
Wenn zudem das Geberelement aus einem metallischen, zumindest im Wesentlichen unmagnetischen und zumindest im Wesentlichen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, kann vorteilhaft eine zuverlässige Stellpositionsbestimmung gewährleistet werden. Unter einem „im Wesentlichen unmagnetischen Material“ soll insbesondere ein Material mit einer magnetischen Permeabilitätszahl größer als 4, vorzugsweise größer als 40 und bevorzugt größer als 400 verstanden werden. Vorzugsweise soll unter dem im Wesentlichen unmagnetischen Material ein nicht-permanentmagnetisches und/oder nichtferromagnetisches Material verstanden werden. Beispielsweise kann das im Wesentlichen unmagnetische Material als ein paramagnetisches Material, z.B. Aluminium, oder aus einem diamagnetischen Material, z.B. Kupfer, ausgebildet sein. Unter einem „im Wesentlichen elektrisch leitfähigen Material“ soll insbesondere ein Material verstanden werden, welches eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 103 S/m, vorzugsweise mehr als 104 S/m, bevorzugt mehr als 105 S/m und besonders bevorzugt mehr als 106 S/m aufweist. Vorzugsweise soll unter dem „im Wesentlichen elektrisch leitfähigen Material“ ein elektrischer Leiter, wie z.B. Kupfer oder Aluminium, verstanden werden. Unter einer „wesentlich größeren“ Dichte soll insbesondere eine um zumindest 25 % größere Dichte verstanden werden. Es ist denkbar, dass das Geberelement aus einem Kupfer oder aus einem Aluminium ausgebildet ist.If the transmitter element is also made of a metallic, at least essentially non-magnetic and at least essentially electrically conductive material, a reliable position determination can advantageously be ensured. A “substantially non-magnetic material” should be understood to mean, in particular, a material with a magnetic permeability number greater than 4, preferably greater than 40 and preferably greater than 400. The essentially non-magnetic material should preferably be understood to mean a non-permanent magnetic and/or non-ferromagnetic material. For example, the essentially non-magnetic material can be formed as a paramagnetic material, for example aluminum, or from a diamagnetic material, for example copper. A “substantially electrically conductive material” is intended to mean, in particular, a material which has an electrical conductivity of more than 10 3 S/m, preferably more than 10 4 S/m, preferably more than 10 5 S/m and particularly preferably more than 10 6 S/m. The “essentially electrically conductive material” should preferably be understood to mean an electrical conductor, such as copper or aluminum. A “significantly greater” density should be understood to mean, in particular, a density that is at least 25% greater. It is conceivable that the transmitter element is made of copper or aluminum.
Wenn das Geberelement als ein Kreisringsegment ausgebildet ist, welches insbesondere höchstens einen Halbkreis, bevorzugt höchstens einen Drittelkreis, vorteilhaft höchstens einen Viertelkreis, besonders vorteilhaft höchstens einen Achtelkreis und besonders bevorzugt wenigstens einen Fünfzehntelkreis ausbildet, kann vorteilhaft eine besonders leichtbauende induktive Positionssensorvorrichtung ermöglicht werden. Insbesondere ist denkbar, dass das Geberelement aus mehreren, vorzugsweise verteilt in oder auf oder axial neben dem Abtriebsrad angeordneten Teilen, insbesondere Kreisringsegmenten ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Teile, insbesondere Kreisringsegmente, des Geberelements in diesem Fall mit zueinander gleichmäßigen Abständen in oder auf dem Antriebsbauteil angeordnet, beispielsweise ringförmig um eine Rotationsachse eines als Stirnrad ausgebildeten Abtriebsrads.If the transmitter element is designed as a circular ring segment, which in particular forms at most a semicircle, preferably at most a third of a circle, advantageously at most a quarter of a circle, particularly advantageously at most an eighth of a circle and particularly preferably at least a fifteenth of a circle, a particularly lightweight inductive position sensor device can advantageously be made possible. In particular, it is conceivable that the transmitter element is formed from several parts, in particular circular ring segments, preferably distributed in or on or axially next to the driven wheel. In this case, the individual parts, in particular circular ring segments, of the transmitter element are preferably arranged in or on the drive component at uniform distances from one another, for example in a ring shape around a rotation axis of an output gear designed as a spur gear.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Geberelement und zumindest ein Getriebeelement der Getriebeeinheit, insbesondere zumindest ein Zahnrad der Getriebeeinheit, auf voneinander abgewandten Seiten der Steuerplatine angeordnet sind. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders kompakter Getriebeaktor erhalten werden. Vorteilhaft kann ein Getriebeaktor mit einer besonders geringen Höhe erhalten werden, welche insbesondere hauptsächlich durch eine Höhe des elektromotorischen Antriebs nach unten begrenzt ist. Insbesondere ist zumindest eine zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad im Getriebezug angeordnete Getriebestufe auf einer von dem elektromotorischen Antrieb abgewandten Seite der Steuerplatine angeordnet. Insbesondere sind zumindest zwei zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad im Getriebezug angeordnete Getriebestufen auf der von dem elektromotorischen Antrieb abgewandten Seite der Steuerplatine angeordnet. Insbesondere ist zumindest eine zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad im Getriebezug angeordnete Getriebestufe auf einer von dem Antriebsrad und/oder dem Abtriebsrad abgewandten Seite der Steuerplatine angeordnet.It is also proposed that the transmitter element and at least one gear element of the gear unit, in particular at least one gear of the gear unit, are arranged on sides of the control board facing away from one another. As a result, a particularly compact gear actuator can advantageously be obtained. A gear actuator with a particularly low height can advantageously be obtained, which is limited in particular mainly by a height of the electric motor drive. In particular, at least one gear stage arranged between the drive wheel and the driven wheel in the gear train is arranged on a side of the control board facing away from the electric motor drive. In particular, at least two gear stages arranged between the drive wheel and the driven wheel in the gear train are arranged on the side of the control board facing away from the electric motor drive. In particular, at least one gear stage arranged between the drive wheel and the driven wheel in the gear train is arranged on a side of the control board facing away from the drive wheel and/or the driven wheel.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der den elektromotorischen Antrieb, die Getriebeeinheit und den Abtrieb umfassende Getriebezug die Steuerplatine zumindest zweifach kreuzt. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders kompakter Getriebeaktor erhalten werden. Vorteilhaft kann ein Getriebeaktor mit einer besonders geringen Höhe erhalten werden, welche insbesondere hauptsächlich durch eine Höhe des elektromotorischen Antriebs nach unten begrenzt ist. Insbesondere erstreckt sich der Getriebezug zumindest zweimal durch die Steuerplatine hindurch. Insbesondere sind der elektromotorische Antrieb und das Abtriebsrad auf derselben Seite der Steuerplatine angeordnet.In addition, it is proposed that the gear train comprising the electric motor drive, the gear unit and the output crosses the control board at least twice. This allows a particularly compact gear actuator to be advantageous be received. A gear actuator with a particularly low height can advantageously be obtained, which is limited in particular mainly by a height of the electric motor drive. In particular, the gear train extends at least twice through the control board. In particular, the electric motor drive and the driven gear are arranged on the same side of the control board.
Wenn die Steuerplatine das Sende- und Empfangsspulenmodul umfasst, kann vorteilhaft eine besonders kompakte und/oder kostengünstige Ausgestaltung erreicht werden. Insbesondere ist das Geberelement dazu vorgesehen, induktiv mit dem Sende- und Empfangsspulenmodul, insbesondere den Sende- und Empfangsspulen des Sende- und Empfangsspulenmoduls, wechselzuwirken. Vorteilhaft kann die gesamte Elektronik des Getriebeaktors in einer einzelnen Steuerplatine vereinigt sein.If the control board includes the transmitting and receiving coil module, a particularly compact and/or cost-effective design can advantageously be achieved. In particular, the transmitter element is intended to interact inductively with the transmitting and receiving coil module, in particular the transmitting and receiving coils of the transmitting and receiving coil module. The entire electronics of the transmission actuator can advantageously be combined in a single control board.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Sende- und Empfangsspulenmodul zumindest eine Sendespule zu einem Erzeugen eines Anregungssignals und zumindest zwei Empfangsspulen zu einem Empfangen eines von dem Geberelement in Reaktion auf das Anregungssignal induktiv erzeugten Antwortsignals umfasst, welche insbesondere in die Steuerplatine integriert oder auf die Steuerplatine aufgebracht sind. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders kompakte und/oder kostengünstige Ausgestaltung erreicht werden. Insbesondere ist die Sendespule dazu vorgesehen, ein magnetisches Feld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld, zu erzeugen, wobei das magnetische Feld, insbesondere das magnetische Wechselfeld, vorzugsweise dazu vorgesehen ist, in dem Geberelement ein Wirbelstromfeld zu erzeugen. Insbesondere weist der Getriebeaktor eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit, insbesondere einem Prozessor, und mit einer Speichereinheit, insbesondere einem Speicherchip, sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Insbesondere ist die Steuerelektronik vollständig auf der Steuerplatine angeordnet. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, ein Anregungssignal an die Sendespule auszugeben. Vorzugsweise ist das Anregungssignal als ein Sinussignal ausgebildet. Alternativ könnte das Anregungssignal jedoch auch als ein Kosinussignal, als ein Rechtecksignal oder als ein Signal mit einer weiteren Signalform ausgebildet sein. Außerdem sind die zumindest zwei Empfangsspulen des Sende- und Empfangsspulenmoduls zueinander versetzt angeordnet. Insbesondere sind die Empfangsspulen zu einem Empfangen eines von dem Geberelement in Reaktion auf das Anregungssignal induktiv erzeugten Antwortsignals vorgesehen. Dadurch kann vorteilhaft eine zuverlässige Positionsbestimmung mit einer geringen Störanfälligkeit gegen elektromagnetische Strahlung erreicht werden. Vorteilhaft kann durch die Verwendung von zwei Empfangsspulen eine absolute Positionsbestimmung ermöglicht werden. Insbesondere leiten die Empfangsspulen zu einer Auswertung das Antwortsignal weiter an die Steuer- und/oder Regeleinheit. Insbesondere ist das Antwortsignal durch eine Gegeninduktion in Reaktion auf das Anregungssignal in dem Geberelement erzeugt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit ist dazu vorgesehen, das von den Empfangsspulen registrierte Antwortsignal auszuwerten. Die Steuer- und/oder Regeleinheit ist dazu vorgesehen, aus dem von den Empfangsspulen registrierten Antwortsignal eine Position, insbesondere eine Rotationsposition, des Antriebsbauteils zu ermitteln. Furthermore, it is proposed that the transmitting and receiving coil module comprises at least one transmitting coil for generating an excitation signal and at least two receiving coils for receiving a response signal inductively generated by the transmitter element in response to the excitation signal, which are in particular integrated into the control board or on the control board are upset. As a result, a particularly compact and/or cost-effective design can advantageously be achieved. In particular, the transmitter coil is intended to generate a magnetic field, in particular an alternating magnetic field, wherein the magnetic field, in particular the alternating magnetic field, is preferably intended to generate an eddy current field in the transmitter element. In particular, the transmission actuator has a control and/or regulating unit. A “control and/or regulating unit” is intended to mean, in particular, a unit with at least one control electronics. “Control electronics” should in particular be understood to mean a unit with a processor unit, in particular a processor, and with a memory unit, in particular a memory chip, as well as with an operating program stored in the memory unit. In particular, the control electronics are arranged entirely on the control board. In particular, the control and/or regulating unit is intended to output an excitation signal to the transmitter coil. The excitation signal is preferably designed as a sine signal. Alternatively, however, the excitation signal could also be designed as a cosine signal, as a square-wave signal or as a signal with a further signal form. In addition, the at least two receiving coils of the transmitting and receiving coil module are arranged offset from one another. In particular, the receiving coils are provided for receiving a response signal inductively generated by the transmitter element in response to the excitation signal. As a result, a reliable position determination can advantageously be achieved with a low susceptibility to interference from electromagnetic radiation. An absolute position determination can advantageously be made possible by using two receiving coils. In particular, the receiving coils forward the response signal to the control and/or regulating unit for evaluation. In particular, the response signal is generated by a counter-induction in response to the excitation signal in the transmitter element. The control and/or regulating unit is intended to evaluate the response signal registered by the receiving coils. The control and/or regulating unit is intended to determine a position, in particular a rotational position, of the drive component from the response signal registered by the receiving coils.
Wenn die Positionssensorvorrichtung einen in die Steuerplatine integrierten oder auf die Steuerplatine aufgebrachten Auswerteschaltkreis zu einer Auswertung der Signale des induktiven Positionssensors umfasst, kann vorteilhaft eine kompakte, kostengünstige und eigenständig funktionierende Positionssensorvorrichtung ermöglicht werden. Insbesondere bildet die Steuer- und/oder Regeleinheit den Auswerteschaltkreis zumindest teilweise oder vorzugsweise vollständig aus.If the position sensor device comprises an evaluation circuit integrated into the control board or applied to the control board for evaluating the signals of the inductive position sensor, a compact, cost-effective and independently functioning position sensor device can advantageously be made possible. In particular, the control and/or regulating unit forms the evaluation circuit at least partially or preferably completely.
Wenn außerdem der Motorsteuerschaltkreis und der Auswerteschaltkreis zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet sind, kann vorteilhaft eine kompakte und kostengünstige und wenig komplexe Ausgestaltung der Positionssensorvorrichtung, insbesondere des Getriebeaktors mit Positionssensorvorrichtung, erreicht werden. Insbesondere erfolgen eine Motorsteuerung des elektromotorischen Antriebs und Auswertung des Sensorsignals der Positionssensorvorrichtung über einen gemeinsamen Schaltkreis. Auch eine Ausbildung von zwei Schaltkreisen auf einer Steuerplatine, welche gegenseitig Informationen oder Signale austauschen können, ist denkbar. Darunter, dass zwei Schaltkreise „teilweise einstückig“ ausgebildet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass die Schaltkreise zumindest ein, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktionell wichtiger Bestandteil, beider Schaltkreise sind.If, in addition, the motor control circuit and the evaluation circuit are at least partially formed in one piece with one another, a compact and cost-effective and less complex design of the position sensor device, in particular of the transmission actuator with position sensor device, can advantageously be achieved. In particular, the motor control of the electric motor drive and the evaluation of the sensor signal of the position sensor device take place via a common circuit. It is also conceivable to form two circuits on a control board, which can mutually exchange information or signals. The fact that two circuits are formed “partially in one piece” should be understood in particular to mean that the circuits have at least one, in particular at least two, advantageously at least three common elements that are part, in particular functionally important part, of both circuits.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der Getriebeaktor das Aktorgehäuse aufweist, welches zumindest die Komponenten der Positionssensorvorrichtung umhaust und welches zumindest im Wesentlichen frei von Abschirmvorrichtungen zur Abschirmung externer elektromagnetischer Felder ist. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders einfache und/oder kostengünstige Ausgestaltung des Getriebeaktors erreicht werden, welche zudem vorteilhaft kompakt ausgebildet werden kann. Insbesondere kann im Vergleich zu Hall-Sensoren aufgrund der geringeren Störungsanfälligkeit eine geringere Abschirmung gegen elektromagnetische Felder vorgesehen sein. Dennoch ist denkbar, dass das Aktorgehäuse des Getriebeaktors eine Vorrichtung zur Abschirmung gegen (statische) elektrische Felder aufweist.In addition, it is proposed that the gear actuator has the actuator housing, which houses at least the components of the position sensor device and which is at least essentially free of shielding devices for shielding external electromagnetic fields. This can advantageously be a particularly simple one che and / or cost-effective design of the gear actuator can be achieved, which can also be advantageously made compact. In particular, in comparison to Hall sensors, less shielding against electromagnetic fields can be provided due to the lower susceptibility to interference. Nevertheless, it is conceivable that the actuator housing of the gear actuator has a device for shielding against (static) electrical fields.
Ferner wird ein Drehsteller, insbesondere ein Drehsteller eines Kühlmittelkreislaufs und Kältemittelkreislaufs, mit dem Getriebeaktor vorgeschlagen. Dadurch kann vorteilhaft ein kostengünstiger und zuverlässiger Drehsteller, insbesondere für Kühlmittelkreisläufe und Kältemittelkreisläufe bereitgestellt werden. Insbesondere ist der Drehsteller für einen Einsatz im Kühlwasserkreislauf eines Fahrzeugs vorgesehen.Furthermore, a rotary actuator, in particular a rotary actuator of a coolant circuit and refrigerant circuit, is proposed with the transmission actuator. As a result, a cost-effective and reliable rotary actuator can advantageously be provided, in particular for coolant circuits and refrigerant circuits. In particular, the rotary actuator is intended for use in the cooling water circuit of a vehicle.
Des Weiteren wird ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, ein Plug-in-Hybridfahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug und/oder ein rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug mit dem Getriebeaktor oder mit dem Drehsteller vorgeschlagen. Dadurch können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer elektromagnetischen Verträglichkeit von Komponenten des Fahrzeugs erreicht werden.Furthermore, an at least partially electrically powered vehicle, in particular a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and/or a purely battery-operated electric vehicle with the transmission actuator or with the rotary actuator is proposed. This makes it possible to achieve advantageous properties with regard to the electromagnetic compatibility of components of the vehicle.
Zudem wird ein induktives Positionsbestimmungsverfahren mit dem Getriebeaktor vorgeschlagen, wobei die momentane Stellposition des Abtriebs mittels des induktiven Positionssensors bestimmt wird. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Eignung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge erreicht werden, insbesondere indem ein ohne statische Magnetfelder und/oder ohne Hallsensoren auskommendes Wirkprinzip verwendet werden kann. Vorteilhaft kann durch das induktive Wirkprinzip ein Risiko einer Beeinflussung durch elektromagnetische Strahlung von Hochvoltbordnetzen zumindest teilweise oder vollständig elektrisch angetriebener Fahrzeuge gering gehalten werden.In addition, an inductive position determination method with the transmission actuator is proposed, whereby the current position of the output is determined by means of the inductive position sensor. This makes it possible to achieve a particularly advantageous suitability for electrically driven vehicles, in particular by using an operating principle that does not require static magnetic fields and/or Hall sensors. The inductive operating principle can advantageously keep the risk of being influenced by electromagnetic radiation from high-voltage electrical systems of at least partially or completely electrically powered vehicles low.
Der erfindungsgemäße Getriebeaktor, der erfindungsgemäße Drehsteller, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Getriebeaktor, der erfindungsgemäße Drehsteller, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The transmission actuator according to the invention, the rotary actuator according to the invention, the vehicle according to the invention and the method according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the transmission actuator according to the invention, the rotary actuator according to the invention, the vehicle according to the invention and the method according to the invention can have a number of individual elements, components and units that deviate from the number of individual elements, components and units mentioned here in order to fulfill a function of operation described herein.
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.
Es zeigen:
-
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Getriebeaktor, -
2 eine schematische Schnittansicht durch den Getriebeaktor, -
3 schematisch und perspektivisch einen Abtrieb, eine Steuerplatine und eine Positionssensorvorrichtung des Getriebeaktors, -
4 eine Schemadarstellung einer Positionssensorvorrichtung des Getriebeaktors mit einem Geberelement und einem Sende- und Empfangsspulenmodul und -
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines induktiven Positionsbestimmungsverfahrens mit dem Getriebeaktor.
-
1 schematically a vehicle with a transmission actuator, -
2 a schematic sectional view through the gear actuator, -
3 schematically and perspectively an output, a control board and a position sensor device of the transmission actuator, -
4 a schematic representation of a position sensor device of the transmission actuator with a transmitter element and a transmitting and receiving coil module and -
5 a schematic flowchart of an inductive position determination method with the gear actuator.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the exemplary embodiment
Die
Die
Der Getriebeaktor 54 weist eine Getriebeeinheit 18 auf. Die Getriebeeinheit 18 bildet einen Getriebezug 38 aus. Die Getriebeeinheit 18, insbesondere der Getriebezug 38, stellt eine Übersetzung zwischen dem elektromotorischen Antrieb 10 und dem Abtrieb 16 bereit. Der Abtrieb 16 umfasst ein Abtriebsrad 28. Die Getriebeeinheit 18 umfasst das Abtriebsrad 28. Das Abtriebsrad 28 ist als ein Zahnrad, insbesondere Stirnrad, ausgebildet. Das Abtriebsrad 28 bildet eine letzte Getriebestufe des Getriebezugs 38 aus. Der elektromotorische Antrieb 10 umfasst ein Antriebsrad 60. Das Antriebsrad 60 ist als ein Zahnrad, insbesondere Stirnrad, ausgebildet. Die Getriebeeinheit 18 umfasst das Antriebsrad 60. Das Antriebsrad 60 bildet eine erste Getriebestufe des Getriebezugs 38 aus. Der Getriebezug 38 der in der
Der Getriebeaktor 54 weist eine Positionssensorvorrichtung 20 auf. Die Positionssensorvorrichtung 20 bildet eine Rotationspositionssensorvorrichtung aus. Die Positionssensorvorrichtung 20 ist zu einer Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebs 16 vorgesehen. Die Positionssensorvorrichtung 20 ist zu einer Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebsrads 28 des Abtriebs 16 vorgesehen. Die Positionssensorvorrichtung 20 ist zu einer Ermittlung einer momentanen Winkelstellung des Abtriebsrads 28 des Abtriebs 16 vorgesehen. Die Positionssensorvorrichtung 20 weist einen induktiven Positionssensor 22 auf. Die Positionssensorvorrichtung 20 umfasst einen Auswerteschaltkreis 46 zu einer Auswertung der Signale des induktiven Positionssensors 22. Der Auswerteschaltkreis 46 ist in die Steuerplatine 12 integriert. Alternativ oder zusätzlich ist der Auswerteschaltkreis 46 auf die Steuerplatine 12 aufgebracht. Der Motorsteuerschaltkreis 14 und der Auswerteschaltkreis 46 sind zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet. Der Auswerteschaltkreis 46 bildet einen integralen Bestandteil der Steuer- und/oder Regeleinheit 58.The
Die Positionssensorvorrichtung 20 weist ein Geberelement 24 auf. Die Positionssensorvorrichtung 20 weist ein Sende- und Empfangsspulenmodul 26 auf. Die Steuerplatine 12 umfasst das Sende- und Empfangsspulenmodul 26. Das Geberelement 24 wechselwirkt zu der Ermittlung einer momentanen Stellposition des Abtriebs 16 mit dem Sende- und Empfangsspulenmodul 26. Das Sende- und Empfangsspulenmodul 26 weist eine Sendespule 40 auf (vgl. auch
Das Geberelement 24 ist aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Das Geberelement 24 ist aus einem zumindest im Wesentlichen unmagnetischen Werkstoff ausgebildet. Das Geberelement 24 ist aus einem zumindest im Wesentlichen elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet. Beispielhaft ist das Geberelement 24 aus Aluminium ausgebildet. Das Geberelement 24 und das erste weitere Getriebeelement 32 der Getriebeeinheit 18 sind auf voneinander abgewandten Seiten 34, 36 der Steuerplatine 12 angeordnet. Das Geberelement 24 und das zweite weitere Getriebeelement 32 der Getriebeeinheit 18 sind auf voneinander abgewandten Seiten 34, 36 der Steuerplatine 12 angeordnet. Das Geberelement 24 ist zumindest drehfest mit dem Abtrieb 16 verbunden. Das Geberelement 24 könnte an dem Abtriebsrad 28 des Abtriebs 16 fixiert sein, in dem in der
Das Aktorgehäuse 48 umhaust zumindest die Komponenten der Positionssensorvorrichtung 20. Das Aktorgehäuse 48 umhaust die Getriebeeinheit 18. Das Aktorgehäuse 48 ist frei von Abschirmvorrichtungen zur Abschirmung externer elektromagnetischer Felder. Das Aktorgehäuse 48 kann jedoch Abschirmvorrichtungen zur Abschirmung von elektrischen Feldern umfassen (nicht dargestellt).The
Die
Die
Die
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- Elektromotorischer AntriebElectric motor drive
- 1212
- Steuerplatinecontrol board
- 1414
- MotorsteuerschaltkreisMotor control circuit
- 1616
- Abtriebdownforce
- 1818
- GetriebeeinheitGear unit
- 2020
- PositionssensorvorrichtungPosition sensor device
- 2222
- Induktiver PositionssensorInductive position sensor
- 2424
- Geberelementdonor element
- 2626
- Sende- und EmpfangsspulenmodulTransmit and receive coil module
- 2828
- Abtriebsraddriven gear
- 3030
- Verzahnunggearing
- 3232
- GetriebeelementGear element
- 3434
- SeitePage
- 3636
- SeitePage
- 3838
- GetriebezugGear train
- 4040
- Sendespuletransmitter coil
- 4242
- EmpfangsspuleReceiving coil
- 4444
- EmpfangsspuleReceiving coil
- 4646
- AuswerteschaltkreisEvaluation circuit
- 4848
- AktorgehäuseActuator housing
- 5050
- DrehstellerTurntable
- 5252
- Kühlmittel- und KältemittelkreislaufCoolant and refrigerant circuit
- 5454
- GetriebeaktorGear actuator
- 5656
- Fahrzeugvehicle
- 5858
- Steuer- und/oder RegeleinheitControl and/or regulating unit
- 6060
- Antriebsraddrive wheel
- 6262
- GetriebeelementGear element
- 6464
- Antriebsschaftdrive shaft
- 6666
- Abtriebsschaftoutput shaft
- 6868
- Statorstator
- 7070
- Rotorrotor
- 7272
- DichtelementSealing element
- 7474
- RotationsachseAxis of rotation
- 7676
- Stirnflächeface
- 7878
- VerfahrensschrittProcedural step
- 8080
- VerfahrensschrittProcedural step
- 8282
- VerfahrensschrittProcedural step
- 8484
- VerfahrensschrittProcedural step
- 8686
- VerfahrensschrittProcedural step
Claims (15)
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-
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- 2023-09-11 WO PCT/EP2023/074902 patent/WO2024056604A1/en unknown
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