DE102022210487A1

DE102022210487A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors

Info

Publication number: DE102022210487A1
Application number: DE102022210487.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Marcus; Eduard Wiens; Daniel Kosshof; Andreas Neu
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2024-04-04
Also published as: WO2024074178A1

Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors, insbesondere in einem Elektromotor. Die Vorrichtung kann beispielsweise für ein Bremssystem eines Fahrzeuges verwendet werden und erlaubt es, im Betrieb des Elektromotors die Orientierung des Rotors zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors eines permanenterregten Elektromotors. Die Vorrichtung kann beispielsweise für ein Bremssystem eines Fahrzeuges verwendet werden und erlaubt es, im Betrieb des Elektromotors, vorzugsweise mit Hilfe von Software, die Orientierung des Rotors zu bestimmen.
Viele Einrichtungen in Fahrzeugen benötigen Elektromotoren, beispielsweise Druckpumpen in Bremssystemen. Hierbei können Dämpfungselemente wie Membrane eingesetzt werden, um den Lauf der Druckpumpe bzw. des Kolbenhubs so zu glätten, dass an das Bremssystem angeschlossene Einrichtungen, zum Beispiel Ventile, besser angesteuert werden können, oder weniger Druckimpulse beim Fahrer am Pedal wirken, so dass das Komfort-Empfinden verbessert werden kann.
Die Nutzung einer Membran ist allerdings mit hohen Kosten verbunden, zudem muss entsprechender Raum vorgehalten werden und die Montage kann aufwendig sein.
Wünschenswert ist es demnach, ein Bremssystem zur Verfügung zu stellen, welches ohne derartige Dämpfungselemente auskommt. Hierzu ist allerdings eine genaue Ansteuerung des Elektromotors zur Synchronisierung mit der Druckpumpe dienlich, um die Trenn-Ventile ohne Dämpfungselement in dem Bremssystem entsprechend ansteuern zu können.
Für eine bessere und genauere Ansteuerung des Elektromotors ist dabei die Kenntnis über die Position des Elektromotors, also die aktuelle Orientierung des Rotors in dem Stator, von Vorteil. Verschiedene derzeit verwendete Elektromotoren, insbesondere Bürstenmotoren, geben allerdings keine Positionsdaten an die Steuerung weiter.
Eine exakte Positionsbestimmung von Elektromotoren kann zwar beispielsweise mittels Positionssensoren erfolgen, ist jedoch kostenintensiv. Der Verbau derartiger Positionssensoren ist aufwendig; zudem sind größere Anpassungen an den derzeit verwendeten Elektromotoren und damit auch an den Produktionshilfsmitteln für die Herstellung der entsprechenden Bauteile der Elektromotoren erforderlich.
Gefragt sind demnach eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche es auf einfache Art ermöglichen, im Betrieb eine Information über die Position eines Elektromotors, insbesondere über die Orientierung des Rotors in dem Stator, zu erhalten.
Die Vorrichtung soll dabei mit möglichst geringem Aufwand und ohne größere bauliche Veränderungen in die bestehenden Systeme integriert werden können.
Dieser Aufgabe haben sich die Erfinder angenommen.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors eines permanenterregten Elektromotors in einem Bremssystem nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen, deren Inhalt durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
Die Erfindung betrifft demnach in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Erkennung der Orientierung eines Rotors, vorzugsweise eines permanenterregten Elektromotors in einem Bremssystem, umfassend einen Rotor, wobei der Rotor eine Anzahl an Ankerpaketen umfasst, und einen Stator mit einer Anordnung an Permanentmagneten.
Dabei kann die Anordnung an Permanentmagneten auf der zum Rotor hinweisenden Innenwandung des Stators angeordnet sein, so dass eine Innenläufer-Anordnung ausgebildet werden kann. Auch wenn nachfolgend und anhand der Ausführungsbeispiele im Wesentlichen von Innenläufer-Anordnungen des Elektromotors gesprochen wird, so erkennt der Fachmann, dass sich die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ohne weiteres auch auf Außenläufer-Anordnungen übertragen lassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann sich zumindest ein Permanentmagnet der Anordnung von Permanentmagneten in zumindest einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten der Anordnung unterscheiden.
Die magnetische Kenngröße kann die Größe der magnetischen Flussdichte, beispielsweise gemessen an der Oberfläche des Permanentmagneten, die Größe der magnetischen Energiedichte oder die Größe des magnetischen Energieproduktes des Permanentmagneten umfassen. Das Energieprodukt ist dabei proportional zu der Energiedichte, also der Menge an Energie, die pro Volumeneinheit in einem Permanentmagneten gespeichert ist. Die gesamte Menge an magnetischer Energie ergibt sich aus dem Produkt Energiedichte und Volumen des Permanentmagneten.
Der Unterschied in einer magnetischen Kenngröße kann im Sinne der Erfindung bedeuten, dass sich eine magnetische Kenngröße, beispielsweise die magnetische Flussdichte des zumindest einen Permanentmagneten, betragsmäßig von der korrespondierenden magnetischen Kenngröße, demnach also der magnetischen Flussdichte der übrigen Permanentmagnete der Anordnung, unterscheidet. Die magnetische Flussdichte des zumindest einen Permanentmagneten kann somit im Vergleich zu der magnetischen Flussdichte der übrigen Permanentmagnete der Anordnung größer oder geringer sein. Es versteht sich, dass zum Vergleich korrespondierende Volumen oder Positionen zwischen dem zumindest einen Permanentmagneten und den übrigen Permanentmagneten der Anordnung herangezogen werden. Im Sinne der Erfindung ist es dabei unerheblich, welche Polarität dieser Permanentmagnet aufweist.
Im Sinne der Erfindung ist es günstig, wenn die sich aus dem Unterschied der magnetischen Kenngröße ergebende Änderung im Statormagnetfeld an einer Position liegt, an der ein vorbeidrehender Anker geschaltet ist. Wenn dagegen der Anker im Betrieb der Vorrichtung in diesem Bereich kurz geschlossen sein sollte, so kann keine Änderung im Stromsignal erfolgen und die Orientierung kann nicht detektiert werden.
Die lokale oder vorzugsweise annähernd punktuelle Veränderung einer magnetischen Kenngröße des Stators kann bei Elektromotoren, bei welchen der Motorstrom überwacht wird, auf besonders einfache Weise genutzt werden, um bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors im Betrieb der Vorrichtung ein einmaliges signifikantes und messbares Signal als Referenzposition des Rotors zu erhalten, welches durch eine angeschlossene Steuerungseinrichtung erkannt und für die Positionsbestimmung genutzt werden kann.
Im Sinne der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest ein Ankerpaket des Rotors auf der zum Stator hinweisenden Stirnseite eine Ausnehmung aufweist. Dieses zumindest eine Ankerpaket unterscheidet sich somit in seiner Geometrie von den übrigen Ankerpaketen des Rotors. Hierdurch kann die Erfassung des Signals unterstützt und sichtbar gemacht werden, da die Abweichung im Motorstrom größer ist bei einer Orientierung des Rotors, bei der sich der zumindest eine Permanentmagnet und das zumindest eine Ankerpaket gegenüberliegen. Ohne eine entsprechende Änderung des zumindest einen Ankerpakets wäre bei jedem Ankerpaket eine Schwächung erkennbar und eine eindeutige Zuordnung des erfassten Signals zu einer definierten Orientierung des Rotors erschwert.
In anderen Worten, durch die lokale Veränderung des Magnetfelds eines Permanentmagneten des Stators kann eine einmalige, detektierbare Änderung des Motorstromes bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors in einer bestimmten Orientierung hervorgerufen werden, da der magnetische Fluss bei dieser Orientierung des Rotors, also der Referenzposition, infolge der Schwächung des Magnetfeldes verändert, insbesondere leicht geringer ist, wodurch mehr Strom fließen kann.
Auf diese Weise kann die Steuerungseinrichtung im Betrieb des Elektromotors die Orientierung des Rotors in dem Stator rechnerisch bestimmen, sofern die absolute Stellung des Rotors zu dem Zeitpunkt des Signals bekannt ist. Hierzu ist es hilfreich, kontinuierlich bzw. in Echtzeit der Steuerungseinrichtung die Drehzahl des Rotors zur Verfügung zu stellen. Die Steuerungseinrichtung kann somit jederzeit im Betrieb die relative Orientierung des Rotors in Abhängigkeit von der Drehzahl in Bezug zu der Referenzposition bestimmen.
Mit einer nur geringen Veränderung der magnetischen Energiedichte eines Permanentmagneten der Anordnung kann eine Genauigkeit in der Positionsbestimmung des Elektromotors erreicht werden, welche bei etwa +/- 3° oder sogar bei etwa +/- 1° liegt. Diese Winkelabweichung ergibt sich aus der tatsächlichen Orientierung des Rotors zu einem beliebigen Zeitpunkt im Betrieb im Vergleich zu der rechnerisch ermittelten Orientierung des Rotors anhand der Referenzposition und der verstrichenen Zeit in Verbindung mit der Rotordrehzahl. Auch wenn diese tatsächliche Winkelabweichung im Betrieb etwas größer ist als bei Verwendung eines Positionssensors, so ist sie für die vorgesehenen Anwendungen hinreichend und zudem deutlich kostengünstiger und mit weniger Aufwand zu realisieren.
Die erforderliche Schwächung des Magnetfeldes kann bei der vorgenannten Winkelabweichung entsprechend niedrig gehalten werden, so dass die sich einstellende Leistungsminderung des Elektromotors als hinnehmbar angesehen wird und idealerweise innerhalb des typischen Toleranzbereiches des Elektromotors liegt.
Es ist auch möglich, mehr als einen der Permanentmagnete unterschiedlich in zumindest einer magnetischen Kenngröße auszubilden, beispielsweise zwei Permanentmagnete der Anordnung. Ebenso ist es auch möglich, mehr als ein Ankerpaket mit einer Ausnehmung auszubilden, beispielsweise zwei Ankerpakete.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass zumindest zwei Ankerpakete des Rotors jeweils eine Ausnehmung aufweisen. Hierbei ist es günstig, wenn die zumindest zwei Ankerpakete mit den Ausnehmungen nicht zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, was zum einen technisch bedingt sein kann, wenn etwa eine ungerade Anzahl an Ankerpaketen vorgesehen ist und damit keine direkt gegenüberliegende Ankerpaketen vorhanden sind. Zum anderen können in diesem Fall die gemessenen Strompeaks des Motorstromes nicht eindeutig zugeordnet werden, da die Stellung des Exzenters (links oder rechts) nicht bekannt ist und wenn die Ausnehmungen der Ankerpakete gleich dimensioniert sind.
Von daher ist es günstig, wenn im Fall von zumindest zwei Ankerpaketen mit gleichen Ausnehmungen diese in einem Winkel zueinander angeordnet sind, welcher ungleich 180° ist. Der Winkel kann beispielsweise zwischen etwa 20° und 160° betragen Bei einer Anordnung der beiden Ankerpakete mit Ausnehmungen unter einem Winkel von beispielsweise 80° zueinander kann die Exzenter-Position den in diesem Fall zwei Strompeaks zugeordnet werden, und eine noch genauere Bestimmung der Orientierung des Rotors, insbesondere auch in Verbindung mit einer Winkelkorrektur, ist möglich.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest zwei Ankerpakete mit Ausnehmungen vorgesehen sind, wobei sich zumindest zwei Ausnehmungen voneinander unterscheiden. Hierdurch ist es möglich, die beiden Strompeaks bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors voneinander zu unterscheiden, so dass die vorstehend genannten Restriktionen hinsichtlich der Winkellage entfallen. Auf diese Weise kann die Positionsbestimmung noch weiter verfeinert werden, bzw. es können mehr als eine Referenzposition pro Umdrehung definiert werden.
Einer möglichen Unwucht der Anordnung, beispielsweise einer Unwucht des Rotors aufgrund der Ausnehmung in einem Ankerpaket, kann in bekannter Weise entgegengewirkt werden, etwa durch zusätzliche Löcher oder Taschen in oder an dem Rotor. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass dies zu einer weiteren Schwächung des Magnetfeldes und letztendlich zu einer weiteren Leistungsminderung des Elektromotors führen könnte.
Die lokale Veränderung einer magnetischen Kenngröße zumindest eines Permanentmagneten des Stators lässt sich vergleichsweise einfach erzeugen, wodurch die Erfindung eine sehr kostengünstige Lösung zur Positionsbestimmung bereitstellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zudem sehr einfach und mit geringem Aufwand in bestehende Bremssysteme integriert werden.
Die Erfindung ermöglicht damit eine hinreichend exakte Positionsbestimmung bei jeder Umdrehung des Rotors des Elektromotors und ist zudem geschwindigkeitsunabhängig.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung kann die Anordnung an Permanentmagneten beispielsweise eine durch drei teilbare Anzahl an Permanentmagneten umfassen, zum Beispiel drei, sechs, neun oder mehr Permanentmagnete. Die Anzahl der Ankerpakete des Rotors kann dann darauf unter Berücksichtigung der Kommutierung entsprechend angepasst sein.
Die Permanentmagnete können gemäß einer kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung aus Ferrit gebildet sein oder Ferrit umfassen. Selbstverständlich sind aber auch andere magnetische Materialen verwendbar.
Erfindungsgemäß kann ein Gleichstrom-Bürstenmotor als Elektromotor verwendet werden, was eine besonders kostengünstige Ausführungsform darstellt. Die Erfindung ist aber auch für andere, permanenterregte Elektromotoren geeignet.
Wie bereits ausgeführt, reicht es im Sinne der Erfindung aus, wenn die magnetische Kenngröße des zumindest einen Permanentmagneten nur geringfügig verändert wird, so dass es nur zu einer geringfügigen und vernachlässigbaren Veränderung oder Reduzierung die Motorleistung infolge des schwächeren Magnetfeldes kommt.
Eine Veränderung einer magnetischen Kenngröße zumindest eines Permanentmagneten kann besonders einfach erreicht werden durch eine lokale Veränderung des zumindest einen Permanentmagneten an einer bestimmten Position.
Um eine möglichst hohe Wirkung mit nur einer lokalen Veränderung zu erzielen, ist es günstig, diese lokale Veränderung an oder in demjenigen Bereich des zumindest einen Permanentmagneten anzuordnen, an welchem die magnetische Flussdichte an der Oberfläche möglichst hoch ist. Dieser Bereich ist dabei typischerweise ein mittlerer Bereich des Permanentmagneten, da zu den Enden hin die magnetische Flussdichte abnimmt. Ein günstiger Bereich zur Anordnung der lokalen Veränderung ist daher ein Bereich, bei welchem die magnetische Kenngröße, insbesondere die magnetische Flussdichte, wenigstens 80 % von ihrem betragsmäßigen Maximum, bevorzugt wenigstens 90 % und besonders bevorzugt wenigstens 95 %, beträgt. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass es Bereiche bzw. Winkelpositionen geben kann, bei welchen im Betrieb der Anker bzw. die Ankerspule kurzgeschlossen ist. Eine Anordnung der lokalen Veränderung in einem derartigen Bereich ist damit ungünstig, da kein Strompeak detektiert werden kann.
Diese lokale Veränderung des zumindest einen Permanentmagneten kann beispielsweise eine Ausnehmung auf der zum Rotor hingewandten Seite des zumindest einen Permanentmagneten umfassen. Hierdurch kann eine Volumenreduzierung dieses Permanentmagneten erreicht werden, welche sich direkt auf etwa die Größe der magnetischen Flussdichte des Permanentmagneten auswirkt.
Die Ausnehmung kann dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung länglich und in axialer Richtung verlaufend ausgebildet sein, wodurch sie besonders einfach in den Permanentmagneten eingebracht werden kann. Gemäß einer Ausbildung der Erfindung verläuft sie dabei von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Permanentmagneten. Die Ausnehmung kann gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit zwei gegenüberliegenden Seitenwänden und einem Boden ausgebildet sein, wobei die Breite der Ausnehmung vorzugsweise gleich oder größer als die Tiefe der Ausnehmung ist. Es hat sich gezeigt, dass eine eher schmale und tiefe Ausnehmung einen geringeren Effekt auf die Veränderung der magnetischen Flussdichte hat als eine eher breite, weniger tiefe Ausnehmung. Von daher kann es günstig sein, die Ausnehmung mit einer Breite zu versehen, welche betragsmäßig wenigstens so groß ist wie die Tiefe der Ausnehmung.
Die Ausnehmung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch als durchgehende Öffnung oder als durchgehender Schlitz ausgebildet sein und von der zum Rotor hinweisenden Innenwandung bis zu der gegenüberliegenden außenseitigen Wandung verlaufen.
Gemäß einer nochmals weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann anstelle einer Reduzierung der magnetischen Flussdichte durch die Ausnehmung auch eine lokale Erhöhung der magnetischen Flussdichte oder Energiedichte vorgesehen sein. Die lokale Veränderung kann in diesem Fall also die Aufnahme eines weiteren magnetischen Materials umfassen. Hierzu kann der zumindest eine Permanentmagnet ein magnetisches Element umfassen, welches sich in zumindest einer magnetischen Kenngröße von dem Permanentmagneten unterscheidet.
Bevorzugt kann dieses magnetische Element eine größere magnetische Flussdichte oder Energiedichte aufweisen im Vergleich zu dem Material des zumindest einen Permanentmagneten. Der zumindest eine Permanentmagnet kann zur Aufnahme des magnetischen Elements beispielsweise eine Ausnehmung wie weiter oben beschrieben umfassen, in die das magnetische Element eingefügt werden kann. Die Befestigung kann beispielsweise mittels Kleben oder Klemmen erfolgen.
Das magnetische Element kann zum Beispiel ein Seltenerdmagnet, beispielsweise einen Neodym-Eisen-Bor-Magneten, umfassen, welcher eine deutlich höhere magnetische Flussdichte bzw. Energiedichte im Vergleich zu einem Permanentmagneten aus Ferrit aufweisen kann.
Die lokale Veränderung des zumindest einen Permanentmagneten kann gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung auch die Aufnahme eines nicht magnetischen Materials umfassen, welches beim Sintern des Ferritmagneten an der Position der lokalen Veränderung mit verpresst werden kann. Auf diese Weise kann eine neutrale Phase gebildet werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Herstellung vergleichsweise einfach ist, da keine nachträgliche Bearbeitung des Permanentmagneten mehr erforderlich ist. Zudem ist diese Ausführungsform auch immun gegenüber einem Aufmagnetisieren durch den Anker, so dass eine besonders lange Lebensdauer ermöglicht wird.
Um ein detektierbares Signal zu erhalten, kann es günstig sein, wenn der betragsmäßige Unterschied der zumindest einen magnetischen Kenngröße, insbesondere der magnetischen Flussdichte oder der Energiedichte, des zumindest einen Permanentmagneten wenigstens 1 %, bevorzugt wenigstens 2 % und besonders bevorzugt wenigstens 5 % oder 10 % im Vergleich zu der korrespondierenden magnetischen Kenngröße der übrigen Permanentmagnete beträgt. So ist zum Beispiel die magnetische Flussdichte des zumindest einen Permanentmagneten wenigstens 1 %, bevorzugt wenigstens 2 % und besonders bevorzugt wenigstens 5 % oder 10 % größer oder geringer als die magnetische Flussdichte der übrigen korrespondierenden Permanentmagnete.
Selbstverständlich ist es auch möglich, einen größeren Unterschied in zumindest einer magnetischen Kenngröße zwischen dem zumindest einen Permanentmagneten und den übrigen Permanentmagneten der Anordnung zu schaffen. Dies kann aber zu größeren konstruktiven Änderungen des zumindest einen Permanentmagneten führen oder sogar zu weiterführenden konstruktiven Änderungen im Bereich des Elektromotors und wird daher als eher ungünstig angesehen. Gemäß einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ist daher der betragsmäßige Unterschied der Größe der zumindest einen magnetischen Kenngröße, insbesondere der magnetischen Flussdichte oder der Energiedichte, nicht mehr als 50 %, bevorzugt nicht mehr als 40 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 30 % im Vergleich zu der korrespondierenden magnetischen Kenngröße der übrigen Permanentmagnete.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausnehmung des zumindest einen Ankerpakets des Rotors ebenfalls länglich ausgebildet und verläuft in axialer Richtung auf der zum Stator hinweisenden Seite. In einer günstigen Ausbildung kann die Ausnehmung des zumindest einen Ankerpaktes geometrisch an die Ausbildung der Ausnehmung des zumindest einen Permanentmagneten angepasst sein, insbesondere im Hinblick auf die Breite.
Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn die Breite der Ausnehmung des Permanentmagneten korrespondierend zu der Breite der Ausnehmung des Ankerpaketes ausgewählt ist. Besonders günstig ist es, wenn die Breite der Ausnehmung des Permanentmagneten (B_P) annähernd gleich oder etwas größer ist als die Breite der Ausnehmung des Ankerpaketes (B_A), so dass gilt:

Bp >= 0,9 * B_A, bevorzugt Bp >= 1,0 * B_A, besonders bevorzugt Bp >= 1,01 * B_A. Ferner gilt gemäß einer günstigen Ausführungsform: B_P < 1,5 * B_A, bevorzugt B_P < 1,3 * B_A, besonders bevorzugt Bp < 1,2 * B_A.

Es hat sich gezeigt, dass eine kleine Reaktionszeit günstig sein kann, in welcher die Veränderung des Stromes durch den „neuen“ Schaltzustand entsprechend ausgeprägt ist, so dass sie detektiert werden kann. Die Breite ist gemäß einer günstigen Ausführungsform der Erfindung daher auch nicht zu gering gewählt und kann wenigstens 1 mm, bevorzugt wenigstens 2 mm oder auch darüber betragen, sofern es der verfügbare Bauraum ermöglicht.
Die Veränderung des Motorstromes wird hierdurch deutlicher sichtbar, wenn sich bei einer Umdrehung des Rotors die jeweiligen Ausnehmungen quasi deckungsgleich gegenüber liegen, so dass die Detektion dieses Referenzpunktes vereinfacht werden kann. Auf diese Weise kann ein besonders klar erkennbares Signal geschaffen werden, was eindeutig detektierbar ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors in einem permanenterregten Elektromotor eines Bremssystems im Betrieb, umfassend eine Vorrichtung wie vorstehend ausgeführt.
Das Verfahren kann dabei die folgenden Schritte umfassen:

- Erzeugen eines Positionsimpulses im Stromsignal des permanenterregten Elektromotors im Betrieb bei einer Referenzposition, bei der sich der Rotor in einer Orientierung befindet, in welcher das Ankerpaket mit einer Ausnehmung gegenüberliegend zu dem Permanentmagneten des Stators, welcher sich in zumindest einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten der Anordnung von Permanentmagneten des Stators unterscheidet,
- Erkennen des Positionsimpulses durch die Steuerungseinrichtung,
- Rechnerisches Ermitteln der Orientierung des Rotors und damit der Motorposition in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors bei einer weiteren Drehung des Rotors.

Das Verfahren kann weiterhin umfassen:

- Erzeugen eines neuen Positionsimpulses als neuen Referenzwert bei einer erneuten Orientierung des Rotors in der Referenzposition.

Auf diese Weise kann im Betrieb eine kontinuierliche Justierung der Vorrichtung bei jeder vollständigen Umdrehung des Rotors erreicht werden.
In einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch einen permanenterregten Elektromotor und ein Bremssystem, umfassend einen Elektromotor, wobei der Elektromotor eine Vorrichtung wie vorstehend ausgeführt aufweist.
Das Bremssystem kann dabei einen Hydraulikblock aufweisen, wobei in dem Hydraulikblock u.a. eine elektromotorische Druckbereitstellungseinrichtung und je angeschossener Radbremse ein Einlassventil und ein Auslassventil angeordnet sein können. Der Hydraulikblock kann mit einem Bremsflüssigkeitsbehälter und den hydraulisch betätigten Radbremsen verbunden sein. Die Druckbereitstellungseinrichtung kann dabei durch den Elektromotor angetrieben werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu verwendet werden, das Öffnen und Schließen der Ventile zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher noch den weiteren Schritt umfassen:

- Öffnen und/oder Schließen von mindestens einem Ventil basierend auf der festgestellten Motorposition.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.
Die Zeichnungen zeigen:

1 schematisch wesentliche Bestandteile eines erfindungsgemäßen permanenterregten Elektromotors in einer Draufsicht,
2a die Stärke der magnetischen Flussdichte entlang der zum Rotor zugewandten Oberfläche der Permanentmagnete,
2b einen günstigen Bereich zur Anordnung der lokalen Veränderung eines Permanentmagneten,
3 schematisch wesentliche Bestandteile eines erfindungsgemäßen permanenterregten Elektromotors aus 1 in einer Draufsicht mit einem beispielhaft in einem Ausschnitt dargestellten Ankerpaket mit stirnseitiger Ausnehmung und mit einem Permanentmagneten mit einer Ausnehmung,
4 schematisch den Elektromotor aus 3 in einer Draufsicht mit einem beispielhaft in einem Ausschnitt dargestellten Ankerpaket mit stirnseitiger Ausnehmung und mit einem Permanentmagneten mit einer durchgehenden Öffnung,
5 schematisch den Elektromotor aus 3 in einer Draufsicht mit einem beispielhaft in einem Ausschnitt dargestellten Ankerpaket mit stirnseitiger Ausnehmung und mit einem Permanentmagneten mit einem weiteren magnetischen Material,
6a, 6b schematisch in einer Draufsicht auf die Permanentmagnete Ausführungsbeispiele mit einem zusätzlichen magnetischen Element,
6c schematisch in einer Draufsicht auf die Permanentmagnete Ausführungsbeispiele mit einem zusätzlichen nicht-magnetischen Element,
7 an einem Ausführungsbeispiel die Veränderung der Motorspannung im Zeitverlauf eines erfindungsgemäßen Elektromotors, und
8 an einem Ausführungsbeispiel die Veränderung der Stromstärke im Zeitverlauf eines erfindungsgemäßen Elektromotors.

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
1 zeigt schematisch wesentliche Bestandteile eines beispielhaften permanenterregten Elektromotors 100 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Draufsicht.
Der abgebildete permanenterregte Elektromotor 100 stellt demnach nur ein mögliches Beispiel einer Ausbildung eines erfindungsgemäß geeigneten Elektromotors 100 dar, und es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung selbstverständlich auch in oder mit anders ausgebildeten Elektromotoren zum Einsatz kommen kann.
Der permanenterregte Elektromotor 100 kann in oder mit einem Bremssystem verwendet werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Elektromotor 100

einen Rotor 200, wobei der Rotor 200 eine Anzahl an Ankerpaketen 210, 211 umfasst.
und einen Stator 300 mit einer Anordnung an Permanentmagneten 310, 311, wobei sich zumindest ein Permanentmagnet 311 der Anordnung von Permanentmagneten 310, 311 in zumindest einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten 310 der Anordnung unterscheidet, und
wobei zumindest ein Ankerpaket 211 des Rotors 200 auf der zum Stator 300 hinweisenden Stirnseite eine Ausnehmung 220 aufweist.

Der permanenterregte Elektromotor 100 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Innenläufer-Anordnung gezeigt. Die Ankerpakete 210, 211 nehmen dabei die Spulenwicklungen 230 auf. Es sei angemerkt, dass sich die Erfindung nicht nur in Verbindung mit Innenläufer-Anordnungen verwenden lässt, sondern selbstverständlich auch mit anderen Anordnungen, beispielsweise Außenläufer-Anordnungen.
Bei dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen permanenterregten Elektromotor 100 unterscheidet sich zumindest ein Permanentmagnet 311 der Anordnung von Permanentmagneten 310, 311 in zumindest einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten 310 der Anordnung.
In dem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Permanentmagnet 311 von den übrigen Permanentmagneten 310 zumindest in der Größe der magnetischen Flussdichte, welche zum Beispiel an der Oberfläche des Permanentmagneten 311 gemessen werden kann. Dies bedeutet, dass zumindest die Größe der magnetischen Flussdichte des Permanentmagneten 311 größer oder kleiner ist als die magnetische Flussdichte der übrigen Permanentmagnete 310. Wie in der 1 zu erkennen, wird der Unterschied durch eine lokale Veränderung 320 des Permanentmagneten 311 bewirkt.
Diese liegt an einer Position, bei der ein vorbeidrehender Anker 210, 211 geschaltet ist, so dass im Betrieb bei einer Rotation des Rotors 200 eine Änderung im Stromsignal erfolgt, welche detektiert werden kann. Bei dem Elektromotor 100 wird dazu der Motorstrom überwacht. Bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors 200 im Betrieb wird dabei ein einmaliges signifikantes und messbares Signal als Referenzposition des Rotors 200 erzeugt, welches durch eine angeschlossene Steuerungseinrichtung (nicht dargestellt) erkannt und für die Positionsbestimmung genutzt wird.
Dazu weist ein Ankerpaket 211 auf der zum Stator 300 hinweisenden Stirnseite eine Ausnehmung 220 auf. Dieses Ankerpaket 211 unterscheidet sich somit in seiner Geometrie von den übrigen Ankerpaketen 210 des Rotors 200. Hierdurch kann die Abweichung im Motorstrom detektiert werden, welche sich einstellt bei einer Orientierung des Rotors 200, bei der der Permanentmagnet 311 und das Ankerpaket 211 gegenüberliegen. Bei der in 1 dargestellten Anordnung liegt die Ausnehmung 220 des Ankerpaketes nicht dem Permanentmagneten 311 gegenüber, was bedeutet, dass bei der abgebildeten Orientierung keine Abweichung im Motorstrom vorhanden ist.
Im Betrieb des Elektromotors 100 kann die Steuerungseinrichtung die Orientierung des Rotors 200 in dem Stator 300 rechnerisch bestimmen, wozu ferner der Steuerungseinrichtung kontinuierlich die Drehzahl des Rotors 200 zur Verfügung gestellt wird. Die Steuerungseinrichtung kann somit jederzeit im Betrieb die relative Orientierung des Rotors 200 in Abhängigkeit von der Drehzahl in Bezug zu der Referenzposition bestimmen.
Mit der dargestellten Ausführungsform des Elektromotors 100 kann eine Genauigkeit in der Positionsbestimmung erreicht werden, welche bei etwa +/- 3° oder sogar bei etwa +/- 1° liegt, und welche für viele Verwendungen hinreichend ist.
Dabei ist die sich einstellende Schwächung des Magnetfeldes niedrig genug, so dass die sich einstellende Leistungsminderung des Elektromotors als hinnehmbar angesehen wird. Im vorliegenden Fall liegt die Leistungsminderung des Elektromotors 100 innerhalb des Toleranzbereiches des Elektromotors 100.
Es ist auch möglich, mehr als einen der Permanentmagnete 311 unterschiedlich in zumindest einer magnetischen Kenngröße auszubilden, beispielsweise zwei Permanentmagnete 311. Ebenso ist es auch möglich, mehr als ein Ankerpaket 211 mit einer Ausnehmung auszubilden, beispielsweise zwei Ankerpakete 211.
In der abgebildeten Ausführungsform weist der Elektromotor 100 insgesamt drei Permanentmagnete 310, 311 auf, welche gegenläufig gepolt sind, sowie neun Ankerpakete 210, 211. Die Permanentmagnete 310, 311 sind dabei jeweils hälftig gegensätzlich gepolt, so dass insgesamt drei magnetische „Südpole“ und drei magnetische „Nordpole“ vorliegen. In den jeweiligen in Umfangsrichtung mittleren Bereichen beträgt die magnetische Flussdichte damit Null oder annähernd Null.
Die Permanentmagnete 310, 311 sind in dem Ausführungsbeispiel aus Ferrit gebildet, so dass sie sehr kostengünstig hergestellt werden können. Es sind aber auch andere magnetische Materialen verwendbar.
Die erfindungsgemäße Veränderung der magnetischen Kenngröße des Permanentmagneten 311 wird erreicht durch eine lokale Veränderung des Permanentmagneten 311 an einer bestimmten Position.
Um eine möglichst hohe Wirkung mit nur einer einzigen lokalen Veränderung zu erzielen, ist es günstig, diese lokale Veränderung an oder in demjenigen Bereich des Permanentmagneten 311 anzuordnen, an welchem die magnetische Flussdichte an der Oberfläche möglichst hoch ist. Dieser Bereich ist ein mittlerer Bereich des entsprechenden „Nordpols“ oder „Südpols“ des Permanentmagneten 311, da zu den Enden hin die magnetische Flussdichte abnimmt und im mittleren Bereich zwischen Nord- und Südpol ebenfalls gering ist.
Als ein günstiger Bereich zur Anordnung der lokalen Veränderung wird daher ein Bereich angesehen, bei welchem die magnetische Kenngröße, insbesondere die magnetische Flussdichte, wenigstens 80 % von ihrem betragsmäßigen Maximum, bevorzugt wenigstens 90 % und besonders bevorzugt wenigstens 95 %, beträgt. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass es Bereiche bzw. Winkelpositionen geben kann, bei welchen im Betrieb das Ankerpaket 200, 211 kurzgeschlossen ist. Eine Anordnung der lokalen Veränderung in einem derartigen Bereich ist ungünstig, da kein Strompeak detektiert werden kann.
Die 2a und 2b zeigen rein zur Veranschaulichung die Stärke der magnetischen Flussdichte entlang der zum Rotor 200 zugewandten Oberfläche der Permanentmagnete 310. Hierbei zeigt 2a den Verlauf entlang der Innenoberfläche des Stators 300 mit den Permanentmagneten 310 aus 1. In dem gezeigten Beispiel existiert noch keine lokale Veränderung einer magnetischen Kenngröße der Permanentmagnete 310.
In Umfangsrichtung folgt dabei auf einen Bereich mit einer positiven, hohen magnetischen Flussdichte jeweils ein Bereich mit einer negativen magnetischen Flussdichte an der Oberfläche eines der Permanentmagnete 310. Dies stellt die Größe der magnetischen Flussdichte in Umfangsrichtung entlang der Oberfläche der Permanentmagnete 310 dar, wobei jeweils auf einen magnetischen Nordpol 315 ein magnetischer Südpol 316 folgt. Die Bereiche mit hoher positiver oder negativer magnetischer Flussdichte sind mit dem Bezugszeichen 330 gekennzeichnet; der Nulldurchgang, der sich durch den Wechsel der Polarität ergibt, ist mit 331 gekennzeichnet. In dem abgebildete Ausführungsbeispiel erreicht die magnetische Flussdichte an der Oberfläche der Permanentmagnete 310 etwa +/- 130 mT.
In 2b ist mit dem Bezugszeichen 340 ein Bereich in Bezug auf die Länge in Umfangsrichtung eines Permanentmagneten 310 gekennzeichnet, welcher einen günstigen Bereich zur Anordnung der lokalen Veränderung darstellt. 2b zeigt dazu nur einen Ausschnitt mit positiver magnetischer Flussdichte. Mit dem Bezugszeichen 341 ist der Bereich um den Nulldurchgang 331 im Übergang von einer Polung des Permanentmagneten 310 zu der gegensätzlichen eingezeichnet. Dieser Bereich 341 ist eher ungünstig für die Anordnung der lokalen Veränderung, da die magnetische Flussdichte hier zu gering ist, um eine messbare Veränderung herbeiführen zu können.
Die lokale Veränderung 320 des zumindest einen Permanentmagneten 311 kann beispielsweise eine Ausnehmung 322 auf der zum Rotor 200 hinweisenden Oberfläche des zumindest einen Permanentmagneten 311 umfassen.
3 zeigt schematisch einige wesentliche Bestandteile eines erfindungsgemäßen permanenterregten Elektromotors aus 1 in einer Draufsicht mit einem beispielhaft in einem Ausschnitt dargestellten Ankerpaket 211 mit stirnseitiger Ausnehmung 220 und mit einem Permanentmagneten 311 mit einer Ausnehmung 322 als lokale Veränderung 320. Hierdurch wird in dem Permanentmagneten 311 eine Volumenreduzierung erreicht, welche sich direkt auf etwa die Größe der magnetischen Flussdichte dieses Permanentmagneten 311 auswirkt. Damit unterscheidet sich dieser Permanentmagnet 311 in einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten 310 der Anordnung. Zwischen den Permanentmagneten 310, 311 sind jeweils Abstandshalter 350 angeordnet.
Die Ausnehmung 322 ist länglich und in axialer Richtung verlaufend ausgebildet, wodurch sie besonders einfach in den Permanentmagneten 311 eingebracht werden kann. Die Ausnehmung 322 verläuft in dem Ausführungsbeispiel von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Permanentmagneten 311.
Die Ausnehmung 322 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch als durchgehende Öffnung 323 oder als durchgehender Schlitz ausgebildet sein und von der zum Rotor 200 hinweisenden Innenwandung bis zu der gegenüberliegenden außenseitigen Wandung verlaufen. 4 zeigt hierzu schematisch in einer Draufsicht einen Elektromotor 100 mit einem Permanentmagneten 311 mit einer durchgehenden Öffnung 323.
Gemäß einer nochmals weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann anstelle einer Reduzierung der magnetischen Flussdichte durch die Ausnehmung auch eine lokale Erhöhung der magnetischen Flussdichte oder Energiedichte vorgesehen sein.
5 zeigt hierzu schematisch den Elektromotor aus 3 in einer Draufsicht mit einem Permanentmagneten 311 mit einem weiteren magnetischen Material 324. Das weitere magnetische Material 324 unterscheidet sich in einer magnetischen Kenngröße, in dem Ausführungsbeispiel in der Größe der magnetischen Flussdichte, von dem weiteren magnetischen Material des Permanentmagneten 311. Der Permanentmagnet 311 umfasst zur Aufnahme des magnetischen Elements 324 eine Ausnehmung wie oben beschrieben, in die das magnetische Element 324 eingefügt werden kann. Die Befestigung erfolgt mittels Kleben oder Klemmen.
Das magnetische Material 324 weist dabei eine größere magnetische Flussdichte oder Energiedichte auf im Vergleich zu dem Material des Permanentmagneten 311. In dem Ausführungsbeispiel umfasst das magnetische Element 324 ein Seltenerdmagnet, beispielsweise einen Neodym-Eisen-Bor-Magneten.
Die lokale Veränderung 320 des Permanentmagneten 311 kann gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung auch die Aufnahme eines nicht magnetischen Materials umfassen, welches beim Sintern des Ferritmagneten an der Position der lokalen Veränderung mit verpresst werden kann. Anstelle des weiteren magnetischen Elements 324 kann demnach auch beispielsweise ein keramisches, nicht magnetisches Element eingefügt sein. Auf diese Weise kann eine neutrale Phase gebildet werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Herstellung vergleichsweise einfach ist, da keine nachträgliche Bearbeitung des Permanentmagneten 311 mehr erforderlich ist. Zudem ist diese Ausführungsform auch immun gegenüber einem Aufmagnetisieren durch den Anker, so dass eine besonders lange Lebensdauer ermöglicht wird.
Um ein detektierbares Signal zu erhalten, beträgt in dem Ausführungsbeispiel der betragsmäßige Unterschied der magnetischen Flussdichte oder der Energiedichte, des Permanentmagneten 311 wenigstens 1 %, bevorzugt wenigstens 2 % und besonders bevorzugt wenigstens 5 % oder 10 % im Vergleich zu der korrespondierenden magnetischen Kenngröße der übrigen Permanentmagnete 310. So ist die magnetische Flussdichte des wenigstens 1 %, bevorzugt wenigstens 2 % und besonders bevorzugt wenigstens 5 % oder 10 % größer oder geringer als die magnetische Flussdichte der übrigen Permanentmagnete 310, insbesondere an den korrespondierenden Bereichen der Permanentmagnete 310, 311.
Selbstverständlich ist es auch möglich, einen größeren Unterschied in zumindest einer magnetischen Kenngröße zwischen dem einen Permanentmagneten 311 und den übrigen Permanentmagneten 310 der Anordnung zu schaffen. Dabei ist der betragsmäßige Unterschied der Größe der zumindest einen magnetischen Kenngröße des Permanentmagneten 311, insbesondere der magnetischen Flussdichte oder der Energiedichte, nicht mehr als 50 %, bevorzugt nicht mehr als 40 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 30 % im Vergleich zu der korrespondierenden magnetischen Kenngröße der übrigen Permanentmagnete 310.
Die Ausnehmung 220 des Ankerpakets 211 des Rotors 200 ist ebenfalls länglich ausgebildet und verläuft in axialer Richtung auf der zum Stator 300 hinweisenden Seite. Wie beispielsweise aus der 2 ersichtlich ist die Ausnehmung 220 des Ankerpaktes 211 geometrisch an die Ausbildung der lokalen Veränderung, beispielsweise der Ausnehmung 322, des Permanentmagneten 311 angepasst, insbesondere im Hinblick auf die Breite, also die Ausdehnung in Umfangsrichtung.
In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist die Breite der Ausnehmung 322 des Permanentmagneten 311 (B_P) annähernd gleich oder etwas größer ist als die Breite der Ausnehmung 220 des Ankerpaketes 211 (B_A) gewählt, was sich günstig auf die Detektierbarkeit auswirkt. Allgemein ist es günstig, wenn die Breite der Ausnehmung 322 des Permanentmagneten 311 (B_P) annähernd gleich oder etwas größer ist als die Breite der Ausnehmung 220 des Ankerpaketes 211 (B_A), so dass gilt: Bp >= 0,9 * B_A, bevorzugt Bp >= 1,0 * B_A, besonders bevorzugt Bp >= 1,01 * B_A. Ferner gilt gemäß einer günstigen Ausführungsform: B_P < 1,5 * B_A, bevorzugt B_P < 1,3 * B_A, besonders bevorzugt B_P < 1,2 * B_A. Sofern hier die Breite der Ausnehmung 322 herangezogen wird, so gelten die vorstehenden Angaben sinngemäß auch für die Breite der durchgehenden Öffnung bzw. für die Breite des magnetischen Elements oder des nicht-magnetischen Elements.
Eine korrespondierende Ausdehnung der Ausnehmungen 220, 322 in Umfangsrichtung ist vorteilhaft, um eine gewisse Reaktionszeit bei einer Rotation des Rotors zu ermöglichen, so dass die Veränderung des Stromes durch den „neuen“ Schaltzustand entsprechend ausgeprägt ist und detektiert werden kann. Die Größe der Ausdehnung in Umfangsrichtung sollte daher auch nicht zu gering gewählt sein und beträgt in dem Ausführungsbeispiel etwa 1 mm, bevorzugt 2 mm oder auch darüber. Dabei sollte die lokale Veränderung allerdings nicht so groß dimensioniert sein, dass die magnetische Flussdichte nicht mehr vollständig ausgeprägt ist.
Die Veränderung des Motorstromes wird sichtbar, wenn sich bei einer Umdrehung des Rotors 200 die jeweiligen Ausnehmungen 220, 322 quasi deckungsgleich gegenüber liegen.
Die 6a, 6b und 6c zeigen in einer Draufsicht auf die Permanentmagnete 310, 311 Ausführungsbeispiele mit einem zusätzlichen magnetischen Element 324 (6a, 6b) sowie einem nicht-magnetischen Element 325 (6c). Die Permanentmagnete 310, 311 sind dabei quasi in einem „abgewickelten“ Zustand gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel der 6a ist das zusätzliche magnetische Element 324 in einen Zwischenraum zwischen zwei Permanentmagnete 310, 311 eingebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher nicht ein einziger Permanentmagnet 311 in einer magnetischen Kenngröße verändert, sondern es sind zwei nebeneinander angeordnete Permanentmagnete 311, welche jeweils an ihren Endpunkten verändert sind durch das direkt angrenzende weitere magnetische Element 324, welches demnach zwischen einem Nord- und einem Südpol (315, 316) angeordnet ist.
7 zeigt an einem Ausführungsbeispiel die Veränderung der Motorspannung im Zeitverlauf eines erfindungsgemäßen Elektromotors 100 im Betrieb bei einer konstanten Umdrehungszahl von 2.000 U/min. Der Rotor 200 umfasst dabei insgesamt neun Ankerpakete 200, 211 und der Stator drei Permanentmagnete 310, 311 mit jeweils Nord-/Südpolung. Deutlich erkennbar sind die Unterschiede in der Motorspannung in den Peaks 401, 402, wobei jeweils der neunte Peak 402 eine signifikant geringere Spannung aufweist als die übrigen acht Peaks 401, von welchen der Übersichtlichkeit halber nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Die Veränderung jeweils in dem neunten Peak 402 korrespondiert zu der Referenzposition des Rotors 200 bei jeder Umdrehung, bei welcher derjenige Anker mit der Ausnehmung 211 gegenüber der lokalen Veränderung 320 steht.
8 zeigt an einem weiteren Ausführungsbeispiel die Veränderung der Stromstärke im Zeitverlauf eines erfindungsgemäßen Elektromotors 100 im Betrieb bei einer konstanten Umdrehungszahl von 4.920 U/min. Der Elektromotor 100 entspricht dabei dem vorstehend genannten. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass jeweils der neunte Peak 502 eine erhöhte Stromstärke zeigt, wohingegen die jeweils nachfolgenden acht Peaks 501 die normale Stromstärke zeigen, bei welchen die unveränderten Ankerpakete 210 den Permanentmagneten passieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch ein Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors 200 in einem permanenterregten Elektromotor 100 im Betrieb, umfassend eine Vorrichtung 1 wie vorstehend ausgeführt.
In einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Bremssystem, umfassend eine Vorrichtung 1 wie vorstehend ausgeführt.
Bezugszeichenliste:

100: permanenterregter Elektromotor
200: Rotor
210: Ankerpaket
211: Ankerpaket
220: Ausnehmung
230: Spulenwicklung
300: Stator
310: Permanentmagnet
311: Permanentmagnet
315: Nordpol
316: Südpol
320: lokale Veränderung
322: Ausnehmung
323: durchgehende Öffnung, Schlitz
324: magnetisches Element
325: nicht-magnetisches Element
330: Bereiche mit hoher oder niedriger magnetischer Flussdichte
331: Nulldurchgang
340: geeigneter Bereich
341: Übergangsbereich
350: Abstandshalter
401, 402: Peak Spannung
501, 502: Peak Strom

Claims

Vorrichtung (1) zur Erkennung der Orientierung eines Rotors (200), vorzugsweise eines permanenterregten Elektromotors (100) in einem Bremssystem, umfassend einen Rotor (200), wobei der Rotor (200) eine Anzahl an Ankerpaketen (210) umfasst, und einen Stator (300) mit einer Anordnung an Permanentmagneten (310), wobei sich zumindest ein Permanentmagnet (311) der Anordnung von Permanentmagneten (310, 311) in zumindest einer magnetischen Kenngröße von den übrigen Permanentmagneten (310) der Anordnung unterscheidet, und wobei zumindest ein Ankerpaket (211) des Rotors (200) auf der zum Stator (300) hinweisenden Stirnseite eine Ausnehmung (220) aufweist.
Vorrichtung (1) nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (310) aus Ferrit gebildet sind oder Ferrit umfassen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (100) einen Gleichstrom-Bürstenmotor umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kenngröße die betragsmäßige Größe der magnetischen Flussdichte, der magnetischen Energiedichte oder des magnetischen Energieproduktes des Permanentmagneten (310, 311) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Permanentmagnet (311) eine lokale Veränderung (320) umfasst.
Vorrichtung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung (320) in einem Bereich des Permanentmagneten (311) angeordnet ist, in welchem die magnetische Kenngröße, insbesondere die magnetische Flussdichte, wenigstens 80 % von ihrem betragsmäßigen Maximum, bevorzugt wenigstens 90 % und besonders bevorzugt wenigstens 95 %, beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung (320) des zumindest einen Permanentmagneten (311) auf der zum Rotor (200) hinweisenden Innenwandung eine Ausnehmung (322) umfasst, bevorzugt eine längliche, in axialer Richtung verlaufende Ausnehmung (322), besonders bevorzugt von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Permanentmagneten (311) verlaufend.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung (320) als durchgehende Öffnung (323) oder als durchgehender Schlitz ausgebildet ist und von der zum Rotor (200) hinweisenden Innenwandung bis zu der gegenüberliegenden außenseitigen Wandung verläuft.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Permanentmagnet (311) ein zusätzliches magnetisches Element (324) umfasst, welches sich in zumindest einer magnetischen Kenngröße von dem Permanentmagneten (311) unterscheidet.
Vorrichtung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (324) eine größere magnetische Flussdichte oder Energiedichte aufweist als die magnetische Flussdichte oder Energiedichte der übrigen Permanentmagnete (310), und wobei das das magnetische Element (324) bevorzugt ein Seltenerdmagnet, beispielsweise einen Neodym-Eisen-Bor-Magneten, umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Permanentmagnet (311) ein nicht magnetisches Material (325) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der betragsmäßige Unterschied der zumindest einen magnetischen Kenngröße, insbesondere der magnetischen Flussdichte oder der Energiedichte, des zumindest einen Permanentmagneten (311) wenigstens 1 %, bevorzugt wenigstens 2 % und besonders bevorzugt wenigstens 5 % oder 10 % im Vergleich zu der korrespondierenden magnetischen Kenngröße der übrigen Permanentmagnete (310) beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (220) des zumindest einen Ankerpakets (211) des Rotors (200) länglich und in axialer Richtung verlaufend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Ankerpakete (211) des Rotors jeweils eine Ausnehmung (220) und/oder zwei Permanentmagnete (311) jeweils eine Ausnehmung (322) umfassen.
Verfahren zur Erkennung der Orientierung eines Rotors (200), umfassend eine Vorrichtung (1) zur Erkennung der Orientierung eines Rotors (200), vorzugsweise eines permanenterregten Elektromotors (100) in einem Bremssystem, nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Bremssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend eine Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-14.