DE10244102A1

DE10244102A1 - Sensoranordnung zum Erfassen einer umdrehungsbezogenen Grösse eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE10244102A1
Application number: DE10244102A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Hoegler; Sebastian Sinn; Jürgen Tempel
Original assignee: Valeo Wischersysteme GmbH
Current assignee: Valeo Wischersysteme GmbH
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: WO2004034555A1; AU2003289849A1; DE10244102B4

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung zur Erfassung von drehzahlbezogenen Größen eines Motors, insbesondere eines Scheibenwischermotors, vorgeschlagen mit einem stationären Hall-Sensor, wobei der Motor elektronisch gesteuert oder geregelt ist und wobei ein drehendes, nicht-magnetisches Teil im Motor vorgesehen ist, welches eine derartige Form aufweist, dass eine Magnetfeldveränderung durch das drehende Teil erzeugt wird, die am Umfang berührungslos über den Hall-Sensor (2) erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erfassen einer umdrehungsbezogenen Größe eines Motors, insbesondere eines Scheibenwischermotors eines Kraftfahrzeugs. Genauer betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung zum Erfassen der Drehzahl, Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung oder Drehstellung oder dgl. einer Motorwelle mittels eines magnetischen Sensors, das heißt eines Hall-Sensors.

Es ist bekannt, drehzahl- bzw. umdrehungsbezogene Messwerte über magnetische Sensoren zu erfassen, indem auf einer Welle oder einem drehenden Teil ein Magnetring so vorgesehen ist, dass über den stationären Hall-Sensor berührungslos die Veränderung des Magnetfeldes durch die vorbeilaufenden Pole des Magnetrings erfasst werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass einerseits durch den Magnetring oder das magnetische Teil, welches mit der Welle verbunden ist, eine spezifische und aufwändige Anpassung des Motors erforderlich ist. Zudem ist die Baugröße von Motoren mit einem Magnetring vergleichsweise groß, und es müssen Mittel vorgesehen sein zum Befestigen des Magnetrings auf der zu messenden Welle. Eine solche Sensoranordnung, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, ist zum Beispiel offenbart in der EP 0 581 471 A1 , der DE 88 11 966 U1 oder der DE 44 33 973 A1 .

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoranordnung zum Erfassen von umdrehungsbezogenen Größen eines elektronischen Motors bereitzustellen, die eine Erfassung mit Hall-Sensoren ohne aufwändige, konstruktive Abänderung bestehender Motoren ermöglicht und die einfach zu integrieren ist.

Diese Aufgabe wird durch die Sensoranordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß weist die Sensoranordnung zum Erfassen einer umdrehungsbezogenen Größe eines elektronischen Motors mindestens einen stationären, magnetischen Sensor zum Erfassen eines magnetischen Feldes auf, wobei ein drehendes, insbesondere nicht-magnetisches Teil im Motor vorgesehen ist, welches eine derartige Form aufweist, dass eine Magnetfeldänderung durch das Teil erzeugt wird, die am Umfang über den Sensor erfassbar ist. Der Motor ist erfindungsgemäß ein elektronisch gesteuerter oder geregelter Motor. Hierdurch können mittels dem Hall-Sensor die Drehung, Drehzahl, Drehstellung der Motorwelle oder andere Umdrehungsbezogene Werte des elektronisch gesteuerten Motors auf einfache Weise und hochpräzise erfasst werden, ohne dass ein magnetisches Polrad an der Welle des Motors selbst erforderlich ist. Die Anpassung des Motors für eine Erfassung von drehzahlbezogenen Messwerten ist dadurch auf ein Minimum reduziert. Die Erfassung von Messwerten kann in einem erweiterten Bereich erfolgen gegenüber den bekannten Sensoranordnungen. Nicht zuletzt ist die Sensoranordnung sehr resistent gegen mechanische Toleranzen und ermöglicht durch die hohen Auflösungen, welche mit ihr realisierbar sind, sehr gute Diagnosemöglichkeiten. Die Sensoranordnung ist auch gegenüber Vibrationen und Erschütterungen relativ unempfindlich.

Der Sensor ist dabei vorzugsweise ein magnetischer Hall-Sensor, welcher derart (magnetisch) vorgespannt ist, dass Feldveränderungen durch nichtmagnetische Teile (Zahnräder oder dgl.) abtastbar sind. Dazu kann ein starker Magnet innerhalb des Sensors vorgesehen sein. Der starke Magnet kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das drehende Teil, mit welchem über den Hall-Sensor ein wechselndes magnetisches Feld abtastbar ist, ein Teil mit radialen, zahnförmig ausgebildeten Vorsprüngen. Hierdurch entstehen vorragende Abschnitte, welche radial am äußeren Umfang des Teiles vorgesehen und voneinander durch Spalte beabstandet sind. Auf konstruktiv einfache Weise wird so eine Erfassung von drehbezogenen Messwerten mittels eine Hall-Sensor ermöglicht im wesentlichen ohne Beeinträchtigung der elektronischen Steuerung und/oder Regelung des Motors. Die Messung von drehbezogenen Messwerten ist sehr präzise und erfordert nur eine geringe bauliche Abänderung von bestehenden Elektro-Motoren.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das drehende Teil durch ein im Motor vorhandenes Teil durch Abwandlung seiner Form realisiert.

Hierdurch ist kein separates Zusatzteil erforderlich, um eine Abtastung mittels Hall-Sensor bei elektronisch gesteuerten oder geregelten Motoren zu ermöglichen. Der Sensor kann direkt in der Nähe des drehenden Teils, welches ein Bestandteil des Motors selbst ist, am Außenumfang angeordnet werden.

Nach einer weiteren diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das drehende Teil der Kommutator des Motors, der mit bei Drehung magnetisch sensiblen Abschnitten so ausgebildet ist, dass die elektrischen Eigenschaften des Motors im wesentlichen nicht verändert bzw. beeinflusst werden. Der Kommutator weist hierfür zum Beispiel radial vorragende Endabschnitte in Form von Zähnen auf, die einstöckig oder durch feste Verbindung mit dem Kommutator hergestellt sind. Alternativ kann diesbezüglich das drehende Teil ein Ankerblech des elektronischen Motors sein, das mit einer vorragenden Kontur versehen ist, die über den Hall-Sensor magnetisch abtastbar ist. Ebenso ist denkbar, dass die Welle des Motors selbst mit einem Abschnitt versehen ist, welcher mit einstöckigen oder angefügten vorragenden Vorsprüngen zur Abtastung über den vorgespannten Hall-Sensor ausgebildet ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das drehende Teil ein Zusatzteil, welches in die vorhandene Konstruktion des elektronischen Motors integrierbar ist. Insbesondere ist es ein Zusatzteil, welches leicht, das heißt ohne bauliche, aufwändige Abänderungen, in den Motor eingesetzt werden kann, wie zum Beispiel eine einfache, dünne Metallscheibe oder dergleichen. Hierdurch kann der elektronisch gesteuerte Motor durch einfaches Hinzufügen eines wenig kostenintensiven Zusatzteils so ausgebildet werden, dass über einen vorgespannten Hall-Sensor eine äußerst präzise Erfassung und Steuerung des elektronischen Motors möglich wird. Gemäß einer diesbezüglichen Ausgestaltung ist die Metallscheibe alternativ an der Motorwelle des elektronischen Motors oder an dem Kommutator des Motors befestigt.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.

In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung gemäß der Erfindung;

2 eine schematische Schrägansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Motorwelle mit einem erfindungsgemäßen drehenden Zusatzteil für die magnetische Erfassung;

3 eine Schrägansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche einen in seiner Form abgewandelten Kommutator des elektronischen Motors darstellt; und

4a, 4b schematische Seitenansichten eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, in welcher eine in ihrer Form abgewandelte Ankerplatte eines elektronischen Motors im Detail dargestellt ist.

Die schematische Darstellung der 1 zeigt in Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem elektronisch gesteuerten bzw. geregelten Motor 1, an dessen abtriebsseitiger Motorwelle 8 ein erfindungsgemäßes drehendes Teil 3 vorgesehen ist. Das drehende Teil 3 weist rechts oben einen vorragenden Abschnitt 5 auf, welcher im Betrieb des Motors periodisch an dem gegenüberliegend und in der Nähe angeordneten Sensor 2 vorbei geführt wird. Der Sensor 2 ist ein magnetischer Sensor, das heißt ein magnetisch vorgespannter, also einen starken Magneten aufweisender Hall-Sensor, welcher über die Veränderung des magnetischen Feldes durch den Vorsprung 5 des drehenden Teils 3 ein periodisches Signal bei jeder Umdrehung der Motorwelle 8 erzeugt. Dieses Signal wird anschließend in bekannter Weise durch einen Signalverstärker und/oder Analog-/Digital-Wandler weiterverarbeitet und an eine (in der Figur nicht dargestellte) Steuereinheit oder Regeleinheit gegeben. Die Erfassung von zum Beispiel der Drehzahl oder der Drehstellung der Motorwelle dient hierbei für eine präzise Steuerung und Regelung des Motors. Vorzugsweise ist der Motor ein Wischermotor einer Scheibenwischanlage eines Kraftfahrzeuges, welcher rotierend betrieben wird zum Antreiben des hin- und herschwenkenden Scheibenwischers. Durch diese Sensoranordnung sind sehr hohe Auflösungen realisierbar, was eine gute Diagnosemöglichkeit und letztendlich dadurch präzisere Steuerung des Motors ermöglicht. Die Kosten der Sensoranordnung sind hierbei relativ gering, da lediglich das drehende Teil mit dem vorstehenden Abschnitt 5 an der Welle befestigt werden muss. Insbesondere ist das drehende Teil leicht bei bestehenden, elektronisch gesteuerten Motoren integrierbar, ohne dass konstruktiv aufwändige Änderungen erforderlich sind.

In 2 ist in Schrägdraufsicht schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das drehende Teil 3, das zur Erfassung von umdrehungsbezogenen Messgrößen dient, eine Metallscheibe 9, die mit vorragenden Abschnitten 5 versehen ist. Die Metallscheibe 9 ist auf der Motorwelle 8 drehfest vor und beabstandet zu dem Kommutator 4 des Motors montiert. Durch die Anordnung des Sensors 2 (in der Figur nicht dargestellt) gegenüberliegend zum äußeren Umfang der Metallscheibe 9 kann durch die vorragenden Abschnitte 5, die durch Zwischenräume voneinander beabstandet sind, eine Erfassung der Drehposition und Drehgeschwindigkeit oder auch der Drehstellung des Motors auf präzise Weise erfolgen. Je höher die Anzahl der vorstehenden Abschnitte 5 der Metallscheibe 9 ist, desto genauer kann eine Drehstellung der Motorwelle 8 festgestellt bzw. erfasst werden.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in Schrägansicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kommutator 4 des elektronischen Motors selbst als drehendes Teil 3 ausgeformt, welches neben der Funktion als Kommutator 4 im Motor die Funktion einer Erzeugung eines sich bei Drehung verändernden magnetischen Zustandes für den vorgespannten Hall-Sensor übernimmt, ohne selbst magnetisch zu sein. Hierfür weist der Kommutator 4 an seinem stirnseitigen Ende radial abstehende und umgeknickte vorragende Abschnitte 5 auf, die durch ihre auskragende Form bei Drehung des Motors ein wechselndes Magnetfeld für den Sensor erzeugen. Der Vorteil liegt darin, dass durch leichte Abwandlung der Form des Kommutators 4 so eine Erfassung von drehzahlbezogenen Messwerten über magnetische Sensoren ermöglicht wird, ohne dass die Elektronik der elektronischen Steuerung oder Regelung des Motors selbst beeinträchtigt wird.

In den 4a und 4b sind jeweilige schematische Seitenansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Ankerblech 6 mit einer vorragenden Kontur 7 an ihrem Umfang ausgebildet, über welche analog den zuvor beschriebenen Beispielen ein Hall-Sensor (in den Figuren nicht dargestellt) die Drehbewegung der Motorwelle 8 erfassen kann. Die vorragende Kontur 7 besteht hier aus zahnartigen, rechteckigen Vorsprüngen an der Peripherie des Ankerblechs, welche mit gleichem oder periodisch unregelmäßigem Abstand voneinander beabstandet sind.

Claims

Sensoranordnung zum Erfassen einer umdrehungsbezogenen Größe eines Motors (1), insbesondere eines Scheibenwischermotors eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem stationären Hall-Sensor (2) zum Erfassen eines magnetischen Feldes bzw. einer Änderung eines magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor elektronisch gesteuert und/oder geregelt ist und dass ein drehendes, insbesondere nicht-magnetisches Teil (3) im Motor vorgesehen ist, welches eine derartige Form aufweist, dass beim Drehen des Teils (3) eine Magnetfeldänderung erzeugt wird, die am Umfang des Teils (3) über den Hall-Sensor (2) erfassbar ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Hall-Sensor ein magnetisch vorgespannter Hall-Sensor (2) ist, der vorzugsweise einen starken Magneten umfasst.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) radiale, zahnförmige Vorsprünge (5, 7) aufweist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) durch ein im Motor (1) vorhandenes Teil durch Abwandlung seiner Form realisiert ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) der Kommutator (4) des elektrischen Motors (1) ist, der mit bei Motordrehung magnetisch sensiblen Abschnitten (5) so ausgebildet ist, dass die elektrischen Eigenschaften des Motors (1) im wesentlichen nicht verändert werden.
Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) ein Ankerblech (6) ist, das mit einer vorragenden Kontur (7) versehen ist, die über den Hall-Sensor (2) magnetisch abtastbar ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) ein in die vorhandene Konstruktion des Motors (1) leicht integrierbares Zusatzteil ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) eine an der Motorwelle (8) befestigte Metallscheibe (9) ist mit mindestens einem vorragenden Abschnitt (5).
Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das drehende Teil (3) eine mit dem Kommutator (4) verbundene Metallscheibe (9) mit vorragenden Abschnitten (5) ist.