DE212022000093U1

DE212022000093U1 - Aktor

Info

Publication number: DE212022000093U1
Application number: DE212022000093.5U
Authority: DE
Original assignee: Keboda Chongqing Intelligent Control Tech Ltd; Keboda Chongqing Intelligent Control Technology Ltd
Current assignee: Keboda Chongqing Intelligent Control Tech Ltd; Keboda Chongqing Intelligent Control Technology Ltd
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2022-07-08
Publication date: 2023-07-05
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: WO2023060952A1; CN113864509A

Abstract

Aktor, umfassend ein Aktorgehäuse, eine PCBA-Platine, eine Statorbaugruppe, einen Rotor, eine Zahnradantriebsbaugruppe und eine Ausgangswelle, wobei
- das Aktorgehäuse ein Untergehäuse und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung und das Untergehäuse miteinander verbunden sind und zusammen einen Innenraum definieren;
- die Statorbaugruppe einen Aufnahmeraum aufweist, in dem der Rotor zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei der Rotor über die Zahnradantriebsbaugruppe mit der Ausgangswelle verbunden ist, um die Ausgangswelle beim Drehen mitnehmen zu können; dadurch gekennzeichnet, dass
- sich die PCBA-Platine am Boden des Innenraums befindet;
- die Statorbaugruppe oberhalb der PCBA-Platine fest an dem Untergehäuse angeordnet und elektrisch mit der PCBA-Platine verbunden ist;
- die Zahnradantriebsbaugruppe eine Anzahl von Zahnrädern umfasst, die oberhalb der Statorbaugruppe angeordnet sind, wobei die Zahnradwellen der einzelnen Zahnräder jeweils mit einem Ende an einem Statorkern der Statorbaugruppe befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung eingesteckt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Aktorik.
Technischer Hintergrund
In umweltschonenden Fahrzeugen werden Aktoren benötigt, die den Arbeitswinkel des Ventileinsatzes steuern, um das Verhältnis zwischen heißem und kaltem Wasser genau zu regeln und so die Temperatur der Batterie präzise zu steuern und ihre Arbeitseffizienz und Lebensdauer zu verbessern. Ein solcher Aktor umfasst ein Aktorgehäuse, eine PCBA-Platine, eine Statorbaugruppe, einen Rotor, eine Zahnradantriebsbaugruppe und eine Ausgangswelle.
An den bestehenden Aktoren werden vor allem folgende Nachteile beobachtet:

1. Die Zahnradwellen der einzelnen Zahnräder der Zahnradantriebsbaugruppe sind an dem aus Kunststoff bestehenden Aktorgehäuse angebracht. Aufgrund der Probleme der Kühlschrumpfung und der Verformung im Kunststoffspritzgussverfahren ist die Fertigungsgenauigkeit der im Aktorgehäuse ausgebildeten Zahnradwellenlöcher oft nicht hoch, wodurch die Montagegenauigkeit der Zahnradwellen beeinträchtigt wird, was nicht nur die Lebensdauer der Zahnradwellen verkürzt, sondern auch das Betriebsgeräusch des Aktors erhöht;
2. Die einzelnen Zahnräder der Zahnradantriebsbaugruppe bestehender Aktoren sind in der gleichen Ebene wie die Statorbaugruppe angeordnet, die klein ausgeführt ist, um sicherzustellen, dass der Aktor nicht zu groß ist, was wiederum zu einem größeren Luftvolumen führt und die Luftdichtigkeit des Aktors verringert;
3. Bei den bestehenden Aktoren weisen die Zahnräder einen Flankenabstand auf, dessen Größe je nach Temperatur variiert, was dazu führt, dass die Ausgangswelle des Aktors nicht in der Lage ist, den Drehwinkel des Ventileinsatzes präzise zu steuern. Dies macht eine genaue Regelung des Warm- und Kaltwasserverhältnisses unmöglich.

Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor anzubieten, der eine hochpräzise Montage der Zahnradwellen des Antriebszahnradsatzes ermöglicht und sich zudem durch geringes Betriebsgeräusch und gute Luftdichtheit auszeichnet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aktor bereitzustellen, der in der Lage ist, die Position der Ausgangswelle präzise zu steuern.
Ein Aktor gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Aktorgehäuse, eine PCBA-Platine, eine Statorbaugruppe, einen Rotor, eine Zahnradantriebsbaugruppe und eine Ausgangswelle. Das Aktorgehäuse umfasst ein Untergehäuse und eine obere Abdeckung, wobei die obere Abdeckung und das Untergehäuse miteinander verbunden sind und zusammen einen Innenraum definieren. Die Statorbaugruppe weist einen Aufnahmeraum auf, in dem der Rotor zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei der Rotor über die Zahnradantriebsbaugruppe mit der Ausgangswelle verbunden ist, um die Ausgangswelle beim Drehen mitnehmen zu können. Dabei befindet sich die PCBA-Platine am Boden des Innenraums. Die Statorbaugruppe ist oberhalb der PCBA-Platine fest an dem Untergehäuse angeordnet und elektrisch mit der PCBA-Platine verbunden. Die Zahnradantriebsbaugruppe umfasst eine Anzahl von Zahnrädern, die oberhalb des Stators angeordnet sind, wobei die Zahnradwellen der einzelnen Zahnräder jeweils mit einem Ende an einem Statorkern der Statorbaugruppe befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung eingesteckt sind.
Der oben beschriebene Aktor umfasst eine Abtastplatte und einen induktiven Positionssensor, wobei die Abtastplatte aus einem nicht magnetisch leitenden Metallmaterial besteht, am unteren Ende der Ausgangswelle angebracht ist und sich mit der Ausgangswelle mitdrehen kann, während der induktive Positionssensor auf der PCBA-Platine integriert und der Abtastplatte zugewandt ist.
Die vorliegende Erfindung bietet mindestens die folgenden Vorteile:

1. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Zahnradwellen der Zahnräder der Zahnradantriebsbaugruppe jeweils mit einem Ende an dem Statorkern der Statorbaugruppe angeordnet. Da der Statorkern aus Siliziumstahlblechen besteht, kann die Fertigungsgenauigkeit der Zahnradwellenlöcher gewährleistet werden, was wiederum die Montagegenauigkeit der Zahnradwellen sicherstellt, die Lebensdauer der Zahnradwellen verlängert und das Betriebsgeräusch des Aktors reduziert.
2. Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem die Zahnräder der Zahnradantriebsbaugruppe in derselben Ebene wie die Statorbaugruppe angeordnet sind, erlaubt es die erfindungsgemäße Anordnung sämtlicher Zahnräder der Zahnradantriebsbaugruppe oberhalb der Statorbaugruppe, dass die Statorbaugruppe bei gleichem Volumen des Aktors größer ausgeführt sein kann, um das Luftvolumen im Innenraum des Aktors zu verringern und die Luftdichtigkeit des Aktors zu verbessern.
3. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen am unteren Ende der Ausgangswelle eine Abtastplatte vor, bei deren Mitbewegung mit der Ausgangswelle der induktive Positionssensor eine Änderung der Position der Ausgangswelle erfasst, so dass eine Winkelpositionsinformation der Ausgangswelle genau ermittelt werden kann, wobei die Ausgangswelle mit einer Steuerschaltung anhand der Winkelpositionsinformation der Ausgangswelle so gesteuert werden kann, dass sich die Ausgangswelle präzise in die gewünschte Position dreht.
4. Im Vergleich mit dem Stand der Technik ist der Aktor gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kompakter aufgebaut.

Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine teilweise vergrößerte schematische Ansicht einer Zahnradantriebsbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausgangswelle, eine Abtastplatte und eine PCBA-Platine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in voneinander getrenntem Zustand.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Statorbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen schematischen C-C-Schnitt von 5.

Optimale Ausführungsformen der Erfindung
Es wird auf die 1 bis 6 Bezug genommen. Der Aktor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Aktorgehäuse 1, eine PCBA-Platine 2, eine Statorbaugruppe 3, einen Rotor 4, eine Zahnradantriebsbaugruppe 5, eine Ausgangswelle 6, eine Abtastplatte 71 und einen induktiven Positionssensor 72.
Das Aktorgehäuse 1 umfasst ein Untergehäuse 11 und eine obere Abdeckung 12, wobei die obere Abdeckung 12 und das Untergehäuse 11 durch Laserschweißen miteinander hermetisch verbunden sind und zusammen einen Innenraum 10 definieren.
Die PCBA-Platine 2 befindet sich am Boden des Innenraums 10 und ist mit einer Steuerschaltung versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die PCBA-Platine 2 durch Heißnieten an dem Untergehäuse 11 befestigt. Die Anordnung der PCBA-Platine 2 am Boden des Innenraums 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel erlaubt die Ausführung der PCBA-Platine 2 mit einer größeren Fläche.
Die Statorbaugruppe 3 ist oberhalb der PCBA-Platine 2 fest an dem Untergehäuse 11 angeordnet und elektrisch mit der PCBA-Platine 2 verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Statorbaugruppe 3 eine Drehstromwicklung 31, einen Statorkern 32, ein Kunststoffgerüst 33, ein Kunststoffisolierplättchen 34 und vier PIN-Stifte 35. Das Kunststoffgerüst 33 ist um den Statorkern 32 herum gegossen, von der Drehstromwicklung 31 umhüllt und durch Spritzgießen einteilig mit dem Kunststoffisolierplättchen 34 ausgebildet. Die Statorbaugruppe 3 ist über die vier PIN-Stifte 35 elektrisch mit der PCBA-Platine 2 verbunden. Dabei sind drei der PIN-Stifte 35 an einem Ende mit der Drehstromwicklung 31 verbunden und am anderen Ende mit der PCBA-Platine 2 verlötet, wobei die drei PIN-Stifte 35 vom Statorkern 32 isoliert bleiben. Hingegen ist der verbleibende PIN-Stift 35 an einem Ende mit dem Statorkern 32 und am anderen Ende mit der Masse der PCBA-Platine 2 verbunden, damit Motorwirbelströme abgeleitet werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nur die Struktur der oben genannten vier PIN-Stifte 35 beschrieben. Die Statorbaugruppe 3 umfasst auch andere herkömmliche PIN-Stifte, auf die hier nicht mehr im Detail eingegangen wird.
Die Statorbaugruppe 3 weist einen Aufnahmeraum 30 auf, in dem der Rotor 4 zumindest teilweise aufgenommen ist. Der Rotor 4 ist mit einer Spielpassung auf einer Rotorwelle 44 aufgesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 44 an einem Ende gerändelt und am anderen Ende glatt ausgeführt. Darüber hinaus ist die Rotorwelle 44 mit einem Ende mittels des Insert-Molding-Verfahrens an dem Untergehäuse 11 befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung 12 eingesteckt. Durch das Vorsehen einer Rändelung auf der Oberfläche des Endes der Rotorwelle 44, das an das Untergehäuse 11 angespritzt ist, kann eine sicherere Verbindung zwischen der Rotorwelle 44 und dem Untergehäuse 11 hergestellt werden.
Die Steuerschaltung steuert die Statorbaugruppe 3 derart an, dass diese ein Betriebsmagnetfeld erzeugt, unter dessen Einwirkung sich der Rotor 4 dreht. Der Rotor 4 ist über die Zahnradantriebsbaugruppe mit der Ausgangswelle 6 verbunden und kann so die Ausgangswelle 6 beim Drehen mitnehmen.
Die Zahnradantriebsbaugruppe 5 umfasst eine Anzahl von Zahnrädern, die oberhalb der Statorbaugruppe 3 angeordnet sind, wobei die Zahnradwellen 56 der einzelnen Zahnräder jeweils mit einem Ende an dem Statorkern 32 der Statorbaugruppe 3 befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung 12 eingesteckt sind.
Der obige Begriff „eine Anzahl“ bedeutet „ein oder mehrere“. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Statorkern 32 mit einer Anzahl von ersten Zahnradwellenlöchern 321 versehen, die den Zahnradwellen 56 der Anzahl von Zahnrädern eineindeutig zugeordnet sind, wobei jede der Zahnradwellen 56 mit einer Presspassung in das zugeordnete erste Zahnradwellenloch 321 eingreift, um eine Befestigung der Zahnradwellen 56 am Statorkern 32 zu erreichen. Da der Statorkern 32 aus Siliziumstahlblechen besteht, kann die Fertigungsgenauigkeit der ersten Zahnradwellenlöcher gewährleistet werden, was wiederum die Montagegenauigkeit der Zahnradwellen sicherstellt, die Lebensdauer der Zahnradwellen verlängert und das Betriebsgeräusch des Aktors reduziert. Die obere Abdeckung 12 ist mit einer Anzahl von zweiten Zahnradwellenlöchern 123 versehen, die den Zahnradwellen 56 der Anzahl von Zahnrädern 51 eineindeutig zugeordnet sind, wobei jede der Zahnradwellen 56 mit einer Spielpassung in das zugeordnete zweite Zahnradwellenloch 123 hineinragt. Die einzelnen Zahnräder sind jeweils mit einer Spielpassung auf der zugeordneten Zahnradwelle 56 aufgesetzt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Zahnradantriebsbaugruppe 5 eine erste Doppelzahnradeinheit 51, eine zweite Doppelzahnradeinheit 52 und eine dritte Doppelzahnradeinheit 53. Des Weiteren ist der Rotor 4 mit einem Ausgangszahnrad 41 und die Ausgangswelle 6 mit einem Eingangszahnrad 62 versehen, wobei es sich bei dem Ausgangszahnrad 41 um ein Ritzel und bei dem Eingangszahnrad 62 um ein Großrad handelt. Dabei greift das Ausgangszahnrad 41 in das Großrad der ersten Doppelzahnradeinheit 51, das Ritzel der ersten Doppelzahnradeinheit 51 in das Großrad der zweiten Doppelzahnradeinheit 52, das Ritzel der zweiten Doppelzahnradeinheit 52 in das Großrad der dritten Doppelzahnradeinheit 53 und das Ritzel der dritten Doppelzahnradeinheit 53 in das Eingangszahnrad 62 ein.
Außerdem ist die Statorbaugruppe 3 mit einem ersten Ausgangswellenloch 37 und die obere Abdeckung 12 mit einem zweiten Ausgangswellenloch 122 versehen, wobei die Ausgangswelle 6 mit ihrem unteren und oberen Bereich jeweils durch das erste Ausgangswellenloch 37 bzw. das zweite Ausgangswellenloch 122 hindurchgreift. An der Mantelfläche der Ausgangswelle 6 ist ein Anschlag 61 vorgesehen, der an der Statorbaugruppe 3 anliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Anschlag 61 um eine an der Mantelfläche der Ausgangswelle 6 ausgebildete umlaufende Stufe.
Ferner ist die obere Abdeckung 12 mit einer ringförmigen Seitenwand 124 um das zweite Ausgangswellenloch 122 herum versehen, während auf dem oberen Bereich der Ausgangswelle 6 ein Dichtring 8 aufgesetzt ist, der abdichtend an der Innenumfangsfläche der ringförmigen Seitenwand 124 anliegt, wodurch eine Abdichtung zwischen der Ausgangswelle 6 und der oberen Abdeckung 12 erreicht wird.
Die Abtastplatte 71 ist am unteren Ende der Ausgangswelle 6 angebracht und kann sich mit der Ausgangswelle 6 mitdrehen. Der induktive Positionssensor 72 ist auf der PCBA-Platine 2 integriert und der Abtastplatte 71 zugewandt. Die Abtastplatte ist aus einem nicht magnetisch leitenden Metallmaterial, wie z.B. Edelstahl, angefertigt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abtastplatte 71 kreisförmig ausgebildet und seitlich mit einer Kerbe 710 versehen. Weiterhin sind an der Unterseite der Ausgangswelle 6 mehrere Ausnehmungen 63 ausgebildet, während die Abtastplatte 71 seitlich mit mehreren nach außen vorstehenden Vorsprüngen 73 versehen ist, wobei die mehreren Vorsprünge 73 jeweils in eine der mehreren Ausnehmungen 63 eingreifen. Bei einer Mitbewegung der Abtastplatte 71 mit der Ausgangswelle 6 erfasst die Spule des induktiven Positionssensors 72 eine Änderung der Position der Ausgangswelle 6 und gibt ein Spannungssignal aus, so dass eine Winkelpositionsinformation der Ausgangswelle 6 genau ermittelt werden kann, wobei die Steuerschaltung auf der PCBA-Platine 2 in der Lage ist, den Drehwinkel des Motors (d.h. den Drehwinkel des Rotors 4) anhand der Winkelpositionsinformation der Ausgangswelle 6 exakt zu regeln und somit die Ausgangswelle 6 so anzusteuern, dass diese sich präzise in die gewünschte Position dreht.
Im Vergleich mit dem Stand der Technik ist der Aktor gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kompakter aufgebaut und kann das Betriebsgeräusch wirksam reduzieren.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Aktor gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine hochpräzise Montage der Zahnradwellen des Antriebszahnradsatzes und kann geräuscharm betrieben werden.

Claims

Aktor, umfassend ein Aktorgehäuse, eine PCBA-Platine, eine Statorbaugruppe, einen Rotor, eine Zahnradantriebsbaugruppe und eine Ausgangswelle, wobei - das Aktorgehäuse ein Untergehäuse und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung und das Untergehäuse miteinander verbunden sind und zusammen einen Innenraum definieren; - die Statorbaugruppe einen Aufnahmeraum aufweist, in dem der Rotor zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei der Rotor über die Zahnradantriebsbaugruppe mit der Ausgangswelle verbunden ist, um die Ausgangswelle beim Drehen mitnehmen zu können; dadurch gekennzeichnet, dass - sich die PCBA-Platine am Boden des Innenraums befindet; - die Statorbaugruppe oberhalb der PCBA-Platine fest an dem Untergehäuse angeordnet und elektrisch mit der PCBA-Platine verbunden ist; - die Zahnradantriebsbaugruppe eine Anzahl von Zahnrädern umfasst, die oberhalb der Statorbaugruppe angeordnet sind, wobei die Zahnradwellen der einzelnen Zahnräder jeweils mit einem Ende an einem Statorkern der Statorbaugruppe befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung eingesteckt sind.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Abtastplatte und einen induktiven Positionssensor umfasst, wobei die Abtastplatte aus einem nicht magnetisch leitenden Metallmaterial besteht, am unteren Ende der Ausgangswelle angebracht ist und sich mit der Ausgangswelle mitdrehen kann, während der induktive Positionssensor auf der PCBA-Platine integriert und der Abtastplatte zugewandt ist.
Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Ausgangswelle mehrere Ausnehmungen ausgebildet sind, während die Abtastplatte seitlich mit mehreren nach außen vorstehenden Vorsprüngen versehen ist, wobei die mehreren Vorsprünge jeweils in eine der mehreren Ausnehmungen eingreifen.
Aktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastplatte seitlich mit einer Kerbe versehen ist.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern mit einer Anzahl von Zahnradwellenlöchern versehen ist, die den Zahnradwellen der Anzahl von Zahnrädern eineindeutig zugeordnet sind, wobei jede der Zahnradwellen mit einer Presspassung in das zugeordnete Zahnradwellenloch eingreift.
Aktor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbaugruppe eine Drehstromwicklung, einen Statorkern, ein Kunststoffgerüst und ein Kunststoffisolierplättchen umfasst, wobei das Kunststoffgerüst um den Statorkern herum gegossen, von der Drehstromwicklung umhüllt und durch Spritzgießen einteilig mit dem Kunststoffisolierplättchen ausgebildet ist.
Aktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbaugruppe vier PIN-Stifte umfasst, von denen drei an einem Ende mit der Drehstromwicklung und am anderen Ende mit der PCBA-Platine verbunden sind und vom Statorkern isoliert bleiben, während der verbleibende PIN-Stift an einem Ende mit dem Statorkern und am anderen Ende mit der Masse der PCBA-Platine verbunden ist.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbaugruppe mit einem ersten Ausgangswellenloch und die obere Abdeckung mit einem zweiten Ausgangswellenloch versehen ist, wobei die Ausgangswelle mit ihrem unteren und oberen Bereich jeweils durch das erste Wellenloch bzw. das zweite Wellenloch hindurchgreift, und dass an der Mantelfläche der Ausgangswelle ein Anschlag vorgesehen ist, der an der Statorbaugruppe anliegt.
Aktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Abdeckung mit einer ringförmigen Seitenwand um das zweite Ausgangswellenloch herum versehen ist, während auf dem oberen Bereich der Ausgangswelle ein Dichtring aufgesetzt ist, der abdichtend an der Innenumfangsfläche der ringförmigen Seitenwand anliegt.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle des Rotors an einem Ende gerändelt und am anderen Ende glatt ausgeführt ist, und dass die Rotorwelle mit einem Ende mittels des Insert-Molding-Verfahrens an dem Untergehäuse befestigt und mit dem anderen Ende in der oberen Abdeckung eingesteckt ist.