DE4021891A1 - Electric motor with sensor unit - determining position of rotor shaft and connected to electronic circuit controlling electric motor esp. for window raiser - Google Patents

Electric motor with sensor unit - determining position of rotor shaft and connected to electronic circuit controlling electric motor esp. for window raiser

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Abstract

At least parts of the commutator (6), the sensor unit (7) and the elecronic circuit (8) are arranged in a common housing (5) mounted on the rotor shaft (2). The carbon brushes (61, 62) of the commutator (6) are connected to the electronic circuit (8) via a connecting lead (9) in which hall sensors are integrated to form the sensor unit (7) with Hall magnets connected to the rotor shaft. The electronic circuit (8) is provided with a plug unit (10) for external connections. USE/ADVANTAGE - Electric motor with worm drive for window raiser of motor vehicles. Known type developed, so that no cabling and no soldering places are required between sensor unit and electronic circuit. Requires smaller space, weighs less, with no contact between motor and control electronics necessary so that only small demands are made on mfg. tolerances.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electric motor according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 33 29 717 A1 ist ein Elektromotor für einen elektromotorischen Fensterheber für Kraftfahrzeuge be­ kannt, dessen Rotationswelle mit einer Schneckenradeinheit verbunden ist, die wiederum mit einem sektorförmigen Zahn­ rad eines Kreuzarm-Fensterhebers gekoppelt ist. Bei einer Drehung der Rotationswelle in der einen oder anderen Rich­ tung wird das sektorförmige Zahnrad am Ende eines Hubarms des Kreuzarm-Fensterhebers im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht und drückt die Fensterscheibe nach oben bzw. bewegt die Fensterscheibe nach unten.DE 33 29 717 A1 describes an electric motor for one electric motor window for motor vehicles be knows, the rotation shaft with a worm gear unit  which is in turn connected to a sector-shaped tooth wheel of a cross arm window lifter is coupled. At a Rotation of the rotating shaft in one direction or another tion becomes the sector-shaped gear at the end of a lifting arm the cross arm window clockwise or counterclockwise Turned clockwise and presses the window pane down above or moves the window pane down.

Die an einem Ende der Rotationswelle angeordnete Schnec­ kenradeinheit enthält einen ringförmigen Permanentmagne­ ten oder eine andersartige Signalscheibe, der bzw. die starr an einer Drehscheibe montiert ist, die an der Rad­ welle befestigt ist. Eine Hall-Einheit mit einem Hall- Element und einer elektrischen Schaltung, die zur Verar­ beitung eines vom Hall-Element erzeugten Anzeigesignals für ein magnetisches Feld dient, ist an der Außenseite des Permanentmagneten angeordnet und liegt diesem gegenüber.The Schnec arranged at one end of the rotary shaft kenradeinheit contains an annular permanent magnet ten or some other kind of signal disc, the rigidly mounted on a turntable on the wheel shaft is attached. A Hall unit with a Hall Element and an electrical circuit that is used processing a display signal generated by the Hall element for a magnetic field is on the outside of the Permanent magnets arranged and is opposite this.

Bei dem bekannten Elektromotor ist die Schneckenradeinheit mit der Hall-Einheit zwischen dem Kommutator und einem La­ ger der Rotationswelle des Elektromotors angeordnet, die zusätzlich an ihrem anderen Ende gelagert ist, so daß die Rotorwicklung zwischen diesem Lager und der Kommutatorein­ heit angeordnet ist.In the known electric motor, the worm wheel unit with the Hall unit between the commutator and a La ger arranged the rotation shaft of the electric motor, the is additionally supported at its other end, so that the Rotor winding between this bearing and the commutator is arranged.

Die Steuerung des Elektromotors erfolgt einerseits durch Erfassen der Sensorsignale der Hall-Einheit und des Motor­ stromes, der bei Erreichen einer Endlage der Fensterschei­ be abrupt ansteigt bzw. die Geschwindigkeit sich stark verringert und die Abschaltung des Elektromotors herbei­ führt. The electric motor is controlled on the one hand by Detection of the sensor signals of the Hall unit and the motor stromes that when a window pane reaches an end position be increases abruptly or the speed increases sharply reduced and the shutdown of the electric motor leads.  

Die Verbindung der Hall-Einheit zur Drehzahl-, Drehrich­ tungs- und ggf. Stellungserfassung der Rotationswelle des Elektromotors mit der Elektronik für die Verarbeitung der Sensorsignale und Steuerung der Motorspannung bzw. des Mo­ torstromes erfolgt über eine entsprechende Verkabelung und Lötstellen, die empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Hitze, Feuchtigkeit und Erschütterungen ist und die verhältnismäßig aufwendig bei der Herstellung des Elektro­ motors und dessen Verbindung mit der Verarbeitungselektro­ nik ist, so daß der bekannte Elektromotor aufwendig in der Herstellung und seine Zuverlässigkeit herabgesetzt ist.The connection of the Hall unit to the speed, rotary direction position and position detection of the rotation shaft of the Electric motor with electronics for processing the Sensor signals and control of the motor voltage or the Mo Torstromes takes place via appropriate wiring and Soldering points that are sensitive to external influences like heat, moisture and shocks and that relatively expensive to manufacture the electrical motors and its connection to the processing electronics nik is, so that the known electric motor is expensive in the Manufacturing and its reliability is degraded.

Zusätzlich ist eine Kontaktierung zwischen dem Elektromo­ tor und der Verarbeitungselektronik erforderlich, die en­ gen Toleranzen unterworfen ist.In addition there is a contact between the electromo tor and processing electronics required, the en subject to tolerances.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Elektromotors besteht darin, daß die getrennte Anordnung von Kommutator, Hall- Einheit und Verarbeitungselektronik einen erheblichen Raum- und Gewichtsbedarf hat.Another disadvantage of the known electric motor is in that the separate arrangement of commutator, Hall Unit and processing electronics a considerable Has space and weight requirements.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu­ grunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem keine Verkabelung und keine Lötstel­ len zwischen der Sensoreinheit und der Steuerelektronik erforderlich ist, der einen geringeren Raum- und Gewichts­ bedarf hat und nach außen keine Kontaktierung zwischen dem Elektromotor und der Steuerelektronik erforderlich macht, so daß nur geringe Toleranzanforderungen zu stellen sind.The present invention is based on the task reasons, an electric motor of the type mentioned to create where no wiring and no solder len between the sensor unit and the control electronics is required of a smaller space and weight needs and no external contact between the Electric motor and the control electronics so that only small tolerance requirements are to be made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnen­ de Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is characterized by the de feature of claim 1 solved.  

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist keine Verkabelung und Lötung zwischen der Sensoreinheit und der Steuereinrich­ tung erforderlich, neben der Einsparung von Lötstellen werden auch der Raum- und Gewichtsbedarf reduziert und es ist keinerlei Kontaktierung zwischen dem Rumpfmotor und der Steuerelektronik erforderlich, so daß nur geringe An­ forderungen an die Herstellungstoleranzen zu stellen sind. Durch das Aufstecken des den Kommutator, die Sensorein­ richtung und die Elektronik aufnehmenden Gehäuses auf die Rotorwelle wird eine vereinfachte Herstellung ermöglicht und gleichzeitig sichergestellt, daß keine externe, d. h. außerhalb des Gehäuses liegende Verkabelung und Lötung zwischen der Sensoreinrichtung und der Steuereinrichtung für die Signalübertragung erforderlich ist.In the solution according to the invention there is no wiring and Soldering between the sensor unit and the control unit required in addition to the saving of solder joints the space and weight requirements are also reduced and it is no contact between the fuselage engine and the control electronics required so that only a small amount Requirements regarding the manufacturing tolerances have to be met. By plugging in the commutator, the sensor direction and the electronics housing on the Simplified manufacture is made possible for the rotor shaft while ensuring that no external, i.e. H. cabling and soldering outside the housing between the sensor device and the control device is required for signal transmission.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor­ wicklung zwischen dem am einen Ende der Rotorwelle ange­ ordneten Getriebe und dem mit dem anderen Ende der Rotor­ welle verbundenen Gehäuse angeordnet ist.Another advantageous embodiment of the fiction moderate solution is characterized in that the rotor winding between the at one end of the rotor shaft arranged gear and with the other end the rotor shaft connected housing is arranged.

Durch die getrennte Anordnung von Getriebe und Gehäuse zur Aufnahme des Kommutators, der Sensoreinrichtung und der Elektronik wird eine optimale Raumaufteilung und damit ei­ ne übersichtliche, wartungsfreundliche Antriebseinheit für einen elektromotorischen Fensterheber erzielt, der den be­ engten Platzverhältnissen genügt.Due to the separate arrangement of gear and housing for Inclusion of the commutator, the sensor device and the Electronics becomes an optimal room layout and thus egg ne clear, maintenance-friendly drive unit for achieved an electric motor window, which be confined space is sufficient.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Hilfslager für die Rotorwelle enthält, das wahlweise in das Gehäuse integriert sein kann. Another advantageous embodiment of the fiction moderate solution is characterized in that the housing contains an auxiliary bearing for the rotor shaft, which is optional can be integrated into the housing.  

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Lösung ist die Elektronik gekapselt und vor­ zugsweise vergossen im Gehäuse angeordnet, so daß die Elektronik gegenüber Feuchtigkeit und Erschütterungen ge­ schützt ist und somit eine hohe Lebensdauer des geregelten Elektromotors gewährleistet ist.In a further advantageous embodiment of the inventions The solution according to the invention is encapsulated and in front of the electronics preferably shed arranged in the housing so that the Electronics against moisture and vibrations is protected and thus a long service life of the regulated Electric motor is guaranteed.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.Based on an execution shown in the drawing for example, the idea on which the invention is based are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematisch-perspektivische Darstellung einer Elektromotor-Getriebeeinheit und Fig. 1 is a schematic perspective view of an electric motor gear unit and

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der im Inneren des Gehäuses angeordneten Bauelemente. Fig. 2 shows a detailed representation of the components arranged inside the housing.

Die in Fig. 1 dargestellte schematisch-perspektivische An­ ordnung einer Motor-Getriebeeinheit zeigt eine Rotorwick­ lung 1, die auf einer Rotorwelle 2 angeordnet ist. An dem einen Ende 21 der Rotorwelle 2 ist ein Schneckenantrieb 3 vorgesehen, der mit der Rotorwelle 2 verbunden ist oder in der Rotorwelle 2 ist eine Schnecke ausgebildet, die in einem Gehäuse 33 mit einem Schneckenrad 32 angeordnet ist. Das Schneckenrad 32 ist in an sich bekannter Weise mit ei­ nem sektorförmigen Zahnrad eines Kreuzarm-Fensterhebers verbunden.The schematically shown in Fig. 1 arrangement of a motor-gear unit shows a rotor winding 1 , which is arranged on a rotor shaft 2 . At one end 21 of the rotor shaft 2 , a worm drive 3 is provided, which is connected to the rotor shaft 2 , or a worm is formed in the rotor shaft 2 , which is arranged in a housing 33 with a worm wheel 32 . The worm wheel 32 is connected in a manner known per se to a sector-shaped gear of a cross arm window regulator.

Zu beiden Seiten des Schneckenantriebs 3 ist jeweils ein Lager 41, 42 zur Lagerung der Rotorwelle 2 vorgesehen. A bearing 41 , 42 for mounting the rotor shaft 2 is provided on each side of the worm drive 3 .

Auf das andere Ende 22 der Rotorwelle 2 ist ein Gehäuse 5 aufgesteckt, in dem sich die Rotorwelle 2 frei drehen kann und das wahlweise gegenüber der Rotorwelle 2 gelagert ist. In einer alternativen Ausführungsform ist ein Hilfslager 43 in das Gehäuse 5 integriert.A housing 5 is plugged onto the other end 22 of the rotor shaft 2 , in which the rotor shaft 2 can rotate freely and which is optionally mounted opposite the rotor shaft 2 . In an alternative embodiment, an auxiliary bearing 43 is integrated in the housing 5 .

Das Gehäuse 5 enthält sämtliche motorspezifischen Teile, nämlich gemäß Fig. 2 einen Kommutator 6, eine Sensorein­ richtung 7 und die eigentliche Elektronik 8, die über eine interne Verkabelung 9 mit den Kohlebürsten 61, 62 des Kom­ mutators 6 und mit der Sensoreinrichtung 7 verbunden ist.The housing 5 contains all motor-specific parts, namely according to FIG. 2, a commutator 6 , a Sensorein device 7 and the actual electronics 8 , which is connected via an internal wiring 9 with the carbon brushes 61 , 62 of the mutator 6 and with the sensor device 7 .

Der Kommutator 6 besteht in an sich bekannter Weise aus den zwei Kohlebürsten 61, 62 und einem Kollektor 60, des­ sen einzelne Segmente in an sich bekannter Weise mit der Rotorwicklung 1 verbunden sind.The commutator 6 consists, in a manner known per se, of the two carbon brushes 61 , 62 and a collector 60 , of which individual segments are connected to the rotor winding 1 in a manner known per se.

Die Sensoreinrichtung 7 besteht beispielsweise aus einem Hall-Sensor, kann aber auch aus einem anderen optischen, induktiven oder kapazitiven Sensor bestehen.The sensor device 7 consists, for example, of a Hall sensor, but can also consist of another optical, inductive or capacitive sensor.

Die Elektronik 8 ist in dieser Ausführungsform scheiben­ förmig dargestellt, sie kann jede andere äußere geometri­ sche Form aufweisen und enthält die Steuer- und Regel­ schaltung zur Verarbeitung der Sensorsignale und Abgabe einer Steuer- oder Regelgröße für den Motorstrom bzw. die Motorspannung sowie eine Kontaktierungs- oder Steckerein­ richtung 10 für externe Steuer-, Überwachungs- und Prüf­ einrichtungen.The electronics 8 is shown in the form of disks in this embodiment, it can have any other external geometric shape and contains the control circuit for processing the sensor signals and delivering a control or regulating variable for the motor current or the motor voltage and a contacting or Steckerein device 10 for external control, monitoring and testing facilities.

Natürlich kann in dem Gehäuse 5 das in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Hilfslager 43 integriert werden, so daß die Rotorwelle 2 gemäß Fig. 1 am Gehäuse 5 abschließt. Of course, the auxiliary bearing 43 shown in dashed lines in FIG. 2 can be integrated in the housing 5 , so that the rotor shaft 2 closes on the housing 5 according to FIG. 1.

Wie der Darstellung gemäß den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, sind keine Verkabelungen und Lötstellen zwischen der Sensoreinrichtung und der Steuerelektronik zur Verarbei­ tung der Steuersignale erforderlich. Damit entfällt auch eine Kontaktierung zwischen dem Rumpfmotor und der Elek­ tronik, so daß auch die damit verbundenen engen Toleranzen entbehrlich sind. Die Ausbildung des Gehäuses 5 als Auf­ steckteil auf die Rotorwelle 2 vereinfacht die Herstellung sowie die Wartung des Elektromotors im Falle einer Stö­ rung.As the illustration according to FIGS. 1 and 2 it can be seen, no wiring and solder joints between the sensor device and the control electronics are for the proces of the control signals required processing. This also eliminates contact between the fuselage engine and the electronics, so that the associated tight tolerances are unnecessary. The design of the housing 5 as a plug on the rotor shaft 2 simplifies the manufacture and maintenance of the electric motor in the event of a fault.

Es ist lediglich eine elektrische Verbindung zwischen den Kohlebürsten 61, 62 erforderlich, die vorzugsweise mit ggf. erforderlichen Entstördrosseln versehen ist. Die Sen­ soreinrichtung 7 besteht vorzugsweise aus einem Hall-Sen­ sor, bei dem der Magnet mit der Rotorwelle 2 verbunden und die Hallsensoren in der Elektronik 8 integriert sind.All that is required is an electrical connection between the carbon brushes 61 , 62 , which is preferably provided with suppression chokes that may be required. The sensor device 7 Sen preferably consists of a Hall sensor, in which the magnet is connected to the rotor shaft 2 and the Hall sensors are integrated in the electronics 8 .

Mit dieser zusammengefaßten Einheit ist eine Einsparung an Raum und Gewicht verbunden, da die Leitungsverbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen verkürzt sind und zusätz­ liche Lötstellen eingespart werden können.With this combined unit there is a saving Space and weight connected because of the line connections between the individual components are shortened and additional Liche solder joints can be saved.

Der erfindungsgemäße Elektromotor eignet sich insbesondere für elektromotorische Fensterheber, elektromotorische Schiebedächer oder Kraftfahrzeug-Sitzverstellungen, Schei­ benwischer, Bohrmaschinen oder Küchengeräte.The electric motor according to the invention is particularly suitable for electromotive window regulators, electromotive Sunroofs or vehicle seat adjustments, shit benwischer, drills or kitchen appliances.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The invention is not restricted in its implementation to the preferred embodiment given above game. Rather, a number of variants are conceivable  which of the solution shown also in principle make use of different types.

Claims (8)

1. Elektromotor mit einer Rotorwicklung, einer gelager­ ten Rotorwelle, einem Kommutator, einem mit der Rotorwelle gekoppelten Getriebe und einer die Drehzahl und/oder Stel­ lung der Rotorwelle erfassenden Sensoreinrichtung, die mit einer den Elektromotor ansteuernden Elektronik verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile des Kommutators (6), der Sensorein­ richtung (7) und die Elektronik (8) in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet sind, das auf die Rotorwelle (2) aufgesteckt ist.1. Electric motor with a rotor winding, a rotor shaft bearing, a commutator, a gearbox coupled to the rotor shaft and a sensor device that detects the speed and / or position of the rotor shaft and is connected to electronics that control the electric motor, characterized in that at least Parts of the commutator ( 6 ), the sensor device ( 7 ) and the electronics ( 8 ) are arranged in a common housing ( 5 ) which is attached to the rotor shaft ( 2 ). 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kohlebürsten (61, 62) des Kommutators (6) über eine Leitungsverbindung (9) mit der Elektronik (8) verbunden sind, in die Hallsensoren in­ tegriert sind, die zusammen mit einem mit der Rotorwelle (2) verbundenen Hallmagneten die Sensoreinrichtung (7) bilden, und daß die Elektronik (8) eine Steckereinrichtung (10) für externe Anschlüsse aufweist.2. Electric motor according to claim 1, characterized in that the carbon brushes ( 61 , 62 ) of the commutator ( 6 ) are connected via a line connection ( 9 ) to the electronics ( 8 ), are integrated into the Hall sensors, which together with a Hall magnets connected to the rotor shaft ( 2 ) form the sensor device ( 7 ) and that the electronics ( 8 ) has a plug device ( 10 ) for external connections. 3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwicklung (1) zwischen dem am einen Ende (21) der Rotorwelle (2) ange­ ordneten Getriebe (3) und dem mit dem anderen Ende (22) der Rotorwelle (2) verbundenen Gehäuse (5) angeordnet ist.3. Electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor winding ( 1 ) between the at one end ( 21 ) of the rotor shaft ( 2 ) arranged gear ( 3 ) and with the other end ( 22 ) of the rotor shaft ( 2nd ) connected housing ( 5 ) is arranged. 4. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen­ soreinrichtung (7) einen Tachogenerator enthält.4. Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 7 ) contains a tachometer generator. 5. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (5) und der Rotorwelle (2) ein Lager angeord­ net ist.5. Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that between the housing ( 5 ) and the rotor shaft ( 2 ), a bearing is angeord net. 6. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) ein Hilfslager für die Rotorwelle (2) ent­ hält.6. Electric motor according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the housing ( 5 ) holds an auxiliary bearing for the rotor shaft ( 2 ) ent. 7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hilfslager (43) in das Gehäuse (5) integriert ist.7. Electric motor according to claim 6, characterized in that the auxiliary bearing ( 43 ) is integrated in the housing ( 5 ). 8. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (8) gekapselt und vorzugsweise vergossen im Ge­ häuse (5) als Einheit angeordnet ist.8. Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the electronics ( 8 ) encapsulated and preferably potted in the Ge housing ( 5 ) is arranged as a unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0545793A1 (en) * 1991-12-06 1993-06-09 Valeo Systemes D'essuyage Electrodynamic commutator machine, such as a DC motor, provided with an autosynchronisation sensor and windscreen wiper system using such a motor
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