EP4046258A1 - Elektrische stelleinheit - Google Patents

Elektrische stelleinheit

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Publication number
EP4046258A1
EP4046258A1 EP20803922.2A EP20803922A EP4046258A1 EP 4046258 A1 EP4046258 A1 EP 4046258A1 EP 20803922 A EP20803922 A EP 20803922A EP 4046258 A1 EP4046258 A1 EP 4046258A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuating unit
housing
unit according
arrangement
electrical actuating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20803922.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Bürg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voss Automotive Valves And Actuators GmbH
Original Assignee
Voss Automotive Valves And Actuators GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voss Automotive Valves And Actuators GmbH filed Critical Voss Automotive Valves And Actuators GmbH
Publication of EP4046258A1 publication Critical patent/EP4046258A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
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    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
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    • H02K11/014—Shields associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/0141—Shields associated with casings, enclosures or brackets
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    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
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    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/03—Machines characterised by the wiring boards, i.e. printed circuit boards or similar structures for connecting the winding terminations
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the invention relates to an electrical control unit, in particular for use in motor vehicles.
  • Electrical actuating units are known per se from the prior art and are used in many places in motor vehicles.
  • Such electrical actuators control for example, mechanical flaps to exhaust mufflers with valve control (e.g. Porsche, Harley-Davidson) or to shuts (closing lamellas in the radiator grille) to optimize aerodynamics.
  • Such an electrical control unit usually receives a signal, whereupon the integrated motor is driven with a certain revolution in order to drive a transmission. This translation in turn drives an adjustment element that makes up the functionality of the electrical actuating unit, for example a mechanical flap that opens or closes a bypass.
  • DE 102014 116 510 A1 describes an actuating unit comprising a motor with a shaft, an output element which is connected to the shaft, and a housing which accommodates the motor and has a first housing part and a second housing part, the first Housing part comprises a base and an attachment structure for attaching the motor to the housing.
  • This known actuating unit is characterized in that the fastening structure is fixed to a first edge region of the base by a connecting structure in such a way that the fastening structure is self-supporting above the base.
  • This technical solution is intended to create a low-noise actuator with only a few components, reliable performance and a simple manufacturing process.
  • the two housing parts of this actuating unit also take on storage tasks, which is to be regarded as a disadvantage in the present case. If the housing geometry of this actuator unit is changed, the complete Component re-qualified (and possibly certified), which means a very high effort.
  • the invention is therefore based on the object of providing a novel electrical actuating unit which can eliminate the disadvantages described above.
  • it is an object of the present invention to maintain minimal tolerances in terms of manufacturing technology on the production side without additional expenditure.
  • an electrical actuating unit comprising a function carrier (1) which has a first receiving element (101), an electromagnetic coil arrangement (3) fixedly attached to the first receiving element (101) and an electromagnetic coil arrangement (3) around the electromagnetic coil arrangement (3).
  • concentrically arranged arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing the arrangement (5) having a rotor shaft (51) which is rotatably mounted in the first receiving element (101), the electromagnetic coil arrangement (3) and the arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing form an external rotor motor.
  • the electrical actuating unit according to the invention can be viewed as an integral component made up of components with carrier functions, that is to say here the function carrier (1), and components (3, 5) with motor functions.
  • the function carrier (1) and the components (3, 5) with motor functions are integral parts of the electrical actuator.
  • a special feature is the integration of an external rotor motor into the electrical control unit according to the invention, which is made possible by the function carrier (1) according to the invention.
  • the function carrier (1) is a one-piece component which is designed to accommodate the functional components of the electrical actuating unit according to the invention and to position them with respect to one another with minimal tolerances.
  • the functional carrier (1) is preferably an injection molded component.
  • the first receiving element (101) is formed integrally with the functional carrier (1) as part of the latter. It has an outer shape which corresponds to the electromagnetic coil arrangement (3).
  • An “electromagnetic coil arrangement” is a number of electrical coils or windings of litz wires on a magnetic or magnetizable material.
  • the phrase “firmly attached” in this context means that the electromagnetic coil arrangement (3) is applied to your body in a force-locking manner on the first receiving element (101), for example by being pressed on.
  • the arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing can involve several individual permanent magnets, which are preferably arranged on the inside of the rotor housing.
  • a ring can be provided as the permanent magnet. After its manufacture, this ring is magnetized in such a way that the magnetic field strength is arranged sinusoidally between individual magnetic poles. This type of design of the permanent magnet arrangement enables uniform operation without a cogging torque.
  • the first receiving element (101), which is an integral part of the function carrier (1) according to the invention, has the important function for the electrical actuating unit according to the invention, on the one hand to receive the electromagnetic coil arrangement (3) in a non-positive, in particular form-fitting manner and, on the other hand, to hold the rotor shaft (51) of the arrangement (5) to be supported by permanent magnets in a rotor housing in a defined relation to the electromagnetic coil arrangement (3).
  • the rotor housing is a rotationally symmetrical cylinder with the rotor shaft (51) as the axis of rotation, which is closed in the shape of a cup on one side is.
  • the permanent magnet (s) is / are arranged on the inside of this cylinder.
  • the electromagnetic coil arrangement (3) and the arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing form an external rotor motor.
  • the present invention has the advantage over the known prior art that, through the provision of the function carrier (1) according to the invention, several functions are combined in a single component. All tolerance-sensitive recordings for other components such as the motor and drive elements are only taken over by the function carrier (1) according to the invention.
  • the electrical control unit according to the invention when the electrical control unit according to the invention is installed in the engine compartment of a motor vehicle, there are very high demands on the temperature resistance, the vibration resistance, the tightness, the robustness and the chemical resistance. As is clear from the following definition of the features of the invention, the electrical actuating unit according to the invention can meet these requirements.
  • the design of the external rotor motor developed according to the invention has a very small diameter compared to other electric motors. Since the diameter of the Electric motor generally significantly influences the overall height of an electrical actuating unit, the overall overall height of the electrical actuating unit according to the invention can be significantly reduced compared to the prior art.
  • the electrical actuating unit according to the invention is thus lighter and smaller than all previously known actuating units.
  • the volume output of the external rotor motor developed according to the invention i.e. the volume taken up by the motor in relation to its output, is higher than that of conventional electric motors.
  • the electrical actuating unit according to the invention has a higher energy density than actuating units from the prior art.
  • the construction and design of the function carrier (1) according to the invention is characterized by the fact that it fulfills the challenge of securely attaching and fully accommodating an external rotor motor and simply accommodates a motor construction with external rotor mechanics and at the same time ensures minimal tolerances.
  • the function carrier (1) according to the invention is designed in such a way that it does not simply hold a finished “motor” component, but rather forms a crucial basic element on which and with which the motor construction with external rotor mechanics is built.
  • the function carrier (1) forms a basic element for the electromagnetic coil arrangement (3) as well as its contacting and thus, after assembly, represents a stator which also has an axial seat for the rotor shaft (51) in the receiving element (101) ) having.
  • the arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing with the rotor shaft (51) represents a rotor which is received in the receiving element (101) after being joined.
  • the receiving element (101) forms an axial receiving means, in which the rotor housing, which is preferably configured as a cylindrical body, is mounted as a rotor with the rotor shaft (51) by joining the rotatably arranged permanent magnets.
  • This constructive measure also ensures that significantly tighter tolerances can be maintained. If there is an imbalance due to parameters, this imbalance can be eliminated by applying (e.g. sticking on) weights.
  • the electrical actuating unit furthermore comprises at least one first drive element (9) connected in a non-positive manner to the rotor shaft (51), the first drive element (9) having a first axis (91) which is located in the function carrier (1) is rotatably mounted.
  • first drive element denotes a component which can perform a drive function or an actuating function by rotating the rotor shaft (51).
  • the first axis (91) is in particular the extension of the rotor shaft (51).
  • the first axis (91) and rotor shaft (51) are at least positively connected.
  • the rotor shaft (51) can extend into the first drive element (9) as the first axis (91).
  • the first drive element (9) is designed as a worm.
  • This worm can be mechanically connected directly or indirectly to an adjusting element or the like.
  • the electrical actuating unit further comprises at least one second drive element (11), the second drive element (11) having a second axis (1101) which is inserted in the function carrier (1) is rotatably mounted, the first drive element (9) being in force-locking engagement with the second drive element (11).
  • the second drive element (11) is preferably a gearwheel in whose teeth the worm engages.
  • the second drive element (11) is in particular functionally connected to an actuating element.
  • the phrase “in functional connection” here means that this control element carries out the functionality of the electrical control unit, for example the adjustment of a flap.
  • a transmitter can be arranged in or on the second drive element (11).
  • the encoder reports the angle of rotation of the second drive element (11) to a sensor.
  • the second drive element (11) can also be driven mechanically without an encoder or the like.
  • the first drive element (9) and the second drive element (11) particularly preferably have a single-stage gear ratio.
  • Another embodiment of the present invention provides that the function carrier (1) offers the possibility of attaching a bearing for a one-piece movement axis.
  • Such a bearing is structurally in the center of the structure of the electromagnetic coil arrangement (3) and the arrangement (5) of permanent magnets provided concentrically therewith, which means that significantly tighter tolerances can again be maintained.
  • the one-piece movement axis is in particular the elongated rotor shaft (51) with the first axis (91) of the first drive element (9).
  • the electrical actuating unit further comprises a contact carrier (7) attached to the function carrier (1), the contact carrier (7) being electrically connected to the electromagnetic coil arrangement (3).
  • the contact carrier (7) is, in particular, a miniaturized circuit board on which the very thin and therefore difficult to handle strands removed from the electromagnetic coil arrangement (3) are connected to electrical contacts of an easily manageable dimension on the one hand.
  • These easily manageable electrical contacts can be wires of larger diameter or punched conductor tracks (lead frames).
  • the first receiving element (101) also has a bearing bush in which the rotor shaft (51) is rotatably mounted.
  • the bearing bush can in particular be made of a material that differs from the material of the function carrier and enables, for example, friction-free and / or noiseless running of the rotor shaft (51).
  • the electrical actuating unit according to the invention also comprises a control circuit board (13) which is electrically connected to the contact carrier (7).
  • the intelligent control circuit board (13) also supplies positioning data and can be diagnosed.
  • the electrical control unit according to the invention functions as such without any problems.
  • the electrical control unit according to the invention furthermore comprises a housing which is open on a first side and which at least contains the function carrier (1) with an electromagnetic coil arrangement ( 3), arrangement (5) of permanent magnets in a rotor housing and contact carrier (7) surrounds and shields from the outside. Since the housing only has an enveloping function with respect to the integral component and protects the internal structure (e.g. from water, dust, environmental chemicals), the design can be designed to be very form-fitting.
  • the housing is preferably manufactured as an injection molded part.
  • the phrase “open on a first side” means in the context of the present invention that the housing for enclosing the function carrier (1) with arranged functional components is open, in particular on the upper side.
  • control circuit board (13) can be attached to the housing in such a way that slots for receiving external connector pins are positioned.
  • the housing Against the background of the harsh operating conditions in the engine compartment of a motor vehicle, the housing also has a housing cover which closes the first open side.
  • the housing has a tight connection between the housing and the housing cover. In addition to a tight connection, a high level of mechanical robustness is also guaranteed.
  • the tight connection has the advantage and the effect that the electrical actuating unit according to the invention of this special embodiment is thus sealed against steam jets and similar sources as they occur in the engine compartment of a motor vehicle.
  • the tight connection between the housing and the housing cover is preferably a welded or glued or pressed connection. Depending on the area of application, however, reversible fastening (screws, locking elements) can also be provided.
  • control circuit board (13) This means that further treatment of the control circuit board (13), such as painting or coating to protect it, can be dispensed with.
  • the size reduction described above leads to a further advantage of the present invention. Due to the compact and size-reduced design, the electrical actuating unit according to the invention has a very small enclosed space Air volume, which can be neglected thermodynamically. Pressure compensation elements, or DAE for short, (for example, semipermeable membranes), as must be used in the prior art, can therefore be dispensed with in the context of the present invention. This means considerable cost savings and significantly reduces the potential for errors.
  • DAE pressure compensation elements
  • an adapter for fastening the electrical actuating unit in its installation environment is also provided on the housing.
  • the electrical control unit according to the invention In order to make the electrical control unit according to the invention accessible to a wide range of applications without structural changes, it does not itself have any standardized connecting elements (e.g. screw domes, eyelets, etc.).
  • the adapter is therefore provided to match the respective installation environment for the special application, which is attached on the one hand to the electrical actuator according to the invention and on the other hand has the necessary standard receptacles for connecting elements.
  • the electrical actuating unit according to the invention is therefore essentially fastened via the adapter.
  • FIG. 2 a schematic representation of the electrical actuating unit according to the invention shown in FIG. 1 in the assembled state
  • FIG. 1 an electrical actuator according to the invention according to an embodiment of the invention is shown in a schematic exploded view.
  • the central component is the function carrier 1 according to the invention, which accommodates all further functional components and stores them precisely against one another.
  • the first drive element 9 in the form of a worm is first introduced into the corresponding recess of the second receiving element 103 (only shown in FIG. 3), its first axis 91 being mounted in the functional carrier 1 according to the invention.
  • the contact carrier 7 is pushed from the side over the first receiving element 101 in order to then apply the electromagnetic coil arrangement 3 to the outside of the first receiving element 101, in particular to press it on with a force fit.
  • the arrangement 5 of permanent magnets is then installed in a rotor housing.
  • the rotor shaft 51 is guided through the interior of the first receiving element 101 and brought into engagement with the first axis 91 of the first drive element 9.
  • the rotor housing which accommodates the permanent magnets, is pushed over the electromagnetic coil arrangement 3 at a defined distance.
  • the second drive element 11 in the form of a gear with its second axis 1101 is inserted into the corresponding recess of the third receiving element 105 in the functional carrier 1 according to the invention and at the same time brought into engagement with the worm as the first drive element 9 via its row of teeth.
  • control circuit board 13 provided according to the invention is deliberately not permanently integrated in this embodiment, but only electrically integrated into the electrical actuator unit according to the invention in order to enable a more variable use.
  • FIG 2 the inventive electrical actuator shown in Figure 1 is shown assembled. From this illustration, the extremely compact arrangement of the individual components in the electrical actuator according to the invention can be seen, only part of the function carrier 1 according to the invention can be seen in this plan view, in which a worm as the first drive element 9 and a gear as the second Drive element 11 are mounted, which are set or operated via the functional motor components also mounted on the function carrier 1 according to the invention, namely electromagnetic coil arrangement 3 and arrangement 5 of permanent magnets in a rotor housing.
  • Figure 3 shows only the function carrier 1 according to the invention in a plan view.
  • the function carrier 1 according to the invention is designed in one piece. All tolerance-critical details are introduced using a single tool mold and not (as is often the case in the state of the art) using a tool separation.
  • the first receiving element 101 On the right-hand side, the first receiving element 101 is shown, which, in addition to the fixed, non-positive receiving of the electromagnetic coil arrangement 3, simultaneously supports the arrangement 5 of permanent magnets in a rotor housing by means of the rotor shaft 51. In alignment with the rotor shaft 51 is the second receiving element 103, in which the first drive element 9 is mounted. Finally, the third receiving element 105 is shown, which is used to mount the second drive element 11.
  • the electrical control unit according to the invention has a modular design, in which, on the basis of the function carrier 1 according to the invention, this together with the electromagnetic coil arrangement 3, the arrangement 5 of permanent magnets in a rotor housing and the contact carrier 7 forms an integral component that is inherently stable and independent of external manufacturing tolerances.
  • a special feature is the integration of an external rotor motor into the electrical actuator according to the invention. It is therefore possible according to the invention to integrate this integral component built on the function carrier 1 according to the invention into other housing concepts in accordance with practical requirements. The housing geometry is thus almost completely independent of the integral component built on the function carrier 1 according to the invention.
  • the integral component built on the function carrier 1 according to the invention has an extremely compact design, as can also be seen from FIG.
  • the contour of the housing with the housing cover can therefore be optimally adapted to the geometry of the operating environment, for example reduced (“down-sizing"), which saves space and weight.
  • DAE pressure compensation element
  • the compact and robust design of the electrical actuator according to the invention also has a very positive effect on the noise emission, which is playing an increasingly important role in the course of the electrification of motor vehicles.
  • the electrical actuator according to the invention is used, for example, for positioning sensors. Since each individual adjustment angle can be kept currentless, the electrical adjustment unit according to the invention replaces the usual magnetic switch not only in electric motor vehicles.
  • the electrical actuating unit according to the invention can replace any conventional actuating unit from the prior art.
  • solenoid valves can be operated, for example, since any position can be operated without current. This results in no load on the electrical system of a motor vehicle, for example in the start / stop mode.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Stelleinheit umfassend : - einen Funktionsträger (1), der ein erstes Aufnahmeelement (101) aufweist, - eine auf dem ersten Aufnahmeelement (101) fest angebrachte elektromagnetische Spulenanordnung (3) und - eine um die elektromagnetische Spulenanordnung (3) konzentrisch angeordnete Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse, wobei die Anordnung (5) eine Rotorwelle (51) aufweist, die in dem ersten Aufnahmeelement (101) drehbar gelagert ist, wobei die elektromagnetische Spulenanordnung (3) und die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse einen Außenläufer-Motor bilden.

Description

Elektrische Stelleinheit
Die Erfindung betrifft eine elektrische Stelleinheit, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.
Elektrische Stelleinheiten sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt und finden an vielen Stellen in Kraftfahrzeugen Anwendung. Solche elektrischen Stelleinheiten steuern beispielsweise mechanische Klappen zu Auspuffendtöpfen mit Klappensteuerung (z.B. Porsche, Harley-Davidson) oder zu Shuts (Schließlamellen im Kühlergrill) zur Optimierung der Aerodynamik. Gewöhnlich erhält eine solche elektrische Stelleinheit ein Signal, woraufhin der integrierte Motor mit einer bestimmten Umdrehung gefahren wird, um eine Übersetzung anzutreiben. Diese Übersetzung treibt wiederum ein Verstellelement an, das die Funktionalität der elektrischen Stelleinheit ausmacht, beispielsweise eine mechanische Klappe, die einen Bypass öffnet oder schließt.
Problematisch an den bekannten elektrischen Stelleinheiten ist, dass durch die Mehrzahl der zu einer elektrischen Stelleinheit zusammenzufügenden Bauteile die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei deren Massenproduktion steigt, insbesondere von Fehlern bei den Fertigungstoleranzen. Mit einem vertretbaren Aufwand eine hohe Qualität herzustellen, ist daher schwierig und kostenintensiv.
Als eine Lösung beschreibt DE 102014 116 510 A1 eine Stelleinheit, umfassend einen Motor mit einer Welle, ein Ausgangselement, das mit der Welle verbunden ist, und ein Gehäuse, das den Motor aufnimmt und einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil hat, wobei der erste Gehäuseteil eine Basis und eine Befestigungskonstruktion für die Befestigung des Motors an dem Gehäuse umfasst. Diese bekannte Stelleinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungskonstruktion durch eine Verbindungskonstruktion derart an einem ersten Kantenbereich der Basis festgelegt ist, dass die Befestigungskonstruktion über der Basis freitragend ist. Mit dieser technischen Lösung soll eine geräuscharme Stelleinheit mit nur wenigen Komponenten, zuverlässiger Leistung und einem einfachen Herstellungsprozess geschaffen werden. Die beiden Gehäuseteile dieser Stelleinheit übernehmen ebenfalls Lagerungsaufgaben, was vorliegend als Nachteil anzusehen ist. Bei einer Änderung der Gehäuse-Geometrie dieser Stelleinheit muss das komplette Bauteil neu qualifiziert (und ggf. zertifiziert) werden, was einen sehr hohen Aufwand bedeutet.
Was im Stand der Technik bislang nicht berücksichtigt wurde, ist die Problematik der Fertigungstoleranzen der einzelnen Bestandteile von elektrischen Stelleinheiten, welche für ein optimales Bauteil sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Jeder einzelne Bestandteil muss daher mit geringst möglicher Fertigungstoleranz vorliegen. Ein weiterer Nachteilt besteht in der Anordnung der einzelnen Komponenten der in DE 10 2014 116 510 A1 beschriebenen Stelleinheit (wie auch anderer gattungsgemäßer Stelleinheiten), insbesondere in Bezug auf den Motor, das Getriebe, den Abtrieb sowie schließlich das Gehäuse.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neuartige elektrische Stelleinheit bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigen kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, produktionsseitig ohne Mehraufwand minimale Toleranzen fertigungstechnisch einzuhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Stelleinheit gelöst, umfassend einen Funktionsträger (1), der ein erstes Aufnahmeelement (101) aufweist, eine auf dem ersten Aufnahmeelement (101) fest angebrachte elektromagnetische Spulenanordnung (3) und eine um die elektromagnetische Spulenanordnung (3) konzentrisch angeordnete Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse, wobei die Anordnung (5) eine Rotorwelle (51) aufweist, die in dem ersten Aufnahmeelement (101) drehbar gelagert ist, wobei die elektromagnetische Spulenanordnung (3) und die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse einen Außenläufer-Motor bilden.
Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit kann als integrale Komponente aus Bauteilen mit Trägerfunktionen, d.h. hier der Funktionsträger (1), und aus Bauteilen (3, 5) mit Motorfunktionen angesehen werden. Anders ausgedrückt sind der Funktionsträger (1) und die Bauteile (3, 5) mit Motorfunktionen integrale Bestandteile der elektrischen Stelleinheit. Eine Besonderheit ist die Integration eines Außenläufer-Motors in die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit, welche durch den erfindungsgemäßen Funktionsträger (1) ermöglicht wird. Bei dem Funktionsträger (1) handelt es sich um ein einstückiges Bauelement, welches dazu ausgelegt ist, die funktionellen Bauteile der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit aufzunehmen und mit minimalen Toleranzen zueinander zu positionieren. Der Funktionsträger (1) ist vorzugsweise ein Spritzgussbauteil.
Das erste Aufnahmeelement (101) ist als Bestandteil des Funktionsträgers (1) integral mit diesem ausgebildet. Es weist eine äußere Form auf, welche mit der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) korrespondiert.
Mit „elektromagnetischer Spulenanordnung“ wird eine Anzahl von elektrischen Spulen bzw. Wicklungen von Litzen auf einem magnetischen oder magnetisierbaren Material bezeichnet. Die Formulierung „fest angebracht“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die elektromagnetische Spulenanordnung (3) mit Ihrem Körper kraftschlüssig auf dem ersten Aufnahmeelement (101) aufgebracht ist, beispielsweise durch aufpressen.
Bei der Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse kann es sich um mehrere einzelne Permanentmagnete handeln, die vorzugsweise auf der Innenseite des Rotorgehäuses angeordnet sind. Alternativ kann als Permanentmagnet ein Ring vorgesehen sein. Dieser Ring wird nach seiner Herstellung in der Art aufmagnetisiert, dass die magnetische Feldstärke zwischen einzelnen Magnetpolen sinusförmig angeordnet ist. Diese Art der Gestaltung der Permanentmagnet-Anordnung ermöglicht einen gleichmäßigen Betrieb ohne Rastmoment.
Die Formulierung „Anordnung (5) von Permanentmagneten“ schließt beide Alternativen ein.
Dem ersten Aufnahmeelement (101), das integraler Bestandteil des erfindungsgemäßen Funktionsträgers (1) ist, kommt für die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit die wichtige Funktion zu, einerseits die elektromagnetische Spulenanordnung (3) kraftschlüssig, insbesondere formschlüssig aufzunehmen und andererseits die Rotorwelle (51) der Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse in einer definierten Relation zu der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) zu lagern.
Das Rotorgehäuse ist im einfachsten Fall ein rotationssymmetrischer Zylinder mit der Rotorwelle (51) als Rotationsachse, der nach einer Seite hin becherförmig geschlossen ist. Auf der Innenseite dieses Zylinders ist/sind der/die Permanentmagnet/en angeordnet.
In der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit bilden die elektromagnetische Spulenanordnung (3) und die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse einen Außenläufer-Motor.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, dass durch das Vorsehen des erfindungsgemäßen Funktionsträgers (1) mehrere Funktionen in einer einzigen Komponente vereint werden. Alle toleranzsensiblen Aufnahmen für weitere Bestandteile wie Motor und Antriebselemente werden nur vom erfindungsgemäßen Funktionsträger (1) übernommen.
Für das Einhalten minimaler Toleranzen ist damit im Wesentlichen „nur noch“ eine präzise Fertigung des erfindungsgemäßen Funktionsträgers (1) notwendig. Da jedoch alle toleranzsensiblen Aufnahmen werkzeugtechnisch formgebunden hergestellt werden können, fallen keine spürbaren Fertigungstoleranzen mehr an. Fertigungstoleranzen anderer Bestandteile der elektrischen Stelleinheit dagegen, wie insbesondere des ggf. vorhandenen Gehäuses und des ggf. vorhandenen Gehäusedeckels, haben keinen Einfluss mehr auf die funktionelle Qualität der erfindungsgenäßen elektrischen Stelleinheit.
Insbesondere wenn die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit im Motorraum eines Kraftfahrzeugs verbaut wird, bestehen sehr hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit, die Vibrationsfestigkeit, die Dichtigkeit, die Robustheit und die chemische Beständigkeit. Wie aus der nachfolgenden Definition der Merkmale der Erfindung deutlich wird, kann die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit diese Anforderungen erfüllen.
Obwohl Außenläufer-Motoren aufwändiger herzustellen, schwieriger handzuhaben und in einem Bauteil problematischer einzubauen bzw. zu lagern sind, wurde in der vorliegenden Erfindung entgegen dieser Nachteile erkannt, dass mit einem Außenläufer- Motor wichtige erfindungsgemäße Vorteile erreicht werden können.
Die Bauform des erfindungsgemäß entwickelten Außenläufer-Motors hat im Vergleich zu anderen Elektromotoren einen sehr geringen Durchmesser. Da der Durchmesser des Elektromotors in der Regel die Bauhöhe einer elektrischen Stelleinheit wesentlich beeinflusst, kann die gesamte Bauhöhe der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert werden kann. Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit ist damit leichter und kleiner als alle bislang bekannten Stelleinheiten.
Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass die Volumenleistung des erfindungsgemäß entwickelten Außenläufer-Motors, d.h. das durch den Motor eingenommene Volumen in Bezug auf dessen Leistung, höher ist als bei herkömmlichen Elektromotoren. Hierdurch besitzt die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit eine höhere Energiedichte als Stelleinheiten aus dem Stand der Technik.
Im Stand der Technik ist zwar der Vorteil der höheren Leistungsdichte grundsätzlich bekannt, der Einsatz von Außenläufer-Motoren scheitert jedoch an der zuverlässigen Befestigung, da kein feststehendes Gehäuse zur Montage vorhanden ist, sondern nach außen hin lediglich der sich drehende Außenläufer.
Demgegenüber zeichnet sich die Konstruktion und Auslegung des erfindungsgemäßen Funktionsträgers (1) dadurch aus, dass er die Herausforderung der sicheren Befestigung und vollständigen Aufnahme eines Außenläufer-Motors erfüllt und eine Motorkonstruktion mit Außenläufer-Mechanik einfach aufnimmt und gleichzeitig minimale Toleranzen gewährleistet.
Mit anderen Worten ist der erfindungsgemäße Funktionsträger (1) derart gestaltet, dass er nicht einfach eine fertige Komponente „Motor“ aufnimmt, sondern ein ausschlaggebendes Grundelement bildet, auf dem und mit dem die Motorkonstruktion mit Außenläufer-Mechanik aufgebaut wird.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Stelleinheit bildet der Funktionsträger (1) ein Grundelement für die elektromagnetische Spulenanordnung (3) sowie deren Kontaktierung und stellt damit nach dem Zusammenfügen einen Stator dar, der ferner in dem Aufnahmeelement (101) eine axiale Aufnahme für die Rotorwelle (51) aufweist.
Wie vorstehend beschrieben, wird auf die Integration einer fertigen Komponente „Motor“ zugunsten eines integral mit dem erfindungsgemäßen Funktionsträger (1) aufgebauten Stators verzichtet. So können deutlich engere Toleranzen eingehalten werden, da der erfindungsgemäße Funktionsträger (1) selbst den Stator aufnimmt.
Die vorstehend angegebene Weiterbildung wird vorzugsweise in der weitere weiter aufgeführt, dass die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse mit der Rotorwelle (51) einen Rotor darstellt, der nach dem Zusammenfügen in dem Aufnahmeelement (101) aufgenommen ist.
Mit anderen Worten bildet das Aufnahmeelement (101) eine axiale Aufnahme aus, in welcher der durch Fügen der rotativ angeordneten Permanentmagneten in einem vorzugsweise als zylindrischer Körper ausgebildeten Rotorgehäuse als Rotor mit der Rotorwelle (51) gelagert ist. Auch durch diese konstruktive Maßnahme wird sichergestellt, dass deutlich engere Toleranzen eingehalten werden können. Kommt es durch Parameter zu einer Unwucht, kann durch Aufbringen (z.B. Aufkleben) von Gewichten diese Unwucht eliminiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elektrische Stelleinheit ferner mindestens ein mit der Rotorwelle (51) kraftschlüssig verbundenes erstes Antriebselement (9), wobei das erste Antriebselement (9) eine erste Achse (91) aufweist, die in dem Funktionsträger (1) drehbar gelagert ist.
Mit „erstes Antriebselement“ wird ein Bauteil bezeichnet, welches durch die Drehung der Rotorwelle (51) eine Antriebsfunktion oder eine Stellfunktion ausüben kann. Die erste Achse (91) ist dabei insbesondere die Verlängerung der Rotorwelle (51). Erste Achse (91) und Rotorwelle (51) sind zumindest kraftschlüssig verbunden. In einer ganz speziellen Ausführungsform kann die Rotorwelle (51) sich als erste Achse (91) in das erste Antriebselement (9) hinein erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erstes Antriebselement (9) als Schnecke ausgebildet. Diese Schnecke kann direkt oder indirekt mit einem Stellelement oder dergleichen mechanisch in Verbindung stehen.
Wird die vorstehende Ausführungsform weitergebildet, umfasst die elektrische Stelleinheit ferner mindestens ein zweites Antriebselement (11), wobei das zweite Antriebselement (11) eine zweite Achse (1101) aufweist, die in dem Funktionsträger (1) drehbar gelagert ist, wobei das erste Antriebselement (9) kraftschlüssig mit dem zweiten Antriebselement (11) in Eingriff steht.
Die zweite Achse (1101) des zweiten Antriebselements (11) steht insbesondere im rechten Winkel zur ersten Achse (91) ersten Antriebselements (9) und wird in dem Funktionsträger (1) gelagert. Da erstes Antriebselement (9) und zweites Antriebselement (11) in dem erfindungsgemäßen Funktionsträger (1) gelagert werden, ergeben sich nur minimale Toleranzen. Werkzeugtechnisch wird immer mit dem Koordinatenursprung X = 0, Y = 0 gearbeitet. Es addieren sich daher keine Lagetoleranzen.
Bei dem zweiten Antriebselement (11) handelt es sich vorzugsweise um ein Zahnrad, in dessen Zähne die Schnecke eingreift. Das zweite Antriebselement (11) steht insbesondere funktioneller Verbindung mit einem Stellelement. Die Formulierung „in funktioneller Verbindung“ bedeutet hier, dass dieses Stellelement die Funktionalität der elektrischen Stelleinheit ausführt, beispielsweise das Verstellen einer Klappe.
In einer speziellen Weiterbildung kann in oder an dem zweiten Antriebselement (11) ein Geber angeordnet sein. Der Geber meldet auf Anforderung einem Sensor den Drehwinkel des zweiten Antriebselements (11). Alternativ dazu kann das zweite Antriebselement (11) auch ohne einen Geber oder dergleichen mechanisch gefahren werden.
Besonders bevorzugt weisen das erste Antriebselement (9) und das zweite Antriebselement (11) eine einstufige Getriebeübersetzung auf.
Die Präzision dieser Getriebeübersetzung wird durch den erfindungsgemäßen Funktionsträger (1) erhöht. Damit wird die naturgemäß hohe Verlustleistung reduziert.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Funktionsträger (1) die Möglichkeit bietet, ein Lager für eine einteilige Bewegungsachse anzubringen.
Ein solches Lager liegt konstruktiv im Zentrum des Aufbaus der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) und der konzentrisch dazu vorgesehenen Anordnung (5) von Permanentmagneten, wodurch erneut deutlich engere Toleranzen eingehalten werden können. Bei der einteiligen Bewegungsachse handelt es sich insbesondere um die verlängerte Rotorwelle (51) mit der ersten Achse (91) des ersten Antriebselements (9).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Stelleinheit ferner einen an dem Funktionsträger (1) angebrachten Kontaktträger (7), wobei der Kontaktträger (7) elektrisch mit der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) verbunden ist.
Bei dem Kontaktträger (7) handelt es sich insbesondere um eine miniaturisierte Leiterplatte, auf der die von der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) abgenommenen sehr dünnen und dadurch nur schwer handhabbaren Litzen einerseits mit elektrischen Kontakten mit einem gut handhabbaren Maß andererseits verbunden werden. Bei diesen gut handhabbaren elektrischen Kontakten kann es sich um Drähte größeren Durchmessers oder um gestanzte Leiterbahnen (lead frames) handeln.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das erste Aufnahmeelement (101) ferner eine Lagerbüchse auf, in welcher die Rotorwelle (51) drehbar gelagert ist.
Die Lagerbüchse kann insbesondere aus einem Werkstoff gefertigt sein, der sich vom Werkstoff des Funktionsträgers unterscheidet und beispielsweise einen friktionsfreieren und/oder geräuschlosen Lauf der Rotorwelle (51) ermöglicht.
Um die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit an die Fahrzeugelektrik und Fahrzeugelektronik anbinden zu können, umfasst diese in einer anderen Weiterbildung ferner eine Steuerleiterplatte (13), die elektrisch mit dem Kontaktträger (7) verbunden ist. Die intelligente Steuerleiterplatte (13) liefert zudem Positionierungsdaten und ist diagnosefähig.
Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit, wie sie vorstehend beschrieben wurde, ist als solche problemlos funktionsfähig. Um den harten Einsatzbedingungen im Motorraum eines Kraftfahrzeugs besser zu widerstehen, hat es sich in einer speziellen Ausführungsform als vorteilhaft herausgestellt, wenn die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit ferner ein nach einer ersten Seite hin offenes Gehäuse umfasst, das zumindest den Funktionsträger (1) mit elektromagnetischer Spulenanordnung (3), Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse und Kontaktträger (7) umgibt und nach außen abschirmt. Da das Gehäuse bezüglich der integralen Komponente lediglich eine umhüllende Funktion hat und den inneren Aufbau schützt (z.B. vor Wasser, Staub, Umgebungschemikalien), kann das Design sehr formumschmiegend gestaltet werden.
Das Gehäuse wird vorzugsweise als Spritzgussteil hergestellt. Die Formulierung „nach einer ersten Seite hin offen“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das Gehäuse zum Umschließen des Funktionsträgers (1) mit angeordneten funktionellen Bauteilen insbesondere an der Oberseite offen ist.
In einer Weiterbildung der vorstehenden Ausführungsform kann die Steuerleiterplatte (13) so an dem Gehäuse angebracht sein, dass Steckplätze zur Aufnahme von externen Steckerpins positioniert werden.
Vor dem Hintergrund der harten Einsatzbedingungen im Motorraum eines Kraftfahrzeugs weist das Gehäuse ferner einen Gehäusedeckel auf, der die erste offene Seite schließt.
Es ist besonders bevorzugt, wenn das Gehäuse eine dichte Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel aufweist. Neben einer dichten Verbindung wird auch eine hohe mechanische Robustheit gewährleistet.
Die dichte Verbindung hat den Vorteil und die Wirkung, dass die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit dieser speziellen Ausführungsform damit gegen Dampfstrahler und ähnliche Quellen abgedichtet ist, wie sie im Motorraum eines Kraftfahrzeugs Vorkommen. Bei der dichten Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel handelt es sich vorzugsweise um eine verschweißte oder verklebte oder verpresste Verbindung. Je nach Anwendungsbereich kann aber auch eine reversible Befestigung (Schrauben, Rastelemente) vorgesehen werden.
Hierdurch kann auf eine weitere Behandlung der Steuerleiterplatte (13), wie etwa eine Lackierung oder Beschichtung zu deren Schutz, verzichtet werden.
Die vorstehend beschriebene Größenreduktion führt zu einem weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung. Durch die kompakte und größenreduzierte Bauform weist die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit ein sehr kleines eingeschlossenes Luftvolumen auf, welches thermodynamisch vernachlässigt werden kann. Auf Druckausgleichselemente, kurz DAE, (beispielsweise semipermeable Membranen), wie sie im Stand der Technik verwendet werden müssen, kann daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verzichtet werden. Dies bedeutet eine erhebliche Kosteneinsparung und verringert das Fehlerpotential deutlich.
In einer Ausführungsform ist an dem Gehäuse ferner ein Adapter zur Befestigung der elektrischen Stelleinheit in ihrer Einbauumgebung vorgesehen.
Um die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit ohne konstruktive Änderungen einem breiten Anwendungsspektrum zugänglich zu machen, weist diese selbst keine genormten Verbindungselemente (z.B. Verschraubdome, Ösen etc.) auf. Passend zur jeweiligen Einbauumgebung für die spezielle Anwendung wird erfindungsgemäß daher der Adapter vorgesehen, der einerseits an der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit befestigt ist und andererseits die notwendigen Normaufnahmen für Verbindungselemente aufweist. Die Befestigung der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit erfolgt somit im Wesentlichen über den Adapter.
Durch einen Verzicht auf den Adapter und direkten Verbau im Rohr- oder Schlauchleitungssystem wird in einer anderen Ausführungsform Montagezeit gespart.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit nach einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit im zusammengebauten Zustand,
Fig. 3: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Funktionsträgers 1.
In Figur 1 wird eine erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Explosionsdarstellung gezeigt. Zentrales Bauteil ist der erfindungsgemäße Funktionsträger 1, der alle weiteren funktionellen Bauteile aufnimmt und präzise gegeneinander lagert.
So wird beim Zusammenbau dieser bevorzugten Ausführungsform zunächst das erste Antriebselement 9 in Form einer Schnecke in die entsprechende Ausnehmung des zweiten Aufnahmeelements 103 (nur in Fig. 3 dargestellt) eingebracht, wobei dessen erste Achse 91 in dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 gelagert wird.
Von der Seite wird der Kontaktträger 7 über das erste Aufnahmeelement 101 geschoben, um dann die elektromagnetische Spulenanordnung 3 außen auf das erste Aufnahmeelement 101 aufzubringen, insbesondere kraftschlüssig aufzupressen. Anschließend wird die Anordnung 5 von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse angebaut. Hierfür wird die Rotorwelle 51 durch das Innere des ersten Aufnahmeelements 101 geführt und mit der ersten Achse 91 des ersten Antriebselements 9 in Eingriff gebracht. Gleichzeitig wird das Rotorgehäuse, das die Permanentmagneten aufnimmt, in einem definierten Abstand über die elektromagnetische Spulenanordnung 3 geschoben.
Aus diesem Aufbau wird deutlich, dass in die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit keine fertige Komponente „Motor“ integriert wird. Vielmehr wird der erfindungsgemäße Funktionsträger 1 zum zentralen Element eines integral aufgenommenen Motors, der weniger toleranzkritische Bereiche von Motorkomponenten aufweist, verglichen zu einem fertigen Motor, wie er im Stand der Technik in gattungsgemäße elektrische Stelleinheit eingebaut wird.
Ferner wird in dieser bevorzugten Ausführungsform das zweite Antriebselement 11 in Form eines Zahnrads mit seiner zweiten Achse 1101 in die entsprechende Ausnehmung des drittes Aufnahmeelement 105 in dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 eingesetzt und gleichzeitig über seine Zahnreihe mit der Schnecke als erstes Antriebselement 9 in Eingriff gebracht.
Damit werden in einem einzigen Bauteil, nämlich dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1, alle toleranzkritischen funktionellen Bauteile gelagert. Die erfindungsgemäß vorgesehene Steuerleiterplatte 13 wird in dieser Ausführungsform bewusst nicht fest, sondern lediglich elektrisch in der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit integriert, um einen variableren Einsatz zu ermöglichen.
In Figur 2 ist die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit zusammengebaut dargestellt. Aus dieser Darstellung ist sehr gut die extrem kompakte Anordnung der einzelnen Bauteile in der der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit zu erkennen, wobei in dieser Draufsicht nur ein Teil des erfindungsgemäßen Funktionsträgers 1 zu erkennen ist, in dem eine Schnecke als erstes Antriebselement 9 und ein Zahnrad als zweites Antriebselement 11 gelagert sind, welche über die ebenfalls auf dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 gelagerten funktionellen Motorbauteile, nämlich elektromagnetische Spulenanordnung 3 und Anordnung 5 von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse, gestellt bzw. betrieben werden.
Figur 3 zeigt nur den erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 in einer Draufsicht. Der erfindungsgemäße Funktionsträger 1 ist einstückig ausgestaltet. Alle toleranzkritischen Details werden über eine einzige Werkzeugform eingebracht und nicht (wie im Stand der Technik häufig üblich) über eine Werkzeugtrennung.
Rechterhand ist das erste Aufnahmeelement 101 dargestellt, welches neben der festen, kraftschlüssigen Aufnahme der elektromagnetischen Spulenanordnung 3 gleichzeitig mittels der Rotorwelle 51 die Anordnung 5 von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse lagert. In der Flucht der Rotorwelle 51 befindet sich das zweite Aufnahmeelement 103, in welchem das erste Antriebselement 9 gelagert wird. Schließlich ist das dritte Aufnahmeelement 105 dargestellt, welches der Lagerung des zweiten Antriebselements 11 dient.
Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit weist eine modulare Bauweise auf, bei der auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Funktionsträgers 1 dieser zusammen mit der elektromagnetische Spulenanordnung 3, der Anordnung 5 von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse und dem Kontaktträger 7 eine integrale Komponente bildet, die in sich stabil und unabhängig von äußeren Fertigungstoleranzen ist. Eine Besonderheit ist die Integration eines Außenläufer-Motors in die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit. Es ist daher erfindungsgemäß möglich, diese auf dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 aufgebaute integrale Komponente entsprechend praktischen Bedürfnissen in jeweils andere Gehäusekonzepte zu integrieren. Die Gehäusegeometrie ist somit nahezu völlig unabhängig von der auf dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 aufgebauten integralen Komponente.
Dabei ist es ferner möglich, die integrale Komponente mit weiteren Bauteilen zu erweitern und variabel einzusetzen.
Die auf dem erfindungsgemäßen Funktionsträger 1 aufgebaute integrale Komponente hat eine äußerst kompakte Bauform, wie auch Figur 2 zu entnehmen ist. Daher lässt sich das Gehäuse mit Gehäusedeckel in seiner Kontur optimal auf die Geometrie der Einsatzumgebung anpassen, beispielsweise verkleinern („down-sizen“), das spart Platz und Gewicht. Ferner erübrigt sich die Notwendigkeit, ein sog. Druckausgleichselement (DAE) einzusetzen.
Die kompakte und robuste Bauform der erfindungsgemäßen elektrischen Stelleinheit wirkt sich darüber hinaus sehr positiv auf die Geräuschemission aus, die im Zuge der Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen eine immer größere Rolle spielt.
Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit findet beispielsweise für Positionierungssensoren Anwendung. Da jeder einzelne Stellwinkel stromlos gehalten werden kann, ersetzt die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit nicht nur in elektrischen Kraftfahrzeugen den üblichen Magnetschalter.
Die erfindungsgemäße elektrische Stelleinheit kann jegliche herkömmliche Stelleinheit aus dem Stand der Technik ersetzen. Insbesondere können beispielsweise Magnetventile betrieben werden, da jegliche Stellung stromlos betrieben werden kann. Hierdurch ergibt sich keine Belastung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, z.B. im Start/Stopp-Modus. Bezugszeichenliste
I Funktionsträger
101 erstes Aufnahmeelement
103 zweites Aufnahmeelement
105 drittes Aufnahmeelement
3 elektromagnetische Spulenanordnung
5 Anordnung von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse
51 Rotorwelle
7 Kontaktträger
9 erstes Antriebselement
91 erste Achse
I I zweites Antriebselement
1101 zweite Achse
13 Steuerleiterplatte

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Stelleinheit umfassend
- einen Funktionsträger (1), der ein erstes Aufnahmeelement (101) aufweist,
- eine auf dem ersten Aufnahmeelement (101) fest angebrachte elektromagnetische Spulenanordnung (3) und
- eine um die elektromagnetische Spulenanordnung (3) konzentrisch angeordnete Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse, wobei die Anordnung (5) eine Rotorwelle (51) aufweist, die in dem ersten Aufnahmeelement (101) drehbar gelagert ist, wobei die elektromagnetische Spulenanordnung (3) und die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse einen Außenläufer-Motor bilden.
2. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 1, wobei der Funktionsträger (1) ein Grundelement für die elektromagnetische Spulenanordnung (3) sowie deren Kontaktierung bildet und damit nach dem Zusammenfügen einen Stator darstellt, der ferner in dem Aufnahmeelement (101) eine axiale Aufnahme für die Rotorwelle (51) aufweist.
3. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 2, wobei die Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse mit der Rotorwelle (51) einen Rotor darstellt, der nach dem Zusammenfügen in dem Aufnahmeelement (101) aufgenommen ist.
4. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend
- mindestens ein mit der Rotorwelle (51) kraftschlüssig verbundenes erstes Antriebselement (9), wobei das erste Antriebselement (9) eine erste Achse (91) aufweist, die in dem Funktionsträger (1) drehbar gelagert ist.
5. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 4, ferner umfassend
- mindestens ein zweites Antriebselement (11), wobei das zweite Antriebselement (11) eine zweite Achse (1101) aufweist, die in dem Funktionsträger (1) drehbar gelagert ist, wobei das erste Antriebselement (9) kraftschlüssig mit dem zweiten Antriebselement (11) in Eingriff steht.
6. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 5, wobei das erste Antriebselement (9) und das zweite Antriebselement (11) eine einstufige Getriebeübersetzung aufweisen.
7. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Funktionsträger (1) die Möglichkeit bietet, ein Lager für eine einteilige Bewegungsachse anzubringen.
8. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend
- einen an dem Funktionsträger (1) angebrachten Kontaktträger (7), wobei der Kontaktträger (7) elektrisch mit der elektromagnetischen Spulenanordnung (3) verbunden ist.
9. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Aufnahmeelement (101) ferner eine Lagerbüchse aufweist, in welcher die Rotorwelle (51) drehbar gelagert ist.
10. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend
- eine Steuerleiterplatte (13), die elektrisch mit dem Kontaktträger (7) verbunden ist.
11. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend
- ein nach einer ersten Seite hin offenes Gehäuse, das zumindest den Funktionsträger (1) mit elektromagnetischer Spulenanordnung (3), Anordnung (5) von Permanentmagneten in einem Rotorgehäuse und Kontaktträger (7) umgibt und nach außen abschirmt.
12. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 11, wobei die Steuerleiterplatte (13) so an dem Gehäuse angebracht ist, dass Steckplätze zur Aufnahme von externen Steckerpins positioniert werden.
13. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Gehäuse ferner einen Gehäusedeckel aufweist, der die erste offene Seite schließt.
14. Elektrische Stelleinheit nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse eine dichte Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel aufweist.
15. Elektrische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner umfassend,
- einen an dem Gehäuse vorgesehenen Adapter zur Befestigung der elektrischen Stelleinheit in ihrer Einbauumgebung.
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