EP4470098A1 - Antriebssystem - Google Patents

Antriebssystem

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Publication number
EP4470098A1
EP4470098A1 EP22838810.4A EP22838810A EP4470098A1 EP 4470098 A1 EP4470098 A1 EP 4470098A1 EP 22838810 A EP22838810 A EP 22838810A EP 4470098 A1 EP4470098 A1 EP 4470098A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit board
intermediate flange
printed circuit
drive system
electronic circuit
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
EP22838810.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Epskamp
Frank Hartmann
Alexander Stahl
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.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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 SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4470098A1 publication Critical patent/EP4470098A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/225—Detecting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
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    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
    • H02K7/1023—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets
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    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
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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 a drive system.
  • an electric motor has a rotor which runs through different angular positions during operation.
  • a brake arrangement with a shaft is known from DE 10 2020 006 900 A1 as the closest prior art.
  • a drive system is known from EP 2 689 530 B1.
  • An electric drive unit with at least two circuit boards is known from DE 10 2018204 297 A1.
  • a hollow shaft with an angle sensor is known from JP 2003-337 051 A.
  • a motor with a sensor magnet that is easy to mount is known from WO 2014/163293 A1.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a drive system in which a compact design is to be made possible.
  • the object is achieved with the drive system according to the features specified in claim 1.
  • the drive system has an electric motor with an angle sensor and an inverter, in particular a converter, that feeds the electric motor, the angle sensor having a rotor shaft, an electronic circuit, signal electronics with a first printed circuit board and data interface, a second printed circuit board disk part, in particular with a material measure, and comprises a hollow shaft, in particular at least partially surrounded by its housing, the rotor shaft of the angle sensor being non-rotatably connected to a rotor of the electric motor, in particular being designed in one piece with the rotor, in particular the angle sensor being inside the housing of the electric motor is arranged, with the disc part being connected to the hollow shaft in a rotationally fixed manner, with the second printed circuit board having conductor tracks that function and/or are designed as a coil winding, in particular which are in operative connection with the material measure of the disc part, with the electric motor having an electromagnetically actuable brake which has a
  • the signal electronics are used as data nodes.
  • the recorded angle values are transmitted from the signal electronics to the inverter and, on the other hand, the control information for the brake is generated in the inverter. This takes place depending on the diagnostic information that is transmitted to the inverter by the diagnostic means of the brake via the electronic circuit and the data interface of the signal electronics.
  • the various components of the motor, in particular the brake and the angle sensor are therefore available for data transmission via a single data line.
  • the electric motor is fed by the inverter via power lines, with which the inverter supplies the electric motor, in particular the stator winding of the electric motor, with a
  • the speed of the electric motor or the torque provided by the electric motor can be regulated to a desired value by the inverter.
  • the brake is also controlled by the inverter, with the brake being released or applied depending on the diagnostic information. However, this control does not take place directly, but via the signal electronics, in particular the data interface, functioning as a data node.
  • the electronic interface is not located in the connection box of the motor or elsewhere, but in the housing of the angle sensor.
  • the advantage here is that the low-voltage electronics can be arranged in the angle sensor and the power electronics in the motor.
  • the data can be transmitted between the inverter and the data node via just a single data interface, i.e. via just one data transmission channel, and therefore does not require any separate additional lines for controlling the brake because the same lines over which the angle information is transmitted can also be used to transmit the diagnostic information and the control information for the brake.
  • the drive system can thus be implemented in a compact manner, since there is also no need for additional hardware, together with the separate additional lines.
  • the angle sensor has a base body, a hood part, a holding part and an intermediate flange, with the disc part being slipped onto the hollow shaft, in particular being slipped on without play for centering in the radial direction, and on a shaft step and/or on a flat surface area of the hollow shaft, in particular that is arranged at a single axial position, the second printed circuit board having conductor tracks that function and/or are designed as a coil winding and is held clamped in particular between the base body and the intermediate flange, the intermediate flange from the screw head being inserted into a threaded hole another screw screwed into the base body is pushed towards the base body, with the first printed circuit board being held in particular clamped between the intermediate flange and the holding part, with the screw head of a screw screwed into a threaded bore of the intermediate flange pressing the holding part towards the intermediate flange, with an elastically prestressed screw attached to the hood part supported sheet metal part is arranged between the
  • the advantage here is that the angle sensor is stacked. Improved heat dissipation can thus be achieved, since the intermediate flange and holding part between the printed circuit boards conduct the heat away.
  • the stack is stacked in the axial direction, in particular so that the stacking direction is parallel to the axial direction.
  • the stack consists on the one hand of the printed circuit boards and on the other hand of the holding part and the intermediate flange, in particular as well as an optionally additionally present electronic circuit.
  • the up to three electrically energizable stack parts are separated from one another by means of the stack parts, which are preferably made of metal, that is to say the holding part and the intermediate flange.
  • the holding part and the intermediate flange are preferably shaped in such a way that the printed circuit boards are each arranged in a spatial area which is delimited and surrounded by the intermediate flange together with the holding part or by the intermediate flange together with the base body or by the holding part together with the hood part.
  • each of the two parts is thickened axially in a first radially outer area.
  • the brake comprises at least one diagnostic means for detecting the value of at least one state variable of the brake, the diagnostic means being electrically connected to the electronic circuit in such a way that the detected values are transmitted from the diagnostic means to the electronic circuit, the electronic circuit having the signal electronics, in particular with the first printed circuit board, is connected in such a way that the recorded values are forwarded from the electronic circuit to the signal electronics and from its data interface to the inverter, in particular the inverter being designed in such a suitable manner that the control signal, in particular the control information, is dependent is generated from the values detected by the diagnostic means, in particular with the state variable being the temperature of the brake or the state of wear of a brake lining of the brake, in particular with the diagnostic means being a temperature sensor or a sensor for detecting the wear of a brake lining of the brake.
  • the advantage here is that the brake is only activated if the diagnostic information allows this.
  • the diagnostic information is transmitted via the data node and taken into account when generating the actuation information for the brake, in particular in the inverter.
  • Increased security can thus be achieved and the signal electronics do not have to have any complex evaluation means, that is to say only take up a small construction volume.
  • the drive system can thus be implemented in a compact manner.
  • the computing power of the inverter, in particular the control electronics of the inverter, is sufficient in such a way that no additional hardware is required for processing the diagnostic information and for generating the drive pulses.
  • the electric motor has an electromagnetically actuable brake which has a coil which can be supplied from an electronic circuit which feeds the coil as a function of a control signal.
  • the control signal is fed from the first printed circuit board to the electronic circuit, wherein the electronic circuit is arranged on the side of the holding part facing away from the first printed circuit board, in particular between the hood part and the holding part, the sheet metal part being supported on the electronic circuit, in particular therefore is arranged elastically prestressed between the electronic circuit and the hood part, in particular wherein the sheet metal part is designed as a bent part.
  • the advantage here is that the signal electronics of the first printed circuit board are not only provided for detecting the angular position, but also for generating the control pulses for the brake, with the supply voltage for the brake being generated and controlled in the angle sensor and that arranged in the electric motor by the angle sensor spaced brake is supplied.
  • the rotor is rotatably mounted by means of two bearings accommodated in the housing of the electric motor, in particular the housing having a stator housing and two spaced-apart bearing flanges each connected to the stator housing, in each of which one of the two bearings is accommodated.
  • the advantage here is that the rotor itself is rotatably mounted independently of the hollow shaft of the angle sensor.
  • the screw head of a first screw screwed into a threaded hole in the rotor shaft presses the hollow shaft onto the rotor shaft, with a permanent magnet being accommodated in the screw head, in particular the center of gravity of which is arranged in the axis of rotation of the hollow shaft.
  • the first printed circuit board is equipped with a sensor that is sensitive to a magnetic field, in particular a pulse wire sensor and/or Wiegand sensor, which is in operative connection with the permanent magnet.
  • a counter fitted on the first printed circuit board for determining the number of revolutions of the rotor shaft can be electrically supplied by the sensor.
  • the conductor tracks of the second printed circuit board which are designed as coil windings, are operatively connected to the material measure of the disk part and the signal electronics of the first printed circuit board are electrically connected to the coil windings and designed to be suitable for determining the angular position of the disk part in relation to the second printed circuit board.
  • the disc part covers a first radial distance area, in particular in relation to the axis of rotation of the rotor shaft, the hollow part having an axially greater thickness radially outside the first radial distance area than in the first radial distance area.
  • the intermediate flange has an axially greater thickness radially outside of the first radial spacing region than in the first radial spacing region.
  • the electronic circuit is encapsulated using a casting compound and/or is arranged in a housing.
  • the advantage here is that the sheet metal part can be supported in a simple manner and with a distance that is fixed against the insulation.
  • the first printed circuit board is arranged clamped between the hollow part and the intermediate flange, in particular outside the first radial distance region.
  • the advantage here is that the first printed circuit board is held mechanically stable and the electronic components arranged on the first printed circuit board are protected from electromagnetic interference.
  • the second printed circuit board is arranged clamped between the intermediate flange and the base body, in particular outside the first radial spacing area.
  • the advantage here is that the second printed circuit board is held mechanically stable and the electronic components arranged on the second printed circuit board are protected from electromagnetic interference.
  • the screw axis of the first screw is aligned coaxially with the axis of rotation of the rotor shaft.
  • the advantage here is that the permanent magnet located in the middle of the screw head triggers exactly one pulse per revolution on the pulse wire sensor arranged on the second circuit board, so that a counter can determine the total number of revolutions from the number of pulses and the direction of rotation.
  • the area covered by the screw head of the first screw and/or the area covered by the permanent magnet in the axial direction is encompassed by the area covered by the intermediate flange in the axial direction.
  • the advantage here is that the first screw protrudes through a recess in the intermediate flange, so that the angle sensor can not only determine the angular position with fine resolution by means of the disk part with measuring standard and with the second circuit board, but also the number of total revolutions by measuring the With the first screw and permanent magnet, a voltage impulse is triggered at the impulse wire sensor, which is mounted on the second printed circuit board.
  • the hood part and/or the base body is/are made of metal.
  • the advantage here is that improved heat dissipation and electromagnetic shielding can be achieved, as well as mechanical stability.
  • the intermediate flange and/or the holding part is/are made of metal.
  • the advantage here is that improved heat dissipation and electromagnetic shielding can be achieved.
  • FIG. 1 shows a cross section through an angle sensor provided for an electric motor.
  • the angle sensor has a part which is rotatably mounted relative to a stationary part and which can be connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric motor.
  • a rotor shaft 1 of the angle sensor can be connected to the rotor of the electric motor or can be formed in one piece, in particular in one piece.
  • the electric motor has a stator housing, to which the rotor is rotatably mounted.
  • a preferably pot-shaped base body 14 can be connected to the stator housing in a torque-proof manner.
  • a hood part 6 is connected to the base body 14 and, together with the base body 14, forms a housing of the angle sensor.
  • the hood part 6 is preferably made of metal, in particular so that high thermal conductivity is available.
  • the rotor shaft 1 has on its end face facing the hood part 6 a bore, in particular a threaded bore, into which a screw 11 is screwed, the screw head of which presses a hollow shaft 13 onto the rotor shaft 1, in particular onto the end face of the rotor shaft 1.
  • the hollow shaft 13 is non-rotatably connected to the rotor shaft 1 .
  • the bore axis of the bore is aligned coaxially, in particular concentrically, with the axis of rotation of the rotor shaft 1 .
  • the screw head in particular on the end face of the screw head facing away from the rotor shaft 1, there is a permanent magnet 10 in a recess, in particular a depression, of the screw head.
  • the permanent magnet 10 serves as a sensor for detecting the integer revolutions of the rotor shaft 1.
  • the hollow shaft 13 has a surface portion which is flat and is located at a single axial position. In this case, the axial direction is aligned parallel to the axis of rotation of the rotor shaft 1 .
  • the hollow shaft 13 is preferably designed as a rotationally symmetrical part.
  • the disk part 12 has a centrally arranged, axially continuous hole, through which a cylindrical section of the hollow shaft 13 protrudes.
  • the disk part 12 can be slipped onto the cylindrical section of the hollow shaft 13 and can thereby be centered precisely in the radial direction by the section.
  • the disc part is aligned parallel to the planar surface section by placing it on the surface section and then connecting it, in particular by cohesively connecting it to the hollow shaft 13 .
  • the disk part 12 is designed as a target disk.
  • the disc part 12 thus has a material measure which interacts with the conductor tracks of a printed circuit board 9, which are designed as coil windings.
  • Disk part 12 has ferromagnetic structures or coil windings as a material measure, which are designed in such a way that the inductive coupling to the coil windings of printed circuit board 9 depends on the angular position of disk part 12 and thus, by determining the inductance of the coil windings, the angular position of the disk part relative to printed circuit board 9 12 can be determined.
  • the printed circuit board 9 rests on a projection of the base body 14 and is pressed against this projection by the intermediate flange 8 .
  • the intermediate flange 8 rests on the side of the circuit board 9 facing away from the projection.
  • the intermediate flange 8 is pressed against the base body 14 by means of screws, the screw heads of which press on the intermediate flange 8 and are thus connected to it.
  • a holding part 3 rests against the circuit board 7 on the side of the circuit board 7 of the signal electronics that faces away from the intermediate flange 8 and is pressed against the circuit board 7 by the screw head of a screw 15 passing through the holding part 3 and through the circuit board 7, which is thus attached to the intermediate flange 8 is pressed.
  • the screw 15 is screwed into a threaded hole in the intermediate flange 8 .
  • an electronic circuit 4 On the side of the holding part 3 facing away from the printed circuit board 7 is an electronic circuit 4, in particular a rectifier, which is preferably cast with casting compound or has a module housing which houses power semiconductors such as diodes or the like.
  • An elastically prestressed sheet metal part 5 is arranged between the module housing and the hood part 6 in order to dissipate the heat of the module housing. Since this sheet metal part 5 touches both the module housing and the hood part 6, a heat flow from the module housing to the hood part 6 is dissipated in an improved manner.
  • the signal electronics are electrically connected to the conductor tracks of the printed circuit board 9 and detect the inductive coupling and/or inductance of the conductor tracks of the printed circuit board 9 designed as coil windings in order to determine the angular position.
  • the electronic circuit 4 is provided to supply a coil of an electromagnetically actuated brake. To this end, it has a rectifier, which is cooled via the sheet metal part 5 and the hood part 6 .
  • the electronic circuit 4 has a controllable semiconductor switch which controls the energy made available to the coil by the rectifier, ie causes the coil to be energized or not energized.
  • the control signal of the controllable semiconductor switch is from the signal electronics generated on the printed circuit board 7, in particular as a function of via a data interface which is arranged on the printed circuit board 7 and is suitable for data transmission between the signal electronics and a converter feeding the electric motor.
  • the sensor signals of the angle sensor in particular the detected angular position of the rotor, are transmitted from the printed circuit board 7 to the converter and the control signals for the controllable semiconductor switch and thus for the electromagnetically actuatable brake are transmitted from the converter via the signal electronics to the electronic circuit 4.
  • a magnetic field sensor in particular a Wiegand sensor and/or Hall sensor, is also fitted on the printed circuit board 7, so that the angular position of the permanent magnet can also be detected or at least an electrical voltage pulse can be generated for each revolution.
  • a voltage pulse can be generated per revolution of the rotor with a pulse wire sensor, in particular a Wiegand sensor, fitted on the printed circuit board 7, so that the total number of revolutions of the rotor covered can be easily carried out by counting the pulses, in particular by means of a counter of the signal electronics.
  • intermediate flange 8 is arranged axially between the printed circuit board 7 of the signal electronics and the printed circuit board 9 with current-carrying conductor tracks and is made of metallic material, heat can be dissipated from the two printed circuit boards via the intermediate flange 8 to the base body 14 .
  • Heat can also be dissipated from the holding part 3, which is arranged axially between the electronic circuit and the signal electronics, via the screw 15 to the intermediate flange 8 and from there to the base body 14.
  • the metallic parts such as the intermediate flange 8 and the holding part 3, shield electromagnetic radiation, so that the signal electronics, the electronic circuit and the acquisition of measured values by the printed circuit board 9 do not interfere with each other.
  • the stack structure, in particular a stacked structure, of the angle sensor thus enables efficient heat dissipation with simultaneously improved shielding against interfering radiation.
  • a bearing 3 is accommodated in the base body 14, by means of which the rotor shaft 1 is rotatably mounted.
  • the rotor is rotatably mounted in the electric motor by means of two bearings and the rotor shaft 1 , which is connected to the rotor in terms of rotation, by means of the bearing 2 .
  • the holding part 3 has a greater axial wall thickness in its radially outer region than radially inward.
  • the intermediate flange 8 has a greater axial wall thickness in the radially outer area than further inwards.
  • a depression in the holding part 3 faces a depression in the intermediate flange 8 in such a way that the signal electronics 7 are arranged in the interior space surrounded by the holding part 3 together with the intermediate flange 8 .
  • the signal electronics are enclosed and, on the other hand, heat is removed as efficiently as possible in all directions.
  • the printed circuit board 7 is clamped between the intermediate flange 8 and the holding part 3, in particular in the radially outer area.
  • the signal electronics are designed to be suitable for determining the angular position of the rotor shaft 1, in particular the electrical connection to the second printed circuit board 9, ie in particular to the conductor tracks designed as coil windings, being necessary for this purpose.
  • the electronic signaling system also has a data interface via which data can be exchanged with an inverter, in particular a converter, that feeds the electric motor.
  • the inverter makes a three-phase voltage available to the stator winding of the electric motor, the three-phase voltage being made available by the inverter in such a way that an actual value of the angular position of the rotor shaft is regulated towards a desired value.
  • the inverter has a regulator to which the angular position of the rotor shaft determined with the angle sensor is supplied as angular information.
  • control the brake corresponding control information is sent from the inverter via the data interface to the signal electronics, which then filters out this control information from the data stream received via the data interface and forwards it to the electronic circuit.
  • the electronic circuit then energizes the coil of the electromagnetically actuable brake depending on this control information.
  • the coil of the brake is energized or not energized.
  • a ferromagnetic armature disk is drawn towards the coil against the spring elements supported on a magnetic body of the brake. The coil is placed in a recess in the magnet body.
  • the armature disk When the coil is not energized, the armature disk is pressed away from the coil by the spring elements, so that the armature disk is pressed onto a brake pad carrier which is fixed in rotation on the rotor and can be displaced in the axial direction.
  • the brake pad carrier has an internal toothing which engages with the external toothing of a ring-like driver which is slipped onto the rotor and is non-rotatably connected to it, in particular by means of a feather key connection.
  • the brake pad carrier is then pressed by the armature disk onto a braking surface, which is preferably formed on a bearing flange of the housing of the electric motor.
  • a braking surface which is preferably formed on a bearing flange of the housing of the electric motor.
  • the brake pad carrier is released because the armature disk is pulled away from the brake pad carrier towards the magnetic body.
  • the anchor plates are located axially between the magnet body and the brake pad carrier.
  • the brake pad carrier is located axially between the braking surface and the anchor plate.
  • the brake has diagnostic means, in particular, for example, a temperature sensor for detecting the temperature of the magnetic body and/or a sensor for detecting the thickness of the brake pad of the brake pad carrier, so that wear of the brake pad can be detected at an early stage.
  • the signals from the diagnostic means or means are fed to the electronic circuit and forwarded from there to the signal electronics and from there fed to the inverter, in particular the converter, via the interface.
  • the inverter is suitably designed in such a way that the control information is generated by the inverter as a function of the signals from the diagnostic device(s).
  • the brake is no longer released but remains applied.
  • the control of the brake is therefore carried out as a function of the diagnostic signals, ie in particular as a function of the diagnostic information.
  • the electronic circuit can therefore be controlled by the inverter, with the control information being transmitted from the inverter via the interface of the signal electronics and then from the signal electronics to the electronic circuit. This latter transmission is carried out either via a plug connection between the first and second printed circuit boards 7 and 9 or via a contactless interface, in particular a radio communication interface and/or near-field communication interface.
  • the printed circuit board 9, in particular which has the coil windings functioning as measuring coils, is clamped between the base body 14 and the intermediate flange 8, in particular in the radially outer area. However, during the manufacture of the angle sensor, the circuit board 9 is centered on the hollow shaft 13 before it is clamped between the base body 14 and the intermediate flange 8 .
  • the disk part 12 is designed as a printed circuit board and can therefore be produced inexpensively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

Elektromotor mit Winkelsensor, wobei der Winkelsensor - einen Grundkörper, - ein Haubenteil, - ein Halteteil, - eine erste Leiterplatte (7), - einen Zwischenflansch,10 - eine zweite Leiterplatte (9), - ein Scheibenteil, insbesondere mit Maßverkörperung, und - eine Hohlwelle aufweist, wobei die Rotorwelle des Winkelsensors mit einem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist, wobei das Scheibenteil auf die Hohlwelle aufgesteckt ist und an einer Wellenstufe und/oder an einem ebenen Oberflächenbereich der Hohlwelle anliegt, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist und zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenflansch gehalten ist, wobei der Zwischenflansch vom Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Grundkörpers eingeschraubten weiteren Schraube zum Grundkörper hingedrückt wird, wobei die erste Leiterplatte zwischen dem Zwischenflansch und dem Halteteil gehalten ist, wobei der Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches eingeschraubten Schraube das Halteteil zum Zwischenflansch hin drückt, wobei ein elastisch vorgespanntes, am Haubenteil abgestütztes Blechteil zwischen dem Halteteil und dem Haubenteil angeordnet ist.

Description

Antriebssystem
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor einen Rotor aufweist, der bei Betrieb verschiedene Winkellagen durchläuft.
Aus der DE 10 2020 006 900 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Bremsanordnung mit Welle bekannt.
Aus der EP 2 689 530 B1 ist ein Antriebssystem bekannt.
Aus der DE 10 2008 019 797 A1 ist eine Kühlanordnung bekannt.
Aus der US 7447 035 B2 ist eine Wärmedissipationsanordnung bekannt.
Aus der DE 10 2018204 297 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit mit mindestens zwei Leiterplatinen bekannt.
Aus der JP 2003- 337 051 A ist eine Hohlwelle mit Winkelsensor bekannt.
Aus der WO 2014 / 163293 A1 ist ein Motor mit einfach montierbarem Sensormagneten bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem weiterzubilden, wobei ein kompakter Aufbau ermöglicht werden soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antriebssystem sind, dass es einen Elektromotor mit Winkelsensor und einen den Elektromotor speisenden Wechselrichter, insbesondere Umrichter, aufweist, wobei der Winkelsensor eine Rotorwelle, eine elektronische Schaltung, eine Signalelektronik mit erster Leiterplatte und Datenschnittstelle, eine zweite Leiterplatte, ein Scheibenteil, insbesondere mit Maßverkörperung, und eine Hohlwelle umfasst, insbesondere mit seinem Gehäuse zumindest teilweise umgibt, wobei die Rotorwelle des Winkelsensors mit einem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist, insbesondere einstückig mit dem Rotor ausgeführt ist, insbesondere wobei der Winkelsensor innerhalb des Gehäuses des Elektromotors angeordnet ist, wobei das Scheibenteil mit der Hohlwelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist, insbesondere welche in Wirkverbindung mit der Maßverkörperung des Scheibenteils sind, wobei der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufweist, welche eine Spule aufweist, welche mittels einer elektrischen Leitung mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, wobei die elektronische Schaltung geeignet ausgeführt ist, die Spule abhängig von einem Ansteuersignal, insbesondere abhängig von einer Ansteuerinformation, elektrisch zu versorgen und/oder zu speisen, wobei die Signalelektronik ein Filtermittel, insbesondere auf der ersten Leiterplatte, aufweist, welches geeignet ist, aus den vom Wechselrichter über die Datenschnittstelle an die Signalelektronik übertragenen Daten das Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerinformation, herauszufiltern und der elektronischen Schaltung zuzuleiten, wobei die Datenschnittstelle für bidirektionale Datenübertragung geeignet ausgeführt ist, die vom Winkelsensor erfassten Werte der Winkellage der Rotorwelle von der Signalelektronik, insbesondere von der ersten Leiterplatte, zum Wechselrichter zu übertragen.
Von Vorteil ist dabei, dass die Signalelektronik als Datenknoten eingesetzt wird. Einerseits werden die erfassten Winkelwerte von der Signalelektronik an den Wechselrichter übertragen und andererseits wird im Wechselrichter die Ansteuerinformation für die Bremse erzeugt. Dies erfolgt in Abhängigkeit von den Diagnoseinformationen, die von den Diagnosemitteln der Bremse über die elektronische Schaltung und die Datenschnittstelle der Signalelektronik an den Wechselrichter übertragen wird. Vorteiligerweise ist also vom Wechselrichter zum Motor nur ein einziger Datenübertragungskanal notwendig, insbesondere bis zur Datenschnittstelle. Somit sind die verschiedenen Komponenten des Motors, insbesondere also die Bremse und der Winkelsensor, über eine einzige Datenleitung zur Datenübertragung verfügbar. Die Speisung des Elektromotors durch den Wechselrichter erfolgt über Starkstromleitungen, mit denen der Wechselrichter dem Elektromotor, insbesondere der Statorwicklung des Elektromotors, eine
Drehspannung bereitstellt. Beispielsweise ist hierdurch vom Wechselrichter die Drehzahl des Elektromotors oder das vom Elektromotor bereit gestellte Drehmoment auf einen Sollwert hin regelbar. Die Bremse wird ebenfalls vom Wechselrichter angesteuert, wobei abhängig von der Diagnoseinformation die Bremse gelüftet wird oder einfällt. Diese Steuerung erfolgt aber nicht direkt, sondern über die als Datenknoten fungierende Signalelektronik, insbesondere Datenschnittstelle.
Außerdem ist die elektronische Schnittstelle nicht im Anschlusskasten des Motors oder anderweitig angeordnet, sondern im Gehäuse des Winkelsensors. Vorteil ist hierbei, dass die Niedervoltelektronik im Winkelsensor anordenbar ist und die Leistungelektronik im Motor.
Wichtig ist auch, dass die Datenübertragung zwischen Wechselrichter und Datenknoten über nur eine einzige Datenschnittstelle, also über nur einen Datenübertragungskanal ausführbar ist und somit keine separaten zusätzlichen Leitungen für die Ansteuerung der Bremse benötigt werden, da die gleichen Leitungen, über welche die Winkelinformation übertragen wird, auch für die Übertragung der Diagnoseinformation und der Ansteuerinformation der Bremse nutzbar ist. Somit ist das Antriebssystem kompakt ausführbar, da auch entsprechend notwendige weitere Hardware zusammen mit den separaten zusätzlichen Leitungen entfällt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Winkelsensor einen Grundkörper, ein Haubenteil, ein Halteteil und einen Zwischenflansch, auf, wobei das Scheibenteil auf die Hohlwelle aufgesteckt ist, insbesondere zur Zentrierung in radialer Richtung spielfrei aufgesteckt ist, und an einer Wellenstufe und/oder an einem ebenen Oberflächenbereich der Hohlwelle, insbesondere der an einer einzigen axialen Position angeordnet ist, anliegt, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist und zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenflansch insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Zwischenflansch vom Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Grundkörpers eingeschraubten weiteren Schraube zum Grundkörper hingedrückt wird, wobei die erste Leiterplatte zwischen dem Zwischenflansch und dem Halteteil insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches eingeschraubten Schraube das Halteteil zum Zwischenflansch hin drückt, wobei ein elastisch vorgespanntes, am Haubenteil abgestütztes Blechteil zwischen dem Halteteil und dem Haubenteil angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Winkelsensor stapelartig aufgebaut ist. Somit ist eine verbesserte Entwärmung erreichbar, da Zwischenflansch und Halteteil zwischen den Leiterplatten die Wärme herausführen. Der Stapel ist in axialer Richtung gestapelt, insbesondere so dass die Stapelrichtung parallel zur axialen Richtung ausgeführt ist. Der Stapel besteht einerseits aus den Leiterplatten und andererseits aus dem Halteteil und dem Zwischenflansch, insbesondere sowie einer optional zusätzlich vorhandenen elektronischen Schaltung. Die bis zu drei elektrisch bestrombaren Stapelteile sind voneinander mittels der vorzugsweise metallisch ausgeführten Stapelteile, also Halteteil und Zwischenflansch, separiert. Dadurch ist eine verbesserte Kühlung und elektromagnetische Abschirmung erreichbar sowie ein kompakter Aufbau.
Das Halteteil und der Zwischenflansch sind vorzugsweise derart geformt, dass die Leiterplatten jeweils in einem Raumbereich angeordnet sind, der vom Zwischenflansch zusammen mit dem Halteteil oder vom Zwischenflansch zusammen mit dem Grundkörper oder vom Halteteil zusammen mit dem Haubenteil begrenzt und umgeben ist. Hierzu ist jedes der beiden Teile in einem ersten radial äußeren Bereich axial verdickt ausgeführt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Bremse zumindest ein Diagnosemittel zur Erfassung des Wertes zumindest einer Zustandsgröße der Bremse, wobei das Diagnosemittel mit der elektronischen Schaltung elektrisch derart verbunden ist, dass die erfassten Werte vom Diagnosemittel an die elektronische Schaltung geleitet werden, wobei die elektronische Schaltung mit der Signalelektronik, insbesondere mit der ersten Leiterplatte, derart verbunden ist, dass die erfassten Werte von der elektronischen Schaltung zur Signalelektronik und von deren Datenschnittstelle zum Wechselrichter weitergleitet werden, insbesondere wobei der Wechselrichter derart geeignet ausgeführt ist, dass das Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerinformation, abhängig von den durch das Diagnosemittel erfassten Werten erzeugt wird, insbesondere wobei die Zustandsgröße die Temperatur der Bremse ist oder der Verschleißzustand eines Bremsbelags der Bremse ist, insbesondere wobei das Diagnosemittel ein Temperatursensor oder ein Sensor zur Erfassung des Verschleißes eines Bremsbelags der Bremse ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse nur angesteuert wird, wenn die Diagnoseinformation dies erlaubt. Hierzu wird die Diagnoseinformation über den Datenknoten übertragen und bei der Erzeugung der Ansteuerinformation für die Bremse, insbesondere also im Wechselrichter, berücksichtigt. Somit ist eine erhöhte Sicherheit erreichbar und die Signalelektronik muss keine aufwendige Auswertemittel aufweisen, also auch nur ein geringes Bauvolumen beanspruchen. Somit ist das Antriebssystem kompakt ausführbar. Die Rechenleistung des Wechselrichters, insbesondere der Steuerelektronik des Wechselrichters ist derart ausreicheichend, dass für die Verarbeitung der Diagnoseinformation und für die Erzeugung der Ansteuerimpulse keine zusätzliche Hardware notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse auf, welche eine Spule aufweist, welche aus einer elektronischen Schaltung versorgbar ist, die abhängig von einem Ansteuersignal die Spule speist, wobei das Ansteuersignal von der ersten Leiterplatte der elektronischen Schaltung zugeleitet wird, wobei die elektronische Schaltung auf der von der ersten Leiterplatte abgewandten Seite des Halteteils angeordnet ist, insbesondere zwischen dem Haubenteil und dem Halteteil, wobei das Blechteil an der elektronischen Schaltung abgestützt ist, insbesondere also zwischen der elektronischen Schaltung und dem Haubenteil elastisch vorgespannt angeordnet ist, insbesondere wobei das Blechteil als Biegeteil ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Signalelektronik der ersten Leiterplatte nicht nur zum Erfassen der Winkellage, sondern auch zur Erzeugung der Ansteuerimpulse für die Bremse vorgesehen ist, wobei die Versorgungsspannung für die Bremse im Winkelsensor erzeugt und gesteuert wird und der im Elektromotor angeordneten, vom Winkelsensor beabstandeten Bremse zugeleitet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rotor mittels zweier im Gehäuse des Elektromotors aufgenommener Lager drehbar gelagert, insbesondere wobei das Gehäuse ein Statorgehäuse aufweist und zwei voneinander beabstandete, jeweils mit dem Statorgehäuse verbundene Lagerflansche, in denen jeweils eines der beiden Lager aufgenommen ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Rotor selbst unabhängig von der Hohlwelle des Winkelsensors drehbar gelagert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt der Schraubenkopf einer ersten in eine Gewindebohrung der Rotorwelle eingeschraubte Schraube die Hohlwelle an die Rotorwelle an, wobei im Schraubenkopf ein Dauermagnet aufgenommen ist, insbesondere dessen Schwerpunkt in der Drehachse der Hohlwelle angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Gesamtzahl der vom Rotorteil zurückgelegten Umdrehungen erfassbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte mit einem magnetfeldsensitiven Sensor, insbesondere Impulsdrahtsensor und/oder Wiegandsensor, bestückt, welcher in Wirkverbindung mit dem Dauermagnet ist, insbesondere wobei ein auf der ersten Leiterplatte bestückter Zähler zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen der Rotorwelle vom Sensor elektrisch versorgbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei ausgefallener Stromversorgung der Zähler aus der Energie der Impulse selbst mit Energie versorgbar ist. Somit ist ein Erfassen der zurückgelegten ganzen Umdrehungen in einfacher Weise und stets ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die als Spulenwicklungen ausgebildeten Leiterbahnen der zweiten Leiterplatte in Wirkverbindung mit der Maßverkörperung des Scheibenteils und die Signalelektronik der ersten Leiterplatte ist mit den Spulenwicklungen elektrisch verbunden und dazu geeignet ausgeführt, die Winkellage des Scheibenteils bezogen auf die zweiten Leiterplatte zu bestimmen. Von Vorteil ist dabei, dass
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt das Scheibenteil einen ersten Radialabstandsbereich, insbesondere bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle, wobei das Hohlteil radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke aufweist als in dem ersten Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass das Scheibenteil eine Maßverkörperung aufweist und präzise zentriert und ausgerichtet ist. Denn die Zentrierung erfolgt am Wellenzapfen, insbesondere Domabschnitt, der Hohlwelle.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist wobei der Zwischenflansch radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke auf als in dem ersten Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass die elektronischen Bauelemente der ersten Leiterplatte im ersten Radialabstandsbereich anordenbar sind und dort abgeschirmt und gehäusebildend umgeben sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Schaltung mittels Vergussmasse vergossen und/oder ist in einem Gehäuse angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Abstützen des Blechteils in einfacher Weise und bei isolationsfestem Abstand ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Hohlteil und dem Zwischenflansch eingespannt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Leiterplatte mechanisch stabil gehalten ist und die auf der ersten Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente vor elektromagnetischer Störstrahlung geschützt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Zwischenflansch und dem Grundkörper eingespannt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die zweite Leiterplatte mechanisch stabil gehalten ist und die auf der zweiten Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente vor elektromagnetischer Störstrahlung geschützt sind. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraubachse der ersten Schraube koaxial zur Drehachse der Rotorwelle ausgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass der mittig im Schraubenkopf sitzende Dauermagnet am auf der zweiten Leiterplatte angeordneten Impulsdrahtsensor pro Umdrehung genau einen Impuls auslöst, so dass ein Zähler aus der Anzahl der Impulse und der Drehrichtung die Gesamtanzahl der Umdrehungen bestimmen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der vom Schraubenkopf der ersten Schraube und/oder der vom Dauermagnet in axialer Richtung überdeckte Bereich von dem vom Zwischenflansch in axialer Richtung überdeckten Bereich umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die erste Schraube durch eine Ausnehmung des Zwischenflansches hindurchragt und somit der Winkelsensor nicht nur mittels des Scheibenteils mit Maßverkörperung und mit der zweiten Leiterplatte die Winkellage feinaufgelöst, sondern auch die Anzahl der gesamten Umdrehungen bestimmen kann, indem bei jeder Umdrehung der ersten Schraube samt Dauermagnet ein Spannungsimpuls am Impulsdrahtsensor ausgelöst wird, der auf der zweiten Leiterplatte montierte ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist und/oder sind das Haubenteil und/oder der Grundkörper aus Metall ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr und elektromagnetische Abschirmung erreichbar ist sowie mechanische Stabilität.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist oder sind der Zwischenflansch und/oder das Halteteil aus Metall ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr und elektromagnetische Abschirmung erreichbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein Querschnitt durch einen für einen Elektromotor vorgesehenen Winkelsensor dargestellt.
Wie in Figur 1 dargestellt, weist der Winkelsensor einen relativ zu einem stationären Teil drehbar gelagerten Teil auf, welcher drehfest mit der dem Rotor des Elektromotors verbindbar ist. Insbesondere ist hierzu eine Rotorwelle 1 des Winkelsensors mit dem Rotor des Elektromotors verbindbar oder einstückig, insbesondere einstückig, ausbildbar.
Der Elektromotor weist ein Statorgehäuse auf, zu welchem der Rotor drehbar gelagert ist.
Ein vorzugsweise topfförmig ausgeformter Grundkörper 14 ist mit dem Statorgehäuse drehfest verbindbar.
Mit dem Grundkörper 14 ist ein Haubenteil 6 verbunden, welches zusammen mit dem Grundkörper 14 ein Gehäuse des Winkelsensors ausbildet.
Das Haubenteil 6 ist vorzugsweise aus Metall ausgeführt, insbesondere so dass eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügbar ist.
Die Rotorwelle 1 weist an ihrer dem Haubenteil 6 zugewandten Stirnseite eine Bohrung, insbesondere Gewindebohrung, auf in welche eine Schraube 11 eingeschraubt ist, deren Schraubenkopf ein Hohlwelle 13 an die Rotorwelle 1, insbesondere an die Stirnseite der Rotorwelle 1 , andrückt. Auf diese Weise ist die Hohlwelle 13 mit der Rotorwelle 1 drehfest verbunden.
Die Bohrungsachse der Bohrung ist koaxial, insbesondere konzentrisch, zur Drehachse der Rotorwelle 1 ausgerichtet.
Im Schraubenkopf, insbesondere an der von der Rotorwelle 1 abgewandten Stirnseite des Schraubenkopfes, ist ein Dauermagnet 10 in einer Ausnehmung, insbesondere Vertiefung, des Schraubenkopfes angeordnet. Der Dauermagnet 10 dient als Geber für eine Erkennung der ganzzahligen Umdrehungen der Rotorwelle 1.
Die Hohlwelle 13 weist einen Oberflächenabschnitt auf, welcher eben ausgeführt ist und an einer einzigen axialen Position angeordnet ist. Die axiale Richtung ist hierbei parallel zur Drehachse der Rotorwelle 1 ausgerichtet.
Vorzugsweise ist die Hohlwelle 13 als rotationssymmetrisches Teil ausgeführt.
An dem Oberflächenabschnitt ist ein ringförmiges Scheibenteil 12, insbesondere Targetscheibe, angelegt.
Dafür weist das Scheibenteil 12 ein mittig angeordnetes axial durchgehendes Loch auf, durch welches ein zylindrischer Abschnitt der Hohlwelle 13 hindurchragt. Auf diese Weise ist das Scheibenteil 12 auf den zylindrischen Abschnitt der Hohlwelle 13 aufsteckbar ist und dadurch vom Abschnitt präzise in radialer Richtung zentrierbar ist. Durch Anlegen an den Oberflächenabschnitt und nachfolgendes Verbinden, insbesondere stoffschlüssiges Verbinden mit der Hohlwelle 13 ist das Scheibenteil parallel zum ebenen Oberflächenabschnitt ausgerichtet.
Das Scheibenteil 12 ist als Targetscheibe ausgeführt. Insbesondere weist das Scheibenteil 12 also eine Maßverkörperung auf, die in Wechselwirkung mit den als Spulenwicklungen ausgeformten Leiterbahnen einer Leiterplatte 9 in Wirkverbindung tritt.
Das Scheibenteil 12 weist als Maßverkörperung ferromagnetische Strukturen auf oder Spulenwicklungen, die derart ausgebildet sind, dass die induktive Kopplung zu den Spulenwicklungen der Leiterplatte 9 von der Winkelstellung des Scheibenteils 12 abhängt und somit durch Bestimmung der Induktivität der Spulenwicklungen die zur Leiterplatte 9 relative Drehwinkellage des Scheibenteils 12 bestimmbar ist.
Die Leiterplatte 9 liegt an einem Vorsprung des Grundkörpers 14 auf und wird vom Zwischenflansch 8 an diesen Vorsprung angedrückt. Dabei liegt der Zwischenflansch 8 an der vom Vorsprung abgewandten Seite der Leiterplatte 9 auf. Der Zwischenflansch 8 ist mittels Schrauben, deren Schraubenkopf jeweils auf den Zwischenflansch 8 drückt, an den Grundkörper 14 angedrückt und somit mit diesem verbunden.
Auf der von der Leiterplatte 9 abgewandten Seite des Zwischenflansches 8 ist eine Leiterplatte 7 einer Signalelektronik aufgelegt.
Ein Halteteil 3 liegt an der von dem Zwischenflansch 8 abgewandten Seite der Leiterplatte 7 der Signalelektronik an der Leiterplatte 7 an und wird vom Schraubenkopf einer durch das Halteteil 3 und durch die Leiterplatte 7 durchgehenden Schraube 15 an die Leiterplatte 7 angedrückt, die somit an den Zwischenflansch 8 angedrückt wird. Dabei ist die Schraube 15 in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches 8 eingeschraubt.
Auf der von der Leiterplatte 7 abgewandten Seite des Halteteils 3 ist eine elektronische Schaltung 4, insbesondere Gleichrichter, angeordnet, die vorzugsweise mit Vergussmasse vergossen ist oder ein Modulgehäuse aufweist, welches Leistungshalbleiter, wie Dioden oder dergleichen, einhaust.
Zur Abführung der Wärme des Modulgehäuses ist ein elastisch vorgespanntes Blechteil 5 zwischen dem Modulgehäuse und dem Haubenteil 6 angeordnet. Da dieses Blechteil 5 sowohl das Modulgehäuse als auch das Haubenteil 6 berührt, wird ein Wärmestrom vom Modulgehäuse zum Haubenteil 6 verbessert abgeführt.
Die Signalelektronik ist elektrisch verbunden mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 9 und erfasst die induktive Kopplung und/oder Induktivität der als Spulenwicklungen ausgeführten Leiterbahnen der Leiterplatte 9, um die Winkellage zu bestimmen.
Die elektronische Schaltung 4 ist zur Versorgung einer Spule einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse vorgesehen. Hierzu weist sie einen Gleichrichter auf, der über das Blechteil 5 und das Haubenteil 6 entwärmt wird. Außerdem weist die elektronische Schaltung 4 einen steuerbaren Halbleiterschalter auf, welcher die der Spule vom Gleichrichter zur Verfügung gestellte Energie steuert, also eine Bestromung oder Nichtbestromung der Spule bewirkt. Das Ansteuersignal des steuerbaren Halbleiterschalters wird von der Signalelektronik auf der Leiterplatte 7 erzeugt, insbesondere in Abhängigkeit von über eine Datenschnittstelle, die auf der Leiterplatte 7 angeordnet ist und zur Datenübertragung zwischen der Signalelektronik und einem den Elektromotor speisenden Umrichter geeignet ist. Hierbei werden die Sensorsignale des Winkelsensors, insbesondere also die erfasste Winkellage des Rotors, von der Leiterplatte 7 an den Umrichter übertragen und die Ansteuersignale für den steuerbaren Halbleiterschalter und somit für die elektromagnetisch betätigbare Bremse, vom Umrichter über die Signalelektronik an die elektronische Schaltung 4.
Auf der Leiterplatte 7 ist auch ein Magnetfeldsensor, insbesondere Wiegandsensor und/oder Hallsensor, bestückt, so dass auch die Winkellage des Dauermagneten detektierbar ist oder zumindest pro jeweilige Umdrehung ein elektrischer Spannungspuls erzeugbar ist. Auf diese Weise ist also mit einem auf der Leiterplatte 7 bestückten Impulsdrahtsensor, insbesondere Wiegandsensor, pro Umdrehung des Rotors ein Spannungspuls erzeugbar, so dass die Gesamtzahl der zurückgelegten Umdrehungen des Rotors durch Zählen der Pulse, insbesondere mittels eines Zählers der Signalelektronik, einfach ausführbar ist.
Da der Zwischenflansch 8 axiale zwischen der Leiterplatte 7 der Signalelektronik und der Leiterplatte 9 mit bestromten Leiterbahnen angeordnet ist und aus metallischem Material ausgeführt ist, ist Wärme von den beiden Leiterplatten über den Zwischenflansch 8 an den Grundkörper 14 abführbar.
Ebenso ist vom Halteteil 3, das axial zwischen der elektronischen Schaltung und der Signalelektronik angeordnet ist, Wärme abführbar ber die Schraube 15 an den Zwischenflansch 8 und von dort an den Grundkörper 14.
Zusätzlich schirmen die metallischen Teile, wie der Zwischenflansch 8 und das Halteteil 3 elektromagnetische Strahlung ab, so dass keine gegenseitige Störung der Signalelektronik, der elektronischen Schaltung und der Messwerteerfassung durch die Leiterplatte 9 bewirkt wird.
Der Stackaufbau, insbesondere stapelmäßige Aufbau, des Winkelsensors ermöglicht also eine effiziente Entwärmung bei gleichzeitig verbesserter Abschirmung gegen störende Strahlung. Im Grundkörper 14 ist ein Lager 3 aufgenommen, mittels dessen die Rotorwelle 1 drehbar gelagert ist. Somit ist der Rotor im Elektromotor mittels zweier Lager und die drehtest mit dem Rotor verbundene Rotorwelle 1 mittels des Lagers 2 drehbar gelagert.
Das Halteteil 3 weist an seinem radial äußeren Bereich eine größere axiale Wandstärke auf als radial innen. Ebenso weist der Zwischenflansch 8 in dem radial äußeren Bereich eine größere axiale Wandstärke auf als weiter innen. Dabei ist eine Vertiefung des Halteteils 3 einer Vertiefung des Zwischenflansches 8 derart zugewandt, dass die Signalelektronik 7 in dem so vom Halteteil 3 zusammen mit dem Zwischenflansch 8 umgebenen Innenraum angeordnet ist.
Somit ist einerseits die Signalelektronik eingehaust und andererseits in allen Richtung möglichst effizient entwärmt.
Die Leiterplatte 7 ist zwischen dem Zwischenflansch 8 und dem Halteteil 3 eingespannt, insbesondere im radial äußeren Bereich.
Erfindungsgemäß ist die Signalelektronik dazu geeignet ausgeführt, die Winkellage der Rotorwelle 1 zu bestimmen, insbesondere wobei hierzu die elektrische Verbindung mit der zweiten Leiterplatte 9, insbesondere also mit den als Spulenwicklungen ausgeführten Leiterbahnen, notwendig ist.
Die Signalelektronik weist darüber hinaus aber auch eine Datenschnittstelle auf, über welche Daten mit einem den Elektromotor speisenden Wechselrichter insbesondere eines Umrichters austauschbar sind. Der Wechselrichter stellt der Statorwicklung des Elektromotors eine Drehspannung zur Verfügung, wobei die Drehspannung vom Wechselrichter derart bereitgestellt wird, dass ein Istwert der Winkellage der Rotorwelle auf einen Sollwert hin geregelt wird. Der Wechselrichter weist hierzu einen Regler auf, dem die mit dem Winkelsensor bestimmte Winkellage der Rotorwelle als Winkelinformation zugeführt wird. Zum Ansteuern der Bremse wird eine entsprechende Steuerinformation vom Wechselrichter über die Datenschnittstelle zur Signalelektronik geleitet, die dann diese Steuerinformation aus dem über die Datenschnittstelle empfangenen Datenstrom herausfiltert und an die elektronische Schaltung weiterleitet. Die elektronische Schaltung bestromt dann die Spule der elektromagnetisch betätigbaren Bremse abhängig von dieser Steuerinformation. Insbesondere wird also die Spule der Bremse bestromt oder nicht bestromt. Beim Bestromen der Spule wird eine ferromagnetische Ankerscheibe entgegen der von an einem Magnetkörper der Bremse abgestützten Federelementen zur Spule hingezogen. Die Spule ist in einer Vertiefung des Magnetkörpers eingelegt.
Bei Nichtbestromung der Spule wird die Ankerscheibe von den Federelementen von der Spule weggedrückt, so dass die Ankerscheibe auf einen Bremsbelagträger gedrückt wird, der drehfest auf dem Rotor befestigt ist und in axialer Richtung verschiebbar ist. Hierzu weist der Bremsbelagträger eine Innenverzahnung auf, die im Eingriff steht mit der Außenverzahnung eines ringartigen Mitnehmers, der auf den Rotor aufgesteckt und mit diesem drehfest verbunden ist, insbesondere mittels Passfederverbindung.
Somit wird dann der Bremsbelagträger von der Ankerscheibe auf eine Bremsfläche gedrückt, die vorzugsweise an einem Lagerflansch des Gehäuses des Elektromotors ausgebildet ist. Bei Bestromung hingegen wird der Bremsbelagträger frei gegeben, da die Ankerscheibe vom Bremsbelagträger weggezogen wird zum Magnetkörper hin. Die Ankerscheiben befindet sich axial zwischen dem Magnetkörper und dem Bremsbelagträger. Der Bremsbelagträger befindet sich axial zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe.
In Weiterbildung weist die Bremse Diagnosemittel auf, insbesondere beispielsweise einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Magnetkörpers und/oder einen Sensor zur Erfassung der Bremsbelagdicke des Bremsbelagträgers, damit ein Verschleiß des Bremsbelags frühzeitig erkennbar ist. Die Signale des oder der Diagnosemittel werden der elektronischen Schaltung zugeleitet und von dort an die Signalelektronik weitergeleitet und von dort über die Schnittstelle dem Wechselrichter, insbesondere Umrichter zugeleitet. Der Wechselrichter ist derart geeignet ausgeführt, dass die Steuerinformation in Abhängigkeit von den Signalen des oder der Diagnosemittel vom Wechselrichter erzeugt wird.
Wenn beispielsweise die Temperatur der Bremse, insbesondere des Magnetkörpers und somit der Spule der Bremse, zu hoch ist oder der Bremsbelag einen kritischen Verschleißbetrag überschreitet, wird die Bremse nicht mehr gelüftet, sondern bleibt eingefallen. Die Ansteuerung der Bremse wird also in Abhängigkeit von den Diagnosesignalen, insbesondere also abhängig von der Diagnoseinformation, ausgeführt. Die elektronische Schaltung ist also von dem Wechselrichter steuerbar, wobei die Steuerinformation vom Wechselrichter über die Schnittstelle der Signalelektronik und dann von der Signalelektronik zur elektronischen Schaltung übertragen wird. Dieses letztgenannte Übertragen wird entweder über eine Steckverbindung zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte 7 und 9 ausgeführt oder über eine berührungslose Schnittstelle, insbesondere Funkkommunikationsschnittstelle und/oder Nahfeldkommunikationsschnittstelle.
Die Leiterplatte 9, insbesondere welche die als Messspulen fungierenden Spulenwicklungen aufweist, ist zwischen dem Grundkörper 14 und dem Zwischenflansch 8 eingespannt insbesondere im radial äußeren Bereich. Allerdings wird die Leiterplatte 9 bei der Herstellung des Winkelsensors vor dem Einspannen zwischen dem Grundkörper 14 und dem Zwischenflansch 8 an der Hohlwelle 13 zentriert.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist das Scheibenteil 12 als Leiterplatte ausgeführt und somit kostengünstig herstellbar.
Bezugszeichenliste
1 Rotorwelle
2 Lager
3 Halteteil, insbesondere Halterung
4 elektronische Schaltung, insbesondere Gleichrichter
5 Blechteil
6 Haubenteil
7 Leiterplatte einer Signalelektronik
8 Zwischenflansch
9 Leiterplatte mit als Spulen ausgebildeten Leiterbahnen
10 Dauermagnet
11 Schraube
12 Scheibenteil, insbesondere Targetscheibe
13 Hohlwelle
14 Grundkörper, insbesondere topfförmiger Grundkörper
15 Schraube

Claims

Patentansprüche:
1. Antriebssystem, aufweisend einen Elektromotor mit Winkelsensor und einen den Elektromotor speisenden Wechselrichter, insbesondere Umrichter, wobei der Winkelsensor eine Rotorwelle, eine elektronische Schaltung (4), eine Signalelektronik mit erster Leiterplatte (7) und Datenschnittstelle, eine zweite Leiterplatte (9), ein Scheibenteil, insbesondere mit Maßverkörperung, und eine Hohlwelle umfasst, insbesondere mit seinem Gehäuse zumindest teilweise umgibt, wobei die Rotorwelle des Winkelsensors mit einem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist, insbesondere einstückig mit dem Rotor ausgeführt ist, insbesondere wobei der Winkelsensor innerhalb des Gehäuses des Elektromotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenteil mit der Hohlwelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist, insbesondere welche in Wirkverbindung mit der Maßverkörperung des Scheibenteils sind, wobei der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufweist, welche eine Spule aufweist, welche mittels einer elektrischen Leitung mit der elektronischen Schaltung /4) verbunden ist, wobei die elektronische Schaltung (4) geeignet ausgeführt ist, die Spule abhängig von einem Ansteuersignal, insbesondere abhängig von einer Ansteuerinformation, elektrisch zu versorgen und/oder zu speisen, wobei die Signalelektronik ein Filtermittel, insbesondere auf der ersten Leiterplatte, aufweist, welches geeignet ist, aus den vom Wechselrichter über die Datenschnittstelle an die Signalelektronik übertragenen Daten das Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerinformation, herauszufiltern und der elektronischen Schaltung (4) zuzuleiten, wobei die Datenschnittstelle für bidirektionale Datenübertragung geeignet ausgeführt ist, die vom Winkelsensor erfassten Werte der Winkellage der Rotorwelle von der Signalelektronik, insbesondere von der ersten Leiterplatte, zum Wechselrichter zu übertragen.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1 , wobei der Winkelsensor einen Grundkörper, ein Haubenteil, ein Halteteil und einen Zwischenflansch, aufweist, wobei das Scheibenteil auf die Hohlwelle aufgesteckt ist, insbesondere zur Zentrierung in radialer Richtung spielfrei aufgesteckt ist, und an einer Wellenstufe und/oder an einem ebenen Oberflächenbereich der Hohlwelle, insbesondere der an einer einzigen axialen Position angeordnet ist, anliegt, wobei die zweite Leiterplatte als Spulenwicklung fungierende und/oder ausgebildete Leiterbahnen aufweist und zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenflansch insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Zwischenflansch vom Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Grundkörpers eingeschraubten weiteren Schraube zum Grundkörper hingedrückt wird, wobei die erste Leiterplatte zwischen dem Zwischenflansch und dem Halteteil insbesondere eingespannt gehalten ist, wobei der Schraubenkopf einer in eine Gewindebohrung des Zwischenflansches eingeschraubten Schraube das Halteteil zum Zwischenflansch hin drückt, wobei ein elastisch vorgespanntes, am Haubenteil abgestütztes Blechteil zwischen dem Halteteil und dem Haubenteil angeordnet ist.
3. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse zumindest ein Diagnosemittel zur Erfassung des Wertes zumindest einer Zustandsgröße der Bremse umfasst, wobei das Diagnosemittel mit der elektronischen Schaltung (4) elektrisch derart verbunden ist, dass die erfassten Werte vom Diagnosemittel an die elektronische Schaltung (4) geleitet werden, wobei die elektronische Schaltung (4) mit der Signalelektronik, insbesondere mit der ersten Leiterplatte, derart verbunden ist, dass die erfassten Werte von der elektronischen Schaltung (4) zur Signalelektronik und von deren Datenschnittstelle zum Wechselrichter weitergleitet werden, insbesondere wobei der Wechselrichter derart geeignet ausgeführt ist, dass das Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerinformation, abhängig von den durch das Diagnosemittel erfassten Werten erzeugt wird, insbesondere wobei die Zustandsgröße die Temperatur der Bremse ist oder der Verschleißzustand eines Bremsbelags der Bremse ist, insbesondere wobei das Diagnosemittel ein Temperatursensor oder ein Sensor zur Erfassung des Verschleißes eines Bremsbelags der Bremse ist.
4. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung auf der von der ersten Leiterplatte (7) abgewandten Seite des Halteteils angeordnet ist, insbesondere zwischen dem Haubenteil und dem Halteteil, wobei das Blechteil an der elektronischen Schaltung abgestützt ist, insbesondere also zwischen der elektronischen Schaltung und dem Haubenteil elastisch vorgespannt angeordnet ist, insbesondere wobei das Blechteil als Biegeteil ausgeführt ist.
5. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mittels zweier im Gehäuse des Elektromotors aufgenommener Lager drehbar gelagert ist, insbesondere wobei das Gehäuse ein Statorgehäuse aufweist und zwei voneinander beabstandete, jeweils mit dem Statorgehäuse verbundene Lagerflansche, in denen jeweils eines der beiden Lager aufgenommen ist.
6. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf einer ersten in eine Gewindebohrung der Rotorwelle eingeschraubte Schraube die Hohlwelle an die Rotorwelle andrückt, wobei im Schraubenkopf ein Dauermagnet aufgenommen ist, insbesondere dessen Schwerpunkt in der Drehachse der Hohlwelle angeordnet ist.
7. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte mit einem magnetfeldsensitiven Sensor, insbesondere Impulsdrahtsensor und/oder Wiegandsensor, bestückt ist, welcher in Wirkverbindung mit dem Dauermagnet ist, insbesondere wobei ein auf der ersten Leiterplatte bestückter Zähler zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen der Rotorwelle vom Sensor elektrisch versorgbar ist.
8. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Spulenwicklungen ausgebildeten Leiterbahnen der zweiten Leiterplatte in Wirkverbindung mit der Maßverkörperung des Scheibenteils sind und die Signalelektronik der ersten Leiterplatte mit den Spulenwicklungen elektrisch verbunden ist und dazu geeignet ausgeführt ist, die Winkellage des Scheibenteils bezogen auf die zweiten Leiterplatte zu bestimmen.
9. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenteil einen ersten Radialabstandsbereich überdeckt, insbesondere bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle, wobei das Hohlteil radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke aufweist als in dem ersten Radialabstandsbereich und/oder wobei der Zwischenflansch radial außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs eine axial größere Dicke aufweist als in dem ersten Radialabstandsbereich.
10. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung mittels Vergussmasse vergossen ist und/oder in einem Gehäuse angeordnet ist.
11. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Hohlteil und dem Zwischenflansch eingespannt angeordnet ist.
12. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leiterplatte, insbesondere außerhalb des ersten Radialabstandsbereichs, zwischen dem Zwischenflansch und dem Grundkörper eingespannt angeordnet ist.
13. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubachse der ersten Schraube koaxial zur Drehachse der Rotorwelle ausgerichtet ist.
14. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der vom Schraubenkopf der ersten Schraube und/oder der vom Dauermagnet in axialer Richtung überdeckte Bereich von dem vom Zwischenflansch in axialer Richtung überdeckten Bereich umfasst ist.
15. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haubenteil und/oder der Grundkörper aus Metall ausgeführt ist oder sind.
16. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenflansch und/oder das Halteteil aus Metall ausgeführt ist oder sind.
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