WO2003100950A1 - Elektromotorischer stellantrieb - Google Patents

Elektromotorischer stellantrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2003100950A1
WO2003100950A1 PCT/DE2003/000938 DE0300938W WO03100950A1 WO 2003100950 A1 WO2003100950 A1 WO 2003100950A1 DE 0300938 W DE0300938 W DE 0300938W WO 03100950 A1 WO03100950 A1 WO 03100950A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
rotor
actuator according
air gap
actuator
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/000938
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Schmitt
Karsten Mann
Michael Sommerer
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP03724839A priority Critical patent/EP1512213A1/de
Publication of WO2003100950A1 publication Critical patent/WO2003100950A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F16K11/087—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug
    • F16K11/0873—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug the plug being only rotatable around one spindle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F16K31/042—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves with electric means, e.g. for controlling the motor or a clutch between the valve and the motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • the invention relates to an electromotive actuator according to the preamble of claim 1.
  • Such actuators are fundamentally known, the device for contactless Positionserfas solution of the drive motor, for example, the approach to certain angular positions.
  • Electronically commutable DC synchronous motors are preferably used because of their high dynamics and freedom from maintenance.
  • the electromotive actuator according to the generic term is equipped with position sensors which are spatially assigned to a magnetic field guide device for the rotor magnetic field.
  • a simple and wear-free design is obtained, which ensures high positioning accuracy without additional encoders, such as additional positioning magnets on the rotor shaft.
  • the magnetic field guiding device ensures, in particular, that a predetermined, defined magnetic field runs in the vicinity of the position sensors, with smaller mounting errors of the sensors occurring in manufacturing practice having practically no effect on the measurement signal. The dependence of the positioning accuracy on the installation position of the sensors can be significantly reduced.
  • Hall sensors with an analog output as position sensors has proven to be advantageous, because sensors of this type represent inexpensive components which are insensitive to corrosion, which are mine. their analog output signals always enable a clear position determination and thus a defined current supply to the important points in the stator of the motor.
  • the Hall sensors can easily be arranged directly in the air gap between the rotor and the magnetic field guiding device, since this can be dimensioned independently of the other design of the motor.
  • the magnetic field strength required for the control and determined by the design of the magnetic field guiding device can be specified very precisely.
  • a particularly advantageous embodiment of the magnetic field guiding device is obtained if it is designed as an axial extension of the stator and is designed in a ring shape. This creates an approximately homogeneous magnetic field between the magnetic field guiding device and the end of the rotor protruding axially beyond the stator in this area, so that minor inaccuracies with regard to the installation position of the position sensors have no significant influence on the measured field strength.
  • Magnetic field guide is designed annular. Such an arrangement is particularly easy to manufacture and generates an essentially constant magnetic field in the measuring range of the position sensors. For certain positioning tasks, however, it can also be advantageous to make the air gap between the rotor and the ring-shaped magnetic field guiding device discontinuous with a reduced air gap width and magnetic field concentration in one or more predetermined areas of its area. In this way, the positioning accuracy in the area of a magnetic field concentration can be further increased due to the higher field line density.
  • Such a discontinuous magnetic field is achieved in a particularly simple manner by varying the thickness of the magnetic field guiding device over the circumference of the rotor.
  • the measuring range can also be achieved by a different shape of the rotor end facing the magnetic field guiding device. This design can be particularly advantageous if the magnetic field guiding device is manufactured in one piece with the stator iron of the motor.
  • the actuator according to the invention is particularly suitable for producing a so-called direct actuator, the shaft of the rotor being connected directly to the actuator.
  • Such direct drives work without an intermediate transmission, which is why particularly high demands must be made on the exact positioning of the rotor, which are met particularly well and inexpensively by the measures according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an electromotive actuator according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through an actuator in the area of the magnetic field device in a first embodiment
  • Figure 3 shows a cross section through an actuator in a second embodiment of the magnetic field guide
  • Figure 4 is an exploded perspective view of an actuator according to the invention for a valve in the engine cooling circuit of a motor vehicle.
  • 10 is a schematically illustrated electronically commutatable DC synchronous motor.
  • stator 12 and its rotor 14 and the rotor shaft 16 are shown.
  • Stator 12 a ring-shaped stator 12 and its rotor 14 and the rotor shaft 16 are shown.
  • Stator 12 a ring-shaped stator 12 and its rotor 14 and the rotor shaft 16 are shown.
  • Stator 12 a ring-shaped stator 12 and its rotor 14 and the rotor shaft 16 are shown.
  • Stator 12 a ring-shaped
  • Magnetic field guide device 18 which terminates approximately in the axial direction with the end face of the rotor 14.
  • the stator 12 is equipped with a three-strand excitation winding (not shown in FIG. 1 for the sake of clarity).
  • the magnetic field of the rotor 14 is generated by permanent magnets, also not shown.
  • Three Hall sensors 22 arranged symmetrically in the air gap 20 between the rotor 14 and the magnetic field guiding device 18 serve to detect the position of the rotor 14.
  • One of the three Hall sensors 22 can optionally also be saved if the signals of the other two Hall sensors are linked to one another in a suitable, known manner Determination of the current supply status for the third line.
  • FIG. 2 shows a section through the motor 10 in the area of the magnetic field guiding device 18. which is circular in this embodiment, so that an essentially constant and homogeneous magnetic field 24 arises in the air gap 20.
  • the rotor 14 is equipped with two permanent magnetic pole pairs N, S. With the rotation of the rotor 14, the magnetic field 24 in the air gap 20 between the permanent magnets of the rotor 14 and the annular magnetic field guiding device consisting of magnetically conductive material changes continuously.
  • the output signal of an analog Hall sensor 22 is determined by the magnetic induction penetrating it vertically and, in the case of the symmetrical, concentric arrangement according to FIG.
  • the parts corresponding to Figure 2 are provided with the same reference numerals.
  • the ring-shaped magnetic field device 18 does not have a uniform thickness but a discontinuously increasing or decreasing thickness, as a result of which an increased or decreased symmetrical distribution over the air gap 20
  • Magnetic field concentration results.
  • the rotor 14 in FIG. 3 also has two pole pairs.
  • the magnetic field guiding device 18 is designed in such a way that there are four regions with an enlarged air gap and four regions with a reduced air gap 20. This results in a reduced 28 or an enlarged 26 magnetic field concentration compared to the arrangement in FIG. 2.
  • the output signal of the analog Hall sensors 22 consequently no longer runs sinusoidally, but has a flatter course in the region of the zero crossings and a steeper course in each case . the maxima and minima. This causes a higher field line density of the magnetic field 24 in the areas of reduced air gap width and enables an increase in the measurement value resolution in the areas 26 of greater field line density.
  • FIG. 1 An alternative to the arrangement according to FIG. 3 with regard to the variation of the magnetic field concentration in the air gap 20 between the permanent magnetic rotor 14 and the magnetic field guiding device 18 is indicated in FIG. 1 by a dashed line. This symbolizes the possibility of shortening the rotor end 30 in predetermined areas, which likewise leads to fluctuations in the magnetic field concentration over the circumference of the air gap 20. With this measure, an effect similar to that of a configuration of the magnetic field guiding device 18 in the embodiment according to FIG. 3 can be achieved.
  • Figure 4 shows an application example of the actuator according to the invention in the form of a direct drive of a controllable valve 32 for the cooling circuit of a motor vehicle.
  • the shaft 16 of the motor 10 is here connected directly to an actuator 34 designed as a ball valve, which, in order to regulate the thermal management in the cooling circuit of the motor vehicle, has an inlet 36 of the valve 32 with the cooling water supply completely or partially in each case with an outlet 38 to the engine block or during the warm-up phase connects with a bypass 40 in order to accelerate the warm-up phase without cooling.
  • FIG. 4 thus again illustrates the possibility of ensuring the exact positioning by the inventive design of an actuator, which is particularly advantageous for the construction of a direct actuator without an intermediate gear.
  • the magnetic field guide device 18 With regard to the design of the magnetic field guide device 18, there is the possibility of a one-piece design of the Stator 12 and the magnetic field guide 18 to reduce the cost of manufacturing the actuator.
  • the magnetic field guiding device is molded directly from the solid material during the manufacture of the stator 12, so that no additional part and no additional manufacturing and assembly steps are required.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

Es wird ein elektromotorischer Stellantrieb vorgeschlagen mit einem elektronisch kommutierbaren Gleichstrom-Synchronmotor (10) und einer mit Positionssensoren arbeitenden Vorrichtung zur beriihrungslosen Positionserfassung des Rotors (14) des Motors (10). Der erfindungsgemässe Stellantrieb ist insbesondere geeignet zum direkten Antrieb des Stellgliedes (34) einer Ventilanordnung (32) in einem Kraftfahzeug, vorzugsweise im Motorkühlkreislauf oder als Drosselklappe. Eine hohe Positioniergenauigkeit wird dadurch erreicht, dass die Positionssensoren (22) räumlich einer Magnetfeldleitvorrichtung (18) für das Rotormagnetfeld (24) zugeordnet sind.

Description

Elektromotorischer Stel lantrieb
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Stellantrieb nach der Gattung des Anspruchs 1 . Derartige Stellantriebe sind grundsatzlich bekannt , wobei die Vorrichtung zur behuhrungslosen Positionserfas sung des Antriebsmotors beispielweise dem Anfahren bestimmter Winkelpositionen dient . Elektronisch kommutierbare Gleichstrom-Synchronmotoren werden dabei vorzugsweise verwendet wegen ihrer hohen Dynamik und ihrer Wartungsfreiheit .
Erf mdungsgemaß ist der elektromotorische Stellantrieb gemäß Gattungsbegriff mit Positionssensoren ausgestattet , welche räumlich einer Magnetf eldleitvorπchtung für das Rotormagnetfeld zugeordnet sind . Auf diese Weise erhalt man eine einfache und verschleißfreie Bauform, welche ohne zusätzliche Geber wie zum Beispiel zusätzliche Positioniermagnete an der Rotorwelle eine hohe Positioniergenauigkeit gewährleistet . Durch die Magnetfeldleitvorπchtung ist insbesondere sichergestellt , dass im Umfeld der Positionssensoren ein vorgegebenes , definiertes Magnetfeld verlauft , wobei kleinere m der Fertigungspraxis vorkom mende Montagefehler der Sensoren praktisch keinen Emflus s auf das Messsignal haben . Die Abhängigkeit der Stellgenauigkeit von der Einbauposition der Sensoren kann dadurch entscheidend verringert werden .
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung von wenigstens zwei Hallsensoren mit analogem Ausgang als Positionssensoren erwiesen, weil derartige Sensoren preiswerte und srorungsunempf mdliche Bauelemente darstellen, welche mir. ihren analogen Ausgangssignalen stets eine eindeutige Positionsbestimmung und somit eine definierte Bestromung der Wichklungen im Stator des Motors ermöglichen. Die Hallsensoren können problemlos direkt im Luftspalt zwischen dem Rotor und der Magnetfeldleitvorrichtung angeordnet, da dieser unabhängig von der sonstigen Bauform des Motors bemessen werden kann. Die für die Steuerung benötigte und durch die Gestaltung der Magnetfeldleitvorrichtung bestimmte magnetische Feldstärke kann sehr präzise vorgegeben werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Magnetfeldleitvorrichtung ergibt sich, wenn diese als axiale Verlängerung des Stators ausgebildet und ringförmig gestaltet ist. Hierbei entsteht zwischen der Magnetfeldleitvorrichtung und dem in diesem Bereich in axialer Richtung über den Stator hinausragenden Ende des Rotors ein annähernd homogenes Magnetfeld, so dass kleinere Ungenauigkeiten hinsichtlich der Einbaulage der Positionssensoren keinen nennenswerten Einfluss auf die gemessene Feldstärke haben.
Für eine sinusförmige Bestromung mittels sinusförmiger Positionssignale ist es zweckmässig, wenn die
Magnetfeldleitvorrichtung kreisringförmig gestaltet ist. Eine derartige Anordnung ist besonders einfach herstellbar und erzeugt ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld im Messbereich der Postionssensoren. Für bestimmre Positionierungsaufgaben kann es jedoch auch vorteilhaft sein, den Luftspalt zwischen dem Rotor und der ringförmigen Magnetfeldleitvorrichtung diskontinuierlich zu gestalten mit verringerter Luftspaltbreite und Magnetfeldkonzentration in einem oder mehreren vorgegeben Bereichen seines üitifangs . Auf diese Weise kann die Positioniergenauigkeit im Bereich einer Magnetfeldkonzentration aufgrund der höheren Feldliniendichte noch weiter gesteigert werden. Ein derariges diskontinuierliches Magnetfeld wird in besonders einfacher Weise dadurch erreicht, dass die Dicke der Magnetfeldleitvorrichtung über dem Umfang des Rotors variiert wird. Die unterschiedliche Magnetfeldkonzentration im Messbereich kann jedoch auch durch eine unterschiedliche Ausformung des der Magnetfeldleitvorrichtung zugewandten Rotorendes erreicht werden. Diese Bauform kann besonders dann Vorteile bringen, wenn die Magnetfeldleitvorrichtung einteilig mit dem Statoreisen des Motors gefertigt wird.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb eignet sich besonders zur Herstellung eines sogenannten Direktstellers, wobei die Welle des Rotors direkt mit dem Stellglied verbunden ist. Derartige Direktantriebe arbeiten ohne zwischengeschaltetes Getriebe, weshalb an die exakte Positionierung des Rotors besonders hohe Anforderungen gestellt werden müssen, welche durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besonders gut und preiswert erfüllt werden.
Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfingung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren.
Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektromotorischen Stellantrieb,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen Stellantrieb im Bereich der Magnetfeldletvorrichtung in einer ersten Ausführungsform ,
Figur 3 einen Querschnitt durch einen Stellantrieb in einer zweiten Ausführungsform der Magnetfeldleitvorrichtung und
Figur 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Stellantriebs für ein Ventil im Motorkühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit 10 ein schematisch dargestellter elektronisch kommutierbarer Gleichstrom-Synchronmotor bezeichnet. In der Figur sind hiervon nur sein Stator 12 und sein Rotor 14 sowie die Rotorwelle 16 dargestellt. In axialer Verlängerung sitzt auf dem. Stator 12 eine ringförmig gestaltete
Magnetfeldleitvorrichtung 18, welche in axialer Richtung etwa mit der Stirnfläche des Rotors 14 abschließt. Der Stator 12 ist mit einer in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten dreisträngigen Erregerwicklung ausgestattet, das Magnetfeld des Rotors 14 wird durch ebenfalls nicht dargestellte Permanentmagnete erzeugt. Zur Positionserfassung des Rotors 14 dienen drei im Luftspalt 20 zwischen dem Rotor 14 und der Magnetfeldleitvorrichtung 18 symmetrisch angeordnete Hallsensoren 22. Einer der drei Hallsensoren 22 kann gegebenenfalls auch eingespart werden, wenn die Signale der beiden anderen Hallsensoren in geeigneter, bekannter Weise miteinander verknüpft werden zur Ermittlung des Bestromungszustandes für den dritten Strang.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Motor 10 im Bereich der Magnetfeldleitvorrichtung 18,. welche in dieser Ausführungsform kreisringförmig ausgebildet ist, so dass im Luftspalt 20 ein im Wesentlichen konstantes und homogenes Magnetfeld 24 entsteht. Der Rotor 14 ist bei der Anordnung gemäß Figur 2 mit zwei permanentmagnetischen Polpaaren N, S ausgestattet. Mit der Drehung des Rotors 14 ändert sich das Magnetfeld 24 im Luftspalt 20 zwischen den Permanentmagneten des Rotors 14 und der aus magnetisch leitfähigem Material bestehenden, kreisringförmigen Magnetfeldleitvorrichtung stetig. Das Ausgangssignal eines analogen Hallsensors 22 wird bestimmt durch die ihn senkrecht durchdringende magnetische Induktion und verläuft bei der symmetrischen, konzentrischen Anordnung gemäß Figur 2 demzufolge sinusförmig über dem Verdrehwinkel des Rotors 14. Durch die Anordnung der Hallsensoren 22 im Luftspalt 20 ist das Ausgangssignal der Positionssensoren von fertigungsbedingten Unterschieden der Einbaulage der Hallsensoren 22 weitestgehend unabhängig und die Einbaulage des Sensors hat keinen nennenswerten Einfluss mehr auf die gemessene Feldstärke. Zusätzlich zu der größeren Toleranz bei der Positionierung der Hallsensoren und der hierdurch vereinfachten Montage erreicht man jedoch auch noch eine erhöhte Genauigkeit bei der Positionierung des Stellantriebs, da Streufelder und/oder Feldverzerrungen praktisch keinen Einfluss auf den Messwert mehr haben. Die Feldlinien des Magnetfeldes 24 durchlaufen den Luftspalt 20 gleichförmig und geradlinig zwischen den jeweiligen Magnetpolen und weisen zwischen diesen eine stetig ab- beziehungsweise zunehmende Dichte auf, sodass sich an den Ausgängen der analogen Hallsensoren 22 das erwünschte sinusförmige Messsignal für die Steuerung der Erregerströme im Stator 12 abnehmen lässt.
In Figur 3 sind die mit Figur 2 übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu Figur 2 besitzt die ringförmige Magnetfeldvorrichtung 18 hier jedoch keine gleichförmige sondern eine diskontinuierlich zu- oder abnehmende Dicke, wodurch sich eine über dem Luftspalt 20 symmetrisch verteilte erhöhte oder verringerte
Magnetfeldkonzentration ergibt. So wie bei Figur 2 besitzt auch der Rotor 14- in Figur 3 zwei Polpaare. Dementsprechend ist die Magnetfeldleitvorrichtung 18 so gestaltet, dass sich vier Bereiche mit vergrößertem und vier Bereiche mit verringertem Luftspalt 20 ergeben. Hierdurch ergibt sich gegenüber der Anordnung in Figur 2 jeweils eine verringerte 28, beziehungsweise eine vergrößerte 26 Magnetfeldkonzentration. Das Ausgangssignal der analogen Hallsensoren 22 verläuft demzufolge nicht mehr sinusförmig sondern besitzt einen flacheren Verlauf im Bereich der Nulldurchgänge und jeweils einen steileren Verlauf zu. den Maxima und Minima hin. Dies bewirkt eine höhere Feldliniendichte des Magnetfeldes 24 in den Bereichen verringerter Luftspaltbreite und ermöglicht eine Erhöhung der Messwertauflösung in den Bereichen 26 größerer Feldliniendichte. Dies erlaubt wiederum in definierten Bereichen des Stellantriebs, zum Beispiel beim Öffnen eines Ventils, eine feinere Dosierung. Eine Alternative zu der Anordnung gemäß Figur 3 hinsichtlich der Variation der Magnetfeldkonzentration im Luftspalt 20 zwischen dem dauermagnetischen Rotor 14 und der Magnetfeldleitvorrichtung 18 ist in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Diese symbolisiert die Möglichkeit einer Verkürzung des Rotorendes 30 in vorgegebenen Bereichen, was ebenfalls zu Schwankungen der Magnetfeldkonzentration über dem Unfang des Luftspaltes 20 führt. Mit dieser Maßnahme lässt sich eine ähnliche Wirkung erzielen wie bei einer Gestaltung der Magnetfeldleitvorrichtung 18 in der Ausführungsform gemäß Figur 3.
Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellantriebs in Form eines Direktantriebes eines regelbaren Ventils 32 für den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges. Die Welle 16 des Motors 10 ist hierbei direkt mit einem als Kugelventil ausgebildeten Stellglied 34 verbunden, welches zur Regelung des Thermomanagements im Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges einen Eingang 36 des Ventils 32 mit dem Kühlwasserzufluss vollständig oder teilweise jeweils mit einem Ausgang 38 zum Motorblock oder während der Äufwärmphase mit einem Bypass 40 verbindet, um ohne Kühlung eine Beschleunigung der Aufwärmphase zu erreichen. Die feinere Positioniermöglichkeit durch die Variation der Breite des Luftspaltes 20 wird hierbei genutzt während des Umschaltens vom Bypass 40 auf den Kühlwasser-Ausgang 38, um zu verhindern, dass der Kraftfahrzeugmotor schlagartig von dem nicht vorgewärmten Kühlmittel des Kühlkreislaufes angeströmt wird. Die Figur 4 verdeutlicht somit nochmals die Möglichkeit, durch die erfindungsgemäße Gestaltung eines Stellantriebs die exakte Positionierung zu gewährleisten, welche insbesondere für die Konstruktion eines Direktstellers ohne zwischengeschaltetes Getriebe vorteilhaft ist.
Hinsichtlich der Gestaltung der Magnetfeldleitvorrichtung 18 besteht die Möglichkeit, durch eine einteilige Ausführung des Stators 12 und der Magnetfeldleitvorrichtung 18 die Kosten für die Fertigung des Stellantriebes zu senken. Hierbei wird die Magnetfeldleitvorrichtung direkt bei der Herstellung des Stators 12 aus dessen Massivmaterial herausgeformt, so dass kein zusätzliches Teil und keine zusätzlichen Fertigungs- und Montageschritte erforderlich sind.

Claims

Ansprüche
1. Elektromotorischer Stellantrieb mit einem elektronisch kommutierbaren Gleichstrom-Synchronmotor und einer mit
Positionssensorεn ari-ieitendβn Vorric tung zur jjerü-irungsj-osβn Positionserfassung des Rotors des Motors, insbesondere zum Antrieb des Stellgliedes einer Ventilanordnung in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise im Motorkühlkreislauf oder als Drosselklappe, dadurch gekennzeichnet, dass die
Positionssensoren' (22) räumlich einer Magnetfeldleitvorrichtung (18) für das Rotormagnetfeld (24) zugeordnet sind.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionssensoren wenigstens zwei Hallsensoren (22) mit analogem Ausgang dienen.
3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (22) im Luftspalt (20) zwischen dem Rotor (14) und der Magnetfeldleitvorrichtung (18) sitzen.
4. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldleitvorrichtung (18) als axiale Verlängerung des Stators (12) ausgebildet ist.
5 Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldleitvorrichtung (18) ringförmig gestaltet ist.
6. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldleitvorrichtung (18) kreisringförmig gestaltet ist und das Magnetfeld (24) zwischen der Magnetfeldleitvorrichtung (18) und dem Rotor (14) radial verläuft und sich im Luftspalt (20) im Wesentlichen sinusförmig über dem Umfang des Rotors (14) ändert.
7. Stellantrieb nach einem der Antriebe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (20) zwischen dem Rotor (14) und der Magnetfeldleitvorrichtung (18) ungleichförmig gestaltet ist mit erhöhter oder verringerter Luftspaltbreite und Magnetfeldkonzentration in einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen (26,28) seines Umfangs.
8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Magnetfeldleitvorrichtung (18) über dem Umfang des Rotors (14) unterschiedlich ist zur Ausbildung von Zonen einer Magnetfeldkonzentration in Bereichen einer verringerten Luftspaltbreite (26) .
9. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zonen unterschiedlicher Luftspaltbreite durch unterschiedliche Ausformung des der Magnetfeldleitvorrichtung (18) zugewandten Rotorendes (30) gebildet werden.
10. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (16) des Rotors (14) direkt mit dem Stellglied (34) verbunden ist.
11. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) mit Permanentmagneten (N,S) bestückt ist.
12. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) des Antriebsmotors
(10) eine dreisträngige Erregerwicklung trägt, deren Erregerströme mittels dreier anologer Hallsensoren (22) gesteuert werden.
PCT/DE2003/000938 2002-05-25 2003-03-21 Elektromotorischer stellantrieb WO2003100950A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03724839A EP1512213A1 (de) 2002-05-25 2003-03-21 Elektromotorischer stellantrieb

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10223362.4 2002-05-25
DE2002123362 DE10223362A1 (de) 2002-05-25 2002-05-25 Elektromotorischer Stellantrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003100950A1 true WO2003100950A1 (de) 2003-12-04

Family

ID=29414178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/000938 WO2003100950A1 (de) 2002-05-25 2003-03-21 Elektromotorischer stellantrieb

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1512213A1 (de)
DE (1) DE10223362A1 (de)
WO (1) WO2003100950A1 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1529937A1 (de) * 2003-11-06 2005-05-11 ITW Automotive Products GmbH & Co. KG Kühlsystem für Verbrennungskraft in Maschinen, insbesondere für Automobile
EP1887284A1 (de) * 2006-08-01 2008-02-13 Syen S.r.l. Vorrichtung für Gas- oder Elektrokochplatten
WO2010025733A1 (en) 2008-09-04 2010-03-11 Avn Energy A/S Control valve for a cooling system
FR2947320A1 (fr) * 2009-06-30 2010-12-31 Valeo Systemes Thermiques Vanne de commande pour un circuit de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile
FR2947606A1 (fr) * 2009-07-03 2011-01-07 Inst Francais Du Petrole Distributeur hydraulique a trois voies et commande a entrainement magnetique
WO2011054329A1 (de) * 2009-11-09 2011-05-12 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verfahren zur schlupfregelung einer reibungskupplung und kupplungsaktor hierzu
WO2011063904A1 (de) * 2009-11-26 2011-06-03 Bü-Sch Armaturen GmbH Betätigungsvorrichtung für gehäuse- oder gehäuselose armaturen
WO2011154620A1 (fr) * 2010-06-09 2011-12-15 Ksb S.A.S. Robinet a capteur de position
US20120103577A1 (en) * 2009-07-08 2012-05-03 Illinois Tool Works Inc. Cooling system for a combustion engine
GB2546322A (en) * 2016-01-15 2017-07-19 Singh Bath Charanjit A device for flushing a system
EP3489559B1 (de) * 2017-11-28 2021-12-01 Pierburg GmbH Magnetisches drehschieberfluidventil
US20230392713A1 (en) * 2020-11-17 2023-12-07 Avk Holding A/S A method for operating a valve and an operating key system
US20240093803A1 (en) * 2019-10-10 2024-03-21 Avk Holding A/S A method for determining a position of a blocking element in a valve, a sensor system and use of a sensor system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7882852B2 (en) 2004-05-04 2011-02-08 Woodward Hrt, Inc. Direct drive servovalve device with redundant position sensing and methods for making the same
DE102004045934B4 (de) * 2004-09-22 2008-01-31 Siemens Ag Sensoreinrichtung
DE102013208192A1 (de) * 2013-05-03 2014-11-06 Behr Gmbh & Co. Kg Elektrisch antreibbares Ventil zur Regelung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570118A (en) * 1981-11-20 1986-02-11 Gulf & Western Manufacturing Company Angular position transducer including permanent magnets and Hall Effect device
WO1997018119A1 (en) * 1995-11-16 1997-05-22 Lucas Industries Public Limited Company Improvements in electric actuators for vehicle systems
US5909072A (en) * 1983-09-05 1999-06-01 Papst Licensing Gmbh Brushless three-phase dc motor
DE10058441A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Hansen Technologies Corp Burr Geschlossenes motorgetriebenes Ventil
DE10052318A1 (de) * 2000-10-21 2002-05-02 Bosch Gmbh Robert Torquemotor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570118A (en) * 1981-11-20 1986-02-11 Gulf & Western Manufacturing Company Angular position transducer including permanent magnets and Hall Effect device
US5909072A (en) * 1983-09-05 1999-06-01 Papst Licensing Gmbh Brushless three-phase dc motor
WO1997018119A1 (en) * 1995-11-16 1997-05-22 Lucas Industries Public Limited Company Improvements in electric actuators for vehicle systems
DE10058441A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Hansen Technologies Corp Burr Geschlossenes motorgetriebenes Ventil
DE10052318A1 (de) * 2000-10-21 2002-05-02 Bosch Gmbh Robert Torquemotor

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1529937A1 (de) * 2003-11-06 2005-05-11 ITW Automotive Products GmbH & Co. KG Kühlsystem für Verbrennungskraft in Maschinen, insbesondere für Automobile
EP1887284A1 (de) * 2006-08-01 2008-02-13 Syen S.r.l. Vorrichtung für Gas- oder Elektrokochplatten
WO2010025733A1 (en) 2008-09-04 2010-03-11 Avn Energy A/S Control valve for a cooling system
US9297294B2 (en) 2009-06-30 2016-03-29 Valeo Systemes Thermiques Control valve for a cooling circuit of an automobile engine
WO2011000859A1 (fr) * 2009-06-30 2011-01-06 Valeo Systemes Thermiques Vanne de commande pour un circuit de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile
JP2012531559A (ja) * 2009-06-30 2012-12-10 ヴァレオ システム テルミク 自動車エンジンの冷却回路用制御弁
FR2947320A1 (fr) * 2009-06-30 2010-12-31 Valeo Systemes Thermiques Vanne de commande pour un circuit de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile
FR2947606A1 (fr) * 2009-07-03 2011-01-07 Inst Francais Du Petrole Distributeur hydraulique a trois voies et commande a entrainement magnetique
US20120103577A1 (en) * 2009-07-08 2012-05-03 Illinois Tool Works Inc. Cooling system for a combustion engine
WO2011054329A1 (de) * 2009-11-09 2011-05-12 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verfahren zur schlupfregelung einer reibungskupplung und kupplungsaktor hierzu
CN102549293B (zh) * 2009-11-09 2015-11-25 舍弗勒技术股份两合公司 用于摩擦离合器的滑动调节的方法及其离合器致动器
CN102549293A (zh) * 2009-11-09 2012-07-04 舍弗勒技术股份两合公司 用于摩擦离合器的滑动调节的方法及其离合器致动器
US20120211323A1 (en) * 2009-11-09 2012-08-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Method for the slip regulation of a friction clutch and clutch actuator therefor
US9014935B2 (en) 2009-11-09 2015-04-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Method for the slip regulation of a friction clutch and clutch actuator therefor
WO2011063904A1 (de) * 2009-11-26 2011-06-03 Bü-Sch Armaturen GmbH Betätigungsvorrichtung für gehäuse- oder gehäuselose armaturen
US8973605B2 (en) 2009-11-26 2015-03-10 Bu-Sch Armaturen Gmbh Actuating device for housed or housingless valves
CN102971564A (zh) * 2010-06-09 2013-03-13 Ksb有限公司 具有位置传感器的阀
US8919375B2 (en) 2010-06-09 2014-12-30 Ksb S.A.S. Valve with position sensor
FR2961284A1 (fr) * 2010-06-09 2011-12-16 Ksb Sas Robinet a capteur de position
WO2011154620A1 (fr) * 2010-06-09 2011-12-15 Ksb S.A.S. Robinet a capteur de position
GB2546322A (en) * 2016-01-15 2017-07-19 Singh Bath Charanjit A device for flushing a system
GB2548204A (en) * 2016-01-15 2017-09-13 Singh Bath Charanjit Boiler service and maintenance valve
GB2561764A (en) * 2016-01-15 2018-10-24 Singh Bath Charanjit Boiler service and maintenance valve
GB2548204B (en) * 2016-01-15 2018-12-26 Singh Bath Charanjit Modified water heating system
GB2561764B (en) * 2016-01-15 2019-02-13 Singh Bath Charanjit Boiler service and maintenance valve
EP3489559B1 (de) * 2017-11-28 2021-12-01 Pierburg GmbH Magnetisches drehschieberfluidventil
US20240093803A1 (en) * 2019-10-10 2024-03-21 Avk Holding A/S A method for determining a position of a blocking element in a valve, a sensor system and use of a sensor system
US20230392713A1 (en) * 2020-11-17 2023-12-07 Avk Holding A/S A method for operating a valve and an operating key system

Also Published As

Publication number Publication date
DE10223362A1 (de) 2003-12-04
EP1512213A1 (de) 2005-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2003100950A1 (de) Elektromotorischer stellantrieb
EP1908162B1 (de) Bürstenloser elektromotor
DE60200499T2 (de) Stellungsfühler, besonders zur Feststellung von Verdrehung einer Lenksäule
EP2225142B1 (de) Absolut messende lenkwinkelsensoranordnung
EP1408305B9 (de) Vorrichtung zum Erfassen des Absolutwinkels einer Welle
EP1948456B1 (de) Wankstabilisator
WO2013186001A1 (de) Magnetgeberring einer rotorlagesensorik eines elektrisch kommutierten elektromotors
EP1832851B1 (de) Positionsgeber für ein Stellelement, Linearmotor und Verfahren zum Herstellen eines Linearmotors
DE112009000209T5 (de) Bürstenlose Vorrichtung und Steuervorrichtung
DE102004046824B4 (de) Geschwindigkeitsmessung bei einer elektrischen permanenterregten Synchronmaschine
DE19730111A1 (de) Motor mit Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung
EP0991914A1 (de) Drehwinkelsensor mit einem asymmetrisch angeordneten permanentmagneten
EP0920113B1 (de) Gleichstrommotor
DE10225417A1 (de) Magnetischer Drehwinkelsensor
EP1036303A1 (de) Messvorrichtung zur berührungslosen erfassung eines drehwinkels
EP2370790A1 (de) Magnetischer encoder
DE102006032144A1 (de) Anordnung zur Erfassung der Rotorstellung in einem Elektromotor
DE102009013374B4 (de) Rotor für Elektromotoren, Permanentmagnet für einen solchen Rotor sowie elektrische Maschine mit einem Rotor
EP3645980B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur justierung einer position eines magneten zu einem gmr-sensor
DE29817399U1 (de) Meßvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels
DE19852915A1 (de) Meßvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels
EP1371951B1 (de) Weitwinkel-Drehwinkelsensor
EP2313961B1 (de) Gleichstrom-kommutatormotor, insbesondere für eine fahrzeugkomponentenverstellung
DE102015201160B4 (de) Bürstenloser Gleichstrommotor
DE10216597B4 (de) Lenkung mit elektrischer Lenkhilfe

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003724839

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003724839

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP