WO2013072219A2 - Control module for a drive motor - Google Patents
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- H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
Definitions
- the present invention relates to motor systems, and more particularly to control modules for drive motors comprising components for controlling and detecting a position of a rotor of the drive motor in an integrated manner.
- control units and drive motor are often arranged in a compact manner to each other. This applies in particular to electronically commutated electric motors, since there a logic for controlling Statorspulen provided and also often a detection of a rotor position must be realized.
- magnetic field sensors such. B. Hall sensors, used, which detect a magnetic field change due to movement of the rotor of the drive motor.
- the rotor shaft may be provided with a ring magnet which moves past a magnetic field sensor and there generates an electrical signal corresponding to the magnetic field changes caused by the movement.
- the rotor position detection signal thus obtained may also be used in an external controller for determining the speed of the rotor to provide other functions, such as when used as a window lift drive for anti-jamming.
- the magnetic field sensor used is generally arranged together with other components on a circuit board, in particular soldered by means of an SMD reflow process. Due to the fixed integration of the magnetic field sensors on the circuit board of the controller, the arrangement of the circuit board with respect to the drive motor is fixed. As a result, the degrees of freedom in the
- a control device for operating a drive motor comprising:
- control electronics are configured to determine a rotor position of a rotor of the drive motor based on the sensor signal
- the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
- control device in contrast to previously used control devices having arranged thereon simple Magnetfeldsen- sensors when providing a control device with a magnetic field sensor that can detect magnetic fields in more than one direction, the degrees of freedom in the Arrangement of the control unit to the magnetic encoder of the drive motor are increased. While the positioning of the printed circuit board of the control unit with respect to the magnetic encoder of the drive motor is inevitably predetermined by the currently used Hall sensors, it is possible to detect magnetic fields in several spatial directions when using a multi-dimensional magnetic field sensor, so that the circuit board of the controller in various ways with respect Magnetic encoder can be arranged.
- the printed circuit board can be arranged inexpensively and flexibly and, for example, a centric positioning of the electronics in the drive motor is possible.
- the magnetic field sensor may have a Hall sensor.
- the magnetic field sensor can be arranged on an edge of the printed circuit board.
- control electronics can perform a commutation of the drive motor based on the rotor position.
- the magnetic field sensor can be designed to generate at least two detection signals, in particular analog measurement voltages, as a function of a magnetic field, wherein a computing unit, in particular a microcontroller, is provided to determine points in time of intersections of the courses of the detection signals and the position indication from the determined times of the intersections of the courses of the detection signals to determine.
- a computing unit in particular a microcontroller
- an engine system in another aspect, includes: a drive motor, in particular an electronically commutated electric machine, wherein a rotor of the drive motor is provided with a magnetic field transmitter which moves during a movement of the rotor and thus changes a generated magnetic field;
- the above controller is arranged so that the magnetic field sensor is close to the magnetic field sensor to detect the sensor signal based on the magnetic field provided by the magnetic field generator.
- circuit board may be arranged with the control electronics at one end of a shaft of the drive motor so that the circuit board extends parallel to the axial direction of the rotor shaft, wherein in particular the magnetic field sensor is axially offset from the magnetic encoder.
- a use of a magnetic field sensor in a control device for operating a drive motor wherein the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
- Figure 1 is a schematic representation of an engine system with a drive motor and a corresponding control unit
- Figure 2 is a schematic representation of another engine system with a drive motor and a control unit
- Figures 3a-d further illustrations of ways to arrange a circuit board of the controller to a magnetic encoder of the drive motor. Description of embodiments
- FIG. 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with a drive motor 2 and a control unit 3, which has a printed circuit board 4 and components arranged thereon, such as a microcontroller 5 and the like.
- the microcontroller 5 may be formed as an SMD component, which allows a simple production of the control unit.
- the drive motor 2 can be designed, for example, as an electric motor, in particular as an electronically commutated electric motor, in which the position or position of a rotor shaft 6 must be detected in order to drive stator coils (not shown) in order to drive the drive motor 2 appropriately Way to perform.
- the microcontroller 5 of the control unit 3 can provide suitable commutation for the stator coils, ie. H. energize the stator coils at any time in a suitable manner.
- a common procedure for detecting the rotor position is to attach a magnetic field transmitter 7 to the rotor shaft 6, which provides a magnetic field extending in the radial direction.
- the magnetic field transmitter 7 is preferably designed as a magnetic ring, which has alternating regions of different polarity. By rotation of the rotor shaft 6, the strength and direction of the magnetic field in the vicinity of the magnetic field transmitter 7 change.
- the printed circuit board 4 also has a magnetic field sensor 8, which may be formed, for example, as a Hall sensor, GMR sensor, electrical coil or the like.
- the magnetic field sensor 8 provides an analog voltage, e.g. a Hall voltage, ready, whose magnitude indicates the strength of the magnetic field.
- the printed circuit board 4 has a plug connection 9 in order to produce an electrical connection to the stator winding of the drive motor 2 and the printed circuit board 4.
- the magnetic field sensor 8 is likewise designed as an SMD component.
- previous magnetic field sensors 8 provide only the detection of a magnetic field change in a spatial direction. It is therefore intended as a magnetic field sensor 8 to provide a sensor with a sensitivity in several spatial directions. In particular, it is possible to provide Hall sensors with a three-dimensional sensitivity that can be used as standard components, in particular as SMD sensors.
- FIG. 2 shows an arrangement of the printed circuit board 4 with respect to the rotor shaft 6 of the drive motor 2 provided with the magnetic field transmitter 7 or the magnetic field transmitter 7 arranged on the rotor shaft 6 of the drive motor 2.
- the circuit board 4 is arranged with an extension direction axially parallel to the rotor shaft 6.
- the motor system 1 formed by the printed circuit board 4 and the drive motor 2 thereby has an elongated design, wherein the width of the motor system 1 is no longer determined by the circuit board 4 and the magnetic encoder 7.
- the printed circuit board 4 can furthermore be equipped with an electrical connector 10, in particular a plug connector, in order to enable electrical contacting of the printed circuit board 4, in particular for providing electrical energy.
- the electrical connector 10 allows an electrical connection in the axis-parallel direction, so that via the electrical connector 10 connected connection cable (not shown) also extend in the direction parallel to the axis of the circuit board 4 away.
- the electrical connector 10 is preferably arranged relative to the magnetic field sensor 8 at an opposite end of the printed circuit board 4. In the case of a connector 10, contact pins 11 of the electrical connector 10 may extend in the direction of the printed circuit board 4 or in the direction of the rotor shaft 6. Such an arrangement makes it possible to dispense with fingers for guiding the magnetic field to the magnetic field sensor 8.
- the motor system 1 can be provided in a narrow design, since the width of the motor system is not increased by a side of the drive motor 2 arranged circuit board 4.
- the width of the printed circuit board 4 in the direction transverse to the direction of extension of the rotor shaft 6 is provided to be equal to or smaller than the width of the drive motor 2.
- further arrangements of the printed circuit board 4 shown by way of example in FIGS. 3 a to 3 are provided on the drive motor 2 or on the rotor shaft 6 of the drive motor 2 provided with the magnetic field transmitter 7 or on the magnetic field transmitter 7 arranged on the rotor shaft 6 of the drive motor 2 intended.
- 3 a to 3d show four mutually orthogonal arrangements of the magnetic field sensor 8 with respect to the magnetic field directions provided by the magnetic field transmitter 7.
- the magnetic field sensor 8 is arranged to the side of the rotor shaft 6, so that when rotating the rotor shaft 6, the magnetic poles of the magnetic encoder 7 move past the magnetic field sensor 8.
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Abstract
The invention relates to a control device (3) for operating a drive motor (2), comprising: a circuit board (4) having control electronics; a magnetic field sensor (8) for detecting a magnetic field change and for providing a corresponding sensor signal, wherein the control electronics are designed to determine a rotor position of a rotor of the drive motor (2), characterized in that the magnetic field sensor (8) is designed to detect a magnetic field change in several, in particular in three, spatial directions.
Description
Beschreibung description
Steuermodul für einen Antriebsmotor Control module for a drive motor
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Motorsysteme und insbesondere Steuermodule für Antriebsmotoren, die Bauelemente zum Steuern und zur Erfassung einer Lage eines Läufers des Antriebsmotors in integrierter Weise umfassen. The present invention relates to motor systems, and more particularly to control modules for drive motors comprising components for controlling and detecting a position of a rotor of the drive motor in an integrated manner.
Stand der Technik State of the art
Für einen kompakten Aufbau eines Motorsystems werden häufig Steuergeräte und Antriebsmotor in kompakter Weise zueinander angeordnet. Dies gilt insbesondere für elektronisch kommutierte Elektromotoren, da dort eine Logik zur An- steuerung von Statorspulen vorgesehen und zudem häufig eine Erfassung einer Läuferlage realisiert werden muss. For a compact construction of an engine system control units and drive motor are often arranged in a compact manner to each other. This applies in particular to electronically commutated electric motors, since there a logic for controlling Statorspulen provided and also often a detection of a rotor position must be realized.
Um die Läuferlage zu detektieren, werden in der Regel Magnetfeldsensoren, wie z. B. Hallsensoren, verwendet, die eine Magnetfeldänderung aufgrund einer Bewegung des Läufers des Antriebsmotors detektieren. Beispielsweise kann bei einem rotatorischen Elektromotor die Läuferwelle mit einem Ringmagneten versehen sein, der sich an einem Magnetfeldsensor vorbei bewegt und dort entsprechend den durch die Bewegung bewirkten Magnetfeldänderungen ein elektrisches Signal hervorruft. Das so erhaltene Signal der Läuferlageerkennung kann darüber hinaus in einem externen Steuergerät zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Läufers verwendet werden, um weitere Funktionen bereitzustellen, wie beispielsweise bei einer Verwendung als Fensterheberantrieb für einen Einklemmschutz.
Der verwendete Magnetfeldsensor ist in der Regel gemeinsam mit weiteren Bauelementen auf einer Leiterplatte angeordnet, insbesondere mittels eines SMD- Reflow-Verfahrens gelötet. Durch die feste Integration der Magnetfeldsensoren auf der Leiterplatte des Steuergeräts ist die Anordnung der Leiterplatte bezüglich des Antriebsmotors fest vorgegeben. Dadurch sind die Freiheitsgrade bei derIn order to detect the rotor position, magnetic field sensors, such. B. Hall sensors, used, which detect a magnetic field change due to movement of the rotor of the drive motor. For example, in a rotary electric motor, the rotor shaft may be provided with a ring magnet which moves past a magnetic field sensor and there generates an electrical signal corresponding to the magnetic field changes caused by the movement. The rotor position detection signal thus obtained may also be used in an external controller for determining the speed of the rotor to provide other functions, such as when used as a window lift drive for anti-jamming. The magnetic field sensor used is generally arranged together with other components on a circuit board, in particular soldered by means of an SMD reflow process. Due to the fixed integration of the magnetic field sensors on the circuit board of the controller, the arrangement of the circuit board with respect to the drive motor is fixed. As a result, the degrees of freedom in the
Konstruktion eines Motorsystems mit einem Antriebsmotor und einem entsprechenden Steuergerät mit Magnetfeldsensor eingeschränkt, da der Magnetfeldsensor in einer bestimmten Ausrichtung zum zu detektierenden Magnetfeld angeordnet sein muss. Construction of an engine system with a drive motor and a corresponding control unit with magnetic field sensor limited, since the magnetic field sensor must be arranged in a certain orientation to the magnetic field to be detected.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die eine höhere Flexibilität bei der Anordnung eines Steuergeräts in einem Motorsystem ermöglicht. Offenbarung der Erfindung It is an object of the present invention to provide a way that allows greater flexibility in the arrangement of a controller in an engine system. Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Steuergerät gemäß Anspruch 1 sowie durch das Motorsystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by the control device according to claim 1 and by the motor system according to the independent claim. Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsmotors vorgesehen, umfassend: According to a first aspect, a control device for operating a drive motor is provided, comprising:
- eine Leiterplatte mit einer Steuerelektronik; - A circuit board with control electronics;
- einen Magnetfeldsensor zum Erfassen einer Magnetfeldänderung und zum a magnetic field sensor for detecting a magnetic field change and for
Bereitstellen eines entsprechenden Sensorsignals, Providing a corresponding sensor signal,
wobei die Steuerelektronik ausgebildet ist, um eine Läuferlage eines Läufers des Antriebsmotors basierend auf dem Sensorsignal zu ermitteln, wherein the control electronics are configured to determine a rotor position of a rotor of the drive motor based on the sensor signal,
wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist, um eine Magnetfeldänderung in mehreren, insbesondere in drei Raumrichtungen zu erfassen. wherein the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
Eine Idee des obigen Steuergeräts besteht darin, dass im Gegensatz zu bisher verwendeten Steuergeräten mit darauf angeordneten einfachen Magnetfeldsen- soren beim Vorsehen eines Steuergeräts mit einem Magnetfeldsensor, der Magnetfelder in mehr als einer Richtung detektieren kann, die Freiheitsgrade bei der
Anordnung des Steuergeräts an dem Magnetfeldgeber des Antriebsmotors vergrößert sind. Während durch die aktuell verwendeten Hallsensoren die Positionierung der Leiterplatte des Steuergeräts bezüglich des Magnetfeldgebers des Antriebsmotors zwangsläufig vorgegeben ist, ist es bei Verwendung eines mehr- dimensionalen Magnetfeldsensors möglich, Magnetfelder in mehreren Raumrichtungen zu detektieren, so dass die Leiterplatte des Steuergeräts in verschiedener Weise bezüglich des Magnetfeldgebers angeordnet werden kann. One idea of the above control device is that, in contrast to previously used control devices having arranged thereon simple Magnetfeldsen- sensors when providing a control device with a magnetic field sensor that can detect magnetic fields in more than one direction, the degrees of freedom in the Arrangement of the control unit to the magnetic encoder of the drive motor are increased. While the positioning of the printed circuit board of the control unit with respect to the magnetic encoder of the drive motor is inevitably predetermined by the currently used Hall sensors, it is possible to detect magnetic fields in several spatial directions when using a multi-dimensional magnetic field sensor, so that the circuit board of the controller in various ways with respect Magnetic encoder can be arranged.
Dadurch wird erreicht, dass die Leiterplatte kostengünstig und flexibel angeord- net werden kann und beispielsweise eine zentrische Positionierung der Elektronik im Antriebsmotor möglich ist. Insgesamt ist es möglich, den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal zu nutzen und die Ausrichtung der Leiterplatte entsprechend sonstigen Systemanforderungen vorzunehmen. Beispielsweise kann der Aufwand zum Bereitstellen einer Steckverbindung auf der Leiterplatte redu- ziert werden, wenn die Leiterplatte entsprechend der Steckrichtung der Steckverbindung ausgerichtet werden kann. This ensures that the printed circuit board can be arranged inexpensively and flexibly and, for example, a centric positioning of the electronics in the drive motor is possible. Overall, it is possible to optimally use the available space and make the alignment of the circuit board according to other system requirements. For example, the effort to provide a connector on the circuit board can be reduced, if the circuit board can be aligned according to the plugging direction of the connector.
Weiterhin kann der Magnetfeldsensor einen Hallsensor aufweisen. Insbesondere kann der Magnetfeldsensor an einem Rand der Leiterplatte angeordnet sein. Furthermore, the magnetic field sensor may have a Hall sensor. In particular, the magnetic field sensor can be arranged on an edge of the printed circuit board.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerelektronik basierend auf der Läuferlage eine Kommutierung des Antriebsmotors durchführen. According to one embodiment, the control electronics can perform a commutation of the drive motor based on the rotor position.
Weiterhin kann der Magnetfeldsensor ausgebildet sein, um in Abhängigkeit von einem Magnetfeld mindestens zwei Detektionssignale, insbesondere analoge Messspannungen, zu erzeugen, wobei eine Recheneinheit, insbesondere eine Mikrocontroller vorgesehen ist, um Zeitpunkte von Schnittpunkten der Verläufe der Detektionssignale zu ermitteln und um die Stellungsangabe aus den ermittelten Zeitpunkten der Schnittpunkte der Verläufe der Detektionssignale zu bestimmen. Furthermore, the magnetic field sensor can be designed to generate at least two detection signals, in particular analog measurement voltages, as a function of a magnetic field, wherein a computing unit, in particular a microcontroller, is provided to determine points in time of intersections of the courses of the detection signals and the position indication from the determined times of the intersections of the courses of the detection signals to determine.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen. Das Motorsys- tem umfasst:
- einen Antriebsmotor, insbesondere eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine, wobei ein Läufer des Antriebsmotors mit einem Magnetfeldgeber versehen ist, der sich bei einer Bewegung des Läufers bewegt und so ein generiertes Magnetfeld ändert; In another aspect, an engine system is provided. The engine system includes: a drive motor, in particular an electronically commutated electric machine, wherein a rotor of the drive motor is provided with a magnetic field transmitter which moves during a movement of the rotor and thus changes a generated magnetic field;
- das obige Steuergerät, das so angeordnet ist, dass sich der Magnetfeldsensor nahe des Magnetfeldgebers befindet, um das Sensorsignal basierend auf dem durch den Magnetfeldgeber bereitgestellten Magnetfeld zu detektieren. The above controller is arranged so that the magnetic field sensor is close to the magnetic field sensor to detect the sensor signal based on the magnetic field provided by the magnetic field generator.
Weiterhin kann die Leiterplatte mit der Steuerelektronik an einem Ende einer Welle des Antriebsmotors so angeordnet sein, dass sich die Leiterplatte parallel zur Achsrichtung der Läuferwelle erstreckt, wobei insbesondere der Magnetfeldsensor axial versetzt zu dem Magnetfeldgeber angeordnet ist. Furthermore, the circuit board may be arranged with the control electronics at one end of a shaft of the drive motor so that the circuit board extends parallel to the axial direction of the rotor shaft, wherein in particular the magnetic field sensor is axially offset from the magnetic encoder.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Verwendung eines Magnetfeldsensors in einem Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsmotors vorgesehen, wobei der Magnetfeldsensor ausgebildet ist, um eine Magnetfeldänderung in mehreren, insbesondere in drei Raumrichtungen zu erfassen. According to another aspect, a use of a magnetic field sensor in a control device for operating a drive motor is provided, wherein the magnetic field sensor is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Antriebsmotor und einem entsprechenden Steuergerät; Figure 1 is a schematic representation of an engine system with a drive motor and a corresponding control unit;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Motorsystems mit einem Antriebsmotor und einem Steuergerät; und Figure 2 is a schematic representation of another engine system with a drive motor and a control unit; and
Figuren 3a-d weitere Darstellungen von Möglichkeiten zur Anordnung einer Leiterplatte des Steuergeräts an einem Magnetfeldgeber des Antriebsmotors.
Beschreibung von Ausführungsformen Figures 3a-d further illustrations of ways to arrange a circuit board of the controller to a magnetic encoder of the drive motor. Description of embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Antriebsmotor 2 und einem Steuergerät 3, das eine Leiterplatte 4 und darauf ange- ordnete Bauelemente, wie beispielsweise einen Mikrocontroller 5 und dergleichen, aufweist. Der Mikrocontroller 5 kann als ein SMD-Bauelement ausgebildet sein, das eine einfache Herstellung des Steuergeräts erlaubt. 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with a drive motor 2 and a control unit 3, which has a printed circuit board 4 and components arranged thereon, such as a microcontroller 5 and the like. The microcontroller 5 may be formed as an SMD component, which allows a simple production of the control unit.
Der Antriebsmotor 2 kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein, ins- besondere als elektronisch kommutierter Elektromotor, bei dem zur Ansteuerung von Statorspulen (nicht gezeigt) die Lage bzw. Stellung einer Läuferwelle 6 er- fasst werden muss, um eine Ansteuerung des Antriebsmotors 2 in geeigneter Weise durchführen zu können. Mithilfe einer Läuferlageangabe kann der Mikrocontroller 5 des Steuergeräts 3 eine geeignete Kommutierung für die Statorspu- len vorsehen, d. h. die Statorspulen zu jedem Zeitpunkt in geeigneter Weise bestromen. The drive motor 2 can be designed, for example, as an electric motor, in particular as an electronically commutated electric motor, in which the position or position of a rotor shaft 6 must be detected in order to drive stator coils (not shown) in order to drive the drive motor 2 appropriately Way to perform. By means of a rotor position specification, the microcontroller 5 of the control unit 3 can provide suitable commutation for the stator coils, ie. H. energize the stator coils at any time in a suitable manner.
Eine gängige Vorgehensweise zur Erfassung der Läuferlage besteht darin, an der Läuferwelle 6 einen Magnetfeldgeber 7 anzubringen, der ein in radialer Rich- tung verlaufendes Magnetfeld bereitstellt. Der Magnetfeldgeber 7 ist vorzugsweise als Magnetring ausgebildet, der abwechselnd Bereiche verschiedener Polarität aufweist. Durch Drehung der Läuferwelle 6 ändern sich Stärke und Richtung des Magnetfelds in der Umgebung des Magnetfeldgebers 7. Die Leiterplatte 4 weist weiterhin einen Magnetfeldsensor 8 auf, der beispielsweise als Hallsensor, GMR-Sensor, elektrische Spule oder dergleichen ausgebildet sein kann. Der Magnetfeldsensor 8 stellt eine analoge Spannung, wie z.B. eine Hall-Spannung, bereit, deren Höhe die Stärke des Magnetfelds angibt. Weiterhin weist die Leiterplatte 4 eine Steckverbindung 9 auf, um eine elektrische Verbin- dung zur Statorwicklung des Antriebsmotors 2 und der Leiterplatte 4 herzustellen. Zur einfachen Herstellung des Steuergeräts 3 ist der Magnetfeldsensor 8 ebenfalls als SMD-Bauelement ausgebildet. A common procedure for detecting the rotor position is to attach a magnetic field transmitter 7 to the rotor shaft 6, which provides a magnetic field extending in the radial direction. The magnetic field transmitter 7 is preferably designed as a magnetic ring, which has alternating regions of different polarity. By rotation of the rotor shaft 6, the strength and direction of the magnetic field in the vicinity of the magnetic field transmitter 7 change. The printed circuit board 4 also has a magnetic field sensor 8, which may be formed, for example, as a Hall sensor, GMR sensor, electrical coil or the like. The magnetic field sensor 8 provides an analog voltage, e.g. a Hall voltage, ready, whose magnitude indicates the strength of the magnetic field. Furthermore, the printed circuit board 4 has a plug connection 9 in order to produce an electrical connection to the stator winding of the drive motor 2 and the printed circuit board 4. For simple production of the control unit 3, the magnetic field sensor 8 is likewise designed as an SMD component.
In der Praxis ist es zweckmäßig, zum Einbau des Motorsystems 1 in ein Gesamtsystem eine höhere Flexibilität bei der relativen Anordnung der Leiterplatte 4 des Steuergeräts 3 bezüglich des Antriebsmotors 2 zur Verfügung zu haben.
Bisherige Magnetfeldsensoren 8 sehen jedoch nur die Detektion einer Magnetfeldänderung in einer Raumrichtung vor. Es ist daher vorgesehen, als Magnetfeldsensor 8 einen Sensor mit einer Empfindlichkeit in mehreren Raumrichtungen vorzusehen. Insbesondere können Hallsensoren mit dreidimensionaler Empfind- lichkeit vorgesehen werden, die als Standardbauteile, insbesondere als SMD-In practice, it is expedient to have available for installation of the engine system 1 in an overall system a higher flexibility in the relative arrangement of the circuit board 4 of the control unit 3 with respect to the drive motor 2. However, previous magnetic field sensors 8 provide only the detection of a magnetic field change in a spatial direction. It is therefore intended as a magnetic field sensor 8 to provide a sensor with a sensitivity in several spatial directions. In particular, it is possible to provide Hall sensors with a three-dimensional sensitivity that can be used as standard components, in particular as SMD sensors.
Bauelemente, bereits verfügbar sind. Components are already available.
In Figur 2 ist eine Anordnung der Leiterplatte 4 bezüglich der mit dem Magnetfeldgeber 7 versehenen Läuferwelle 6 des Antriebsmotors 2 bzw. dem an der Läuferwelle 6 des Antriebsmotors 2 angeordneten Magnetfeldgeber 7 dargestellt.FIG. 2 shows an arrangement of the printed circuit board 4 with respect to the rotor shaft 6 of the drive motor 2 provided with the magnetic field transmitter 7 or the magnetic field transmitter 7 arranged on the rotor shaft 6 of the drive motor 2.
Dabei wirkt bei der Drehung der Läuferwelle 6 die Magnetfeldänderung aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf den Magnetfeldsensor 8 ein. Die Leiterplatte 4 ist mit einer Erstreckungsrichtung achsparallel zur Läuferwelle 6 angeordnet. Das durch die Leiterplatte 4 und den Antriebsmotor 2 gebildete Motorsystem 1 weist dadurch eine längliche Bauform auf, wobei die Breite des Motorsystems 1 nicht länger durch die Leiterplatte 4 und den Magnetfeldgeber 7 bestimmt wird. In this case, during the rotation of the rotor shaft 6, the magnetic field change from different spatial directions acts on the magnetic field sensor 8. The circuit board 4 is arranged with an extension direction axially parallel to the rotor shaft 6. The motor system 1 formed by the printed circuit board 4 and the drive motor 2 thereby has an elongated design, wherein the width of the motor system 1 is no longer determined by the circuit board 4 and the magnetic encoder 7.
Die Leiterplatte 4 kann weiterhin mit einem elektrischen Verbinder 10, insbesondere einem Steckverbinder ausgestattet sein, um eine elektrische Kontaktierung der Leiterplatte 4 insbesondere zum Bereitstellen elektrischer Energie zu ermöglichen. Der elektrische Verbinder 10 erlaubt eine elektrische Verbindung in achsparalleler Richtung, so dass über den elektrischen Verbinder 10 angeschlossene Anschlusskabel (nicht gezeigt) ebenfalls in achsparalleler Richtung von der Leiterplatte 4 weg verlaufen. Der elektrische Verbinder 10 ist vorzugsweise bezüg- lieh des Magnetfeldsensors 8 an einem gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte 4 angeordnet. Im Falle eines Steckverbinders 10 können sich dazu Kontaktstifte 11 des elektrischen Verbinders 10 in Richtung der Leiterplatte 4 bzw. in Richtung der Läuferwelle 6 erstrecken. Eine solche Anordnung ermöglicht es, auf Finger zum Führen des Magnetfelds zu dem Magnetfeldsensor 8 zu verzichten. Weiterhin kann das Motorsystem 1 in einer schmalen Bauform bereitgestellt werden, da die Breite des Motorsystems nicht durch eine seitlich des Antriebsmotors 2 angeordnete Leiterplatte 4 vergrößert wird. Vorzugsweise ist dazu die Breite der Leiterplatte 4 in Querrichtung zur Erstreckungsrichtung der Läuferwelle 6 gleich oder kleiner als die Breite des Antriebsmotors 2 vorgesehen.
Weiterhin sind in alternativen Ausführungsformen weitere in den Figuren 3a bis 3d beispielhaft gezeigte Anordnungen der Leiterplatte 4 an dem Antriebsmotor 2 bzw. an der mit dem Magnetfeldgeber 7 versehenen Läuferwelle 6 des Antriebsmotors 2 bzw. an dem an der Läuferwelle 6 des Antriebsmotors 2 angeordneten Magnetfeldgeber 7 vorgesehen. Die Figuren 3a bis 3d zeigen vier zueinander orthogonale Anordnungen des Magnetfeldsensors 8 bezüglich der von dem Magnetfeldgeber 7 bereitgestellten Magnetfeldrichtungen. Der Magnetfeldsensor 8 ist dazu seitlich der Läuferwelle 6 angeordnet, so dass sich beim Drehen der Läuferwelle 6 die Magnetpole des Magnetfeldgebers 7 an dem Magnetfeldsensor 8 vorbeibewegen. Dabei wirken auf den Magnetfeldsensor 8 die Magnetfeldänderungen aus unterschiedlichen Raumrichtungen ein. Es ist jedoch auch möglich, spitze oder stumpfe Winkel zwischen den Hauptdetektionsrichtungen des Magnetfeldsensors 8 und dem von dem Magnetfeldgeber 7 erzeugten Magnetfeld als Überlagerung von zwei Hauptdetektionsrichtungen des Magnetfeldsensors 8 zu erfassen.
The printed circuit board 4 can furthermore be equipped with an electrical connector 10, in particular a plug connector, in order to enable electrical contacting of the printed circuit board 4, in particular for providing electrical energy. The electrical connector 10 allows an electrical connection in the axis-parallel direction, so that via the electrical connector 10 connected connection cable (not shown) also extend in the direction parallel to the axis of the circuit board 4 away. The electrical connector 10 is preferably arranged relative to the magnetic field sensor 8 at an opposite end of the printed circuit board 4. In the case of a connector 10, contact pins 11 of the electrical connector 10 may extend in the direction of the printed circuit board 4 or in the direction of the rotor shaft 6. Such an arrangement makes it possible to dispense with fingers for guiding the magnetic field to the magnetic field sensor 8. Furthermore, the motor system 1 can be provided in a narrow design, since the width of the motor system is not increased by a side of the drive motor 2 arranged circuit board 4. Preferably, the width of the printed circuit board 4 in the direction transverse to the direction of extension of the rotor shaft 6 is provided to be equal to or smaller than the width of the drive motor 2. Furthermore, in alternative embodiments, further arrangements of the printed circuit board 4 shown by way of example in FIGS. 3 a to 3 are provided on the drive motor 2 or on the rotor shaft 6 of the drive motor 2 provided with the magnetic field transmitter 7 or on the magnetic field transmitter 7 arranged on the rotor shaft 6 of the drive motor 2 intended. FIGS. 3 a to 3d show four mutually orthogonal arrangements of the magnetic field sensor 8 with respect to the magnetic field directions provided by the magnetic field transmitter 7. The magnetic field sensor 8 is arranged to the side of the rotor shaft 6, so that when rotating the rotor shaft 6, the magnetic poles of the magnetic encoder 7 move past the magnetic field sensor 8. The magnetic field changes from different spatial directions act on the magnetic field sensor 8. However, it is also possible to detect acute or obtuse angles between the main detection directions of the magnetic field sensor 8 and the magnetic field generated by the magnetic field sensor 7 as a superposition of two main detection directions of the magnetic field sensor 8.
Claims
Steuergerät (3) zum Betreiben eines Antriebsmotors (2), umfassend: Control unit (3) for operating a drive motor (2), comprising:
- eine Leiterplatte (4) mit einer Steuerelektronik; - A printed circuit board (4) with control electronics;
- einen Magnetfeldsensor (8) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung und zum Bereitstellen eines entsprechenden Sensorsignals, wobei die Steuerelektronik ausgebildet ist, um basierend auf dem Sensorsignal eine Läuferlage eines Läufers des Antriebsmotors (2) zu ermitteln, a magnetic field sensor (8) for detecting a magnetic field change and for providing a corresponding sensor signal, the control electronics being designed to determine a rotor position of a rotor of the drive motor (2) based on the sensor signal,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Magnetfeldsensor (8) ausgebildet ist, um eine Magnetfeldänderung in mehreren, insbesondere in drei Raumrichtungen zu erfassen. the magnetic field sensor (8) is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
Steuergerät (3) nach Anspruch 1 , wobei der Magnetfeldsensor (8) einen oder mehrere Hallsensoren aufweist, wobei insbesondere deren magnetsensitive Flächen einen Winkel zueinander bilden und vorzugsweise in einem einzigen integrierten Elektronikbauteil angeordnet sind. Control device (3) according to claim 1, wherein the magnetic field sensor (8) has one or more Hall sensors, wherein in particular their magnetically sensitive surfaces form an angle to each other and are preferably arranged in a single integrated electronic component.
Steuergerät (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Magnetfeldsensor (8) an einem Rand der Leiterplatte (4) angeordnet ist. Control device (3) according to claim 1 or 2, wherein the magnetic field sensor (8) is arranged on an edge of the printed circuit board (4).
Steuergerät (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerelektronik basierend auf der Läuferlage eine Kommutierung des Antriebsmotors (29 durchführt. Control device (3) according to one of claims 1 to 3, wherein the control electronics based on the rotor position, a commutation of the drive motor (29 performs.
Steuergerät (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Magnetfeldsensor (8) ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von einem Magnetfeld mindestens zwei Detektionssignale, insbesondere analoge Messspannungen, zu erzeugen - mit einem vorzugsweise sinus- oder cosinus-förmigen Verlauf -, wobei eine Recheneinheit, insbesondere eine Mikrocontroller vorgesehen ist, um Zeitpunkte von Schnittpunkten der Verläufe der Detektionssignale zu ermitteln und um die Stellungsangabe aus den ermittelten Zeitpunkten der Schnittpunkte der Verläufe der Detektionssignale zu bestimmen.
Motorsystem (1) umfassend: Control device (3) according to one of claims 1 to 4, wherein the magnetic field sensor (8) is designed to generate at least two detection signals, in particular analog measuring voltages, depending on a magnetic field - with a preferably sinusoidal or cosine-shaped profile. wherein a computing unit, in particular a microcontroller is provided to determine times of intersections of the courses of the detection signals and to determine the position indication from the determined times of the intersections of the courses of the detection signals. Motor system (1) comprising:
- einen Antriebsmotor (2), insbesondere eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine, wobei ein Läufer des Antriebsmotors (2) mit einen Magnetfeldgeber versehen ist, der sich bei einer Bewegung des Läufers bewegt und so ein generiertes Magnetfeld ändert; - A drive motor (2), in particular an electronically commutated electric machine, wherein a rotor of the drive motor (2) is provided with a magnetic field sensor which moves during a movement of the rotor and thus changes a generated magnetic field;
- ein Steuergerät (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das so angeordnet ist, dass sich der Magnetfeldsensor (8) in der Nähe des Magnetfeldgebers (7) befindet, um das Sensorsignal basierend auf dem durch den Magnetfeldgeber (7) bereitgestellten Magnetfeld zu detektieren. - A control device (3) according to one of the preceding claims, which is arranged so that the magnetic field sensor (8) in the vicinity of the magnetic field transmitter (7) to detect the sensor signal based on the magnetic field generator (7) provided magnetic field ,
Motorsystem (1) nach Anspruch 6, wobei der Magnetfeldsensor (8) in integrierter Bauform ausgebildet ist. Motor system (1) according to claim 6, wherein the magnetic field sensor (8) is formed in an integrated design.
Motorsystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Leiterplatte (4) mit der Steuerelektronik an einem Ende einer Läuferwelle (6) des Antriebsmotors (2) so angeordnet ist, dass sich die Leiterplatte (4) parallel zur Achsrichtung der Läuferwelle (6) erstreckt, wobei insbesondere der Magnetfeldsensor axial versetzt zu dem Magnetfeldgeber (8) angeordnet ist. Motor system (1) according to claim 6 or 7, wherein the circuit board (4) with the control electronics at one end of a rotor shaft (6) of the drive motor (2) is arranged so that the circuit board (4) parallel to the axial direction of the rotor shaft (6 ), wherein in particular the magnetic field sensor is arranged axially offset from the magnetic field transmitter (8).
Verwendung eines Magnetfeldsensors (8) in einem Steuergerät (3) zum Betreiben eines Antriebsmotors (2), wobei der Magnetfeldsensor (8) ausgebildet ist, um eine Magnetfeldänderung in mehreren, insbesondere in drei Raumrichtungen zu erfassen.
Use of a magnetic field sensor (8) in a control device (3) for operating a drive motor (2), wherein the magnetic field sensor (8) is designed to detect a magnetic field change in a plurality, in particular in three spatial directions.
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