WO2018001412A1 - Rotorlagensensorbaugruppe mit beidseitiger sensoranordnung und kupplungsausrücksystem - Google Patents

Rotorlagensensorbaugruppe mit beidseitiger sensoranordnung und kupplungsausrücksystem Download PDF

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WO2018001412A1
WO2018001412A1 PCT/DE2017/100522 DE2017100522W WO2018001412A1 WO 2018001412 A1 WO2018001412 A1 WO 2018001412A1 DE 2017100522 W DE2017100522 W DE 2017100522W WO 2018001412 A1 WO2018001412 A1 WO 2018001412A1
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WO
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sensor
rotor
sensor assembly
electrical
board
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100522
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Käshammer
Markus Dietrich
Julian Botiov
Daniel Horn
Ömer Kochan
Jie Zhou
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Filing date
Publication date
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    • 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
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    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors

Definitions

  • the present invention relates to a rotor position sensor assembly for a clutch release system, preferably for use in a motor vehicle, having a stator and a rotor rotatable relative thereto, wherein the rotor position sensor assembly comprises a board on which electrical sensors for magnetic field-dependent position determination of at least one rotor fixed magnet are arranged.
  • the inventive concept includes a clutch release system of a motor vehicle, with a rotor and a stator, as well as with a disengagement element, wherein a rotor position sensor assembly according to the invention is used in the clutch disengagement system.
  • the invention addresses the problem of presenting a clutch release system that is more efficient in terms of time and in which individual components are easier to replace.
  • This object is achieved in that on a first side of the board and on a second side of the board in each case at least one electrical sensor is mounted.
  • the required space is optimized because the remote from the rotor side of the board is also provided with at least one electrical sensor.
  • such an arrangement increases the flexibility of the arrangement, since multiple locations are possible for attachment of the at least one electrical sensor.
  • a clutch release system in which a rotor position sensor assembly can be used with such a board.
  • this can be mounted in fewer steps, since the rotor-bearing sensor assembly can be integrated into the clutch release system from both sides.
  • the components arranged therein are individually interchangeable over a life cycle, which enables a time and economically efficient maintenance. Further embodiments are the subject of the dependent claims and are explained in more detail in the following text.
  • the at least one electrical sensor on the first side differs from the at least one electrical sensor on the second side in terms of its type and / or control.
  • This mutual arrangement causes an exact positioning of the rotor is facilitated.
  • at least one electrical sensor is designed as a Hall sensor / Hall probe / Hall sender, the strength of the magnetic field can be precisely determined on the basis of the Hall effect.
  • Hall sensors also have the advantage of being economical as a standard component in the supply chain.
  • a further advantageous embodiment consists in that the at least one electrical sensor on the first side is designed as a digital switch Hall sensor and / or the at least one electrical sensor on the second side is configured as an analog Hall sensor.
  • the circuit board has a sensor section extending in a circumferential direction and has a fastening section extending in an axial direction, wherein the sensor section and the fastening section are connected to one another via a bending point. This angling of the board makes it possible to use existing axial space and thus reduce the required space in the circumferential direction.
  • the axial offset realized in this way enables the sensors to be mounted on both sides of the board without great design effort. If at least one insertion pocket is inserted into the sensor section, preferably milled in, into which at least one electrical sensor can be inserted, on the one hand the axial installation space is additionally lowered, on the other hand a sensor is centered on the board, which simplifies the assembly of the board. In addition, it can be prevented by means of a Po ka-Yoke principle that sensors are inserted incorrectly. This reduces the exclusion of components and additionally reduces the complexity of the assembly.
  • the circuit board is rigidly coupled to a sensor carrier, which is designed as a separate component.
  • a sensor carrier which is designed as a separate component.
  • the magnet in its rotational position relative to at least one electrical sensor is prepared to be calibrated with regard to its position by means of software.
  • the software calibration is characterized by its accuracy.
  • Another advantage arises when the sensor carrier has insertion sockets, by means of which it can be fixed to an adjacent component.
  • a prefabricated interface between the rotor position sensor assembly and the adjacent components is made. This has a positive effect on the installation, for example.
  • the electrical sensors, which are arranged on the circuit board are encapsulated by a thermosetting material in order to realize a sensor final encapsulation, the rotor position sensor assembly according to the invention is protected against dirt and also against mechanical and thermal disturbances. This increases the life and the accuracy of the rotor position sensor assembly.
  • the cable is advantageously coupled to the rotor-bearing sensor assembly such that it passes through a narrowed cable channel. This allows a secure and at the same time structurally realizable connection of the cable to the board
  • the rotor position sensor assembly is configured completely sealing to the transmission chamber. This can be realized by the fact that the final sensor injection molding is configured as an encapsulation and / or a jacket.
  • three digital switch Hall sensors are arranged on the first side and two analog Hall sensors on the second side. It is also possible to arrange on both sides between one and 10 electrical sensors.
  • the object according to the invention consists of exchangeable and small-sized space requirements for a sensor system installed from one side, preferably the side facing the dual-mass flywheel in the installed state. Another object is to perform a rotor position calibration by software.
  • the board is equipped on both sides with sensors to optimize in addition to the magnetic field and the space. This is made possible by means of a 90 ° bent board. This is for example milled or executed by means of Flex PCB. Furthermore, in order to optimize the distance to the magnetic ring, in the board still milled a pocket into which the analog and or digital Hall sensors can be inserted in order to facilitate the assembly process. According to the invention a combined strain relief solution is further realized, which reduces the load on the board.
  • the aforementioned position calibration is feasible by means of software that is integrated directly in the control unit.
  • a plug which can be connected to the rotor-bearing sensor assembly or can be integrated into it ensures the mechanical fixation, the electrical strength and the insulation / sealing of the individual lines.
  • the rotor position sensor assembly according to the invention can be used for example in electrical central release (EZA).
  • EZA electrical central release
  • the interface to the rotor position sensor assembly is unchanged, but according to the invention, disadvantages such as mechanical and electrical strength of contact points disappear.
  • the sensor carrier according to the invention is preferably made of plastic. Furthermore, three digital Switch-Hall sensors are fitted on the front of the board, and two analogue Hall sensors are fitted on the back of the board.
  • the circuit board according to the invention is preferably bent. Thus, the Einsteckquer arrangements is reduced and the axial portion of the board can be used for the assembly of other electronic components. In addition, the angular distances between each sensor are optimized according to the number of pole pairs of the sensor magnet or motor.
  • a magnetic field has the special property that as the distance to the sensitive element is reduced, the magnetic field becomes stronger, the slope in the north-south passage becomes steeper, and the nonlinearity becomes larger. If, on the other hand, the distance between the magnet ring and the sensitive element increases, the magnetic flux density becomes smaller and the nonlinearity becomes better. In addition, in order to reduce a hysteresis error of the switch-Hall sensor, the north-south passage is to be realized as steeply as possible. To minimize the error of the analog Hall sensor, the nonlinearity of the magnetic field is low too hold. On the other hand, the height of the switch-hall sensor is greater than that of the analog hall sensor.
  • the angular error due to the hysteresis is less than 2 ° and the nonlinearity of the magnetic field is less than 1.5 °. It is true that the distance of the sensitive element of the switch-Hall sensor to the magnetic ring should be less than 2.5 mm. On the other hand, the distance between the analog Hall sensor and the magnetic ring with greater than 3.5 mm is to design. For this reason, the three digital Hall sensors are mounted on the front of the board and the two analog sensors on the back of the board.
  • the senor exceeds a certain strength due to the resolution and the disturbance by the geomagnetic field. That The distance between the magnetic surface and the sensitive element of the analog Hall sensor is not too large. Furthermore, when used in an EZA, the magnetic field should be stronger than 20mT.
  • the entire assembly has a large tolerance and the height of the sensors and the board can not be reduced. Therefore, the two analog hall sensors are installed in the board so that the side closer to the sensitive element faces the inside of the board.
  • the sensor according to the invention has a combined strain relief system. Due to the miniaturization, a single strain relief is not sufficient.
  • the load-relieving block consists of the narrowing of the cable duct through a top and a bottom side and the adhesion of the cable to the plastic end extrusion. The narrowing of the cable channel creates a greater pressure on the cable sheath and it increases the frictional or deformation energy to prevent greater slippage.
  • all sensors have a relative angular error to the stator, this can be determined by a Back EMF test. You will be in the Control unit stored and read out during motor control to move the commutation table accordingly.
  • a rotor position sensor assembly which can be exchanged without great effort.
  • a maintenance is inexpensive to carry out.
  • the rotor position sensor assembly disclosed herein is characterized by a high degree of reliability in rotor position determination.
  • an electric clutch actuation system / clutch release system incorporating such a rotor position sensor assembly.
  • the rotor position sensor assembly preferably includes three digital switch Hall sensors, and preferably two analog Hall sensors.
  • the digital switch Hall sensors are hereby rigidly attached to a first side of a board, preferably soldered.
  • the analog Hall sensors are also rigidly mounted on a second side of the board, preferably soldered.
  • the first and / or the second side of the board preferably has insert bushings for centering a position of the sensors.
  • the board preferably has a curved / curved shape to allow reliable electrical connectivity to an external circuit.
  • the connection between the individual circuits is a cable.
  • the rotor position sensor assembly according to the invention is encased by a housing / a sensor end encapsulation, which is constructed from a thermosetting / thermosetting material.
  • Fig. 1 is a perspective sectional view through a clutch actuation system
  • FIG. 2 shows a perspective view of a rotor-bearing sensor assembly according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a final sensor injection
  • FIG. and Fig. 4 is a perspective view of a board, which is equipped with sensors.
  • a rotor bearing sensor assembly 1 is shown as a component of a clutch release system 2.
  • An electric motor which is essentially composed of a stator 3 and a rotor 4, in this case performs a rotation, which is converted via a gear 23, such as a ball screw, into a translation. By means of this translation an engagement or disengagement of a clutch is effected.
  • a magnet 5 is mounted on the rotor 4. This induces a magnetic field, which is evaluated by the rotor position sensor assembly 1 such that the position of the rotor and thus the operating state of the clutch can be determined with high precision.
  • the sensor is arranged such that the relative position between the stator 3 and rotor 4 can be determined efficiently.
  • a sensor end-molding 7 is arranged around the rotor-armature sensor assembly 1 as a capsule-like housing.
  • the sensor end coating 7 protects the rotor position sensor assembly 1 from an entry from the side of the electric motor.
  • a sensor seal 8 is arranged between a shoulder of a release carrier 9 and the rotor position sensor assembly 1.
  • the sensor seal 8 is designed, for example, as an O-ring and allows a precise fit of the rotor position sensor assembly 1 in the Ausgurk 9.
  • the release carrier 9 has a shaft portion and a rim portion.
  • the shaft section is substantially rotationally symmetrical and extends substantially in the axial direction, while the rim section extends substantially in the radial direction.
  • the rotor position sensor assembly 1 is shown by itself. It consists essentially of a circuit board 10 and a sensor carrier 13 together. According to the invention, the circuit board 10 is designed as a bent component. It thus has a sensor section 20 and a fastening section 21. On the sensor portion 20 19 electrical sensors 1 1, 12 are arranged on a first side 18 and on a second side. Preferably, on the first side 18, which faces the electric motor / the actuator, digital switch Hall sensors 1 1 are arranged. These are preferably three digital switch Hall sensors 11. Alternatively, one, two, four or five digital switch Hall sensors 1 1 on the first page 18 can be attached.
  • the axial offset created thereby causes the rotor-bearing sensor assembly 1 to be designed to be space-optimized. Because by means of the offset, the electrical sensors 1 1, 12 can be attached both on the first side 18, and on the second side 19, which results in the rotor position sensor assembly 1 in a circumferential direction, ie a direction about a rotation axis of the release carrier 9 around , in an angular range in the range between 50 ° and 120 °, preferably 90 °, is formed. This angle span is filled by the board 10 together with the sensor carrier 13.
  • the sensor section 20 and the fastening section 21 are freely adaptable to their respective surroundings since the bending point 14 making speaking connection between the sections.
  • 13 insertion bushes 15 are arranged in the sensor carrier. These are preferably designed as through holes and allow the attachment of the rotor position sensor assembly 1 by means of fasteners, such as screws or rivets.
  • fasteners such as screws or rivets.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the rotor sensor layer assembly 1 according to the invention with the sensor end coating 7. This encloses all components of the sensor layer assembly 1, and thus protects them from mechanical and / or thermal stress.
  • the tangential course of the cable 15 relative to the rotor sensor layer assembly 1 is shown in Fig. 3 as well as the angular span between 50 ° and 120 °.
  • the width of the sensor carrier 13 extending in the axial direction is smaller in magnitude than the offset running in the axial direction, which is defined by the mounting portion 21 of the circuit board 10.
  • Fig. 4 illustrates the mounting portion 21 enlarged there.
  • An inner side of the bending point 14 is configured such that the sensor portion 20 extends in the circumferential direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorlagensensorbaugruppe (1) für ein Kupplungsausrücksystem (2) mit einem Stator (3) und einem relativ dazu verdrehbaren Rotor (4), wobei die Rotorlagensensorbaugruppe (1) eine Platine (10) aufweist, auf der elektrische Sensoren (11, 12) zur magnetfeldabhängigen Positionsbestimmung zumindest eines rotorfesten Magneten (5) angeordnet sind, wobei auf einer ersten Seite (18) der Platine (10) und auf einer zweiten Seite (19) der Platine (10) jeweils zumindest ein elektrischer Sensor (11, 12) angebracht ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kupplungsausrücksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rotor (3), einem Stator (4) und einem Ausrückelement wobei eine Lage des Rotors (3) relativ zum Stator (4) mittels einer erfindungsgemäßen Rotorlagensensorbaugruppe (1) realisierbar ist.

Description

Rotorlagensensorbaugruppe mit beidseitiger Sensoranordnung und Kupplungsausrücksystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorlagensensorbaugruppe für ein Kupp- lungsausrücksystem, vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stator und einem relativ dazu verdrehbaren Rotor, wobei die Rotorlagensensorbaugruppe eine Platine aufweist, auf der elektrische Sensoren zur magnetfeldabhängigen Positionsbestimmung zumindest eines rotorfesten Magneten angeordnet sind. Weiterhin umfasst der erfinderische Gedanke ein Kupplungsausrücksystem eines Kraftfahr- zeugs, mit einem Rotor und einem Stator, sowie mit einem Ausrückelement, wobei in dem Kupplungsausrücksystem eine erfindungsgemäße Rotorlagensensorbaugruppe eingesetzt ist.
Aus dem Stand der Technik sind Sensorikeinheiten für den Einsatz in einem Kupp- lungssystem bekannt, die eine Rotorlage relativ zu einem Stator über magnetfeldabhängige Parameter erfassen. So offenbart die deutsche Patentanmeldung
10 2014 218 544 A1 einen Elektromotor mit einer Auswerteelektronik zur Rotorlagenbestimmung. Hierbei ist ein Trägerelement, auf dem eine Sensorik angeordnet ist, in einem Gehäuse angeordnet, das einseitig offen ist. Diese geometrische Anordnung führt dazu, dass die Sensorik versetzt zum Rotor angeordnet ist, was sich nachteilhaft auf den benötigten Bauraum auswirkt.
Weiterhin sind gattungsgemäße Rotorlagensensorbaugruppen bekannt, die neben einer Platine einen Sensorträger aufweisen, der in einer Umfangsrichtung eines Gehäu- ses nach Art eines Ringabschnitts verläuft. Da auf der Platine meist eine Vielzahl an Sensoren angeordnet ist, verläuft der Ringabschnitt über eine Winkelspanne von bis zu 180 Grad. Diese Winkelspanne, ebenso wie eine Aneinanderreihung von Platine und Sensorträger, wirkt sich weiterhin negativ auf den benötigten Bauraum aus. Darüber hinaus sind die aus dem Stand der Technik bekannten Rotorlagensensorbau- gruppen nur von einer Seite montierbar, was einen aufwendigen Montageprozess bewirkt. Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotorlagensensorbaugruppe zu offenbaren, die unter Beibehaltung der Rotorlagenqualität zum einen weniger Bauraum einnimmt und zum anderen den Montageprozess vereinfacht.
Zusätzlich widmet sich die Erfindung der Aufgabe, ein Kupplungsausrücksystem zu präsentieren, das zeitlich effizienter in Betrieb zu nehmen ist und bei dem einzelne Komponenten leichter auswechselbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf einer ersten Seite der Platine und auf einer zweiten Seite der Platine jeweils zumindest ein elektrischer Sensor angebracht ist. Auf diese Weise wird der benötigte Bauraum optimiert, da die von dem Rotor abgewandte Seite der Platine ebenfalls mit zumindest einem elektrischen Sensor versehen ist. Zusätzlich erhöht eine solche Anordnung die Flexibilität der An- Ordnung, da mehrere Stellen für eine Anbringung des zumindest einen elektrischen Sensors möglich sind.
Weiterhin sei erfindungsgemäß ein Kupplungsausrücksystem offenbart, in dem eine Rotorlagensensorbaugruppe mit einer solchen Platine einsetzbar ist. Diese ist zum ei- nen in weniger Schritten montierbar, da die Rotorlagensensorbaugruppe von beiden Seiten in das Kupplungsausrücksystem integrierbar ist. Zum anderen sind die hierin angeordneten Komponenten über einen Lebenszyklus einzeln auswechselbar, was eine zeitlich und wirtschaftlich effizientere Wartung ermöglicht. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Nachfolgenden Text näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn sich der zumindest eine elektrische Sensor auf der ersten Seite von dem zumindest einen elektrischen Sensor auf der zweiten Seite hinsichtlich seiner Art und/oder Ansteuerung unterscheidet. Diese wechselseitige Anordnung bewirkt, dass eine exakte Positionsbestimmung des Rotors erleichtert wird. Weiterhin ergeben sich Vorteile in der Bestückung der Platine, da pro Seite nur ein Sensortyp verwendet wird. Sobald zumindest ein elektrischer Sensor als Hall-Sensor / Hall-Sonde / Hall-Geber ausgestaltet ist, lässt sich auf Basis des Hall-Effekts die Stärke des Magnetfelds präzise bestimmen. Somit ist eine Rotorlage mit hoher Genauigkeit bestimmbar. Hall- Sensoren ziehen weiterhin den Vorteil nach sich, dass sie als Standard-Komponente in der Lieferkette wirtschaftlich sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der zumindest eine elektrische Sensor auf der ersten Seite als digitaler Switch-Hall-Sensor ausgestaltet ist und/oder der zumindest eine elektrische Sensor auf der zweiten Seite als analoger Hall Sensor ausgestaltet ist. Ein Einsatz beider Funktionsweisen bei der Rotorlagebestimmung minimiert den Einfluss von Fehlergrößen und ermöglicht somit ein hohes Maß an Messgenauigkeit. Somit ist ein Ein- und Auskuppelvorgang unter hoher Präzision durchführbar, was sich schonend auf die beteiligten Komponenten auswirkt, wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Kupplungsausrücksystems verlängert wird.
Auch wenn in einem Zustand, in dem die Rotorlagensensorbaugruppe in einen Antriebsstrang integriert ist, die erste Seite einem Aktor zugewandt ist und/oder die zwei- te Seite einem Zweimassenschwungrad zugewandt ist, ist die Montage der einzelnen Komponenten der Rotorlagensensorbaugruppe effizient durchführbar. Diese Ausrichtung verträgt sich weiterhin mit bekannten Systemen, weshalb das erfindungsgemäße Modul ohne hohen Mehraufwand in vorhandene Antriebsstränge integrierbar ist. Ein weiterer Vorteil resultiert daraus, wenn die Platine einen in einer Umfangsrichtung verlaufenden Sensorabschnitt aufweist und einen in einer Axialrichtung verlaufenden Befestigungsabschnitt aufweist, wobei der Sensorabschnitt und der Befestigungsabschnitt über eine Biegestelle miteinander verbunden sind. Diese Abwinklung der Platine ermöglicht es, vorhandenen axialen Bauraum zu nutzen und somit den benötigten Bauraum in Umfangsrichtung zu verringern. Weiterhin ermöglicht der auf diese Weise realisierte axiale Versatz, dass die Sensoren ohne hohen konstruktiven Aufwand auf beiden Seiten der Platine anbringbar sind. Wenn in den Sensorabschnitt zumindest eine Einsetztasche eingebracht, vorzugsweise eingefräst, ist, in die zumindest ein elektrischer Sensor einsetzbar ist, wird zum einen der axiale Bauraum zusätzlich gesenkt, zum anderen ist ein Sensor auf der Platine zentriert, was die Bestückung der Platine vereinfacht. Zudem ist mittels eines Po- ka-Yoke Prinzips verhinderbar, dass Sensoren falsch eingesetzt werden. Dies verringert den Ausschluss von Bauteilen und senkt die Komplexität der Montage zusätzlich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Platine an einen Sensorträger, der als ein separates Bauteil ausgestaltet ist, starr gekoppelt. Auf diese Weise ist die Handhabung der Rotorlagensensorbaugruppe vereinfacht. Weiterhin lassen sich somit Schnittstellen mit anderen Bauteilen zur vereinfachten Montage leichter realisieren, indem sie auf dem Sensorträger ausgestaltet werden.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn der Magnet in seiner Rotationslage relativ zu zumin- dest einem elektrischen Sensor dazu vorbereitet ist, hinsichtlich seiner Lage mittels einer Software kalibriert zu werden. Dies lässt eine mechanische Kalibrierung, die zeitlich aufwendig ist, entfallen. Weiterhin zeichnet sich die Softwarekalibrierung durch ihre Genauigkeit aus. Ein weiterer Vorteil entsteht, wenn der Sensorträger Einsetzbuchsen aufweist, mittels derer man ihn an einem benachbarten Bauteil festsetzen kann. Somit ist eine vorgefertigte Schnittstelle zwischen der Rotorlagensensorbaugruppe und den anliegenden Bauteilen hergestellt. Dies wirkt sich beispielsweise positiv auf die Montage aus. Wenn die elektrischen Sensoren, die auf der Platine angeordnet sind, von einem duroplastischen Werkstoff umspritzt sind, um eine Sensorendumspritzung zu realisieren, ist die erfindungsgemäße Rotorlagensensorbaugruppe gegen Schmutz und auch gegen mechanische und thermische Störgrößen abgesichert. Dies erhöht die Lebensdauer und die Genauigkeit der Rotorlagensensorbaugruppe.
Sobald ein Kabel, das die Platine mit einem anderen elektrischen Kreis wirkkoppelt, derart mit der Rotorlagensensorbaugruppe koppelbar ist, dass es nur in der Umfangs- richtung verläuft, ohne eine Abwinklung zu durchlaufen, folgt eine schonendere Hand- habung der beteiligten Komponenten und auch eine sinkende Komplexität der Montage-
Das Kabel ist vorteilhafterweise derart mit der Rotorlagensensorbaugruppe gekoppelt, dass es durch einen verengten Kabelkanal verläuft. Dieser ermöglicht eine sichere und zugleich konstruktiv realisierbare Anbindung des Kabels an die Platine
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Rotorlagensensorbaugruppe komplett abdichtend zum Getrieberaum ausgestaltet. Dies ist darüber realisierbar, dass die Sensorendumspritzung als eine Kapselung und/oder eine Ummantelung ausgestaltet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der ersten Seite drei digitale Switch- Hall-Sensoren und auf der zweiten Seite zwei analoge Hall-Sensoren angeordnet. Es ist weiterhin möglich auf beiden Seiten zwischen einem und 10 elektrischen Sensoren anzuordnen.
In anderen Worten kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße Aufgabe darin besteht, eine von einer Seite, vorzugsweise der im eingebauten Zustand dem Zwei- massenschwungrad zugewandten Seite, eingebaute Sensorik austauschbar und mit kleinem Bauraumbedarf bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Rotorlagekalibrierung mittels Software durchzuführen.
Dies wird erfindungsgemäß über eine steckbare Lösung mit einem sehr kompakten Bauraum realisiert. Diese ist weiterhin ohne hohen Aufwand zu montieren. Vorteilhaft ist, dass die Platine auf beiden Seiten mit Sensoren bestückt ist, um neben dem Magnetfeld und auch den Bauraum zu optimieren. Ermöglicht wird dies mittels einer um 90° gebogenen Platine. Diese ist beispielsweise gefräste oder mittels Flex PCB ausgeführt. Weiterhin wird, um den Abstand zum Magnetring zu optimieren, in die Platine noch eine Tasche gefräst, in die die analogen und oder digitalen Hall-Sensoren einsteckbar sind, um den Bestückungsprozess zu erleichtern. Erfindungsgemäß ist weiterhin eine kombinierte Zugentlastungslösung realisiert, die die Belastung der Platine reduziert. Die vorstehend erwähnte Lagekalibrierung ist mittels einer Software, die direkt im Steuergerät integriert ist, durchführbar. Ein Stecker, der mit der Rotorlagensensorbaugruppe verbindbar ist bzw. in diese integrierbar ist, gewährleistet die mechanische Fixierung, die elektrische Festigkeit sowie die Isolierung/Abdichtung der einzelnen Leitungen. Die erfindungsgemäße Rotorlagensensorbaugruppe ist beispielsweise in elektrischen Zentralausrückern (EZA) einsetzbar. Für diese EZA ist die Schnittstelle zur Rotorlagensensorbaugruppe unverän- dert, jedoch verschwinden erfindungsgemäß Nachteile, wie mechanische und elektrische Festigkeit von Kontaktstellen.
Der erfindungsgemäße Sensorträger ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgestaltet. Weiterhin sind auf der Platinen-Vorderseite drei digitale Switch- Hall-Sensoren be- stückt, sowie auf der Platinen-Rückseite zwei analoge Hall- Sensoren bestückt. Die erfindungsgemäße Platine ist vorzugsweise gebogen. Somit wird die Einsteckquerfläche reduziert und der axiale Bereich der Platine kann für die Bestückung weiterer elektronischer Bauelemente genutzt werden. Zudem werden die Winkelabstände zwischen jedem Sensor nach der Polpaarzahl des Sensormagnetrings bzw. Motors opti- miert.
In der Erfindung sind weiterhin einige physikalische Eigenschaften ausgenutzt.
Ein Magnetfeld hat die spezielle Eigenschaft, dass, wenn der Abstand zum sensitiven Element verringert wird, das Magnetfeld stärker, die Steigung im Nord- Süd Durchgang steiler und die Nichtlinearität größer wird. Wird dagegen der Abstand des Magnetrings zum sensitiven Element größer, gilt, dass die Magnetflussdichte kleiner und die Nichtlinearität besser wird. Zudem gilt, dass, um einen Fehler einer Hysterese des Switch- Hall-Sensors zu reduzieren, der Nord-Süd-Durchgang möglichst steil zu realisieren ist. Um den Fehler des analogen Hall-Sensors zu minimieren, ist die Nichtlinearität des Magnetfelds gering zu halten. Auf der anderer Seite ist die Höhe des Switch-Hall-Sensors größer als die des analogen Hall-Sensors.
Erfindungsgemäß sind der Winkelfehler durch die Hysterese kleiner als 2 el° und die Nichtlinearität des Magnetfelds kleiner als 1 ,5 el°. Es gilt, dass der Abstand des sensitiven Elements des Switch-Hall-Sensors zum Magnetring kleiner als 2,5 mm sein sollte. Andererseits ist der Abstand zwischen dem analogen Hall-Sensor und dem Magnetring mit größer als 3,5 mm auszugestalten. Aus diesem Grund werden die drei digitalen Hall-Sensoren auf der Vorderseite der Platine und die beiden analogen Senso- ren auf der Rückseite der Platine montiert.
Ein weiteres durch die Erfindung gelöstes Problem ist, dass der Sensor auf Grund der Auflösung und der Störung durch das Erdmagnetfeld eine bestimmte Stärke übersteigt. D.h. der Abstand zwischen der Magnetoberfläche und dem sensitiven Element des analogen Hall-Sensors ist nicht zu groß auszugestalten. Weiterhin sollte bei einem Einsatz in einem EZA das Magnetfeld stärker als 20mT sein.
Auf der anderen Seite hat die gesamte Baugruppe eine große Toleranz und die Höhe der Sensoren und der Platine ist nicht zu reduzieren. Daher werden die beiden analo- gen Hall-Sensoren so in die Platine eingebaut, dass die mit der näher zum sensitiven Element liegende Seite zu der Innenseite der Platine zeigt.
Die erfindungsgemäße Sensorik hat ein kombiniertes Zugentlastungssystem. Auf Grund der Miniaturisierung ist eine einzelne Zugentlastung nicht ausreichend. Der Zu- gentlastungsblock besteht aus der Verengerung des Kabelkanals durch eine Ober- und eine Unterseite und der Adhäsion des Kabels zur Kunststoffendumspritzung. Die Verengung des Kabelkanals erzeugt einen größeren Druck an die Kabelummantelung und es erhöht sich die Reibungs- bzw. Verformungsenergie, um einem größeren Verrutschen vorzubeugen.
In einer Ausführungsform haben alle Sensoren einen relativen Winkelfehler zum Stator, dieser kann durch einen Back EMF Test festgelegt werden. Sie werden in der Control Unit gespeichert und bei der Motorregelung ausgelesen um die Kommutierungstabelle entsprechend zu verschieben.
Somit gilt zusammenfassend, dass erfindungsgemäß eine Rotorlagensensorbaugrup- pe offenbart ist, die ohne hohen Aufwand austauschbar ist. Somit ist eine Wartung kostengünstig durchführbar. Zudem zeichnet sich die hierin offenbarte Rotorlagen- sensorbaugruppe durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit in der Rotorlagebestimmung aus. Ebenfalls Teil des erfinderischen Gedankens ist ein elektrisches Kupp- lungsbetätigungssystem / Kupplungsausrücksystem, das eine solche Rotorlagen- sensorbaugruppe beinhaltet.
Die Rotorlagensensorbaugruppe beinhaltet vorzugsweise drei digitale Switch-Hall- Sensoren und vorzugsweise zwei analoge Hall-Sensoren. Die digitalen Switch-Hall- Sensoren sind hierbei starr an einer ersten Seite einer Platine angebracht, vorzugs- weise gelötet. Die analogen Hall-Sensoren sind ebenfalls starr an einer zweiten Seite der Platine angebracht, vorzugsweise gelötet. Die erste und/oder die zweite Seite der Platine weist bevorzugt Einsetzbuchsen auf, um eine Position der Sensoren zu zentrieren. Die Platine weist vorzugsweise eine gekurvte / geschwungene Form auf, um eine zuverlässige elektrische Verbindbarkeit zu einem externen Stromkreis zu ermög- liehen. Als Verbindung zwischen den einzelnen Stromkreisen eignet sich ein Kabel. Die erfindungsgemäße Rotorlagensensorbaugruppe ist von einem Gehäuse / einer Sensorendumspritzung ummantelt / eingekapselt, die aus einem thermohärtenden / duroplastischen Material aufgebaut ist. Die Erfindung wird nachfolgend mittels Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht durch ein Kupplungsbetätigungssystem;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Rotorlagensensorbaugruppe;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Sensorendumspritzung; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Platine, die mit Sensoren bestückt ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
In Fig. 1 ist eine Rotorlagensensorbaugruppe 1 als eine Komponente eines Kupplungsausrücksystems 2 dargestellt. Ein Elektromotor, der im Wesentlichen aus einem Stator 3 und einem Rotor 4 zusammengesetzt ist, führt hierbei eine Rotation durch, die über ein Getriebe 23, wie beispielsweise einen Kugelgewindetrieb, in eine Translation gewandelt wird. Mittels dieser Translation wird ein Ein- bzw. Ausrücken einer Kupplung bewirkt. Um die Lage des Rotors 4 relativ zum Stator 3 bestimmen zu können, ist auf dem Rotor 4 ein Magnet 5 angebracht. Dieser induziert ein Magnetfeld, das von der Rotorlagensensorbaugruppe 1 derart ausgewertet wird, dass die Lage des Rotors und somit der Betriebszustand der Kupplung hochpräzise bestimmbar ist. An einem Sensorabschnitt 6 der Rotorlagensensorbaugruppe ist die Sensorik derart angeordnet, dass die Relativlage zwischen Stator 3 und Rotor 4 effizient bestimmbar ist.
Um die Rotorlagensensorbaugruppe 1 abzudichten, um sie mechanisch und thermisch zu schützen, ist eine Sensorendumspritzung 7 als kapselartiges Gehäuse um die Rotorlagensensorbaugruppe 1 herum angeordnet. Die Sensorendumspritzung 7 schützt die Rotorlagensensorbaugruppe 1 vor einem Eintrag von Seiten des Elektro- motors. Zusätzlich ist eine Sensordichtung 8 zwischen einer Schulter eines Ausrückträgers 9 und der Rotorlagensensorbaugruppe 1 angeordnet. Die Sensordichtung 8 ist beispielsweise als O-Ring ausgestaltet und ermöglicht ein passgenaues Einsetzen der Rotorlagensensorbaugruppe 1 in den Ausrückträger 9. Der Ausrückträger 9 weist einen Wellenabschnitt und einen Kranzabschnitt auf. Der Wellenabschnitt ist im We- sentlichen rotationssymmetrisch ausgestaltet und erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung, während sich der Kranzabschnitt im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt. ln Fig. 2 ist die Rotorlagensensorbaugruppe 1 für sich alleine dargestellt. Sie setzt sich im Wesentlichen aus einer Platine 10 und einem Sensorträger 13 zusammen. Erfindungsgemäß ist die Platine 10 als ein gebogenes Bauteil ausgestaltet. Sie weist somit einen Sensorabschnitt 20 und einen Befestigungsabschnitt 21 auf. Auf dem Sensorabschnitt 20 sind auf einer ersten Seite 18 und auf einer zweiten Seite 19 elektrische Sensoren 1 1 , 12 angeordnet. Vorzugsweise sind auf der ersten Seite 18, die dem Elektromotor / dem Aktor zugewandt ist, digitale Switch-Hall-Sensoren 1 1 angeordnet. Hierbei handelt es sich bevorzugt um drei digitale Switch-Hall-Sensoren 1 1 . Alternativ sind auch einer, zwei, vier oder fünf digitale Switch-Hall-Sensoren 1 1 auf der ersten Seite 18 anbringbar.
Auf der zweiten Seite 19 sind analoge Hall-Sensoren 12 angeordnet. Diese sind im Zusammenspiel mit den digitalen Switch-Hall-Sensoren 1 1 derart vorbereitet, dass sie das vom Magneten 5 induzierte Magnetfeld derart detektieren, dass die Lage des Ro- tors 4 zum Stator 3 präzise bestimmbar ist. Sämtliche Sensoren 1 1 , 12 sind auf dem Sensorabschnitt 20 angeordnet. Der Sensorabschnitt 20 ist über eine Biegestelle 14 der Platine 10 mit dem Befestigungsabschnitt 21 verbunden. Der Befestigungsabschnitt 21 weist eine vordefinierte Schnittstelle auf, um ein Kabel 16 derart mit der Platine 10 zu verbinden, dass auf dieser eine Spannung anlegbar ist. Das Kabel 16 ist mittels eines Anschlusses 17 derart mit der Platine 10 gekoppelt, dass diese bevorzugt über einen Einsteckmechanismus miteinander verbunden sind. Der Befestigungsabschnitt 21 verläuft im Wesentlichen in einer Axialrichtung des Kupplungsausrücksystems 2. Der hierdurch geschaffene axiale Versatz bewirkt, dass die Rotorlagensensorbaugruppe 1 bauraumoptimiert ausgestaltet ist. Denn mittels des Versatzes sind die elektrischen Sensoren 1 1 , 12 sowohl auf der ersten Seite 18, als auch auf der zweiten Seite 19 anbringbar, was dazu führt, dass die Rotorlagensensorbaugruppe 1 in einer Umfangsrichtung, also einer Richtung um eine Rotationsachse des Ausrückträgers 9 herum, in einer Winkelspanne im Bereich zwischen 50° und 120°, vorzugsweise 90°, ausgebildet ist. Diese Winkelspanne wird von der Platine 10 zusammen mit dem Sensorträger 13 ausgefüllt.
Hinsichtlich ihrer Geometrie sind der Sensorabschnitt 20 und der Befestigungsabschnitt 21 frei an ihre jeweilige Umgebung anpassbar, da die Biegestelle 14 eine ent- sprechende Verbindung zwischen den Abschnitten herstellt. Um die Rotorlagensensorbaugruppe 1 in einer vordefinierten Position im Ausrückträger 9 anbringen zu können, sind im Sensorträger 13 Einsetzbuchsen 15 angeordnet. Diese sind vorzugsweise als Durchgangsöffnungen ausgestaltet und ermöglichen die Befestigung der Rotorlagensensorbaugruppe 1 mittels Befestigungsmitteln, wie Schrauben oder Niete. Dass das Kabel 16 bis zu seiner Schnittstelle zu dem Befestigungsabschnitt 21 der Platine 10 ausschließlich in der Umfangsrichtung verläuft ist ein weiterer Vorteil der Erfindung. Somit ist das Kabel 16 gegen Abknicken, das zu einem schnelleren Verschleiß führt, abgesichert.
In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Rotorsensorlagen- baugruppe 1 mit der Sensorendumspritzung 7 dargestellt. Diese ummantelt sämtliche Komponenten der Sensorlagenbaugruppe 1 , und schützt diese Somit vor mechanischer und/oder thermischer Belastung. Der tangentiale Verlauf des Kabels 15 relativ zur Rotorsensorlagenbaugruppe 1 ist in Fig. 3 ebenso dargestellt, wie die Winkelspanne zwischen 50° und 120°. Die in der Axialrichtung verlaufende Breite des Sensorträgers 13 ist in ihrem Betrag kleiner als der in der Axialrichtung verlaufende Versatz, der von dem Befestigungsabschnitt 21 der Platine 10 definiert ist. Fig. 4 stellt den Befestigungsabschnitt 21 vergrößert da. Eine Innenseite der Biegestelle 14 ist derart ausgestaltet, dass der Sensorabschnitt 20 in der Umfangsrichtung verläuft. Auf der zweiten Seite 19 der Platine 10 sind erfindungsgemäß Einsetztaschen 22 angeordnet, damit die elektrischen Sensoren 1 1 , 12 in einer vordefinierten Position dem Poka-Yoke-Prinzip folgend in diese einsetzbar sind. Die Einsetztaschen 22 sind vorzugsweise in den Sensorabschnitt 20 eingefräst. Gemäß der Erfindung sind die analogen Hall-Sensoren auf der zweiten Seite 19 angebracht. Bezugszeichenliste Rotorlagensensorbaugruppe
Kupplungsausrücksystem
Stator
Rotor
Magnet
Sensorabschnitt
Sensorendumspritzung
Sensordichtung
Ausrückträger
Platine
Digitaler Switch-Hall-Sensor
Analoger Hall-Sensor
Sensorträger
Biegestelle
Einsetzbuchse
Kabel
Anschluss
Erste Seite
Zweite Seite
Sensorabschnitt
Befestigungsabschnitt
Einsetztasche
Getriebe

Claims

Patentansprüche
Rotohagensensorbaugruppe (1 ) für ein Kupplungsausrücksystem (2) mit einem Stator (3) und einem relativ dazu verdrehbaren Rotor (4), wobei die Rotohagensensorbaugruppe (1 ) eine Platine (10) aufweist, auf der elektrische Sensoren (1 1 , 12) zur magnetfeldabhängigen Positionsbestimmung zumindest eines rotorfesten Magneten (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Seite (18) der Platine (10) und auf einer zweiten Seite (19) der Platine (10) jeweils zumindest ein elektrischer Sensor (1 1 , 12) angebracht ist.
Rotohagensensorbaugruppe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest eine elektrische Sensor (1 1 ) auf der ersten Seite (18) von dem zumindest einen elektrischen Sensor (12) auf der zweiten Seite (19) hinsichtlich seiner Art und/oder Ansteuerung unterscheidet.
Rotohagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrische Sensor (1 1 ) auf der ersten Seite und der zumindest eine Sensor (12) auf der zweiten Seite als Hall- Sensoren ausgestaltet sind.
Rotohagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrische Sensor auf der ersten Seite (18) als digitaler Switch-Hall-Sensor (1 1 ) ausgestaltet ist und/oder der zumindest eine elektrische Sensor auf der zweiten Seite (19) als analoger Hall Sensor (12) ausgestaltet ist.
5. Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zustand, in dem die Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) in einen Antriebsstrang integriert ist, die erste Seite (18) einem Aktor zugewandt ist und/oder die zweite Seite (19) einem Zweimassenschwungrad zugewandt ist.
6. Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (10) einen in einer Umfangsrichtung verlaufenden Sensorabschnitt (20) und einen in einer Axialrichtung verlaufenden Befestigungsabschnitt (21 ) aufweist, wobei der Sensorabschnitt (20) und der Befestigungsabschnitt (21 ) über eine Biegestelle (14) miteinander verbunden sind.
7. Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sensorabschnitt (20) zumindest eine Einsetztasche (22) eingebracht ist, in die zumindest ein elektrischer Sensor einsetzbar ist.
8. Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (10) an einen Sensorträger (13), der als ein separates Bauteil ausgestaltet ist, starr gekoppelt ist.
9. Rotorlagensensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) in seiner Rotationslage relativ zu zumindest einem elektrischen Sensor (1 1 , 12) dazu vorbereitet ist, hinsichtlich seiner Lage mittels einer Software kalibriert zu werden. Kupplungsausrücksystem (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rotor (3), einem Stator (4) und einem Ausrückelement, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des Rotors (3) relativ zum Stator (4) mittels einer Rotorlagensensorbau- gruppe (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 realisiert ist.
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