WO2019001914A1 - Elektromotorbaugruppe - Google Patents

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WO2019001914A1
WO2019001914A1 PCT/EP2018/064826 EP2018064826W WO2019001914A1 WO 2019001914 A1 WO2019001914 A1 WO 2019001914A1 EP 2018064826 W EP2018064826 W EP 2018064826W WO 2019001914 A1 WO2019001914 A1 WO 2019001914A1
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WO
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electric motor
magnetic field
motor assembly
shield
assembly according
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PCT/EP2018/064826
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Kuhn
Ignacio SERRAHIMA
Roman Nestlinger
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to US16/705,061 priority patent/US11239731B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/01—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for shielding from electromagnetic fields, i.e. structural association with shields
    • H02K11/014—Shields associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/0141—Shields associated with casings, enclosures or brackets

Definitions

  • the invention relates to an electric motor assembly, in particular for vehicle drive, with an electric motor and a magnetic field sensor.
  • To determine the rotor position of the rotor is usually a combination of a magnet and a magnetic field sensor is used, wherein the magnet is connected to the rotor and generates a measuring magnetic field in which the magnetic field sensor is arranged.
  • the magnetic field sensor is stationary and the magnet rotatably connected to the rotor, so that the magnet rotates together with its measuring magnetic field relative to the magnetic field sensor.
  • the angle of the measuring magnetic field can now be determined, so that it can be concluded that the position of the rotor.
  • electric motors for vehicle drive there are high demands on the accuracy of this rotor position detection.
  • an electric motor assembly in which the measuring magnetic field is not disturbed by the magnetic field of the rotor.
  • the object is achieved by an electric motor assembly, in particular for vehicle drive, with an electric motor, a magnetic field sensor and a shield, wherein the electric motor has a stator, a rotor and at least one magnet which is rotatably connected to the rotor and generates a measuring magnetic field.
  • the magnetic field sensor is arranged in the measuring magnetic field and connected to the shield, wherein the shield has a high magnetic permeability and is closed in the region of the magnetic field sensor.
  • the magnetic field sensor is attached to a part of the shield, for example.
  • a high magnetic permeability means that the corresponding material has a permeability number ⁇ ⁇ greater than 10, in particular ⁇ ⁇ greater than 100.
  • the magnet may be a permanent magnet, for example a ring magnet, a tube magnet or two opposing magnetic plates or bar magnets.
  • the magnetic field sensor is fixed and does not rotate with the rotor.
  • the magnetic field sensor is supported by the shield.
  • the part of the magnetic field of the magnet is referred to, which is located within the ring or tube magnet or between the magnetic plates and in particular is homogeneous.
  • the magnetic field sensor may be an MR sensor based on the magnetoresistive effect.
  • a shield is provided with high magnetic permeability, the magnetic field of the rotor magnet coil and the magnetic field line pass through the shield and can thereby be kept away from the measuring magnetic field. In this way, a particularly trouble-free measurement of the rotation angle and the rotor position is possible.
  • the magnet is attached to the shaft of the electric motor.
  • the shaft is made of metal, in particular of steel and thus has a high magnetic permeability. In this way, a measurement with high precision near the axis of rotation is possible.
  • the shaft may have at one of its ends a cavity which is open at this end of the shaft in the axial direction, wherein the magnet is fixed in the cavity on an inner side of the shaft.
  • the magnetic field sensor is provided on the radially inner side of the magnet. In this case, the magnetic field sensor can be arranged in the axial direction in the region of the magnet, so that the magnet rotates about the magnetic field sensor.
  • the terms "axial” and “radial” are to be understood in relation to the axis of rotation.
  • the shield has a base part and a sensor holder, wherein the base part is closed in the region of the axis of rotation.
  • the base part is for example a metal plate and thus also has a high magnetic permeability.
  • the base part is a housing or end shield of the electric motor assembly. By the base part, the magnetic field lines of the rotor of the electric motor are guided so that the magnetic field of the rotor does not interfere with the measurement of the magnetic field sensor.
  • the shield has a base part and a sensor holder, wherein in the base part in the region of the axis of rotation an opening is provided, which is closed by the sensor holder.
  • the base part is for example a metal plate and thus also has a high magnetic permeability.
  • the base part is a housing or end shield of the electric motor assembly. The opening allows easy access to the shaft.
  • the sensor holder has a base body and / or a shielding element, wherein the shielding element is made of a material having high magnetic permeability.
  • the shielding element is made of a material having high magnetic permeability.
  • the Grundköper be made of plastic, in particular by encapsulation of the Schirmungsiatas.
  • the shielding element is made of metal. The shielding element is thus not made of a plastic, since a plastic shielding element would have larger manufacturing tolerances.
  • the shielding element is U-shaped in section, with the legs of the U extending into the opening.
  • the shielding element has, for example, the shape of a flat shell, such as a Petri dish.
  • the electric motor assembly comprises a support which is attached to the shield, in particular to the sensor holder and which extends into the cavity of the shaft, wherein the carrier of the magnetic field sensor is fixed, so that the magnetic field sensor can be easily inserted into the cavity of the shaft can.
  • the carrier can be made in one piece with the sensor holder, in particular the main body.
  • the sensor holder has at least a first thickness and a second thickness in the axial direction, wherein the sensor holder has the first strength in a radially inner region, in particular in the area adjacent to the carrier, wherein the sensor holder radially outward ßerraum the region of the second strength first thickness, in particular radially outside the region of the opening, and wherein the first thickness is less than the second thickness.
  • the region of the first thickness may also be at least partially in the region of the opening.
  • the shaft can protrude toward the shield in the axial direction relative to the rotor, in particular extending into the opening. It can extend to between the legs of the Schirmungsettis. In this way, the magnetic field sensor is particularly well shielded.
  • the shaft may extend into the opening in the area of the sensor mount having the lower first thickness.
  • the entire shield can be placed closer to the electric motor, whereby the axial space of the electric motor assembly is reduced.
  • the shield forms at least part of a housing of the electric motor or a bearing plate, whereby several functions are achieved by the shield.
  • At least one power line is provided in the rotor, the power line being arranged in relation to the magnet such that a disturbing magnetic field induced by a current through the power line is substantially parallel to the measuring magnetic field in the region of the measuring magnetic field.
  • a parallel magnetic field is understood to mean that the magnetic field lines run parallel to one another, whereby they can also run in opposite directions. This ensures that the measuring magnetic field is influenced as little as possible by the disturbance magnetic field.
  • the electric motor is a synchronous machine.
  • FIG. 2 shows a rear view of the electric motor of the electric motor assembly of Figure 1 schematically, and - Figure 3 parts of an electric motor assembly according to the invention according to a second embodiment of the invention schematically in section.
  • FIG. 1 schematically shows an electric motor assembly 10 with an electric motor 12 and a shield 14.
  • the electric motor 12 has a stator 16, an inner rotor 18, and a shaft 20 and is, for example, a synchronous machine.
  • the electric motor 12 is an electric motor for vehicle drive for hybrid vehicles or purely electric vehicles, especially cars.
  • the electric motor 12 is an internal rotor motor, however, the electric motor 12 may of course be designed as Au chistrmotor.
  • the rotor 18 has a rotor magnet coil 22, which generates a rotor magnetic field during operation of the electric motor 12, whose magnetic field lines MR are shown in FIG.
  • the shaft 20 is rotatably connected to the rotor 18 and thus defines the axis of rotation D of the rotor 18.
  • the shaft 20 is made of metal, in particular of steel, and thus has a high magnetic permeability.
  • the terms “axial” and “radial” refer in the following to the axis of rotation D of the shaft 20th
  • the shaft 20 extends in its axial direction further than the rotor 18 and thus protrudes toward the shield 14 towards the rotor 18.
  • the part of the shaft 20 which projects beyond the stator 16 is designed as a hollow shaft, which is open to the shield 14.
  • the cavity 24 formed thereby is bounded by an inner side 26 of the shaft 20.
  • a magnet 28 is provided, which is fixed to the inside 26 of the shaft 20.
  • the magnet 28 is thus rotatably connected to the shaft 20 and the rotor 18.
  • the magnet 28 has two magnetic disks.
  • the magnetic plates of the magnet 28 are opposed to each other and are fixed to the inner side 26 of the shaft 20, respectively.
  • the magnetic disks are, for example, permanent magnets.
  • the magnet 28 may also be designed as an electromagnet.
  • the magnet 28 is a tubular magnet or a ring magnet or consists of two opposing bar magnets.
  • the magnet 28 generates a magnetic field which is substantially homogeneous between the two magnetic plates of the magnet 28.
  • This part of the magnetic field, which is homogeneous, is referred to as measurement magnetic field M M , and is indicated by arrows in Figure 1.
  • the orientation of the measuring magnetic field MM thus rotates together with the rotor 18.
  • the shield 14 is stationary, d. H. not rotatable, so that the rotor 18 rotates relative to the shield 14.
  • the shield 14 has a base portion 30 and a sensor mount 32 secured to the base portion 30.
  • the base part 30 is, for example, a metal plate and thus also has a high magnetic permeability.
  • the base part 30 covers the electric motor 12 on one side and has an opening 34 in the region of the shaft 20, which is aligned, for example, with the axis of rotation D of the shaft 20.
  • the sensor holder 32 closes the opening 34 and in turn has a base body 36 and a shielding element 38.
  • the diameter of the shielding element 38 therefore corresponds almost to the diameter of the opening 34.
  • the sensor holder 32 more precisely the base body 36, a thin region having a first thickness Si in the axial direction and a thick region having a second thickness S 2 in the axial direction.
  • the second strength S 2 is greater than the first strength S1.
  • the shielding element 38 is not made of plastic, but made of a material with high magnetic permeability, for example of a metal.
  • the shielding element 38 has the shape of a flat shell, for example a petri dish, with a bottom 40 and an edge 42 which extends from the bottom 40 toward the electric motor 12.
  • the shielding element 38 thus has a U-shape, wherein the edge 42 forms the legs of the U.
  • the edge 42 is disposed in the opening 34 and spaced by a thin portion of the body 36 from the boundary of the opening 34.
  • the shielding element 38 thus closes the opening 34 for the magnetic field lines MR of the rotor 1 8, so that the shield 14 is closed in the region of the shaft 20.
  • the shaft 20 extends into the opening 34 and is thus surrounded by the edge 42 of the Schirmungsiatas 38. In this case, the shaft 20 is aligned in the axial direction with the thin region of the sensor holder 32 or of the base body 36.
  • the shielding element 38 is held by the base body 36 on the shield 14.
  • the base body 36 is screwed in the illustrated embodiment with the base part 30. Conceivable, however, are other ways of attachment.
  • a carrier 44 is integrally formed in the embodiment shown, which is formed as projecting from the base 36 pin or plate.
  • the carrier 44 extends into the cavity 24 of the shaft 20.
  • the thin region of the sensor holder 32 or of the base body 36 is located radially outside the region on which the carrier 44 is formed on the base body 36, and adjoins it.
  • the thick region of the sensor holder 32 or of the base body 36 is radially adjacent to the thin region and can also be located radially outside the opening.
  • the thick area may have different thicknesses, all of which are greater than the first thickness Si.
  • a magnetic field sensor 46 is provided, which is for example an MR sensor.
  • the magnetic field sensor 46 is arranged in the measuring magnetic field M M and thus lies axially in the region of the magnet 28, more precisely between the two magnetic plates.
  • the magnetic field sensor 46 is thus rigidly connected to the shield 14, so that the rotor 18 and thus also the magnet 28 can rotate about the magnetic field sensor 46.
  • the rotor 18 is energized so that the rotor magnet coil 22 generates a strong magnetic field.
  • the magnetic field or the field lines MR of this magnetic field extend u. a. also through the gap between the shield 14 and the rotor 18 radially inwardly toward the axis of rotation D. There, parts of the field lines MR hit the shaft 20, which again leads the field lines MR axially towards the rotor due to their high permeability.
  • the field lines MR run in the region of the shaft 20 and the magnetic field sensor 46 bundled by the shielding element 38 until they have reached the other side of the opening 34 and finally bridge the gap between shield 14 and rotor 18 again in the rotor magnet coil 22.
  • FIG. 2 shows a view of the electric motor assembly 10 in the axial direction onto the rotor 18.
  • the shielding 14 has been omitted, only the magnetic field sensor 46 is dotted entered.
  • the direction of rotation of the rotor 18 is indicated by the dashed line.
  • the rotor has a plurality of power lines 48 which extend in the axial direction.
  • the power lines 48 are not shown in FIG.
  • the two power lines 48 are arranged so that an imaginary straight line (also dotted in Fig. 2) perpendicular to the axis of rotation, which connects the two power lines 48, parallel to the magnetic field plates of the magnet 28 extends. This imaginary straight line thus runs perpendicular to the measuring magnetic field M M.
  • the rotor 18 If the rotor 18 is now energized, flows through the power lines 48, an electric current through which a disturbance magnetic field Ms is induced. This interference magnetic field M s also passes through the measuring magnetic field M M and can disturb this. Due to the position of the power lines 48 relative to the measurement magnetic field MM, the magnetic field lines of the disturbance magnetic field Ms in the region of the measurement magnetic field MM are substantially parallel to the measurement magnetic field MM.
  • the disturbing magnetic field M s does indeed change the magnitude of the measuring magnetic field MM, but not the direction, so that only a very small disturbance of the measurement of the magnetic field sensor 46 starts from the current lines 48.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the invention, which essentially corresponds to the first embodiment. Therefore, only the differences will be discussed below and identical or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
  • the second embodiment no opening is provided in the base part 30, but the base part 30 is also closed in the region of the rotation axis D.
  • the sensor holder 32 is fastened on the side of the base part 30 facing the electric motor 12.
  • the sensor holder 32 has no shielding element 38, but has only the base body 36 and the carrier 44.
  • the main body 36 has, as in the first embodiment, a thin portion having a first thickness Si in the axial direction and a thick portion having a second thickness S2 in the axial direction.
  • the second strength S2 is greater than the first strength S1.
  • the region of the first thickness S1 is the radially outermost region of the main body 36.
  • the sensor holder 32 is fastened to the base part 30, for example by screws.
  • the area of the first thickness S1 is adjoined radially inwardly by the area of the second thickness S2.
  • the main body 36 abuts the base part 30, for example in the region of the second thickness S 2 .
  • the carrier 44 is provided on the radially inner side of the area of the second thickness S2 and enclosing the center axis of the sensor holder 32. Overall, this results in the average T-shape of the sensor holder 32nd
  • the main body 36 and the carrier 44 are in particular in one piece, for example made of a plastic.
  • the region of the first thickness S1 lies radially outside the shaft or an imaginary extension of the shaft 20.
  • the carrier 44 lies radially inside the shaft 20, and the region of the second thickness S2 connects the region of the first thickness S1 the carrier 44, ie the region of the second thickness S 2 extends through the imaginary extension of the shaft 20.
  • the field lines MR similar to described for the first embodiment, either passed through the shaft 20 or through the base member 30 and thereby do not run into the measuring magnetic field MM inside.
  • the advantage of this second embodiment is that the sensor holder 32 can be made simpler.
  • the sensor holder 32 may have at least one cable outlet and / or plug.

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Abstract

Eine Elektromotorbaugruppe (10), insbesondere zum Fahrzeugantrieb, hat einen Elektromotor (12), einen Magnetfeldsensor (46) und eine Schirmung (14), wobei der Elektromotor (12) einen Stator (16), einen Rotor (18) und wenigstens einen Magneten (28) aufweist, der drehfest mit dem Rotor (18) verbunden ist und der ein Messmagnetfeld (MM) erzeugt. Der Magnetfeldsensor (46) ist im Messmagnetfeld (MM) angeordnet und mit der Schirmung (14) verbunden, und die Schirmung (14) hat eine hohe magnetische Permeabilität und ist im Bereich des Magnetfeldsensors (46) geschlossen.

Description

Elektromotorbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Elektromotorbaugruppe, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, mit einem Elektromotor und einem Magnetfeldsensor.
Bei Elektromotoren zum Fahrzeugantrieb ist es üblicherweise notwendig, dass die Rotorlage des Rotors des Elektromotors und die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bekannt sind.
Zur Bestimmung der Rotorlage des Rotors kommt üblicherweise eine Kombination aus einem Magneten und einem Magnetfeldsensor zum Einsatz, wobei der Magnet mit dem Rotor verbunden ist und ein Messmagnetfeld erzeugt, in dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Dabei ist der Magnetfeldsensor ortsfest und der Magnet drehfest mit dem Rotor verbunden, sodass der Magnet mitsamt seinem Messmagnetfeld relativ zum Magnetfeldsensor rotiert.
Durch den Magnetfeldsensor kann nun der Winkel des Messmagnetfeldes bestimmt werden, sodass auf die Lage des Rotors geschlossen werden kann. Insbesondere bei Elektromotoren zum Fahrzeugantrieb bestehen hohe Anforderungen an die Genauigkeit dieser Rotorlageerkennung.
Problematischerweise entsteht beim Betrieb des Elektromotors durch die Rotormagnetspule ein Störmagnetfeld, das das Messmagnetfeld beeinträchtigen kann. Um dieses Problem zu umgehen, ist es bekannt, den Magneten und den Magnetfeldsensor innerhalb der metallischen Welle des Elektromotors anzuordnen, um diese Störeinflüsse zu verringern.
Jedoch werden dadurch die Störeinflüsse des Magnetfeldes des Rotors nicht vollständig beseitigt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Elektromotorbaugruppe bereitzustellen, bei der das Messmagnetfeld nicht vom Magnetfeld des Rotors gestört wird. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektromotorbaugruppe, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, mit einem Elektromotor, einem Magnetfeldsensor und einer Schirmung, wobei der Elektromotor einen Stator, einen Rotor und wenigstens einen Magneten aufweist, der drehfest mit dem Rotor verbunden ist und der ein Messmagnetfeld erzeugt. Der Magnetfeldsensor ist dabei im Messmagnetfeld angeordnet und mit der Schirmung verbunden, wobei die Schirmung eine hohe magnetische Permeabilität hat und im Bereich des Magnetfeldsensors geschlossen ist. Der Magnetfeldsensor ist zum Beispiel an einem Teil der Schirmung befestigt. Dabei bedeutet eine hohe magnetische Permeabilität, dass das entsprechende Material eine Permeabilitätszahl μΓ größer als 10, insbesondere μΓ größer als 100 hat.
Der Magnet kann ein Permanentmagnet sein, beispielsweise ein Ringmagnet, ein Rohrmagnet oder zwei gegenüberliegende Magnetplatten oder Stabmagneten. Der Magnetfeldsensor ist insbesondere fest und rotiert nicht mit dem Rotor. Insbesondere wird der Magnetfeldsensor von der Schirmung getragen.
Als das Messmagnetfeld wird der Teil des Magnetfeldes des Magneten bezeichnet, der innerhalb des Ring- bzw. Rohrmagneten oder zwischen den Magnetplatten liegt und insbesondere homogen ist.
Der Magnetfeldsensor kann ein MR-Sensor sein, der auf dem magnetoresistiven Effekt basiert.
Dadurch, dass eine Schirmung mit hoher magnetischer Permeabilität vorgesehen ist, verlaufen das Magnetfeld der Rotormagnetspule und die Magnetfeldlinie durch die Schirmung und können dadurch vom Messmagnetfeld ferngehalten werden. Auf diese Weise ist eine besonders störungsfreie Messung des Drehwinkels und der Rotorlage möglich.
Vorzugsweise ist der Magnet an der Welle des Elektromotors angebracht. Dabei ist die Welle aus Metall, insbesondere aus Stahl und hat damit eine hohe magnetische Permeabilität. Auf diese Weise ist eine Messung mit hoher Präzision nahe der Drehachse möglich. Um den Magnetfeldsensor teilweise vor störenden Magnetfeldern zu schützen, kann die Welle an einem ihrer Enden einen Hohlraum aufweisen, der an diesem Ende der Welle in axialer Richtung offen ist, wobei der Magnet im Hohlraum an einer Innenseite der Welle befestigt ist. Der Magnetfeldsensor ist auf der radialen Innenseite des Magneten vorgesehen. Dabei kann der Magnetfeldsensor in axialer Richtung im Bereich des Magneten angeordnet sein, sodass der Magnet um den Magnetfeldsensor rotiert. Die Begriffe „axial" und „radial" sind in Bezug auf die Drehachse zu verstehen.
Beispielsweise weist die Schirmung ein Basisteil und eine Sensorhalterung auf, wobei das Basisteil im Bereich der Drehachse geschlossen ist. Das Basisteil ist zum Beispiel eine Metallplatte und hat somit ebenfalls eine hohe magnetische Permeabilität. Zum Beispiel ist das Basisteil ein Gehäuse oder ein Lagerschild der Elektromotorbaugruppe. Durch das Basisteil werden die Magnetfeldlinien des Rotors des Elektromotors geführt, sodass das Magnetfeld des Rotors die Messung des Magnetfeldsensors nicht stört.
Vorzugsweise weist die Schirmung ein Basisteil und eine Sensorhalterung auf, wobei im Basisteil im Bereich der Drehachse eine Öffnung vorgesehen ist, die durch die Sensorhalterung verschlossen wird. Das Basisteil ist zum Beispiel eine Metallplatte und hat somit ebenfalls eine hohe magnetische Permeabilität. Zum Beispiel ist das Basisteil ein Gehäuse oder ein Lagerschild der Elektromotorbaugruppe. Durch die Öffnung ist ein einfacher Zugriff auf die Welle möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Sensorhalterung einen Grundkörper und/oder ein Schirmungselement auf, wobei das Schirmungselement aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist. Dabei kann der Grundköper aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere durch Umspritzen des Schirmungselementes. Die magnetische Permeabilität des Kunststoffs liegt bei ca. μΓ = 1 . Auf diese Weise kann die Sensorhalterung kostengünstig hergestellt werden. Um die Zentrierung des Magnetfeldsensors zu verbessern und eine hohe Passgenauigkeit gegenüber dem Basisteil zu erzielen, ist das Schirmungselement aus Metall hergestellt ist. Das Schirmungselement ist somit nicht aus einem Kunststoff, da ein Schirmungselement aus Kunststoff größere Fertigungstoleranzen hätte.
Beispielsweise ist das Schirmungselement im Schnitt U-förmig, wobei sich die Schenkel des U in die Öffnung erstrecken. Dabei hat das Schirmungselement beispielsweise die Form einer flachen Schale, wie eine Petrischale. Dadurch kann die Schirmung im Bereich des Magnetfeldsensors einfach und wirksam verschlossen werden.
Vorzugsweise weist die Elektromotorbaugruppe einen Träger auf, der an der Schirmung, insbesondere an der Sensorhalterung befestigt ist und der sich in den Hohlraum der Welle erstreckt, wobei am Träger der Magnetfeldsensor befestigt ist, sodass der Magnetfeldsensor auf einfache Weise in den Hohlraum der Welle eingeführt werden kann.
Zur kostengünstigen Herstellung kann der Träger einstückig mit der Sensorhalterung, insbesondere dem Grundkörper ausgeführt sein. Beispielsweise hat die Sensorhalterung wenigstens eine erste Stärke und eine zweite Stärke in axialer Richtung, wobei die Sensorhalterung die erste Stärke in einem radial innenliegenden Bereich, insbesondere in dem an den Träger grenzenden Bereich aufweist, wobei die Sensorhalterung die zweite Stärke radial au ßerhalb des Bereiches der ersten Stärke, insbesondere radial außerhalb des Bereichs der Öffnung aufweist, und wobei die erste Stärke geringer als die zweite Stärke ist. Dadurch kann sowohl Material eingespart als auch Bauraum für andere Bauteile zur Verfügung gestellt werden. Der Bereich der ersten Stärke kann zudem zumindest teilweise im Bereich der Öffnung liegen. Die Welle kann gegenüber dem Rotor in axialer Richtung zur Schirmung hin vorstehen, insbesondere sich bis in die Öffnung hinein erstrecken. Dabei kann sie sich bis zwischen die Schenkel des Schirmungselementes erstrecken. Auf diese Weise wird der Magnetfeldsensor besonders gut abgeschirmt.
Die Welle kann sich zum Beispiel in dem Bereich der Sensorhalterung, die die geringere erste Stärke aufweist, bis in die Öffnung erstrecken. Auf diese Weise kann die gesamte Schirmung näher an den Elektromotor platziert werden, wodurch der axiale Bauraum der Elektromotorbaugruppe verringert wird. Vorzugsweise bildet die Schirmung wenigstens einen Teil eines Gehäuses des Elektromotors oder eines Lagerschilds, wodurch mehrere Funktionen durch die Schirmung erreicht werden.
In einer Ausführungsvariante ist im Rotor wenigstens eine Stromleitung vorgesehen, wobei die Stromleitung derart in Bezug zum Magneten angeordnet ist, dass ein von einem Strom durch die Stromleitung induziertes Störmagnetfeld im Bereich des Messmagnetfeldes im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld ist. Dabei wird unter einem parallelen Magnetfeld verstanden, dass die Magnetfeldlinien zueinander parallel verlaufen, wobei diese auch gegenläufig sein können. Dadurch wird erreicht, dass das Messmagnetfeld vom Störmagnetfeld möglichst wenig beeinflusst wird. Beispielsweise ist der Elektromotor eine Synchronmaschine.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 Teile einer erfindungsgemäßen Elektromotorbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch im Schnitt,
Figur 2 eine Rückansicht auf den Elektromotor der Elektromotorbaugruppe nach Figur 1 schematisch, und - Figur 3 Teile einer erfindungsgemäßen Elektromotorbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch im Schnitt.
In Figur 1 ist schematisch eine Elektromotorbaugruppe 10 mit einem Elektromotor 12 und einer Schirmung 14 dargestellt.
Der Elektromotor 12 weist einen Stator 16, einen innenliegenden Rotor 18, und eine Welle 20 auf und ist beispielsweise eine Synchronmaschine.
Zum Beispiel ist der Elektromotor 12 ein Elektromotor zum Fahrzeugantrieb für Hybrid-Fahrzeuge oder rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Pkw. In der gezeigten Ausführungsform ist der Elektromotor 12 ein Innenläufermotor, jedoch kann der Elektromotor 12 selbstverständlich auch als Au ßenläufermotor ausgebildet sein.
Der Rotor 18 weist eine Rotormagnetspule 22 auf, die im Betrieb des Elektromotors 12 ein Rotormagnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien MR in Figur 1 eingezeichnet sind.
Die Welle 20 ist drehfest mit dem Rotor 18 verbunden und definiert somit die Drehachse D des Rotors 18. Die Welle 20 ist aus Metall, insbesondere aus Stahl, und hat damit eine hohe magnetische Permeabilität. Die Begriffe „axial" und „radial" beziehen sich im Folgenden auf die Drehachse D der Welle 20.
Die Welle 20 erstreckt sich in ihrer axialen Richtung weiter als der Rotor 18 und steht somit zur Schirmung 14 hin gegenüber dem Rotor 18 vor.
Der Teil der Welle 20, der über den Stator 16 hinaussteht, ist als Hohlwelle ausgeführt, die zur Schirmung 14 hin offen ist. Der dadurch gebildete Hohlraum 24 wird durch eine Innenseite 26 der Welle 20 begrenzt.
Im Hohlraum 24 ist ein Magnet 28 vorgesehen, der an der Innenseite 26 der Welle 20 befestigt ist. Der Magnet 28 ist somit drehfest mit der Welle 20 und dem Rotor 18 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform hat der Magnet 28 zwei Magnetplatten. Die Magnetplatten des Magnetes 28 liegen einander gegenüber und sind jeweils an der Innenseite 26 der Welle 20 befestigt.
Die Magnetplatten sind beispielsweise Permanentmagneten. Der Magnet 28 kann jedoch auch als Elektromagnet ausgeführt sein. Denkbar ist jedoch auch, dass der Magnet 28 ein Rohrmagnet oder ein Ringmagnet ist oder aus zwei gegenüberliegenden Stabmagneten besteht.
Der Magnet 28 erzeugt ein Magnetfeld, das zwischen den beiden Magnetplatten des Magnetes 28 im Wesentlichen homogen ist. Dieser Teil des Magnetfeldes, der homogen ist, wird als Messmagnetfeld MM bezeichnet, und ist durch Pfeile in Figur 1 angedeutet. Die Orientierung des Messmagnetfeldes MM rotiert also zusammen mit dem Rotor 18.
Die Schirmung 14 dagegen ist ortsfest, d. h. nicht rotierbar ausgebildet, sodass sich der Rotor 18 relativ zur Schirmung 14 dreht. Die Schirmung 14 weist ein Basisteil 30 und eine Sensorhalterung 32 auf, die am Basisteil 30 befestigt ist. Das Basisteil 30 ist zum Beispiel eine Metallplatte und hat somit ebenfalls eine hohe magnetische Permeabilität.
Das Basisteil 30 deckt den Elektromotor 12 an einer Seite ab und weist eine Öffnung 34 im Bereich der Welle 20 auf, die beispielsweise mit der Drehachse D der Welle 20 fluchtet.
Die Sensorhalterung 32 verschließt die Öffnung 34 und weist ihrerseits einen Grundkörper 36 und ein Schirmungselement 38 auf. Der Durchmesser des Schirmungselements 38 entspricht daher nahezu dem Durchmesser der Öffnung 34. Beispielsweise hat die Sensorhalterung 32, genauer der Grundkörper 36, einen dünnen Bereich mit einer ersten Stärke Si in axialer Richtung und einen dicken Bereich mit einer zweiten Stärke S2 in axialer Richtung. Die zweite Stärke S2 ist dabei größer als die erste Stärke S1.
Das Schirmungselement 38 ist nicht aus Kunststoff, sondern aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt, beispielsweise aus einem Metall.
Das Schirmungselement 38 hat im gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer flachen Schale, beispielsweise einer Petrischale, mit einem Boden 40 und einem Rand 42, der sich vom Boden 40 aus zum Elektromotor 12 hin erstreckt. Im Schnitt hat das Schirmungselement 38 damit eine U-Form, wobei der Rand 42 die Schenkel des U bildet.
Der Rand 42 ist in der Öffnung 34 angeordnet und durch einen dünnen Abschnitt des Grundkörpers 36 von der Begrenzung der Öffnung 34 beabstandet. Das Schirmungselement 38 verschließt somit die Öffnung 34 für die Magnetfeldlinien MR des Rotors 1 8, sodass die Schirmung 14 im Bereich der Welle 20 geschlossen ist.
Die Welle 20 erstreckt sich in die Öffnung 34 hinein und wird somit vom Rand 42 des Schirmungselementes 38 umgeben. Dabei fluchtet die Welle 20 in axialer Richtung mit dem dünnen Bereich der Sensorhalterung 32 bzw. des Grundkörpers 36.
Das Schirmungselement 38 wird durch den Grundkörper 36 an der Schirmung 14 gehalten. Der Grundkörper 36 ist beispielsweise aus einem Kunststoff mit einer magnetischen Permeabilität von ca. μΓ = 1 und durch Umspritzen des Schirmungselementes 38 hergestellt.
Zu Befestigung ist der Grundkörper 36 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Basisteil 30 verschraubt. Denkbar sind jedoch auch andere Möglichkeiten der Befestigung.
Am Grundkörper 36 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig ein Träger 44 ausgebildet, der als vom Grundkörper 36 vorspringender Stift oder Platte ausgebildet ist. Der Träger 44 erstreckt sich in den Hohlraum 24 der Welle 20 hinein. Dabei befindet sich der dünne Bereich der Sensorhalterung 32 bzw. des Grundkörpers 36 radial au ßerhalb des Bereichs, an dem der Träger 44 am Grundkörper 36 ausgebildet ist, und grenzt an ihn an.
Der dicke Bereich der Sensorhalterung 32 bzw. des Grundkörpers 36 grenzt radial au ßen an den dünnen Bereich an und kann auch radial au ßerhalb der Öffnung liegen.
Der dicke Bereich kann verschiedene Stärken aufweisen, die alle grö ßer als die erste Stärke Si sind.
An dem vom Grundkörper 36 abgewandten Ende des Trägers 44 ist ein Magnetfeldsensor 46 vorgesehen, der beispielsweise ein MR-Sensor ist. Der Magnetfeldsensor 46 ist im Messmagnetfeld MM angeordnet und liegt somit axial im Bereich des Magneten 28, genauer gesagt zwischen den beiden Magnetplatten.
Der Magnetfeldsensor 46 ist somit starr mit der Schirmung 14 verbunden, sodass der Rotor 18 und damit auch der Magnet 28 um den Magnetfeldsensor 46 rotieren können.
Während des Betriebs des Elektromotors 12, wird der Rotor 18 mit einem Strom gespeist, sodass die Rotormagnetspule 22 ein starkes Magnetfeld erzeugt.
Das Magnetfeld bzw. die Feldlinien MR dieses Magnetfeldes verlaufen u. a. auch durch den Spalt zwischen der Schirmung 14 und dem Rotor 18 radial nach innen zur Drehachse D hin. Dort treffen Teile der Feldlinien MR auf die Welle 20, die die Feldlinien MR aufgrund ihrer hohen Permeabilität wieder axial in Richtung zum Rotor hinleitet.
Andere Teile der Feldlinien MR verlaufen durch den Spalt in die Schirmung 14 und werden dann aufgrund der hohen Permeabilität der Schirmung 14 zu gegenüberliegenden Teilen der Rotormagnetspule 22 geführt.
Dabei verlaufen die Feldlinien MR im Bereich der Welle 20 und des Magnetfeldsensors 46 gebündelt durch das Schirmungselement 38, bis sie die andere Seite der Öffnung 34 erreicht haben und schließlich wieder im Bereich der Rotormagnetspule 22 den Spalt zwischen Schirmung 14 und Rotor 18 überbrücken.
Aufgrund der hohen Permeabilität des Schirmungselements 38 laufen im besonders empfindlichen Bereich des Magnetfeldsensors 46 keine Magnetfeldlinien MR der Rotormagnetspule 22 frei außerhalb des Schirmungselementes 38 und in das Messmagnetfeld MM hinein. Auf diese Weise wird somit das Messmagnetfeld MM wirksam vom Magnetfeld der Rotormagnetspule 22 abgeschirmt.
In Figur 2 ist eine Ansicht der Elektromotorbaugruppe 10 in axialer Richtung auf den Rotor 18 dargestellt. Aus Gründen der Übersicht wurde auf Darstellung der Schirmung 14 verzichtet, lediglich der Magnetfeldsensor 46 ist gepunktet eingetragen. Die Drehrichtung des Rotors 18 ist durch die gestrichelte Linie angedeutet.
Zu erkennen ist in Figur 2, dass der Rotor mehrere Stromleitungen 48 aufweist, die in axialer Richtung verlaufen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Stromleitungen 48 in Figur 1 nicht dargestellt.
Die beiden Stromleitungen 48 sind dabei so angeordnet, dass eine gedachte Gerade (in Fig. 2 ebenfalls gepunktet) senkrecht zur Drehachse, die die beiden Stromleitungen 48 verbindet, parallel zu den Magnetfeldplatten des Magnetes 28 verläuft. Diese gedachte Gerade verläuft somit senkrecht zum Messmagnetfeld MM.
Wird der Rotor 18 nun bestromt, fließt durch die Stromleitungen 48 ein elektrischer Strom, durch den ein Störmagnetfeld Ms induziert wird. Dieses Störmagnetfeld Ms verläuft auch durch das Messmagnetfeld MM und kann dieses stören. Aufgrund der Position der Stromleitungen 48 relativ zum Messmagnetfeld MM verlaufen die Magnetfeldlinien des Störungsmagnetfeldes Ms im Bereich des Messmagnetfeldes MM im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld MM.
Im in Figur 2 gezeigten Beispiel verlaufen sie in die gleiche Richtung wie die Magnetfeldlinien des Messmagnetfeldes MM, jedoch ist es auch denkbar, dass bei einer umgekehrten Bestromung der Stromleitungen 48 die Magnetfeldlinien des Störmagnetfeldes Ms gegenläufig zu den Magnetfeldlinien des Messmagnetfeldes MM sind.
Auf diese Weise verändert das Störmagnetfeld Ms zwar den Betrag des Messmagnetfeldes MM, jedoch nicht die Richtung, sodass von den Stromleitungen 48 nur eine sehr geringe Störung der Messung des Magnetfeldsensors 46 ausgeht.
In Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Daher wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen und gleiche bzw. funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In der zweiten Ausführungsform ist im Basisteil 30 keine Öffnung vorgesehen, sondern das Basisteil 30 ist auch im Bereich der Drehachse D geschlossen.
Die Sensorhalterung 32 ist auf der dem Elektromotor 12 zugewandten Seite des Basisteils 30 befestigt. In der zweiten Ausführungsform hat die Sensorhalterung 32 kein Schirmungselement 38, sondern weist lediglich den Grundkörper 36 und den Träger 44 auf.
Der Grundkörper 36 hat, wie in der ersten Ausführungsform, einen dünnen Bereich mit einer ersten Stärke Si in axialer Richtung und einen dicken Bereich mit einer zweiten Stärke S2 in axialer Richtung. Die zweite Stärke S2 ist dabei größer als die erste Stärke S1.
Der Bereich der ersten Stärke S1 ist der radial äußerste Bereich des Grundkörpers 36. In diesem Bereich ist die Sensorhalterung 32 am Basisteil 30 befestigt, beispielsweise durch Schrauben. An den Bereich der ersten Stärke S1 schließt sich radial nach Innen der Bereich der zweiten Stärke S2 an. Der Grundkörper 36 liegt beispielsweise im Bereich der zweiten Stärke S2 am Basisteil 30 an.
Auf der radialen Innenseite des Bereiches der zweiten Stärke S2 und die Mittelachse der Sensorhalterung 32 einschließend ist der Träger 44 vorgesehen. Insgesamt ergibt sich somit im Schnitt eine T-Form der Sensorhalterung 32.
Der Grundkörper 36 und der Träger 44 sind insbesondere einstückig, beispielweise aus einem Kunststoff ausgeführt.
Im Vergleich zur Welle 20 liegt der Bereich der ersten Stärke S1 radial außerhalb der Welle bzw. einer gedachten Verlängerung der Welle 20. Der Träger 44 liegt radial innerhalb der Welle 20, und der Bereich der zweiten Stärke S2 verbindet den Bereich der ersten Stärke S1 mit dem Träger 44, d.h. der Bereich der zweiten Stärke S2 erstreckt sich durch die gedachte Verlängerung der Welle 20.
Aufgrund der geringen Stärke S2 und der Tatsachte, dass das Basisteil 30 im Bereich der Drehachse D geschlossen ist, werden die Feldlinien MR, ähnlich wie zur ersten Ausführungsform beschrieben, entweder durch die Welle 20 oder durch das Basisteil 30 geleitet und laufen dadurch nicht in das Messmagnetfeld MM hinein.
Der Vorteil dieser zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die Sensorhalterung 32 einfacher ausgeführt werden kann.
In beiden Ausführungsformen kann die Sensorhalterung 32 wenigstens einen Kabelausgang und/oder Stecker aufweisen.
Selbstverständlich lassen sich die Merkmale der beiden Ausführungsformen miteinander kombinieren.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotorbaugruppe, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, mit einem Elektromotor (12), einem Magnetfeldsensor (46) und einer Schirmung (14), wobei der Elektromotor (12) einen Stator (16), einen Rotor (18) und wenigstens einen Magneten (28) aufweist, der drehfest mit dem Rotor (18) verbunden ist und der ein Messmagnetfeld (MM) erzeugt, wobei der Magnetfeldsensor (46) im Messmagnetfeld (MM) angeordnet und mit der Schirmung (14) verbunden ist, und wobei die Schirmung (14) eine hohe magnetische Permeabilität hat und im Bereich des Magnetfeldsensors (46) geschlossen ist.
2. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (28) an der Welle (20) des Elektromotors (12) angebracht ist.
3. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (20) an einem ihrer Enden einen Hohlraum (24) aufweist, der an diesem Ende der Welle (20) in axialer Richtung offen ist, wobei der Magnet (28) im Hohlraum (24) an einer Innenseite der Welle (20) befestigt ist, und wobei der Magnetfeldsensor (46) im Hohlraum (24) auf der radialen Innenseite des Magneten (28) vorgesehen ist.
4. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (14) ein Basisteil (30) und eine Sensorhalterung (32) aufweist, wobei das Basisteil (30) im Bereich der Drehachse (D) geschlossen ist.
5. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (14) ein Basisteil (30) und eine Sensorhalterung (32) aufweist, wobei im Basisteil (30) im Bereich der Drehachse (D) eine Öffnung (34) vorgesehen ist, die durch die Sensorhalterung (32) verschlossen wird.
6. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorhalterung (32) einen Grundkörper (36) und/oder ein Schirmungselement (38) aufweist, wobei das Schirmungselement (38) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist.
7. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmungselement aus Metall hergestellt ist.
8. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, sofern auf Anspruch 5 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmungselement (38) im Schnitt U-förmig ist, wobei sich die Schenkel des U in die Öffnung (34) erstrecken.
9. Elektromotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorbaugruppe (10) einen Träger (44) aufweist, der an der Schirmung (14), insbesondere an der Sensorhalterung (32) befestigt ist und der sich in den Hohlraum (24) der Welle (20) erstreckt, wobei am Träger (44) der Magnetfeldsensor (46) befestigt ist.
10. Elektromotorbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (44) einstückig mit der Sensorhalterung (32), insbesondere dem
Grundkörper (36), ausgeführt ist.
1 1 . Elektromotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorhalterung (32) wenigstens eine erste Stärke (Si) und eine zweite Stärke (S2) in axialer Richtung hat, wobei die Sensorhalterung (32) die erste Stärke (Si) in einem radial innenliegenden Bereich, insbesondere in dem an den Träger (44) grenzenden Bereich aufweist, wobei die Sensorhalterung (32) die zweite Stärke (S2) radial außerhalb des Bereiches der ersten Stärke (Si), insbesondere radial außerhalb des Bereichs der Öffnung (34) aufweist, und wobei die erste Stärke (Si) geringer als die zweite Stärke (S2) ist.
12. Elektromotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (20) gegenüber dem Rotor (18) in axialer Richtung zur Schirmung (14) hin vorsteht, insbesondere sich bis in die Öffnung (34) hinein erstreckt.
13. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (14) wenigstens einen Teil eines Gehäuses des Elektromotors (12) oder eines Lagerschilds bildet.
14. Elektromotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor (18) wenigstens eine Stromleitung (48) vorgesehen ist, wobei die Stromleitung (48) derart im Bezug zum Magneten (28) angeordnet ist, dass ein von einem Strom durch die Stromleitung (48) induziertes Störmagnetfeld (Ms) im Bereich des Messmagnetfeldes (MM) im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld (MM) ist.
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