WO2021255600A1 - Motorsteuervorrichtung mit verbesserter drehwinkelgenauigkeit - Google Patents

Motorsteuervorrichtung mit verbesserter drehwinkelgenauigkeit Download PDF

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WO2021255600A1
WO2021255600A1 PCT/IB2021/055162 IB2021055162W WO2021255600A1 WO 2021255600 A1 WO2021255600 A1 WO 2021255600A1 IB 2021055162 W IB2021055162 W IB 2021055162W WO 2021255600 A1 WO2021255600 A1 WO 2021255600A1
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WO
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unit
angular position
motor
control device
motor control
Prior art date
Application number
PCT/IB2021/055162
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andrija Feher
Nathanael PELTZER
Florian Kock
Simon FISCHINGER
Original Assignee
Synapticon GmbH
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Publication date
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the invention relates to a motor control device which is designed for attachment to a motor unit or motor-transmission unit with a motor to be controlled by the motor control device and with a transmission that can be driven by an output shaft of the motor to be controlled, with a printed circuit board and with a (first) angular position sensor unit arranged on the circuit board for detecting an angular position of the output shaft of the motor to be controlled.
  • Classic motor control devices which can also be referred to as motor control, servo drives or motor controllers, are spatially separated from assigned sensor units for an angular position (an output shaft) of the controlled motor and / or a component moved by the motor to be controlled arranged.
  • the motor control device is often accommodated in a separate, stationary control cabinet, for example, and the motor voltages generated by the motor control are provided to a motor unit with the motor via long cables.
  • the motor control device is arranged integrated with the motor unit in a common housing, or has its own housing unit which is connected to the motor unit, for example screwed.
  • the corresponding angular position sensor unit for detecting the position and thus an angle of rotation of the motor shaft can also be integrated in the motor control device.
  • the angular position sensor unit which can also be referred to as an encoder, is designed to be integrated with the motor unit, i.e. for example arranged in a common housing which is also connected, for example screwed, partial housing of the motor unit and motor control device may have.
  • a second angular position sensor unit for the output of the transmission, i.e. whose "output" is required, for example when positioning a Robotic arm to be able to achieve increased accuracy.
  • the second angular position sensor unit is a separate further unit, which not only has its own printed circuit board with a corresponding sensor, but typically also its own computing units, which already preprocess sensor signals measured by the sensor, as well as its own transmitting and receiving unit for position information corresponding data cables to a central processing unit (CPU) of the engine control device, and the necessary connections with additional cables.
  • CPU central processing unit
  • Errors in the positioning of the sensors or the signal transmitters belonging to the sensors are generally compensated with the aid of an additional external reference encoder as a reference angular position sensor unit or with the aid of further measurement data in a complex process.
  • additional external reference encoder as a reference angular position sensor unit
  • further measurement data in a complex process.
  • Such methods are explained in WO 2017 133 806 A1 or US5 138 564 A, for example.
  • the resulting calibration process requires a high-precision reference angular position sensor system or a correspondingly complex and therefore error-prone algorithm, the use of which requires well-trained calibration personnel.
  • the inaccuracies in the positioning of the angular position sensor units can be compensated for or circumvented with special spring devices.
  • special spring devices are, for example, from the Riebler company for bearingless encoders which the spring device is stiff in the direction of rotation, so it does not spring to precisely exclude a rotation, but springs in the axial direction so that the sensor or Sgnalgeber can adapt to the position of the motor shaft which varies in production. In this way, force peaks occurring during assembly can be compensated and an assembly-related undesired change in the relative position of the different components to one another can be avoided.
  • the disadvantage here is the additional space requirement and also the mobility of the signal generator or the sensor of the angular position sensor unit relative to other units of the motor control device, for example to a main circuit board, which brings other problems with it.
  • the present invention is based on the object of providing a structurally simple motor control device that works with high angular position accuracy.
  • One aspect relates to a motor control device which, for attachment to a motor unit or motor-transmission unit, has a motor to be controlled (ie controllable) by the motor control device when it is used as intended and with a motor to be controlled by an output shaft of the motor drivable (ie to be driven with its intended use) transmission is formed.
  • the motor control device has a printed circuit board (PCB), a first angular position sensor unit arranged on the printed circuit board for detecting an angular position of the output shaft of the motor to be controlled.
  • the motor control device can also include an electronic motor control unit for providing a motor voltage for the motor to be controlled, which calculates and / or provides the motor voltage as a function of a control signal, for example as a function of a power or positioning requirement for the motor.
  • the motor control unit preferably sets the motor voltage as a function of the first sensor signal described below first sensor unit and as a function of the second sensor signal, also described below, of the second sensor unit, as well as, for example, as a function of a control signal.
  • the electronic engine control unit is preferably also arranged on the circuit board.
  • the gear can implement a reduction, but also a translation from the output shaft of the motor to the output shaft (output) of the gear unit.
  • the drive shaft (output) of the motor is preferably also the drive shaft (input) of the transmission.
  • the motor control device also has a second angular position sensor unit arranged on the same printed circuit board for detecting an angular position of the output shaft of the transmission that can be driven by the motor to be controlled via its output shaft.
  • the output shaft of the transmission is designed to drive a further unit, such as a link of a kinematic chain of a robotic device, through the transmission.
  • the respective angular position sensor units can include corresponding sensors for detecting assigned signal transmitters, as will be described, for example, below, as well as corresponding sensor signal processing or preprocessing units which read out a sensor signal from the respective sensors and send corresponding sensor information to the motor control device, for example the engine control unit.
  • the sensor signals can also be evaluated directly by the engine control unit.
  • Voltage conversion of a supply voltage into the provided motor voltage, angular position determination of the transmission input (transmission input), which is the motor output, and angular position determination of the transmission output (transmission output) can thus be provided integrated in one unit, preferably also with a common housing.
  • the motor control device is designed so that the output shaft of the motor to be controlled is a hollow shaft and the output shaft of the transmission that can be driven by the motor to be controlled runs at least in sections inside the hollow shaft, as well as both output shafts in one respective end region which faces the motor control device and in particular the two angular position sensor units, and which lies in an axial direction of the motor-transmission unit on the same side of the motor-transmission unit, in particular on a side of the motor-transmission unit facing away from the transmission Unit is, each have a sensor transmitter unit, in particular a magnetic sensor transmitter unit and / or an optical sensor transmitter unit.
  • the respective sensor transmitter unit is assigned to the respective first and / or second angular position sensor unit.
  • the sensor transmitter unit of the output shaft of the motor is thus assigned to the first angular position sensor unit and the sensor transmitter unit of the output shaft of the transmission is assigned to the second angular position sensor unit.
  • the magnetic sensor transmitter units can each have a magnetic ring or be one.
  • the design of the motor control device on the mentioned features can be implemented, for example, in that the two angular position sensor units are arranged at an openly accessible end region of the motor control device, which is formed.
  • the output shaft of the Motor is a hollow shaft can, for example, require a specific shape of the first angular position sensor unit and / or a specific arrangement of the first angular position sensor unit relative to the other units of the motor control device.
  • the fact that the output shaft of the transmission runs at least in sections inside the hollow shaft can, for example, require a specific shape of the second angular position sensor unit and / or a specific arrangement of the second angular position sensor unit relative to the other units of the motor control device.
  • Both properties can also be recognized, for example, from the shape of a respective angular position signal transmitter unit, as introduced below, for example. If the angular position sensor units have, for example, concentrically running signal transmitter units or sensors, then the corresponding output shafts must run into one another.
  • the two angular position sensor units are located on one side of the engine-gear unit, generally the so-called B-side of the motor-gearbox unit, the rear side of the motor-gearbox unit facing away from the gearbox, so that the two angular position sensor units have both a signal transmitter attached to the output shaft of the motor and one on the output shaft of the motor, which is designed as a hollow shaft M otor-gear unit can be arranged through from the gear to the rear of the motor-gear unit facing away from the extending output shaft of the transmission.
  • the two angular position sensor units with respective sensors can be positioned particularly easily close and precisely to the respective output shafts despite their arrangement on a single printed circuit board. No further mechanical elements are therefore required in order to couple the angular position sensor units into a rotation of the output shafts using sensors.
  • the motor control device is designed so that the output shaft of the gearbox that can be driven by the motor to be controlled is also a hollow shaft, and that the circuit board has a hole in the axial extension of a hollow area of the output shaft of the gearbox that can be driven by the motor to be controlled , preferably has a circular hole. This has the advantage that hoses and cables can be guided through the motor control device and the motor-gear unit centrally and thus insensitive to rotations about the axial direction.
  • the guiding of the output shaft of the transmission through the hollow shaft of the motor to be controlled implements an extremely short tolerance chain in a simple mechanical way, so that with the close proximity of the two angular position sensor units, short, electronic signal paths and the practically identical effect of errors in the positioning of the printed circuit board, the accuracy that can be achieved with the motor control device is further increased.
  • the motor control device has a calibration unit which is designed to transmit the second angular position sensor unit based on at least one angular position signal, that is to say one or more angular position signals, of the first angular position sensor unit, preferably the first and the second angular position sensor unit, to calibrate.
  • the calibration unit is designed to calibrate the second angular position sensor unit exclusively based on angular position signals from the two angular position sensor units as the only angular position signals. In this case, no angular position signals from an external reference rotation angle sensor unit are used to calibrate the second angular position sensor unit by the calibration unit.
  • the calibration unit apart from the two angular position signals, no further sensor signals or measured variables are used for the calibration by the calibration unit.
  • the calibration preferably takes place with a comparison of the angular positions corresponding to the two angular position signals with one another.
  • the calibration and / or the comparison can take place automatically.
  • This has the advantage that the accuracy of the engine control device can be increased without using an external angular position sensor unit. Since the second angular position sensor unit is installed particularly precisely in relation to the first angular position sensor unit and a structural unit is formed with the first angular position sensor unit on the common circuit board, the calibration process can be carried out by the calibration unit not only particularly easily, but also particularly precisely. This is reinforced by the fact that both angular position sensor units used by the manufacturer are precisely known, and the corresponding knowledge can also be taken into account in the calibration unit.
  • At least one angular position signal from the first angular position sensor unit is thus initially recorded, preferably also at least one angular position signal from the second angular position sensor unit.
  • the second angular position sensor unit is then calibrated by the calibration unit, which can also be implemented as software in the engine control device, for example implemented on the engine control unit.
  • the calibration unit is designed to take into account a transmission ratio or a reduction ratio, but preferably a reduction ratio, between the output shaft of the motor and the output shaft of the transmission when calibrating the second angular position sensor unit.
  • the step-up or step-down ratio can be specified or preset in the calibration unit, or it can be determined automatically, as described below. As a result of the step-up or step-down ratio of the two output shafts to one another, errors or irregularities occur during the rotation of the output shafts at different time intervals determined by the respective step-up or step-down ratio.
  • Deviations or errors that are internal to the transmission can be avoided Deviations or errors which are recognized, separated and compensated as such by the arrangement of the circuit board and thus the angular position sensor units relative to the motor-gear unit.
  • This also increases the accuracy of the motor control device when it is used as intended.
  • a reduction in particular has an advantageous effect on the relative accuracy of the signals of the different angular position sensor units, since more sensor signals from the first angular position sensor unit are available per revolution than from the second angular position sensor unit, so the latter can be calibrated more precisely.
  • the step-up or step-down ratio is automatically determined by the calibration unit itself based on the angular position signals of the two angular position sensor units, preferably exclusively based on the angular position signals of the two angular position sensor units.
  • this can be done with an automatic recognition of a repetition frequency of an irregularity or an error or a fluctuation in one of the two angular position signals or in both angular position signals and / or with an automatic comparison of a change in one of the two angular position signals with an associated change in the other angular position signal.
  • the change in the respective angular position signals corresponds to a change in the angular positions of the associated output shafts.
  • the two changes compared correspond to one another.
  • This has the advantage that the accuracy of the engine control device is improved regardless of knowledge of the transmission used and also independently of individual fluctuations in accuracy of the particular installed copy of a transmission type.
  • the calibration can easily be carried out again after commissioning has taken place, for example after a predetermined time interval, in particular regularly, and wear of components, for example of gears of the transmission, can thus also be compensated for.
  • the repetition frequency can also be referred to as the harmonic frequency.
  • the motor control device has a housing unit, as well as at least one angular position signal generator unit, which is each designed to be plugged onto the output shaft of the motor and / or the transmission, as well as a mounting bracket that is, which is arranged in abutment and thus in mechanical contact with the housing unit and the angular position signal generator unit, and which is designed when the motor control device is mounted on the motor-gear unit or a motor unit or a gear unit to hold the respectively assigned angular position signal generator unit or the angular position signal generator unit in a predetermined position relative to the housing unit and to be removed from the motor control device after the motor control device has been mounted on the motor unit, the transmission unit or the motor transmission unit.
  • the auxiliary assembly unit thus has the effect that a mounting force, which acts on the housing unit during assembly, also acts to the same extent on the angular position signal generator unit and thereby prevents a change in the relative position of the angular position signal generator unit and housing unit to one another when the Motor control device on the assigned motor-gear unit or motor or gear unit. Accordingly, it is advantageous that the auxiliary assembly unit is made of a material which is not compressed under forces of the order of magnitude of the assembly, and has a shape which is not deformed when the assembly forces act.
  • the angular position signal generator unit with the motor control device can be attached to the output shaft of the motor and / or the gearbox in a press-fit process, the motor control device, in particular the housing unit of the motor control device, being additionally attached to a housing unit of the motor-gearbox unit or accordingly a motor or gear unit is attached, for example screwed.
  • the manufacturer of the motor control device can precisely specify the relative positions of the angular position signal generator unit (s) and housing unit, and thus also the relative positions of the angular position signal generator unit (s) and angular position sensor units, and these can also be specified during installation , Which can take place in an environment that is not controlled by the manufacturer of the motor control device, is no longer changed, but rather is precisely adhered to.
  • the motor control device can in turn achieve a particularly high level of accuracy when used as intended, which is particularly advantageous when calibrating the second angular position sensor unit based on an angular position signal from the first angular position sensor unit.
  • an embodiment with two angular position signal transmitter units is particularly advantageous, namely a first angular position signal transmitter unit assigned to the first angular position sensor unit and a second angular position signal transmitter unit assigned to the second angular position sensor unit.
  • two auxiliary mounting units each assigned to an angular position signal generator unit can be provided. These can then each be arranged in contact with the housing unit and the associated angular position signal transmitter unit.
  • one or both auxiliary assembly units are arranged not only in contact with the assigned angular position signal transmitter unit, but also with the other angular position signal transmitter unit.
  • Both mounting auxiliary units are then designed to hold the angular position signal generator units in a predetermined position relative to the housing unit when the motor control device is mounted on the motor-gear unit or a motor or gear unit and after mounting of the motor control device on the motor-transmission unit to be removed from the motor control device.
  • one auxiliary mounting unit be used to support one or two angular position signaling units on the housing unit and / or the other angular position signaling unit, but also two or more auxiliary mounting units.
  • the assembly auxiliary unit can therefore also be used in a corresponding variation for a particularly simple assembly of a Motor control device with only one angular position sensor unit can be used on a motor unit or gear unit, in which the angular position signal generator unit for the one angular position sensor unit is plugged onto the output shaft of the motor and / or the gear unit.
  • the mounting auxiliary unit also enables a method for mounting a motor control device suitable for a motor unit or motor-transmission unit with a housing unit, at least one angular position signal generator unit and the mounting auxiliary unit, in which in one In the first step the motor control device with its sub-units is pressed (ie plugged) onto a motor unit, a gear unit, or a motor-gear unit, the motor control device then with one or more further connecting means to the motor, motor Gear unit or gear unit is connected, for example screwed, and in a third step the mounting auxiliary unit, which also functions as a spacer unit, is removed.
  • the removal of the mounting aid includes pulling out or pushing out the mounting auxiliary unit in a plane perpendicular to the output shaft.
  • the auxiliary mounting unit can be particularly reliable in ensuring that the relative position of the angular position signal transmitter unit and thus the disk element to the housing unit provided by the manufacturer of the motor control device is precisely maintained, which further reinforces the advantages described.
  • the mounted auxiliary unit is held in contact with the angular position signal transmitter unit and / or the housing unit by an adhesive force and / or a clamping force.
  • a suitable adhesive between the auxiliary assembly unit and the housing unit and / or between the assembly Auxiliary unit and angular position signal generator unit can be arranged.
  • the mounting auxiliary unit can also have a clamping or latching device which, for example, via one or more recesses in the mounting auxiliary unit, which causes temporary deformation of the when the auxiliary mounting unit is removed Allow the auxiliary assembly unit into the recess (s).
  • the auxiliary assembly unit can moreover be intended for single use, in particular can only be removed from the assembled motor control device with destruction.
  • An injection-molded mounting auxiliary unit is available here, which is preferably made in one piece from a plastic.
  • the angular position signal transmitter unit has a disk element, preferably a disk element with a signal transmitter which can also be referred to as a target.
  • the auxiliary mounting unit is then arranged with a first contact surface in a form-fitting manner on the angular position signal generator unit, in particular on the disk element, and is arranged in a form-fitting manner on the housing unit with a second contact surface, the first and second contact surface having normal vectors which are parallel to a radial run plane, which is perpendicular to an axis of rotation of the disk element.
  • the first and second contact surfaces preferably have a recess through which the angular position signal transmitter unit is drawn when the auxiliary assembly unit is removed.
  • the contact surfaces can in particular have or be a cylinder surface or a cylinder segment surface.
  • a recess can preferably be provided in the form fit and thus in the contact surfaces, through which the disk element (and thus also the output shaft) is pulled when the auxiliary mounting unit is removed after mounting.
  • the auxiliary mounting unit can be used to achieve radial guidance of the angular position signal generator unit in the housing unit.
  • the m ont ier-Hi If is arranged with a third contact surface in a form-fitting manner on the angular position signal transmitter unit, in particular on the disk element, and with a fourth contact surface in a form-fitting manner on the housing unit, with third and fourth contact surface have normal vectors which run parallel to the axis of rotation of the disk element.
  • the third and fourth contact surfaces preferably have a recess through which the angular position signal generator unit is drawn when the auxiliary assembly unit is removed.
  • the contact surfaces can in particular have or be an annular surface or a ring segment surface.
  • a recess can preferably be provided in the form fit and thus in the contact surfaces, through which the disk element (and accordingly also the output shaft) is pulled when the auxiliary assembly unit is removed after assembly.
  • the auxiliary mounting unit can in this case achieve axial guidance of the angular position signal transmitter unit in the housing unit.
  • the respective contact surfaces can be designed as continuous surfaces, that is to say continuously positive-locking on the other units; Preferably, the four abutment surfaces mentioned are then the only abutment surfaces which hold the angular position signal transmitter unit in the predetermined position relative to the housing unit.
  • the respective contact surfaces can also include a suitable number of support points of the auxiliary assembly unit on the pane element and / or on the housing unit, so that the auxiliary assembly unit is then accordingly not continuously positively connected to the pane element or the housing unit.
  • a thickness of the mounting auxiliary unit in the axial direction of the angular position signal generator unit and thus the output shaft is significantly less than a length and / or width of the mounting auxiliary unit in a (radial) plane perpendicular to axial direction.
  • the auxiliary assembly unit is therefore preferably a flat auxiliary assembly unit. This has the advantage that any free space that is already required between the angular position signal generator unit and the housing unit can be used for the mounting device when the motor control device is in operation, so that the size of the motor control device is increased by using the auxiliary mounting unit , in particular an axial length, not changed.
  • Another aspect relates to a motor-gear unit or motor unit with a motor control device according to one of the described embodiments or a robotic device with such a motor control device or with such a motor-gear unit or motor unit.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an engine control device with an exemplary embodiment of an associated engine-gear unit in a sectional view
  • Figs. 2a-e shows a further exemplary embodiment of an engine control device with an exemplary engine unit in a sectional illustration and exemplary assembly steps.
  • Eg. 1 shows a first exemplary embodiment of an engine control device on an exemplary engine-transmission unit.
  • the motor control device 1 has a printed circuit board 2, as well as a first angular position sensor unit 3a arranged on the printed circuit board 2 and a second angular position sensor unit 3b arranged on the printed circuit board 2.
  • the motor-transmission unit 4 here comprises a motor 5, which has a stator 6, a rotor 7 and an output shaft 8.
  • the output shaft 8 is designed as a hollow shaft in the example shown.
  • the motor 5 to be controlled by the motor control device 1 and thus controllable is mechanically coupled to a drive of a transmission 9 via the output shaft 8.
  • An output shaft 10 of the transmission 9 extends in the axial direction, in the Egur in the (negative) x-direction, through the output shaft 8 of the motor 5 to the rear of the motor 5 facing away from the transmission and thus the motor-transmission unit 4
  • the output shaft 10 of the transmission 9 is also designed as a hollow shaft.
  • the circuit board 2 here has a hole 12 as an extension of a central axis A of the output shafts 8, 10, so that the two hollow shafts 8, 10 and the hole 12 pass through it the circuit board 2 cables and the like can be carried out.
  • no housing units 13, 14 are shown here.
  • respective end regions 8 ‘, 10‘ of the output shafts 8, 10 facing away from the transmission are arranged respective signal transmitter units 11 a, 11 b, which are assigned to the first angular position sensor unit 3a and the second angular position sensor unit 3b.
  • FIGS. 2a to 2e show a further exemplary embodiment of an engine control device during an assembly process on an engine-transmission unit.
  • the illustration is simplified in that the motor-gear unit 4 is shown with only one output shaft 8, 10, which in the example shown is not designed as a hollow shaft.
  • the method can thus be used in a motor unit or gear unit or motor-gear unit with an output shaft and a signal generator unit or in a motor-gear unit with two output shafts and one or two signal generator units.
  • the engine control device 1 shown in Figures 2a to 2e this initially has a housing unit 13 which, in the course of the assembly process, is to be connected to a housing unit 14 of the motor-transmission unit 4, screwed in the example shown.
  • the motor control device 1 also has at least one angular position signal transmitter unit 15 for one of the angular position sensor units 3a, 3b.
  • the angular position signal generator unit (s) 15 are each designed to be plugged onto the corresponding output shaft 8, 10 of the motor 5 or of the gear 9 of the motor-gear unit 4.
  • the angular position signal transmitter unit 15 has for this purpose a disk element 16 with a hole 22 into which the output shaft 8, 10 is pressed.
  • the pressing takes place via a simple pressing tool 17.
  • the motor control device 1 also has an auxiliary mounting unit 18, which is arranged in contact with the housing unit 13 and the angular position signal generator unit 15, and which is designed, when the control device 1 is mounted on the motor Gear unit 4 to hold the angular position signal generator unit 15 in a predetermined position relative to the housing unit 13 and to be removed from the motor control device 1 after the motor control device 1 has been mounted on the motor-gear unit 4.
  • the angular position signal transmitter unit 15 also has a disk element 23.
  • the mounting support unit 18 is arranged with a first contact surface 20, here an inner edge facing the central axis A, in a form-fitting manner on the angular position signal generator unit 15, in particular on the disk element 23, and with a second contact surface 20 ', here an outer edge facing away from the central axis A, arranged in a form-fitting manner on the housing unit 13.
  • the first and second contact surfaces have normal vectors which run parallel to a radial plane which is perpendicular to an axis of rotation of the disk element 23, that is to say run in the drawing plane (x-y plane) in the present case.
  • the first and second contact surfaces 20, 20 ' have a recess 19 (FIG. 2d) through which the angular position signal transmitter unit 15 is drawn when the auxiliary mounting unit (18) is removed.
  • the disk element 23 has a cylindrical collar 24, which in the present case is arranged on the inside of the disk element 23 and, when the motor control device 1 is pressed, on its inside facing the central axis A with the output shaft 8, 10 comes in plant.
  • the auxiliary assembly unit 18 is also arranged with a third contact surface 21 in a form-fitting manner on the angular position signal transmitter unit 15, here on the pane element 23, and with a fourth contact surface 21 'in a form-fitting manner on the housing unit 13 21, 21 'normal vectors which run parallel to the axis of rotation of the disk element (23), that is to say here parallel to the central axis A and the x-direction.
  • the third and fourth contact surfaces 21, 21 ′ here also have the recess 19 through which the angular position signal generator unit 15 is drawn when the auxiliary mounting unit 18 is removed.
  • a thickness d of the auxiliary mounting unit 18 in the axial direction of the output shaft 8, 10 is significantly less than a corresponding length or width perpendicular thereto.
  • Fig. 2b the motor control device 1 with the angular position signal transmitter unit 15 is now pressed onto the output shaft 8, 10 by means of the pressing tool 17 so that the angular position signal transmitter unit 15 sits firmly on the output shaft 8, 10 through a press-fit connection.
  • the motor control device 1 has been fastened, for example screwed, to the motor-gear unit 4 as shown in FIG. 2c, the auxiliary mounting unit 18 can be removed. In the example shown, this is done by pulling out perpendicular to the axial direction, here in the positive Y direction. As can be seen in FIG.
  • the angular position signal generator unit 15 or the disk element 23 is now exactly at the same distance using a simple press-fit process in which the angular position signal generator unit 15 is pressed onto the output shaft 8, 10 a, which corresponds to the thickness of the auxiliary mounting unit, is arranged relative to the housing unit 13 of the motor control device 1.
  • a particularly precisely working motor control device 1 is realized, in which the angular position sensor unit 3 a, 3 b assigned to the angular position signal generator unit 15 (Fig.
  • FIG. 2e shows a top view of an exemplary embodiment of the auxiliary mounting unit 18 in a plane perpendicular to the axial direction, that is to say the yz plane.
  • the inner edge 20 is designed here for the regionally encircling form fit on the angular position signal generator unit 15, and the outer edge 20 ′ is designed for the form-fit connection that runs around the area in some areas on the housing unit 13.
  • auxiliary assembly unit 18 In the example shown, there are also material recesses 25, 25 ′, which facilitate deformation of the auxiliary mounting unit 18 perpendicular to the pulling direction, here perpendicular to the y-direction, and thereby facilitate the removal of the auxiliary mounting unit 18 after the motor control device 1 has been mounted the motor-gear unit 4 facilitate.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung (1), welche zur Befestigung an einer Motor-Getriebe-Einheit (4) mit einem von der Motorsteuervorrichtung (1) zu steuerndem Motor (5) und mit einem durch eine Abtriebswelle (8) des zu steuernden Motors (5) antreibbaren Getriebes (9) ausgebildet ist, und welche eine Leiterplatte (2), eine auf der Leiterplatte (2) angeordnete erste Winkelpositions-Sensoreinheit (3a) zum Detektieren einer Winkelposition der Abtriebswelle (8) des zu steuernden Motors (5) und eine auf der Leiterplatte (2) angeordnete zweite Winkelpositions-Sensoreinheit (3b) zum Detektieren einer Winkelposition einer Abtriebswelle (10) des von dem Motor (5) antreibbaren Getriebes (9) aufweist, um eine konstruktiv einfache, mit hoher Winkelpositionsgenauigkeit arbeitende Motorsteuervorrichtung (1) bereitzustellen.

Description

Motorsteuervorrichtung mit verbesserter Drehwinkelgenauigkeit
Die Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, welche zur Befestigung an einer Motor- Einheit oder Motor-Getriebe-Einheit mit einem von der M otorsteuervorrichtung zu steuernden Motor und mit einem durch eine Abtriebswelle des zu steuernden M otors antreibbaren Getriebe ausgebildet ist, mit einer Leiterplatte und mit einer auf der Leiterplatte angeordneten (ersten) Winkelpositions-Sensoreinheit zum Detektieren einer Winkelposition der Abtriebswelle des zu steuernden Motors.
Klassische Motorsteuervorrichtungen, welche auch als M otorsteuerung, Servo Drive oder Motorcontroller bezeichnet werden können, sind räumlich getrennt von zugeordneten Sensoreinheiten für eine auch als Drehwinkel bezeichenbare Winkelposition (einer Abtriebswelle) des gesteuerten M otors und/ oder einer von dem zu steuernden M otor bewegten Komponente angeordnet. Oft sind die Motorsteuervorrichtung und beispielsweise in einem separaten, stationären Steuerschrank untergebracht und die von der Motorsteuerung erzeugten Motorspannungen werden über lange Kabel an eine M otor-Einheit mit dem M otor bereitgestellt. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei welchen die M otorsteuervorrichtung mit der Motor-Einheit integriert in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist, oder eine eigene Gehäuseeinheit aufweist, welche mit der M otor-Einheit verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Dabei kann auch die entsprechende Winkelpositions-Sensoreinheit zum Detektieren der Position und damit eines Drehwinkelsder Motorwelle in der M otorsteuervorrichtung integriert sein. In diesem Fall ist also die Winkelpositions-Sensoreinheit, welche auch als Encoder bezeichnet werden kann, mit der M otor-Enheit integriert ausgeführt, also beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches auch jeweils verbundene, beispielsweise verschraubte Teilgehäuse von Motor-Einheit und M otorsteuervorrichtung aufweisen kann.
Ist nun zusätzlich zu dem Motor auch ein Getriebe vorhanden, welches mit dem Motor integriert ausgeführt ist und somit eine bauliche Enheit, eine Motor-Getriebe-Einheit bildet, gibt es Fälle, in welchen eine zweite Winkelpositions-Sensoreinheit für den Abtrieb des Getriebes, also dessen „Output“, erforderlich ist, um beispielsweise bei der Positionierung eines Roboterarmes eine erhöhte Genauigkeit erzielen zu können. Die zweite Winkelpositions- Sensoreinheit ist dabei eine separate weitere Enheit, welche nicht nur ihre eigene Leiterplatte mit einem entsprechenden Sensor aufweist, sondern typischerweise auch eigene Recheneinheiten, welche vom Sensor gemessene Sensorsignale bereits vorverarbeiten, sowie eine eigene Sende-und-Empfangseinheit um eine Positionsinformation über entsprechende Datenkabel an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) der M otorsteuervorrichtung zu leiten, und die hierfür erforderlichen Anschlüsse mit zusätzlichen Kabeln.
Damit wird nicht nur wertvoller zusätzlicher Bauraum verbraucht, sondern auch bei der Montage zusätzlicher Aufwand erzeugt, welcher überdies durch Fertigungstoleranzen weitere Unsicherheiten und somit Genauigkeitsprobleme in das System einbringt. Dies hängt damit zusammen, dassdie Sensoren der jeweiligen Sensoreinheiten wie auch die zu den Sensoren gehörigen Sgnalgeber an den Abtriebswellen bei der Fertigung nie mit absoluter Genauigkeit ihre theoretisch vorgesehenen Positionen erhalten. Dadurch werden systematische Fehler in das System eingeführt. Diese Fehler können dabei von einem jeweiligen Rotationswinkel der entsprechenden Welle abhängen und müssen in Anwendungsbereichen mit großen Anforderungen an die Genauigkeit kompensiert werden. Zum Kompensieren oder zumindest vermindern dieser und anderer Fehler kommen dabei entsprechende Kalibrierungsalgorithmen zum Ensatz. Fehler in der Positionierung der Sensoren oder der zu den Sensoren gehörigen Sgnalgeber werden im Allgemeinen unter Zuhilfenahme eines externen zusätzlichen Referenzencoder als eine Referenz-Winkelpositions-Sensoreinheit oder unter Zuhilfenahme weiterer Messdaten in einem aufwändigen Verfahren kompensiert. Derartige Verfahren sind beispielsweise in der WO 2017 133 806 A1 oder der US5 138 564 A erläutert. Der resultierende Kalibrationsprozess erfordert dabei eine hochpräzise Referenz-Winkelposition-Sensorik bzw. einen entsprechend komplexen und damit fehleranfälligen Algorithmus, dessen Ensatz gut ausgebildetes Kalibrierpersonal erfordert.
Teilweise können die Ungenauigkeiten in der Positionierung der Winkelpositions- Sensoreinheiten mit speziellen Federvorrichtungen kompensiert bzw. umgangen werden. Derartige Lösungen werden beispielsweise von der Firma Kübler für lagerlose Drehgeber, bei welcher die Federvorrichtung in der Drehrichtung steif ist, also nicht federt um eine Verdrehung präzise ausschließen zu können, jedoch in axialer Richtung federt, damit der Sensor bzw. Sgnalgeber sich an die in der Fertigung variierende Position der M otorwelle anpassen kann. Damit können auch während der M ontage auftretende Kraftspitzen kompensiert und eine montagebedingte unerwünschte Änderung in der Relativposition der unterschiedlichen Komponenten zueinander vermieden werden. Nachteilig ist hier jedoch der zusätzliche Platzbedarf, und auch die Beweglichkeit des Sgnalgebers bzw. des Sensorsder Winkelpositions- Sensoreinheit relativ zu anderen Einheiten der M otorsteuervorrichtung, beispielsweise zu einer Haupt-Leiterplatte, was andere Probleme mit sich bringt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache, mit hoher Winkelpositionsgenauigkeit arbeitende M otorsteuervorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich ausden abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Ein Aspekt betrifft eine M otorsteuervorrichtung, welche zur Befestigung an einer M otor-Einheit oder Motor-Getriebe-Einheit mit einem von der M otorsteuervorrichtung bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch zu steuernden (d.h. steuerbaren) M otor und mit einem durch eine Abtriebswelle des zu steuernden Motors antreibbaren (d.h. bei dessen bestimmungsgemäßem Gebrauch anzutreibenden) Getriebe ausgebildet ist. Die Motorsteuervorrichtung weist eine Leiterplatte (Printed Grcuit Board, PCB) auf, eine auf der Leiterplatte angeordnete erste Winkelpositions-Sensoreinheit zum Detektieren einer Winkelposition der Abtriebswelle des zu steuernden Motors. Die Motorsteuervorrichtung kann außerdem eine elektronische M otorsteuereinheit zum Bereitstellen einer M otorspannung für den zu steuernden M otor umfassen, welche die Motorspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals errechnet und/oder bereitstellt, beispielsweise in Abhängigkeit einer Leistungs oder Positionierungsanforderung für den M otor. Bevorzugt stellt die M otorsteuereinheit die Motorspannung in Abhängigkeit von dem weiter unten beschriebenen ersten Sensorsignal der ersten Sensoreinheit und in Abhängigkeit von den ebenfalls unten beschriebenen zweiten Sensorsignal der zweiten Sensoreinheit bereit, sowie beispielsweise in Abhängigkeit eines Steuersignals. Die elektronische Motorsteuereinheit ist bevorzugt ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet. Das Getriebe kann eine Untersetzung, aber auch eine Übersetzung von der Abtriebswelle (Output) des Motors zur Abtriebswelle (Output) des Getriebes realisieren. Die Abtriebswelle (Output) des Motors ist dabei bevorzugt auch die Antriebswelle (Input) des Getriebes.
Die M otorsteuervorrichtung weist auch eine auf der gleichen Leiterplatte angeordnete zweite Winkelpositions-Sensoreinheit zum Detektieren einer Winkelposition der Abtriebswelle des von dem zu steuernden M otor über seine Abtriebswelle antreibbaren Getriebes auf. Die Abtriebswelle des Getriebes ist dabei zum Antreiben einer weiteren Einheit, wie beispielsweise einem Glied einer kinematischen Kette eines robotischen Gerätes, durch das Getriebe ausgebildet. Die jeweiligen Winkelpositions-Sensoreinheiten können dabei entsprechende Sensoren zum Detektieren zugeordneter Sgnalgeber, wie sie beispielsweise weiter unten noch geschrieben werden, umfassen, sowie entsprechende Sensorsignal Verarbeitungs- oder Vorverarbeitungseinheiten, welche ein Sensorsignal der jeweiligen Sensoren auslesen und eine entsprechende Sensor-Information an die Motorsteuervorrichtung, beispielsweise die Motorsteuerungseinheit, bereitstellen. Es können aber auch die Sensorsignale direkt von der Motorsteuerungseinheit ausgewertet werden.
Durch die Anordnung der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten auf einer einzigen Leiterplatte will einerseits Bauraum und Bauteile gespart, andererseits werden auch weniger manuelle Schritte bei der Montage erforderlich. Somit sind aufgrund der großen Genauigkeit bei der industriellen Fertigung von Leiterplatten auch die räumlichen Relationen zwischen den unterschiedlichen Sensoreinheiten, insbesondere den Sensoren der Sensoreinheiten exakt bekannt, und auch die jeweiligen Sgnale werden mit hoher Genauigkeit innerhalb der Leiterplatte weitergeleitet und nicht über fehleranfällige Kabelverbindungen mit entsprechenden Steckern oder Lötstellen. Es ist somit für beide Winkelpositions- Sensoreinheiten nur noch eine gemeinsame Fehlerquelle zu kompensieren. Durch den integrierten Ansatz können auch Softwarefunktionen der M otorsteuervorrichtung, welche beispielsweise in der Motorsteuereinheit implementiert werden, einfacher und genauer vorgegeben werden. Spannungsumwandlung einer Versorgungsspannung in die bereitgestellte Motorspannung, Winkelpositionsbestimmung des Getriebeeingangs (Getriebe-Input), welcher ja der Motorausgang ist, und Winkelpositionsbestimmung des Getriebeausgangs (Getriebe- Output) können somit integriert in einer Baueinheit, bevorzugt auch mit einem gemeinsamen Gehäuse, bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die M otorsteuervorrichtung darauf ausgelegt ist, dassdie Abtriebswelle des zu steuernden M otors eine Hohlwelle ist und die Abtriebswelle des von dem zu steuernden Motor antreibbaren Getriebes zumindest abschnittsweise im Inneren der Hohlwelle verläuft, sowie beide Abtriebswellen in einem jeweiligen Endbereich, welcher der Motorsteuervorrichtung und insbesondere den beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten zugewandt ist, und welcher in einer axialen Richtung der Motor-Getriebe-Einheit auf der gleichen Seite der Motor-Getriebe-Enheit liegt, insbesondere auf einer getriebeabgewandten Seite der Motor-Getriebe-Einheit liegt, jeweils eine Sensorgebereinheit, insbesondere eine magnetische Sensorgebereinheit und/oder eine optische Sensorgebereinheit, aufweisen. Die jeweilige Sensorgebereinheit ist der jeweiligen ersten und/oder zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit zugeordnet. Die Sensorgebereinheit der Abtriebswelle des M otors ist somit der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit zugeordnet und die Sensorgebereinheit der Abtriebswelle des Getriebes der zweiten Winkelpositions- Sensoreinheit. Das bedeutet, dass die jeweiligen Sgnalgebereinheiten bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Motorsteuervorrichtung Sgnale in der jeweils zugeordneten Winkelposition-Sensoreinheit auslösen. Die magnetischen Sensorgebereinheiten können jeweils einen Magnetring aufweisen oder ein solcher sein.
Die Auslegung der Motorsteuervorrichtung auf die genannten M erkmale kann beispielsweise dadurch umgesetzt sein, dassdie beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten an einem offen zugänglichen Endbereich der Motorsteuervorrichtung angeordnet sind, welcher ausgebildet ist. In Anlage an die Motor-Getriebe-Einheit betrieben zu werden. Dassdie Abtriebswelle des Motors eine Hohlwelle ist, kann beispielsweise eine spezifische Form der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit und/ oder eine spezifische Anordnung der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit relativ zu den anderen Enheiten der Motorsteuervorrichtung bedingen. Dass die Abtriebswelle des Getriebes zumindest abschnittsweise im Inneren der Hohlwelle verläuft, kann entsprechend beispielsweise eine spezifische Form der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit und/ oder eine spezifische Anordnung der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit relativ zu den anderen Enheiten der Motorsteuervorrichtung bedingen. Beide Egenschaften lassen sich beispielsweise auch aus einer Form einer jeweiligen Winkelpositions-Sgnalgebereinheit, wie sie beispielsweise unten eingeführt wird, erkennen. Weisen die Winkelpositions-Sensoreinheiten beispielsweise konzentrisch verlaufende Sgnalgebereinheiten oder Sensoren auf, so müssen die entsprechenden Abtriebswellen ineinander laufenden.
Im allgemeinen wird die beschriebene Anpassung von der Gestalt der jeweils genutzten M otor- Getriebe-Enheit abhängen, wobei dem Fachmann hier klar ist, dassdie beiden Winkelpositions- Sensoreinheiten derart an einer Seite der Motor-Getriebe-Einheit, im allgemeinen der sogenannten B-Seite der Motor-Getriebe-Einheit, der getriebeabgewandten Flückseite der Motor-Getriebe-Einheit angeordnet sind, sodassdie beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten sowohl einen an der Abtriebswelle des Motors angebrachten Sgnalgeber als auch einen an der sich durch die als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle des M otors durch die M otor-Getriebe- Einheit hindurch von dem Getriebe zur getriebeabgewandten Rückseite der Motor-Getriebe- Einheit erstreckenden Abtriebswelle des Getriebes angeordnet werden können.
Somit können die beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten mit jeweiligen Sensoren trotz ihrer Anordnung auf einer einzigen Leiterplatte besonders einfach nah und genau an den jeweiligen Abtriebswellen positioniert werden. Es sind daher keine weiteren mechanischen Elemente erforderlich, um die Winkelpositions-Sensoreinheiten in eine Rotation der Abtriebswellen sensorisch einzukoppeln. Besonders vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die M otorsteuervorrichtung darauf ausgelegt ist, dassdie Abtriebswelle des von dem zu steuernden Motor antreibbaren Getriebes ebenfalls eine Hohlwelle ist, und dassdie Leiterplatte in der axialen Verlängerung eines Hohlbereichsder Abtriebswelle des von dem zu steuernden M otor antreibbaren Getriebes ein Loch, bevorzugt ein kreisrundes Loch aufweist. Dies hat den Vorteil, dass Schläuche und Kabel zentral und damit unempfindlich gegenüber Rotationen um die axiale Richtung durch die Motorsteuervorrichtung und die M otor-Getriebe-Enheit durchgeführt werden können.
Das Führen der Abtriebswelle des Getriebes durch die als Hohlwelle ausgeführt Abtriebswelle des zu steuernden Motors realisiert dabei auf einfache mechanische Weise eine extrem kurze Toleranzkette, sodass bei großer räumlicher Nähe der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten zusätzlich kurze, elektronische Sgnalwege sowie die praktisch identische Auswirkung von Fehlern in der Positionierung der Leiterplatte die Genauigkeit, welche mit der Motorsteuervorrichtung erreicht werden kann, weiter erhöht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die M otorsteuervorrichtung eine Kalibriereinheit auf, welche ausgebildet ist, die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit basierend auf zumindest einem Winkelpositionssignal, also einem oder mehreren Winkelpositionssignalen, der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit, bevorzugt der ersten und der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit, zu kalibrieren. Insbesondere ist die Kalibriereinheit ausgebildet, ausschließlich basierend auf Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions- Sensoreinheiten als einzige Winkelpositionssignale die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit zu kalibrieren. In diesem Fall werden also keine Winkelpositionssignale einer externen Referenzdrehwinkelsensoreinheit genutzt, um die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit durch die Kalibriereinheit zu kalibrieren. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden dabei abgesehen von den beiden Winkelpositionssignalen keine weiteren Sensorsignale oder Messgrößen für das Kalibrieren durch die Kalibriereinheit genutzt. Bevorzugt erfolgt das Kalibrieren mit einem Vergleichen der den beiden Winkelpositionssignalen entsprechenden Winkelpositionen miteinander. Das Kalibrieren und/oder das Vergleichen kann dabei automatisch erfolgen. Das hat den Vorteil, dassdie Genauigkeit der M otorsteuervorrichtung erhöht werden kann, ohne dassdafür eine externe Winkelpositions-Sensoreinheit genutzt werden muss. Da die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit im Verhältniszur ersten Winkelpositions-Sensoreinheit besonders genau verbaut ist und mit der ersten Winkelpositions- Sensoreinheit auf der gemeinsamen Leiterplatte eine bauliche Einheit gebildet, kann der Kalibriervorgang durch die Kalibriereinheit nicht nur besonders einfach, sondern auch besonders genau durchgeführt werden. Dies wird dadurch verstärkt, dass herstellerseitig beide genutzten Winkelpositions-Sensoreinheiten genau bekannt sind, und das entsprechende Wissen auch in der Kalibriereinheit berücksichtigt werden kann.
In einem entsprechenden Verfahren zum Kalibrieren der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit wird somit zunächst zumindest ein Winkelpositionssignal der ersten Winkelpositions- Sensoreinheit erfasst, bevorzugt auch zumindest ein Winkelpositionssignal der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit. Basierend auf dem oder den erfassten Winkelpositionssignalen wird dann die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit durch die Kalibriereinheit kalibriert, welche auch als Software in der Motorsteuervorrichtung implementiert sein kann, beispielsweise auf der Motorsteuereinheit implementiert. Die Vorteile entsprechen dabei den durch die beschriebene Motorsteuervorrichtung erzielten Vorteilen, und auch die im folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der M otorsteuervorrichtung können mit den entsprechenden Vorteilen auf das Verfahren übertragen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kalibriereinheit ausgebildet, ein Übersetzungsverhältnis oder ein Untersetzungsverhältnis, bevorzugt jedoch ein Untersetzungsverhältnis, zwischen der Abtriebswelle des M otors und der Abtriebswelle des Getriebes bei dem Kalibrieren der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit zu berücksichtigen. Das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis kann dabei in der Kalibriereinheit vorgegeben oder voreingestellt sein, oder aber automatisch ermittelt werden, wie im weiter unten beschrieben. Durch das Über-oder Untersetzungsverhältnis der beiden Abtriebswellen zueinander entstehen bei der Rotation der Abtriebswellen Fehler oder Unregelmäßigkeiten in unterschiedlichen, durch das jeweilige Über- bzw. Untersetzungsverhältnis bestimmten zeitlichen Abständen.
Damit können Abweichungen oder Fehler, welche getriebeintern bedingt sind von Abweichungen oder Fehlern, welche von der Anordnung der Leiterplatte und damit der Winkelpositions-Sensoreinheiten relativ zur Motor-Getriebe-Einheit alssolche erkannt, separiert und kompensiert werden. Auch dies erhöht so die Genauigkeit der Motorsteuervorrichtung bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch. Gerade eine Untersetzung wirkt sich hier vorteilig auf die relative Genauigkeit der Sgnale der unterschiedlichen Winkelpositions-Sensoreinheiten aus, da so pro Umdrehung mehr Sensorsignale der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit zur Verfügung stehen als von der zweiten Winkelpositions- Sensoreinheit, letztere also genauer kalibriert werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise kann dabei vorgesehen sein, dass das Über- oder Untersetzungsverhältnis von der Kalibriereinheit selbst basierend auf den Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten, bevorzugt ausschließlich basierend auf den Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten, automatisch ermittelt wird. Insbesondere kann dies mit einem automatischen Erkennen einer Wiederholungsfrequenz einer Unregelmäßigkeit oder eines Fehlers oder einer Schwankung in einem der beiden Winkelpositionssignale oder in beiden Winkelpositionssignalen und/oder mit einem automatischen Vergleichen einer Veränderung einesder beiden Winkelpositionsignale mit einer zugeordneten Veränderung des anderen Winkelpositionssignals erfolgen. Die Veränderung der jeweiligen Winkelpositionssignale entspricht dabei einer Veränderung von Winkelpositionen der zugeordneten Abtriebswellen. Aufgrund der mechanischen Kopplung der Abtriebswellen über das Getriebe entsprechen die beiden verglichenen Veränderungen einander. Das hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der M otorsteuervorrichtung unabhängig von einer Kenntnis über das genutzte Getriebe und auch unabhängig von individuellen Genauigkeitsschwankungen des jeweils verbauten Exemplars eines Getriebetyps verbessert wird. Überdies kann so auch ohne weiteres nach erfolgter Inbetriebnahme, beispielsweise nach einem vorgegebenen Zeitintervall, insbesondere regelmäßig, das Kalibrieren erneut durchgeführt werden und so auch eine Abnutzung von Komponenten, zum Beispiel von Zahnrädern des Getriebes, kompensiert werden. Die Wiederholungsfrequenz kann dabei auch als harmonische Frequenz bezeichnet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dassdie Motorsteuervorrichtung eine Gehäuseeinheit aufweist, sowie zumindest eine Winkelpositions- Sgnalgebereinheit, welche jeweils ausgebildet ist auf die Abtriebswelle des M otors und/oder des Getriebes aufgesteckt zu werden, sowie eine M ont ier-Hi If sei n heit , welche in Anlage und damit mechanischem Kontakt an die Gehäuseeinheit und die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit angeordnet ist, und welche ausgebildet ist, bei einem M ontieren der Motorsteuervorrichtung an der M otor-Getriebe-Einheit oder einer M otor-Enheit oder einer Getriebe-Enheit die jeweils zugeordnete Winkelpositions-Sgnalgebereinheit oder die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit in einer vorgegebenen Relativposition zur Gehäuseeinheit zu halten und nach dem Montieren der Motorsteuervorrichtung an der Motor-Enheit, der Getriebe-Enheit oder der Motor Getriebe-Enheit ausder Motorsteuervorrichtung entfernt zu werden. Die Montier-Hilfseinheit bewirkt also, dass eine M ontierkraft, welche auf die Gehäuseeinheit bei dem M ontieren einwirkt, in gleichem Maße auch auf die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit einwirkt und verhindert dadurch eine Veränderung der Relativposition von Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und Gehäuseeinheit zueinander bei dem Montieren der Motorsteuervorrichtung an der zugeordneten M otor-Getriebe-Enheit bzw. M otor- oder Getriebe-Enheit. Entsprechend ist es vorteilhaft, dassdie M ontier-Hilfseinheit aus einem Material beschaffen ist, welches bei Kräften der Größenordnung wie bei der M ontage auftreten, nicht komprimiert wird, und eine Form aufweist, welche bei Enwirkung der M ontagekräfte nicht verformt wird. Dadurch kann die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit mit der Motorsteuervorrichtung in einem Press-fit Verfahren an der Abtriebswelle des Motors und/oder des Getriebes befestigt werden, wobei die Motorsteuervorrichtung, insbesondere die Gehäuseeinheit der Motorsteuervorrichtung zusätzlich an einer Gehäuseeinheit der M otor- Getriebe-Enheit oder entsprechend einer Motor- oder Getriebe-Enheit befestigt wird, beispielsweise verschraubt wird.
Das hat den Vorteil, dassder Hersteller der Motorsteuervorrichtung die Relativpositionen von Winkelpositions-Sgnalgebereinheit(en) und Gehäuseeinheit, und somit auch der Relativpositionen von Winkelpositions-Sgnalgebereinheit(en) und Winkelpositions- Sensoreinheiten, herstellerseitig genau vorgeben kann, und diese auch bei der M ontage, welche in einem von der Hersteller der Motorsteuervorrichtung nicht kontrollierten Umgebung erfolgen kann, nicht mehr verändert sondern vielmehr genau eingehalten wird. Dadurch kann die Motorsteuervorrichtung bei bestimmungsgemäßem Gebrauch wiederum eine besonders hohe Genauigkeit erreichen, was gerade bei einem Kalibrieren der zweiten Winkelpositions- Sensoreinheit basierend auf einem Winkelpositionssignal der ersten Winkelpositions- Sensoreinheit vorteilhaft ist.
Besonders vorteilhaft ist entsprechend eine Ausführungsform mit zwei Winkelpositions- Sgnalgebereinheiten, nämlich einer der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit zugeordneten ersten Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und eine der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit zugeordneten zweiten Winkelpositions-Sgnalgebereinheit. In diesem Fall können insbesondere statt einer (gemeinsamen) Montier-Hilfseinheit zwei jeweils einer Winkelpositions- Sgnalgebereinheit zugeordnete M ont ier-Hilfseinheit vorgesehen sein. Diese können dann jeweils in Anlage an die Gehäuseeinheit und die zugeordnete Winkelpositions- Sgnalgebereinheit angeordnet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine oder beide Montier-Hilfseinheiten nicht nur in Anlage an die zugeordnete, sondern auch die jeweils andere Winkelpositions-Sgnalgebereinheit angeordnet sind. Beide M ont ier-Hilfseinheit sind dann ausgebildet ist, bei einem Montieren der Motorsteuervorrichtung an der M otor-Getriebe- Einheit oder einer Motor- bzw. Getriebe-Enheit die Winkelpositions-Sgnalgebereinheiten in einer vorgegebenen Relativposition zur Gehäuseeinheit zu halten und nach dem M ontieren der Motorsteuervorrichtung an der M otor-Getriebe-Einheit aus der M otorsteuervorrichtung entfernt zu werden. Es kann also nicht nur eine M ontier-Hilfseinheit genutzt werden, um eine oder zwei Winkelpositions-Sgnalgebereinheiten an der Gehäuseeinheit und/oder der jeweils anderen Winkelpositions-Sgnalgebereinheit abzustützen, sondern auch zwei oder mehr Montier-Hilfseinheiten.
Dabei ließen sich die Vorteile zum Teil auch bei einer M otorsteuervorrichtung ohne die vorteilhafte zweite Winkelpositions-Sensoreinheit zum Detektieren einer Winkelposition der Abtriebswelle des von dem Motor antreibbaren Getriebes realisieren. Die Montier-Hilfseinheit kann in entsprechender Variation somit auch für eine besonders einfache Montage einer Motorsteuervorrichtung mit nur einer Winkelpositions-Sensoreinheit an einer Motor-Enheit oder Getriebe-Einheit angewendet werden, bei welcher die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit für die eine Winkelpositions-Sensoreinheit auf die Abtriebswelle des M otors und/oder des Getriebes aufgesteckt wird.
Entsprechend ermöglicht die M onti er-Hilfsei nheit auch ein Verfahren zum M ontieren einer für eine Motor-Enheit oder Motor-Getriebe-Einheit geeignete M otorsteuervorrichtung mit einer Gehäuseeinheit, zumindest einer Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und der M ontier- Hilfseinheit, bei welchen in einem ersten Schritt die Motorsteuervorrichtung mit ihren Untereinheiten auf eine Motor-Enheit, eine Getriebe-Einheit, oder eine M otor-Getriebe-Enheit gepresst (d.h. gesteckt) wird, die M otorsteuervorrichtung dann mit einem oder mehreren weiteren Verbindungsmitteln mit der M otor-, Motor-Getriebe-, oder Getriebe-Enheit verbunden wird, beispielsweise verschraubt wird, und in einem dritten Schritt die M ontier- Hilfseinheit, welche auch als Abstandseinheit fungiert, entfernt wird. Vorteilhafterweise umfasst das Entfernen der M ont i er-Hi I fsei n hei t ein Herausziehen oder Herausschieben der M ontier- Hilfseinheit in einer Ebene senkrecht zur Abtriebswelle. Damit kann die M ontier-Hilfseinheit besonders zuverlässig für ein genaues Enhalten der vom Hersteller der M otorsteuervorrichtung vorgesehenen Relativposition der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und damit dem Scheibenelement zur Gehäuseeinheit realisieren, wasdie beschriebenen Vorteile nochmals verstärkt.
Die Vorteile des Verfahrens entsprechen dabei den oben für die Motorsteuervorrichtung beschriebenen Vorteilen. Die für die Motorsteuervorrichtung beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen gelten auch für das Verfahren, um die entsprechend beschriebenen Vorteile auch im Montageverfahren zu erzielen.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dassdie montierte Hilfseinheit durch eine Klebekraft und/oder eine Klemmkraft in Anlage an die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit und/ oder an die Gehäuseeinheit gehalten ist. Dafür kann, ein geeigneter Kleber zwischen Montier-Hilfseinheit und Gehäuseeinheit und/oder zwischen M ontier- Hilfseinheit und Winkelpositions-Sgnalgebereinheit angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann die M ont i er-Hi I fsei nheit auch eine Klemm- oder Rast Vorrichtung aufweisen, welche beispielsweise über eine oder mehrere Aussparungen in der M ontier-Hilfsei nheit, welche bei dem Entfernen der Montier-Hilfseinheit ein temporäres Verformen der M ontier-Hilfseinheit in die Aussparung(en) hinein erlauben. Die Montier-Hilfseinheit kann überdiesfür den einmaligen Gebrauch bestimmt sein, insbesondere auch nur unter Zerstörung ausder montierten Motorsteuervorrichtung entfernt werden können. Es bietet sich hier eine Spritzguss-M ontier- Hilfseinheit aus, welche, bevorzugt einstückig, aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Das hat den Vorteil, dass die M ontier-Hilfseinheit und damit die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit besonders genau und zuverlässig an oder in der Gehäuseeinheit gehalten ist, und somit die hohe Genauigkeit der Relativposition in der genannten Enheiten zueinander und damit auch die Genauigkeit der Motorsteuervorrichtung im Betrieb mit besonders geringen Anforderungen an den M ontageprozess erreicht werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dassdie Winkelpositions- Sgnalgebereinheit ein Scheibenelement, bevorzugt ein Scheibenelement mit einem auch als Target bezeichenbaren Sgnalgeber, aufweist. Die Montier-Hilfseinheit ist dann mit einer ersten Anlagefläche formschlüssig an der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit, insbesondere an dem Scheibenelement, angeordnet ist, und mit einer zweiten Anlagefläche formschlüssig an der Gehäuseeinheit angeordnet ist, wobei erste und zweite Anlagefläche Normalenvektoren aufweisen, welche parallel zu einer Radial ebene verlaufen, welche senkrecht auf einer Rotationsachse des Scheibenelementes steht. Erste und zweite Anlagefläche weisen bevorzugt eine Aussparung auf, durch welche die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit bei Entfernen der Montier-Hilfseinheit gezogen wird. Die Anlagenflächen können insbesondere eine Zylinderfläche oder eine Zylindersegmentfläche aufweisen oder sein. Bevorzugt kann in dem Formschluss und damit in den Anlageflächen eine Aussparung vorgesehen sein, durch welche das Scheibenelement (und damit entsprechend auch die Abtriebswelle) bei Entfernen der M ontier- Hilfseinheit nach der M ontage gezogen wird. Somit kann durch die M ontier-Hilfseinheit eine radiale Führung der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit in der Gehäuseeinheit erreicht werden. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die M ont ier-Hi If sei n heit mit einer dritten Anlagefläche formschlüssig an der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit, insbesondere an dem Scheibenelement, angeordnet ist, und mit einer vierten Anlagefläche formschlüssig an der Gehäuseeinheit angeordnet ist, wobei dritte und vierte Anlagefläche Normalenvektoren aufweisen, welche parallel zur Rotationsachse des Scheibenelementes verlaufen. Dritte und vierte Anlagefläche weisen bevorzugt eine Aussparung auf, durch welche die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit bei Entfernen der Montier-Hilfseinheit gezogen wird. Die Anlagenflächen können insbesondere eine Ringfläche oder eine Ringsegmentfläche aufweisen oder sein. Bevorzugt kann in dem Formschluss und damit in den Anlageflächen eine Aussparung vorgesehen sein, durch welche das Scheibenelement (und damit entsprechend auch die Abtriebswelle) bei Entfernen der Montier-Hilfseinheit nach der M ontage gezogen wird. Entsprechend kann durch die Montier-Hilfseinheit in diesem Fall eine axiale Führung der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit in der Gehäuseeinheit erreicht werden.
Die jeweiligen Anlageflächen können als durchgehende Rächen ausgebildet sein, also durchgehend formschlüssig an den anderen Enheiten ausgebildet sein; bevorzugt sind die vier genannten Anlageflächen dann die einzigen Anlageflächen, welche die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit in der vorgegebenen Relativposition zur Gehäuseeinheit halten. Alternativ können die jeweiligen Anlageflächen aber auch eine geeignete Anzahl von Stützstellen der Montier-Hilfseinheit an dem Scheibenelement und/oder an der Gehäuseeinheit umfassen, sodass dann die Montier-Hilfseinheit entsprechend nicht durchgehend formschlüssig an dem Scheibenelement bzw. der Gehäuseeinheit angeordnet ist. Damit lassen sich beispielsweise leicht oben genannte Aussparungen erzeugen, in welche sich die Hilfs-M ontiereinheit bei dem Entfernen hineinverformen kann, sodass bei einem zuverlässigen Halten der Winkelpositions- Sgnalgebereinheit in der vorgesehenen Relativposition zur Gehäuseeinheit, die M ontier- Hilfseinheit noch leicht zu entfernen ist. Es kann auch vorgesehen sein, eine radiale Führung durch eine erste Montier-Hilfseinheit zu erzielen und eine axiale Führung durch eine zweite, von der ersten separate M ont ier-Hi Ifsei nheit . Die beschriebenen Ausführungen und vorteilhaften Ausgestaltungen gelten dann wahlweise entsprechend für sowohl erste als auch zweite Montier-Hilfseinheit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke der M ontier- Hilfseinheit in axialer Richtung der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und damit der Abtriebswelle wesentlich geringer ist als eine Länge und/ oder Breite der Montier-Hilfseinheit in einer (Radial-)Ebene senkrecht zur axialen Richtung. Unter „im Wesentlichen“ kann hier insbesondere „um einen Faktor von mindestens zehn“ verstanden werden. Bevorzugt ist die Montier-Hilfseinheit also eine flache M ontier-Hilfseinheit. Das hat den Vorteil, dass ein im Betrieb der Motorsteuervorrichtung ein ohnehin erforderlicher Freiraum zwischen der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit und der Gehäuseeinheit für die M ont ier-Hi If sei n heit genutzt werden kann, sodasssich durch Verwenden der M ontier-Hilfseinheit die Größe der Motorsteuervorrichtung, insbesondere eine axiale Länge, nicht verändert.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Motor-Getriebe-Einheit oder M otor-Einheit mit einer Motorsteuervorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen oder ein robotisches Gerät mit solch einer Motorsteuervorrichtung oder mit solch einer M otor-Getriebe-Enheit oder Motor-Einheit.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und M erkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Egurenbeschreibung genannten und/oder in den Rguren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Rguren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und M erkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten M erkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer M otorsteuervorrichtung mit einer beispielhaften Ausführungsform einer zugehörigen M otor-Getriebe-Einheit in einer Schnittansicht ;
Figs. 2a-e eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer M otorsteuervorrichtung mit einer beispielhaften Motor-Enheit in einer Schnittdarstellung und beispielhaften Montageschritten.
Gleiche und funktionsgleiche Eemente werden dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eg. 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Motorsteuervorrichtung an einer beispielhaften Motor-Getriebe-Enheit. Die Motorsteuervorrichtung 1 weist dabei eine Leiterplatte 2 auf, sowie eine auf der Leiterplatte 2 angeordnete erste Winkelpositions- Sensoreinheit 3a und eine auf der Leiterplatte 2 angeordnete zweite Winkelpositions- Sensoreinheit 3b. Die Motor-Getriebe-Enheit 4 umfasst dabei vorliegend einen M otor 5, welcher einen Stator 6, einen Rotor 7, sowie eine Abtriebswelle 8 aufweist. Die Abtriebswelle 8 ist im gezeigten Beispiel als eine Hohlwelle ausgeführt. Der von der M otorsteuervorrichtung 1 zu steuernde und damit steuerbare Motor 5 ist über die Abtriebswelle 8 mechanisch mit einem Antrieb eines Getriebes 9 gekoppelt. Ene Abtriebswelle 10 des Getriebes 9 erstreckt sich dabei in axialer Richtung, in der Egur in (negativer) x-Richtung, durch die Abtriebswelle 8 des M otors 5 hindurch zur getriebeabgewandten Rückseite des M otors 5 und damit der M otor-Getriebe- Enheit 4. Im gezeigten Beispiel ist auch die Abtriebswelle 10 des Getriebes 9 als Hohlwelle ausgeführt. Entsprechend weist hier die Leiterplatte 2 in Verlängerung einer Zentralachse A der Abtriebswellen 8, 10 ein Loch 12 auf, sodassdurch die beiden Hohlwellen 8, 10 und das Loch 12 der Leiterplatte 2 Kabel und dergleichen durchgeführt werden können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind vorliegend keine Gehäuseeinheiten 13, 14 (Fig. 2) dargestellt.
Vorliegend sind jeweiligen getriebeabgewandten Endbereichen 8‘, 10‘der Abtriebswellen 8,10 jeweilige Sgnalgeber-Enheiten 11 a, 11 b angeordnet, welche entsprechend der ersten Winkelpositions-Sensoreinheit 3a und der zweiten Winkelpositions-Sensoreinheit 3b zugeordnet sind. Somit ist durch die erste Winkelpositions-Sensoreinheit 3a eine Winkelposition der Abtriebswelle 8 des von der M otorsteuervorrichtung 1 steuerbaren M otors 5 detektierbar und durch die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit 3b die Winkelposition der Abtriebswelle 10 des vom M otor 5 antreibbaren Getriebes 9 der M otor-Getriebe-Einheit 4.
In Fig. 2a bis2e ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer M otorsteuervorrichtung bei einem Montageprozess an eine Motor-Getriebe-Enheit gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber ist die Darstellung dahingehend vereinfacht, dassdie M otor-Getriebe-Einheit 4 mit nur einer Abtriebswelle 8, 10 dargestellt, welche in gezeigten Beispiel nicht als Hohlwelle ausgeführt ist. Das Verfahren kann also in einer Motor-Enheit oder Getriebe-Einheit oder M otor-Getriebe- Einheit mit eine Abtriebswelle und einer Sgnalgebereinheit oder in einer M otor-Getriebe- Einheit mit zwei Abtriebswellen und einer oder zwei Sgnalgebereinheiten angewandt werden.
In der in den Eguren 2a bis2e gezeigten Ausführungsform der M otorsteuervorrichtung 1 weist diese zunächst eine Gehäuseeinheit 13 auf, welches im Verlauf des M ontageverfahrens mit einer Gehäuseeinheit 14 der Motor-Getriebe-Enheit 4 verbunden, im gezeigten Beispiel verschraubt werden soll. Die Motorsteuervorrichtung 1 weist darüber hinaus zumindest eine Winkelpositions-Sgnal geberein heit 15 für jeweils eine der Winkel positions-Sensoreinheiten 3a, 3b auf. Die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit(en) 15 sind jeweils ausgebildet auf die entsprechende Abtriebswelle 8,10 des M otors 5 oder des Getriebes 9 der M otor-Getriebe- Einheit 4 aufgesteckt zu werden. Im gezeigten Beispiel weist die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit 15 hierfür ein Scheibenelement 16 auf mit einem Loch 22 auf, in welchesdie Abtriebswelle 8, 10 eingepresst wird. Dass Enpressen erfolgt im gezeigten Beispiel über ein einfaches Presswerkzeug 17. Die M otorsteuervorrichtung 1 weist in der dargestellten Ausführungsform auch eine M ontier- Hilfseinheit 18 auf, welche in Anlage an die Gehäuseeinheit 13 und die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit 15 angeordnet ist, und welche ausgebildet ist, bei einem M ontieren der Steuervorrichtung 1 an der Motor-Getriebe-Einheit 4 die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 in einer vorgegebenen Relativposition zur Gehäuseeinheit 13 zu halten und nach dem Montieren der Motorsteuervorrichtung 1 an der M otor-Getriebe-Einheit 4 aus der Motorsteuervorrichtung 1 entfernt zu werden.
Im gezeigten Beispiel weist die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 auch ein Scheibenelement 23 auf. Die M ont ier-Hi I fsei nheit 18 ist dabei mit einer ersten Anlagefläche 20, hier einer der Zentralachse A zugewandten Innenkante, formschlüssig an der Winkelpositions- Sgnalgebereinheit 15, insbesondere an dem Scheibenelement 23, angeordnet, und mit einer zweiten Anlagefläche 20‘, hier einer der Zentralachse A abgewandten Außenkante, formschlüssig an der Gehäuseeinheit 13 angeordnet. Erste und zweite Anlagefläche weisen Normalenvektoren auf, welche parallel zu einer Radialebene, welche senkrecht auf einer Rotationsachse des Scheibenelementes 23 steht, verlaufen, also vorliegend in der Zeichenebene (x-y-Ebene) verlaufen. Erste und zweite Anlagefläche 20, 20‘ weisen vorliegend eine Aussparung 19 (Fig. 2d) auf, durch welche die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 bei Entfernen der Montier-Hilfseinheit (18) gezogen wird. Für die genaue radiale Führung der Winkelpositions- Sgnalgeberei nheit 15 weist das Scheibenelement 23 einen zylinderförmigen Kragen 24 auf, welcher vorliegend innen an dem Scheibenelement 23 angeordnet ist und bei dem Verpressen der Motorsteuervorrichtung 1 an seiner der Zentralachse A zugewandten Innenseite mit der Abtriebswelle 8, 10 in Anlage kommt.
Im gezeigten Beispiel ist die Montier-Hilfseinheit 18 auch mit einer dritte Anlagefläche 21 formschlüssig an der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15, hier an dem Scheibenelement 23, angeordnet, und mit einer vierten Anlagefläche 21 ‘ formschlüssig an der Gehäuseeinheit 13. Dabei weisen dritte und vierte Anlagefläche 21 , 21 ‘ Normalenvektoren auf, welche parallel zur Rotationsachse des Scheibenelementes (23) verlaufen, hier also parallel zur Zentralachse A und der x-Richtung. Auch dritte und vierte Anlagefläche 21 , 21 ‘ weisen hier die Aussparung 19 auf, durch welche die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 bei Entfernen der M ont ier-Hilfseinheit 18 gezogen wird.
Im gezeigten Beispiel ist dabei eine Dicke d der M ontier-Hilfseinheit 18 in axialer Richtung der Abtriebswelle 8,10 wesentlich geringer als eine entsprechende Länge oder Breite senkrecht dazu.
In Fig. 2b ist nun mittelsdes Presswerkzeugs 17 die M otorsteuervorrichtung 1 mit der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 auf die Abtriebswelle 8,10 aufgepresst sodassdurch eine Press-Fit-Verbindung Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 fest auf der Abtriebswelle 8,10 sitzt. Nachdem die M otorsteuervorrichtung 1 wie in Fig. 2c gezeigt an der M otor-Getriebe- Einheit 4 befestigt, beispielsweise verschraubt wurde, kann die M ontier-Hilfseinheit 18 entfernt werden. Im gezeigten Beispiel erfolgt dies durch ein Herausziehen senkrecht zur axialen Richtung, hier in positiver YRichtung. Wie in Fig. 2d ersichtlich ist nun auf zuverlässige Weise über ein einfaches Press-fit-Verfahren, bei welchem die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 auf die Abtriebswelle 8,10 aufgepresst wird, die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 bzw. das Scheibenelement 23 genau in dem Abstand a, welcher der Dicke der M ontier-Hilfseinheit entspricht, relativ zu der Gehäuseeinheit 13 der M otorsteuervorrichtung 1 angeordnet. Dadurch wird eine besonders genau arbeitende Motorsteuervorrichtung 1 realisiert, bei welche die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 zugeordnete Winkelpositions-Sensoreinheit 3a, 3b (Fig.
1 ) mit hoher vorhersehbarer Genauigkeit arbeiten kann.
In Fig. 2e ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform der M ontier-Hilfseinheit 18 in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung, also der y-z-Ebene dargestellt. Neben der Ausnehmung 19, durch welche bei dem Entfernen der Montier-Hilfseinheit 18 vorliegend die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit 15 und auch die Abtriebswelle 8,10 gezogen wird, ist die Innenkante 20 hier für den bereichsweise umlaufenden Formschluss an der Winkelpositions- Sgnalgebereinheit 15 ausgebildet, und die Außenkante 20‘ für den bereichsweise umlaufenden Formschluss an der Gehäuseeinheit 13 ausgebildet. Überdies weist die Montier-Hilfseinheit 18 im gezeigten Beispiel noch Materialaussparungen 25,25‘auf, welche ein Verformen der M ontier- Hilfseinheit 18 senkrecht zur Abziehrichtung, hier senkrecht zu der y-Richtung, erleichtern und dadurch die Entfernung der Montier-Hilfseinheit 18 nach der M ontage der Motorsteuervorrichtung 1 an der Motor-Getriebe-Enheit 4 erleichtern.

Claims

Patentansprüche
1 . Motorsteuervorrichtung (1 ), welche zur Befestigung an einer M otor-Getriebe-Bnheit (4) mit einem von der Motorsteuervorrichtung (1) zu steuerndem M otor (5) und mit einem durch eine Abtriebswelle (8) des zu steuernden M otors (5) antreibbaren Getriebes (9) ausgebildet ist, und welche aufweist
- eine Leiterplatte (2);
- eine auf der Leiterplatte (2) angeordnete erste Winkelpositions-Sensoreinheit (3a) zum Detektieren einer Winkel Position der Abtriebswelle (8) des zu steuernden M otors (5); gekennzeichnet durch
- eine auf der Leiterplatte (2) angeordnete zweite Winkelpositions-Sensoreinheit (3b) zum Detektieren einer Winkelposition einer Abtriebswelle (10) des von dem M otor (5) antreibbaren Getriebes (9).
2. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuervorrichtung (1) darauf ausgelegt ist, dass
- die Abtriebswelle (8) des zu steuernden M otors (5) eine Hohlwelle ist;
- die Abtriebswelle (10) des von dem zu steuernden M otor (5) antreibbaren Getriebes (9) zumindest abschnittsweise im Inneren der Hohlwelle verläuft; und
- beide Abtriebswellen (8, 10) in einem jeweiligen Endbereich (8‘, 10‘), welcher in einer axialen Richtung der Motor-Getriebe-Bnheit (4) auf der gleichen Seite der Motor- Getriebe-Bnheit (4) liegt, insbesondere auf einer getriebeabgewandten Seite der M otor- Getriebe-Bnheit (4), jeweils eine Sensorgebereinheit (11a, 11b), insbesondere eine magnetische Sensorgebereinheit, aufweisen.
3. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kalibriereinheit, welche ausgebildet ist die zweite Winkelpositions-Sensoreinheit (3b) basierend auf zumindest einem Winkelpositionssignal der ersten Winkelpositions- Sensoreinheit (3a) zu kalibrieren, insbesondere ausschließlich basierend auf den Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten (3a, 3b) als einzige Winkelpositionssignale, bevorzugt mit einem Vergleichen der den beiden Winkelpositionssignalen entsprechenden Winkelpositionen.
4. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit ausgebildet ist, ein Über- oder Untersetzungsverhältnis, bevorzugt ein Untersetzungsverhältnis, zwischen der Abtriebswelle (8) des M otors (5) und der Abtriebswelle (10) des Getriebes (9) bei dem Kalibrieren der zweiten Winkelpositions- Sensoreinheit (3b) zu berücksichtigen.
5. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Über- oder Untersetzungsverhältnis von der Kalibriereinheit basierend auf den Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions-Sensoreinheiten (3a, 3b), bevorzugt ausschließlich basierend auf den Winkelpositionssignalen der beiden Winkelpositions- Sensoreinheiten (3a, 3b), automatisch ermittelt wird, insbesondere mit einem automatischen Erkennen einer Wiederholungsfrequenz einer Unregelmäßigkeit in einem oder beiden Winkelpositionssignalen und/oder mit einem automatischen Vergleichen einer Veränderung eines der beiden Winkelpositionsignale mit einer zugeordneten Veränderung des anderen Winkelpositionssignals.
6. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- mit einer Gehäuseeinheit (13), gekennzeichnet durch
- zumindest eine Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15), welche jeweils ausgebildet ist auf die Abtriebswelle (8, 10) des M otors (5) oder des Getriebes (9) aufgesteckt zu werden; und
- eine Montier-Hilfseinheit (18), welche in Anlage an die Gehäuseeinheit (13) und die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15) angeordnet ist, und ausgebildet ist, bei einem Montieren der Motorsteuervorrichtung (1) an der M otor-Getriebe-Bnheit (4) die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15) in einer vorgegebenen Relativposition zur Gehäuseeinheit (13) zu halten und nach dem M ontieren der M otorsteuervorrichtung (1 ) an der Motor-Getriebe-Enheit (4) ausder M otorsteuervorrichtung (1 ) entfernt zu werden.
7. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Montier-Hilfseinheit (18) durch eine Klebekraft und/ oder eine Klemmkraft in Anlage an die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15) und/oder an die Gehäuseeinheit (13) gehalten ist.
8. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15) ein Scheibenelement (23) aufweist; und
- die Montier-Hilfseinheit (18) mit einer ersten Anlagefläche formschlüssig an der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15), insbesondere an dem Scheibenelement (23), angeordnet ist, und mit einer zweiten Anlagefläche formschlüssig an der Gehäuseeinheit (13) angeordnet ist, wobei erste und zweite Anlagefläche Normalenvektoren aufweisen, welche parallel zu einer Radial ebene verlaufen, welche senkrecht auf einer Rotationsachse des Scheibenelementes (23) steht, wobei erste und zweite Anlagefläche bevorzugt eine Aussparung aufweisen, durch welche die Winkelpositions- Sgnalgebereinheit (15) bei Entfernen der Montier-Hilfseinheit (18) gezogen wird; und/oder
- die Montier-Hilfseinheit (18) mit einer dritten Anlagefläche formschlüssig an der Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15), insbesondere an dem Scheibenelement (23), angeordnet ist, und mit einer vierten Anlagefläche formschlüssig an der Gehäuseeinheit (13) angeordnet ist, wobei dritte und vierte Anlagefläche Normalenvektoren aufweisen, welche parallel zur Rotationsachse des Scheibenelementes (23) verlaufen, wobei dritte und vierte Anlagefläche bevorzugt eine Aussparung aufweisen, durch welche die Winkelpositions-Sgnalgebereinheit (15) bei Entfernen der M ontier-Hilfseinheit (18) gezogen wird.
9. Motorsteuervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Dicke (d) der M ontier-Hilfseinheit (18) in axialer Richtung der Winkelpositions- Sgnalgebereinheit (15) wesentlich geringer ist alseine Länge und/oder Breite in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung, insbesondere um einen Faktor von wenigstens 10.
10. Motor-Getriebe-Einheit (4) oder Motor-Enheit mit einer M otorsteuervorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder robotisches Gerät mit solch einer Motorsteuervorrichtung (1 ) oder mit solch einer M otor-Getriebe-Einheit (4) oder M otor- Enheit.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022205621A1 (de) 2022-06-01 2023-12-07 Mahle International Gmbh Rotorwelle und elektrische Maschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5138564A (en) 1990-07-31 1992-08-11 Xerox Corporation Automatic encoder calibration
WO2017133806A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Fraba B.V. Verfahren zum kalibrieren eines drehgebers und drehgeber zur bestimmung einer korrigierten winkelposition
US20170284828A1 (en) * 2013-10-22 2017-10-05 Ultra Motion LLC Actuator position sensing
US10500734B1 (en) * 2018-10-31 2019-12-10 Ubtech Robotics Corp Servo assembly, robot joint and robot

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6258007B1 (en) 1999-05-27 2001-07-10 Teijin Seiki Boston, Inc Multi-sensor harmonic drive actuator arrangement assembly
WO2012050130A1 (ja) 2010-10-12 2012-04-19 株式会社ニコン エンコーダ、駆動装置及びロボット装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5138564A (en) 1990-07-31 1992-08-11 Xerox Corporation Automatic encoder calibration
US20170284828A1 (en) * 2013-10-22 2017-10-05 Ultra Motion LLC Actuator position sensing
WO2017133806A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Fraba B.V. Verfahren zum kalibrieren eines drehgebers und drehgeber zur bestimmung einer korrigierten winkelposition
US10500734B1 (en) * 2018-10-31 2019-12-10 Ubtech Robotics Corp Servo assembly, robot joint and robot

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