WO2022144224A1 - Elektromotor mit positionserfassung - Google Patents

Elektromotor mit positionserfassung Download PDF

Info

Publication number
WO2022144224A1
WO2022144224A1 PCT/EP2021/086918 EP2021086918W WO2022144224A1 WO 2022144224 A1 WO2022144224 A1 WO 2022144224A1 EP 2021086918 W EP2021086918 W EP 2021086918W WO 2022144224 A1 WO2022144224 A1 WO 2022144224A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric motor
rotor
magnetic
position detection
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/086918
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sunilkumar RAMALINGESH
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of WO2022144224A1 publication Critical patent/WO2022144224A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel

Definitions

  • the invention relates to an electric motor with position detection, having a magnetic position indicator connected to a front end of a rotor of the electric motor and a magnetometric sensor unit.
  • the invention also relates to a method for operating an electric motor and a drive unit for an adjustable vehicle part.
  • FIG. 1 shows schematically that part of a conventional electric motor in which the position of its rotor and thus of its output shaft is detected.
  • a Hall sensor arrangement is used in the illustrated prior art of a corresponding electric motor, which in the case of brushless DC motors (brushless direct current, BLDC motors) typically includes three Hall sensors, of which 1 a sensor 10 is shown.
  • the sensor 10 is arranged on that side of a circuit board 13 which is firmly connected to the transmission housing 12 of the electric motor and which faces the rotor 14 of the motor.
  • a multipole ring magnet 11 firmly connected to this sits on the rotor 14 as a positioning means for the sensor 10.
  • the three sensors 10 are arranged around the multipole ring magnet 11, with adjacent sensors 10 enclosing a precisely defined angle with the rotor axis.
  • Neodymium ring magnets and, in the case of the BLDG motor control, three sensors are required to ensure the field strength required for position detection by Hall sensors.
  • a transmission drive unit is known from WO 03/008747 A1, in which the rotational speed is detected by arranging an at least 2-pole magnet as a position transmitter on a free end face of a sensor wheel, which meshes with an output wheel of the drive unit. The speed is then recorded by means of a Hall sensor.
  • One object of the invention is to provide an electric motor with position detection and a method for its operation, which ensure a particularly good position determination of the rotor or an output shaft of the electric motor with less effort.
  • the electric motor according to the invention with position detection has a magnetic positioning means connected to a front end of a rotor of the electric motor and a magnetometric sensor unit.
  • the magnetometric sensor unit comprises a first and a second sensor element, with the first and the second sensor element being set up to detect a magnetic flux in different directions in each case.
  • a rotational speed and a rotational direction of a rotation of the rotor can be determined on the basis of the detected magnetic flux.
  • the magnetic positioning means is connected to the rotor in a rotationally fixed manner.
  • the position can advantageously be detected in a particularly simple manner.
  • the exact positioning of the sensors is also advantageously less important than in the case of motors according to the prior art, since the manufacturing tolerances have a less critical effect on the parameters detected.
  • the magnetic positioning means can, for example, comprise a diametrically magnetized magnetic disk, which can be made, for example, from a ferrite magnet material or as a neodymium magnet. This is arranged in particular on a front end of a rotor of the electric motor. As a result, with the invention it is not necessary to provide a ring magnet enclosing the rotor.
  • the magnetic disc can be designed with two poles.
  • the rotor position can be detected just as well as with a multi-pole magnetic ring;
  • the microcontroller does not require as much reserve storage space for position data processing as in the case of the prior art with a multipole magnetic ring.
  • the magnetic positioning means in particular the magnetic disc, can be glued to the front end of the rotor.
  • the magnetic positioning means is arranged at that end of the rotor where an output side of the electric motor is located.
  • the sensor elements can detect the magnetic flux by For example, a signal proportional to the magnetic flux along one direction will be output. Furthermore, the sensor elements can detect a change in the magnetic flux.
  • the sensor unit includes exactly two sensor elements or the position is detected by means of the signals of the first and second sensor elements.
  • the sensor elements can be coupled to an evaluation unit which receives the sensor signals detected by the sensor elements and provides the speed and direction of rotation.
  • the first and second sensor elements are designed as Hall sensors for precise position detection by means of the magnetic positioning means, in particular the diametrically magnetized magnetic disc with a magnetic south pole and a magnetic north pole.
  • the first and second sensor elements sense the magnetic flux along a first and second direction, respectively. That is, the directions are not parallel; in particular, they can run perpendicular to one another.
  • the sensor elements are aligned at an angle or perpendicular to one another in order to detect the magnetic flux in different directions.
  • the sensor elements are arranged close to each other and aligned in mutually perpendicular directions.
  • the Hall sensors are designed as ratiometric linear Hall sensors.
  • the measured values are recorded, especially when using the sensors in combination with A/D converters, in order to reduce interference when recording the measured values.
  • the rotor rotates with the positioning means, the magnetic flux changes along the two directions, as it is detected by the two sensor elements. In particular, signals that change over time and that may occur periodically are detected by the sensor elements. From the relationship of Parameters of a rotation of the rotor are determined from signals, for example based on their amplitude and/or a phase shift.
  • the measured signals have a sinusoidal profile in particular.
  • the rotational frequency is determined, for example by an evaluation unit coupled to the sensor unit, on the basis of the measured signal curve, in particular on the basis of a frequency of a measured sine signal.
  • the magnetic flux is measured with a phase shift between the two sensor elements, in particular due to the deviation of the first from the second direction or due to a spatial distance between the sensor elements.
  • the direction of rotation can then be determined on the basis of the phase shift. This is also done in particular by the evaluation unit.
  • the rotor includes a worm shaft, by which a worm wheel of the motor can be driven.
  • the magnetic position transmitter can be arranged, for example, on a front end of the worm shaft.
  • the worm shaft can function as an output shaft, in which case the number of revolutions and direction of the motor revolutions output is advantageously obtained directly as a measurement result, in particular without additional conversion factors through the transfer to other elements of a motor or gear arrangement. This further simplifies the detection and makes it more robust.
  • the first and the second sensor element are arranged on a common printed circuit board, which is attached to a transmission housing of the electric motor.
  • the electric motor comprises a rotor and a magnetic position signaling means connected to the rotor.
  • a first and a second magnetic flux are detected in respectively different directions and the rotational speed and rotational direction of a rotation of the rotor are determined.
  • the method is particularly suitable for operating the electric motor according to the invention. It therefore has the same advantages as the electric motor according to the invention.
  • ratiometric processing of the signals detected by sensor elements relating to the magnetic flux can be provided.
  • a direction of rotation is determined using a phase shift of the first and second magnetic flux.
  • the drive unit according to the invention for an adjustable vehicle part in particular a sunroof, a sliding roof or a sun protection device, comprises an electric motor according to the present description.
  • FIG. 1 shows a conventional arrangement for determining the position of the rotor of an electric motor using a multi-pole ring magnet
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the electric motor according to the invention
  • FIG. 3 shows a detailed view of the exemplary embodiment of the electric motor according to the invention
  • FIG. 4 shows a detailed view of the diametrically magnetized magnetic disk according to the exemplary embodiment.
  • FIG. 1 The arrangement shown in FIG. 1 is explained in the introduction with reference to the prior art.
  • the position of the rotor or its rotation is measured by means of an array of sensors 10 which are arranged at precisely defined angles relative to the axis of the rotor 14 and the multipole ring magnet 11, very low manufacturing tolerances having to be observed.
  • the electric motor has a housing 212 in which the other components are mounted and stored.
  • a shaft 214 of a worm shaft is rotatably mounted in a ball bearing 217 and is driven by a motor unit and thereby set in rotation.
  • a worm shaft is provided in the embodiment, but the rotor 214 may be formed differently in other embodiments.
  • the rotation of the shaft 214 drives a gear 216 via a worm wheel 216 engaging in the worm thread.
  • a magnetic positioning means 215 is arranged on the end face of the rotor 214 .
  • the position indicating means 215 is designed as a round magnetic disc 215 which is formed from a ferrite magnet material and is magnetized with a diametrical polarization.
  • the magnetic disc 215 can be formed from a different material or the material of the rotor 214 can be magnetized accordingly in the area of the end face.
  • sensor elements 210 Located near the face of the rotor 214 are sensor elements 210 which will be discussed in more detail below.
  • FIG. 4 shows schematically the magnetic disk 215 and its polarization.
  • the polarization is indicated by an arrow 221. It runs diametrically, so that the halves 220 of the magnetic disk 215 each have a south (S) or North (N) polarization can be assigned.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the components essential for position detection:
  • Two sensor elements 210 are arranged on a common circuit board 213, which are designed as Hall sensors 210 and together form a magnetometric sensor unit.
  • the Hall sensors 210 are arranged on the same circuit board 213 and aligned in mutually perpendicular directions, so that they each measure a magnetic flux along one of the two directions.
  • one of the directions is parallel to the longitudinal axis of the rotor 214, while the other direction is perpendicular thereto.
  • magnetic disc 215 which is glued to the end face of rotor 214 facing sensor elements 210, rotates with rotor 214, so that the magnetic flux in the area of sensor elements 210 changes periodically.
  • the sensor elements 210 can be arranged in other ways.
  • the signals measured by sensor elements 210 are transmitted to an evaluation unit (not shown), which is arranged in particular on the same circuit board 213 and uses the signals to determine the rotational frequency and direction of rotation of rotor 214 and makes them available for further processing, for example for a control unit of the electric motor.
  • the signals are evaluated ratiometrically.
  • a quotient is formed and evaluated on the basis of the signals from the two sensor elements 210, in particular in order to determine the rotational frequency or to count the number of revolutions.
  • a phase shift between the signals of the sensor elements 210 is determined and the direction of rotation of the rotor 214 is determined on the basis of the phase shift.
  • LIST OF REFERENCE NUMERALS Sensor Multipole ring magnet Transmission housing Circuit board Rotor Sensor element; Hall sensor housing circuit board rotor; Shaft Magnetic positioning means; magnetic disk worm wheel; Gear ball bearing half direction of magnetization (arrow)

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Positionserfassung, aufweisend ein mit einem stirnseitigen Ende eines Rotors (214) des Elektromotors verbundenes magnetisches Positionsgabemittel (215) und eine magnetometrische Sensoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetometrische Sensoreinheit ein erstes und ein zweites Sensorelement (210) umfasst, wobei das erste und das zweite Sensorelement (210) dazu eingerichtet sind, einen magnetischen Fluss in jeweils verschiedene Richtungen zu erfassen, wobei anhand des erfassten magnetischen Flusses eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Rotationsrichtung einer Rotation des Rotors (214) bestimmbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors sowie eine Antriebseinheit für ein verstellbares Fahrzeugteil, umfassend einen Elektromotor.

Description

Beschreibung
Elektromotor mit Positionserfassung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Positionserfassung, aufweisend ein mit einem stirnseitigen Ende eines Rotors des Elektromotors verbundenes magnetisches Positionsgabemittel und eine magnetometrische Sensoreinheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors sowie eine Antriebseinheit für ein verstellbares Fahrzeugteil.
Für den Betrieb von Elektromotoren ist es von zentraler Bedeutung, die am Abtrieb ausgegebene Drehzahl sowie die Richtung der ausgegebenen Rotation zu erfassen. Anhand dieser Informationen kann dann der Motor gesteuert werden, insbesondere um beim Verstellen eines Bauteils mithilfe des Motors eine bestimmte Position oder Lage zu erreichen.
Figur 1 zeigt schematisch denjenigen Teil eines herkömmlichen Elektromotors, in welchem eine Positionserfassung seines Rotors und damit seiner Abtriebswelle stattfindet. Zum Ermitteln der Position des Rotors des Elektromotors dient beim dargestellten Stand der Technik eines entsprechenden Elektromotors eine Hall- Sensor-Anordnung, die im Falle von bürstenlosen Gleichstrommotoren (brushless direct current, BLDC-Motoren) typischerweise drei Hall-Sensoren umfasst, von denen in Figur 1 ein Sensor 10 dargestellt ist. Der Sensor 10 ist auf derjenigen Seite einer fest mit dem Getriebegehäuse 12 des Elektromotors verbundenen Schaltungsplatine 13 angeordnet, die zum Rotor 14 des Motors weist. Auf dem Rotor 14 sitzt ein fest mit diesem verbundener Multipol-Ringmagnet 11 als Positionsgabemittel für den Sensor 10. Um den Multipol-Ringmagneten 11 herum sind die drei Sensoren 10 angeordnet, wobei benachbarte Sensoren 10 mit der Rotorachse insbesondere einen genau definierten Winkel einschließen.
Diese herkömmliche Art der Positionsermittlung für die Abtriebswelle von Elektromotoren ist unter anderem mit den folgenden Nachteilen behaftet: Um die für die Positionserfassung durch Hall-Sensoren erforderliche Feldstärke zu gewährleisten werden Neodym-Ringmagnete und im Fall der BLDG- Motorsteuerung drei Sensoren benötigt.
- Wenn der Elektromotor zum Antrieb von Fahrzeugkomponenten, wie etwa Schiebdächern, verwendet wird, ist eine hohe Betriebsgeschwindigkeit erforderlich. Entsprechend viele Umdrehungen werden pro Zeiteinheit detektiert, etwa bei 8000 Umdrehungen pro Minute je 16 zu verarbeitende Impulse pro Umdrehung bei einem vierpoligen Ringmagneten, sodass ein Mikrocontroller zur Motorsteuerung über eine große Reservekapazität verfügen muss, um die Motorpositionen in kürzeren Zeitabständen auszuwerten.
- Die große Zahl der benötigten Komponenten führt zu einer Erhöhung der Produktions- und Qualitätskomplexität, da der Elektromotor beim Einsatz im Fahrzeugen, vor allem der BLDG-Motor geringe Toleranzen benötigt, um die erwünschten niedrigen Schallpegel zu erreichen.
- Höhere Kosten ergeben sich ferner durch die aufwendigen Prozesse für die Montage der zusätzliche Komponenten. Insbesondere müssen die Sensoren sehr genau relativ zum Ringmagneten beziehungsweise zu dessen Rotationsachse montiert werden, um korrekte Messwerte zu erhalten. Die so bedingten niedrigen Toleranzen bei der Leiterplattenbestückung sowie gegebenenfalls der Anordnung mehrerer Leiterplatten relativ zueinander führen zu einem entsprechend erhöhten Arbeits- und Kostenaufwand.
Aus der WO 03/008747 A1 ist eine Getriebe-Antriebseinheit bekannt, bei der eine Drehzahlerfassung erfolgt, indem ein mindestens 2-poliger Magnet als Positionsgeber an einer freien Stirnseite eines Sensorrads angeordnet wird, das mit einem Abtriebsrad der Antriebseinheit kämmt. Mittels eines Hallsensors wird dann die Drehzahl erfasst.
Es besteht ein Bedarf an einem Elektromotor mit Positionserfassung, der mit geringerem Fertigungs- und Kostenaufwand eine besonders gute Positionsermittlung des Rotors beziehungsweise der Abtriebswelle des Elektromotors gewähreistet. Ferner soll auch der Bauraum für die Positionserfassung möglichst effizient ausgenutzt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Elektromotor mit Positionserfassung sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb bereitzustellen, die mit geringerem Aufwand eine besonders gute Positionsermittlung des Rotors beziehungsweise einer Abtriebswelle des Elektromotors gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine Antriebseinheit für ein verstellbares Fahrzeugteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Elektromotor mit Positionserfassung weist ein mit einem stirnseitigen Ende eines Rotors des Elektromotors verbundenes magnetisches Positionsgabemittel und eine magnetometrische Sensoreinheit auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die magnetometrische Sensoreinheit ein erstes und ein zweites Sensorelement umfasst, wobei das erste und das zweite Sensorelement dazu eingerichtet sind, einen magnetischen Fluss in jeweils verschiedene Richtungen zu erfassen. Anhand des erfassten magnetischen Flusses sind eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Rotationsrichtung einer Rotation des Rotors bestimmbar. Dabei ist das magnetische Positionsgabemittel insbesondere rotationsfest mit dem Rotor verbunden.
Die Positionserfassung kann dadurch vorteilhafterweise besonders einfach erfolgen. Bei der Montage des Elektromotors ist zudem vorteilhafterweise die exakte Positionierung der Sensoren von geringerer Bedeutung als bei Motoren gemäß dem Stand der Technik, da sich die Fertigungstoleranzen weniger kritisch auf die erfassten Parameter auswirken.
Insbesondere wird der vom ersten beziehungsweise zweiten Sensorelement erfasste magnetische Fluss durch das magnetische Positionsgabemittel erzeugt. Das magnetische Positionsgabemittel kann beispielsweise eine diametral magnetisierte Magnetscheibe umfassen, die beispielsweise aus einem Ferrit-Magnet-Material oder als Neodym-Magnet ausgebildet sein kann. Diese ist insbesondere an einem stirnseitigen Ende eines Rotors des Elektromotors angeordnet. Dadurch ist es bei der Erfindung nicht nötig, einen den Rotor umschließenden Ringmagneten vorzusehen. Die Magnetscheibe kann insbesondere zweipolig ausgebildet sein.
Mit der Erfindung werden unter anderem die folgenden Vorteile erreicht:
- eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten;
- magnetisierte Magnetscheiben sind im Handel vergleichsweise günstiger verfügbar als die üblicherweise verwendeten Ringmagnete;
- die Montagetoleranz für die Positionserfassung, insbesondere für die Positionierung der Sensorelemente, ist weniger eng als beim Stand der Technik;
- mit lediglich zwei Magnetpolen, einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol, kann die Rotorposition genauso gut erfasst werden wie mit einem Multipol-Magnetring;
- durch die magnetisierte Magnetscheibe, die insbesondere zweipolig magnetisiert ist, wird kein so hoher Reserve-Speicherplatz des Mikrocontrollers für die Positionsdatenverarbeitung wie im Fall des Standes der Technik mit einem Multipol-Magnetring benötigt.
Zugunsten einer einfachen Montage kann das magnetische Positionsgabemittel, insbesondere die Magnetscheibe, an das stirnseitige Ende des Rotors geklebt sein. Insbesondere ist das magnetische Positionsgabemittel an demjenigen Ende des Rotors angeordnet, an dem sich eine Ausgabeseite des Elektromotors befindet.
Die Sensorelemente können den magnetischen Fluss erfassen, indem beispielsweise ein zum magnetischen Fluss entlang einer Richtung proportionales Signal ausgeben wird. Ferner können die Sensorelemente eine Veränderung des magnetischen Flusses erfassen.
Die Sensoreinheit umfasst insbesondere genau zwei Sensorelemente beziehungsweise die Positionserfassung erfolgt mittels der Signale des ersten und des zweiten Sensorelements.
Zum Bestimmen der Rotationsgeschwindigkeit und -richtung des Rotors können die Sensorelemente mit einer Auswertungseinheit gekoppelt sein, welche die von den Sensorelementen erfassten Sensorsignale empfängt und die Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung bereitstellt.
Zur präzisen Positionserfassung mittels des magnetischen Positionsgabemittels, insbesondere der diametral magnetisierten Magnetscheibe mit einem magnetischen Südpol und einem magnetischen Nordpol, sind das erste und zweite Sensorelement als Hall-Sensoren ausgebildet.
Das erste und das zweite Sensorelement erfassen den magnetischen Fluss entlang einer ersten beziehungsweise zweiten Richtung. Das heißt, die Richtungen verlaufen nicht parallel; sie können insbesondere senkrecht zueinander verlaufen. Insbesondere sind die Sensorelemente schräg oder senkrecht zueinander ausgerichtet, um den magnetischen Fluss in verschiedene Richtungen zu erfassen. Zum Beispiel sind die Sensorelemente nahe beieinander angeordnet und in zueinander senkrechte Richtungen ausgerichtet.
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Hall-Sensoren als ratiometrische lineare Hall-Sensoren ausgebildet. Bei der Erfassung erfolgt die Messwertaufnahme insbesondere beim Einsatz der Sensoren in Kombination mit A/D-Wandlern, um Störeinflüsse bei der Messwertaufnahme zu reduzieren. Bei einer Rotation des Rotors mit dem Positionsgabemittel verändert sich der magnetische Fluss entlang der beiden Richtungen, wie er von den beiden Sensorelementen erfasst wird. Insbesondere werden zeitlich veränderliche, gegebenenfalls periodisch verlaufende Signale durch die Sensorelemente erfasst. Aus dem Verhältnis der Signale, etwa anhand ihrer Amplitude und/oder einer Phasenverschiebung, werden Parameter einer Rotation des Rotors bestimmt.
Bei einer Rotation mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ergibt sich insbesondere ein Sinus-förmiger Verlauf der gemessenen Signale. Anhand des gemessenen Signalverlaufs, insbesondere anhand einer Frequenz eines gemessenen Sinus- Signals, wird die Rotationsfrequenz bestimmt, etwa durch eine mit der Sensoreinheit gekoppelte Auswertungseinheit.
Die Messungen des magnetischen Flusses erfolgen mit einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Sensorelementen, insbesondere bedingt durch die Abweichung der ersten von der zweiten Richtung beziehungsweise durch einen räumlichen Abstand der Sensorelemente zueinander. Anhand der Phasenverschiebung kann dann die Rotationsrichtung bestimmt werden. Auch dies erfolgt insbesondere durch die Auswertungseinheit.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Auswertung der erfassten Daten Kalibrationsdaten verwendet werden, die etwa in einem Kalibrationsschritt für den Elektromotor bestimmt und beispielsweise gespeichert und der Auswertungseinheit bereitgestellt werden.
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfasst der Rotor eine Schneckenwelle, durch die ein Schneckenrad des Motors antreibbar ist. Dadurch kann vorteilhafterweise ein besonders einfacher und robuster Antrieb realisiert werden.
In diesem Fall kann der magnetische Positionsgeber beispielsweise an einem stirnseitigen Ende der Schneckenwelle angeordnet sein. Die Schneckenwelle kann als Abtriebswelle fungieren, wobei in diesem Fall vorteilhafterweise als Messergebnis direkt die Umdrehungszahl und -richtung der ausgegebenen Motordrehungen erhalten wird, insbesondere ohne zusätzliche Umrechnungsfaktoren durch die Übertragung auf andere Elemente einer Motor- oder Getriebeanordnung. Die Erfassung wird dadurch weiter vereinfacht und robuster ausgestaltet. Bei einer Weiterbildung sind das erste und das zweite Sensorelement auf einer gemeinsamen Leiterplatine angeordnet, die an einem Getriebegehäuse des Elektromotors befestigt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors mit Positionserfassung umfasst der Elektromotor einen Rotor und ein mit dem Rotor verbundenes magnetisches Positionsgabemittel. Es werden ein erster und ein zweiter magnetischer Fluss in jeweils verschiedene Richtungen erfasst und die Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung einer Rotation des Rotors werden bestimmt.
Das Verfahren ist insbesondere geeignet, den erfindungsgemäßen Elektromotor zu betreiben. Es weist daher dieselben Vorteile auf wie der erfindungsgemäße Elektromotor.
Bei dem Verfahren kann eine ratiometrische Verarbeitung der von Sensorelementen erfassten Signale betreffend den magnetischen Fluss vorgesehen sein. Bei einer Ausbildung des Verfahrens wird anhand einer Phasenverschiebung des ersten und zweiten magnetischen Flusses eine Rotationsrichtung bestimmt. Dadurch können die erfassten Signale vorteilhafterweise besonders einfach ausgewertet werden.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein verstellbares Fahrzeugteil, insbesondere ein Sonnendach, ein Schiebedach oder eine Sonnenschutzeinrichtung, umfasst einen Elektromotor gemäß der vorliegenden Beschreibung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine herkömmliche Anordnung zur Positionsermittlung des Rotors eines Elektromotors mithilfe eines mehrpoligen Ringmagneten;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors;
Figur 3 eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors; und Figur 4 eine Detailansicht der diametral magnetisierten Magnetscheibe gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Die in Figur 1 gezeigte Anordnung ist einleitend in Bezug auf den Stand der Technik erläutert. Die Position des Rotors beziehungsweise seine Rotation wird mittels einer Anordnung von Sensoren 10 gemessen, die in genau definierten Winkeln relativ zur Achse des Rotors 14 und des Multipol-Ringmagneten 11 angeordnet sind, wobei sehr niedrige Fertigungstoleranzen zu beachten sind.
Mit Bezug zu den Figuren 2 bis 4 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors sowie des Verfahrens zu seinem Betrieb erläutert.
Der Elektromotor weist ein Gehäuse 212 auf, in dem die weiteren Bauteile montiert und gelagert sind. Als Rotor 214 ist ein Schaft 214 einer Schneckenwelle in einem Kugellager 217 drehbar gelagert und wird von einer Motoreinheit angetrieben und dabei in Rotation versetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Schneckenwelle vorgesehen, der Rotor 214 kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch anders gebildet sein. Durch die Rotation des Schafts 214 wird über ein in das Schneckengewinde eingreifendes Schneckenrad 216 ein Getriebe 216 angetrieben.
An der Stirnfläche des Rotors 214 ist ein magnetisches Positionsgabemittel 215 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Positionsgabemittel 215 als runde Magnetscheibe 215 ausgebildet, die aus einem Ferrit-Magnet-Material gebildet und mit einer diametralen Polarisierung magnetisiert ist. Die Magnetscheibe 215 kann aus einem anderen Material gebildet sein oder es kann eine entsprechende Magnetisierung des Materials des Rotors 214 im Bereich der Stirnfläche vorgesehen sein. Nahe bei der Stirnfläche des Rotors 214 sind Sensorelemente 210 angeordnet, die unten näher erläutert werden.
Figur 4 zeigt schematisch die Magnetscheibe 215 und ihre Polarisierung. Die Polarisierung wird durch einen Pfeil 221 angedeutet. Sie verläuft diametral, sodass den Hälften 220 des Magnetscheibe 215 je eine Süd(S)- beziehungsweise Nord(N)-Polarisierung zugeordnet werden kann.
Figur 3 zeigt eine Detailansicht der für die Positionserfassung wesentlichen Komponenten: Auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine 213 sind zwei Sensorelemente 210 angeordnet, die als Hall-Sensoren 210 ausgebildet sind und gemeinsam eine magnetometrische Sensoreinheit bilden. Die Hall-Sensoren 210 sind auf der gleichen Platine 213 angeordnet und in zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen ausgerichtet, sodass sie jeweils einen magnetischen Fluss entlang einer der beiden Richtungen messen. Bei dem Ausführungsbeispiel verläuft eine der Richtungen parallel zur Längsachse des Rotors 214, während die andere Richtung senkrecht dazu verläuft. Bei einer Rotation des Rotors 21 dreht sich die Magnetscheibe 215, die an der den Sensorelementen 210 zugewandten Stirnseite des Rotors 214 festgeklebt ist, mit dem Rotor 214, sodass sich der magnetische Fluss im Bereich der Sensorelemente 210 periodisch verändert.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Sensorelemente 210 auf andere Weise angeordnet sein.
Die von den Sensorelementen 210 gemessenen Signale werden an eine Auswertungseinheit (nicht dargestellt) übertragen, die insbesondere auf der gleichen Platine 213 angeordnet ist und anhand der Signale die Drehfrequenz und die Drehrichtung des Rotors 214 bestimmt und zur weiteren Verarbeitung bereitstellt, etwa für eine Steuereinheit des Elektromotors. Die Auswertung der Signale erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel ratiometrisch. Insbesondere wird anhand der Signale der beiden Sensorelemente 210 ein Quotient gebildet und ausgewertet, insbesondere um die Rotationsfrequenz zu bestimmen beziehungsweise um die Anzahl der Umdrehungen zu zählen. Ferner wird eine Phasenverschiebung zwischen den Signalen der Sensorelemente 210 bestimmt und anhand der Phasenverschiebung wird die Rotationsrichtung des Rotors 214 bestimmt. Bezugszeichenliste Sensor Multipol-Ringmagnet Getriebegehäuse Schaltungsplatine Rotor Sensorelement; Hall-Sensor Gehäuse Schaltungsplatine Rotor; Schaft Magnetisches Positionsgabemittel; Magnetscheibe Schneckenrad; Getriebe Kugellager Hälfte Magnetisierungsrichtung (Pfeil)

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotor mit Positionserfassung, aufweisend ein mit einem stirnseitigen Ende eines Rotors (214) des Elektromotors verbundenes magnetisches Positionsgabemittel (15) und eine magnetometrische Sensoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetometrische Sensoreinheit ein erstes und ein zweites Sensorelement (210) umfasst, wobei das erste und das zweite Sensorelement (210) dazu eingerichtet sind, einen magnetischen Fluss in jeweils verschiedene Richtungen zu erfassen, wobei anhand des erfassten magnetischen Flusses eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Rotationsrichtung einer Rotation des Rotors (214) bestimmbar sind.
2. Elektromotor mit Positionserfassung nach Anspruch 1 , wobei das magnetische Positionsgabemittel (215) eine diametral magnetisierte Magnetscheibe (215) umfasst.
3. Elektromotor mit Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetische Positionsgabemittel (215) an das stirnseitige Ende des Rotors (214) geklebt ist.
4. Elektromotor mit Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Sensorelement (210) als Hall- Sensoren (210) ausgebildet sind.
5. Elektromotor mit Positionserfassung nach Anspruch 4, wobei die Hall- Sensoren (210) als ratiometrische lineare Hall-Sensoren (210) ausgebildet sind.
6. Elektromotor mit Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (214) eine Schneckenwelle umfasst, durch die ein Schneckenrad (216) des Motors antreibbar ist. Elektromotor mit Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Sensorelement (210) auf einer gemeinsamen Leiterplatine (213) angeordnet sind, welche an einem Getriebegehäuse (212) des Elektromotors befestigt ist. Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors mit Positionserfassung, der Elektromotor umfassend einen Rotor (214) und ein mit dem Rotor verbundenes magnetisches Positionsgabemittel (215); wobei ein erster und ein zweiter magnetischer Fluss in jeweils verschiedene Richtungen erfasst werden und die Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung einer Rotation des Rotors bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 8, wobei anhand einer Phasenverschiebung des ersten und zweiten magnetischen Flusses eine Rotationsrichtung bestimmt wird. Antriebseinheit für ein verstellbares Fahrzeugteil, insbesondere ein Sonnendach, ein Schiebedach oder eine Sonnenschutzeinrichtung, umfassend einen Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
PCT/EP2021/086918 2020-12-30 2021-12-21 Elektromotor mit positionserfassung WO2022144224A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020135115.1A DE102020135115A1 (de) 2020-12-30 2020-12-30 Elektromotor mit Positionserfassung
DE102020135115.1 2020-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022144224A1 true WO2022144224A1 (de) 2022-07-07

Family

ID=80112237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/086918 WO2022144224A1 (de) 2020-12-30 2021-12-21 Elektromotor mit positionserfassung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020135115A1 (de)
WO (1) WO2022144224A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101616A (ja) * 2000-09-26 2002-04-05 Jidosha Denki Kogyo Co Ltd センサ付アクチュエータ
WO2003008747A1 (de) 2001-07-18 2003-01-30 Robert Bosch Gmbh Getriebe-antriebseinheit mit drehzahlerfassung
DE102015109652A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Infineon Technologies Ag Rotationssensor
US9379598B2 (en) * 2011-03-31 2016-06-28 Oriental Motor Co., Ltd. Absolute encoder device and motor
KR101758916B1 (ko) * 2010-12-21 2017-07-17 엘지이노텍 주식회사 조향각 감지유닛을 구비한 ｅｐｓ 모터
DE102015115588B4 (de) * 2015-09-16 2019-12-24 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Rotorlageerkennungseinrichtung für eine elektrische Maschine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101616A (ja) * 2000-09-26 2002-04-05 Jidosha Denki Kogyo Co Ltd センサ付アクチュエータ
WO2003008747A1 (de) 2001-07-18 2003-01-30 Robert Bosch Gmbh Getriebe-antriebseinheit mit drehzahlerfassung
KR101758916B1 (ko) * 2010-12-21 2017-07-17 엘지이노텍 주식회사 조향각 감지유닛을 구비한 ｅｐｓ 모터
US9379598B2 (en) * 2011-03-31 2016-06-28 Oriental Motor Co., Ltd. Absolute encoder device and motor
DE102015109652A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Infineon Technologies Ag Rotationssensor
DE102015115588B4 (de) * 2015-09-16 2019-12-24 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Rotorlageerkennungseinrichtung für eine elektrische Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020135115A1 (de) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2225142B1 (de) Absolut messende lenkwinkelsensoranordnung
DE60028472T2 (de) Magnetischer Verschiebungssensor
EP2180296A1 (de) Drehwinkelbestimmungsvorrichtung, insbesondere für die Lenkungswelle eines Kraftfahrzeugs
EP1607720A2 (de) Lenkwinkelsensor
DE102005040647A1 (de) Elektromotorischer Hilfsantrieb für Fahrzeuge
DE102012109787B4 (de) Lenkwinkelsensor für Kraftfahrzeuge
EP2105713A1 (de) Positionsmessgerät und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2007014599A1 (de) Vorrichtung zur detektion von umdrehungen einer lenkwelle
EP2596318B1 (de) Ermittlung der ankopplung von teilen an einer maschine
DE2305384C2 (de) Anordnung zur Bestimmung der Windelstellung und Drehzahl
DE102013224098A1 (de) Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil in einem Fahrzeug
EP3936828B1 (de) Gebersystem für einen antrieb
EP2887072A1 (de) Drehzahlerfassendes Getriebe für ein Kraftfahrzeug
EP2984466A1 (de) Sensorvorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und einer inkrementalsensoreinrichtung und kraftfahrzeug
WO2021069014A1 (de) Sensorvorrichtung zur erfassung der drehwinkelstellung einer drehbeweglichen welle sowie lenkungsanordnung eines fahrzeugs
EP1260787A1 (de) Winkelaufnehmer mit magnetoresistiven Sensorelementen
DE202008018076U1 (de) Drehwinkelbestimmungsvorrichtung, insbesondere für die Lenkungswelle eines Kraftfahrzeuges
DE102011109551A1 (de) Messsystem zur Positionsbestimmung eines gegenüber einem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körpers mit einem magnetischen Encoder
EP1256778A1 (de) Winkelgeber
EP1312534B1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrades
WO2022144224A1 (de) Elektromotor mit positionserfassung
DE102005025417B4 (de) Lagegeber
CH690932A5 (de) Drehgeber.
DE102004063415A1 (de) Drehwinkel-Detektionsvorrichtung und Drehmoment-Detektionsvorrichtung
DE102007043480A1 (de) Anordnung zur Erfassung eines Drehwinkels

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21843925

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21843925

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1