DE102011007981B4

DE102011007981B4 - Drehmelder mit Lokalisierungsmerkmal

Info

Publication number: DE102011007981B4
Application number: DE102011007981.5A
Authority: DE
Inventors: Kevin P. Coleman; Edward L. Kaiser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2031-01-05
Also published as: US20110169382A1; US8232693B2; CN102141412A; DE102011007981A1; CN102141412B

Abstract

Drehmelder (10) zur Bestimmung der Drehposition eines ersten Elements (34), das mit Bezug auf ein zweites Element (38), das ein Loch (98) definiert, um eine Achse (A) selektiv drehbar ist, wobei der Drehmelder (10) umfasst:einen Statorkern (50);eine Vielzahl von Drahtwicklungen (54), die mit dem Statorkern (50) funktional verbunden sind;eine Wicklungsstütze (78, 78A) zwischen den Wicklungen (54) und dem Statorkern (50); undeine Abdeckung (88, 102), welche die Wicklungen (54) zumindest teilweise umschließt;wobei entweder die Abdeckung (88, 102) oder die Wicklungsstütze (78, 78A) einen Stift (84, 108) definiert, der in das Loch (98) des zweiten Elements (38) einpassbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Positionssensoren für Elektromotoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Drehmelder bzw. Resolver enthält einen Stator und einen Rotor. Der Rotor ist bezüglich des Stators um eine Achse selektiv drehbar. Der Drehmelder ist so ausgestaltet, dass er ein Signal erzeugt, das die Drehposition, die Drehzahl und die Richtung des Rotors mit Bezug auf den Stator anzeigt. Entsprechend kann ein Drehmelder als Sensor verwendet werden, um die Drehposition, die Drehzahl und die Richtung eines Drehelements mit Bezug auf ein stationäres Element zu überwachen. Beispielsweise kann ein Drehmelder verwendet werden, um die Drehposition, die Drehzahl und die Richtung des Rotors eines Elektromotors zu überwachen.
Um die Drehposition des Drehelements mit Bezug auf das stationäre Element zu überwachen, wird der Stator insbesondere mit Bezug auf das stationäre Element montiert und der Rotor wird an dem Drehelement zur einheitlichen Drehung damit montiert. Zur genauen Messung der Drehposition des Drehelements mit Bezug auf das stationäre Element muss der Stator des Drehmelders bezüglich des stationären Elements an einer vorbestimmten Winkelposition befestigt werden.
Die Druckschrift JP 2006 - 295 996 A offenbart einen bürstenlosen Motor und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung mit einem Drehmelder zur Bestimmung der Drehposition eines Rotors, der mit Bezug auf eine Rotorstütze, die ein Loch definiert, um eine Achse drehbar ist, wobei der Drehmelder umfasst: einen Statorkern, eine Vielzahl von Drahtwicklungen, die mit dem Statorkern funktional verbunden sind; eine Wicklungsstütze zwischen den Wicklungen und dem Statorkern; und eine Abdeckung, welche die Wicklungen zumindest teilweise umschließt. Ein Stift ist in das Loch in der Rotorstütze einpassbar.
In der Druckschrift JP 2009 - 247 113 A ist ein Drehgeber offenbart, der einen ringförmigen Stator mit mehreren von einer isolierenden Abdeckung radial vorspringenden Elementen umfasst. An den vorspringenden Elementen sind sich axial erstreckende Stifte bereitgestellt, damit der Drehgeber an anderen Vorrichtungen befestigt werden kann.
Die Druckschrift JP 2009 - 281 818 A offenbart einen redundanten Drehgeber aus zwei aufeinanderliegenden Drehgebern, bei dem ein erster Vorsprung eines ringförmigen Kragens für einen Stator mit einer Passnut für den Stator in Eingriff steht und ein zweiter Vorsprung eines ringförmigen Kragens für einen Rotor mit einer Passnut für den Rotor in Eingriff steht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die korrekte Positionierung des Drehmelderstators relativ zu der Rotorstütze mit einfachen Mitteln und möglichst ohne zusätzliche Bauteile zu ermöglichen, um das Zusammenbauen des Drehmelderstators zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Drehmelder ist ausgestaltet, um die Drehposition eines ersten Elements, das um eine Achse herum selektiv drehbar ist, mit Bezug auf ein zweites Element zu bestimmen. Der Drehmelder enthält einen Statorkern, eine Vielzahl von Drahtwicklungen, die mit dem Statorkern funktional verbunden sind, eine Wicklungsstütze zwischen den Wicklungen und dem Statorkern und eine Abdeckung, welche die Wicklungen zumindest teilweise umschließt. Entweder die Abdeckung oder die Wicklungsstütze definiert einen Stift, der in ein Loch im zweiten Element eingepasst werden kann.
Der Stift funktioniert wie ein Lokalisierungsmerkmal, welches sicherstellt, dass der Stator mit Bezug auf das zweite Element korrekt positioniert ist. Da der Stift ein Teil der Wicklungsstütze oder der Abdeckung ist, bringt das Lokalisierungsmerkmal nicht die Verwendung eines zusätzlichen Teils mit sich, wodurch das Zusammenbauen des Stators vereinfacht wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung des Stifts an der Wicklungsstütze oder der Abdeckung, dass im Statorkern ausgebildete Befestigungsnuten zueinander identisch sind, wodurch die Schichten bzw. Bleche vereinfacht werden, die den Statorkern bilden. Diese Vereinfachung der Bleche ermöglicht eine Drehung der Bleche während des Herstellungsprozesses, was zu einer verbesserten Genauigkeit des Drehmelders führt.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Motoranordnung, die einen Elektromotor und einen Drehmelder umfasst;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Drehmelders von 1;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Drehmelders von 1 ohne eine Abdeckung;
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Drehmelders von 1 mit einer Abdeckung;
5 ist eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Drehmelders von 1 mit der Abdeckung;
6 ist eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Motoranordnung von 1; und
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines alternativen Stators gemäß der beanspruchten Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 ist ein Drehmelder 10 mit einem Elektromotor 14 funktional verbunden. Der Motor 14 umfasst ein stationäres Element, d.h. einen Stator 18. Der Stator 18 umfasst Drahtwicklungen 22, die mit einem Statorkern 26 funktional verbunden sind. Der Stator 18 ist an einem Motorgehäuse 30 starr montiert. Der Motor 14 umfasst auch ein selektiv drehbares Element, d. h. einen Rotor 34. Der Rotor 34 ist durch mehrere Kugellager 42 an einer Rotorstütze 38 zur Drehung um eine Achse A herum drehbar montiert. Die Rotorstütze 38 ist am Gehäuse 30 starr montiert und folglich ist der Rotor 34 in Ansprechen auf ein selektives Aufladen der Wicklungen 22 mit Bezug auf das Gehäuse 30, die Rotorstütze 38 und den Stator 18 um eine Achse A selektiv drehbar, wie der Fachmann versteht.
Der Drehmelder 10 umfasst einen Stator 46 mit einem Statorkern 50 mit Wicklungen oder Spulen 54, die damit funktional verbunden sind. Der Statorkern 50 ist an der Rotorstütze 38 starr montiert und somit stationär relativ zum Motorstator 18. Der Drehmelder 10 umfasst auch einen Rotor 58, der bezüglich des Rotors 34 des Motors 14 zur einheitlichen Drehung damit um die Achse A herum montiert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Rotor 58 ringförmig und umgibt den Stator 46 konzentrisch. Alternativ kann der Stator 46 den Rotor 58 im Umfang der beanspruchten Erfindung konzentrisch umgeben. Der Statorkern 50 ist ringförmig und definiert eine zylindrische Innenfläche 62, welche die Rotorstütze 38 kontaktiert.
Wie der Fachmann versteht, arbeitet der Drehmelder 10, indem er die Relativbewegung des Rotors 58 erfasst, der sich außerhalb des mit den Spulen 54 versehenen Stators 46 dreht. Die Spulen 54 empfangen ein Erregungssignal von einem (nicht gezeigten) Controller, und zwei Aufnahmespulen (nicht gezeigt, aber vorzugsweise in einer ähnlichen radialen Position wie die Statorspulen 54 am Drehmelderstator 46 angeordnet) führen das Signal mit Spannungspegeln, die von der Nähe und der Drehzahl der Nocken (nicht gezeigt) des Rotors 58 abhängen, an den Controller zurück.
Mit Bezug auf 2-5, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten wie in 1 bezeichnen, definiert der Statorkern 50 eine Vielzahl länglicher Befestigungsnuten, d. h. Öffnungen 66, um den Statorkern 50 an der Rotorstütze 38 zu befestigen. Die Öffnungen 66 sind um einen Kreis herum gleichmäßig beabstandet, der seinen Mittelpunkt auf der Achse A hat. Jede Öffnung 66 hat die allgemeine Gestalt eines Kreisbogens mit seinem Mittelpunkt auf der Achse A. Jede Öffnung 66 weist im Wesentlichen die gleiche Größe und Gestalt auf.
Eine Vielzahl von Zähnen 70 ist an der Außenfläche 74 des Statorkerns 50 ausgebildet. Die Zähne 70 sind gleichmäßig beabstandet und stehen radial nach außen vor. Die Spulen 54 sind um die Zähne 70 herumgewickelt, wie in 2 gezeigt ist und vom Fachmann verstanden wird. Der Stator 46 enthält eine Wicklungsstütze 78, die am Statorkern 50 montiert ist und die Zähne 70 umgibt. Die Wicklungsstütze 78 ist somit zwischen den Spulen 54 und den Zähnen 70 des Kerns 50 angeordnet und dient zum Schutz der Spulen 54 vor dem Metallkern 50. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Wicklungsstütze 78 ein Polymermaterial, wie etwa ein Epoxidharz.
Die Wicklungsstütze 78 enthält eine allgemein ringförmige Innenfläche 80. Die Wicklungsstütze 78 enthält einen Abschnitt 82, der von der Fläche 80 aus radial nach innen vorsteht. Der Abschnitt 82 erstreckt sich über eine der Öffnungen 66 hinweg. Die Wicklungsstütze 78 enthält ferner einen Stift 84 der vom Abschnitt 82 aus axial derart vorsteht, dass sich der Stift 84 durch die Öffnung 66, über die sich der Abschnitt 82 hinweg erstreckt, hindurch erstreckt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Stift 84 zylindrisch, obwohl im Schutzumfang der beanspruchten Erfindung andere Stiftformen eingesetzt werden können. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die gesamte Wicklungsstütze 78 einschließlich von Abschnitt 82 und Stift 84 aus einem einzigen Materialstück ausgebildet, d. h. die Wicklungsstütze 78 ist einstückig.
Mit Bezug auf 2, 4 und 5 ist eine Drehmelderabdeckung 88 mit Bezug auf den Statorkern 50 montiert, um die Spulen 54 zu schützen. Insbesondere ist die Abdeckung 88 relativ zu den Spulen 54 axial derart positioniert, dass sich zumindest ein Teil der Abdeckung 88 an den Seiten der Spulen 54 gegenüber der Wicklungsstütze 78 erstrecken, um die Spulen 54 zumindest teilweise zu umschließen. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Abdeckung 88 aus zwei Abdeckungsstücken 88A, 88B. Jedes der Stücke 88A, 88B ist an einer jeweiligen axialen Seite des Statorkerns 50 und der Spulen 54 angeordnet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Abdeckungsstücke 88A, 88B miteinander oder mit dem Statorkern 50 durch Erwärmen verbunden, um die Abdeckung 88 relativ zum Kern 50 in Position zu halten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Abdeckung 88 ein Polymermaterial.
Jedes Abdeckungsstück 88A, 88B umfasst einen jeweiligen ringförmigen Abschnitt 89A, 89B. Jeder ringförmige Abschnitt 89A, 89B definiert eine jeweilige ringförmige Innenfläche 90A, 90B. Jedes Abdeckungsstück 88A, 88B umfasst einen jeweiligen Abschnitt 92A, 92B, der sich von einer jeweiligen der ringförmigen Innenflächen 90A, 90B radial nach innen erstreckt, um eine der länglichen Öffnungen 66 abzudecken, die elektronische Komponenten (nicht gezeigt) enthält. Wie der Fachmann versteht, umfasst der Statorkern 50 eine Vielzahl von Blechen 94.
Mit Bezug auf 6, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten wie in 1-5 bezeichnen, erstreckt sich der Stift 84 in ein Loch 98 hinein, das durch die Rotorstütze 38 definiert ist. Der Stift 84 funktioniert folglich wie ein Lokalisierungsmerkmal, das sicherstellt, dass der Stator 46 bei der korrekten Drehposition um die Achse A mit Bezug auf die Rotorstütze 38 und den Motorstator 18 montiert ist. Mit Gewinde versehene Befestigungselemente, wie etwa Schrauben 100, erstrecken sich durch jeweilige Öffnungen 66, um mit (nicht gezeigten) Löchern in Eingriff zu treten, die in der Rotorstütze 38 ausgebildet sind, um den Stator 46 an der Rotorstütze 38 starr zu montieren.
Mit Bezug auf 7, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten wie in 1-6 bezeichnen, ist ein alternativer Stator 46A zur Verwendung mit dem Drehmelder 10 schematisch dargestellt. Der Stator 46A umfasst einen Statorkern 50, der eine ringförmige Innenfläche 62 aufweist und Öffnungen 66 definiert. Eine Wicklungsstütze 78A ist mit der Wicklungsstütze 78 (in 2-6 gezeigt) im Wesentlichen identisch mit der Ausnahme, dass die Wicklungsstütze 78A den Abschnitt 82 und den Stift 84 nicht enthält. Eine Abdeckung 102 ähnelt im Wesentlichen der Abdeckung, die in 3-6 bei 88 gezeigt ist. Insbesondere enthält die Abdeckung 102 zwei Stücke nämlich 102A, 102B, die sich beide an einer jeweiligen axialen Seite der Spulen (in 2 bei 54 gezeigt) erstrecken. Jedes Abdeckungsstück 102A, 102B umfasst einen jeweiligen ringförmigen Abschnitt 104A, 104B mit einem jeweiligen Abschnitt 92A, 92B, der sich von dort aus radial nach innen erstreckt. Insbesondere umfasst jeder ringförmige Abschnitt 104A, 104B eine jeweilige ringförmige Innenfläche (von denen nur eine bei 105 gezeigt ist), von welchen sich die Abschnitte 92A, 92B weg erstrecken.
Die Abdeckung 102 unterscheidet sich von der Abdeckung 88 dadurch, dass das Abdeckungsstück 102A einen Abschnitt 106 umfasst, der sich von dem ringförmigen Abschnitt 104A aus radial nach innen erstreckt, um sich über eine der Öffnungen 66 hinweg zu erstrecken. Das Abdeckungsstück 102A umfasst auch einen Stift 108, der vom Abschnitt 106 aus axial hervorragt, um sich durch diejenige Öffnung 66 hindurch zu erstrecken, über welche sich der Abschnitt 106 hinweg erstreckt. Der Stift 108 ist in das bei 98 gezeigte Loch einpassbar und funktioniert somit wie ein Lokalisierungsmerkmal auf die gleiche Weise wie der Stift 84. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Abdeckungsstück 102A einstückig, d. h. der ringförmige Abschnitt 104A, der Abschnitt 106 und der Stift 108 sind aus einem einzigen Materialstück gebildet.

Claims

Drehmelder (10) zur Bestimmung der Drehposition eines ersten Elements (34), das mit Bezug auf ein zweites Element (38), das ein Loch (98) definiert, um eine Achse (A) selektiv drehbar ist, wobei der Drehmelder (10) umfasst: einen Statorkern (50); eine Vielzahl von Drahtwicklungen (54), die mit dem Statorkern (50) funktional verbunden sind; eine Wicklungsstütze (78, 78A) zwischen den Wicklungen (54) und dem Statorkern (50); und eine Abdeckung (88, 102), welche die Wicklungen (54) zumindest teilweise umschließt; wobei entweder die Abdeckung (88, 102) oder die Wicklungsstütze (78, 78A) einen Stift (84, 108) definiert, der in das Loch (98) des zweiten Elements (38) einpassbar ist.
Drehmelder (10) nach Anspruch 1, wobei der Statorkern (50) eine Vielzahl von Öffnungen (66) definiert und wobei sich der Stift (84, 108) durch eine der Öffnungen (66) hindurch erstreckt.
Drehmelder (10) nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (66) in einem Kreis angeordnet sind, der einen Mittelpunkt auf der Achse (A) aufweist.
Drehmelder (10) nach Anspruch 3, wobei jede der Öffnungen (66) ein Kreisbogen ist.
Drehmelder (10) nach Anspruch 1, wobei die Wicklungsstütze (78) den Stift (84) definiert.
Drehmelder (10) nach Anspruch 5, wobei die Wicklungsstütze (78) einstückig ist.
Drehmelder (10) nach Anspruch 5, wobei die Wicklungsstütze (78) eine ringförmige Innenfläche (80) definiert; wobei die Wicklungsstütze (78) einen radialen Abschnitt (82) umfasst, der sich von der Innenfläche (80) aus radial nach innen erstreckt; und wobei sich der Stift (84) vom radialen Abschnitt (82) weg erstreckt.
Drehmelder (10) nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung (88, 102) den Stift (84, 108) definiert.
Drehmelder (10) nach Anspruch 8, wobei die Abdeckung (88, 102) einen ringförmigen (89A, 89B) Abschnitt und einen radialen Ab- schnitt (82, 106), der sich vom ringförmigen Abschnitt (98A, 89B) aus nach innen erstreckt, umfasst; und wobei sich der Stift (84, 108) vom ra- dialen Abschnitt (82, 106) weg erstreckt.
Motoranordnung (14), umfassend: einen Motorstator (18); einen Motorrotor (34), der mit Bezug auf den Motorstator (18) um eine Achse (A) herum selektiv drehbar ist; ein Element (38), das mit Bezug auf den Motorstator (18) montiert ist und das ein Loch (98) definiert; und einen Drehmelderstator (46) mit einem Statorkern (50), einer Vielzahl von Drahtwicklungen (54), die mit dem Statorkern (50) funktional verbunden sind, einer Wicklungsstütze (78) zwischen den Wicklungen (54) und dem Statorkern (50) und einer Abdeckung (88), welche die Wicklungen (54) zumindest teilweise umschließt; wobei entweder die Abdeckung (88) oder die Wicklungsstütze (78) einen Stift (84) definiert, der sich innerhalb des Lochs (98) des Elements (38) erstreckt.