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WO2011042472A1 - Elektromotorischer aktuator - Google Patents

Elektromotorischer aktuator Download PDF

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Publication number
WO2011042472A1
WO2011042472A1 PCT/EP2010/064936 EP2010064936W WO2011042472A1 WO 2011042472 A1 WO2011042472 A1 WO 2011042472A1 EP 2010064936 W EP2010064936 W EP 2010064936W WO 2011042472 A1 WO2011042472 A1 WO 2011042472A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric motor
rotor
electronics
electromotive actuator
actuator according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/064936
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Schulmayer
Julia Hilz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of WO2011042472A1 publication Critical patent/WO2011042472A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • 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
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • 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
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • 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
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/085—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor

Definitions

  • the invention relates to an electromotive actuator according to the preamble of claim 1.
  • Electromotive actuators are used in a variety of different applications, such as in automated manual transmissions, active transfer gears, active suspensions, power steering systems or other applications, to provide a linear and / or rotational actuator movement for an actuator-actuated actuator using the electromotive actuators.
  • electromotive actuators have an electric motor, a sensor for detecting the rotation of a rotor of the electric motor, an electronics for controlling and / or regulating the electric motor and a mechanism for implementing the rotation of the rotor of the electric motor in the translational and / or rotational adjustment movement of the actuator actuated actuator.
  • Such electromotive actuators increasingly displace hydraulic or pneumatic actuators, wherein the actuators either fixedly attached to a housing or in a moving component, for example, in a shaft, can be integrated.
  • electromotive actuators known from practice, at least the electric motor, the sensor system and the electronics are each designed as separate, functionally and spatially separate subsystems of the electromotive actuator. This makes it necessary to cabling the electric motor with the electronics and the sensors with the electronics each consuming.
  • electromotive actuators on the one hand have a complex and therefore expensive construction, on the other hand, the same are susceptible to interference, since the wiring on the one hand between the electric motor and electronics and on the other hand between electronics and sensors in operation can unintentionally solve.
  • a brushless electric motor with associated sensor wherein a rotor-side rotor of the brushless electric motor via a shaft in two bearings, namely in an A-bearing and a B-bearing, is mounted, and wherein a Sensor for detecting the rotation of the rotor of the electric motor by a housing wall thereof extends, which is positioned adjacent to the B-bearing of the brushless electric motor.
  • the present invention based on the problem of creating a novel electromotive actuator.
  • the electric motor is designed as a brushless electric motor which is positioned together with the sensor system and the electronics in a common housing, the sensor system comprising at least two digital Hall sensors.
  • an electric motor actuator is proposed for the first time, the electric motor is positioned together with the sensor and the electronics in a common housing, wherein the electric motor of the electromotive actuator is designed as a brushless electric motor, and wherein the sensor at least two digital Hall sensors for detecting the rotation and thus the position of the rotor of the electric motor comprises.
  • Such an electromotive actuator requires no cumbersome wiring between the electric motor and electronics and between sensors and electronics. It is characterized by a simple and compact design and is particularly suitable for integration in moving or rotating systems. Thus, it is possible, for example, to integrate the electromotive actuator according to the invention in rotating at a high speed rotating shafts. Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. An embodiment of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawing. Showing:
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electromotive actuator according to a first embodiment of the invention
  • 2 is a schematic representation of an electromotive actuator according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a detail, namely a B-bearing plate, the electromotive
  • FIG. 4 shows a further detail, namely a unit of sensor technology and electronics, of the electromotive actuator of FIG. 1 or 2.
  • Fig. 1 shows a highly schematic representation of an inventive electromotive actuator 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the electromotive actuator 1 of FIG. 1 has an electric motor 2, a sensor 3 and an electronics 4, with the aid of the sensor 3, the rotation of a rotor 5 of the electric motor 2 relative to a stator 6 thereof can be detected, and wherein the electronics 4 of Control and / or regulation of the electric motor 2 is used.
  • the electromotive actuator 1 has a mechanism, in the illustrated embodiment via a shaft 7, by means of which the rotation of the rotor 5 of the electric motor 2 can be converted or implemented in an actuating movement of an actuator actuated by the actuator 1 according to the invention.
  • the electric motor 2, the sensors 3 and the electronics 4 of the electromotive actuator 1 according to the invention are positioned in a common housing 8 as shown in FIG.
  • the electric motor 2 according to the invention is a brushless electric motor, preferably a brushless DC motor, which is also referred to as an electrically commutating motor or power converter motor.
  • the sensor system 3, by means of which the rotation of the rotor 5 of the electric motor 2 can be detected, comprises at least two digital Hall sensors, namely three digital Hall sensors 9 in the exemplary embodiment shown.
  • the rotor 5 of the brushless electric motor 3, namely the brushless DC motor, is mounted in the common housing 8 via an A-bearing 10 and a B-bearing 11.
  • A-bearing 10 is the output side bearing
  • the B-bearing 1 1 to the output side bearing opposite bearing.
  • the A-bearing 10 is accommodated in a so-called A-bearing plate 12, the B-bearing in a so-called B-bearing plate 13.
  • the Hall sensors 9 of the sensor 3 are positioned directly at the B-bearing plate 13.
  • the digital Hall sensors 9 are preferably positioned between the B-end shield 13 and the electronics 4.
  • the B-end shield 13 covers a detected by the digital Hall sensors 9 magnetic field of the rotor 5 of the brushless DC motor 2, the rotor 5 of the electric motor 2, a Magnetgeberrad 14 is assigned.
  • the Magnetgeberrad 14 rotates together with the rotor 5 of the brushless DC motor 2, so then the digital Hall sensors 9 detect the magnetic field of the Magnetgeberrads 14 so as to determine the position of the rotor 5 of the electric motor 2 indirectly.
  • the Magnetgeberrad 14 is preferably positioned between the digital Hall sensors 9 of the sensor 3 and the B-bearing 1 1. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the B-end shield 13 does not obscure a magnetic field of the rotor 5 of the brushless DC motor 2 to be detected by the digital Hall sensors 9.
  • the digital Hall sensors 9 detect the magnetic field of the rotor 5 directly, so as to determine its position directly.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an electromotive actuator 15 according to the invention
  • the rotor 5 of the brushless DC motor 2 is mounted exclusively via an A-bearing 10 with associated A-bearing plate 12 in the common housing 8.
  • the digital Hall sensors 9 of the sensor 3 can detect the magnetic field of the rotor 5 directly, so as to determine its location again directly.
  • the Hall sensors 9 are then positioned immediately adjacent to an end remote from the A-end shield 12 of the rotor 5 of the electric motor 2, in such a way that they are arranged between this end of the rotor 5 of the electric motor 2 and the electronics 4.
  • a B-bearing plate 13 which serves to receive the B-bearing 1 1, the same may, for example, as shown in Fig. 3, executed.
  • a B-end shield is typically made of a magnetically ineffective material, for example made of aluminum or plastic.
  • Fig. 3 which shows a view of a front side 16 in a variant of a B-bearing plate 13
  • the B-bearing plate 13 has at this front side 1 6 via a pin 17, which serves to receive the B-bearing 1 1.
  • the front side 1 6 of the B-bearing plate 13, which has the pin 17 is in the assembled state, the electric motor 2, namely the brushless DC motor, the electromotive actuator 1 faces.
  • the B-bearing plate 13 has a reduced wall thickness.
  • the wall thickness of the B-bearing plate 13 in the recesses 18 is so small that the Hall sensors 9 through the B-bearing plate 13 through the magnetic field of the rotor 5 of the electric motor 2 can detect directly, in which case optionally on the Magnetgeberrad 14th can be waived. Due to the closed front side 1 6 of the B-end shield 13, however, the Hall sensors 9 are protected from damage and / or contamination.
  • the sensors 3 and the electronics 4 of the electromotive actuator 1 according to the invention are formed as a unit.
  • This unit of electronics 4 and sensor 3 is, as already stated, positioned together with the brushless DC motor 2 of the actuator 1 according to the invention in the housing 8, wherein the relative position of the unit of electronics 4 and sensor 3 in the housing 8 via slots 1 9 defined is, in which in the assembled state of the actuator 1 according to the invention webs of the housing 8 engage.
  • the bearing plate 13, which in the assembled state of the electromotive actuator 1 according to the invention between the unit of electronics 4th and sensor 3 and the electric motor 2 is positioned as shown in FIG. 3 has a plurality of slots 20 which are distributed over the circumference of the B-bearing plate 13. Via these slots 20, it is possible in a simple manner to contact the electronics 4 with the electric motor 2, namely windings of the stator 6 of the electric motor 2. This contacting of the electronics 4 with the windings of the stator 6 viatechnischtechnischs reconstructe 21, which extend through the slots 20 in the B-end shield 13 in the assembled state of the actuator 1. There are two pairs ofmaschinetechnischsconfigen 21 for contacting the electronics 4 with the three phases of the brushless DC motor 2.
  • the B-bearing plate 13 shown in Fig. 3 therefore has a pin 17 for receiving the actual B-bearing 1 1, via recesses 18 for receiving the digital Hall sensors 9 of the sensor 3 and via slots 20 through which for contacting the electronics. 4 with the windings of the stator 6 of the electric motor 2 and for contacting a temperature sensor with the electronics 4 Mulltechnische 21 and 22 extend.
  • the B-bearing plate 13 is made of a magnetically inactive material, wherein if the material thickness or wall thickness in the region of the recesses 18 is low enough, if necessary, directly through the B-bearing plate 13, a magnetic field of the rotor 5 of the electric motor 2 are detected can, in which case can be dispensed with a Magnetgeberrad 14.
  • the electronics 4 and the sensors 3 together form one unit.
  • the electronics 4 can be designed as a thick-film hybrid circuit, in which case the electronics 4 is inserted into the B-end shield and after contacting the windings of the stator 6 of the electric motor 2 is shed with these. In this case, then form electronics 4, sensor 3, B-bearing plate 13 and the windings of the stator 6 of the electric motor 2 is a unit.
  • the electronics 4 can also be designed as a board with the interior of the same introduced active components, in which case the electronics forms a so-called active multilayer electronics.
  • the electronics may in this case have a metallized surface to press the same directly into the B-end shield.
  • the electronics 4 can also be designed as a populated FR4 board. In this case, in turn, after contacting the electronics 4 with the windings of the stator 6 of the electric motor 2, electronics 4 with the end shield 13 can be cast into one unit.
  • Electromotive actuators according to the invention are particularly suitable for integration in moving assemblies, for example in a shaft rotating at high speed.
  • the electromotive actuator according to the invention can be connected to a data bus via a bus interface (not shown in the drawing).
  • a bus interface (not shown in the drawing).
  • the electromotive actuator 1 or 15 can be supplied with voltage or current, for example with direct current or direct current, via a further, not-shown interface, wherein the voltage supply or current supply can have any voltage level or current level which depends on the voltage level Application is in which the electromotive actuator 1 or 15 is installed.
  • the electronics 4 a rectification of the supply voltage can be integrated, so that the actuator 1, 15 can be supplied with AC voltage of any frequency.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischer Aktuator (1), mit einem Elektromotor (2), einer Sensorik (3) zur Erfassung der Drehung eines Läufers (5) des Elektromotors (2), einer Elektronik (4) zum Steuern und/oder Regeln des Elektromotors (2) und einer Mechanik (7) zur Übertragung bzw. Umsetzung einer Drehung des Läufers (5) des Elektromotors in eine translatorische und/oder rotatorische Stellbewegung eines vom Aktuator betätigbaren Stellglieds. Erfindungsgemäß ist der Elektromotor (2) als bürstenloser Elektromotor (2) ausgebildet, der zusammen mit der Sensorik (3) und der Elektronik (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (8) positioniert ist, wobei die Sensorik (3) zumindest zwei digitale Hallsensoren (9) umfasst.

Description

Elektromotorischer Aktuator
Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Elektromotorische Aktuatoren kommen in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, so zum Beispiel in automatisierten Schaltgetrieben, aktiven Verteilgetrieben, aktiven Fahrwerken, Servolenksystem oder anderen Anwendungen, zum Einsatz, um mithilfe der elektromotorischen Aktuatoren eine lineare und/oder rotatorische Stellbewegung für ein vom Aktuator betätigtes Stellglied bereitzustellen. Aus der Praxis bekannte, elektromotorische Aktuatoren verfügen über einen Elektromotor, eine Sensorik zur Erfassung der Drehung eines Läufers des Elektromotors, eine Elektronik zum Steuern und/oder Regeln des Elektromotors und eine Mechanik zur Umsetzung der Drehung des Läufers des Elektromotors in die translatorische und/oder rotatorische Stellbewegung des vom Aktuator betätigbaren Stellglieds. Derartige elektromotorische Aktuatoren verdrängen zunehmend hydraulische oder pneumatische Aktuatoren, wobei die Aktuatoren entweder ortsfest an einem Gehäuse befestigt oder auch in ein bewegtes Bauteil, zum Beispiel in eine Welle, integriert sein können.
Bei aus der Praxis bekannten elektromotorischen Aktuatoren sind zumindest der Elektromotor, die Sensorik und die Elektronik jeweils als separate, funktional und räumlich getrennte Teilsysteme des elektromotorischen Aktua- tors ausgeführt. Dadurch ist es erforderlich, den Elektromotor mit der Elektronik und die Sensorik mit der Elektronik jeweils aufwendig zu verkabeln. Derartige elektromotorische Aktuatoren verfügen einerseits über einen komplexen und damit teuren Aufbau, andererseits sind dieselben störungsempfindlich, da sich die Verkabelung einerseits zwischen Elektromotor und Elektronik und andererseits zwischen Elektronik und Sensorik im Betrieb unbeabsichtigt lösen kann. Aus der DE 10 2007 000 446 A1 ist ein bürstenloser Elektromotor mit zugehörigem Sensor bekannt, wobei ein rotorseitiger Läufer des bürstenlosen Elektromotors über eine Welle in zwei Lagern, nämlich in einem A-Lager und einem B-Lager, gelagert ist, und wobei sich ein Sensor zur Erfassung der Drehung des Läufers des Elektromotors durch eine Gehäusewand desselben erstreckt, die benachbart zum B-Lager des bürstenlosen Elektromotors positioniert ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen elektromotorischen Aktuator zu schaffen.
Dieses Problem wird durch einen elektromotorischen Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Elektromotor als bürstenloser Elektromotor ausgebildet, der zusammen mit der Sensorik und der Elektronik in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert ist, wobei die Sensorik zumindest zwei digitale Hallsensoren umfasst.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals ein elektromotorischer Aktuator vorgeschlagen, dessen Elektromotor zusammen mit der Sensorik und der Elektronik in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert ist, wobei der Elektromotor des elektromotorischen Aktuators als bürstenloser Elektromotor ausgebildet ist, und wobei die Sensorik zumindest zwei digitale Hallsensoren zur Erfassung der Drehung und damit der Lage des Läufers des Elektromotors umfasst. Ein solcher elektromotorischer Aktuator bedarf keiner aufwendigen Verkabelung zwischen Elektromotor und Elektronik sowie zwischen Sensorik und Elektronik. Er zeichnet sich durch eine einfache und kompakte Bauform aus und eignet sich insbesondere zur Integration in bewegte bzw. rotierende Systeme. So ist es zum Beispiel möglich, den erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuator in sich mit einer hohen Drehzahl drehende Wellen zu integrieren. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines elektromotorischen Aktu- ators nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines elektromotorischen Aktu- ators nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 ein Detail, nämlich ein B-Lageschild, des elektromotorischen
Aktuators der Fig. 1 ; und
Fig. 4 ein weiteres Detail, nämlich eine Einheit aus Sensorik und E- lektronik, des elektromotorischen Aktuators der Fig. 1 oder 2.
Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuators 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der elektromotorische Aktuator 1 der Fig. 1 verfügt über einen Elektromotor 2, eine Sensorik 3 und eine Elektronik 4, wobei mithilfe der Sensorik 3 die Drehung eines Läufers 5 des Elektromotors 2 gegenüber einem Ständer 6 desselben erfasst werden kann, und wobei die Elektronik 4 der Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 2 dient.
Ferner verfügt der elektromotorische Aktuator 1 über eine Mechanik, im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Welle 7, mithilfe derer die Drehung des Läufers 5 des Elektromotors 2 in eine Stellbewegung eines vom erfindungsgemäßen Aktuator 1 betätigbaren Stellglieds umgewandelt bzw. umgesetzt werden kann. Der Elektromotor 2, die Sensorik 3 und die Elektronik 4 des erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuators 1 sind gemäß Fig. 1 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 positioniert. Beim Elektromotor 2 handelt es sich erfindungsgemäß um einen bürstenlosen Elektromotor, bevorzugt um einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der auch als elektrisch kommutierender Motor oder Stromrichtermotor bezeichnet wird. Die Sensorik 3, mithilfe derer die Drehung des Läufers 5 des Elektromotors 2 erfasst werden kann, umfasst zumindest zwei digitale Hallsensoren, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel drei digitale Hallsensoren 9.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Läufer 5 des bürstenlosen E- lektromotors 3, nämlich des bürstenlosen Gleichstrommotors, im gemeinsamen Gehäuse 8 über ein A-Lager 10 und ein B-Lager 1 1 gelagert. Beim A-Lager 10 handelt es sich um das abtriebsseitige Lager, beim B-Lager 1 1 um das dem abtriebsseitigen Lager gegenüberliegende Lager. Das A-Lager 10 ist in einem sogenannten A-Lagerschild 12, das B-Lager in einem sogenannten B- Lagerschild 13 aufgenommen. Wie der schematisierten Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, sind die Hallsensoren 9 der Sensorik 3 unmittelbar beim B-Lagerschild 13 positioniert. Die digitalen Hallsensoren 9 sind vorzugsweise zwischen dem B-Lagerschild 13 und der Elektronik 4 positioniert.
Dann, wenn, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigt, das B- Lagerschild 13 ein von den digitalen Hallsensoren 9 zu detektierendes Magnetfeld des Läufers 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 verdeckt, ist dem Läufer 5 des Elektromotors 2 ein Magnetgeberrad 14 zugeordnet. Das Magnetgeberrad 14 rotiert zusammen mit dem Läufer 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, sodass dann die digitalen Hallsensoren 9 das Magnetfeld des Magnetgeberrads 14 erfassen, um so die Lage des Läufers 5 des Elektromotors 2 mittelbar zu bestimmen. Das Magnetgeberrad 14 ist vorzugsweise zwischen den digitalen Hallsensoren 9 der Sensorik 3 und dem B-Lager 1 1 positioniert. Im Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist es möglich, dass das B-Lagerschild 13 ein von den digitalen Hallsensoren 9 zu detektierendes Magnetfeld des Läufers 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 nicht verdeckt. In diesem Fall kann auf das Magnetgeberrad 14 verzichtet werden, wobei dann die Hallsensoren 9 das Magnetfeld des Läufers 5 direkt erfassen, um so dessen Lage unmittelbar zu bestimmen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuators 15, dessen Läufer 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausschließlich über ein A-Lager 10 mit zugeordnetem A- Lagerschild 12 im gemeinsamen Gehäuse 8 gelagert ist. So ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kein B-Lager und damit auch kein B-Lagerschild vorhanden. In diesem Fall kann dann auch auf ein Magnetgeberrad verzichtet werden, wobei dann die digitalen Hallsensoren 9 der Sensorik 3 das Magnetfeld des Läufers 5 direkt erfassen können, um so dessen Lage wiederum unmittelbar zu bestimmen. Die Hallsensoren 9 sind dann unmittelbar benachbart zu einem vom A-Lagerschild 12 abgewandten Ende des Läufers 5 des Elektromotors 2 positioniert, und zwar derart, dass dieselben zwischen diesem Ende des Läufers 5 des Elektromotors 2 und der Elektronik 4 angeordnet sind.
Dann, wenn, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigt, ein B- Lagerschild 13 vorhanden ist, welches der Aufnahme des B-Lagers 1 1 dient, kann dasselbe zum Beispiel wie in Fig. 3 gezeigt, ausgeführt sein. Ein solches B-Lagerschild ist typischerweise aus einem magnetisch unwirksamen Werkstoff, zum Beispiel aus Aluminium oder Kunststoff, gefertigt.
Gemäß Fig. 3, die eine Ansicht auf eine Vorderseite 16 in einer Ausführungsvariante eines B-Lagerschilds 13 zeigt, verfügt das B-Lagerschild 13 an dieser Vorderseite 1 6 über einen Zapfen 17, welcher der Aufnahme des B- Lagers 1 1 dient. Die Vorderseite 1 6 des B-Lagerschilds 13, die den Zapfen 17 aufweist, ist dabei im montierten Zustand dem Elektromotor 2, nämlich dem bürstenlosen Gleichstrommotor, des elektromotorischen Aktuators 1 zugewandt.
An einer gegenüberliegenden Rückseite des B-Lagerschilds 13 verfügt dasselbe über Ausnehmungen 18, die in der Darstellung der Fig. 3 lediglich gestrichelt gezeigt sind, da dieselben der Darstellung der Fig. 3 von der Vorderwand 1 6 des B-Lagerschilds 13 verdeckt sind. In den Ausnehmungen 18 finden im montierten Zustand des elektromotorischen Aktuators 1 die Hallsensoren 9 der Sensorik 3 Aufnahme.
Im Bereich der Ausnehmungen 18 verfügt demnach das B-Lagerschild 13 über eine reduzierte Wanddicke. Gegebenenfalls ist die Wanddicke des B- Lagerschilds 13 im Bereich der Ausnehmungen 18 so gering, dass die Hallsensoren 9 durch das B-Lagerschild 13 hindurch das Magnetfeld des Läufers 5 des Elektromotors 2 unmittelbar detektieren können, wobei dann in diesem Fall gegebenenfalls auf das Magnetgeberrad 14 verzichtet werden kann. Durch die geschlossene Vorderseite 1 6 des B-Lagerschilds 13 sind jedoch die die Hallsensoren 9 vor Beschädigungen und/oder Verschmutzungen geschützt.
Gemäß Fig. 4 sind die Sensorik 3 und die Elektronik 4 des erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuators 1 als Einheit ausgebildet. Diese Einheit aus Elektronik 4 und Sensorik 3 ist, wie bereits ausgeführt, zusammen mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor 2 des erfindungsgemäßen Aktuators 1 gemeinsam in dem Gehäuse 8 positioniert, wobei die Relativlage der Einheit aus Elektronik 4 und Sensorik 3 im Gehäuse 8 über Schlitze 1 9 definiert wird, in welche im montieren Zustand des erfindungsgemäßen Aktuators 1 Stege des Gehäuses 8 eingreifen.
Das Lagerschild 13, welches in montiertem Zustand des erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuators 1 zwischen der Einheit aus Elektronik 4 und Sensorik 3 sowie dem Elektromotor 2 positioniert ist, verfügt gemäß Fig. 3 über mehrere Schlitze 20, die über den Umfang des B-Lagerschilds 13 verteilt sind. Über diese Schlitze 20 ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Elektronik 4 mit dem Elektromotor 2, nämlich Wicklungen des Ständers 6 des Elektromotors 2, zu kontaktieren. Diese Kontaktierung der Elektronik 4 mit den Wicklungen des Ständers 6 erfolgt über Kontaktierungsstifte 21 , die sich durch die Schlitze 20 im B-Lagerschild 13 im montierten Zustand des Aktuators 1 erstrecken. Es sind zur Kontaktierung der Elektronik 4 mit den drei Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 drei Paare aus Kontaktierungsstiften 21 vorhanden.
Über weitere Kontaktierungsstifte 22 ist es zum Beispiel möglich, einen Temperatursensor, der im Elektromotor 2 verbaut ist, mit der Elektronik 4 zu kontaktieren. Auch diese Kontaktierungsstifte 22 erstrecken sich im montierten Zustand des Aktuators 1 durch die Schlitze 20 im B-Lagerschild 13.
Das in Fig. 3 gezeigte B-Lagerschild 13 verfügt demnach über einen Zapfen 17 zur Aufnahme des eigentlichen B-Lagers 1 1 , über Ausnehmungen 18 zur Aufnahme der digitalen Hallsensoren 9 der Sensorik 3 und über Schlitze 20, durch die zur Kontaktierung der Elektronik 4 mit den Wicklungen des Ständers 6 des Elektromotors 2 sowie zur Kontaktierung eines Temperatursensors mit der Elektronik 4 Kontaktierungsstifte 21 und 22 erstrecken.
Das B-Lagerschild 13 ist dabei aus einem magnetisch unwirksamen Material gefertigt, wobei dann, wenn die Materialdicke bzw. Wandstärke im Bereich der Ausnehmungen 18 gering genug ist, gegebenenfalls direkt durch das B-Lagerschild 13 ein Magnetfeld des Läufers 5 des Elektromotors 2 detektiert werden kann, wobei in diesem Fall dann auf ein Magnetgeberrad 14 verzichtet werden kann. Wie bereits ausgeführt, bilden die Elektronik 4 und die Sensorik 3 zusammen eine Einheit. Die Elektronik 4 kann dabei als Dickschichthybridschaltung ausgeführt sein, wobei in diesem Fall dann die Elektronik 4 ins B- Lagerschild eingelegt ist und nach dem Kontaktieren der Wicklungen des Ständers 6 des Elektromotors 2 mit diesen vergossen ist. In diesem Fall bilden dann Elektronik 4, Sensorik 3, B-Lagerschild 13 und die Wicklungen des Ständers 6 des Elektromotors 2 eine Einheit.
Die Elektronik 4 kann auch als Platine mit dem Inneren derselben eingebrachten, aktiven Bauelementen ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Elektronik eine sogenannte Aktivmultilayerelektronik bildet. Die Elektronik kann dann in diesem Fall eine metallisierte Oberfläche aufweisen, um dieselbe direkt in das B-Lagerschild einzupressen.
Ferner kann die Elektronik 4 auch als bestückte FR4-Platine ausgeführt sein. In diesem Fall kann dann wiederum nach dem Kontaktieren der Elektronik 4 mit den Wicklungen des Ständers 6 des Elektromotors 2 Elektronik 4 mit dem Lagerschild 13 zu einer Einheit vergossen werden.
Erfindungsgemäße, elektromotorische Aktuatoren sind insbesondere zur Integration in bewegte Baugruppen, zum Beispiel in eine mit hoher Drehzahl rotierende Welle, geeignet. So ist es zum Beispiel möglich, den erfindungsgemäßen, elektromotorischen Aktuator 1 bzw. 15 in eine rotierende Welle eines automatisierten Schaltgetriebes zu integrieren. Ebenso ist es möglich, die erfindungsgemäßen Aktuatoren in andere bewegte Systeme, wie zum Beispiel in ein aktives Fahrwerk, zu integrieren.
Der erfindungsgemäße, elektromotorische Aktuator kann über eine in der Zeichnung nicht-gezeigte Bus-Schnittstelle an einen Datenbus angeschlossen werden. So ist es zum Beispiel möglich, abhängig von der Anwendung, in welcher der elektromotorische Aktuator verbaut ist, dass derselben über eine Bus- Schnittstelle an einen CAN-Bus oder ein Feldbussystem, wie zum Beispiel einen Profibus angeschlossen ist.
Über eine weitere nicht-gezeigte Schnittstelle kann der elektromotorische Aktuator 1 bzw. 15 mit Spannung bzw. Strom, beispielsweise mit Gleichspannung bzw. Gleichstrom, versorgt werden, wobei die Spannungsversorgung bzw. Stromversorgung ein beliebiges Spannungsniveau bzw. Stromniveau aufweisen kann, welches abhängig von der Anwendung ist, in welcher der elektromotorische Aktuator 1 bzw. 15 verbaut ist. In der Elektronik 4 kann auch eine Gleichrichtung der Versorgungsspannung integriert sein, so dass der Aktuator 1 , 15 mit Wechselspannung beliebiger Frequenz versorgt werden kann.
Bezuqszeichen
Aktuator
Elektromotor
Sensorik
Elektronik
Läufer
Ständer
Mechanik
Gehäuse
Hallsensoren
A-Lager
B-Lager
A-Lagerschild
B-Lagerschild
Magnetgeberrad
Aktuator
Vorderseite
Zapfen
Ausnehmung
Schlitz
Schlitz
Kontaktierungsstift
Kontaktierungsstift

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotorischer Aktuator, mit einem Elektromotor, einer Sensorik zur Erfassung der Drehung eines Läufers des Elektromotors, einer Elektronik zum Steuern und/oder Regeln des Elektromotors und einer Mechanik zur Übertragung bzw. Umsetzung einer Drehung des Läufers des Elektromotors in eine translatorische und/oder rotatorische Stellbewegung eines vom Aktuator betätigbaren Stellglieds, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) als bürstenloser Elektromotor (2) ausgebildet ist, der zusammen mit der Sensorik (3) und der Elektronik (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (8) positioniert ist, wobei die Sensorik (3) zumindest zwei digitale Hallsensoren (9) umfasst.
2. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (5) des bürstenlosen Elektromotors (2) in dem gemeinsamen Gehäuse (8) über ein A-Lagerschild (12) und ein B-Lagerschild (13) gelagert ist.
3. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (3) unmittelbar benachbart zum B-Lagerschild (13) positioniert ist, derart, dass die digitalen Hallsensoren (9) zwischen dem B- Lagerschild (13) und der Elektronik (4) positioniert sind.
4. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das B-Lagerschild (13) ein von den digitalen Hallsensoren (9) zu detektierendes Magnetfeld des Läufers (5) des bürstenlosen Elektromotors (2) verdeckt, dem Läufer (5) ein Magnetgeberrad (14) zugeordnet ist, welches zwischen dem B-Lager (1 1 ) und den Hallsensoren (9) positioniert ist, wobei dann die Hallsensoren (9) das Magnetfeld des Magnetgeberrads (14) erfassen, um die Lage des Läufers (5) mittelbar zu bestimmen.
5. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das B-Lagerschild (13) ein von den digitalen Hallsensoren (9) zu detektierendes Magnetfeld des Läufers (5) des bürstenlosen Elektromotors (2) nicht verdeckt, die Hallsensoren (9) das Magnetfeld des Läufers (5) erfassen, um dessen Lage unmittelbar zu bestimmen.
6. Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das B-Lagerschild (13) an einer dem Elektromotor zugewandten Seite einen Zapfen (17) aufweist, welcher das B-Lager (1 1 ) des Läufers des Elektromotors aufnimmt.
7. Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das B-Lagerschild (13) an einer dem Elektromotor abgewandten Seite Ausnehmungen (18) zur Aufnahme der Hallsensoren (9) aufweist, wobei im Bereich der Ausnehmungen (18) eine Wanddicke des B- Lagerschilds (13) reduziert ist.
8. Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das B-Lagerschild (13) über den Umfang verteilt mehrere Schlitze (20) aufweist, über welche die Elektronik (4) mit Wicklungen eines Ständers (6) des Elektromotors (2) kontaktiert ist.
9. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (5) des bürstenlosen Elektromotors (2) im gemeinsamen Gehäuse (8) ausschließlich über ein A-Lagerschild (12) gelagert ist.
10. Elektromotorischer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (3) unmittelbar benachbart zu vom dem A- Lagerschild (12) abgewandten Ende des Läufers (5) positioniert ist, derart, dass die digitalen Hallsensoren (9) das Magnetfeld des Läufers (5) erfassen, um dessen Lage unmittelbar zu erfassen.
1 1 . Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (3) und die Elektronik (4) eine Einheit bilden.
12. Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der bürstenloser Elektromotor (2) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
13. Elektromotorischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektronik (4) eine Gleichrichtung einer Versorgungsspannung integriert ist.
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