Title:
Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des Permanentmagneten
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des Permanentmagneten, wobei Stirnflächen des Permanentmagneten jeweils in einer X-Y-Ebene liegen und sich eine zentrale Achse quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse des Permanentmagneten erstreckt; wobei der Permanentmagnet genau zwei Pole aufweist, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist; wobei der Permanentmagnet koaxial zu der zentralen Achse eine Öffnung aufweist; wobei eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche sich jeweils parallel zu der zentralen Achse erstrecken; wobei eine Außenumfangslinie eines jeden Querschnitts parallel zur X-Y-Ebene eine von einer Kreisform abweichende Form aufweist.




Inventors:
Heyd, Jean-Francois (Strasburg, FR)
Mán, Lászlo, Dr. (77833, Ottersweier, DE)
Greb, Peter (77833, Ottersweier, DE)
Buchet, Wai-Wai (Strassburg, FR)
Dietrich, Markus (77704, Oberkirch, DE)
Walden, Paul (79100, Freiburg, DE)
Application Number:
DE102016212925A
Publication Date:
01/18/2018
Filing Date:
07/14/2016
Assignee:
Schaeffler Technologies AG & Co. KG, 91074 (DE)
International Classes:



Foreign References:
WO2015117612A22015-08-13
Claims:
1. Permanentmagnet (1) für eine Sensoranordnung (2) zur Bestimmung einer Winkelposition (3) des Permanentmagneten (1), wobei Stirnflächen (4, 5) des Permanentmagneten (1) jeweils in einer X-Y-Ebene (6) liegen und sich eine zentrale Achse (7) quer zu der X-Y-Ebene (6) und koaxial zu einer Drehachse (8) des Permanentmagneten (1) erstreckt; wobei der Permanentmagnet (1) genau zwei Pole (9, 10) aufweist, die in der X-Y-Ebene (6) an einander gegenüberliegenden Seiten (11, 12) des Permanentmagneten (1) angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet (1) diametral magnetisiert ist; wobei der Permanentmagnet (1) koaxial zu der zentralen Achse (7) eine Öffnung (13) aufweist; wobei eine Innenumfangsfläche (14) und eine Außenumfangsfläche (15) sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse (7) erstrecken; wobei eine Außenumfangslinie (16) eines jeden Querschnitts (17) parallel zur X-Y-Ebene (6) eine von einer Kreisform (18) abweichende Form aufweist.

2. Permanentmagnet (1) nach Anspruch 1, wobei die Außenumfangslinie (16) eines jeden Querschnitts (17) parallel zur X-Y-Ebene (6) eine elliptische Form (19) aufweist mit einer Hauptachse (20) mit einem größeren ersten Durchmesser (21) und einer Nebenachse (22) mit einem kleineren zweiten Durchmesser (23).

3. Permanentmagnet (1) nach Anspruch 1, wobei die Außenumfangslinie (16) eines jeden Querschnitts (17) parallel zur X-Y-Ebene (6) eine Kreisform (18) mit einem größeren ersten Durchmesser (21) aufweist, wobei der Permanentmagnet (1) an einander gegenüberliegenden Seiten (11, 12) jeden Querschnitts (17) Abflachungen (24) aufweist; wobei die Außenumfangslinie (16) im Bereich der Abflachungen (24) einen kleineren zweiten Durchmesser (23) aufweist.

4. Permanentmagnet (1) nach Anspruch 3, wobei die Abflachungen (24) einen Krümmungsradius (25) aufweisen, wobei gilt:
erster Durchmesser (23) < 2·Krümmungsradius (25).

5. Permanentmagnet (1) nach Anspruch 4, wobei die Abflachungen (24) durch zueinander parallele Geraden gebildet werden.

6. Permanentmagnet (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Magnetfeld (26) des Permanentmagneten (1) einen magnetischen Fluss (27) aufweist, der an jeder Position (28) im Magnetfeld (26) durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung (29), eine radiale Magnetfeldrichtung (30) und eine normale Magnetfeldrichtung (31) umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung (26) parallel zur X-Y-Ebene (6) und parallel zu einer Ausrichtung (32) der Pole (9, 10) verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung (30) parallel zur X-Y-Ebene (6) und quer zur Ausrichtung (32) der Pole (9, 10) verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung (31) quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung (29) und der radialen Magnetfeldrichtung (30) verläuft; wobei die Pole (9, 10) im Bereich des kleineren zweiten Durchmessers (23) angeordnet sind.

7. Sensoranordnung (2) zur Bestimmung einer Winkelposition (3) des Permanentmagneten (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein, gegenüber dem um die Drehachse (8) drehbaren Permanentmagnet (1), ortsfest angeordneter erster Sensor (33) in einer axialen Richtung (34), also parallel zur Drehachse (8), beabstandet von dem Permanentmagneten (1) und in einer radialen Richtung (35) beabstandet von der Drehachse (8) angeordnet ist.

8. Sensoranordnung (2) nach Anspruch 7, wobei der erste Sensor (33) ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen (36) des Permanentmagneten (3) geeignet ist, wobei der erste Sensor (33) zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen (36) die Magnetfeldrichtungen (29, 30) des magnetischen Flusses (14) in der radialen Magnetfeldrichtung (29) und der tangentialen Magnetfeldrichtung (30) erfasst.

9. Aktor (37), zumindest umfassend eine Welle (38) mit einer Drehachse (8) sowie eine Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 und 8, wobei der Permanentmagnet (1) koaxial zur Welle (38) angeordnet und drehfest mit der Welle (38) verbunden ist.

10. Aktor (37) nach Anspruch 9, wobei der Aktor (37) ein Kupplungsaktor ist, wobei der Aktor (37) eine Antriebseinheit (39) als Welle (38) und eine Betätigungseinheit (40) umfasst, wobei die Betätigungseinheit (40) durch eine Drehung (41) der Antriebseinheit (39) entlang einer axialen Richtung (34) verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung (2) zumindest die Winkelposition (3) der Antriebseinheit (39) und damit eine Stellung (42) der Betätigungseinheit (40) entlang der axialen Richtung (34) bestimmbar ist.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist insbesondere drehbar gegenüber einem ortsfesten ersten Sensor angeordnet. Insbesondere ist die Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition einer Antriebseinheit eines Aktors, bevorzugt eines Kupplungsaktors, vorgesehen. Der Kupplungsaktor ist insbesondere zur Betätigung einer Kupplung, z. B. einer Reibkupplung, eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die Antriebseinheit ist insbesondere ein Rotor eines Elektromotors, der mit dem Permanentmagneten drehfest verbunden ist, so dass die Winkelposition des Rotors bestimmbar ist. Über die Winkelposition des Rotors ist insbesondere eine Stellung einer, in einer axialen Richtung verlagerbaren, Betätigungseinheit des Aktors entlang der axialen Richtung bestimmbar.

Bei Kupplungsaktoren ist eine genaue Bestimmung der axialen Position einer Betätigungseinheit bzw. der Winkelposition z. B. eines Rotors notwendig. Bei neuen Konstruktionen solcher Kupplungsaktoren ist es nun notwendig, die dafür verwendeten Sensoren in einem Abstand von einer Drehachse anzuordnen. Dabei müssen auch dynamische Toleranzen (also im Betrieb des Kupplungsaktors auftretende Abweichungen von einer Ausgangslage) berücksichtigt werden, z. B. eine Exzentrizität einzelner Komponenten sowie ein sich ändernder Luftspalt zwischen Sensor und einem verwendeten Permanentmagneten.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein besonders geeigneter Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition eines Permanentmagneten vorgeschlagen werden, wobei über die Winkelposition des Permanentmagneten die Winkelposition einer Antriebseinheit eines Aktors bestimmbar sein soll.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des Permanentmagneten, wobei Stirnflächen des Permanentmagneten jeweils in einer X-Y-Ebene liegen und sich eine zentrale Achse quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse des Permanentmagneten erstreckt; wobei der Permanentmagnet genau zwei Pole aufweist, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist; wobei der Permanentmagnet koaxial zu der zentralen Achse eine Öffnung aufweist; wobei eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche sich insbesondere jeweils im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse erstrecken; wobei eine Außenumfangslinie eines jeden Querschnitts parallel zur X-Y-Ebene eine von einer Kreisform abweichende Form aufweist.

Insbesondere können die Innenumfangsfläche und/oder die Außenumfangsfläche eine, von einer parallelen Erstreckung zu der zentralen Achse abweichende Gestalt aufweisen, z. B. eine Krümmung oder Konizität oder ähnliches.

Der Permanentmagnet hat insbesondere eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form und eine zentrale Achse, die sich zwischen zwei, insbesondere zueinander parallelen Stirnflächen entlang einer Drehachse erstreckt. Der Permanentmagnet ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole sind jeweils an einer Außenumfangsfläche, an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet. Die Pole können durch eine Gerade, die die Drehachse des Permanentmagneten schneidet, miteinander verbunden werden. Die Lage der Magnetfeldrichtungen, der Ebene und der zentralen Achse werden in der Figurenbeschreibung weiter erläutert.

Die koaxial zu der zentralen Achse angeordnete Öffnung erstreckt sich von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite. Die durch die Öffnung gebildete Innenumfangsfläche erstreckt sich parallel zu der zentralen Achse und ist insbesondere kreisförmig.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist die Außenumfangslinie eines jeden Querschnitts parallel zur X-Y-Ebene eine elliptische Form auf mit einer Hauptachse mit einem größeren ersten Durchmesser und einer Nebenachse mit einem kleineren zweiten Durchmesser.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung weist die Außenumfangslinie eines jeden Querschnitts parallel zur X-Y-Ebene eine Kreisform mit einem größeren ersten Durchmesser auf, wobei der Permanentmagnet an einander gegenüberliegenden Seiten jeden Querschnitts (jeweils eine) Abflachungen aufweist; wobei die Außenumfangslinie im Bereich der Abflachungen einen kleineren zweiten Durchmesser aufweist.

Der zweite Durchmesser entspricht insbesondere dem (kleinsten) Abstand zwischen den Schnittpunkten der Außenumfangslinie im Bereich der Abflachungen mit einer Geraden in der X-Y-Ebene, die die zentrale Achse schneidet.

Im Bereich der Abflachungen weicht die Form der Außenumfangslinie von einer Kreisform ab. Die Außenumfangslinie liegt im Bereich der Abflachungen innerhalb des (in diesem Bereich virtuellen) ersten Durchmessers.

Insbesondere weisen die (zwei) Abflachungen einen Krümmungsradius auf, wobei gilt: erster Durchmesser < 2·Krümmungsradius.

Bevorzugt weist jede der zwei Abflachungen einen Krümmungsradius auf, wobei die Mittelpunkte der zwei Abflachungen und die zentrale Achse auf einer gemeinsamen Gerade angeordnet sind.

Insbesondere werden die (zwei) Abflachungen durch zueinander parallele Geraden gebildet.

Insbesondere weist ein Magnetfeld des Permanentmagneten einen magnetischen Fluss auf, der an jeder Position im Magnetfeld durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung, eine radiale Magnetfeldrichtung und eine normale Magnetfeldrichtung umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und parallel zu einer Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und quer zur Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung und der radialen Magnetfeldrichtung verläuft; wobei die Pole im Bereich des kleineren zweiten Durchmessers angeordnet sind.

Die elliptische Form bzw. die Kreisform mit Abflachungen des Permanentmagneten führt überraschenderweise zu einer geringeren Differenz zwischen einer minimalen Vektorsumme und einer maximalen Vektorsumme der magnetischen Flussdichte in der radialen Magnetfeldrichtung und der tangentialen Magnetfeldrichtung, insbesondere über die Einsatzzeit bzw. Lebensdauer des Permanentmagneten und unter Berücksichtigung der im Einsatzfall auftretenden Toleranzen. Weiterhin tritt eine geringere Streuung der Vektorsumme auf.

Die im Einsatzfall auftretenden Toleranzen (insbesondere Toleranzen hinsichtlich des Abstands/ Luftspalts (in der axialen Richtung und/oder in der radialen Richtung) zwischen dem ersten Sensor und dem Permanentmagneten, die bei Drehung des Permanentmagneten variieren, führen zu größeren Fehlern bei der Messung der Winkelpositionen des Permanentmagneten.

Gegenüber einem Permanentmagneten in Ringform konnte die Differenz zwischen der minimalen Vektorsumme und der maximalen Vektorsumme deutlich reduziert werden. Betrug die Vektorsumme bei dem Permanentmagneten in Ringform noch Bmin = 16,3 mT [miniTesla] und Bmax = 30,9 mT, wurde bei einem erfindungsgemäßen Permanentmagneten eine Vektorsumme mit Bmin = 14,5 mT und Bmax 25,2 mT ermittelt.

Weiter wird eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des erfindungsgemäßen Permanentmagneten vorgeschlagen wobei ein, gegenüber dem um die Drehachse drehbaren Permanentmagnet, ortsfest angeordneter erster Sensor in einer axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, beabstandet von dem Permanentmagneten und in einer radialen Richtung beabstandet von der Drehachse angeordnet ist.

Der erste Sensor ist also nicht auf der Drehachse des Permanentmagneten angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse.

In der radialen Richtung ist der erste Sensor insbesondere außerhalb der Außenumfangsfläche des Permanentmagneten angeordnet.

Insbesondere ist der erste Sensor ein Multiturnsensor, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten geeignet ist, wobei der erste Sensor zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der radialen Magnetfeldrichtung und der tangentialen Magnetfeldrichtung erfasst.

Insbesondere umfasst die Sensoranordnung einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten ortsfest angeordneten zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor ein Singleturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Winkelposition innerhalb einer einzigen Umdrehung des Permanentmagneten geeignet ist.

Bevorzugt erfassen der erste Sensor und der zweite Sensor unterschiedlich ausgerichtete magnetische Flüsse. Dabei erfasst der zweite Sensor die genaue Winkelposition des Permanentmagneten innerhalb einer Umdrehung und der erste Sensor die Anzahl der Umdrehungen. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung entlang einer axialen Richtung eines Aktors bereitgestellt werden.

Dabei wird für die Sensoranordnung lediglich ein Permanentmagnet benötigt, dessen Magnetfeld durch zwei Sensoren erfasst wird.

Bevorzugt sind der erste und der zweite Sensor in der axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, gleichermaßen beabstandet von dem Permanentmagneten angeordnet, insbesondere in einer gemeinsamen X-Y-Ebene.

Es wird weiter ein Aktor vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Welle mit einer Drehachse sowie eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, wobei der Permanentmagnet koaxial zur Welle angeordnet und drehfest mit der Welle verbunden ist.

Insbesondere ist der Aktor ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor eine Antriebseinheit als Welle und eine Betätigungseinheit umfasst, wobei die Betätigungseinheit durch eine Drehung der Antriebseinheit entlang einer axialen Richtung verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung zumindest die Winkelposition der Antriebseinheit und damit eine Stellung der Betätigungseinheit entlang der axialen Richtung bestimmbar ist.

Bevorzugt umfasst der Aktor eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) als Betätigungseinheit. Ein solcher Aktor mit einer Planetenwälzgewindespindel ist z. B. aus der WO 2015/117612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird.

Insbesondere umfasst der Aktor einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor die Welle bildet.

Im Falle des PWG ist der Rotor mit einer Hülse eines Planetengetriebes, das die Planetenwälzgewindespindel umfasst, und den in der Hülse abgestützten Planetenträgern drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel bei Drehung des Rotors und der in der Hülse abgestützten Planetenträger in der axialen Richtung verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel bildet in diesem Fall die Betätigungseinheit des Aktors.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:

1: einen Aktor mit einer Sensoranordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;

2: eine Sensoranordnung in einer Draufsicht;

3: die Sensoranordnung aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt;

4: einen Permanentmagneten gemäß der ersten Ausgestaltung in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung;

5: einen Permanentmagneten gemäß der zweiten Ausgestaltung in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung;

6: den Verlauf der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses in den Magnetfeldrichtungen bei einer Umdrehung eines Permanentmagneten, der eine Kreisform aufweist; und

7: den Verlauf der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses in den Magnetfeldrichtungen bei einer Umdrehung eines Permanentmagneten, der eine elliptische Form bzw. Abflachungen aufweist.

1 zeigt einen Aktor 37 mit einer Sensoranordnung 3 in einer Seitenansicht im Schnitt. Ein hohlzylindrischer Permanentmagnet 1 ist koaxial zu einer Drehachse 8 angeordnet. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneter zweiter Sensor 50 dient zur Bestimmung der Winkelposition 3 des Permanentmagneten 1. Der zweite Sensor 50 ist ein Singleturnsensor, der einen Messbereich von 360 Winkelgrad aufweist. Ein Singleturnsensor ist ein Sensor, der keine Anzahl von Umdrehungen 36 erfassen kann, da er nur einen Winkelbereich von 360 Winkelgrad auflöst (er erfasst also eine Winkelposition innerhalb einer Umdrehung 36).

Der zweite Sensor 50 ist in einer radialen Richtung 35 beabstandet von der Drehachse 8 angeordnet. Der zweite Sensor 50 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 1 angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse 8. Der zweite Sensor 50 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 1 angeordnet.

Weiter umfasst die Sensoranordnung 3 einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneten ersten Sensor 3, wobei der erste Sensor 33 ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen 36 des Permanentmagneten 1 geeignet ist. Der erste Sensor 33 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 1 und in der radialen Richtung 35 radial außen von dem zweiten Sensor 50 angeordnet. Der erste Sensor 33 erfasst zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen 36 die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 27 in der radialen Magnetfeldrichtung 30 und der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 (siehe 2 bis 5).

Der zweite Sensor 50 erfasst also die genaue Winkelposition des Permanentmagneten 1 innerhalb einer Umdrehung 36 und der erste Sensor 33 die Anzahl der Umdrehungen 36. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung 42 entlang einer axialen Richtung 34 eines Aktors 37 bereitgestellt werden.

Dabei wird für die Sensoranordnung 2 lediglich ein Permanentmagnet 1 benötigt, dessen Magnetfeld 26 durch zwei Sensoren 33, 50 erfasst wird.

Der Aktor 37 umfasst eine Welle 38 mit einer Drehachse 8 sowie eine Sensoranordnung 2, wobei der Permanentmagnet 1 koaxial zur Welle 38 angeordnet und drehfest mit der Welle 38 verbunden ist.

Der Aktor 37 ist ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor 37 eine Antriebseinheit 39 als Welle 38 und eine Betätigungseinheit 40 umfasst, wobei die Betätigungseinheit 40 durch eine Drehung 41 der Antriebseinheit 39 entlang der axialen Richtung 34 verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung 2 zumindest die Winkelposition der Antriebseinheit 39 und damit eine Stellung 42 der Betätigungseinheit 40 entlang der axialen Richtung 34 bestimmbar ist.

Der Aktor 37 umfasst eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) 43 als Betätigungseinheit 40. Ein solcher Aktor 37 mit einer Planetenwälzgewindespindel 43 ist aus der WO 2015/117612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird.

Der Aktor 37 umfasst einen Elektromotor 45 mit einem Stator 46 und einem Rotor 47, wobei der Rotor 47 die Welle 38 bildet. Der Rotor 47 ist mit einer Hülse 48, des die Planetenwälzgewindespindel 43 umfassenden Planetengetriebes 44, und mit den in der Hülse 48 abgestützten Planetenträgern 49 drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel 43 bei Drehung 41 des Rotors 47 und der in der Hülse 48 abgestützten Planetenträger 49 in der axialen Richtung 34 verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel 43 bildet die Betätigungseinheit 40 des Aktors 37.

2 zeigt eine Sensoranordnung 2 in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung 34. 3 zeigt die Sensoranordnung 2 aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt A-A. Die 2 und 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.

Die Sensoranordnung 2 umfasst den ersten Sensor 33 und den Permanentmagneten 1. Die Stirnflächen 4, 5 des Permanentmagneten 1 liegen in einer X-Y-Ebene 6 und eine zentrale Achse 7 erstreckt sich quer zu der X-Y-Ebene 6 und koaxial zu einer Drehachse 8 des Permanentmagneten 1. Der Permanentmagnet 1 weist genau zwei Pole 9, 10 auf, die in der X-Y-Ebene 6 an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet 1 diametral magnetisiert ist. Ein Magnetfeld 26 des Permanentmagneten 1 weist einen magnetischen Fluss 27 auf, der an jeder Position 28 im Magnetfeld 26 durch einen Vektor darstellbar ist. Der Vektor umfasst eine tangentiale Magnetfeldrichtung 29, eine radiale Magnetfeldrichtung 30 und eine normale (axiale) Magnetfeldrichtung 31; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung 29 parallel zur X-Y-Ebene 6 und parallel zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung 30 parallel zur X-Y-Ebene 6 und quer zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung 31 quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 und der radialen Magnetfeldrichtung 30 verläuft. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneter erster Sensor 33 erfasst zur Bestimmung der Umdrehungen 36 des Permanentmagneten 1 die Magnetfeldrichtungen 29, 30, 31 des magnetischen Flusses 27 in der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 und der radialen Magnetfeldrichtung 30.

Der hier dargestellte (nicht erfindungsgemäße) Permanentmagnet 1 ist ein Hohlzylinder mit einer Außenumfangslinie in Kreisform 18 und einer zentralen Achse 7, die sich zwischen zwei, zueinander parallelen Stirnflächen 4, 5 entlang einer Drehachse 8 erstreckt. Der Permanentmagnet 1 ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole 9, 10 sind jeweils an der Außenumfangsfläche 15, an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet. Die Pole 9, 10 können durch eine Gerade, die die zentrale Achse 8 des Permanentmagneten 1 schneidet, miteinander verbunden werden (siehe Pfeil für Ausrichtung 32).

Der erste Sensor 33 ist in einer radialen Richtung 35 beabstandet von der Drehachse 8 und von dem Permanentmagneten bzw. dessen Außenumfangsfläche 15 angeordnet. Der erste Sensor 33 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 1 angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse 8. Der erste Sensor 33 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 1 angeordnet.

4 zeigt einen Permanentmagneten 1 gemäß der ersten Ausgestaltung in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung 34. Die Stirnflächen 4, 5 des Permanentmagneten 1 liegen in einer X-Y-Ebene 6 und eine zentrale Achse 7 erstreckt sich quer zu der X-Y-Ebene 6 und koaxial zu einer Drehachse 8 des Permanentmagneten 1. Der Permanentmagnet 1 weist genau zwei Pole 9, 10 auf, die in der X-Y-Ebene 6 an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet 1 diametral magnetisiert ist. Ein Magnetfeld 26 des Permanentmagneten 1 weist einen magnetischen Fluss 27 auf, der an jeder Position 28 im Magnetfeld 26 durch einen Vektor darstellbar ist. Der Vektor umfasst eine tangentiale Magnetfeldrichtung 29, eine radiale Magnetfeldrichtung 30 und eine normale (axiale) Magnetfeldrichtung 31; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung 29 parallel zur X-Y-Ebene 6 und parallel zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung 30 parallel zur X-Y-Ebene 6 und quer zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung 31 quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 und der radialen Magnetfeldrichtung 30 verläuft. Der Permanentmagnet 1 ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole 9, 10 sind jeweils an der Außenumfangsfläche 15, an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet. Die Pole 9, 10 können durch eine Gerade, die die zentrale Achse 8 des Permanentmagneten 1 schneidet, miteinander verbunden werden (siehe Pfeil für Ausrichtung 32).

Der hier dargestellte Permanentmagnet 1 weist koaxial zu der zentralen Achse 7 eine Öffnung 13 auf, wobei eine Innenumfangsfläche 14 und eine Außenumfangsfläche 15 sich jeweils parallel zu der zentralen Achse 7 erstrecken; wobei eine Außenumfangslinie 16 eines jeden Querschnitts 17 parallel zur X-Y-Ebene 6 eine von einer Kreisform 18 abweichende Form 19 aufweist. Bei der hier dargestellten ersten Ausgestaltung des Permanentmagneten 1 weist die Außenumfangslinie 16 eines jeden Querschnitts 17 parallel zur X-Y-Ebene 6 eine elliptische Form 19 auf mit einer Hauptachse 20 mit einem größeren (größten) ersten Durchmesser 21 und einer Nebenachse 22 mit einem kleineren (kleinsten) zweiten Durchmesser 23.

5 zeigt einen Permanentmagneten 1 gemäß der zweiten Ausgestaltung in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung 34. Es wird auf die Ausführungen zu 4 Bezug genommen. Im Unterschied zu 4 weist die Außenumfangslinie 16 eines jeden Querschnitts 17 parallel zur X-Y-Ebene 6 eine Kreisform 18 mit einem größeren (größten) ersten Durchmesser 21 auf, wobei der Permanentmagnet 1 an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 jeden Querschnitts 17 jeweils eine Abflachung 24 aufweist; wobei die Außenumfangslinie 16 im Bereich der Abflachungen 24 einen kleineren (kleinsten) zweiten Durchmesser 23 aufweist. Der zweite Durchmesser 23 entspricht dem (kleinsten) Abstand zwischen den Schnittpunkten der Außenumfangslinie 16 im Bereich der Abflachungen 24 mit einer Geraden in der X-Y-Ebene 6, die die zentrale Achse 7 schneidet. Im Bereich der Abflachungen 24 weicht die Form 19 der Außenumfangslinie 16 von einer Kreisform 18 ab. Die Außenumfangslinie 16 liegt im Bereich der Abflachungen 24 innerhalb des (in diesem Bereich virtuellen) ersten Durchmessers 21. Hier werden die zwei Abflachungen 24 durch zueinander parallele Geraden gebildet.

Die elliptische Form 19 bzw. die Kreisform 18 mit Abflachungen 24 des Permanentmagneten 1 führt überraschenderweise zu einer geringeren Differenz zwischen einer minimalen Vektorsumme und einer maximalen Vektorsumme der magnetischen Flussdichte 51 in der radialen Magnetfeldrichtung 30 und der tangentialen Magnetfeldrichtung 29, insbesondere über die Einsatzzeit bzw. Lebensdauer des Permanentmagneten 1 und unter Berücksichtigung der im Einsatzfall auftretenden Toleranzen. Weiterhin tritt eine geringere Streuung der Vektorsumme auf.

Die im Einsatzfall auftretenden Toleranzen (insbesondere Toleranzen hinsichtlich des Abstands/ Luftspalts (in der axialen Richtung 34 und/oder in der radialen Richtung 35) zwischen dem ersten Sensor 33 und dem Permanentmagneten 1, die bei Drehung 41 des Permanentmagneten 1 variieren, führen zu größeren Fehlern bei der Messung der Winkelpositionen 3 des Permanentmagneten 1.

Die hier vorgeschlagene neue Form des Permanentmagneten 1 führt zu einer höheren Genauigkeit der Messergebnisse bei der Bestimmung der Winkelposition 3 und der Anzahl von Umdrehungen 36 des Permanentmagneten 1.

6 zeigt den Verlauf der magnetischen Flussdichte 51 des magnetischen Flusses 27 in den Magnetfeldrichtungen 29, 30, 31 über einer Umdrehung 36 (Winkel 52 von 0 bis 360 Winkelgrad) eines Permanentmagneten 1, der eine Kreisform 18 aufweist.

7 zeigt den Verlauf der magnetischen Flussdichte 51 des magnetischen Flusses 27 in den Magnetfeldrichtungen 29, 30, 31 bei einer Umdrehung 36 (Winkel 52 von 0 bis 360 Winkelgrad) eines Permanentmagneten 1, der eine elliptische Form 19 bzw. Abflachungen 24 aufweist.

Bezugszeichenliste

1
Permanentmagnet
2
Sensoranordnung
3
Winkelposition
4
erste Stirnfläche
5
zweite Stirnfläche
6
X-Y-Ebene
7
zentrale Achse
8
Drehachse
9
erster Pol
10
zweiter Pol
11
erste Seite
12
zweite Seite
13
Öffnung
14
Innenumfangsfläche
15
Außenumfangsfläche
16
Außenumfangslinie
17
Querschnitt
18
Kreisform
19
Form
20
Hauptachse
21
erster Durchmesser
22
Nebenachse
23
zweiter Durchmesser
24
Abflachung
25
Krümmungsradius
26
Magnetfeld
27
magnetischer Fluss
28
Position
29
tangentiale Magnetfeldrichtung
30
radiale Magnetfeldrichtung
31
normale Magnetfeldrichtung
32
Ausrichtung
33
erster Sensor
34
axiale Richtung
35
radiale Richtung
36
Umdrehung
37
Aktor
38
Welle
39
Antriebseinheit
40
Betätigungseinheit
41
Drehung
42
Stellung
43
Planetenwälzgewindespindel
44
Planetengetriebe
45
Elektromotor
46
Stator
47
Rotor
48
Hülse
49
Planetenträger
50
zweiter Sensor
51
magnetische Flussdichte
52
Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • WO 2015/117612 A1 [0030, 0048]