Die Erfindung betrifft ein Aktorsystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Elekt romotor, welcher mit einer Gewindespindel zur Umwandlung einer Drehbewegung des Elekt romotors in eine Translationsbewegung der Gewindespindel in einer Wirkverbindung steht.

Aus der WO 2014/198268 A1 ist eine Anordnung zum Messen einer Kraft oder eines Momen tes an einem Maschinenelement bekannt, wobei sich das Maschinenelement in einer Achse erstreckt und die Messung der Kraft bzw. des Momentes unter Nutzung des invers

magnetostriktiven Effektes erfolgt. Dabei weist das Maschinenelement eine Permanentmag netisierung auf, die in der Achse ausgerichtet ist. Weiterhin umfasst die Anordnung mindes tens einen Magnetfeldsensor, welcher zur Messung mindestens einer vektoriellen Komponen te eines durch die Kraft und/oder durch das Drehmoment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet ist.

In Aktorsystemen für Kraftfahrzeuge, wie sie beispielsweise für Kupplungs- und Getriebeakto- rik oder im Hybridbereich bei Traktionsmotoren zur Anwendung kommen, werden häufig sepa rate Drehmomentsensoren, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, verbaut, welche ent weder zu teuer oder technisch nicht integrierbar sind. In einer indirekten Methode wird das Drehmoment über einen Motorstrom des Aktors berechnet, was aufgrund der über der Tem peratur veränderlichen Momentencharakteristiken sehr ungenau ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aktorsystem anzugeben, bei welchem eine ge naue Drehmomentmessung kostengünstig realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass einem mit der Drehbewegung beauf schlagten, im Inneren mit geschlossenen Feldlinien magnetisierten Bauteil ein Magnetfeld sensor gegenüberliegt, dessen sensitive Fläche radial zu den geschlossenen Feldlinien des Bauteiles angeordnet ist, wobei der Magnetfeldsensor mit einer Auswerteeinheit zur Ermitt lung des Drehmomentes aus der Magnetfeldänderung verbunden ist. Durch Nutzung des Prinzips der Magnetostriktion lässt sich eine zuverlässige Bestimmung des Drehmomentes ei nes Aktorsystems realisieren, wobei die zu verwendende Anordnung kostengünstig aufgebaut werden kann. Bei dem Prinzip der Magnetostriktion, bei welchem im belasteten Zustand Spannungen im Material des Bauteiles eine Verlegung der geschlossenen Feldlinien aus dem Inneren des Ma terials des Bauteiles in den Außenbereich verursachen, kann das Bauteil beliebig steif ausge bildet sein.

Vorteilhafterweise ist das Bauteil integrierter Bestandteil eines Rotors des Elektromotors oder der Gewindespindel. Durch diese Integration wird eine bauteilarme Variante des Aktorsystems ermöglicht, welche besonders kostengünstig ist.

In einer Alternative ist das Bauteil als Trägerelement ausgebildet, welches zwischen dem Ro tor des Elektromotors und der Gewindespindel angeordnet ist. Somit erfolgt die Drehmo mentmessung an dem extra dafür vorgesehenen Trägerelement, was die Justierung des Magnetfeldsensors im Aktorsystem vereinfacht.

In einer Ausgestaltung ist das Trägerelement als Zylinder ausgebildet, wobei eine Stirnfläche des Zylinders der sensitiven Fläche des Magnetfeldsensors gegenüberliegt. Ein solcher Zylin der ist im Querschnitt kreisförmig geschlossen magnetisiert. Durch ein anliegendes Drehmo ment entstehen Torsionsspannungen in dem Trägerelement, die zu einem Austritt des Mag netfeldes aus dem Inneren des Trägerelementes nach außen führen. Dieses Magnetfeld wird als Maß für das Drehmoment genommen. Durch die Verwendung der Stirnseite des Trä gerelementes wird es ermöglicht, dass zum einen eine Integration des Magnetfeldsensors überhaupt aufgrund bestehender Entfernungen zur Platine, Abstand zu den Rotormagneten und ähnliches möglich wird und zum anderen die Platine, das Trägerelement und der Magnet feldsensor parallel zueinander angeordnet werden können.

In einer Variante ist das Bauteil durch mindestens ein Rotorblech des Elektromotors gebildet, wobei das magnetisierte Rotorblech des Elektromotors an die Gewindespindel angebunden ist. Dies hat den Vorteil, dass einmal auf zusätzliche magnetisierte Bauelemente verzichtet werden kann, zum anderen das komplette Drehmoment über das magnetisierte Rotorblech auf den Magnetfeldsensor übertragen wird.

In einer Ausführungsform wird bei einer Verwendung von mehreren magnetisierten Rotorble chen des Elektromotors als Bauteil durch die Auswerteeinheit eines der magnetisierten Ro torbleche als Kalibrierungselement für das Magnetfeld genutzt. Eine solche Kalibrierung des Magnetfeldsensors erfolgt im zusammengebauten Zustand des Aktorsystems, da nur ein nicht genau definierter Anteil des gesamten Drehmomentes über dieses eine Rotorblech übertra gen wird.

Vorteilhafterweise umschließen die geschlossenen Feldlinien im Inneren des Trägerelementes die Gewindespindel. Ein Trägerelement mit solchen kreisförmigen Feldlinien ist einfach zu magnetisieren.

Alternativ sind die geschlossenen Feldlinien im Inneren des Trägerelementes in einem End loskreis in dem Bauteil ausgebildet, wobei der Endloskreis der Feldlinien die Gewindespindel in ihrem Umfang umschließt. Die Magnetisierung des Bauteiles erfolgt dabei dahingehend, dass über dem rotierenden Bauelement ein gegebenenfalls rotierender Magnet kontinuierlich entfernt wird.

Zur Verbesserung der Genauigkeit, insbesondere zur Eliminierung von asymmetrischen Be lastungen, sind mindestens zwei Magnetfeldsensoren zur Messung des durch das Drehmo ment beeinflussten Magnetfeldes um den Umfang des Bauteiles angeordnet.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktorsystems,

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel für eine Magnetifizierungsvariante des Trägerelemen tes gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktorsystems,

Fig. 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktorsystems.

In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Aktorsystems 1 dargestellt, wie es als Kupplungsak tor oder Getriebeaktor in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Der Aktorsystem 1 umfasst ei nen Elektromotor 2, welcher aus einem Rotorblechpaket 3, radial dazu angeordneten Rotor magneten 4 und einem Gehäuse 5 besteht. Über ein Planetenwälzgetriebe 6 oder eine belie bige andere Übertragungseinheit, wie ein Kugelgewindetrieb, ist der Elektromotor mit einer Gewindespindel 7 verbunden, wobei durch das Planetenwälzgetriebe 6 die Rotationsbewe gung des Elektromotors 2 auf die Gewindespindel zur Umsetzung in eine Translationsbewe gung übertragen wird. Zwischen dem Rotorblechpaket 3 und der Gewindespindel 7 ist rotati onssymmetrisch ein Trägerelement 8 angeordnet, welches den Rotor des Elektromotors 2 ge genüber der Gewindespindel 7 abstützt. Das Trägerelement 8 ist derartig magnetisiert, dass es in seinem Inneren in sich geschlossene Magnetfeldlinien 9 aufweist. Die Magnetfeldlinien 9 sind dabei so angeordnet, dass zu jeder Seite der Gewindespindel 7 je eine geschlossene Magnetfeldlinie ausgebildet ist. Ein Magnetfeldsensor 10 ist auf einer Platine 11 befestigt, wo bei die sensitive Fläche des Magnetfeldsensors 10 radial zur geschlossenen Feldlinie 9 im In neren des Trägerelementes 8 angeordnet ist.

In Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung für eine endlose Kreismagnetisierung des Trägerelemen tes 8, wie sie in Fig. 1 verwendet wird, dargestellt. Eine solche Kreismagnetisierung wird dadurch erreicht, dass das Trägerelement 8 rotiert und bei dieser Rotation ein ebenfalls rotie render Magnet kontinuierlich von dem Trägerelement 8 entfernt wird. Eine solche Magnetisie rung hat den Vorteil, dass ein von der Winkellage des Trägerelementes 8 unabhängiges Sen sorsignal erzielt wird, was insbesondere bei Rotoren von besonderer Bedeutung ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktorsystems 12 im Schnitt, bei welchem das Trägerelement 8 derart magnetisiert ist, dass die geschlossenen Magnetfeldlinien 9 die Gewindespindel7 in ihrem Zentrum umschließen. Dabei treten die Magnetfeldlinien 9 im Punkt A aus dem T rägerelement 8 aus und auf der entgegengesetzten Seite im Punkt B wieder in das Trägerelement 8 ein.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktorsystems 13. Dabei wird auf das Trägerelement 8 verzichtet und die Rotorbleche 14 des Elektromotors 2 sind be- abstandet zur Gewindespindel 7 gelagert. Die Rotorbleche 14 werden dabei rotationssymmet risch von dem Stator 15 umgeben. Eines oder mehrere der Rotorbleche 14 sind gemäß der vorhergehenden Beschreibung magnetisiert, so dass jedes Rotorblech 14 geschlossene Mag netfeldlinien 9 umfasst. Der Bereich C für die Übertragung eines Drehmomentes ist dabei zwi schen den Rotorblechen 14 und der Gewindespindel 7 ausgebildet.

Bei der Verwendung nur eines magnetisierten Rotorbleches 14 wird das komplette Drehmo ment gebündelt über dieses eine Rotorelement 14 übertragen und von dem Magnetfeldsensor 10, welcher entsprechend gemäß Fig. 2 den Rotorblechen 14 gegenüberliegt, sensiert. Bei der Verwendung von mehreren magnetisierten Rotorblechen 14 und deren Anbindung an die Gewindespindel 7 kann jedes Rotorblech 14 nur einen Teil des Drehmomentes übertragen, so dass eine Kalibrierung des Magnetfeldsensors 10 notwendig wird. Bei einer solchen Kalibrie rung wird ein magnetisiertes Rotorblech 14 als Messelement ausgewählt, wobei die Kalibrie rung des Magnetfeldsensors 10 im zusammengebauten Zustand erfolgt, um festzustellen, welchen Teil des Drehmomentes durch ein einzelnes Rotorblech 14 übertragen wird.

Die beschriebenen Lösungen findet bei allen Aktoren im Kraftfahrzeug genauso wie bei Trak- tions-/Antriebsmotoren in Hybridmodulen und bei Elektroantrieben Anwendung.

Bezugszeichenliste 1 Aktorsystem

2 Elektromotor

3 Rotorblechpaket

4 Rotormagnete

5 Gehäuse

6 Planetenwälzgetriebe

7 Gewindespindel

8 Trägerelement

9 Magnetfeldlinien

10 Magnetfeldsensor

11 Platine

12 Aktorsystem

13 Aktorsystem

14 Rotorblech

15 Stator