Beschreibung

Titel

Antriebs- und Auswerteeinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Auswerteeinrichtung, insbesondere zum Anheben und Absenken eines Seiten- fensters in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Positionsbestimmung von mit Kommutatormotoren angetriebenen Verstellystemen ist es bekannt, die Welligkeit des Ankerstroms auszuwerten. Dieses Verfahren wird als Ripple Count Verfahren bezeichnet. Dabei wird eine zur Motordrehzahl proportionale, dem Ankerstrom aufmodulierte Frequenz mittels einer Auswerteeinrichtung analysiert. Die mögliche, zu diesem Zweck heranziehbare system- charakteristische Frequenz wird durch die Kommutierung zwischen den einzelnen Ankerwicklungen verursacht und ermöglicht damit eine Unterteilung einer Umdrehung des Ankers des Elektromotors in eine der Anzahl der Kommutierungen entsprechende Anzahl Teilumdrehungen, so dass beispielsweise bei sechs Segmenten des Kommutators sechs Strom-Welligkeitsmaxima pro Ankerumdrehung auftreten, Diese werden von der Auswerteeinrichtung gezählt. Da eine feste Relation zwischen der Umdrehung des Ankers des Kommutatormotors und der Position des Verstellobjekts besteht, kann über die Auswertung der Position des

Kommutatormotors die Position des Verstellobjekts bestimmt werden. Problematisch bei bekannten Antriebs- und Auswerteeinrichtungen ist, dass die Amplituden der dem Ankerstrom aufmodulierten Schwingung meist eine so geringe Intensität haben, dass es zu Fehlzählungen und damit zu Fehlpositionsbestimmungen kommt.

Offenbarung der Erfindung

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebs- und Auswerteeinrichtung anzugeben, mit der die Wahrscheinlichkeit von Fehlzählungen der Amplituden einer dem Ankerstrom aufmodulierten, systemcharakteristischen Schwingung reduziert wird.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen speziell ausgebildeten Kommutatormotor mit einer an sich bekannten Auswerteeinrichtung zum Zählen von Amplituden einer systemcharakteristischen Schwingung des Kommutatormotors zu kombinieren. Der Kommutatormotor weist zehn in

Umfangsrichtung beabstandete Nuten zur Aufnahme der Ankerbzw. Spulenwicklungen auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ankerwicklung nicht als Durchmesserwicklung, sondern als Sehnenwicklung mit einer Spulenweite von yl=3 ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der Leiter einer

Spulenwicklung der Nut n auch durch die Nut n+3 geführt ist. Hierdurch ist zwar eine Verschlechterung des Wirkungsgrades und des Geräuschverhaltens möglich, jedoch wird in Kombination mit der speziellen, erfindungsgemäßen Permanentmagnetgeometrie eine Erhöhung der Amplituden einer dem Ankerstrom aufmodulierten Schwingung erreicht, die ihre Ursache in dem Verlauf der induzierten Spannung und der durch die Kommutierung hervorgerufenen periodischen Kurzschlussströme in den Ankerwicklungen hat. Durch größere Amplituden wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlzählungen durch die an sich bekannte Auswerteeinrichtung reduziert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der dem Anker zugewandte, radial innere Umfangskonturabschnitt einer Querschnittsfläche des Permanentmageneten den Anker über einen inneren Umfangswinkel OCi aus einem Bereich zwischen 101° und 111° umgreift. Bevorzugt beträgt der innere Umfangswinkel OC ₁ etwa 106°. Der innere Umfangskonturabschnitt endet dort, wo der Luftspalt zwischen Permanentmagnet und Anker sprunghaft ansteigt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gesamte radial innere Umfangskonturabschnitt einen teilkreisförmigen Verlauf um einen Mittelpunkt Mu ₁ aufweist.

Die Amplituden der dem Ankerstrom aufmodulierten, system- charaktieristischen Schwingung können weiter dadurch erhöht werden, dass die Querschnittsfläche des Permanentmagneten einen radial äußeren Umfangskonturabschnitt aufweist, der ebenfalls teilkreisförmig ausgeformt ist. Alle weiteren Umfangskonturabschnitte der Querschnittsfläche, also die den inneren und den äußeren, jeweils teilkreisförmigen Umfangskonturabschnitt verbindenden Umfangskonturabschnitte stellen so genannte seitliche Umfangskonturabschnitte dar.

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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die seitlichen Umfangskonturabschnitte den inneren und den äußeren Umfangskonturabschnitt zumindest bereichsweise in Umfangs- richtung überragen. Die beiden in Umfangsrichtung am weitesten voneinander entfernten Punkte der Querschnittsfläche des Permanentmagneten umgreifen den Anker über einen maximalen Umfangswinkel OC _max aus einem Winkelbereich zwischen 106° und 117°. Vorzugsweise beträgt der maximale Umfangswinkel der zwei in Umfangsrichtung voneinander am weitesten entfernten Punkte des Permanentmagneten etwa 111°.

Bevorzugt lassen sich die seitlichen Umfangskonturabschnitte in drei Teilabschnitte unterteilen. Der erste Teilabschnitt verläuft von den in Umfangsrichtung beabstandeten Enden des inneren Umfangskonturabschnitts nach schräg außen, also teilweise auch in Umfangsrichtung. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der erste Teilabschnitt unter einem Winkel aus einem Bereich zwischen 20° und 30°, vorzugsweise von 25° zu einer Achse verläuft, die senkrecht zu einer Symmetrieachse der

Querschnittsfläche des Permanentmagneten ausgerichtet ist. In Weiterbildung der Erfindung schließt an den ersten Teilabschnitt der zweite Teilabschnitt des seitlichen Umfangskonturabschnittes an. Dieser verläuft bevorzugt parallel zur Symmetrieachse der Querschnittsfläche und in Richtung des äußeren Umfangskonturabschnitts . Die Enden der zweiten Teilabschnitte wiederum sind mit den in Umfangsrichtung beabstandeten Enden der äußeren Umfangskonturabschnitte über jeweils einen dritten, um den Schnittpunkt der Symmetrieachse mit der Drehachse des Ankers teilkreisförmig gekrümmten Teilabschnitt verbunden. Die Verbindungspunkte zwischen den dritten Teilabschnitten und dem äußeren Umfangskonturabschnitt bilden Auflagepunkte zur Abstützung des Permanentmagneten in einem Motorgehäuse.

Bevorzugt sind die beiden gegenüberliegenden Permanentmagnete mit entgegengesetzter Polung identisch ausgeformt. Die Permanentmagnete stützen sich gegeneinander über mindestens eine Feder ab und werden durch die Federkraft in Richtung Motorgehäuse gedrückt. Ebenso ist ein Ankleben der Magnete an dem Motorgehäuse möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Kommutatormotors, und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Permanentmagneten des

Kommutatormotors gemäß Fig. 1.

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Kommutatormotor 1 und eine Auswerteeinrichtung 2 gezeigt. Die Auswerteeinrichtung 2 ist über nicht dargestellte elektrische Verbindungsleitungen mit dem nicht dargestellten Stromversorgungskreis der nicht dargestellten, zwei Kommutatorbürsten verbunden. Die Auswerteeinrichtung 2 zählt die Amplituden einer zu der Drehzahl des Kommutatormotors 1 proportionalen Schwingung, die dem Ankerstrom aufmoduliert wird. Diese Schwingung hat ihre Ursache in der wechselnden Kommutierung der

Ankerwicklungen und dem Verlauf der induzierten Spannung innerhalb einer Teilspule.

Der Kommutatormotor 1 weist zwei diametral gegenüberlie- gende Permanentmagnete 3, 4 mit gegensätzlicher Polung auf. Radial innerhalb der Permanentmagnete 3, 4 ist drehbar ein im Wesentlichen zylinderförmiger Anker 5 mit einer Ankerwelle 6 angeordnet. Die Drehachse der Ankerwelle 6 ist mit D bezeichnet. Der Anker 5 weist zehn in Umfangsrichtung beabstandete, V-förmige Nuten N ₀ bis N ₉ auf. Jeweils zwei benachbarte Nuten sind durch einen von insgesamt zehn Polzähnen 7 voneinander abgegrenzt. Die Nuten N ₀ bis N ₉ dienen zur Aufnahme der Ankerwicklungen, von denen beispielhaft nur drei Ankerwicklungen 8, 9, 10 dargestellt sind. Die Ankerwicklungen sind als Sehnenwicklungen mit einer Spulenweite von yl=3 ausgebildet. Die Ankerwicklung durch die Nut n verläuft also auch durch die Nut n+3. Beispielsweise verläuft die Ankerwicklung 8 durch die Nuten Ni und N ₄ , die Ankerwicklung durch die Nut N ₂ verläuft auch durch die Nut N ₅ und die Ankerwicklung 10 durch die Nut N ₃ verläuft auch durch die Nut N ₆ . Durch die Nut Ni verläuft weiterhin eine nicht dargestellte Ankerwicklung, die zusätzlich durch die Nut N ₈ verläuft, so dass insgesamt zehn Anker- bzw. Spulenwicklungen vorgesehen sind. Jeder Spulenwicklung ist ein nicht dargestelltes Kommutatorsegment zugeordnet, so dass durch die induzierte Spannung und durch die Kommutierungsvorgänge während einer Umdrehung eine Schwingung mit zehn oder einem Vielfachen von zehn Amplituden erzeugt wird, die dem der Auswerteeinheit 2 zugeführten Ankerstrom aufmoduliert werden. Die Anzahl der Amplituden ist proportional zur Drehzahl bzw. Umdrehung des Ankers 5, so dass durch Zählen der Amplituden (Ripple Count) auf die Ankerposition und damit auf die Position eines Verstellobjekts, insbesondere einer Seitenscheibe in einem KFZ, geschlossen werden kann. Die als Schleifen-

wicklungen ausgeführten Ankerwicklungen können entweder über Kreuz oder nicht gekreuzt an die Kommutatorsegmente angeschlossen werden.

Der Kommutatormotor 1 ist in einem Polgehäuse 11 angeordnet. Die Permanentmagnete 3, 4 liegen an jeweils zwei senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Auflagelinien 12, 13, 14, 15 an der Innenwand des Gehäuses 11 an, wodurch eine exakte Positionierung in dem Gehäuse 11 möglich ist. Die beiden Permanentmagnete 3, 4 stützen sich über nicht dargestellte Federn gegeneinander ab und werden so mit den Anlagelinien 12 bis 15 an die Innenwand des Gehäuses 11 gedrückt. Der Luftspalt s zwischen dem Anker 5 und den Permanentmagneten 3, 4 verändert sich in Umfangsrichtung . Der Luftspalt s verbreitert sich ausgehend von der Mitte zu den in Umfangsrichtung beabstandeten Enden der Permanentmagnete 3, 4 hin.

Der Umfangswinkel in Bezug auf die Drehachse D ist mit CC bezeichnet.

Durch die Kombination der Ankerwicklungen mit einer Spulenweite von yl=3, den insgesamt zehn Nuten und der speziellen Geometrie der Permanentmagnete werden die Amplituden der drehzahlproportionalen Schwingung vergrößert. Die erfindungsgemäße Geometrie zumindest eines der Permanentmagnete 3, 4, vorzugsweise beider Permanentmagnete 3, 4, ist im Folgenden anhand von Fig. 2 näher erläutert.

Wesentliches Merkmal ist die Umfangserstreckung des radial inneren Umfangskonturabschnitts U ₁ der Querschnittsfläche Q der Permanentmagnete 3, 4.

Der radial innere Umfangskonturabschnitt U ₁ erstreckt sich über einen Umfangswinkel CC ₁ in Bezug auf die Drehachse D des Ankers von 106°. Der radial innere Umfangskonturabschnitt U ₁ ist teilkreisförmig mit einem Radius r!=15, 8±0, 5mm um einen Mittelpunkt Mu ₁ ausgebildet. Mit radialem Abstand zu dem inneren Umfangskonturabschnitt U ₁ ist ein ebenfalls teilkreisförmiger äußerer Umfangskonturabschnitt U _a vorgesehen. Der Radius des radial äußeren Umfangskonturabschnitts U _a um einen Mittelpunkt M _Ua beträgt 20,2±0,5mm. Beide Mittelpunkte Mu ₁ und M _Ua liegen auf einer Symmetrieachse Xi der Querschnittsfläche Q des Permanentmagenten 3. Diese Symmetrieachse Xi schneidet die Drehachse D des Ankers im Punkt S. Der Mittelpunkt des radial äußeren Umfangskonturabschnitts U _a befindet sich in der Zeichnungsebene um einen Offsetwert Oi von 0,33+0, 5mm in Bezug auf den Schnittpunkt S nach unten versetzt. Der Mittelpunkt Mu ₁ des radial inneren Umfangskonturabschnitts

U ₁ ist um einen Offsetwert O ₂ von l,28±0,5mm in Bezug auf den Schnittpunkt S in der Zeichnungsebene nach unten versetzt.

Der äußere Umfangskonturabschnitt U _a und der innere Umfangskonturabschnitt U ₁ sind über zwei seitliche Umfangskonturabschnitte U ₃ miteinander verbunden. Die seitlichen Umfangskonturabschnitte U ₃ sind jeweils unterteilt in drei Teilabschnitte, nämlich einen ersten Teilabschnitt Ti, einen zweiten Teilabschnitt T ₂ und einen dritten Teilabschnitt T ₃ . Die ersten Teilabschnitte T ₁ verlaufen unter einem Winkel ß=25° zu einer Achse X ₂ von den in Umfangsrichtung beabstandeten Enden des inneren

Umfangskonturabschnitts nach außen. Die Achse X ₂ verläuft senkrecht zur Symmetrieachse Xi. An die ersten Teilabschnitte Ti schließen die zweiten Teilabschnitte T ₂ an. Diese verlaufen parallel zur Symmetrieachse Xi und

bilden zusammen mit den Teilabschnitten Ti eine Art in etwa in Umfangsrichtung weisende Pfeilspitzen. Der Abstand B der beiden Teilabschnitte T ₂ bzw. der Pfeilspitzen zueinander beträgt 30,5 mm und stellt die maximale Breite des Permanentmagneten dar.

An die zweiten Teilabschnitte T ₂ schließen die in Richtung radial äußerem Umfangskonturabschnitt U _a verlaufenden dritten Teilabschnitte T ₃ an. Diese verlaufen teilkreisför- mig um den Schnittpunkt S der Symmetrieachse Xi mit der Drehachse D des Ankers 5. Dort, wo die dritten Teilabschnitte T ₃ auf den äußeren Umfangskonturabschnitt U _a treffen, sind zwei in Umfangsrichtung beabstandete Anlagepunkte bzw. senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Anlagelinien 12, 13, 14, 15 gebildet, mit denen die

Permanentmagnete 3, 4 an dem Gehäuse 11 anliegen. Die dritten Teilabschnitte T ₃ schließen mit der Innenseite des

Gehäuses 11 in Umfangsrichtung sich vergrößernde Winkel χ ein .