Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Rotorlage eines Elektromotors, bei welchem ein an einem Rotor angeordnetes Target mit einem Sensor abgetastet wird, sowie ein Target zur Bestimmung einer Rotorlage des Elektromotors und einen Elektromotor.

In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden zunehmend automatisierte Kupplungen eingesetzt, wie sie in der DE 10 201 1 014 936 A1 beschrieben sind. Dabei wird die Kupplung durch einen elektrisch kommutierten Motor bewegt. Um die genaue Position der Kupplung zu ermitteln, ist es notwendig, mittels einer Rotorlagesensorik die Position des Elektromotors innerhalb einer Motorumdrehung genau zu bestimmen.

Aus der DE 10 2013 208 986 A1 ist ein Magnetgeberring einer Rotorlagesensorik eines elektrisch kommutierten Elektromotors bekannt, der eine vorgegebene Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist. Ein solcher Magnetgeberring wird von einem Sensorsystem abgetastet, welches auf den physikalischen Prinzipien des Halleffektes, der AMR- oder GMR-Messung basiert. Das als Permanentmagnet ausgebildete Target verursacht aber hohe Kosten für das Magnetrohmaterial und ist schwer in das Rotorsystem zu integrieren, da das Magnetmaterial sehr spröde ist und richtungsabhängige Ausdehnungskoeffizienten bestehen, die für Kunststoff und Metall sehr unterschiedlich sind.

Bei solchen Rotorlagesensoriken hat eine Entfernungsänderung des Abstandes zwischen Target und Sensor, beispielsweise hervorgerufen durch das Taumeln der Rotorwelle, oder ein Magnetisierungsfehler einen gravierenden Einfluss auf das Messsignal.

Aus der WO 2010/084000 A1 ist ein Verfahren zur induktiven Erzeugung eines elektrischen Messsignales in Abhängigkeit einer zu messenden Größe, wie z.B. zum Bestimmen des Weges und/oder der Position im Raum und/oder von Materialeigenschaften eines zu detektieren- den Prüfkörpers bekannt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Rotorlage eines Elektromotors und einen Elektromotor anzugeben, bei welchem eine Bestimmung der Rotorlage kostengünstig und trotzdem mit einem zuverlässigen Messsignal des Sensors gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Rotorlage während der

Drehbewegung des Rotors mit einem induktiven oder einem kapazitiven Sensor detektiert wird. Dies hat den Vorteil, dass auf ein Target, welches aus teurem Magnetmaterial hergestellt ist, verzichtet werden kann. Trotz dieser kostengünstigen Variante ist mittels induktiver und kapazitiver Sensoren eine genaue Feststellung der Rotorlage des Elektromotors während einer Umdrehung des Elektromotors feststellbar.

Vorteilhafterweise wird die Lage des Rotors über eine Messung eines sich mit der Messung der Drehbewegung des Rotors ändernden Abstands zwischen Target und Sensor detektiert. Dies ermöglicht bei einem besonders robusten Aufbau die zuverlässige Messung eines hochgenauen Sensorsignals.

Alternativ ist die Lage des Rotors über eine Abtastung einer durch eindeutige geometrische Form gebildete projizierte Fläche bestimmbar. Auch hierbei werden magnetfreie, kostengünstige Materialien verwendet, was die Kosten des Messverfahrens deutlich reduziert.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Target zur Bestimmung einer Lage eines Rotors, vorzugsweise eines Elektromotors, welches von einem Sensor abtastbar ist. Ein Target, bei welchem ein zuverlässiges Messsignal einfach abtastbar ist, ist durch eine über eine Umdrehung des Rotors eindeutige geometrische Form gekennzeichnet. Mittels dieser Ausgestaltung ist eine Umdrehung des Elektromotors, die einer Winkeländerung der Rotorwelle von 360° mechanisch entspricht, in der sich ändernden Form deutlich aufgelöst, so dass eine eindeutige Beziehung zu der Position der Rotorwelle während einer Umdrehung dieser hergestellt werden kann.

In einer Ausgestaltung ist die eindeutige geometrische Form des Targets dreidimensional ausgebildet und erstreckt sich entlang der Drehachse des Rotors, wobei der Sensor einen sich infolge einer Drehbewegung des Rotors ändernden Abstand zwischen Target und Sensor detektiert. Bei der dreidimensionalen geometrischen Form des Targets muss darauf geachtet werden, dass der Abstand bei jedem Verdrehwinkel der Rotorwelle sich ändert, um eine eindeutige Beziehung zwischen Target und Sensorsignale herstellen zu können.

Vorteilhafterweise ist die dreidimensionale Form des Targets schneckenähnlich ausgebildet, dessen Steigung innerhalb eines Umdrehungswinkels von 360° kontinuierlich oder stufenweise ansteigt oder abfällt. Durch diese Linearisierung wird das Erfordernis der eindeutigen Zuordnung der Position der Rotorwelle zum Sensorsignal gewährleistet. Gleichzeitig kann dem Ausgangssignal des Sensors Rechnung getragen werden, welches analog oder digital weiterverarbeitet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist die eindeutige geometrische Form auf einer, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Trägerschicht angeordnet, wobei die elektrisch nichtleitende geometrische Form die Trägerschicht partial bedeckt. Durch diese nur teilweise Bedeckung der elektrisch leitenden Trägerschicht durch die zweidimensionale Form wird eine induktive Signatur erzeugt, welche im Weiteren als projizierte Fläche bezeichnet werden soll, mittels welcher der Sensor bei einer Umdrehung der Trägerschicht eindeutig die Rotorlage de- tektieren kann.

Vorteilhafterweise ist die zweidimensionale Form des Targets als archimedische Spirale ausgebildet. Der Sensor ist dabei nur auf der projizierten Fläche sensitiv, was eine zuverlässige Detektion der Rotorlage nach sich zieht.

Eine weitere Variante der Erfindung betrifft einen Elektromotor, vorzugsweise einen elektrisch kommutierten Motor, umfassend einen sich mit der Rotorwelle bewegenden Rotor, an welchen drehfest ein Target angeordnet ist, welches von einem Sensor abtastbar ist. Bei einem Elektromotor, bei welchem kostengünstige Materialien zum Einsatz kommen und trotzdem ein zuverlässiges Sensorsignal erhalten wird, ist das Target an einer Stirnseite der Rotorwelle angeordnet und weist eine über eine Umdrehung der Rotorwelle sich eindeutig ändernde geometrische Form auf, welche von dem axial zur Rotorwelle auf die Stirnfläche ausgerichteten Sensor abtastbar ist.

Vorteilhafterweise ist der Sensor als induktiver oder kapazitiver Sensor ausgebildet.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer automatisierten Kupplung in einem Kraftfahrzeug, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Targets, Fig. 3 Ausgangssignal eines induktiven Sensors,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Targets.

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Figur 1 ist eine Prinzipdarstellung eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems 1 dargestellt, wie es in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 weist dabei ein Steuergerät 2 auf, welches einen Elektromotor 3, der elektrisch kommutierbar ist, ansteuert. Der Elektromotor 3 ist mit einem Getriebe 4 in Form einer Gewindespindel verbunden, die wiederum auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 führt. Durch die Ansteue- rung des Elektromotors 3 durch das Steuergerät 2 wird ein Rotor des Elektromotors 3 in eine Drehbewegung versetzt, welche auf das Getriebe 4 übertragen wird. Die Drehbewegung wird von dem Getriebe 4 in eine lineare Bewegung umgesetzt, mit welcher die in der Kupplungsbe- tätigungseinrichtung 5 enthaltene, nicht weiter dargestellte Kupplung bewegt wird. An der Stirnseite der Rotorwelle 6, welche dem Getriebe 4 abgewandt ist, ist axial zur Rotorwelle 6 ausgerichtet ein induktiver Sensor 7 angeordnet. Dieser Sensor 7 detektiert dabei die Oberfläche der Stirnseite der Rotorwelle 6, auf welchem ein Target 8 angeordnet ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel des Targets 8 ist in Fig. 2 dargestellt. Das auf der Stirnseite der Rotorwelle 6 befestigte Target 8 ist schneckenähnlich ausgebildet, wobei die Steigung 12 des Targets 8 bei einer Umdrehung der Rotorwelle 6 um 360° linear abfällt. Der induktive Sensor 7 detektiert diese Steigungsänderung, die sich in einer Abstandsänderung zwischen Stirnseite der Rotorwelle 6 und Sensor 7 über eine Umdrehung von 360° niederschlägt. Um Toleranzen aus der Rotorlage zu eliminieren, kann auch eine Differenzmessung von zwei Sensorköpfen 9, 10 des induktiven Sensors 7 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck weist das Target 8 zwei entgegen gerichtete Steigungen 1 1 , 12 auf, wobei jede Steigung 1 1 , 12 mittels eines anderen Sensorkopfes 9, 10 abgetastet wird. Die sensitiven Punkte der beiden Sensorköpfe 9, 10 sind mit S1 und S2 in Fig. 2 bezeichnet. Die Sensorköpfe 9, 10 geben Ausgangssignale aus, welche in Fig. 3 dargestellt sind. Über eine Umdrehung gibt jeder Sensorkopf 9, 10 ein linear Ausgangssignal ab. Der Abstandwert zwischen der Steigung 1 1 , 12 des Targets 8 und dem Sensor 7 entspricht dabei dem Verdrehwinkel. Die beiden Einzelmesswerte aus den zwei entgegen gerichteten Steigungen 1 1 , 12 werden zu der Summe des Abstandes beider Sensorköpfe 9, 10 normiert. Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Targets 8. Eine

Stirnseite der Rotorwelle 6 ist mit einem elektrisch leitenden Material 13 teilweise beschichtet, wobei die Rotorwelle 6 selbst aus einem isolierenden Grundmaterial, wie beispielsweise Kunststoff, besteht. Neben der Beschichtung mit einem elektrisch leitenden Material 13 ist auch ein Bedampfen der Stirnseite der Rotorwelle 6 denkbar. Innerhalb des elektrisch leitenden Materials 13 ist eine zweidimensionale geometrische Form 14, beispielsweise eine archimedischen Spirale ausgebildet. Diese zweidimensionale Form 14 besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Diese archimedische Spirale wird so auf der Stirnfläche angeordnet, dass der Sensor 15, welcher die Stirnseite abtastet, bei 0° nur wenig elektrisch leitendes Material 13 detektiert und somit nur ein kleines Ausgangssignal abgibt, während bei einer Umdrehung von 360° der Rotorwelle 6 eine große Fläche des elektrisch leitenden Materials 13 abtastet, weshalb der induktive Sensor 15 ein großes Ausgangssignal ausgibt. Der sensitive Punkt, in welchem der induktive Sensor 15 die Stirnfläche abtastet, wird je nach Anwendungsfall festgelegt, es muss aber sichergestellt werden, dass eine eindeutige Zuordnung der Stirnfläche über eine Umdrehung der Rotorwelle 6 erfasst wird. Der induktive Sensor 15 ist dabei nur auf der projizierte Fläche des elektrisch leitenden Materials sensitiv.

Für beide erläuterten Ausgestaltungen gilt, dass die 360° mechanisch der Umdrehung der Rotorwelle in einer sich ändernden Form aufgelöst werden. Die 360° mechanisch können aber auch durch Polpaare geteilt werden und dementsprechend die Anzahl an Sensierflächen auf 360° mechanisch abgebildet werden. Aufgrund dieser vorteilhaften Positionsbestimmung des Elektromotors 3 ist eine Kommutierung deutlich zu verbessern. Eine Rotorlagesensorik zur Kommutierung und Positionsbestimmung des elektrisch kommutierten Elektromotors ist somit in einem Aktor mittels induktiver und kapazitiver Messung einfach möglich. Hierbei bietet dieses Verfahren die Vorteile ohne Permanentmagnet auszukommen und Störeinflüsse, wie Lageänderung senkrecht und tangential in der Rotorlagesensorik zu eliminieren. Dieses Verfahren kann mit den speziellen Targets für die Winkelerkennung eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste Kupplungsbetätigungssystem

Steuergerät

Elektromotor

Getriebe

Kupplungsbetätigungseinrichtung

Rotorwelle

Induktiver Sensor

Target

Sensorkopf

Sensorkopf

Steigung der dreidimensionalen Form

Steigung der dreidimensionalen Form

Elektrisch leitendes Material

Zweidimensionale Form

Induktiver Sensor