具有冗余的电子子系统的机电式致动驱动器

摘要

本发明涉及一种用于齿条转向机构（22）的机电式致动驱动器（10），其中所述致动驱动器（10）包括定子（12）和转子（14）。此外，所述致动驱动器（10）具有电子系统，所述电子系统具有带有第一功率输出级（41）、第一控制单元（51）和第一转子位置传感器组件（61）的至少一个第一电子子系统和带有第二功率输出级（42）、第二控制单元（52）和第二转子位置传感器组件（62）的第二电子子系统。在此，所述第一电子子系统和所述第二电子子系统共同与所述定子（12）和所述转子（14）处于有效关联。本发明的核心在于，所述第一电子子系统至少被布置在第一电路载体平面（91）和第二电路载体平面（92）上，并且所述第二电子子系统至少被布置在所述第一电路载体平面（91）和第三电路载体平面（93）上。此外，第一、第二和第三电路载体平面（91、92、93）被布置为垂直于所述转子（14）的旋转轴线（15）并且沿所述旋转轴线（15）彼此隔开。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于齿条转向机构的机电式致动驱动器，其中致动驱动器具有定子和转子。此外，致动驱动器具有电子系统，所述电子系统具有带有第一功率输出级、第一控制单元和第一转子位置传感器组件的至少一个第一电子子系统和带有第二功率输出级、第二控制单元和第二转子位置传感器组件的第二电子子系统。在此，第一电子子系统和第二电子子系统共同与定子和转子处于有效关联。

背景技术

例如，在公开文献DE 10 2006 056 855 A1中公开了这种机电式致动驱动器。

发明内容

本发明涉及一种用于齿条转向机构的机电式致动驱动器，其中致动驱动器具有定子和转子。此外，致动驱动器具有电子系统，所述电子系统具有带有第一功率输出级、第一控制单元和第一转子位置传感器组件的至少一个第一电子子系统和带有第二功率输出级、第二控制单元和第二转子位置传感器组件的第二电子子系统。在此，第一电子子系统和第二电子子系统共同与定子和转子处于有效关联。本发明的核心在于，第一电子子系统至少被布置在第一电路载体平面和第二电路载体平面上，并且第二电子子系统至少被布置在第一电路载体平面和第三电路载体平面上。此外，第一、第二和第三电路载体平面被布置成垂直于转子的旋转轴线并且沿旋转轴线彼此隔开。

在此有利的是，当致动驱动器的两个电子子系统中的一个失效时，也还能够提供特定的力矩。通过所述特定的力矩，此外能够实施对安全至关重要的驾驶操作。舒适功能、诸如停车辅助然而不再一定完全地被辅助。通过电子子系统在不同的电路载体平面上的分开的布置此外实现了：电子子系统的失效的原因优选地不会导致其他电子子系统的失效。此外，通过将电子子系统布置在多个电路载体平面上，能够将致动驱动器的直径保持得较小，这尤其对于齿条和致动驱动器的轴向平行的布置来讲是有利的，其中在径向方向上仅有限地提供构造空间以供使用。

本发明的有利的设计方案规定，第一功率输出级、第二功率输出级、第一转子位置传感器组件以及第二转子位置传感器组件被布置在第一电路载体平面上，第一控制单元被布置在第二电路载体平面上并且第二控制单元被布置在第三电路载体平面上。

在此有利的是，控制单元被布置在不同的电路载体平面上，因为尤其它们为非常敏感的并且具有增加的失效风险。此外有利的是，由于功率输出级具有可能不利地影响控制单元的电磁辐射，因此将功率输出级与控制单元分开地布置。这能够因此提高系统的EMV。

本发明的另一有利的设计方案规定，第一控制单元和第二控制单元被布置在第二电路载体平面的和第三电路载体平面的面向彼此的侧面上。

在此有利的是，两个控制单元的放热能够通过在面向彼此的侧面上的组件、例如通过被布置在其间的共同的冷却体运走。

根据本发明的有利的设计方案规定，第一电路载体平面具有比其余的电路载体平面到转子的更小的距离。

在此有利的是，一方面功率输出级被布置为靠近马达触头，由此EMV得到改善，因为由于功率输出级的平行引导的线路而使干扰耦合保持得较低。另一方面，转子位置传感器组件也被布置在转子附近，从而在转子位置的测量中实现尽可能高的信号质量，该信号质量不会由被布置在转子位置传感器组件和转子之间的其他的电路载体平面降低。

根据本发明的另一有利的设计方案规定，第一电子子系统具有第一电压中间回路并且第二电子子系统具有第二电压中间回路，其中第一电压中间回路和第二电压中间回路被布置在第一电路载体平面上。此外，第一电压中间回路具有至少一个第一电容器并且第二电压中间回路具有至少一个第二电容器。

在此有利的是，通过在第一电路载体平面上布置电压中间回路以进一步改善系统的EMV，因为到功率输出级的线路的长度被保持尽可能小并且由此这些线路具有较低的阻抗。

在有利的实施方式中规定，第一电子子系统具有第一EMV构件组，并且第二电子子系统具有第二EMV构件组，所述第一EMV构件组和第二EMV构件组被布置在第四电路载体平面上。在此，第四电路载体平面被布置成垂直于转子的旋转轴线并且沿旋转轴线与第一电路载体平面、第二电路载体平面和第三电路载体平面隔开。

在此有利的是，通过将EMV构件组布置在第四电路载体平面上，使得致动驱动器的径向上所需的构造空间被保持得较小。这其中基于EMV构件组需要大量空间的原因。如果现在将这些EMV构件组布置在其他三个电路载体平面之一上，则这些电路载体平面必须在其水平范围内被增大，从而能够容纳所述EMV构件组。然而，这将导致致动驱动器的径向的延展，这在齿条和致动驱动器的轴向平行的布置的情况下可能为不利的。

在另一个有利的实施方式中规定，第一转子位置传感器组件具有第一AMR传感器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，并且第二转子位置传感器组件具有第二AMR传感器、第三霍尔传感器和第四霍尔传感器，其中所述第一AMR传感器和所述第二AMR传感器以对中于所述转子的旋转轴线的方式被布置在所述第一电路载体平面上，并且其中所述第一霍尔传感器、所述第二霍尔传感器、所述第三霍尔传感器和所述第四霍尔传感器以同心于所述转子的旋转轴线的方式被布置在所述第一电路载体平面上，其中第一霍尔传感器相对于第二霍尔传感器，同样如第三霍尔传感器相对于第四霍尔传感器那样关于转子的旋转轴线以90°的角度彼此偏移地布置。

在此有利的是，通过AMR传感器的中心的布置以及霍尔传感器相对于转子的旋转轴线的同心的布置，能够实现对转子位置的尽可能准确的测量。

根据本发明的有利的设计方案规定，第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器和第四霍尔传感器被布置在第一电路载体平面的背向转子的侧面上。

在此有利的是，通过将霍尔传感器布置在所述第一电路载体平面的背向转子的侧面上，使得能够通过所述第一电路载体平面的厚度如此调节转子和霍尔传感器之间的距离，从而能够实现用于转子位置确定的改善的信号质量。

根据本发明的另一个有利的设计方案规定，第一AMR传感器和第二AMR传感器被布置在第一电路载体平面的面向转子的侧面上。在此有利的是，AMR传感器的信号质量通过朝转子尽可能靠近的布置而得到提升。

在有利的实施方式中规定，第一AMR传感器和第二AMR传感器被布置在第一电路载体平面的背向彼此的侧面上。

在此有利的是，将AMR传感器安置在第一电路载体平面上由此被保持简单，因为两个AMR传感器能够以对中于旋转轴线的方式布置，而使得其不必例如以堆叠的方式布置。

在另一个有利的实施方式中规定，所述第一电路载体平面在第一转子位置传感器组件和第二转子位置传感器组件被布置在其上的区域中具有在0.8 mm至1.6 mm之间的厚度。

在此有利的是，尽管AMR传感器中的一个被布置在背向转子的侧面上，但其被布置得如此接近转子，使得能够提供良好的测量结果，然而同样被布置在背向转子的侧面上的霍尔传感器，只要被布置得远离转子，从而同样能够提供良好的测量结果。

根据本发明的有利的设计方案规定，第一转子位置传感器组件具有第一TMR传感器，并且第二转子位置传感器组件具有第二TMR传感器，其中第一TMR传感器和第二TMR传感器以对中于转子的旋转轴线的方式被布置在第一电路载体平面上。

在此有利的是，TMR传感器足以确定转子位置，由此简化了转子位置传感器组件的构造。

根据本发明的另一个有利的设计方案规定，第一电子子系统和第二电子子系统被布置在共同的壳体中。

在此有利的是，两个电子子系统相应地被保护以免受外部的影响，所述外部的影响可能会导致失效，并且此外针对两个电子子系统仅需要一个壳体。

在有利的实施方式中规定，壳体具有向内的突起，所述突起至少将第一控制单元和第二控制单元基本上在空间上彼此分开。在此有利的是，降低了导致控制单元中的一个失效、也导致了其他控制单元的失效的故障原因的风险。

在另一个有利的实施方式中规定，壳体被如此设计，使得第一电子子系统和第二电子子系统以基本上在空间上彼此分开的方式被布置在壳体中。

在此有利的是，可能能够防止导致电子子系统中的一个失效、也导致其他电子子系统的失效的故障原因。

附图说明

附图中：

图1示出了根据本发明的被布置在转向系统中的机电式致动驱动器的第一实施例；

图2详细地示出了图1的第一电路载体平面的设计方案的俯视图；

图3详细地示出了图1的第一电路载体平面的设计方案的侧视图；并且

图4示出了根据图1的致动驱动器的截取区段的详细的侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的被布置在转向系统中的机电式致动驱动器的第一实施例。所示出的是机电式致动驱动器10。致动驱动器10用于辅助转向系统1，该转向系统通过方向盘26、转向柱27和转向小齿轮28嵌合到齿条22中，并且由此将来自驾驶者的转向命令传递到与齿条22连接的车轮24上。致动驱动器10具有定子12和转子14。转子14通过小齿轮20嵌合到齿条22上。此外，致动驱动器10或转子14的旋转轴线15以轴向平行于齿条22的方式布置。致动驱动器10还具有第一电子子系统和第二电子子系统，所述第一电子子系统和第二电子子系统共同形成致动驱动器10的电子系统。第一电子子系统又具有第一功率输出级41、第一控制单元51和第一转子位置传感器组件61。第二电子子系统具有第二功率输出级42、第二控制单元52和第二转子位置传感器组件62。第一电子子系统优选此外具有第一电压中间回路45和第一EMV构件组81，并且第二电子子系统具有第二电压中间回路46和第二EMV构件组82。第一电子子系统被布置在第一电路载体平面91、第二电路载体平面92和第四电路载体平面94上。第二电子子系统被布置在第一电路载体平面91、第三电路载体平面93和第四电路载体平面94上。第一功率输出级41、第二功率输出级42、第一转子位置传感器组件61和第二转子位置传感器组件62被布置在第一电路载体平面91上。此外，具有附图中未示出的至少一个第一电容器的第一电压中间回路45和具有附图中未示出的至少一个第二电容器的第二电压中间回路46被布置在第一电路载体平面91上。第一控制单元51被布置在第二电路载体平面92上。第二控制单元52被布置在第三电路载体平面93上。此外，第一EMV构件组81和第二EMV构件组82被布置在第四电路载体平面94上。致动驱动器10被布置在壳体100中。

在附图中未示出的是为了驱动转子14而被共同布置在定子12上的第一电子子系统和第二电子子系统的绕组。

在替代性的附图中未示出的实施例中，第四电路载体平面94用作致动驱动器10的壳体100的盖。

图2详细地示出了图1的第一电路载体平面的设计方案的俯视图。所示出的为第一电路载体平面91。转子14的旋转轴线15垂直于第一电路载体平面91。第一转子位置传感器组件61和第二转子位置传感器组件62被布置在第一电路载体平面91的区域96中以非接触地感测转子14的转子位置，其中转子14为此具有附图中未示出的对中于旋转轴线15的传感器磁体。第一转子位置传感器组件61具有第一AMR传感器64、第一霍尔传感器71和第二霍尔传感器72。第二转子位置传感器组件62具有在此附图中未示出的第二AMR传感器65、第三霍尔传感器73和第四霍尔传感器74。第一和第二转子位置传感器组件61、62在此能够被实施为数字的和模拟的。此外，第一功率输出级41和第二功率输出级42被布置在第一电路载体平面91上，然而在区域96之外。第一AMR传感器64以对中于转子14的旋转轴线15的方式被布置。第二AMR传感器65同样以对中于转子14的旋转轴线15的方式被布置，然而或者被第一AMR传感器64遮盖或者在第一电路载体平面91的另一侧面上，并且由此在这里不可见。第一霍尔传感器71、第二霍尔传感器72、第三霍尔传感器73和第四霍尔传感器74以同心于转子14的旋转轴线15方式布置。在此，第一霍尔传感器71关于转子14的旋转轴线15以相对于第二霍尔传感器72偏移90°的角度的方式布置。同样，第三霍尔传感器73关于转子14的旋转轴线15以相对于第四霍尔传感器74偏移90°的角度的方式布置。

第一转子位置传感器组件61和第二转子位置传感器组件62例如共同被布置在附图中未示出的电路载体上，所述电路载体在区域96中形成第一电路载体平面91的一部分。同样地，第一功率输出级41以及第二功率输出级42例如被布置在单独的、未示出的电路载体上，所述电路载体例如能够被设计为直接键合铜基底并且形成第一电路载体平面91的其他部分。

在替代性的附图中未示出的实施例中，在第一和第二霍尔传感器71、72之间或在第三和第四霍尔传感器73、74之间保持相应的90°角的情况下，以及在保持相对于转子14的旋转轴线15的同心的布置的情况下，第一霍尔传感器71和第二霍尔传感器72或第三霍尔传感器73和第四霍尔传感器74被任意地布置在区域96中的第一电路载体平面91上。

图3详细地示出了图1的第一电路载体平面的设计方案的侧视图，其中观察方向为根据图2的从点A到点B。所示出的为第一电路载体平面91。转子14的旋转轴线15垂直于第一电路载体平面91。在第一电路载体平面91的背向转子14的侧面上布置了第一AMR传感器64并且在第一电路载体平面91的面向转子14的侧面上布置了第二AMR传感器65。第一AMR传感器64和第二AMR传感器65在此以对中于转子14的旋转轴线15的方式布置。此外，第一霍尔传感器71、第二霍尔传感器72、附图中未示出的第三霍尔传感器73以及第四霍尔传感器74被布置在电路载体平面91的背向转子14的侧面上。在此，第一AMR传感器64、第一霍尔传感器71和第二霍尔传感器72形成第一转子位置传感器组件61。第二AMR传感器65、在该视角被第一AMR传感器64遮盖的第三霍尔传感器73和第四霍尔传感器74形成第二转子位置传感器组件62。第一转子位置传感器组件61和第二转子位置传感器组件62在区域96中被布置在第一电路载体平面91上。该区域96中，第一电路载体平面91具有特定的厚度97，该厚度优选处于0.8 mm至1.6 mm之间。

在替代性的附图中未示出的实施例中，第一AMR传感器64和第二AMR传感器65也能够共同被布置在第一电路载体平面91的面向转子14的侧面上。在此，为了保持第一AMR传感器64和第二AMR传感器65的相对于转子14的旋转轴线15的同心的布置，然而，它们必须被布置为堆叠的形式。

在另一个替代性的附图中未示出的实施例中，第一霍尔传感器71和第二霍尔传感器72或者第三霍尔传感器73和第四霍尔传感器74能够被布置在第一电路载体平面91的面向转子14的侧面上。

图4示出了根据图1的致动驱动器的截取区段的详细的侧视图。所示出的是致动驱动器10的壳体100的一部分，在该壳体中布置了第二电路载体平面92和第三电路载体平面93。第一控制单元51被布置在第二电路载体平面92上并且第二控制单元52被布置在第三电路载体平面93上。第一控制单元51和第二控制单元52通过壳体100的突起105基本上在空间上彼此分开。所述突起105例如也能够被设计为冷却体，从而将由损失功率所产生的热量从致动驱动器10向外部引导。突起105仅具有至少一个空隙111，信号或电流引导件110通过该空隙在第二电路载体平面92和第三电路载体平面93之间被引导。信号或电流引导件110的连接能够例如借助于插塞连接器或压入销来实现。

在替代性的附图中未示出的实施例中，壳体100的这种突起105能够设有相应的空隙111，所述空隙用于在其他或所有电路载体平面91、92、93和94之间的信号或电流引导件110。