DE102019116015A1

DE102019116015A1 - Axialflussmotor mit redundanter Rotorlageerfassung für ein LIDAR-System

Info

Publication number: DE102019116015A1
Application number: DE102019116015.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Hurschler; Arnold Teimel; Claude Jaquemet; Volker Schwarz
Original assignee: Maxon International AG
Current assignee: Maxon International AG
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axialflussmotor für ein LIDAR-System, mit einem Stator, einem gegenüber dem Stator drehbar um eine Achse des Axialflussmotors gelagerten Rotor, einer Steuerelektronik zur Steuerung des Axialflussmotors, und mit einem ersten Encodersystem zur Lageerfassung des Rotors, wobei das erste Encodersystem einen ersten Encoder und einen von dem ersten Encoder abtastbaren ersten Geber aufweist, wobei das erste Encodersystem mit der Steuerelektronik verbunden und von dieser auswertbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Axialflussmotor ein zweites Encodersystem aufweist, welches einen zweiten Encoder und einen von dem zweiten Encoder abtastbaren zweiten Geber aufweist, wobei das zweite Encodersystem ebenfalls mit der Steuerelektronik verbunden und von dieser auswertbar ist, wobei die Steuerelektronik derart eingerichtet ist, dass sie mithilfe des zweiten Encodersystems ermittelte zweite Lagewerte des Rotors mit den ersten Lagewerten des Rotors, die mithilfe des ersten Encodersystems ermittelt werden, vergleicht, wobei die Steuerelektronik ferner derart eingerichtet ist, dass sie die ersten Lagewerte und/oder die zweiten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors heranzieht und eine Abweichung zwischen den ersten Lagewerten und den zweiten Lagewerten erkennt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axialflussmotor für ein LIDAR-System nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
LIDAR steht für „Light Detection And Ranging“ und ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. Statt der Radiowellen wie beim Radar werden Laserstrahlen verwendet. Die hierzu verwendeten LIDAR-Systeme weisen einen Elektromotor als Antrieb auf. Mit der Welle des Elektromotors ist ein Spiegel verbunden, der den Laserstrahl des LIDAR-Systems zur Abtastung der Umgebung umlenken kann. Derartige Spiegel sind üblicherweise in der Form eines Prismas oder eines Polyeders ausgeführt.
Ein gattungsgemäßer Axialflussmotor weist einen Stator auf, einen gegenüber dem Stator drehbar um eine Achse des Axialflussmotors gelagerten Rotor, eine Steuerelektronik zur Steuerung des Axialflussmotors, und ein erstes Encodersystem zur Lageerfassung des Rotors, wobei das erste Encodersystem einen ersten Encoder und einen von dem ersten Encoder abtastbaren ersten Geber aufweist, wobei das erste Encodersystem mit der Steuerelektronik verbunden und von dieser auswertbar ist.
Ein derartiger Axialflussmotor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist beispielsweise aus EP 3035076 A1 bekannt. Der darin beschriebene Axialflussmotor weist ein optisches Encodersystem auf. Eine drehfest mit dem Rotor verbundene Codescheibe wird von einem entsprechenden optischen Sensor abgetastet.
LIDAR-Systeme werden mittlerweile beispielsweise in autonom gesteuerten Fahrzeugen im Straßenverkehr oder auch in Intralogistik-Systemen eingesetzt. In beiden Anwendungsfällen ist ein fehlerfreier Betrieb oder zumindest eine Erkennung eines fehlerhaften Betriebs des LIDAR-Systems Grundvoraussetzung. Bei Erkennung eines fehlerhaften Betriebs kann verhindert werden, dass das LIDAR-System unerkannt falsche Daten generiert, welche zu gefährlichen Situationen führen können. Durch Erkennung eines Fehlers kann das System in einen sicheren Zustand überführt werden, beispielsweise durch Abschaltung oder durch automatische Behebung des Fehlers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Axialflussmotor der gattungsgemäßen Art anzugeben, der eine gesteigerte Betriebssicherheit des LIDAR-Systems gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Axialflussmotor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn der Axialflussmotor ein zweites Encodersystem aufweist, welches einen zweiten Encoder und einen von dem zweiten Encoder abtastbaren zweiten Geber aufweist, wobei das zweite Encodersystem ebenfalls mit der Steuerelektronik verbunden und von dieser auswertbar ist, wobei die Steuerelektronik derart eingerichtet ist, dass sie mithilfe des zweiten Encodersystems ermittelte zweite Lagewerte des Rotors mit den ersten Lagewerten des Rotors, die mithilfe des ersten Encodersystems ermittelt werden, vergleicht, wobei die Steuerelektronik ferner derart eingerichtet ist, dass sie die ersten Lagewerte und/oder die zweiten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an eine Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht und eine Abweichung zwischen den ersten Lagewerten und den zweiten Lagewerten erkennt. Als Lagewerte sind auch Drehzahlen des Rotors zu verstehen, welche anhand der Lagewerte ermittelt werden. Daher sind erfindungsgemäß fehlerhafte Lagewerte mittels der Steuerelektronik insbesondere auch anhand von Abweichungen der ermittelten Drehzahlen der beiden Encodersysteme erkennbar. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es somit, dass ein Fehler oder ein Ausfall eines der beiden Encodersysteme erkannt werden kann und somit beispielsweise durch Abschaltung oder Umschalten auf ein anderes System eine gefährliche Situation durch falsche Daten des LI DAR-Systems verhindert werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung bietet daher eine wesentlich gesteigerte Betriebssicherheit.
Zusätzlich oder alternativ zur Steuerung des Axialflussmotors können die ermittelten Lagewerte auch direkt an eine Elektronik des LIDAR-Systems zur Umgebungserkennung weitergegeben werden.
Die Steuerelektronik ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass sie die Kommutierung und die Drehzahl des Motors regelt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerelektronik derart eingerichtet ist, dass sie entweder die ersten Lagewerte als fehlerfrei annimmt und die zweiten Lagewerte als fehlerhaft erkennt, wenn die zweiten Lagewerte von den ersten Lagewerte abweichen, oder die zweiten Lagewerte als fehlerfrei annimmt und die ersten Lagewerte als fehlerhaft erkennt, wenn die ersten Lagewerte von den zweiten Lagewerten abweichen. Hierdurch können Fehler eines Encodersystems auf besonders einfache Weise erkannt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das von der Steuerelektronik als fehlerfrei angenommene Encodersystem als inkrementelles Encodersystem mit einem Index-Kanal ausgeführt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Ausführung des Encodersystems.
Bevorzugt dient das von der Steuerelektronik als fehlerfrei angenommene Encodersystem nur zur Erkennung von fehlerhaften Lagewerten des jeweils anderen Encodersystems. Es wird nicht zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe der Lagewerte an die Elektronik des LIDAR-Systems herangezogen. Hierdurch sind die Anforderungen bezüglich der Genauigkeit der Rotorlageerfassung bei diesem Encodersystem geringer, da es ausschliesslich dazu geeignet sein muss, Lagewerte bereitzustellen, welche es der Steuerelektronik ermöglichen, Abweichungen zu den Lagewerten des jeweils anderen Encodersystems zu erkennen. Das jeweils andere Encodersystem ist vorzugsweise als Absolut-Encodersystem ausgeführt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerelektronik nur die ersten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an die Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht, sofern die zweiten Lagewerte von der Steuerelektronik als fehlerhaft erkannt werden, und nur die zweiten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an die Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht, sofern die ersten Lagewerte von der Steuerelektronik als fehlerhaft erkannt werden.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform erlaubt es somit, dass bei einem Fehler oder bei einem Ausfall eines der beiden Encodersysteme auf das jeweils andere Encodersystem umgeschaltet wird, wodurch ein Ausfall des LIDAR-Systems verhindert wird.
Vorzugsweise ist in einer weiteren Ausführungsform die Steuerelektronik derart eingerichtet ist, dass sie eines der Encodersysteme als fehlerhaft erkennt, sofern eine Drehzahländerung des Rotors, die innerhalb einer vorgegebenen Anzahl Umdrehungen des Rotors anhand der mithilfe des jeweiligen Encodersystems ermittelten Lagewerte des Rotors ermittelt wird, über einem vorgegebenen ersten Grenzwert liegt und sofern eine Drehzahländerung, die innerhalb derselben vorgegebenen Anzahl Umdrehungen des Rotors anhand der mithilfe des jeweils anderen Encodersystems ermittelten Lagewerte des Rotors ermittelt wird, unterhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwertes liegt, wobei der erste Grenzwert grösser als der zweite Grenzwert ist.
Hierdurch ist es möglich, anhand der ermittelten Drehzahlen fehlerhaft ermittelte Lagewerte zu erkennen. Der Axialflussmotor wird bei einer festen Drehzahl betrieben, wodurch anhand der ermittelten Rotorlagewerte sich keine oder nur sehr geringe Drehzahländerungen ergeben sollten. Erzeugt ein Encodersystem nun wesentliche fehlerhafte Lagewerte, so ergeben sich aus diesen fehlerhaften Lagewerten deutliche Änderungen der daraus ermittelten Drehzahlen. Sofern diese Drehzahländerungen über eine vorgegebene Anzahl Umdrehungen auftreten und ausreichend groß sind bzw. über einem geeigneten Grenzwert liegen, und sofern das jeweils andere Encodersystem Lagewerte ermittelt, aus welchen diese Drehzahländerungen nicht resultieren bzw. unter einem kleineren Grenzwert liegen, so kann man darauf rückschliessen, dass das Encodersystem fehlerhafte Lagewerte erzeugt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerelektronik derart eingerichtet ist, dass sie sensorlos Vergleichslagewerte des Rotors anhand einer rückwirkenden elektromotorischen Kraft ermittelt und diese sowohl mit den ersten Lagewerten des ersten Encodersystems als auch mit den zweiten Lagewerten des zweiten Encodersystems vergleicht und dadurch erkennt, ob die ersten und/oder zweiten Lagewerte fehlerhaft sind.
Hierdurch wird es ermöglicht auf einfache und sichere Weise zuverlässig fehlerhafte Lagewerte einem bestimmten Encodersystem zuzuordnen, damit die Steuerelektronik zur Steuerung des Axialflussmotors die Lagewerte des jeweils anderen fehlerfreien Encodersystems heranziehen kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Rotor als Permanentmagnetrotor ausgeführt und weist einen Rotorrückschluss mit zumindest einem daran angeordneten Rotormagneten auf, wobei der Stator eine Leiterplatte mit Leiterbahnen aufweist, welche Statorspulen des Stators bilden. Diese Ausführungsform trägt zu einer besonders kompakten und einfachen Bauweise sowohl des Axialflussmotors als auch des LIDAR-Systems bei.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Stator einen Statorrückschluss aufweist, der als Ring aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff ausgeführt und auf die Leiterplatte aufgebracht ist. In dieser Ausführungsform lässt sich der erfindungsgemäße Axialflussmotor besonders einfach herstellen. Die Ausführungsform trägt zudem ebenfalls zu einer besonders kompakten Bauweise bei. Die Dicke des auf die Leiterplatte aufgebrachten Rings liegt in der Größenordnung der Dicke der Leiterplatte und ist bevorzugt geringer als die Dicke der Leiterplatte. Alternativ kann die Dicke des auf die Leiterplatte aufgebrachten Rings auch grösser als die Dicke der Leiterplatte sein. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem weichmagnetischen Verbundwerkstoff um kunststoffgebundene Eisenteilchen.
Ebenfalls zu einer kompakten Bauweise sowie zu einer einfachen Herstellbarkeit trägt es bei, wenn der erste Encoder und der zweite Encoder auf der Leiterplatte angeordnet sind. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Encoder dem jeweils zugehörigen Geber in axialer Richtung des Axialflussmotors gegenüberliegt. Je nach verwendetem Encoder-Typ kann der Encoder entweder auf einer dem Rotor zugewandten Vorderseite der Leiterplatte oder auf der gegenüberliegenden Rückseite der Leiterplatte angeordnet sein. Optische Encoder sind vorzugsweise auf der dem zugehörigen Geber zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet.
Die beiden Encodersysteme können sowohl als magnetische Encodersysteme als auch als optische, induktive oder kapazitive Encodersysteme ausgeführt sein.
Bei einem magnetischen Encodersystem kann der Geber grundsätzlich

- durch den Rotormagnet des Rotors gebildet sein oder
- ein zusätzlicher auf dem Rotorrückschluss angeordneter zweipoliger Permanentmagnet sein oder
- als diametral magnetisierter Permanentmagnet auf einer dem Stator zugewandten Stirnseite einer Welle des Rotors angeordnet sein oder
- als Ringmagnet an einem drehfest mit dem Rotor verbundenen Spiegel des LIDAR-Systems angeordnet.

Bei einem optischen Encodersystem ist der Geber als Codescheibe ausgeführt und kann grundsätzlich

- am Rotorrückschluss oder
- im Bereich eines dem Stator zugewandten Stirnendes einer Welle des Rotors oder
- an dem drehfest mit dem Rotor verbundenen Spiegel des LIDAR-Systems angeordnet sein.

Bei einem induktiven Encodersystem ist der Geber als Massverkörperung ausgeführt und kann grundsätzlich

- am Rotorrückschluss oder
- an dem drehfest mit dem Rotor verbundenen Spiegel des LIDAR-Systems angeordnet sein.

Bei einem kapazitiven System besteht der Encoder aus einer rotierenden Leiterplatte und der Leiterplatte des Stators mit jeweils asymmetrisch strukturierten Leiterbahnen, welche es ermöglichen, eine dem Drehwinkel eindeutig zuordenbare elektrische Kapazität zu messen und mittels der Steuerelektronik auszuwerten, wobei die rotierende Leiterplatte grundsätzlich

- am Rotorrückschluss oder
- an dem drehfest mit dem Rotor verbundenen Spiegel des LIDAR-Systems angeordnet sein kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest eines der beiden Encodersysteme als magnetisches Encodersystem ausgeführt. Weiter bevorzugt sind beide Encodersysteme als magnetische Encodersysteme ausgeführt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Encoder des zumindest einen magnetischen Encodersystems als integrierter Hallsensor-Chip ausgeführt oder weist einen oder mehrere analoge Hallsensoren auf. Hallsensoren sind im Vergleich relativ günstig und lassen sich einfach integrieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Encodersystem als magnetisches Encodersystem ausgeführt, wobei der erste Geber durch den zumindest einen Rotormagneten des Rotors gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Rotormagnetfeld direkt abgetastet, sodass kein zusätzlicher Geber notwendig ist. Diese Ausführungsform ist günstig in der Herstellung und trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise bei. Um die Abtastung bzw. deren Genauigkeit zu verbessern, kann der erste Geber alternativ als zusätzlicher auf dem Rotorrückschluss angeordneter Permanentmagnet ausgeführt sein. Der zusätzliche Permanentmagnet ist weiter vorzugsweise zweipolig ausgeführt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Geber an einer dem Stator zugewandten Stirnseite einer Welle des Rotors angeordnet. Auch diese Ausführungsform trägt zu einer kompakten Bauweise bei. Der zweite Geber ist vorzugsweise zentrisch bzw. koaxial zur Achse an der Welle angebracht. Weiter vorzugsweise ist das zweite Encodersystem dabei als magnetisches Encodersystem ausgeführt, wobei der zweite Geber als diametral magnetisierter Permanentmagnet ausgeführt ist.
Der zweite Geber kann gemäß einer alternativen Ausführungsform vorzugsweise an einem drehfest mit dem Rotor verbundenen Spiegel des LIDAR-Systems angeordnet sein. Sofern das zweite Encodersystem als optisches Encodersystem ausgeführt ist, kann der zweite Geber dabei als Codescheibe ausgeführt sein. Falls es sich um ein induktives Encodersystem handelt, kann der zweite Geber als Ringmagnet ausgeführt sein. Sofern es sich um ein magnetisches Encodersystem handelt, kann der zweite Geber auch als einfacher zweipoliger Permanentmagnet ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerelektronik auf der Leiterplatte angeordnet. Auch diese Ausführungsform trägt zu einer kompakten Bauweise bei. Alternativ kann die Steuerelektronik auch als mit dem Motor verbundene externe Steuerung ausgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein LIDAR-System mit einem erfindungsgemäßen Axialflussmotor als Antrieb bereit. Der Spiegel des LIDAR-Systems ist vorzugsweise drehfest mit der Welle des Rotors verbunden und weiter vorzugsweise als Prisma oder Polyeder ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung stellt, insbesondere in einigen bevorzugten Ausführungsformen, einen besonders kompakten und kostengünstigen Axialflussmotor für ein LIDAR-System bereit und eignet sich insbesondere für kompakt bauende LIDAR-Systeme, die in die Karosserie eines Personenkraftwagens integriert sind. Es ist alternativ auch denkbar das LIDAR-System in einen Bereich des Rückspiegels hinter der Frontscheibe eines Fahrzeugs zu integrieren.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1: einen Längsschnitt durch einen Axialflussmotor mit einem an der Rotorwelle angebrachten Spiegel eines LIDAR-Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2: einen Längsschnitt durch einen Axialflussmotor mit einem an der Rotorwelle angebrachten Spiegel eines LIDAR-Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3: einen Längsschnitt durch einen Axialflussmotor mit einem an der Rotorwelle angebrachten Spiegel eines LIDAR-Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
4: einen Längsschnitt durch einen Axialflussmotor mit einem an der Rotorwelle angebrachten Spiegel eines LIDAR-Systems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Axialflussmotor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Axialflussmotor 1 weist einen Stator 2 und einen gegenüber dem Stator drehbar um eine Achse 4 des Axialflussmotors gelagerten Rotor 3 auf. Die drehbare Lagerung wird durch zwei Kugellager 17 bewerkstelligt, die zwischen einer Welle 5 des Rotors 3 und einem mit dem Stator 2 verbundenen Träger 16 angeordnet sind.
Bei dem Rotor 3 handelt es sich um einen Permanentmagnetrotor mit einem Rotorrückschluss 12 und mehreren daran angeordneten Rotormagneten 11. Der Stator 2 besteht im Wesentlichen aus einer Leiterplatte 13 mit nicht näher dargestellten Leiterbahnen, welche Statorspulen des Stators bilden, und aus einem Statorrückschluss 14, der als dünner Ring aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff auf die dem Rotor abgewandte Rückseite der Leiterplatte 13 aufgebracht ist.
Der erfindungsgemäße Axialflussmotor bildet den Antrieb eines LIDAR-Systems. Der Spiegel 15 des LIDAR-Systems ist drehfest mit der Welle 5 des Rotors 3 verbunden.
Der Axialflussmotor 1 weist ferner eine Steuerelektronik 6 zur Steuerung des Axialflussmotors auf, welche die Kommutierung übernimmt und die Drehzahl des Axialflussmotors 1 regelt. Die Steuerelektronik 6 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Leiterplatte 13 des Stators angeordnet. Zur Steuerung des Axialflussmotors ist es notwendig, die Rotorlage, also die Position des Rotors in Drehrichtung in Bezug auf das feste Statorsystem, zu erfassen. Hierzu ist üblicherweise ein Encodersystem vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Axialflussmotor sind zur Erlangung einer besonders hohen Betriebssicherheit sowohl des Axialflussmotor als auch des LIDAR-Systems zwei Encodersysteme vorgesehen. Jedes Encodersystem besteht aus einem Encoder und einem durch den Encoder abtastbaren Geber. Das erste Encodersystem ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als magnetisches Encodersystem ausgeführt. Der erste Geber 8 wird dabei durch den oder die Rotormagneten 11 des Rotors 3 gebildet, sodass kein zusätzliches Bauteil als Geber erforderlich ist. Der zugehörige erste Encoder 7 befindet sich auf der dem Rotor abgewandten Rückseite der Leiterplatte 13.
Das zweite Encodersystem ist ebenfalls als magnetisches Encodersystem ausgeführt. Es umfasst einen diametral magnetisierten Permanentmagneten als zweiten Geber 10, welcher an demjenigen Stirnende der Welle 5 angebracht ist, welches dem Stator 2 zugewandt ist. Der zugehörige zweite Encoder 9 befindet sich ebenfalls auf der dem Rotor abgewandten Rückseite der Leiterplatte 13.
2 zeigt eine Abwandlung, bei der im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 nicht das Rotormagnetfeld direkt abgetastet wird. Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist vielmehr ein zusätzlicher Geber 8 vorgesehen, der an dem Rotorrückschluss 12 angeordnet ist. Um eine besonders genaue Abtastung zu gewährleisten, ist hier der zugehörige Encoder 7 auf der dem Rotor zugewandten Seite der Leiterplatte 13 angeordnet.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchem ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel das Rotormagnetfeld des Rotors direkt abgetastet wird. Der zweite Geber 10 befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch auf dem Spiegel 15 des LIDAR-Systems. Der zugehörige Encoder 9 liegt dem Geber 10 gegenüber und befindet sich somit auf der dem Rotor zugewandten Seite der Leiterplatte 13.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, das eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus 3 darstellt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 3 ist der erste Encoder 7 auf der dem Rotor zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Axialflussmotor
2: Stator
3: Rotor
4: Achse
5: Welle
6: Steuerelektronik
7: erster Encoder
8: erster Geber
9: zweiter Encoder
10: zweiter Geber
11: Rotormagnet
12: Rotorrückschluss
13: Leiterplatte
14: Statorrückschluss
15: LIDAR-Spiegel
16: Träger
17: Kugellager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3035076 A1 [0004]

Claims

Axialflussmotor (1) für ein LIDAR-System, mit einem Stator (2), einem gegenüber dem Stator (2) drehbar um eine Achse (4) des Axialflussmotors gelagerten Rotor (3), einer Steuerelektronik (6) zur Steuerung des Axialflussmotors, und mit einem ersten Encodersystem zur Lageerfassung des Rotors (3), wobei das erste Encodersystem einen ersten Encoder (7) und einen von dem ersten Encoder (7) abtastbaren ersten Geber (8) aufweist, wobei das erste Encodersystem mit der Steuerelektronik (6) verbunden und von dieser auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialflussmotor (1) ein zweites Encodersystem aufweist, welches einen zweiten Encoder (9) und einen von dem zweiten Encoder (9) abtastbaren zweiten Geber (10) aufweist, wobei das zweite Encodersystem ebenfalls mit der Steuerelektronik (6) verbunden und von dieser auswertbar ist, wobei die Steuerelektronik (6) derart eingerichtet ist, dass sie mithilfe des zweiten Encodersystems ermittelte zweite Lagewerte des Rotors (3) mit den ersten Lagewerten des Rotors (3), die mithilfe des ersten Encodersystems ermittelt werden, vergleicht, wobei die Steuerelektronik (6) ferner derart eingerichtet ist, dass sie die ersten Lagewerte und/oder die zweiten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an eine Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht und eine Abweichung zwischen den ersten Lagewerten und den zweiten Lagewerten erkennt.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) derart eingerichtet ist, dass sie entweder die ersten Lagewerte als fehlerfrei annimmt und die zweiten Lagewerte als fehlerhaft erkennt, wenn die zweiten Lagewerte von den ersten Lagewerte abweichen, oder die zweiten Lagewerte als fehlerfrei annimmt und die ersten Lagewerte als fehlerhaft erkennt, wenn die ersten Lagewerte von den zweiten Lagewerten abweichen.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) nur die ersten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an die Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht, sofern die zweiten Lagewerte von der Steuerelektronik (6) als fehlerhaft erkannt werden, und nur die zweiten Lagewerte zur Steuerung des Axialflussmotors und/oder zur Weitergabe an die Elektronik des LIDAR-Systems heranzieht, sofern die ersten Lagewerte von der Steuerelektronik (6) als fehlerhaft erkannt werden.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) derart eingerichtet ist, dass sie eines der Encodersysteme als fehlerhaft erkennt, sofern eine Drehzahländerung des Rotors, die innerhalb einer vorgegebenen Anzahl Umdrehungen des Rotors anhand der mithilfe des jeweiligen Encodersystems ermittelten Lagewerte des Rotors ermittelt wird, über einem vorgegebenen ersten Grenzwert liegt und sofern eine Drehzahländerung, die innerhalb derselben vorgegebenen Anzahl Umdrehungen des Rotors anhand der mithilfe des jeweils anderen Encodersystems ermittelten Lagewerte des Rotors ermittelt wird, unterhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwertes liegt, wobei der erste Grenzwert grösser als der zweite Grenzwert ist.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) derart eingerichtet ist, dass sie sensorlos Vergleichslagewerte des Rotors (3) anhand einer rückwirkenden elektromotorischen Kraft ermittelt und die Vergleichslagewerte sowohl mit den ersten Lagewerten des ersten Encodersystems als auch mit den zweiten Lagewerten des zweiten Encodersystems vergleicht und dadurch erkennt, ob die ersten und/oder zweiten Lagewerte fehlerhaft sind.
Axialflussmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) als Permanentmagnetrotor ausgeführt ist und einen Rotorrückschluss (12) mit zumindest einem daran angeordneten Rotormagneten (11) aufweist, wobei der Stator (2) eine Leiterplatte (13) mit Leiterbahnen aufweist, welche Statorspulen des Stators (2) bilden.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) einen Statorrückschluss (14) aufweist, der als Ring aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff ausgeführt und auf die Leiterplatte (13) aufgebracht ist.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Encoder (7) und der zweite Encoder (9) auf der Leiterplatte (13) angeordnet sind.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder dem jeweils zugehörigen Geber in axialer Richtung des Axialflussmotors gegenüberliegt.
Axialflussmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Encodersysteme als magnetisches Encodersystem ausgeführt ist.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder des magnetischen Encodersystems als integrierter Hallsensor-Chip ausgeführt ist oder einen oder mehrere analoge Hallsensoren aufweist.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Encodersystem als magnetisches Encodersystem ausgeführt ist, wobei der erste Geber (8) durch den zumindest einen Rotormagneten (11) des Rotors (3) gebildet ist.
Axialflussmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Geber (10) an einer dem Stator (2) zugewandten Stirnseite einer Welle (5) des Rotors (3) angeordnet ist.
Axialflussmotor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Encodersystem als magnetisches Encodersystem ausgeführt ist, wobei der zweite Geber (10) als diametral magnetisierter Permanentmagnet ausgeführt ist.
Axialflussmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Geber (10) an einem drehfest mit dem Rotor (3) verbundenen Spiegel (15) des LIDAR-Systems angeordnet ist.
Axialflussmotor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) auf der Leiterplatte (13) angeordnet ist.
LIDAR-System mit einem Axialflussmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.