DE102013218734A1 - A sensor for outputting an electrical signal based on a path to be detected - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensor (16) zur Ausgabe eines von einem Drehwinkel (18) abhängigen Ausgangssignals offenbart, umfassend eine um den Drehwinkel (18) drehbare Welle (34), ein drehfest an einem axialen Ende (39) der Welle (34) befestigtes Felgeberelement (30) zum Abgeben eines physikalischen Messfeldes (32) und eine mit einem Luftspalt (31) beabstandet zum Feldgeberelement (30) angeordnete Auswerteschaltung (28) zum Erzeugen des Ausgabesignals basierend auf dem physikalischen Messfeld (32), wobei das Felgeberelement (30) derart ausgebildet ist, dass der Luftspalt (31) in Abhängigkeit des Drehwinkels (18) veränderlich ist.A sensor (16) for outputting an output signal dependent on a rotation angle (18) is disclosed, comprising a shaft (34) rotatable about the angle of rotation (18), a rocker element fixed non-rotatably to one axial end (39) of the shaft (34) (30) for outputting a physical measuring field (32) and having an air gap (31) spaced from the field generator element (30) arranged evaluation circuit (28) for generating the output signal based on the physical measuring field (32), wherein the rim encoder element (30) so is formed, that the air gap (31) in dependence of the rotation angle (18) is variable.
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Ausgeben eines elektrischen Signals basierend auf einem zu erfassenden Weg, insbesondere eines Winkels und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors, insbesondere des Winkelsensors.The invention relates to a sensor for outputting an electrical signal based on a path to be detected, in particular an angle and a method for producing a sensor, in particular of the angle sensor.
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, den bekannten Sensor zu verbessern.It is an object of the invention to improve the known sensor.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Sensor zur Ausgabe eines von einem Drehwinkel abhängigen Ausgangssignals eine um den Drehwinkel drehbare Welle, ein drehfest an einem axialen Ende der Welle befestigtes Felgeberelement zum Abgeben eines physikalischen Messfeldes und eine mit einem Luftspalt beabstandet zum Feldgeberelement angeordnete Auswerteschaltung zum Erzeugen des Ausgabesignals basierend auf dem physikalischen Messfeld, wobei das Felgeberelement derart ausgebildet ist, dass der Luftspalt in Abhängigkeit vom Drehwinkel veränderlich ist.According to one aspect of the invention, a sensor for outputting an output signal dependent on a rotation angle comprises a shaft rotatable about the rotation angle, a rim encoder element fixed for rotation at one axial end of the shaft for outputting a physical measurement field and an evaluation circuit arranged at an air gap spaced from the field sensor element for generating the output signal based on the physical measuring field, wherein the rim encoder element is designed such that the air gap is variable in dependence on the rotation angle.
Dem angegebenen Sensor liegt die Überlegung zugrunde, dass das Feldgeberelement kreisförmig um eine Drehachse der Welle umlaufend ausgebildet werden könnte. Auf diese Weise würde in jedem Drehwinkel der Welle ein Teil des Feldgeberelements und damit des physikalischen Messfeldes auf die Auswerteschaltung gerichtet werden, so dass der Drehwinkel der Welle prinzipiell über eine vollständige Drehung der Welle erfassbar wäre. Andererseits reicht jedoch das physikalische Messfeld eines einzigen Feldpols, das vom Feldgeberelement abgegeben wird, nicht aus, damit die Auswerteschaltung den Drehwinkel der Welle basierend auf dem physikalischen Messfeld erkennen kann, denn das physikalische Messfeld müsste sich im Abhängigkeit des Drehwinkels verändern. The specified sensor is based on the consideration that the field-sensor element could be formed in a circle around an axis of rotation of the shaft. In this way, in each rotation angle of the shaft, a part of the field-generating element and thus of the physical measuring field would be directed to the evaluation circuit, so that the rotation angle of the shaft would be detectable in principle over a complete rotation of the shaft. On the other hand, however, the physical measuring field of a single field pole emitted by the field-emitting element is insufficient, so that the evaluation circuit can detect the rotation angle of the shaft based on the physical measuring field, because the physical measuring field would have to change as a function of the angle of rotation.
Dazu könnte zwar ein Dipol, wie beispielsweise ein Magnet, als Feldgeberelement eingesetzt werden, bei dem sich das physikalische Messfeld aus einer Überlagerung zweier Teilfelder zusammensetzt, die aus je einem Feldpol abgegeben werden. Bei bestimmten Drehwinkeln dominiert jedoch ein Feldpol mit seinem Teilfeld das physikalische Messfeld so stark, dass das andere Teilfeld keinen Einfluss mehr auf das physikalische Messfeld hat. Das physikalische Messfeld kann sich daher in diesen Drehwinkelbereichen weiterhin in Abhängigkeit des Drehwinkels nicht verändern, so dass keine eindeutige Erfassung des Drehwinkels möglich ist.For this purpose, although a dipole, such as a magnet could be used as a field sensor element, in which the physical measuring field is composed of a superposition of two subfields, which are delivered from one field pole. At certain angles of rotation, however, a field pole with its subfield dominates the physical measuring field so strongly that the other subfield no longer has any influence on the physical measuring field. The physical measuring field can therefore continue to change in these rotation angle ranges depending on the angle of rotation, so that no clear detection of the rotation angle is possible.
Um die eindeutige Erfassung dennoch zu ermöglichen, wird im Rahmen des angegebenen Sensors ein variabler Luftspalt zwischen dem Feldgeberelement und der Auswerteschaltung in Abhängigkeit des Drehwinkels verwendet. Auf diese Weise wird nicht nur das physikalische Messfeld selbst, sondern auch seine Wirkung, die es auf die Auswerteschaltung hat in Abhängigkeit des Drehwinkels variiert. Dadurch kann die Auswerteschaltung ein vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal unabhängig davon erzeugen, ob sich das physikalische Messfeld in Abhängigkeit des Drehwinkels verändert, oder nicht.In order to still enable the unambiguous detection, a variable air gap between the field generator element and the evaluation circuit is used as a function of the angle of rotation within the scope of the specified sensor. In this way, not only the physical measuring field itself, but also its effect, which it has on the evaluation circuit varies depending on the angle of rotation. As a result, the evaluation circuit can generate an output signal which is dependent on the angle of rotation independently of whether or not the physical measuring field changes as a function of the angle of rotation.
Der veränderliche Luftspalt ist dabei in Abhängigkeit des Drehwinkels als kürzester Abstand zwischen dem Feldgeberelement und der Auswerteschaltung definiert. The variable air gap is defined as a function of the angle of rotation as the shortest distance between the field sensor element and the evaluation circuit.
In einer Weiterbildung des angegebenen Sensors umfasst das Feldgeberelement in Umfangsrichtung zum Drehwinkel betrachtet zwei, beispielsweise der zuvor genannten Feldpole, wobei der veränderliche Luftspalt am geringsten ist, wenn einer der beiden Feldpole auf einer Linie durch eine Drehachse der Welle und die Auswerteschaltung liegt. Auf diese Weise können im Auswertesignal abhängig vom Drehwinkel die größten Signalsprünge erreicht werden, so dass der Drehwinkel mit einer maximalen Sensitivität erfassbar ist. In a development of the specified sensor, the field sensor element in the circumferential direction to the angle of rotation considered two, for example, the aforementioned field poles, wherein the variable air gap is lowest, if one of the two field poles lies on a line through a rotation axis of the shaft and the evaluation circuit. In this way, the largest signal jumps can be achieved in the evaluation signal depending on the rotation angle, so that the rotation angle can be detected with a maximum sensitivity.
Der veränderliche Luftspalt kann dabei beliebig, beispielsweise durch ein axial schraubenförmig verlaufendes Feldgeberelement ausgebildet werden. In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Sensors wird der veränderliche Luftspalt durch die Verwendung wenigstens eines radial und/oder axial vom Feldgeberelement abragenden Vorsprungs ausgebildet. Zweckmäßigerweise sollte der veränderliche Luftspalt durch geometrische Maßnahmen am Feldgeberelement und/oder an der Auswerteschaltung realisiert werden, was herstellungstechnisch kosten- und zeitneutral umsetzbar ist.The variable air gap can be arbitrarily formed, for example, by an axially helical field transmitter element. In a particular embodiment of the specified sensor, the variable air gap is formed by the use of at least one radially and / or axially protruding from the field sensor element projection. Expediently, the variable air gap should be realized by geometrical measures on the field-emitting element and / or on the evaluation circuit, which is technically feasible in terms of cost and time.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist der veränderliche Luftspalt durch wenigstens zwei radial und/oder axial vom Feldgeberelement abragende Vorsprünge ausgebildet, die zueinander punktsymmetrisch angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich ein symmetrisches Ausgangssignal über den Drehwinkel ausgeben, das rechentechnisch besonders einfach auswertbar ist.In another refinement of the specified sensor, the variable air gap is formed by at least two projections projecting radially and / or axially from the field generator element, which are arranged point-symmetrically with respect to each other. On In this way, a symmetrical output signal can be output via the rotation angle, which is particularly easy to evaluate computationally.
In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist der Vorsprung in Richtung des Drehwinkels im Wesentlichen gleich einem Erfassungsbereich der Auswerteschaltung in Richtung des Drehwinkels. Auf diese Weise kann das Auftreten eines konstanten Ausgangssignals über einen Wertebereich des Drehwinkels noch besser vermieden werden.In a still further development of the specified sensor, the projection in the direction of the angle of rotation is substantially equal to a detection range of the evaluation circuit in the direction of the angle of rotation. In this way, the occurrence of a constant output signal over a range of values of the rotation angle can be avoided even better.
In einer alternativen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Feldgeberelement von der Welle aus zur Auswerteschaltung betrachtet in axialer und/oder radialer Richtung elliptisch ausgebildet. Das elliptoide Feldgeberelement formt ein Ausgangssignal in Abhängigkeit des Drehwinkels, das einer Sinusform angenähert und weitestgehend frei von Oberschwingungen ist. Aus einem derartigen sinusförmigen Signal lässt sich der Drehwinkel in technisch besonders einfacher Weise ableiten.In an alternative development of the specified sensor, the field-transmitting element is elliptical in the axial and / or radial direction as viewed from the shaft for the evaluation circuit. The elliptical field generator element forms an output signal as a function of the angle of rotation, which approximates a sinusoidal shape and is largely free of harmonics. From such a sinusoidal signal, the rotation angle can be derived in a technically particularly simple manner.
Das physikalische Messfeld kann beliebig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das physikalische Messfeld ein magnetisches Feld. In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Feldgeberelement ein daher Magnet, der als Dauermagnet ohne elektrische Energieversorgung in dem Sensor eingesetzt werden kann.The physical measuring field can be designed as desired. Particularly preferably, the physical measuring field is a magnetic field. In a preferred embodiment of the specified sensor, the field-emitting element is therefore a magnet which can be used as a permanent magnet without electrical power supply in the sensor.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Feldgeberelement axial beabstandet zur Welle und radial beabstandet zu einer Drehachse der Welle angeordnet, was sich auf einem besonders geringen Bauraum darstellen lässt.In a particularly preferred development of the specified sensor, the field-emitting element is arranged axially spaced from the shaft and radially spaced from a rotational axis of the shaft, which can be represented on a particularly small space.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines zur Ausgabe eines von einem Drehwinkel abhängigen Ausgangssignals eingerichteten Sensors, insbesondere eines der vorstehenden Sensoren, die Schritte Bereitstellen einer um den Drehwinkel drehbaren Welle Anspritzen eines zum Ausgeben eines physikalischen Messfeldes eingerichteten Feldgeberelementes an ein axiales Ende der Welle, und Anordnen einer Auswerteschaltung von der Welle aus gesehen axial vor dem Feldgeberelement, die eingerichtet ist basierend auf dem physikalischen Messfeld das Ausgangssignal zu erzeugen.According to a further aspect of the invention, a method for producing a sensor configured for outputting an output signal dependent on a rotation angle, in particular one of the above sensors, comprises the steps of providing a shaft rotatable about the rotation angle injection molding of a field sensor element arranged for outputting a physical measuring field to an axial one End of the shaft, and arranging an evaluation circuit seen from the shaft axially in front of the field generator element, which is adapted based on the physical measuring field to produce the output signal.
In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Ausbilden einer Verdrehsicherung am axialen Ende vor dem Anspritzen des Feldgeberelementes.In a further development, the specified method comprises the step of forming an anti-twist device at the axial end prior to injection of the field-transmitting element.
In einer noch anderen Weiterbildung des angegeben Verfahrens umfasst ein an die Welle angespritzes Material des Feldgeberelementes einen Füllstoff, in dem magnetische Partikel aufgenommen sind.In yet another development of the specified method, a material of the field-emitting element sprayed onto the shaft comprises a filler in which magnetic particles are accommodated.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist Sensor zur Ausgabe eines von einem Drehwinkel abhängigen Ausgangssignals einem der angegebenen Verfahren hergestellt.According to a further aspect of the invention, a sensor for outputting an output signal dependent on a rotation angle is produced according to one of the stated methods.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings, in which:
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.
Es wird auf
Im Rahmen dieses Fahrwerksregelsystem
Dazu weist das Fahrwerksregelsystem in einer beispielsweise aus der
Um durch die Straßenlage bedingte Hub-, Wank- und/oder Nickbewegungen beispielsweise bei einer Kurvenfahrt zu berücksichtigen, kann der Steuervorrichtung ein geeigneter Sollwert
Es wird auf
Der Winkelsensor
Bewegt sich das entsprechende Rad
Der Winkelsensor
Wie in
Die Feldpole, die bei dem Magneten
Durch elliptische Ausbildung des Magneten
Durch die Vorsprünge
Insbesondere der in axialer Richtung hervorspringende Vorsprung
Der Magnet
Am axialen Ende
In dieses ausgehölte Halteelement
Alternativ kann am axialen Ende
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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