DE10139994A1 - Rotation angle measurement device, especially for determination of the position of a choke or exhaust gas valve member, has a compact design based on the use of two magnetic field sensors either side of a permanent magnet - Google Patents

Rotation angle measurement device, especially for determination of the position of a choke or exhaust gas valve member, has a compact design based on the use of two magnetic field sensors either side of a permanent magnet

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Abstract

Device for rotation angle measurement comprises a rotation axle (14), the angle of which is to be determined, to which the valve flap (10) is connected. The rotation axle is linked via a gear wheel (16) and a pinion (18) to a drive device (22) for rotation of the axle. A hemispherical permanent magnet (24) is mounted on a circular line of the gear wheel for angle determination. Two magnetic field sensors (32, 34) are positioned near the inner side (38) and outer side (40) of the magnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung, insbesondere zur Drehwinkelerfassung von Drosselklappen oder Abgasklappen in Abgasrückführsystemen. The invention relates to a device for Rotation angle detection, in particular for rotation angle detection of Throttle valves or exhaust flaps in exhaust gas recirculation systems.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels, d. h. des Öffnungswinkels, einer Drosselklappe ist in DE 199 03 490 beschrieben. Die Drosselklappe ist mit einer Schwenkachse und über mehrere Zwischenelemente mit einem konzentrisch zur Schwenkachse angeordneten Ringmagnet verbunden. Der Ringmagnet wird somit beim Schwenken der Drosselklappe mitgedreht. In einem Gehäusedeckel sind zwei Magnetfeldsensoren, wie beispielsweise Hall-Sensoren, angeordnet. Die beiden Sensoren sind außerhalb des Ringmagneten um 180° zueinander versetzt angeordnet. Von den beiden Sensoren werden zwei winkelabhängige Signale erzeugt. Die beiden von den Sensoren erzeugten Feldabwicklungskurven sind im Wesentlichen sinusförmig, wobei die Kurven in einem Winkelbereich von ±45° im Wesentlichen linear sind. Das Vorsehen eines Ringmagneten mit zwei außerhalb des Ringmagneten angeordneten Sensoren erfordert einen großen Bauraum. Dies ist insbesondere bei der Drehwinkelerfassung von Drossel- und Abgasklappen nachteilig, da diese in einem Bereich des Motors angeordnet sind, in dem wenig Platz vorhanden ist. A device for determining the angle of rotation, i. H. of Opening angle, a throttle valve is in DE 199 03 490 described. The throttle valve has a swivel axis and over several intermediate elements with one concentric to Swing axis arranged ring magnet connected. The ring magnet is thus rotated when the throttle valve is pivoted. In a housing cover are two magnetic field sensors, such as for example Hall sensors arranged. The two sensors are offset by 180 ° to each other outside the ring magnet arranged. Two of the two sensors are angle-dependent Signals generated. The two generated by the sensors Field development curves are essentially sinusoidal, with the curves in an angular range of ± 45 ° essentially are linear. The provision of a ring magnet with two outside of the ring magnet sensors requires a large one Space. This is particularly the case when detecting the angle of rotation of Throttle and exhaust flaps disadvantageous because they are in one area of the engine are arranged in which there is little space.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung, insbesondere für Drossel- und Abgasklappen, mit geringem Platzbedarf zu schaffen. The object of the invention is a device for Angle of rotation detection, especially for throttle and Exhaust flaps to create with little space.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. According to the invention, the object is achieved by Features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung, die insbesondere für Drossel- und Abgasklappen bei Kraftfahrzeugen geeignet ist, weist eine Schwenkachse auf, deren Winkel erfasst werden soll. Mit der Schwenkachse ist eine Antriebseinrichtung, wie ein Elektromotor, zum Schwenken der Schwenkachse verbunden. Ferner ist im Abstand zur Schwenkachse auf einer Kreislinie ein Dauermagnet angeordnet. Benachbart zu dem Dauermagneten sind zwei Magnetfeldsensoren angeordnet. Die Bestimmung des Schwenkwinkels der Schwenkachse erfolgt aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Dauermagneten und den Magnetfeldsensoren, die herbei ein winkelabhängiges Signal erzeugen. Erfindungsgemäß ist einer der Sensoren auf einer Innenseite und der andere Sensor auf einer Außenseite des Dauermagneten angeordnet. Durch die Anordnung eines der beiden Sensoren innerhalb des Dauermagneten ist der Raumbedarf für die Drehwinkelerfassung reduziert. Bei den Sensoren handelt es sich vorzugsweise um berührungslose Sensoren, beispielsweise Hall- Sensoren. The device for detecting the angle of rotation according to the invention especially for throttle and exhaust flaps in motor vehicles is suitable, has a pivot axis whose angle is detected shall be. With the swivel axis is a drive device, like an electric motor, connected to pivot the pivot axis. Furthermore, a is at a distance from the pivot axis on a circular line Permanent magnet arranged. Adjacent to the permanent magnet two magnetic field sensors arranged. The determination of the Swivel angle of the swivel axis is based on the Relative movement between the permanent magnet and the Magnetic field sensors that produce an angle-dependent signal produce. According to the invention, one of the sensors is on one Inside and the other sensor on an outside of the Permanent magnets arranged. By arranging one of the two Sensors within the permanent magnet is the space requirement for the Angle of rotation detection reduced. The sensors are preferably around non-contact sensors, for example Hall sensors Sensors.

Auf Grund der Anordnung eines der Sensoren auf der Innenseite des Dauermagneten und des anderen Sensors auf der Außenseite des Dauermagneten ist es möglich, als Dauermagnet anstelle eines geschlossenen Ringmagneten nur ein Ringsegment vorzusehen. Auch bei einem vorzugsweise halbkreisförmigen Ringsegment werden auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung der Sensoren zwei redundante Signale erzeugt. Auch beim Ausfall einer der beiden Sensoren ist somit beispielsweise der Winkel der Drosselklappe sicher erfasst. Due to the arrangement of one of the sensors on the inside of the permanent magnet and the other sensor on the outside of the permanent magnet, it is possible as a permanent magnet instead of a closed ring magnet only one ring segment provided. Even with a preferably semicircular one Ring segment are due to the arrangement according to the invention the sensors generate two redundant signals. Even in the event of failure One of the two sensors is, for example, the angle the throttle valve securely detected.

Die Anordnung der beiden Sensoren auf gleicher Höhe bzw. einander gegenüberliegend hat ferner den Vorteil, dass insbesondere bei der Verwendung von sehr dünnen Magneten ein Defekt des Magneten einfach erkannt werden kann. Dies liegt daran, dass insbesondere bei sehr dünnen Magneten die beiden Sensoren das gleiche Signal ausgeben. Bei dem Signal handelt es sich üblicherweise um die gemessene Feldspannung. Sobald der Magnet an einer Stelle defekt ist, kann dies von den beiden Sensoren somit sicher festgestellt werden. The arrangement of the two sensors at the same height or opposite each other also has the advantage that especially when using very thin magnets Defect of the magnet can be easily recognized. This is because the fact that the two Sensors output the same signal. The signal is there usually the measured field voltage. Once the Magnet at one point is defective, this can be done by the two Sensors can thus be reliably determined.

Bei der bekannten Verwendung eines geschlossenen Ringmagneten mit außerhalb des Ringmagneten angeordneten, einander gegenüberliegenden Sensoren ist dies nicht möglich, da eine defekte Stelle in dem Magneten jeweils nur von einem Sensor wahrgenommen wird. Hierbei kann nicht mit Sicherheit entschieden werden, ob der Magnet eine defekte Stelle aufweist, oder ob der Sensor defekt ist. In the known use of a closed ring magnet with each other arranged outside the ring magnet opposite sensors this is not possible because a defective spot in the magnet from only one sensor at a time is perceived. This cannot be done with certainty decide whether the magnet has a defective area, or whether the sensor is defective.

Das erfindungsgemäße Anordnen von zwei einander gegenüberliegenden Sensoren erfüllt somit die Funktion der OBD II (On-board-Diagnose II). Insbesondere ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der Sensoren ein Defekt des einen oder des anderen Sensors oder des Magneten gut unterscheidbar. Ferner sind die Kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung geringer. The inventive arrangement of two each other opposite sensors thus perform the function of the OBD II (on-board diagnosis II). In particular, by Arrangement of the sensors according to the invention a defect of one or the other sensor or magnet well distinguishable. Furthermore, the cost of the device according to the invention lower.

Bei dem verwendeten Magneten handelt es sich vorzugsweise um einen diametral magnetisierten Magneten. Vorzugsweise wird ein Magnet verwendet, wie er in der unveröffentlichten DE 10 06 0486 beschrieben ist. The magnet used is preferably a diametrically magnetized magnet. Preferably a Magnet used as in the unpublished DE 10 06 0486 is described.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention based on a preferred Embodiment with reference to the accompanying Drawings explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of the invention,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 2 is a schematic sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 and

Fig. 3 und 4 die Feldabwicklungskurven der beiden Magnetfeldsensoren. FIGS. 3 and 4, the field processing curves of the two magnetic field sensors.

In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung mit einer Drossel- oder Abgasklappe 10 verbunden. Die Klappe 10 ist in einem Kanal 12 angeordnet und mittels einer Schwenkachse 14 schwenkbar. Die Schwenkachse 14ist mit einem Zahnrad 16 verbunden, in das ein Ritzel 18 eingreift. Das Ritzel 18 ist über eine Welle 20 mit einer Antriebseinrichtung 22 verbunden. Durch Betätigen der Antriebseinrichtung 22 kann somit die Stellung der Klappe 10 in dem Kanal 12 verändert werden. Hierdurch ist die Durchflußmenge durch den Kanal 12 variierbar. In Figs. 1 and 2, the inventive device is connected for rotation angle detection with a throttle or exhaust valve 10. The flap 10 is arranged in a channel 12 and can be pivoted by means of a pivot axis 14 . The pivot axis 14 is connected to a gear 16 , in which a pinion 18 engages. The pinion 18 is connected to a drive device 22 via a shaft 20 . The position of the flap 10 in the channel 12 can thus be changed by actuating the drive device 22 . As a result, the flow rate through the channel 12 can be varied.

Zur Erfassung des Drehwinkels der Klappe 10 bzw. der Schwenkachse 14 ist das Zahnrad 16 mit einem halbkreisförmigen Magneten 24 verbunden. Der Magnet 14 ist auf einer zur Schwenkachse 14 konzentrischen Kreislinie 26 angeordnet. To detect the angle of rotation of the flap 10 or the pivot axis 14 , the gear 16 is connected to a semicircular magnet 24 . The magnet 14 is arranged on a circular line 26 concentric with the pivot axis 14 .

Die Antriebseinrichtung 22, die Schwenkachse 14 sowie das Zahnrad 16 und das Ritzel 18 sind in einem Gehäuse 28 angeordnet. Das Gehäuse 28 ist mit einem Deckel 30 verschließbar. Innerhalb des vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Deckels 30 sind zwei einander gegenüberliegende Magnetfeldsensoren 32,34, wie beispielsweise Hall-Sensoren, angeordnet. Der erste Sensor 32 ist auf einer Außenseite 36 des Magneten 24 angeordnet. Der dem ersten Sensor 32 gegenüberliegende zweite Sensor 34 ist auf einer Innenseite 38 des Magneten 24 angeordnet. Beide Sensoren sind als berührungslose Sensoren ausgebildet und in einem Abstand zu der Außenseite 36 bzw. der Innenseite 38 angeordnet. Die beiden Sensoren 32,34 können vollständig in Kunststoff eingegossen sein. The drive device 22 , the pivot axis 14 and the gear 16 and the pinion 18 are arranged in a housing 28 . The housing 28 can be closed with a cover 30 . Inside the cover 30 , which is preferably made of plastic, two opposing magnetic field sensors 32 , 34 , such as Hall sensors, are arranged. The first sensor 32 is arranged on an outer side 36 of the magnet 24 . The second sensor 34 opposite the first sensor 32 is arranged on an inner side 38 of the magnet 24 . Both sensors are designed as contactless sensors and are arranged at a distance from the outside 36 or the inside 38 . The two sensors 32 , 34 can be completely cast in plastic.

In montiertem Zustand ragt der Magnet 24 in eine in dem Deckel 30 vorgesehene kreisringförmige Öffnung 40. In the assembled state, the magnet 24 projects into an annular opening 40 provided in the cover 30 .

Die beiden Sensoren 32,34 sind mit einer ebenfalls in den Kunststoffdeckel 30 eingegossenen Platine 42 verbunden. Die Platine 42 ist über Leitungen 44 mit einem Steckkontakt 46 verbunden. The two sensors 32 , 34 are connected to a circuit board 42 which is also cast into the plastic cover 30 . The circuit board 42 is connected to a plug contact 46 via lines 44 .

Von den beiden Sensoren 32, 34 werden die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Feldabwicklungskurven erzeugt, wobei die in Fig. 3 gezeigte Kurve diejenige des auf der Außenseite 36 des Magneten 24 angeordneten Sensors 32 ist. Die Feldabwicklungskurve des auf der Innenseite 38 des Magneten 24 angeordneten Sensors 34 ist in Fig. 4 gezeigt. Die beiden dargestellten Kurven sind beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 120-244° im Wesentlichen linear. Innerhalb dieses Bereichs kann somit eine Winkelerfassung durch einen der beiden Sensoren 32, 34 erfolgen. Auch bei Ausfall einer der beiden Sensoren ist eine Winkelerfassung weiterhin möglich. Bei der bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung von Drossel- oder Abgasklappen ist dieser Winkelbereich bei weitem ausreichend, da derartige Klappen im Allgemeinen maximal um 90° geschwenkt werden. The field development curves shown in FIGS . 3 and 4 are generated by the two sensors 32 , 34 , the curve shown in FIG. 3 being that of the sensor 32 arranged on the outside 36 of the magnet 24 . The field development curve of the sensor 34 arranged on the inside 38 of the magnet 24 is shown in FIG. 4. For example, the two curves shown are essentially linear within a range of 120-244 °. An angle can thus be detected by one of the two sensors 32 , 34 within this range. Angle detection is still possible even if one of the two sensors fails. In the preferred use of the device according to the invention for detecting the angle of rotation of throttle or exhaust gas flaps, this angular range is by far sufficient, since such flaps are generally pivoted by a maximum of 90 °.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung, insbesondere für Drossel- und Abgasklappen, mit
einer Schwenkachse (14), deren Schwenkwinkel erfasst werden soll,
einer mit der Schwenkachse (14) verbundenen Antriebseinrichtung (28) zum Schwenken der Schwenkachse (14),
einem in einem Abstand zur Schwenkachse (14) auf einer Kreislinie (26) angeordneten Dauermagnet (24),
zwei benachbart zu dem Dauermagneten (24) angeordneten Magnetfeldsensoren (32, 34),
wobei durch Schwenken der Schwenkachse (14) eine Relativbewegung zwischen dem Dauermagneten (24) und den Magnetfeldsensoren (32, 34) erfolgt, so dass die Magnetfeldsensoren (32, 34) ein winkelabhängiges Signal erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor (34) auf einer Innenseite (38) und der andere Sensor (32) auf einer Außenseite (40) des Dauermagneten (24) angeordnet ist. 1. Device for detecting the angle of rotation, in particular for throttle and exhaust gas flaps, with
a swivel axis ( 14 ), the swivel angle of which is to be recorded,
one with the pivot axis (14) connected to drive means (28) for pivoting the pivot axis (14),
a permanent magnet ( 24 ) arranged on a circular line ( 26 ) at a distance from the pivot axis ( 14 ),
two magnetic field sensors ( 32 , 34 ) arranged adjacent to the permanent magnet ( 24 ),
wherein the pivoting axis ( 14 ) causes a relative movement between the permanent magnet ( 24 ) and the magnetic field sensors ( 32 , 34 ) so that the magnetic field sensors ( 32 , 34 ) generate an angle-dependent signal,
characterized by
that one sensor ( 34 ) is arranged on an inside ( 38 ) and the other sensor ( 32 ) on an outside ( 40 ) of the permanent magnet ( 24 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (32, 34) einander gegenüberliegend angeordnet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensors ( 32 , 34 ) are arranged opposite one another. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) als Ringsegment ausgebildet ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is designed as a ring segment. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) halbkreisförmig ist. 4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is semicircular. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) diametral magnetisiert ist. 5. Device according to one of claims 1-4, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is diametrically magnetized. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (32, 34) Hall-Sensoren sind. 6. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the sensors ( 32 , 34 ) are Hall sensors. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (14) in einem Gehäuse (28) und die Magnetfeldsensoren (32, 34) in einem Gehäusedeckel (30) angeordnet sind. 7. Device according to one of claims 1-6, characterized in that the pivot axis ( 14 ) in a housing ( 28 ) and the magnetic field sensors ( 32 , 34 ) are arranged in a housing cover ( 30 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (32, 34) in dem Gehäusedeckel (30) eingegossen sind. 8. The device according to claim 7, characterized in that the magnetic field sensors ( 32 , 34 ) are cast in the housing cover ( 30 ).
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