DE10139994B4 - Device for detecting the angle of rotation - Google Patents

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Abstract

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), und 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.Device for detecting the angle of rotation, in particular for throttle and exhaust flaps, with
a swivel axis (14), the swivel angle of which is to be recorded,
a drive device (28) connected to the pivot axis (14) for pivoting the pivot axis (14),
one permanent magnet (24) arranged at a distance from the pivot axis (14) on a circular line (26), and 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,
that one sensor (34) is arranged on an inside (38) and the other sensor (32) on an outside (40) of the permanent magnet (24).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung, insbesondere zur Drehwinkelerfassung von Drosselklappen oder Abgasklappen in Abgasrückführsystemen.The invention relates to a device for detecting the angle of rotation, in particular for detecting the angle of rotation 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, ie the opening angle, of a throttle valve is shown in DE 199 03 490 described. The throttle valve is connected to a pivot axis and, via several intermediate elements, to a ring magnet arranged concentrically to the pivot axis. The ring magnet is thus rotated when the throttle valve is pivoted. Two magnetic field sensors, such as Hall sensors, are arranged in a housing cover. The two sensors are arranged outside the ring magnet, offset by 180 ° to each other. Two angle-dependent signals are generated by the two sensors. The two field development curves generated by the sensors are essentially sinusoidal, the curves being essentially linear in an angular range of ± 45 °. The provision of a ring magnet with two sensors arranged outside the ring magnet requires a large installation space. This is disadvantageous, in particular, when determining the angle of rotation of throttle and exhaust gas flaps, since these are arranged in an area of the engine in which there is little space.

DE 44 24 633 A1 betrifft einen Positionsantrieb für Schiebedächer von Kraftfahrzeugen. Zur Bestimmung unterschiedlicher Zustände des Schiebedachs sind an einer drehbaren Scheibe mehrere Magnetstreifen an unterschiedlichen Stellen der Scheibe angeordnet. Jedem Magnetstreifen ist ein Magnetsensor zugeordnet. Beim Drehen der Scheibe weisen die einzelnen Sensoren unterschiedliche Zustände auf. Durch Vergleichen der Sensorzustände ist es möglich, den Zustand des Schiebedachs zu ermitteln. DE 44 24 633 A1 relates to a position drive for sunroofs of motor vehicles. To determine different states of the sunroof, several magnetic strips are arranged on different parts of the pane on a rotatable pane. A magnetic sensor is assigned to each magnetic stripe. When the disc is turned, the individual sensors have different states. By comparing the sensor states, it is possible to determine the state of the sunroof.

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 detecting the angle of rotation, in particular 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 the 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 according to the invention for detecting the angle of rotation, which especially for Throttle and exhaust flaps are suitable in motor vehicles, has one Pivot axis whose angle is to be recorded. With the swivel axis is a drive device, such as an electric motor, for pivoting connected to the pivot axis. It is also at a distance from the pivot axis a permanent magnet is arranged on a circular line. Adjacent to that Permanent magnets are two magnetic field sensors. The determination the swivel angle of the swivel axis is due to the relative movement between the permanent magnet and the magnetic field sensors that come up an angle dependent Generate signal. According to the invention of the sensors on an inside and the other sensor on one Outside of the Permanent magnets arranged. By arranging one of the two sensors the space required for the rotation angle detection is reduced within the permanent magnet. The sensors are preferably non-contact Sensors, for example Hall 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 To provide ring segment. Even with a preferably semicircular ring segment are due to the arrangement of the sensors according to the invention generated two redundant signals. Even if one of the two fails The angle of the throttle valve is therefore safe for sensors 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 Magnet a defect of the magnet can be easily recognized. This is due to the fact that the two sensors are particularly useful for very thin magnets output the same signal. The signal is usually around the measured field voltage. Once the magnet is in one place is defective, this can be reliably determined by the two sensors become.

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 magnets with outside the ring magnet, opposite each other Sensors this is not possible because a defective point in the magnet is only from one sensor is perceived. This cannot be decided with certainty whether the magnet has a defect 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 met thus the function of OBD II (on-board diagnosis II). In particular is by the arrangement according to the invention the sensors are defective in one or the other sensor or of the magnet easily 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 100 60 486 beschrieben ist.The magnet used is preferably a diametrically magnetized magnet. Preferably a magnet is used, as in the unpublished DE 100 60 486 is described.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained below a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 1 2 shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the invention,

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

3 und 4 die Feldabwicklungskurven der beiden Magnetfeldsensoren. 3 and 4 the field development curves of the two magnetic field sensors.

In den 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 14 ist 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 the 1 and 2 is the inventive device for detecting the angle of rotation with a throttle or exhaust flap 10 connected. The flap 10 is in a channel 12 arranged and by means of a pivot axis 14 pivotable. The pivot axis 14 is with a gear 16 connected into which a pinion 18 intervenes. The pinion 18 is about a wave 20 with a drive device 22 connected. By operating the drive device 22 can thus the position of the flap 10 in the channel 12 to be changed. This is the flow rate through the channel 12 variable.

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

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 as well as the gear 16 and the pinion 18 are in one housing 28 arranged. The housing 28 is with a lid 30 closable. Within the cover, which is preferably made of plastic 30 are two opposing magnetic field sensors 32 . 34 , such as Hall sensors. The first sensor 32 is on an outside 36 of the magnet 24 arranged. The first sensor 32 opposite second sensor 34 is on an inside 38 of the magnet 24 arranged. Both sensors are designed as non-contact sensors and are at a distance from the outside 36 or the inside 38 arranged. 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.The magnet protrudes when assembled 24 into one in the lid 30 provided circular opening 40 ,

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 also in the plastic lid 30 cast board 42 connected. The circuit board 42 is about wires 44 with a plug contact 46 connected.

Von den beiden Sensoren 32, 34 werden die in den 3 und 4 dargestellten Feldabwicklungskurven erzeugt, wobei die in 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 4 gezeigt. Die beiden dargestellten Kurven sind beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 120–240° 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.From the two sensors 32 . 34 are those in the 3 and 4 generated field development curves, the in 3 curve shown is that of the outside 36 of the magnet 24 arranged sensor 32 is. The field development curve on the inside 38 of the magnet 24 arranged sensor 34 is in 4 shown. The two curves shown are, for example, essentially linear within a range of 120-240 °. An angle can be detected by one of the two sensors within this range 32 . 34 respectively. 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)

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), und 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.Device for detecting the angle of rotation, in particular for throttle and exhaust gas flaps, with a swivel axis ( 14 ) whose swivel angle is to be recorded, one with the swivel axis ( 14 ) connected drive device ( 28 ) for swiveling the swivel axis ( 14 ), one at a distance from the swivel axis ( 14 ) on a circular line ( 26 ) arranged permanent magnet ( 24 ), and two adjacent to the permanent magnet ( 24 ) arranged magnetic field sensors ( 32 . 34 ), by swiveling the swivel axis ( 14 ) a relative movement between the permanent magnet ( 24 ) and the magnetic field sensors ( 32 . 34 ) takes place so that the magnetic field sensors ( 32 . 34 ) generate an angle-dependent signal, characterized in that a sensor ( 34 ) on the inside ( 38 ) and the other sensor ( 32 ) on an outside ( 40 ) of the permanent magnet ( 24 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (32, 34) einander gegenüberliegend angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensors ( 32 . 34 ) are arranged opposite each other. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) als Ringsegment ausgebildet ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is designed as a ring segment. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) halbkreisförmig ist.Device according to one of claims 1-3, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is semicircular. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (24) diametral magnetisiert ist.Device according to one of claims 1-4, characterized in that the permanent magnet ( 24 ) is magnetized diametrically. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (32, 34) Hall-Sensoren sind.Device according to one of claims 1-5, characterized in that the sensors ( 32 . 34 ) Are Hall sensors. 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.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 ) in a housing cover ( 30 ) attached are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (32, 34) in dem Gehäusedeckel (30) eingegossen sind.Apparatus according to claim 7, characterized in that the magnetic field sensors ( 32 . 34 ) in the housing cover ( 30 ) are cast in.
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