DE102004045810B4

DE102004045810B4 - Magnetsensoranordnung

Info

Publication number: DE102004045810B4
Application number: DE102004045810A
Authority: DE
Inventors: Alexander Braun; Arno Erzberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2024-09-23
Also published as: FR2875604A1; FR2875604B1; DE102004045810A1

Abstract

Magnetsensoranordnung, – zur Auswertung der Signale eines magnetfeldempfindlichen Sensorelements (2, 3) bei dem die durch ein bewegtes Geberelement (4, 5) verursachten Magnetfeldänderungen auswertbar sind, mit – einem Permanentmagneten (1), dessen Feldverlauf bei einer Vorbeibewegung des Geberelements (4, 5) im ortsfesten Sensorelement (2, 3) ein Ausgangssignal bewirkt, wobei – zur Auswertung der Bewegung von zwei Geberelementen (4, 5) ein einziger Permanentmagnet (1) vorhanden ist und jeweils ein Pol des Permanentmagenten (1) einem Geberelement (4, 5) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – jeweils eines von zwei untereinander unabhängigen Sensorelementen (2, 3) zur Erfassung der Bewegung eines der Geberelemente (4, 5), diesem jeweiligen Geberelement (4, 5) zugeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Magnetsensoranordnung, insbesondere zur magnetischen Erfassung und Auswertung der Bewegung eines Geberrades oder eines linear bewegten Geberelements, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bekannt sind hierbei sogenannte aktive Weg-, Drehzahl- oder Positionssensoren, wie sie zum Beispiel zur Steuerung von Motoren oder auch in Getriebe- oder Fahrdynamiksteuerungen bei Kraftfahrzeugen zu Messzwecken eingesetzt werden. Mittels eines magnetfeldempfindlichen Elementes wird die Amplitude des durch ein Geberelement veränderten Magnetfeldes bestimmt und abhängig von diesem Magnetfeld beispielsweise ein Komparator geschaltet, der zu einer Änderung des elektrischen Ausgangssignals führt.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 100 09 173 A1 ( WO 2001 63213 A1 ) bekannt, bei der ein Permanentmagnet darüber hinaus noch mit einem zusätzlichen weichmagnetischen Bauteil versehen ist und die Bewegung eines ferromagnetischen Geberelements mit einem zwischen dem Permanentmagneten und dem Geberelement angeordneten magnetfeldempfindlichen Element erfasst wird. Das magnetfeldempfindliche Element kann ein einfacher oder ein differenzieller Sensor sein und auf einer Hall- oder einer anderen Magnetfeldsensor-Technologie, wie zum Beispiel AMR oder GMR, beruhen.
Aus der DE 199 55 573 A1 ist insbesondere aus den 6 und 7 bekannt, dass die Pole eines Permanentmagneten jeweils über Geberelemente an ein einziges Sensorelement magnetisch gekoppelt werden können.
Auch der DE 198 00 403 C2 ist nur eine solche Anordnung mit einem Permanentmagneten und einem Sensorelement zu entnehmen. Zwar ist hieraus für sich gesehen auch eine Gestaltung von zwei Geberrädern mit einer Zahn-/Lückengeometrie bekannt, jedoch erfolgt keine Erfassung der Zahn-Lückengeometrie über zwei voneinander unabhängige Sensorelemente.
Den Druckschriften DE 195 25 292 C2 und DE 27 45 880 C2 sind relativ komplex gestaltete Magnetfeldquellen zu entnehmen, deren Streufelder dann auch jeweils über nur einen Senor zur Bewirkung von Schaltvorgängen erfasst werden.
Aus der DE 44 00 616 C2 ist zwar bekannt, dass bei einem Positionssensor das Magnetfeld über Flussleitstücke von einem Pol eines Magneten auf zwei benachbarte Sensoren geleitet werden kann. Hierbei handelt es sich jedoch um eng benachbarte Teilflüsse mit denen lediglich eine Bewegung eines einzigen Geberelements über geometrische Unsymmetrien detektiert werden kann und somit keine voneinander unabhängige Sensorelemente vorliegen.
Auch die Druckschrift DE 36 30 271 C2 zeigt lediglich das Prinzip einer ungleichen Zahn-/Lückengeometrie bei einem Geberrad und der Erfassung eines Magnetfeldes am Geberrad über einen einzigen Magnetsensor.
Bei diesen Anordnungen kommt es in der Regel darauf an, dass die Anordnung der Magneten so gestaltet ist, dass mit möglichst wenig Bauelementen auf kleinstem Bauraum eine effektive Magnetsensoranordnung geschaffen werden kann.
Vorteile der Erfindung
Bei einer Magnetsensoranordnung zur Auswertung der Signale eines magnetfeldempfindlichen Sensorelements, bei dem in der eingangs erwähnten Art die durch ein bewegtes Geberelement verursachten Magnetfeldänderungen und die dadurch bewirkten Schaltflanken auswertbar sind, wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise zur Auswertung der Bewegung von zwei Geberelementen ein einziger Permanentmagnet oder eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen. Jeweils ein Pol des Permanentmagneten ist hierbei einem Geberelement und einem Sensorelement zur Erfassung der Bewegung des jeweiligen Geberelements zugeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Geberelement jeweils ein Geberrad, wobei die Geberräder zur Bewirkung des Ausgangssignals im jeweiligen Sensorelement jeweils mit einer Zahn-/Lückengeometrie am Umfang versehen sein können, die eine gleiche oder eine ungleiche Zahn-/Lückenzahl aufweisen.
Mit der Erfindung ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass zwei Magnetkreise mit einem Magneten gebildet werden können, wobei dann beide Pole zur Erzeugung jeweils eines Magnetkreises genutzt werden. Somit können zwei voneinander unabhängige Sensorelemente einen gemeinsamen Magneten nutzen, wobei die Wechselwirkung dieser beiden Magnetkreise bei den hier in Betracht kommenden Anwendungen vernachlässigbar ist. Es wird hiermit ein kleinst möglicher Bauraum für einen Magnetfeldsensor mit zwei radialen Geberspuren ermöglicht.
Weiterhin ist auch eine Optimierung der Magnetkreise durch sogenannte Homogenisierungsscheiben oder Flussleitstücke auf einfache Weise durchführbar. Bei dem erfindungsgemäßen Permanentmagneten ist die Geometrie nicht entscheidend, so dass mögliche Bauformen rund, eckig etc. sein können, bzw. aus sinter- und kunststoffgebundenen Magnetmaterialien bestehen können.
Ebenfalls sind bei der erfindungsgemäßen Magnetsensoranordnung viele Maßnahmen zur Grundfeldreduzierung, wie beispielsweise durch die eingangs genannte DE 100 09 173 A1 durchführbar. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Permanentmagneten zur Reduzierung der Grundmagnetisierung jeweils mit einer Kappe aus weichmagnetischen Material versehen sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Magnetfeldsensors mit zwei Geberrädern als Geberelemente, die jeweils den Polen eines einzigen Permanentmagneten zugeordnet sind und
2 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Magnetfeldsensors mit Kappen zur Reduzierung des Grundmagnetfeldes.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Magnetsensoranordnung mit einem Permanentmagneten 1 und magnetfeldempfindlichen Sensorelementen 2 und 3, beispielsweise Hallelemente, zur Erfassung der Drehbewegung von Geberrädern 4 und 5 gezeigt. Die Geberräder 4 und 5 können z. B. durch eine entsprechende Zahn-/Lückengeometrie bei einer Drehbewegung Impulse entsprechend dem jeweiligen Drehwinkel oder der Drehbewegung durch eine Modulierung des jeweils zugeordneten Magnetfeldes erzeugen.
Hierbei wird mit dem Geberrad 4 über den Magnetkreis am Nordpol des Permanentmagneten 1 das Sensorelement 2 und mit dem Geberrad 5 über den Magnetkreis am Südpol des Permanentmagneten 2 das Sensorelement 3 angesprochen.
Aus 2 ist ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem mit jeweils einer Kappe 6, die sich über den jeweiligen Nord- und Südpol des Permanentmagneten 1 erstreckt, der Einfluss des Grundmagnetfeldes auf die jeweilige Auswertung der Magnetfeldänderungen in den Sensorelementen 2 und 3 reduzieren lässt.

Claims

Magnetsensoranordnung, – zur Auswertung der Signale eines magnetfeldempfindlichen Sensorelements (2, 3) bei dem die durch ein bewegtes Geberelement (4, 5) verursachten Magnetfeldänderungen auswertbar sind, mit – einem Permanentmagneten (1), dessen Feldverlauf bei einer Vorbeibewegung des Geberelements (4, 5) im ortsfesten Sensorelement (2, 3) ein Ausgangssignal bewirkt, wobei – zur Auswertung der Bewegung von zwei Geberelementen (4, 5) ein einziger Permanentmagnet (1) vorhanden ist und jeweils ein Pol des Permanentmagenten (1) einem Geberelement (4, 5) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – jeweils eines von zwei untereinander unabhängigen Sensorelementen (2, 3) zur Erfassung der Bewegung eines der Geberelemente (4, 5), diesem jeweiligen Geberelement (4, 5) zugeordnet ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Permanentmagnet (1) zur Reduzierung der Grundmagnetisierung jeweils mit einer Kappe pro Pol (6) aus weichmagnetischen Material versehen ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Optimierung der beiden Magnetkreise des Permanentmagneten (1) durch Homogenisierungsscheiben oder Flussleitstücke vorgenommen wird.
Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Geberelement jeweils ein Geberrad (4, 5) ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Geberräder (4, 5) zur Bewirkung des Ausgangssignals im jeweiligen Sensorelement (2, 3) jeweils mit einer Zahn-/Lückengeometrie am Umfang versehen sind, die eine gleichen Zahn-/Lücken Anordnung aufweist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Geberräder (4, 5) zur Bewirkung des Ausgangssignals im jeweiligen Sensorelement (2, 3) jeweils mit einer Zahn-/Lückengeometrie am Umfang versehen sind, die eine ungleichen Zahn-Lücken Anordnung aufweist.
Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Rad mit zwei Geberelementen zur Bewirkung des Ausgangssignals im jeweiligen Sensorelement (2, 3) jeweils mit einer Zahn-/Lückengeometrie am Umfang versehen ist, die eine ungleiche Zahn-Lücken Anordnung aufweist, welche zueinander eine Codierung der Position erlauben.