DE102005011196A1

DE102005011196A1 - Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels

Info

Publication number: DE102005011196A1
Application number: DE102005011196A
Authority: DE
Inventors: Walter Schieferle; Wolfgang Welsch; Martin Wilhelm; Claus-Peter Berz; Andreas Reichert; Ralf Noltemeyer; Michael Zenker; Klaus Burkhardt; Albert Kirchbihler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: DE102005011196B4

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels bzw. Drehmoments vorgeschlagen, mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (104), mit dem die Magnetfeldinformationen eines Magnetkreises auswertbar sind, der insbesondere aufgrund eines auf einen Torsionsstab (200) wirkenden Drehmoments relativ zum Sensorelement (104) verdrehbar ist. Es sind Fluxringe (101, 102) vorhanden, die axial verlaufende, nicht ineinander greifende Zähne (111, 112) aufweisen, mit denen der magnetische Fluss zwischen dem Magnetpolrad (100) und dem Sensorelement (104) beeinflussbar ist. Die Fluxringe (101, 102) sind derart ausgebildet, dass sich das Sensorelement (104) und das Magnetpolrad (100) zwischen dem auf einem kleineren Durchmesser liegenden inneren Fluxring (101) und dem auf einem größeren Durchmesser liegenden äußeren Fluxring (102) befinden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels, insbesondere zur Erfassung eines Differenzwinkels, der durch ein auf Welle wirkendes Drehmoment hervorgerufenen wird und vorzugsweise mit einem magnetfeldempfindlichen Sensor detektierbar ist, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Sensoranordnungen werden in unterschiedlichen Ausführungsformen beispielsweise in Fahrzeugen zur Erfassung des Drehmoments an einer drehenden Welle bereits angewandt. Zum Beispiel können mit auf dem Halleffekt basierenden Sensoren Magnetfeldänderungen detektiert werden, die durch die Winkeländerung bzw. das Drehmoment verursacht werden.
Insbesondere Fahrzeuge mit elektrisch unterstützten Lenksystemen benötigen in der Regel ein Drehmomentsignal, das als Stellgröße für die Lenkunterstützung des Fahrers des Kraftfahrzeuges dienen kann.
Zu den wesentlichsten Anforderungen an diese Drehmomenterfassung gehört eine zuverlässige und plausible Erfassung entsprechender mechanischer Bewegungen, z.B. an der Lenksäule, so dass keine fehlerhafte Drehmomentsignale erzeugt werden.
Beispielsweise ist aus der EP 1 269 133 B1 ist eine solche Sensoranordnung bekannt, die im wesentlichen auf dem Prinzip beruht, dass die von einer magnetischen Struktur, z.B. auf einem Ring aneinander gereihte Einzelmagnete, ausgehenden magnetischen Feldlinien von magnetfeldbeeinflussenden mechanischen Elementen verändert werden.
Bei dieser bekannten Anordnung sind dabei zwei sogenannte Fluxringe mit einer ineinandergreifenden Zahnstruktur und der magnetischen Ringstruktur vorhanden, die so von dem Messobjekt geführt werden, dass sie bei einem auf das Messobjekt wirkenden Drehmoment eine Magnetfeldstärkevariation zwischen den magnetisch getrennten Fluxringen bewirken. Diese Magnetfeldstärkevariation kann dann mit einem oder mehreren magnetfeldempfindlichen Sensoren beispielsweise im Luftspalt erfasst werden.
Die Variation der Feldstärke und damit der Messeffekt ist umso größer, desto kleiner der Luftspalt zwischen den beiden Fluxringen bzw. zwischen den Fluxringen und der magnetischen Struktur ist. Auf der anderen Seite wird jedoch ein großer Luftspalt zwischen den zuvor beschriebenen Komponenten gefordert, um eine kostengünstige Fertigung zu ermöglichen.
Die bekannte Sensoranordnung mit der zuvor erwähnten Positionierung der Komponenten weist eine Positionierung des oder der Hall-Elemente als Sensorelemente in radialer Richtung auf. Die zwei Fluxringe sind so angeordnet, dass deren Zähne auf dem gleichen Durchmesser die Magnetfeldinformation abgreifen und den Hall-Elementen zuführen. Dies hat zur Folge, dass die Geometrie der bekannten Anordnung zwar relativ unempfindlich in tangentialer und radialer Richtung ist, jedoch wirken sich axiale Toleranzen der Hall-Elemente zu den Fluxringen gravierend auf den Messeffekt aus, da der Luftspalt vergrößert werden muss. Durch die Vergrößerung des Luftspaltes entsteht dann ein geringerer magnetischer Fluss und die Leistungsfähigkeit des Drehmomentsensors nimmt ab.
Bei den hier erwähnten Anwendungsfällen sind axiale mechanische Verschiebungen oder Toleranzen bei gängigen Lenkgetriebelagerungen höher als radiale bzw. tangentiale Verschiebungen oder Toleranzen, da die Lager des Lenkgetriebes in axialer Richtung eine geringere Steifigkeit besitzen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht von einer Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels aus, bei der mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement die Magnetfeldinformationen eines Magnetpolrades ausgewertet werden soll, das insbesondere aufgrund eines auf einen Torsionsstab wirkenden Drehmoments relativ zum Sensorelement verdreht wird. Es sind gattungsgemäß weiterhin ferromagneti sche Ringe vorhanden, die axial verlaufende Zähne aufweisen, mit denen der magnetische Fluss zwischen dem Magnetpolrad und dem Sensorelement beeinflussbar ist.

Gemäß der Erfindung sind in vorteilhafter Weise die ferromagnetischen Ringe als Fluxringe derart ausgebildet, dass sich das Sensorelement und das Magnetpolrad zwischen dem auf einem kleineren Durchmesser liegen inneren Fluxring und dem auf einem größeren Durchmesser liegenden äußeren Fluxring befinden. Mit der Erfindung kann damit ein Magnetkreiskonzept realisiert werden, bei dem das Toleranzverhalten des Magnetkreises in axialer Richtung optimierbar ist. Die erfindungsgemäßen Fluxringe weisen in besonders vorteilhafter Weise die axial verlaufende und im Unterschied zum Stand der Technik nicht ineinander greifende Zähne auf, mit denen der magnetische Fluss zwischen dem Magnetpolrad und dem Sensorelement beeinflussbar ist.

Insbesondere ist der Torsionsstab zwischen Bereichen einer Welle zur Erfassung des Drehmoments der Welle so angebracht, dass der eine Bereich das Magnetpolrad und der andere Bereich die beiden Fluxringe mitführt. Das mindestens eine Sensorelement ist dabei ortsfest an einer äußeren Halterung und frei drehbar zwischen den beiden Fluxringen dem Magnetpolrad gegenüberliegend angeordnet.

Die Zähne des inneren und des äußeren Fluxringes der erfindungsgemäßen Sensoranordnung liegen sich vorteilhafterweise jeweils gegenüber und so im Magnetkreis des Magnetpolrades und der Fluxringe, das jeweils flussleitende und flussunterbrechende Winkelbereiche gebildet sind. Die Magnetflussveränderung beim Verdrehen des Magnetpolrades relativ zu den Fluxringen kann von den Sensorelementen detektiert werden.

Eine Verringerung des lokalem magnetischen Widerstandes im Luftspalt kann durch eine geeignete mechanische Formgebung der Fluxringe erzeugt werden, um eine Homogenisierung des Feldverlaufs an der Stelle des Sensorelements bzw. eine Verringerung eines Fehlers durch eine Umlaufmodulation sowie eine Erhöhung des Feldflusses zu erreichen.

Alternativ kann auch an Stellen mit erhöhter Feldstärke im Magnetkreis der lokale magnetische Nebenschluss durch mechanische Maßnamen derart verstärkt werden, dass an der Stelle der Sensorelemente ein homogenisierter Feldverlauf existiert.

Weiterhin kann zur Homogenisierung des Feldverlaufs und Erhöhung des Feldflusses auch in vorteilhafter Weise ein Flusskonzentratohr am Sensorelement angebracht werden. Eine Überdeckung der Fluxringe mit dem Konzentratohr in axialer Richtung erhöht die Toleranzempfindlichkeit in axialer Richtung. Vorzugsweise wird der Konzentratohr in geeigneter Weise ausgeführt, z.B. beidseitige radiale Flussmittelung, um die Toleranzempfindlichkeit in radialer Richtung zu verringern. In vorteilhafter Weise erstreckt sich der Flusskonzentratohr am Sensorelement über eine vorgegebene Anzahl von Zahn/Lücken-Perioden der Fluxringe, so dass der magnetische Fluss gemittelt werden kann.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn sich gemäß einer anderen Ausführungsform im Bereich des Sensorelements ein weiteres Flussleitstück befindet, mit dem der Abstand und damit der Luftspalt zwischen den Fluxringen vergrößerbar ist, so dass der magnetische Nebenschluss verringert wird. Der magnetische Nebenschluss zwischen den Fluxringen kann auch auf einfache Weise durch ein axiales Versetzen der Stege der Fluxringen verkleinert werden, so dass der magnetisch wirksame Luftspalt vergrößert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung dadurch verbesserbar, dass ein Indexmagnet zur Erzeugung eines Indexsignals auf einen Bereich der Welle aufgebracht ist, dessen Signal mit einem örtlich festen Indexsensorelement detektierbar ist. Der Indexmagnet kann dabei auch eine größere bis vollständige Ausdehnung (360°) auf dem Umfang der Welle aufweisen, so dass auch mehrere Indexe auf dem Umfang erfassbar sind.

Alternativ ist es auch einfach zu realisieren, wenn ein Indexmagnet in das Magnetpolrad integriert ist und mit einem zusätzlichen Indexsensorelement die variierende Feldstärke als Index detektierbar ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Welle, z.B. die Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, an der mit einer Sensoranordnung ein Drehmoment erfasst werden soll,

2a, 2b eine Gesamtansicht und eine Explosionsdarstellung der Sensoranordnung zur Erfassung des Drehmomentes mit Fluxringen und einem Magnetpolrad,

3 eine schematisch abgewickelte Darstellung der Lage der Fluxringe und des Magnetpolrades nach der 2,

4 und 5 eine schematisch abgewickelte Darstellung Lage der Fluxringe und des Magnetpolrades nach der 2 mit jeweils einer Verschiebung (Verdrehung) des Magnetpolrades,

6 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Torsionsstab einer Welle,

7a, 7b wiederum eine schematisch abgewickelte Darstellung Lage der Fluxringe am Ort des Sensorelements mit einer Verschiebung der Lage des Sensorelementes,

8a, 8b eine erste Maßnahme zur Behebung des Fehlers, der durch die in der 7a, 7b gezeigte Umlaufmodulation verursacht wird,

9a, 9b eine zweite Maßnahe zur Behebung des Fehlers, der durch die in der 7a, 7b gezeigte Umlaufmodulation verursacht wird,

10 eine weitere Maßnahme zur Behebung des Fehlers, der durch die in der 7a, 7b gezeigte Umlaufmodulation verursacht wird,

11 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung eines Flussleitstücks am Sensorelement nach der 10,

12a, 12b verschiedene Ansichten des Ausführungsbeispiels nach der 11,

13 eine hinsichtlich des Ausführungsbeispiels nach der 10 erweiterte Maßnahme zur Erhöhung des magnetischen Flusses durch das Sensorelement,

14 und 15 Schnittansichten zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels mit einer axialen Verschiebung der Stege der Fluxringe zur Verringerung des magnetischen Nebenschlusses zwischen den Fluxringen und

16 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Torsionsstab einer Welle mit einer Indexmarkierung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In 1 ist eine Anordnung 1, z.B. eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, mit einer welle 2 gezeigt, an der eine Sensoranordnung 3 angebracht ist, mit der das auf die Welle 2 wirkende Drehmoment erfasst werden soll. Die Sensoranordnung 3 wird anhand der folgenden Figuren im Einzelnen beschrieben. Mit dem über eine Steckeranordnung 4 herausführbaren Ausgangssignal kann beispielsweise ein elektrisch unterstütztes Lenksystem mit einem Drehmomentsignal versorgt werden, das als Stellgröße für die Lenkunterstützung des Fahrers des Kraftfahrzeuges dient.

Aus 2a, 2b ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 3 zu entnehmen, beim dem ein Magnetpolrad 100 vorhanden ist, so dass ein durch ein auf die Welle 2 wirkendes Drehmoment zu einer Verdrehung des Magnetpolrades 100 in Fluxringen 101 und 102 führt. Das Magnetpolrad 100 ist dabei zwischen den Fluxringen 101 und 102 angeordnet, welche sich jeweils gegenüberliegende axial verlaufende Zähne 111 und 112 aufweisen.

Der durch das Magnetpolrad 100 und die Fluxringe 101 und 102 gebildete Magnetkreis ist gemäß der Erfindung demnach so aufgebaut, dass die Zähne 111 und 112 der Fluxringe 101 und 102 auf unterschiedlichen Durchmessern die Magnetfeldinformation sammeln. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der eine Fluxring 102 größer als der Außendurchmesser des Magnetpolrades 100 und der zweite Fluxring 101 ist kleiner als der Innendurchmesser des Magnetpolrades 100. Diese Anordnung weist somit keine ineinander greifende Zähne, wie beim Stand der Technik, auf.

Zur Erfassung der Magnetfeldinformation sind hier zwei Hallelemente 104 als Sensorelemente ebenfalls zwischen den Fluxringen 101, 102 örtlich fest an einer hier nicht dargestellten Halterung platziert und messen die Variation der Magnetfeldstärke, wenn sich das Magnetpolrad 1b0 in den örtlich festen Fluxringen 101, 102 dreht. Die Fluxringe 101, 102 können sich dabei um die Drehachse frei drehen, ohne das die örtlich festen Sensorelemente 104 berührt werden.

In 3 ist zur besseren Erkennbarkeit der Funktion eine schematische Abwicklung des Magnetpolrades 100 und der Fluxringe 101 und 102 auf eine Gerade gezeigt. Hier befindet sich das Magnetpolrad 100 in seiner Nullstellung und die Zähne 111 und 112 der Fluxringe 101 und 102. Dies bedeutet, dass die Zähne 111 und 112 sich in der Mitte der Magnetpolschnittstelle befinden, so dass an den bei den Fluxringen 101 und 102 die gleiche magnetische Spannung vorliegt. Somit weist die Feldstärke am Ort des Sensorelements zwischen den Zähnen 111, 112 und Stegen 121 und 122 eine Größe von 0 mT auf.

Anhand 4 und 5 soll nun gezeigt werden, wie sich die Magnetfeldinformationen ändert, wenn sich das Magnetpolrad 100 verdreht, was hier in der schematischen Darstellung als Verschiebung auftritt. In der 4 erfolgt eine Verschiebung (Verdrehung) nach links, das heißt das Magnetpolrad 100 und die Fluxringe 101, 102 erzeugen eine maximale positive Feldstärke. In der 5 erfolgt eine Verschiebung (Verdrehung) nach rechts, das heißt das Magnetpolrad 100 und die Fluxringe 101, 102 erzeugen eine maximale negative positive Feldstärke im Bereich des Sensorelements 104. Wird das Magnetpolrad 100 in der Realität in den Fluxringen 101, 102 verdreht, so entstehen somit in den Fluxringen 101, 102 unterschiedliche magnetische Flüsse. Das bedeutet, dass im Luftspalt zwischen Zahn 111 und Zahn 112 bzw. Steg 121 und 122 eine Feldstärke ungleich 0 mT vorliegt.

Aus 6 ist zur Erläuterung der Funktionsweise bei der Drehmomentmessung ein Schnitt durch die Welle 2 nach der 1, bestehend aus einem Torsionsstab 200, einem Wellenbereich 201, einem Wellenbereich 203 und einem Lager 203, im Bereich der Sensoranordnung 4 gezeigt. Zur Messung des Drehmoments ist der Torsionsstab 200 auf der einen Seite mit dem Magnetpolrad 100 verbunden. Dies geschieht über einen Magnetpolhalter 150, der am Wellenbereich 201. Auf der anderen Seite des Torsionsstabes 200 wird ein Fluxringhalter 140 mit den fest integrierten Fluxringen 101 und 102 an dem Wellenbereich 202 befestigt.

Wird nun bei der Anordnung nach der 6 zwischen dem Wellenbereich 201 und Wellenbereich 202 ein Drehmoment erzeugt, so tordiert der Torsionsstab 200 und es entsteht eine Winkeldifferenz zwischen dem Magnetpolrad 100 und Fluxringen 101 und 102. Diese Winkeldifferenz erzeugt eine Feldstärkeänderung im Bereich der Sensorelemente 104, z.B. Hallelemente, und kann in ein drehmomentabhängiges elektrisches Signal umgewandelt werden.

Zur Verbesserung der Funktion des Ausführungsbeispiels nach der 6 kann die Lagerung 203 im radialen Bereich der Zähne 111 und 112 und des Magnetpolrads 100 vorgesehen werden, wodurch die Luftspalttoleranzen günstig beeinflusst werden können.

Außerdem kann durch eine Umspritzung der Fluxringe 101 und 102 mitsamt dem Fluxringhalter 140 erreicht werden, dass keine Nahtstelle im Umlaufbereich des örtlich festen Sensorelementes 104 entsteht, weil keine Schieber im Werkzeug den Umlaufbereich unterbrechen. Das bedeutet, das Kunststoffgrate durch einen solchen Rohransatz vermieden werden und ein Verklemmen des Sensorelementes 104 im Luftspalt der Fluxringe 101 und 102 verhindert ist. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist die Verringerung der Materialmenge der Fluxringe 101, 102, da keine runde Geometrie aus einem Blech gestanzt werden muss, was zu mehr Verschnitt führt. Nach erfolgter Stanzung werden die Blechabschnitte gebogen und am Ende jeweils zu einem Fluxring 101 bzw. 102 verbunden.

Das Material der Fluxringe 102 und 102 kann z.B. ein mit NiFe gefüllter Kunststoff sein und mit deren Fluxringhalter 140 in einem sog. Zweikomponentenspritzwerkzeug gleichzeitig gespritzt werden, wodurch sich eine hohe Positionsgenauigkeit zwischen den Fluxringen 101 und 102 erreichen lässt.

Nach der anhand der 3 bis 5 beschriebenen Funktionsweise zur Erfassung der Magnetfeldinformation erzeugt das Magnetpolrad 100 ein magnetisches Feld und die Zähne 111, 112 bzw. Steg 121, 122 der Fluxringe 101, 102 führen den magnetischen Fluss zu der Stelle des Sensorelementes 104. Am Ort des Sensorelementes 104 wird somit die Feldstärke verändert, indem das Magnetpolrad 100 zwischen den Fluxringen 101, 102 relativ zu ihnen verdreht wird. Im Folgenden sollen nun erweiterte Ausführungsbeispiele vorgestellt werden, bei denen zusätzliche Komponenten bzw. Designmerkmale die Leistungsfähigkeit und die Robustheit der Sensoranordnung erhöhen können.

Aus 7a, 7b ist wiederum ein schematischer Ansatz zu entnehmen, wie eine sogenannte Umlaufmodulation einen Messfehler bewirken kann. Das bedeutet hier, dass bei einem Verdrehen (Verschieben in der Figur) des Sensorelementes 104 zur Fluxring-Magnet-Einheit 100, 101, 102, wobei das Magnetpolrad 100 in der 7a nicht dargestellt ist, eine Feldstärkemodulation als unerwünschte Umlaufmodulation detektiert wird. Somit wird bei einer konstanten Position zwischen dem Magnetpolrad 100 und den Fluxringen 101 und 102, jedoch bei einer Variation der Position des Sensorelements 104 in der dargestellten Weise ein Messfehler erzeugt. Unterhalb der 7a ist diese Modulation ebenfalls in abgewickelter Form gezeigt, wobei die gemessene Feldstärke schematisch in der 7a als das Sensorelement 104 schneidender Pfeil dargestellt ist.

Aus 8a, 8b ist ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem durch ein lokales Verändern des Luftspaltes an der Stelle des Sensorelementes 104 die zuvor erwähnte Umlaufmodulation kompensiert werden kann. Hier wird an den Stellen mit verringerter Feldstärke der Luftspalt durch eine geeignete Formgebung der Fluxringe 101 und/oder 102 zwischen den Zähnen 111 und/oder 112 verringert, so dass dort der lokale magnetische Widerstand verringert wird. Es ergibt sich somit ein Feldstärkeverlauf ohne Modulation.

In 9a, 9b ist ein weitere Ansatz zu entnehmen, bei dem durch eine lokale Veränderung des magnetischen Nebenschlusses sich die Umlaufmodulation am Ort des Sensorelementes 104 kompensieren lässt. Hier wird an den Stellen mit erhöhter Feldstärke der magnetische Nebenschluss durch mechanische Maßnamen wieder entweder einseitig oder zweiseitig derart verstärkt, dass zwischen den Zähnen 111 und/oder 112 bzw. ringförmigen Stegen 121, 122 der Fluxringe 101 und/oder 102, an denen die Zähne 111 bzw. 112 angeordnet sind, ebenfalls ein homogenisierter Feldverlauf existiert.

In einem Ausführungsbeispiel nach 10 ff. wird durch einen sogenannten Konzentratohransatz ein Teilabschnitt der Fluxringe 101 und/oder 102, vorzugsweise über eine Anzahl von Zahn/Lücke-Perioden, jeweils mit einem Flusskonzentratohr 103 der magnetische Fluss gemittelt.

Der Flusskonzentratohr 103 nach der 10 hat die Aufgabe, den magnetischen Widerstand vom Sensorelement 104 zu den Fluxringen 101 und/oder 102 zu verkleinern bzw. zu homogenisieren und dadurch den magnetischen Fluss über die Sensorelemente (Hallelemente) 104 zu konzentrieren. Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Konzentratohrs lassen sich radiale Toleranzen der Fluxringe 101, 102 kompensieren, da der Flusskonzentratohr 103 die Fluxringe 102 und/oder 102 radial beidseitig überdeckt und der magnetische Widerstand zwischen den Fluxringen 101, 102 und dem Flusskonzentratohr 103 annähernd konstant bleibt.

11 zeigt einen Schnitt durch eine Realisation des Beispiels nach der 10 mit dem Flusskonzentratohr 103. 12a, 12b zeigt jeweils eine zusammengebaute Anordnung (12a) und eine Einzelteildarstellung (12b) mit einer realen Ausführung des Flusskonzentratohrs 103. Mit diesem Ausführungsbeispiel ist eine einfache axiale Montage des Sensor- bzw. Hallelementes 104 möglich. Diese Anordnung ist bezüglich einer axialen Verschiebungen sehr unempfindlich, da die Breite der Zähne 111, 112 bzw. Stege 121, 122 der Fluxringe 101, 102 bzw. die axiale Länge der Flusskonzentratohren 103 entsprechend angepasst werden können.

Aus 13 ist ein weiter verbessertes Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Magnetkreises der Flusskonzentratohr 103 optimiert ist. Hier kann ein größerer Teil des magnetischen Flusses über das Sensorelement 104 geführt werden, da mindestens ein weiteres Flussleitstück 105 im Konzentratohr vorhanden ist. Das weitere Flussleitstück 105 ist so ausgebildet, dass es den magnetischen Fluss am Sensorelement 104 noch weiter konzentriert und so den magnetischen Nebenschluss verringert, da der Luftspalt zwischen den Fluxringen 101 und 102 im Ganzen größer wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach 14 und 15 ist eine weitere Maßnahme zur Verkleinerung des magnetische Nebenschluss vorhanden. Die 14 zeigt den bisherigen Ansatz mit axial auf gleicher Höhe liegenden Zähnen 111 und 112 bzw. Stege 121, 122 der Fluxringe 101 und 102. Nach der 15 wird der magnetische Nebenschluss dadurch verkleinert, dass der Abstand zwischen dem Steg 121 des Fluxringes 101 und dem Steg 122 des Fluxringes 102 vergrößert wird. Dies wird hier durch axiales Versetzen dieser Steg 121 und 122 erreicht, so dass damit der magnetische Nebenschlusswiderstand vergrößert ist. Der Flusskonzentratohr 103 muss in diesem Fall mindestens einseitig axial länger aufgebaut werden, wie es aus der 15 im rechten Teil ersichtlich ist.

Aus 16a, 16b ist in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem die Möglichkeit besteht ein Winkelindexsignal zu erzeugen. Es wird hierbei auf die Erläuterung zu der 6 verweisen, von der hier ausgegangen wird. Im Unterscheid zum Beispiel nach der 6 ist hier ein Indexmagnet 400 auf dem Wellenbereich 202 aufgebracht. Der Indexmagnet 400 kann mit einem örtlich festen Indexsensorelement 401 detektiert werden.

Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel am Ort des Indexsensorelements 401 die Feldstärke winkelabhängig verändert. Dies kann in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Index verwendet werden. Bei der Schnittdarstellung nach der 16b ist gestrichelt (401a) angedeutet, dass der Indexmagnet 400 auch eine Ausdehnung bis zu 360° auf dem Umfang besitzen kann, so dass auch mehrere Indexe auf dem Umfang dargestellt werden können.

Der gleiche Effekt kann auch erreicht werden, wenn, wie in der 16a angedeutet, ein Indexmagnet 410 in das bestehende Magnetpolrad 100 integriert wird. Hierbei muss dann mit einem zusätzlichen Indexsensorelement 411 die variierende Feldstärke als Index detektiert werden.

Claims

Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels mit – mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (104), mit dem die Magnetfeldinformationen eines Magnetkreises, bestehend aus einem Magnetpolrad (100) und ferromagnetischen Ringen mit axial verlaufenden Zähnen, auswertbar ist, welcher relativ zum Sensorelement (104) verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Magnetkreis mit Fluxringen (101, 102) als ferromagnetische Ringe derart ausgebildet ist, dass, sich das Sensorelement (104) und das Magnetpolrad (100) zwischen dem auf einem kleineren Durchmesser liegen inneren Fluxring (101) und dem auf einem größeren Durchmesser liegenden äußeren Fluxring (102) befinden.
Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels, der durch ein auf einen Torsionsstab (200) wirkendes Drehmoment hervorgerufen ist nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Torsionsstab (200) zwischen Wellenbereichen (201, 202) einer Welle (2) zur Erfassung des Drehmo ments der Welle (2) angebracht ist, dass – der eine Bereich (201) das Magnetpolrad (100) und der andere Bereich (202) die beiden Fluxringe (101, 102) mitführt und dass – das mindestens eine Sensorelement (104) ortsfest an einer äußeren Halterung und frei drehbar zwischen den beiden Fluxringen (101, 102) dem Magnetpolrad gegenüberliegend angeordnet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zähne (111, 112) des inneren Fluxringes (101) und des äußeren Fluxringes (102) sich jeweils gegenüberliegen und so im Magnetkreis des Magnetpolrades (100) und der Fluxringe (101,102) jeweils flussleitende und flussunterbrechende Bereiche gebildet sind, deren Auswirkung auf das Sensorelement (104) durch eine Verdrehung des Magnetpolrades (100) in den Fluxringen (102, 102) detektierbar ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der lokale magnetische Widerstand im Magnetkreis durch eine geeignete mechanische Formgebung der Fluxringe (101, 102) verringert ist, so dass ein homogenisierter Feldverlauf am Ort des Sensorelements (104) in Umlaufrichtung erreicht ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im Magnetkreis der lokale magnetische Nebenschluss durch mechanische Maßnamen verstärkt ist, so dass zwischen den Fluxringen (101, 102) am Ort des Sensorelements (104) in Umlaufrichtung ein homogenisierter Feldverlauf existiert.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Homogenisierung des Feldverlaufs und/oder Erhöhung des Feldflusses ein Flusskonzentratohr (103) am Sensorelement (104) vorhanden ist, der sich über einen Teilabschnitt der Fluxringe (101, 102) erstreckt.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Homogenisierung des Feldverlaufs und/oder Erhöhung des Feldflusses ein Flusskonzentratohr (103) am Sensorelement (104) vorhanden ist, der sich jeweils beidseitig über die Fluxringe (101, 102) erstreckt.
Sensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – sich der Flusskonzentratohr (103) am Sensorelement (104) über eine vorgegebene Anzahl von Zahn/Lücken- Perioden der Fluxringe (101, 102) erstreckt, so dass der magnetische Fluss gemittelt werden kann.
Sensoranordnung nach einem der Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – sich im Bereich des Sensorelements (104) ein weiteres Flussleitstück (105) als Flusskonzentratohr befindet, mit dem der Abstand und damit der Luftspalt zwischen den Fluxringen (101, 102) vergrößerbar ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Abstand und damit der Luftspalt zwischen den Fluxringen (101, 102) durch ein gegeneinander axiales Versetzen der Stege (121, 122) der Fluxringen (101, 102) vergrößert wird.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Lagerung (203) im radialen Bereich der Zähne (111, 112) und des Magnetpolrads (100) vorgesehen ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Umspritzung der Fluxringe (101, 102) mitsamt ei nem Fluxringhalter (140) vorgesehen ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Indexmagnet (400) zur Erzeugung eines Indexsignals auf einen Bereich der Welle (2) aufgebracht ist, dessen Signal mit einem örtlich festen Indexsensorelement (401) detektierbar ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – der Indexmagnet (400) eine größere bis vollständige Ausdehnung auf dem Umfang der Welle (2) aufweist, so dass auch mehrere Indexe auf dem Umfang erfassbar sind.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Indexmagnet (410) in das Magnetpolrad (100) integriert ist und mit einem zusätzlichen Indexsensorelement (411) die variierende Feldstärke als Index detektierbar ist.