DE102005060906A1 - Speed and position detection device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung zur Erfassung von Drehzahlen und/oder Positionen eines drehbaren Körpers (22), mit wenigstens zwei Sensorelementen (12, 16), die mit ihren Wirkflächen (14, 18) in einem Sensierbereich (24) des Körpers (22) angeordnet sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Sensorelemente (12, 16) mit ihren Wirkflächen (14, 18) zumindest nahezu parallel ausgerichtet sind, wobei die Wirkflächen (14, 18) einen Winkel (alpha) zwischen 0 DEG und 10 DEG zueinander aufweisen.The invention is based on a speed and position detection device for detecting speeds and / or positions of a rotatable body (22), with at least two sensor elements (12, 16) which, with their active surfaces (14, 18), are in a sensing area (24) of the body (22) are arranged. DOLLAR A It is proposed that the sensor elements (12, 16) be aligned with their active surfaces (14, 18) at least almost parallel, the active surfaces (14, 18) having an angle (alpha) between 0 ° and 10 ° to one another.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einer Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a speed and position detection device according to the preamble of claim 1.

Zur Erfassung von Drehzahl oder zur Lage/Positionserkennung werden heute bei unterschiedlichsten Anwendungen applikationsspezifische Sensoren, so genannte ASICS, eingesetzt, die u.a. Sinussignale als Ausgangssignal ausgeben.to Detecting speed or position / position detection will be today Application-specific sensors for a wide variety of applications, so-called ASICS, which i.a. Sinusoidal signals as output signal output.

Werden hohe Anforderungen bezüglich der Genauigkeit gestellt, wie etwa bei Aggregaten in leistungsverzweigenden Hybridantrieben, wird das Resolverprinzip eingesetzt. Diese Art der Positions- und Drehzahlsensierung ist kostenintensiv.Become high requirements regarding accuracy, such as aggregates in power splitters Hybrid drives, the resolver principle is used. This kind The position and speed sensing is costly.

Aus der EP 740776 B1 ist eine Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper bekannt, bei dem zwei Hallsensorelemente eingesetzt werden, die um 90° zueinander versetzt an einer zu sensierenden Welle angeordnet sind.From the EP 740776 B1 a device for angle measurement in a rotatable body is known, in which two Hall sensor elements are used, which are arranged offset by 90 ° to each other on a shaft to be sensed.

Aus der EP 0877916 B1 ist eine Vorrichtung mit Absolutsensoren bekannt, mit denen Drehwinkel von mehr als 360° erfasst werden können.From the EP 0877916 B1 is a device with absolute sensors known, with which rotation angle of more than 360 ° can be detected.

Aus der EP 1 460 764 A1 ist ein Resolver bekannt, der bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden kann.From the EP 1 460 764 A1 is a resolver known that can be used at high rotational speeds.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Es wird eine Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung zur Erfassung von Drehzahlen und/oder Position eines drehbaren Körpers, mit wenigstens zwei Sensorelemente vorgeschlagen, deren Wirkflächen in einem Sensierbereich des Körpers angeordnet sind, wobei die Sensorelemente mit ihren Wirkflächen nahezu parallel ausgerichtet sind und die Wirkflächen einen Winkelversatz mit einem Winkel zwischen 0° und 10° zueinander aufweisen. Anders als bei herkömmlichen Systemen, bei denen Sensorwirkflächen um 90° oder 45° gegeneinander verkippt sein können, ist lediglich ein geringer oder verschwindender Winkelversatz der Wirkflächen vorgesehen, vorzugsweise ist der Winkelversatz geringer als 10°. Durch diese einfache und kostengünstige Anordnung kann trotzdem eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden. Die üblicherweise sinus- und cosinusförmigen Ausgangssignale über einen vorgegebenen mechanischen oder elektrischen Drehbereich werden. Es können handelsübliche ASIC-Bausteine (Application-Specific Integrated Circuit) in Kombination so angeordnet werden, dass zwei elektrisch phasenverschobene Ausgangssignale den Absolutwert der Position eines Sen sorelements ausgegeben und zudem die Fehler beider Sensorelemente gemittelt werden.It becomes a speed and position detection device for detection of rotational speeds and / or position of a rotatable body, with proposed at least two sensor elements whose active surfaces in a sensing area of the body are arranged, wherein the sensor elements with their active surfaces almost are aligned parallel and the active surfaces with an angular offset an angle between 0 ° and 10 ° to each other exhibit. Unlike conventional Systems where sensor active surfaces around 90 ° or 45 ° tilted against each other could be, is only a small or vanishing angular misalignment of active surfaces provided, preferably, the angular offset is less than 10 °. Through this simple and inexpensive arrangement Nevertheless, a high measurement accuracy can be achieved. The usual sinusoidal and cosinusoidal Output signals via Be a predetermined mechanical or electrical rotation range. It can commercial ASIC modules (Application-Specific Integrated Circuit) in combination be arranged so that two electrically phase-shifted output signals the absolute value of the position of a sen sorelements output and also the errors of both sensor elements are averaged.

In einer günstigen Ausgestaltung sind die Sensorelemente als integrierte Halbleiterbauelemente ausgebildet, bevorzugt als handelsübliche applikationsspezifische Sensoren zur Erfassung von Absolutwinkeln ausgebildet. Dies stellt eine sehr preiswerte Weiterbildung dar.In a cheap one Embodiment are the sensor elements as integrated semiconductor devices formed, preferably as a commercial application-specific Sensors designed to detect absolute angles. This poses a very inexpensive training.

In einer günstigen Ausgestaltung sind die Sensorelemente gleichartig ausgebildet.In a cheap one Design, the sensor elements are similar.

In einer alternativen Ausgestaltung sind die Sensorelemente verschieden so ausgebildet, dass das eine Sensorelement n Schwingungen als Ausgangssignal ausgibt, während das andere Sensorelement mehr oder weniger als n Schwingungen ausgibt, wenn sich der Körper um einen bestimmten Winkel dreht. Bevorzugt unterscheiden sich die als Ausgangssignal ausgegebenen Schwingungen der Sensorelemente um eine Schwingung. In der Art des Noniusprinzips können mit dieser Ausgestaltung mehr als eine Umdrehung des Körpers in Absolutwerten sensiert werden.In In an alternative embodiment, the sensor elements are different designed so that the one sensor element n vibrations as an output signal Spends while the other sensor element outputs more or less than n vibrations, when the body turns by a certain angle. Preferably, the differ emitted as output signal oscillations of the sensor elements about a vibration. In the type of vernier principle can with this embodiment more than one revolution of the body in Absolute values are sensed.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensorelemente mit dem Körper mitdrehen und ein Magnetsignal von einer feststehenden magnetischen Einrichtung detektieren.Basically be provided that the sensor elements rotate with the body and a magnetic signal from a fixed magnetic device detect.

Zeichnungendrawings

Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further Embodiments, Aspects and advantages of the invention are also independent of their summary in claims, without restriction to the general public, illustrated below by means of drawings embodiments the invention.

Im Folgenden zeigen:in the Show:

1 eine Darstellung typischer Ausgangssignale eines üblichen Absolutwertgebersystems; 1 a representation of typical output signals of a conventional absolute encoder system;

2 eine Darstellung typischer Ausgangssignale einer bevorzugten Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung; 2 a representation of typical output signals of a preferred speed and position detection device;

3 eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung; und 3 a preferred embodiment of a speed and position detection device according to the invention; and

4 Ausgangssignale einer bevorzugten Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung mit unterschiedlichen Sensorelementen. 4 Output signals of a preferred speed and position detection device with different sensor elements.

1 zeigt eine Darstellung typischer Ausgangssignale eines üblichen Absolutwertgebersystems zur eine Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung zur Erfassung von Drehzahlen und/oder Position eines drehbaren Körpers dar. Erkennbar sind die üblichen sinusförmigen und cosinusförmigen Ausgangssignale S als Funktion eines elektrischen Drehwinkels φ1 bzw. eines damit korrespondierenden mechanischen Drehwinkels φ2. 1 shows a representation of typical output signals of a conventional absolute encoder system for a speed and position detection Recognizable are the usual sinusoidal and cosinusoidal output signals S as a function of an electrical rotation angle φ1 and a mechanical rotation angle φ2 corresponding thereto.

2 zeigt eine Darstellung typischer Ausgangssignale S einer bevorzugten Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung 10, wie sie in 3 dargestellt ist. Zwei Sensorelemente 12, 16 eines drehbaren Körpers 22 sind mit ihren Wirkflächen 14, 18 in einem Sensierbereich 24 des Körpers 22 angeordnet und detektieren z.B. ein zeitlich periodisch veränderliches Magnetfeld eines Magneten 20. 2 shows a representation of typical output signals S of a preferred speed and position detection device 10 as they are in 3 is shown. Two sensor elements 12 . 16 a rotatable body 22 are with their active areas 14 . 18 in a sensing area 24 of the body 22 arranged and detect, for example, a temporally periodically variable magnetic field of a magnet 20 ,

Die Sensorelemente 12, 16 sind mit ihren Wirkflächen 14, 18 nahezu parallel ausgerichtet, wobei die Wirkflächen 14, 18 einen geringen Winkelversatz mit einem Winkel α zueinander aufweisen, der vorzugsweise weniger als 10° beträgt. Der Winkel α kann auch 0° betragen, so dass die Wirkflächen 14, 18 parallel sind.The sensor elements 12 . 16 are with their active areas 14 . 18 aligned almost parallel, with the active surfaces 14 . 18 have a small angular offset with an angle α to each other, which is preferably less than 10 °. The angle α can also be 0 °, so that the active surfaces 14 . 18 are parallel.

Die Sensorelemente 12, 16 sind integrierte als Halbleiterbauelemente ausgebildet, insbesonders als handelsübliche applikationsspezifische Sensoren (ASICs) zur Erfassung von Absolutwinkeln.The sensor elements 12 . 16 are integrated as semiconductor devices, in particular as a commercial application-specific sensors (ASICs) for detecting absolute angles.

Die Ausgangssignale S der 2 zeigen im Vergleich mit denen der 1 über denselben Winkelbereich von elektrischen und mechanischen Drehwinkeln φ1, φ2 des Körpers 22 die doppelte Anzahl von Signalen in regelmäßiger Phasenbeziehung, entsprechend der Tatsache, dass die Sensorelemente 12, 16 gleichartigen ausgebildet sind und insbesondere dasselbe Wirkprinzip aufweisen, z.B. nach dem Halleffekt oder dem magnetorestriktiven Effekt und dergl. mehr.The output signals S of 2 show in comparison with those of 1 over the same angular range of electrical and mechanical angles of rotation φ1, φ2 of the body 22 the double number of signals in regular phase relationship, corresponding to the fact that the sensor elements 12 . 16 are formed similar and in particular have the same principle of action, for example after the Hall effect or the magnetorestrictive effect and the like. More.

In 4 sind Ausgangssignale einer bevorzugten Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung 10 mit unterschiedlichen Sensorele menten 12, 16 dargestellt. Die Anordnung der Komponenten entspricht derjenigen in 3, auf deren Beschreibung verwiesen wird.In 4 are output signals of a preferred speed and position detection device 10 with different Sensorele elements 12 . 16 shown. The arrangement of the components corresponds to that in 3 , whose description is referenced.

Mittels des Noniusprinzips gibt hierbei das eine Sensorelement 12 oder 16 n Schwingungen als Ausgangssignal S aus, während das andere Sensorelement 16 oder 12 mehr oder weniger als n Schwingungen ausgibt. In der 4 sind die Sensorelemente 12, 16 so gewählt, dass das eine n Schwingungen pro mechanischer Umdrehung des Körpers 22 ausgibt und das andere n+1 Schwingungen. Damit können Umdrehungen von mehr als 360° detektiert werden.By means of the vernier principle here is the one sensor element 12 or 16 n oscillations as output signal S out, while the other sensor element 16 or 12 more or less than n outputs vibrations. In the 4 are the sensor elements 12 . 16 chosen so that the one n oscillations per mechanical revolution of the body 22 outputs and the other n + 1 vibrations. This allows revolutions of more than 360 ° to be detected.

Claims (7)

Drehzahl- und Positionserkennungsvorrichtung zur Erfassung von Drehzahlen und/oder Positionen eines drehbaren Körpers (22), mit wenigstens zwei Sensorelementen (12, 16), die mit ihren Wirkflächen (14, 18) in einem Sensierbereich (24) des Körpers (22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12, 16) mit ihren Wirkflächen (14, 18) zumindest nahezu parallel ausgerichtet sind, wobei die Wirkflächen (14, 18) einen Winkel (α) zwischen 0° und 10° zueinander aufweisen.Speed and position detecting device for detecting rotational speeds and / or positions of a rotatable body ( 22 ), with at least two sensor elements ( 12 . 16 ), with their active surfaces ( 14 . 18 ) in a sensing region ( 24 ) of the body ( 22 ) are arranged, characterized in that the sensor elements ( 12 . 16 ) with their active surfaces ( 14 . 18 ) are aligned at least nearly parallel, wherein the active surfaces ( 14 . 18 ) have an angle (α) between 0 ° and 10 ° to each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12, 16 integrierte) als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind.Device according to claim 1, characterized in that the sensor elements ( 12 . 16 integrated) are designed as semiconductor components. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12, 16) als handelsübliche applikationsspezifische Sensoren zur Erfassung von Absolutwinkeln ausgebildet sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor elements ( 12 . 16 ) are designed as commercially available application-specific sensors for detecting absolute angles. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12, 16) gleichartig ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor elements ( 12 . 16 ) are formed identically. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12, 16) verschieden so ausgebildet sind, dass das eine Sensorelement (12 oder 16) n Schwingungen als Ausgangssignal ausgibt, während das andere Sensorelement (16 oder 12) mehr oder weniger als n Schwingungen ausgibt.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor elements ( 12 . 16 ) are formed differently such that the one sensor element ( 12 or 16 ) outputs vibrations as an output signal while the other sensor element ( 16 or 12 ) outputs more or less than n vibrations. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die als Ausgangssignal ausgegebenen Schwingungen der Sensorelemente (12, 16) um eine Schwingung unterscheiden.Device according to Claim 5, characterized in that the oscillations of the sensor elements output as output signals ( 12 . 16 ) to distinguish one vibration. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz (α) geringer als 10° ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the angular offset (α) is less than 10 °.
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