DE102005061347A1 - Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle - Google Patents

Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle Download PDF

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Abstract

In einer Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle mit wenigstens zwei in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordneten, je ein eigenes Magnetfeld aufweisenden Magnetelementen kann wenigstens ein Magnetelement die Form eines magnetisierbaren Rings (1 bzw. 2) aufweisen. Wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (3, 4) sind in einer Reihe parallel zu der Welle angeordnet. Von diesen befindet sich mindestens einer in radialem Abstand neben dem zugehörigen Magnetelement. Um die beiden Magnetfeldsensoren (3, 4) eng benachbart zueinander anzuordnen, ohne eine komplizierte Magnetisierung der Magnetelemente zu erfordern, sind wenigstens zwei magnetisierbare Ringe (1, 2) als Magnetelemente diametral magnetisiert. Die Magnetfeldsensoren (3, 4) sind neben Umfängen der diametral magnetisierten Ringe (1, 2) parallel zu der Welle derart angeordnet, dass jeder jeweils eine radiale Komponente des Magnetfelds des zugeordneten Rings (1 bzw. 2) erfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur Messung des Drehwinkels einer Welle sind ausser optischen Verfahren auch Verfahren bekannt, bei denen ein mit der Welle verbundenes Magnetfeld mittels Sensoren abgetastet wird.
  • Zur Absolutmessung und zur Feinmessung eines Drehwinkels, der mit hoher Genauigkeit gemessen werden soll, gehört ein Drehgeber mit einer auf einer Welle konzentrisch angeordneten ersten Scheibe, in deren inneren Bereich ein magnetischer Nordpol und ein magnetischer Südpol auf einer durch den Mittelpunkt der ersten Scheibe gehenden Linie ausgebildet sind, und in deren Bereich magnetische Nordpole und magnetische Südpole in konstantem – kleineren – Winkelabstand angeordnet sind ( DE 44 40 214 C2 ). Konzentrisch zu der ersten Scheibe ist auf der Welle eine zweite Scheibe angeordnet, die als Chip mit vier Hallsensoren ausgebildet ist. Im einzelnen ist in einem inneren Bereich der zweiten Scheibe auf der der ersten Scheibe zugewandten Seite ein erster und ein zweiter Hallgenerator hinsichtlich des Scheibenmittelpunktes um 90° zueinander versetzt integriert angeordnet. In dem äusseren Bereich der zweiten Scheibe sind wiederum auf der der ersten Seite zugewandten Seite ein dritter und ein vierter Hallgenerator hinsichtlich des Mittelpunktes um die Hälfte des konstanten Winkelabstandes zueinander versetzt integriert angeordnet. Die erste Scheibe ist relativ zu der zweiten Scheibe drehbar gelagert. Eine Auswerteschaltung kann auf demselben Chip integriert sein wie die vier Hallsensoren. Bei diesen Drehgebern ist nachteilig, dass die Ausbildung der zweiten Scheibe, die einen Chip darstellt, mit der Anordnung der Hallsensoren von dem Durchmesser der ersten magnetisierten Scheibe abhängig ist, insbesondere von der Position der magnetisierten Bereiche auf der ersten Scheibe. Für verschiedene Anwendungen individuell angepasster Drehgeber kann daraus ein hoher Herstellungs- und Lagerhaltungsaufwand resultieren.
  • Bekannt ist auch eine Anordnung zur Detektierung des Drehwinkels einer Welle, welche die weiteren Merkmale des Oberbegriffs der eingangs genannten Gattung aufweist ( DE 102 21 340 A1 ). In dieser bekannten Anordnung ist wenigstens ein Magnetelement ein auf der Welle angeordneter magnetisierbarer Ring, zu dessen Aussenumfang benachbart ein feststehender Sensor angeordnet ist. Das Magnetelement kann mehrere in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordnete, jeweils ein eigenständiges Magnetfeld erzeugende Magnetspuren aufweisen, die sich ringförmig um die Wellen erstrecken. Unmittelbar über den Magnetspuren sind magnetoresistive Sensorelemente angeordnet, von denen je zwei in einer Reihe in axialer Richtung der Welle positioniert sind. Mit den insgesamt vier magnetoresistiven Sensorelementen, die gleichzeitig vier unterschiedliche Magnetfelder erfassen, lässt sich ein kodiertes Signal zur Erfassung des Drehwinkels erzeugen. Nachteilig ist die hierzu vorgesehene Magnetisierung des das Magnetfeld bzw. die Magnetfelder erzeugenden Magnetelements, indem durch die Magnetisierung jeweils ein Magnetfeld erzeugt werden soll, welches – auf die Welle bezogen – eine axiale Komponente und eine tangentiale Komponente hat. Das Magnetfeld soll insbesondere im genutzten Bereich keine radiale Komponente aufweisen. Das Magnetelement kann in komplizierter Weise dadurch magnetisiert werden, dass es mit einem starken Dauermagneten in Kontakt gebracht wird, der beim Vorbeidrehen der Welle an dem Dauermagneten rechtwinklig zu der Drehachse des Dauermagneten gedreht wird. Dadurch ändert sich die Richtung des auf die Welle aufgebrachten Magnetfeldes, das mit der Sensoranordnung erfasst werden kann, um einen Drehwinkel der Welle als Arkus-Tangens aus dem Quotienten zweier Signalspannungen aus zwei Sensoren zu ermitteln. Bekannt ist auch eine Magnetisierungsvariante, in der die Magnetisierungsrichtung des Magnetfeldes jeweils nur zwei stark unterschiedliche Richtungen aufweist, woraus sich die Werte 0 oder 1 eines Digitalcodes darstellen lassen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, dass wenigstens zwei Sensoren in einer Reihe in axialer Richtung der Welle auf einem gemeinsamen Träger eng benachbart angeordnet werden können, und zwar unabhängig von dem Wellendurchmesser bzw. Durchmesser der Magnetelemente bzw. Magnetelementanordnungen und dies ohne eine komplizierte Magnetisierung der Magnetelemente zu erfordern.
  • Diese Aufgabe wird mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei der wesentlich ist, dass die auf der Welle vorgesehenen magnetisierbaren Ringe diametral magnetisiert sind. In Kombination mit diesen sind zwei jeweils ein äußeres Magnetfeld jedes der Ringe erfassende Magnetfeldsensoren in einer Reihe parallel zu der Welle, d.h. achsparallel, angeordnet, wobei die Magnetfeldsensoren in dichtem Abstand neben den Umfängen der diametral magnetisierten Ringe einfach montiert werden können. Eine diametrale Magnetisierung der magnetisierbaren Ringe gehört an sich zum Stand der Technik und ist leicht realisierbar.
  • Eine starke radiale äussere Magnetfeldkomponente am Umfang des diametral magnetisierten Rings kann bevorzugt mit einem Hallsensor erfasst werden. Es ist aber auch möglich, am Umfang eines solchen Rings Magnetfeldkomponenten in radialer Richtung mit einem MR-Sensor zu erfassen.
  • Soweit in dieser Anmeldung die körperliche Ausrichtung der Magnetfeldsensoren unter Bezugnahme auf die Welle definiert ist, ist auch dann, wenn die Ringe bzw. Magnetscheiben nicht auf der Welle montiert sind, die Mittelachse der Welle in montierter Position gemeint.
  • Die obige Grundanordnung ermöglicht eine eng benachbarte Positionierung der Magnetfeldsensoren auf dem gemäss Anspruch 2 bevorzugten gemeinsamen Träger, womit die Sensoren wenig empfindlich gegen Temperatureinflüsse und Fremdfelder sind. Weiter bevorzugt ist eine einheitliche Bauform des gemeinsamen Trägers.
  • Die diametral magnetisierten Ringe können eine praktisch beliebige Torusquerschnittsform, wie rund, rechteckig, quadratisch, aufweisen. Statt dessen können aber auch Magnetscheiben, die in ihrem Zentrum zumindest weitgehend geschlossen sind und diametral magnetisiert sind, vorgesehen sein.
  • Die magnetischen Ringe bzw. Magnetscheiben einer Anordnung weisen in der Regel bevorzugt einen gleichen Aussendurchmesser auf.
  • In einer Ausführungsform der Anordnung erfassen die beiden in einer Reihe in axialer Richtung angeordneten Magnetfeldsensoren entsprechend ihrer Empfindlichkeitsrichtung die Magnetfelder jeweils einer von zwei diametral magnetisierten Ringen bzw. Magnetscheiben, die gegeneinander um 90° verdreht angeordnet sind. Aus den Signalen dieser Magnetfeldsensoren kann die Arkus-Tangens-Funktion des Drehwinkels genau mit bekannten digitalen oder analogen Schaltungen ermittelt werden.
  • Es ist auch möglich, die beiden Ringe bzw. Magnetscheiben hinsichtlich ihrer Magnetisierungsrichtung um weniger als 90° gegeneinander verdreht anzuordnen, was aber die Auswertung komplizieren kann und grössere Fehler hervorrufen kann.
  • Mit einer Anordnung gemäss Anspruch 6, in der ein dritter Ring bzw. eine dritte Magnetscheibe mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand ko axial zu den beiden diametral magnetisierten Ringen bzw. Magnetscheiben angeordnet wird und mit einem dritten Magnetfeldsensor abgetastet wird, der vorzugsweise in einer Reihe mit den beiden anderen Magnetfeldsensoren parallel zu der Welle auf dem gleichen Träger angeordnet sein kann, lässt sich die Messgenauigkeit weiter erhöhen. Auch hier haben alle drei Ringe bzw. drei Magnetscheiben untereinander den gleichen Aussendurchmesser.
  • Es ist aber auch möglich, den dritten Ring bzw. die dritte Magnetscheibe mit mehreren Magnetpolen, die deswegen auch als Multipolrad bezeichnet werden kann, gemäss Anspruch 7 mit grösserem Durchmesser als die beiden Ringe bzw. Magnetscheiben, die diametral magnetisiert sind, auszubilden. Hierzu ist der dritte Sensor für den Einsatz eines gemeinsamen Trägers bevorzugt zusammen mit den Sensoren der beiden diametral magnetisierten Ringe bzw. Magnetscheiben in einer Reihe parallel zu der Welle angeordnet, obwohl die dritte Magnetscheibe, die die inkrementale Magnetspur aufweist, den grösseren Aussendurchmesser bzw. Aussenumfang hat. Mit der grossen Magnetscheibe, die die inkrementale Magnetspur aufweist, kann eine besonders hohe Genauigkeit der Winkelmessung erreicht werden. Der dritte Magnetfeldsensor ist so ausgebildet, dass er das Magnetfeld der dritten Magnetscheibe in axialer und tangentialer Richtung erfasst. Die beiden anderen Magnetfeldsensoren können wiederum diejenigen der Grundanordnung sein.
  • In einer Variante der erfindungsgemässen Lösung ist es mit einer Anordnung der eingangs genannten Gattung aber auch möglich, eine hohe Genauigkeit der Winkelmessung mit nur einem diametral magnetisierten Ring bzw. einer diametral magnetisierten Magnetscheibe und einem zweiten magnetisierten Ring bzw. einer zweiten Magnetscheibe zu erreichen, der bzw. die eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist, also ein Multipolrad darstellt. In diesem Fall sind gemäss Anspruch 8 ein erster und ein zweiter das Magnetfeld des diametral magnetisierten Rings erfassender Magnetfeldsensor hinsichtlich der Welle, an der die beiden Ringe bzw. Magnetscheiben koaxial angeordnet sind, um 90° versetzt neben dem Umfang des er sten Rings bzw. der ersten Magnetscheibe angeordnet und ein dritter, die inkrementale Magnetspur erfassender Magnetfeldsensor ist neben dem Umfang des zweiten Rings bzw. der zweiten Magnetscheibe und mit dem ersten Magnetfeldsensor in einer Reihe parallel zu der Welle angeordnet. Es kann also ein einheitlicher Träger der beiden Magnetfeldsensoren unabhängig von dem Aussendurchmesser der beiden magnetisierten Ringe bzw. Magnetscheiben verwendet werden. Der erste und der zweite Magnetfeldsensor kann wiederum wie der erste bzw. der zweite Magnetfeldsensor der Grundanordnung ausgebildet sein, und der dritte Magnetfeldsensor erfaßt die radiale und/oder tangentiale Magnetfeldkomponente des Multipolrads.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Abtastpositionen, an denen die Magnetpolbereiche der beiden diametral magnetisierten Ringe bzw. Magnetscheiben abgetastet werden, nicht um 90° gegeneinander in Umfangsrichtung der Ringe versetzt anzuordnen, sondern gemäss Anspruch 9 in einem kleineren Winkel. Diese Möglichkeit wird vor allem genutzt, wenn sich die um 90° gegeneinander versetzte Anordnung der Magnetfeldsensoren aus räumlich konstruktiven Gründen der Umgebung verbietet, da die Auswertung der Messsignale der Sensoren komplizierter sein kann und die Genauigkeit herabgesetzt sein kann.
  • Vier Ausführungsbeispiele bzw. Varianten der erfindungsgemässen Anordnung werden im folgenden anhand einer Zeichnung mit vier Figuren erläutert, woraus sich weitere Einzelheiten der Anordnungen ergeben können. Es zeigen:
  • 1 eine Grundanordnung mit zwei Magnetscheiben, die mit je zwei Polbereichen magnetisiert sind, wobei die Polbereiche der beiden Magnetscheiben um 90° gegeneinander gedreht sind,
  • 2 eine erste Variante der Grundanordnung gemäss 1, ergänzt mit einer dritten Magnetscheibe, die als Multipolrad ausgebildet ist,
  • 3 eine zweite Variante der Grundanordnung zweier diametral magnetisierter Magnetscheiben gemäss 1 in Verbindung mit einem Polrad grösseren Durchmessers und
  • 4 eine Anordnung mit nur einer diametral in zwei Polbereichen magnetisierten Magnetscheibe, an deren Aussenumfang zwei Magnetfeldsensoren in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, ergänzt mit einer Multipolscheibe mit gleichem Aussendurchmesser.
  • In der Grundanordnung gemäss 1 sind zwei diametral magnetisierte Ringe mit 1 und 2 bezeichnet, die koaxial auf einer nicht dargestellten Welle angeordnet sein können. Beide Ringe sind so diametral magnetisiert, dass sich zwei Magnetpolbereiche in jeder Magnetscheibe ausbilden, die mit N und S bezeichnet sind. Die beiden Ringe 1, 2 sind – wie in 1 dargestellt – um 90° gegeneinander gedreht, so dass der Übergang zwischen zwei Polbereichen des einen Rings sich in der Mitte eines der Polbereiche des anderen Rings befindet. Durch die Kombination der beiden diametral magnetisierten Ringe sind die Polbereiche insgesamt um ein Viertel der Periodenlänge gleich einer Umdrehung der Ringe bzw. der Welle versetzt.
  • An einer beliebigen Stelle des Umfangs der beiden Ringe 1, 2 sind zwei Magnetfeldsensoren 3 und 4 angeordnet, die im Falle von Hallsensoren im wesentlichen die radiale Komponente der Magnetfelder erfassen, die von den Magnetscheiben 1 und 2 ausgehen. Dies ist auch bei Einsatz von magnetoresistiven Sensoren möglich. Die beiden Magnetfeldsensoren 3, 4 liegen in einer – in der zeichnerischen Darstellung – vertikalen Linie parallel zu der Welle und sind auf einem gemeinsamen, nicht dargestellten Träger aufgebracht, der z.B. als Leiterplatte oder als Chip realisiert sein kann, der auch die Auswerteelektronik beinhaltet und mit den Magnetfeldsensoren elektrisch verbunden ist.
  • Die Auswerteschaltung kann in an sich bekannter Weise so ausgebildet sein, dass die von den beiden Magnetfeldsensoren 3, 4 erzeugten sinusförmigen Si gnale, von denen eines gegenüber dem anderen um 90° versetzt ist, und somit eigentlich ein Kosinussignal darstellt, miteinander so in Beziehung gebracht werden, dass der Wert des Arkus-Tangens der Winkellage der Welle bezogen auf die beiden Sensoren gebildet wird, um einen Absolutwinkel zu erhalten. Der Absolutwinkel kann aber auch z.B. durch eine Datentabelle, die in einem Controller abgelegt ist, ermittelt werden.
  • In einer Weiterbildung der in 1 dargestellten Grundanordnung der beiden magnetisierten Ringe 1 und 2 ist diese gemäss 2 ergänzt mit einem dritten magnetisierten Ring 5, der, wie mit den Abkürzungen N und S angedeutet, mit einer Vielzahl von Magnetpolen in konstantem Winkelabstand radial magnetisiert ist, die eine inkrementale Magnetspur bilden.
  • Dem dritten magnetisierten Ring ist ein weiterer, nämlich dritter Magnetfeldsensor 6 zugeordnet, der auf dem gleichen Träger und somit in der gleichen Ebene wie die beiden Magnetfeldsensoren 3 und 4 liegen kann und vorzugsweise mit diesen wie in 2 dargestellt in einer Reihe parallel zu der Welle angeordnet ist. Damit kann die Herstellung des nicht dargestellten Trägers der Magnetfeldsensoren vereinfacht werden. Mit dem Analogsignal, das der dritte Magnetfeldsensor abgibt, ist eine Feinmessung des Drehwinkels der Welle in an sich bekannter Weise realisierbar.
  • Es sei bemerkt, dass in sämtlichen Figuren übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Demgemäss sind die Magnetfeldsensoren 3 und 4 jeweils gleich ausgebildet.
  • Statt der Anordnung des dritten Magnetfeldsensors 6 in der Ausführungsform gemäss 2, bei dem dieser die inkrementale Magnetspur des dritten magnetisierten Rings 5 am Umfang abtastet, kann ein dritter Magnetfeldsensor 6a aber einen dritten magnetisierten Ring 5a in der Variante gemäss 3 weiter innen, nämlich innerhalb dessen Aussenumfangs seitlich abtasten, wie im ein zelnen in 3 gezeigt. Der dritte magnetisierte Ring 5a, der eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist, wobei die Anzahl Magnetpole grösser ist als diejenige des ersten und zweiten magnetisierten Rings 1, 2, hat in der Variante gemäss 3 einen grösseren Aussendurchmesser und damit Aussenumfang als die Ringe 1 und 2. Damit ist der Einsatz einer fertigungsgünstigen Magnetfeldsensoranordnung auf einem gemeinsamen Träger möglich, wobei insbesondere die Magnetfeldsensoren 3, 4 und der dritte Magnetfeldsensor 6a in einer Reihe parallel zu der Welle angeordnet sind bzw. in 3 übereinanderliegen, was mit einer nicht bezeichneten durchbrochenen Linie angedeutet ist.
  • Ansonsten weisen sämtliche Magnetscheiben der Anordnungen gemäss den 1 und 2 vorzugsweise gleichen Aussendurchmesser auf, so dass die Magnetfeldsensoren 3, 4, 6, also einschliesslich des dritten Magnetfeldsensors 6, achsparallel in geringem Abstand zu den Umfängen der Ringe 1, 2, 5 positioniert werden können, um grosse präzise Signale zu erzeugen.
  • Als dritter Magnetfeldsensor 6a zur Abtastung des Magnetfelds des magnetisierten Rings 5a mit der inkrementalen Magnetspur in 3 kommen hier Sensoren in Betracht, welche die axiale und tangentiale Magnetfeldkomponente des Multipolrads erfassen, zum Beispiel magnetoresistive Sensoren. Besonders vorteilhaft sind polangepasste MR-Sensoren, d.h. Sensoren mit Sensorbereichen, die dem Verlauf der magnetischen Feldstärke in Messrichtung angepasst sind.
  • Während die Grundanordnung und beide voranstehende Varianten der Anordnung gemäss den 1, 2 und 3 zwei diametral magnetisierte Ringe 1, 2 mit zugehörigen achsparallel, d.h. parallel zu der Welle, angeordneten Magnetfeldsensoren 3, 4 umfassen, wobei die Polbereiche der beiden magnetisierten Ringe jeweils um 90° gegeneinander verdreht sind, weist die Variante gemäss 4 nur einen einzigen diametral magnetisierten Ring 1 mit zwei Magnetpolbereichen N und S auf, die sich jeweils über 180° des Rings erstrecken. Bei dieser Variante ist ausser dem ersten Magnetfeldsensor 3 am Umfang des Rings ein zweiter Magnetfeldsensor 4a in Umfangsrichtung um 90° gegenüber dem ersten Magnetfeldsensor 3 versetzt angeordnet. Der zweite Magnetfeldsensor 4a dient auch hier zur Abtastung des Magnetfelds am Umfang des Rings und hat eine Empfindlichkeitsrichtung wie der Magnetfeldsensor 3 bzw. 4. Er generiert ein Signal, welches gegenüber demjenigen, das mit dem ersten Magnetfeldsensor 3 erzeugt wird, um 90° versetzt ist, entsprechend dem zweiten Magnetfeldsensor 4 in der Grundanordnung bzw. den Varianten gemäss den 1, 2 und 3.
  • In 4 ist der erste diametral magnetisierte Ring 1, ähnlich wie die Variante gemäss 2 den dritten Ring 5 aufweist, ergänzt mit dem zweiten Ring 5, der eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand trägt, wobei der erste Ring 1 und der zweite Ring 5 wiederum koaxial zur Achse der nicht dargestellten Welle angeordnet ist. In einer Reihe achsparallel untereinanderliegend und vorzugsweise auf einem nicht dargestellten Träger sind hier der Magnetfeldsensor 3, der sich am Umfang des diametral magnetisierten Rings 1 befindet, und der dritte Magnetfeldsensor 6 am Umfang des zweiten Rings bzw. Polrads 5 angeordnet, woraus sich die gleiche Signalerzeugung ergeben kann, wie zu der Variante gemäss 2 beschrieben.
  • Als erster Magnetfeldsensor 3 und zweiter Magnetfeldsensor 4 bzw. 4a an den Umfängen der diametral magnetisierten Scheiben, um jeweils ein Magnetfeld dieser Scheiben zu erfassen, eignen sich wiederum besonders bevorzugt Hallsensoren, mit denen im wesentlichen die radiale Komponente der Magnetfelder erfasst wird, oder auch magnetoresistive Sensoren mit solcher Montagerichtung, dass ebenfalls die radiale Komponente des Magnetfelds erfaßt wird. Verschiedene Varianten solcher magnetoresistiver Sensoren sind unter den Abkürzungen AMR, GMR, EMR, CMR, GMI und TMR bekannt. In Betracht kommen für diese Anwendung auch Feldplatten und Fluxgates.
  • Als der oben bezeichnete dritte Magnetfeldsensor 6 zur Abtastung des Magnetfelds des magnetisierten Rings 5 mit der inkrementalen Magnetspur gemäss 2 und 4 kann ebenfalls einer der voranstehend genannten Hallsensoren oder magnetoresistiven Sensoren (MR-Sensoren) eingesetzt werden.
  • 1
    magnetisierter Ring
    2
    zweiter magnetisierter Ring
    3
    Magnetfeldsensor
    4, 4a
    zweiter Magnetfeldsensor
    5
    magnetisierter Ring
    5a
    dritter magnetisierter Ring
    6, 6a
    dritter Magnetfeldsensor

Claims (13)

  1. Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle mit wenigstens zwei in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordneten je ein eigenes Magnetfeld aufweisenden Magnetelementen, wobei ein Magnetelement die Form eines magnetisierbaren Rings aufweisen kann, sowie mit je mindestens einem in radialem Abstand neben dem Magnetelement angeordneten Magnetfeldsensor, wobei wenigstens zwei Magnetfeldsensoren in einer Reihe in axialer Richtung der Welle, d.h. achsparallel, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei magnetisierbare Ringe (1, 2) als Magnetelemente vorgesehen sind, die diametral magnetisiert sind, und dass wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (3, 4) neben Umfängen der diametral magnetisierten Ringe in der Reihe achsparallel derart angeordnet sind, dass jeder jeweils eine radiale Komponente des Magnetfelds eines der beiden Ringe (1, 2) erfasst.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Reihe angeordneten Magnetfeldsensoren (3, 4) auf einem gemeinsamen Träger aufgebaut sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente als Magnetscheiben ausgebildet sind.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (1, 2) bzw. Magnetscheiben hinsichtlich ihrer Magnetisierungsrichtung um 90° verdreht angeordnet sind.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (1, 2) bzw. Magnetscheiben hinsichtlich ihrer Magnetisierungsrichtung um weniger als 90° gegeneinander verdreht angeordnet sind.
  6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Ring (5) bzw. eine dritte Magnetscheibe koaxial zu den beiden Ringen (3, 4) bzw. Magnetscheiben in axialen Abständen zu diesen angeordnet ist, dass der dritte Ring (5) bzw. die dritte Magnetscheibe eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist und dass neben dem Umfang des dritten Rings (5) bzw. der dritten Magnetscheibe ein dritter, die inkrementale Magnetspur erfassender Sensor (6) vorzugsweise in einer Reihe mit den Magnetfeldsensoren der beiden diametral magnetisierten Ringe (1, 2) bzw. Magnetscheiben achsparallel angeordnet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Ring bzw. eine dritte Magnetscheibe (5a) koaxial zu den beiden diametral magnetisierten Ringen (1, 2) bzw. Magnetscheiben in axialen Abständen zu diesen angeordnet ist, dass der dritte Ring (5a) bzw. die dritte Magnetscheibe eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist und einen Aussenumlauf grösser als derjenige der beiden diametral magnetisierten Ringe (1, 2) bzw. Magnetscheiben besitzt und dass ein dritter Sensor (6a), mit dem die inkrementale Magnetspur erfasst wird, vorzugsweise mit den Magnetfeldsensoren (3, 4) der beiden diametral magnetisierten Ringe (1, 2) bzw. Magnetscheiben in einer Reihe achsparallel sowie innerhalb des Aussenumfangs des dritten Rings (5a) bzw. der dritten Magnetscheibe angeordnet ist.
  8. Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle mit wenigstens zwei in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordneten je ein eigenes Magnetfeld aufweisenden Magnetelementen in Form eines magnetisierbaren Rings sowie mit je wenigstens einem in radialem Abstand neben dem Magnetelement angeordneten Magnetfeldsensor, wobei wenigstens zwei Magnetfeldsensoren in einer Reihe in axialer Richtung der Welle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster (1) der beiden magnetisierbaren Ringe bzw. flachen Magnetscheiben diametral magnetisiert ist, dass ein zweiter (5) der beiden magnetisierbaren Ringe bzw. Magnetscheiben eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist, dass ein erster und ein zweiter, eine radiale Komponente des Magnetfelds erfassender Magnetfeldsensor (3, 4a) hinsichtlich der Welle um 90° versetzt neben dem Umfang des ersten Rings (1) bzw. der ersten Magnetscheibe angeordnet sind und dass ein dritter, die inkrementale Magnetspur erfassender Sensor (6) neben dem Umfang des zweiten Rings (5) bzw. der zweiten Magnetscheibe, vorzugsweise in einer Reihe mit dem ersten Sensor achsparallel angeordnet ist.
  9. Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle mit wenigstens zwei in axialer Richtung der Welle nebeneinander angeordneten je ein eigenes Magnetfeld aufweisenden Magnetelementen in Form eines magnetisierbaren Rings sowie mit je wenigstens einem in radialem Abstand neben dem Magnetelement angeordneten Magnetfeldsensor, wobei wenigstens zwei Magnetfeldsensoren in einer Reihe in axialer Richtung der Welle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der beiden magnetisierbaren Ringe bzw. flachen Magnetscheiben diametral magnetisiert ist, dass ein zweiter der beiden magnetisierbaren Ringe bzw. Magnetscheiben eine inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist, dass ein erster und ein zweiter, ein Magnetfeld erfassender Magnetfeldsensor hinsichtlich der Welle um weniger als 90° versetzt neben dem Umfang des ersten Rings bzw. der ersten Magnetscheibe angeordnet sind und dass ein dritter, die inkrementale Magnetspur erfassender Sensor neben dem Umfang des zweiten Rings bzw. der zweiten Magnetscheibe in einer Reihe mit dem ersten Sensor und achsparallel angeordnet ist.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die neben dem diametral magnetisierten Ring (1, 2) bzw. der Scheibe angeordneten Sensoren Hallsensoren sind.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die neben den diametral magnetisierten Ringen (1, 2) bzw. der Magnetscheiben angeordneten Sensoren magnetoresistive Sensoren sind.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7, 8, 9 dadurch gekennzeichnet, dass der den magnetisierbaren Ring bzw. die Magnetscheibe (5, 5a), der bzw. die die inkrementale Magnetspur mit mehreren Magnetpolen in konstantem Winkelabstand aufweist, abtastende Sensor (6, 6a) ein polangepasster Anisotrop-Magnetoresistiver (AMR)-Sensor ist.
  13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger der Magnetfeldsensoren eine Auswerteelektronik angeordnet ist, die mit den Magnetfeldsensoren in elektrischer Verbindung steht.
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WO2012027765A1 (de) * 2010-09-01 2012-03-08 Kral Ag Durchflussmesseinrichtung
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WO2023040085A1 (zh) * 2021-09-17 2023-03-23 深圳市瑞达美磁业有限公司 磁鼓及具有其的磁编码器

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