DE102006060808A1

DE102006060808A1 - Winkelsensor

Info

Publication number: DE102006060808A1
Application number: DE200610060808
Authority: DE
Inventors: Dirk Beilker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor zur Drehwinkelerfassung eines um eine Drehachse 3 drehbaren Bauteils, mit einem ring- oder kreisscheibenartigen Magneten, der koaxial mit dem drehbaren Bauteil verbindbar und diametral magnetisiert ist. Im Bereich des Magnetfeldes des Magneten ist ein magnetoresistives Sensorelement 9 fest angeordnet, von dem ein zur Drehposition des Magneten proportionales Analogsignal 12 erzeugbar ist. Im Bereich des Magnetfelds des Magneten ist ein Hall-Element 10 fest angeordnet, von dem ein von der Drehposition des Magneten abhängiges Digitalsignal 13 erzeugbar ist, wobei das Analogsignal 12 des magnetoresistiven Sensorelements 9 in einer Auswerteeinheit 11 in Abhängigkeit von dem Digitalsignal 13 einem ersten 180°-Winkelteilbereich oder einem dem ersten Winkelteilbereich folgenden zweiten 180°-Winkelteilbereich eines 360°-Winkelbereichs zuordenbar und von der Auswerteeinheit 11 ein Winkelsignal des 360°-Winkelbereichs erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor zur Drehwinkelerfassung eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, mit einem ring- oder kreisscheibenartigen Magneten, der koaxial mit dem drehbaren Bauteil verbindbar und diametral magnetisiert ist, mit einem im Bereich des Magnetfelds des Magneten fest angeordneten magnetoresistiven Sensorelements, von dem ein zur Drehposition des Magneten proportionales Analogsignal erzeugbar ist.
Mit derartigen bekannten Winkelsensoren ist systembedingt nur ein Drehwinkel bis 180° erfassbar.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Winkelsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, durch den bei einfachem Aufbau Drehwinkel bis 360° erfassbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Magnetfelds des Magneten ein Hall-Element fest angeordnet ist, von dem ein von der Drehposition des Magneten abhängiges Digitalsignal erzeugbar ist, wobei das Analogsignal des magnetoresistiven Sensorelements in einer Auswerteeinheit in Abhängigkeit von dem Digitalsignal einem ersten 180°-Winkelteilbereich oder einem dem ersten Winkelteilbereich folgenden zweiten 180°-Winkelteilbereich eines 360°-Winkelbereichs zuordenbar und von der Auswerteeinheit ein Winkelsignal des 360°-Winkelbereichs erzeugbar ist.
Eine derartige Ausbildung ist kostengünstig und erfordert nur geringen Kalibrieraufwand.
Da der Auflösungsbereich des Analogsignals sich jeweils nur über einen Winkelbereich von 180° erstreckt und die Erfassung von zwei Winkelbereichen von 180° hintereinander erfolgt, wird in einfacher Weise eine Erhöhung der Gesamtauflösung des Systems um den Faktor 2 erreicht.
Das magnetoresistive Sensorelement und/oder das Hall-Element können radial oder axial zum Magneten angeordnet sein, was zu einer optimalen Nutzung des jeweils vorhandenen Bauraums führt.
In einfacher und kostengünstiger Weise kann der Magnet ein Dauermagnet sein.
In einer besonders vorteilhaften Anwendung ist das drehbare Bauteil eine Handhabe einer Bedienvorrichtung ist und das Winkelsignal entspricht der Winkelstellposition der Handhabe, wobei durch die Bedienvorrichtung elektrische Komponenten einstellbar sein können, die insbesondere Kraftfahrzeugkomponenten wie z. B. Klimabediengeräte sind.
Derartige Bedienvorrichtungen werden auch als Drehsteller bezeichnet, bei denen eine Drehbewegung der Handhabe in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Im Zusammenhang mit elektrischen Kraftfahrzeugkomponenten werden solche Bedienvorrichtungen z. B. bei Klimageräten zur Einstellung der gewünschten Innentemperatur oder einer Luftverteilung im Fahrzeug eingesetzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Prinzipdarstellung einer Bedienvorrichtung
2 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Winkelsensors der Bedienvorrichtung nach 1
3 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Winkelsensors der Bedienvorrichtung nach 1
4 ein Diagramm der Spannungen über dem Winkel des Winkelsensors nach 2.
Die in 1 im Querschnitt dargestellte Bedienvorrichtung weist eine Handhabe 1 auf, die einstückig mit einem Dauermagneten 2 ausgebildet ist. Die Handhabe 1 ist zusammen mit dem Dauermagneten 2 über 360° um eine Drehachse 3 drehbar in einem Gehäuse 4 gelagert, wobei die Handhabe 1 durch eine Öffnung 5 des Gehäuses 4 nach außen ragt und der Dauermagnet 2 sich innerhalb des Gehäuses 4 befindet.
Der Dauermagnet 2 ist ringartig ausgebildet und derart diametral magnetisiert, dass ein erster Halbring 6 des Dauermagneten 2 einen Nordpol und ein zweiter Halbring 7 des Dauermagneten 2 einen Südpol bildet.
Dem Dauermagneten 2 axial gegenüberliegend ist in dem Gehäuse 4 eine Leiterplatte 8 fest angeordnet, die den Halbringen 6 und 7 axial gegenüberliegend innerhalb des Magnetfeldes des Dauermagneten liegend ein magnetoresistives Sensorelement 9 und ein Hall-Element 10 trägt.
Sowohl das magnetoresistive Sensorelement 9 als auch das Hall-Element 10 sind über nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 8 mit einer elektronischen Auswerteeinheit 11 verbunden, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses 4 auf der Leiterplatte 8 angeordnet ist.
Die 2 und 3 zeigen die ersten und zweiten Halbringe 6 und 7 des Dauermagneten 2 sowie das magnetoresistive Sensorelement 9 und das Hall-Element 10.
In 2 sind das magnetoresistive Sensorelement 9 und das Hall-Element 10 axial und in 3 radial zu dem Dauermagneten 2 angeordnet.
Je nach der Drehposition des Dauermagneten 2 relativ zum magnetoresistiven Sensorelement 9 verändert sich die Orientierung des auf das Sensorelement 9 einwirkenden Magnetfeldes und damit die von dem magnetoresistiven Sensorelement 9 über die Leiterbahn der Auswerteeinheit 11 zugeführte Signalspannung.
Diese Signalspannung wird von der Auswerteeinheit 11 in ein drehwinkelproportionales Analogsignal 12 umgesetzt, das in dem Diagramm in 4 mit unterbrochener Linie dargestellt ist.
Das Diagramm zeigt die Signalspannungen von magnetoresistivem Sensorelement 9 und von Hall-Element 10 über einen 360°-Winkelbereich des Drehwinkels des Dauermagneten 2 und damit der Drehposition der Handhabe 1.
Dabei ist zu erkennen, dass das Analogsignal 12 des magnetoresistiven Sensorelements 9 hintereinander jeweils über einen ersten 180°-Winkelteilbereich und einen zweiten 180°-Winkelteilbereich des 360°-Winkelbereichs von einem Maximum zu einem Minimum abfallenden Verlauf aufweist.
Von dem Hall-Element 10 wird durch die Einwirkung des Magnetfeldes des Dauermagneten 2 ein digitales Spannungssignal 13 erzeugt und über die Leiterbahn der Auswerteeinheit 11 zugeführt.
Dieses mit durchgezogener Linie dargestellte digitale Spannungssignal 13 ist ebenfalls drehwinkelproportional und verläuft über die ersten 180° des Drehwinkels des Dauermagneten 2 konstant auf einem hohen Spannungsniveau und über die zwei ten 180° des Drehwinkels des Dauermagneten 2 konstant auf einem niedrigen Spannungsniveau.
In der Auswerteeinheit 11 wird das Analogsignal 12 des magnetoresistiven Sensorelements 9 in Abhängigkeit des digitalen Spannungssignals 13 des Hall-Elements 10 dem ersten 180°-Winkelteilbereich oder dem dem ersten Winkelteilbereich folgenden zweiten 180°-Winkelteilbereich des 360°-Winkelbereichs zugeordnet und von der Auswerteeinheit 11 ein entsprechendes Winkelsignal des 360°-Winkelbereichs erzeugt.

1: Handhabe
2: Dauermagnet
3: Drehachse
4: Gehäuse
5: Öffnung
6: erster Haltering
7: zweiter Haltering
8: Leiterplatte
9: magnetoresistives Sensorelement
10: Hall-Element
11: Auswerteeinheit
12: Analogsignal
13: digitales Spannungssignal

Claims

Winkelsensor zur Drehwinkelerfassung eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, mit einem ring- oder kreisscheibenartigen Magneten, der koaxial mit dem drehbaren Bauteil verbindbar und diametral magnetisiert ist, mit einem im Bereich des Magnetfelds des Magneten fest angeordneten magnetoresistiven Sensorelements, von dem ein zur Drehposition des Magneten proportionales Analogsignal erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Magnetfelds des Magneten ein Hall-Element (10) fest angeordnet ist, von dem ein von der Drehposition des Magneten abhängiges Digitalsignal (13) erzeugbar ist, wobei das Analogsignal (12) des magnetoresistiven Sensorelements (9) in einer Auswerteeinheit (11) in Abhängigkeit von dem Digitalsignal (13) einem ersten 180°-Winkelteilbereich oder einem dem ersten Winkelteilbereich folgenden zweiten 180°-Winkelteilbereich eines 360°-Winkelbereichs zuordenbar und von der Auswerteeinheit (11) ein Winkelsignal des 360°-Winkelbereichs erzeugbar ist.
Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoresistive Sensorelement (9) und/oder das Hall-Element (10) radial zum Magneten angeordnet ist.
Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoresistive Sensorelement (9) und/oder das Hall-Element (10) axial zum Magneten angeordnet ist.
Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Dauermagnet (2) ist.
Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Bauteil eine Handhabe (1) einer Bedienvorrichtung ist und das Winkelsignal der Winkelstellposition der Handhabe (1) entspricht.
Winkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bedienvorrichtung elektrische Komponenten einstellbar sind.
Winkelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Komponenten Kraftfahrzeugkomponenten wie z. B. Klimabediengeräte sind.