DE102007013755B4 - Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber - Google Patents

Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber Download PDF

Info

Publication number
DE102007013755B4
DE102007013755B4 DE102007013755.0A DE102007013755A DE102007013755B4 DE 102007013755 B4 DE102007013755 B4 DE 102007013755B4 DE 102007013755 A DE102007013755 A DE 102007013755A DE 102007013755 B4 DE102007013755 B4 DE 102007013755B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
indicator element
field probe
rotary encoder
magnetic
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102007013755.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007013755A1 (de
Inventor
Marco Wolf
Bernd Hoffelder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TE Connectivity Germany GmbH
Original Assignee
TE Connectivity Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TE Connectivity Germany GmbH filed Critical TE Connectivity Germany GmbH
Priority to DE102007013755.0A priority Critical patent/DE102007013755B4/de
Priority to US12/049,087 priority patent/US7830138B2/en
Priority to JP2008075209A priority patent/JP2008233090A/ja
Publication of DE102007013755A1 publication Critical patent/DE102007013755A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007013755B4 publication Critical patent/DE102007013755B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber (120), der eine Feldsonde (122, 126, 128) zum Erzeugen eines Sensorsignals in Antwort auf eine geometrische Lage des magnetischen Indikatorelements (100) mit Bezug auf die Feldsonde (122, 126, 128) aufweist,wobei das Indikatorelement (100) einen Permanentmagneten mit ringförmigem Querschnitt aufweist, der eine Vielzahl von Teilbereichen (102, 104, 106, 108; 116, 118) aufweist, deren Magnetisierung unterschiedliche Richtungen (110) hat, so dass im Inneren (112) des Permanentmagneten ein homogenes Magnetfeld, in welchem die Feldsonde angeordnet werden kann, ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet,dass mindestens zwei Teilbereiche eine radiale (106, 108) Magnetisierung aufweisen und mindestens zwei Teilbereiche (102, 104; 118) eine laterale Magnetisierung aufweisen, und dass die Teilbereiche durch aneinander gefügte, unterschiedlich magnetisierte, in Spritzgusstechnik zusammengesetzte Ringsegmente gebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber, der eine Feldsonde zum Erzeugen eines Sensorsignals in Antwort auf eine geometrische Lage des magnetischen Indikatorelements in Bezug auf die Feldsonde aufweist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen magnetischen Drehwinkelgeber mit einem derartigen Indikatorelement.
  • Die berührungslose Erfassung einer relativen Winkelposition ist eine in der industriellen Praxis weit verbreitete Sensoranwendung. Insbesondere wird bei einer berührungslosen magnetischen Drehwinkelerfassung ein Indikatorelement, welches ein Magnetfeld erzeugt, mit einem Rotor verbunden und das sich in Abhängigkeit von der Winkelposition des Indikatorelements ändernde magnetische Feld von einer Feldsonde detektiert, die mit Bezug auf das Indikatorelement ortsfest an einem Stator montiert ist. Alternativ ist es bekannt, das Indikatorelement, welches das Magnetfeld erzeugt, ortsfest zu montieren und die Feldsonde mit Bezug auf das Indikatorelement beweglich zum positionieren. Für die im Folgenden ausgeführten erfindungsgemäßen Prinzipien ist nur die Relativbewegung zwischen Indikatorelement und Feldsonde von Bedeutung. Es ist dabei im Wesentlichen unerheblich, welches der beiden Teile als Stator und welches als Rotor zu betrachten ist. In aller Regel ist aber die ortsfeste Montage der Feldsonde aufgrund der erforderlichen elektrischen Signalverarbeitung vorzuziehen.
  • Mögliche Anwendungsgebiete für einen erfindungsgemäßen magnetischen Drehwinkelgeber ist die Winkelmessung in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise für Drosselklappe, Drallklappen, Abgasrückführventile, Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, Leuchtweitenregulierung, Fahrstufenerkennung im Automatikgetriebe, Gangerkennung bei automatisierten Getrieben, Pedalweg- und Pedalwinkelmessung im Fußhebelwerk, aber auch die Winkelmessung im Cabriolet-Verdeck oder bei sonstigen beweglichen Chassis-Teilen und die Rotorlagendetektion bei bürstenlosen Gleichstrommotoren.
  • Dabei ist bekannt, als magnetfelderzeugendes Indikatorelement einen Permanentmagneten mit ringförmigen Querschnitt zu verwenden, wie er in 9 dargestellt ist. Der Permanentmagnet 900 ist in der bekannten Ausführungsform durch zwei diametral magnetisierte Teilbereiche 902, 904 gebildet. Die Pfeile 906 symbolisieren die Magnetfeldlinien, die, wie dies allgemein bekannt ist, vom magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol gerichtet sind. Wie aus 9 erkennbar, ist jedoch bei dieser diametralen Polarisation der Magnetisierung der Innenbereich 908 des Permanentmagneten 900 von einem vergleichsweise inhomogenen Magnetfeld durchsetzt.
  • Dies hat den Nachteil, dass einerseits eine einzelne Feldsonde, die in diesem Bereich angeordnet wird, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Permanentmagneten und der Feldsonde zu detektieren, möglichst exakt an einem Mittelpunkt dieses Innenbereichs 908 untergebracht werden muss, um ein reproduzierbares lineares Signal zu erhalten. Die Anordnung ist daher gegenüber Lagetoleranzen wie Achsversätzen und - verkippungen äußerst empfindlich.
  • Andererseits kann die bekannte Anordnung nicht zur Realisierung eines redundanten Drehwinkelgeberprinzips verwendet werden, bei dem mehr als eine Feldsonde im Inneren 908 des Indikatorelements angeordnet werden, weil nicht ausreichend Raum mit Identischen Feldbedingungen zur Verfügung steht.
  • Die US 2003/0 034 775 A1 offenbart einen analogen Winkelkodierer, der einen ringförmigen drehbaren Permanentmagneten aufweist, in dessen Inneren eine magnetempfindliche Sonde angeordnet ist, die in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Sonde und dem Permanentmagneten ein Ausgangssignal liefert. Die Magnetanordnung umfasst vier Bereiche, von denen zwei einander gegenüberliegende Bereiche jeweils einander gegenüberliegend angeordnet sind und so magnetisiert sind, dass sie einander anziehende Magneten bilden. Die zwischen diesen beiden magnetisierten Bereichen liegenden Bereich sind unmagnetisiert. Hier wird eine magnetische Polarisierung der magnetisierten Bereiche vorgenommen, die eine Mischform aus einer exakt radialen und einer diametralen Polarisation darstellt.
  • Aus der WO 2007 / 012 419 A2 ist ein Absolutwertdrehwinkelsensor bekannt, bei dem ein ringförmiger Sensormagnet in Abhängigkeit von seiner Position die Ausgangssignale zweier Rotorstellungssensoren beeinflusst. Die Rotorstellungssensoren sind im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung außerhalb des Sensormagneten angeordnet und zwar in einer Ebene, die parallel zu der Drehachse des Sensormagneten verläuft. Auf diese Weise wird das Magnetfeld im Außenbereich des Sensormagneten dahingehend optimiert, dass sich eine im Wesentlichen sinusförmige magnetische Flussdichte ergibt.
  • Die Feldsonde ist also nicht im Inneren des Magneten, sondern im Außenbereich angeordnet und der Innenbereich des Permanentmagneten ist von einer Drehwelle eingenommen, auf welcher der Permanentmagnet montiert ist.
  • Die WO 2006/076 968 A1 bezieht sich auf einen Halleffektsensor, der in einem Halbachmagneten angeordnet ist. Insbesondere befasst sich diese Druckschrift mit der Herstellung eines ringförmig umlaufend magnetisierten Permanentmagneten. Insbesondere besteht der Grundgedanke dieser Druckschrift darin, einen solchen umlaufend ringförmig magnetisierten Magneten herzustellen und als wesentlicher Vorteil einer solchen umlaufenden Magnetisierung wird gesehen, dass die Einbautoleranz bei einem solchen umlaufend magnetisierten Magneten eine weniger kritische Größe darstellt.
  • Die JP 2002-228 486 A offenbart einen magnetischen Positionsgeber, bei dem im Inneren eines ringförmigen Permanentmagneten vier Detektoren angeordnet sind. Der Permanentmagnet ist dabei entweder einstückig gearbeitet oder aus einem flexiblen Material gebogen. Eine weitere Alternative gemäß dieser Druckschrift verzichtet auf die Kreisform des Permanentmagneten und verwendet stattdessen ein Polygon. Bei dieser Ausgestaltung werden keine unterschiedlichen Kreissegmente aneinander gefügt, sondern es werden Polyeder mit trapezförmigem Querschnitt aneinander gelegt.
  • Die WO 00/62 313 A1 bezieht sich auf einen zusammengesetzten Magneten mit einem ringförmigen Träger, in welchem eine Vielzahl von Aufnahmesegmenten definiert ist. In den Aufnahmesegmenten sind einzelne Permanentmagnete aneinanderstoßend angeordnet. Diese Einzelmagnete sind so magnetisiert, dass ihre Magnetisierung senkrecht bzw. parallel zu ihren jeweiligen Endflächen verläuft. Die Gesamtmagnetisierung in den einzelnen Segmenten ist so ausgerichtet, dass sich in der Mitte des Ringes ein unidirektionales, konzentriertes Magnetfeld ergibt.
  • Die JP 2000-060080 A offenbart die Herstellung eines Permanentmagneten durch Einbetten von Magnetpartikeln in einem Epoxidharz. Der Magnet wird dabei geformt, indem diese Mischung in die letztlich gewünschte Form, beispielsweise eine Ringstruktur, gepresst wird. Ein solcher ringförmiger, ausgehärteter Magnet wird so magnetisiert, dass sich acht Pole entlang der äußeren Umfangsoberfläche ausbilden. Hierfür wird ein magnetisierendes Joch verwendet.
  • Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht daher darin, ein Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber und einen zugehörigen magnetischen Drehwinkelgeber anzugeben, wodurch eine optimale Feldausprägung und eine kostengünstige Herstellbarkeit erreicht werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, dass durch den Aufbau des Indikatorelements als Permanentmagnet mit einer Vielzahl von Teilbereichen, deren Magnetisierung unterschiedliche Richtungen hat, so dass sich im Inneren des Permanentmagneten ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld ausbildet, eine sehr weitgehende Unabhängigkeit von der exakten Position der Feldsonde im Inneren des Permanentmagneten ergibt. Ist im Idealfall der gesamte Innenbereich des Indikatorelements von einem im Wesentlichen homogenen Magnetfeld durchsetzt, lassen sich mit Hilfe der heute verfügbaren miniaturisierten Feldsonden redundante Sonden integrieren, die auf dem Wege einer Differenzsignalbildung Störungen eliminieren können. Dabei wird unter der Richtung der Magnetisierung die Lage der magnetischen Feldlinien im Raum, also radial, axial, tangential (bzw. lateral) und diametral verstanden, wobei die eigentliche Polarisation erfindungsgemäß in den beiden möglich Polungen vorliegen kann.
  • Erfindungsgemäß werden verschiedene unterschiedlich magnetisierte Ringsegmente als Teilbereiche vorgesehen, um einen maximal großen homogenen Feldbereich im Inneren des Indikatorelements herzustellen. Beispielsweise können zwei radial und zwei lateral magnetisierte Magnetsegmente aneinander gefügt werden, oder aber es können insgesamt acht verschiedene Magnetsegmente mit unterschiedlichen diametralen und lateralen Magnetisierungen aneinander gefügt werden. Die Überlagerung der einzelnen Magnetfelder führt erfindungsgemäß zu einem linearen Verlauf der Feldlinien im Inneren des Permanentmagneten.
  • Grundsätzlich kann aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Permanentmagneten eine geringe Scherung im Magnetkreis erreicht werden und es können deswegen auch Werkstoffe mit geringer Remanenz wie Ferrite oder kunststoffgebundene Seltenerdmagnete eingesetzt werden. Da durch den Rückfluss innerhalb der Magnetgeometrie ein geschlossener Magnetkreis entsteht, tritt mit einer ferromagnetischen Umgebung nur eine geringe Wechselwirkung auf. Daher ist eine hohe Störsicherheit des Signals gewährleistet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Indikatorelements, ist dieses vorzugsweise in Spritzgusstechnik aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff wie einem Ferritmaterial oder Seltenerdmaterial hergestellt. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit des Indikatorelements. Selbstverständlich sind auch Hybride aus Ferrit- und Seltenerdmagneten möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen magnetischen Drehwinkelgebers ist die Feldsonde durch ein Hall-Element gebildet. Hall-Elemente haben dabei den Vorteil, dass sie mit guter Linearität kostengünstig herstellbar sind und auf einer bereits sehr ausgereiften Technologie basieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann aber auch ein magnetoresistiver Aufnehmer, z.B. ein Sensor nach einem der folgenden Effekte sein: AMR-Effekt (anisotrope magneto-resistive), GMR-Effekt (giant magneto-resistive), TMR-Effekt (tunnel magneto-resistive), CMR-Effekt (colosal magneto-resistive) oder GMI-Effekt (giant magneto-inductance).
  • Allgemein tritt der sogenannten MR-Effekt (magneto-resistive effect) in allen leitfähigen Materialien auf. Dabei vergrößert sich der elektrische Widerstand beim Anlegen eines Magnetfeldes, weil die Ladungsträger aus ihrer geradlinigen Bewegung abgelenkt werden und dies zu einer Bahnverlängerung führt. Grundsätzlich erreicht der magnetoresistive Effekt in gut leitfähigen Materialien, wie Kupfer, erst bei sehr hohen magnetischen Feldstärken verwertbare Widerstandsänderungen. Den größten Widerstandshub aller Metalle besitzt Wismut. In speziellen Halbleitermaterialien, die man üblicherweise auch als Feldplatte bezeichnet, sind Widerstandsänderungen von über 100% erreichbar.
  • Der sogenannte anisotrope magnetorestistive Effekt, der AMR-Effekt, tritt in magnetischen Materialien auf. Deren spezifischer Widerstand ist parallel zur Magnetisierung einige Prozent größer als senkrecht dazu. In dünnen Schichten aus diesen Materialien ist die Magnetisierung leicht drehbar, so dass damit Sensoren realisiert werden können. Im Jahr 1988 wurde der sogenannte Giant Magnetoresistive Effect (GMR-Effekt) entdeckt und es wurde eine Entwicklung eingeleitet, die zur Entdeckung oder Wiederentdeckung weiterer MR-Effekte führte, die üblicherweise in der Literatur unter dem Sammelbegriff XMR zusammengefasst sind.
  • Der GMR-Effekt tritt in Schichtsystemen mit mindestens zwei ferromagnetischen Schichten und einer metallischen Zwischenschicht auf. Stehen in diesen Schichten die Magnetisierungen antiparallel, so ist der Widerstand größer als bei paralleler Magnetisierung. Dieser Unterschied kann bis zu 50% betragen, daher kommt der Name „Giant“.
  • Der sogenannte tunnelmagnetoresistive Effekt (TMR-Effekt) tritt in Schichtsystemen mit mindestens zwei ferromagnetischen Schichten und einer dünnen Isolationsschicht auf. Der Tunnelwiderstand zwischen den beiden Schichten ist genau wie beim GMR-Effekt vom Winkel der beiden Magnetisierungsrichtungen zueinander abhängig.
  • Der Kolossale Magnetoresistive Effekt (CMR-Effekt) ist ein Volumeneffekt und tritt vor allem in perovskitischen Materialien auf. Bei Temperaturen in der Nähe ihrer Übergangstemperatur vom metallischen zum Halbleiterverhalten wurden Widerstandsänderungen von mehr als 200% beobachtet. Bislang kennt man diesen Effekt allerdings nur bei Materialien, deren Übergangstemperatur unter 100 Kelvin liegt.
  • Der Giant Magnetic Inductance Effect (GMI-Effekt) tritt vor allem an Drähten auf, die eine Oberflächenschicht aus einem magnetischen Material besitzen. Diese Schicht muss eine Magnetisierung ringförmig um den Draht aufweisen. Durch Magnetfelder in Drahtlängsrichtung wird diese auch in Drahtrichtung gedreht. Dabei ändert sich die Induktivität des Drahtes, besonders bei hohen Frequenzen, da durch die Magnetschicht des Skineffekt beeinflusst wird. In magnetischen Doppelschichten ist dieser Effekt ebenfalls, wenn auch im wesentlich geringerem Ausmaß, zu beobachten.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Hall-Elementen, die den magnetischen Fluss messen und daher störanfällig bezüglich geometrischer Faktoren, Abmessungen, Temperatureinfluss- und Werkstoffvariationen sind, werden magnetoresistive Sensoren mit einer gesättigten weichmagnetischen Schicht und einem während des Magnetisierens gesättigten Magneten betrieben, und es wird nur die Richtung des Feldes, nicht aber die Flussdichte gemessen. Es ist dabei immer eine gewisse Mindestflussdichte vorhanden. Daher bietet die Verwendung von magnetoresistiven Aufnehmern den Vorteil einer weitererhöhten Robustheit und Störsicherheit, was insbesondere für die Anwendung im Kraftfahrzeug von Bedeutung ist.
  • Um über eine Differenzbildung Störungen wie Temperatureinflüsse oder elektromagnetische Störeinstreuungen zu eliminieren, kann der erfindungsgemäße Drehwinkelgeber mit weiteren Feldsonden ausgestattet werden, deren redundante Signale mittels einer entsprechenden Signalverarbeitung zur Fehlerkorrektur herangezogen werden. Dabei können die redundanten Feldsonden entweder in radialer Richtung zu der ersten Feldsonde beabstandet angeordnet sein, oder aber in axialer Richtung. Die axiale Richtung bezeichnet dabei die Richtung, die im Wesentlichen der Drehachse entspricht, um welche der zu detektierende Drehwinkel auftritt, während die radiale Richtung quer zu dieser Drehachse verläuft.
  • Vorzugsweise ist das ringförmige Indikatorelement um seine Längsachse drehbar, während die elektrisch mit einer zu steuernden Anlage oder gegebenenfalls mit einer Auswerteschaltung zu verbindende Magnetfeldsonde stationär in einem vorbestimmten Abstand zur Innenfläche des Permanentmagneten bleibt. Ist die Masse des Indikatorelements allerdings hoch, kann alternativ hierzu das Indikatorelement stationär und die Magnetfeldsonde drehbar sein. Der mechanische Aufbau kann jedem bekannten Aufbau für einen Drehwinkelgeber der genannten Art entsprechen.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden in den unterschiedlichen beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus dem gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 ein Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Indikatorelements mit einem Versatz in Richtung der Drehachse;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Indikatorelements mit einer Verkippung zwischen Feldsonde und Drehachse;
    • 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Indikatorelements mit einem Achsversatz quer zur Drehachse;
    • 6 einen magnetischen Drehwinkelgeber mit einer einzelnen zentral angeordneten Feldsonde;
    • 7 einen magnetischen Drehwinkelgeber mit zwei radial beabstandeten Feldsonden;
    • 8 einen magnetischen Drehwinkelgeber mit zwei axial beabstandeten Feldsonden;
    • 9 ein bekanntes diametral magnetisiertes Indikatorelement.
  • Mit Bezug auf 1 soll im Folgenden das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. Das erfindungsgemäße magnetische Indikatorelement 100 ist als ein Permanentmagnet mit einem ringförmigen Querschnitt aufgebaut und besitzt wie in der 1 gezeigt, in einer ersten Ausführungsform vier ringsegmentförmige Teilbereiche 102, 104, 106, 108. Die ersten beiden Teilbereiche 102 und 104 sind dabei in ihrer magnetischen Polarisierung lateral ausgerichtet, wie dies durch die Pfeile 110 symbolisiert ist. Die beiden Teilbereiche 102 und 104 liegen einander dabei gegenüber.
  • Die beiden anderen Teilbereiche 106 und 108 sind im Unterschied dazu radial magnetisiert, so dass sich in dem Innenbereich 112 das schematisch dargestellte Magnetfeld ausbildet. Ein Vergleich mit dem bekannten Indikatorelement 900 der 9 zeigt die signifikant verbesserte Homogenität des Magnetfelds im Inneren des Indikatorelements 100.
  • Wenn das Indikatorelement 100 in einen magnetischen Drehwinkelgeber eingesetzt wird, wird in dem Bereich 112 mindestens eine Feldsonde angeordnet und eine durch den Pfeil 114 symbolisierte relative Drehung zwischen Feldsonde und Indikatorelement 100 detektiert. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit soll im Folgenden davon ausgegangen werden, dass sich das Indikatorelement 100 um eine quer zur Zeichenebene verlaufende Drehachse um die Feldsonde dreht.
  • Einen ähnlichen Feldlinienverlauf im Inneren 112 des Indikatorelements 100 kann man auch durch ein Magnetisierung entgegen der in 1 gezeigten Pfeilrichtungen erreichen. Wichtig ist bei der erfindungsgemäßen Lösung der Wechsel zwischen radialer und lateraler Ausrichtung der Magnetisierung.
  • Eine weitere Verfeinerung und erhöhte Homogenisierung des Magnetfelds im Inneren 112 des Indikatorelements 100 kann durch eine weitere Unterteilung des Querschnitts in unterschiedlich magnetisierte Segmente erreicht werden.
  • In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der diametral polarisierte Teilbereiche mit lateral polarisierten Teilbereichen abwechseln. Alternativ zu den in 2 dargestellten Polungen können auch die jeweils entgegengesetzten gewählt werden. Weiterhin ist selbstverständlich eine noch feinere Unterteilung in Teilbereiche mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen möglich. Durch eine entsprechende Zusammensetzung von Segmenten können auch stetige Übergange der Feldrichtungen von Segment zu Segment aufgrund der Magnetisierung während des Herstellungsprozesses entstehen.
  • Mit der in den 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen homogenen Ausbildung des Magnetfelds im Inneren 112 des Indikatorelements 100, 200 kann eine besonders große Robustheit gegenüber Abweichungen von der idealen Position zwischen einer Feldsonde und dem Indikatorelement erreicht werden.
  • In den 3 bis 5 sind dabei die geometrischen Verhältnisse schematisch angedeutet. Das eingezeichnete kartesische Koordinatensystem bedeutet dabei die ideale Ausrichtung, in deren Ursprung die Feldsonde angeordnet ist. In 3 ist das Indikatorelement 100 so mit Bezug auf die Feldsonde im Ursprung des Koordinatentsystems angeordnet, dass die Drehachse des Indikatorelements 100 mit der Z-Achse zusammenfällt, dass aber ein Lageversatz Δz in Richtung der Drehachse vorliegt. Gemäß 4 liegt eine Verkippung zwischen der Z-Achse und der Drehachse des Indikatorelements um einen Winkel Δθ vor. Schließlich ist gemäß 5 das Indikatorelement in Richtung der X- und/oder Y-Achse quer zur Drehachse versetzt.
  • Alle diese in der gezeigten Darstellung etwas übertrieben abgebildeten Abweichungen können mit der erfindungsgemäßen homogenen Feldverteilung in dem Indikatorelement 100 kompensiert werden. Daher müssen die Einbautoleranzen nicht so streng eingehalten werden wie bei den bekannten Indikatorelementen und die Herstellung vereinfacht sich entsprechend.
  • Die 6 bis 8 zeigen schematisch Drehwinkelgeber 120 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 6 ist ein Drehwinkelgeber 120 mit einem erfindungsgemäßen Indikatorelement 100 und einer einzelnen Feldsonde 122 dargestellt. Dabei ist die Idealpositionierung zwischen der Feldsonde 122 und dem Indikatorelement 100 dargestellt, d. h. die Feldsonde 122 befindet sich exakt mittig in dem Innenbereich 112 und die Drehachse 124, um welche das Indikatorelement 100 rotiert, fällt mit der Z-Achse zusammen. Selbstverständlich können aber aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Indikatorelements 100 die in den 3 bis 5 skizzierten Abweichungen kompensiert werden.
  • Aufgrund des linearen Verlaufs des Feldes im Inneren 112 des Indikatorelements 100 können in vorteilhafter Weise auch, wie in den 7 und 8 gezeigt, redundante zweite Feldsonden 126 und/oder 128 mit entweder radialem oder axialem Versatz vorgesehen werden. Gleichtaktstörungen, beispielsweise durch elektromagnetische Einstreuungen oder Temperatureffekte werden, wie dies in der Sensorik allgemein bekannt ist, über eine entsprechende Signalauswertung der Feldsonden eliminiert.
  • Wie bereits erwähnt, können als Feldsonden sowohl Hall-Effektsensoren wie auch induktive Sensoren oder elektronenspinbasierende Sensoren wie AMR- und GMR-Sensoren eingesetzt werden. In jedem Fall kann durch die homogene Feldausrichtung ein großer Toleranzbereich gegenüber Versatz und Verkippung mit geringen Wechselwirkungen zum Nutzsignal erzeugt werden.
  • Die erfindungsgemäße Magnetanordnung des Indikatorelements kann auf besonders einfache Art und Weise in Form von Kunststofftechniken, wie beispielsweise der Spritzgusstechnik effizient und kostengünstig hergestellt werden. Damit ist ein flexibler und universell einsetzbarer magnetischer Drehwinkelgeber herstellbar, der den Anforderungen bezüglich Robustheit, Genauigkeit und kostengünstige Herstellbarkeit, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich gerecht wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Indikatorelement gemäß der Erfindung
    102, 104, 106, 108
    Teilbereiche des Indikatorelements gemäß erster Ausführungsform
    110
    Magnetfeldlinien
    112
    Innenbereich des Indikatorelements
    114
    Drehrichtung
    116, 118
    Teilbereiche des Indikatorelements gemäß zweiter Ausführungsform
    120
    Drehwinkelgeber
    122
    erste Feldsonde
    124
    Drehachse
    126
    radial beabstandete zweite Feldsonde
    128
    axial beabstandete zweite Feldsonde
    900
    bekanntes Indikatorelement
    902
    erster Teilbereich
    904
    zweiter Teilbereich
    908
    Innenbereich des bekannten Indikatorelements

Claims (12)

  1. Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber (120), der eine Feldsonde (122, 126, 128) zum Erzeugen eines Sensorsignals in Antwort auf eine geometrische Lage des magnetischen Indikatorelements (100) mit Bezug auf die Feldsonde (122, 126, 128) aufweist, wobei das Indikatorelement (100) einen Permanentmagneten mit ringförmigem Querschnitt aufweist, der eine Vielzahl von Teilbereichen (102, 104, 106, 108; 116, 118) aufweist, deren Magnetisierung unterschiedliche Richtungen (110) hat, so dass im Inneren (112) des Permanentmagneten ein homogenes Magnetfeld, in welchem die Feldsonde angeordnet werden kann, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Teilbereiche eine radiale (106, 108) Magnetisierung aufweisen und mindestens zwei Teilbereiche (102, 104; 118) eine laterale Magnetisierung aufweisen, und dass die Teilbereiche durch aneinander gefügte, unterschiedlich magnetisierte, in Spritzgusstechnik zusammengesetzte Ringsegmente gebildet sind.
  2. Indikatorelement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Teilbereiche in Form von Segmenten so zusammengesetzt sind, dass zwischen den Feldrichtungen der einzelnen Segmente stetige Übergänge vorliegen.
  3. Indikatorelement nach Anspruch 1, das aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff hergestellt ist.
  4. Indikatorelement nach Anspruch 3, das aus einem kunststoffgebundenen Ferritmaterial und/oder einem kunststoffgebundenen Seltenerdmaterial hergestellt ist.
  5. Magnetischer Drehwinkelgeber mit mindestens einer Feldsonde (122, 126, 128) zum Erzeugen eines Sensorsignals in Antwort auf eine geometrische Lage eines magnetischen Indikatorelements (100) mit Bezug auf die Feldsonde, umfassend ein Indikatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Feldsonde in dem homogenen Magnetfeld im Inneren (112) des Permanentmagneten angeordnet ist.
  6. Drehwinkelgeber nach Anspruch 5, wobei die Feldsonde (122, 126, 128) mindestens ein Hallelement umfasst.
  7. Drehwinkelgeber nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Feldsonde (122, 126, 128) mindestens einen magnetoresistiven Aufnehmer umfasst.
  8. Drehwinkelgeber nach Anspruch 7 , wobei der magnetoresistive Aufnehmer einen anisotropen magnetoresistiven, AMR-, Sensor, einen Giant magnetoresitiven, GMR-, Sensor oder einen tunnelmagnetoresistiven, TMR-, Sensor, umfasst.
  9. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei zum Erzeugen eines redundanten Sensorsignals eine weitere Feldsonde axial beabstandet zu der ersten Feldsonde angeordnet ist.
  10. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei zum Erzeugen eines redundanten Sensorsignals eine weitere Feldsonde radial beabstandet zu der ersten Feldsonde angeordnet ist.
  11. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Indikatorelement drehbar bezüglich der Feldsonde an einem Rotor angeordnet ist.
  12. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Feldsonde drehbar bezüglich des Indikatorelements an einem Rotor angeordnet ist.
DE102007013755.0A 2007-03-22 2007-03-22 Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber Expired - Fee Related DE102007013755B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007013755.0A DE102007013755B4 (de) 2007-03-22 2007-03-22 Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber
US12/049,087 US7830138B2 (en) 2007-03-22 2008-03-14 Indicator element for a magnetic rotation angle sensor
JP2008075209A JP2008233090A (ja) 2007-03-22 2008-03-24 指示要素及び磁気回転角センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007013755.0A DE102007013755B4 (de) 2007-03-22 2007-03-22 Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007013755A1 DE102007013755A1 (de) 2008-10-09
DE102007013755B4 true DE102007013755B4 (de) 2020-10-29

Family

ID=39736014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007013755.0A Expired - Fee Related DE102007013755B4 (de) 2007-03-22 2007-03-22 Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7830138B2 (de)
JP (1) JP2008233090A (de)
DE (1) DE102007013755B4 (de)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10338158B2 (en) 2007-05-30 2019-07-02 Infineon Technologies Ag Bias magnetic field sensor
US10852367B2 (en) 2007-05-30 2020-12-01 Infineon Technologies Ag Magnetic-field sensor with a back-bias magnet
DE102007025000B3 (de) * 2007-05-30 2008-12-11 Infineon Technologies Ag Magnetfeldsensor
DE102008014578B3 (de) * 2008-03-14 2009-11-26 Bruker Axs Microanalysis Gmbh Streufeldarme Magnetfalle sowie diese enthaltender Röntgendetektor
DE102008059774A1 (de) * 2008-12-01 2010-06-02 Continental Teves Ag & Co. Ohg Magnetischer Encoder
US8545650B2 (en) 2009-12-08 2013-10-01 The Boeing Company Method of repairing a composite structure
DE102010034482A1 (de) 2010-08-10 2012-04-19 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Sensoranordnung und Verfahren zum Bestimmen einer räumlichen Position eines ersten Teils relativ zu einem zweiten Teil
US9151786B2 (en) * 2010-10-11 2015-10-06 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for detecting shifts in redundant sensor signals
US20130084179A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Hamilton Sundstrand Corporation Variable vane angular position sensor
CN103915233B (zh) * 2013-01-05 2017-02-08 江苏多维科技有限公司 一种适用于角度磁编码器的永磁体
CN103913183A (zh) * 2013-01-09 2014-07-09 江苏多维科技有限公司 一种角度磁编码器和电子水表
DE102013210298A1 (de) * 2013-06-04 2014-12-04 Robert Bosch Gmbh Anordnung zur Ermittlung von Kenngrößen eines elektrochemischen Energiespeichers
DE102013216093B4 (de) * 2013-08-14 2016-06-02 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung, insbesondere für die Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder die Bearbeitung eines Werkstücks
JP5694481B1 (ja) * 2013-10-30 2015-04-01 ファナック株式会社 主軸とモータとの間の動力伝達部の異常を検出するモータ制御装置
DE102013114825B4 (de) * 2013-12-23 2023-09-28 Tdk-Micronas Gmbh Vorrichtung zur Messung eines Winkels einer Drehachse
US9488498B2 (en) 2014-03-21 2016-11-08 Infineon Technologies Ag Cam shaft rotation sensor
DE102014004625A1 (de) 2014-03-31 2015-10-01 Micronas Gmbh Sensorvorrichtung
US11125768B2 (en) 2014-06-17 2021-09-21 Infineon Technologies Ag Angle based speed sensor device
US10222234B2 (en) * 2014-06-17 2019-03-05 Infineon Technologies Ag Rotation sensor
DE102014221988A1 (de) * 2014-10-29 2016-05-04 Zf Friedrichshafen Ag Gebermagnet für einen Wegsensor, Wegsensor für ein Getriebe eines Fahrzeugs und Verfahren zum Herstellen eines Gebermagneten für einen Wegsensor
DE102016009006B4 (de) 2015-07-29 2024-01-25 Infineon Technologies Ag Antriebsstrang eines kraftfahrzeugsystems mit einer wellenintegrierten winkelabtastvorrichtung
US20170097247A1 (en) * 2015-10-02 2017-04-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Sensor assembly with an encoder disc
DE102017219024A1 (de) * 2017-10-25 2019-04-25 Zf Friedrichshafen Ag Magnetfeldsensor und Verfahren zur Kompensation eines Magneten
DE102017219584A1 (de) * 2017-11-03 2019-05-09 Zf Friedrichshafen Ag Magnetfeldsensor und Verfahren zur Montage eines Magneten
US10816363B2 (en) 2018-02-27 2020-10-27 Nxp B.V. Angular sensor system and method of stray field cancellation
US10670425B2 (en) * 2018-03-30 2020-06-02 Nxp B.V. System for measuring angular position and method of stray field cancellation
CN108549043B (zh) * 2018-06-26 2024-05-31 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种回旋加速器磁测霍尔探头温度控制装置
US11229749B2 (en) 2018-09-06 2022-01-25 Verily Life Sciences Llc Plate capacitor for dosage sensing
DE102018007952B4 (de) * 2018-10-09 2022-05-05 Baumer Ivo Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen
US20200188601A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-18 Verily Life Sciences Llc Magnetic dosage sensing
US11486742B2 (en) 2019-08-16 2022-11-01 Nxp B.V. System with magnetic field shield structure
DE102020133041A1 (de) * 2020-12-10 2022-06-15 Infineon Technologies Ag Ein magnetoresistives Winkelsensorsystem und ein Fahrzeug umfassend ein magnetoresistives Winkelsensorsystem

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000060080A (ja) * 1998-06-01 2000-02-25 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 永久磁石型モ―タその他の永久磁石応用装置
WO2000062313A1 (en) * 1999-04-13 2000-10-19 Magnetic Solutions (Holdings) Limited A compound magnet
JP2002228486A (ja) * 2001-02-05 2002-08-14 Yaskawa Electric Corp 磁気式エンコーダ
US20030034775A1 (en) * 2001-08-14 2003-02-20 Thaddeus Schroeder Analog angle encoder having a single piece magnet assembly surrounding an air gap
WO2006076968A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Bourns Inc. A sensor
WO2007012419A2 (de) * 2005-07-26 2007-02-01 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Absolutwert-drehwinkelsensor, und verfahren zur erzeugung eines drehwinkel-absolutwerts

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63115713U (de) * 1987-01-20 1988-07-26
US5186119A (en) * 1992-05-01 1993-02-16 Markers, Inc. Modular marking system for athletic fields
US6330503B1 (en) * 1999-02-22 2001-12-11 Trimble Navigation Limited Global positioning system controlled staking apparatus
JP3491596B2 (ja) * 1999-06-28 2004-01-26 株式会社デンソー 回転角検出装置
US6720763B1 (en) * 1999-09-09 2004-04-13 Delphi Technologies, Inc. Compact rotary magnetic position sensor having a sinusoidally varying output
JP3596667B2 (ja) * 2000-01-26 2004-12-02 株式会社デンソー 回転角検出装置
JP3726698B2 (ja) * 2001-04-19 2005-12-14 アイシン精機株式会社 角度センサ
GB2386969A (en) * 2002-03-26 2003-10-01 Mcmurtry Ltd Autonomous vehicle for ground maintenance with a ground marking means
DE10358763B4 (de) * 2003-12-12 2005-12-29 Zf Friedrichshafen Ag Kugelhülsengelenk
JP4194485B2 (ja) * 2003-12-16 2008-12-10 アルプス電気株式会社 角度検出センサ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000060080A (ja) * 1998-06-01 2000-02-25 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 永久磁石型モ―タその他の永久磁石応用装置
WO2000062313A1 (en) * 1999-04-13 2000-10-19 Magnetic Solutions (Holdings) Limited A compound magnet
JP2002228486A (ja) * 2001-02-05 2002-08-14 Yaskawa Electric Corp 磁気式エンコーダ
US20030034775A1 (en) * 2001-08-14 2003-02-20 Thaddeus Schroeder Analog angle encoder having a single piece magnet assembly surrounding an air gap
WO2006076968A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Bourns Inc. A sensor
WO2007012419A2 (de) * 2005-07-26 2007-02-01 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Absolutwert-drehwinkelsensor, und verfahren zur erzeugung eines drehwinkel-absolutwerts

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007013755A1 (de) 2008-10-09
US20080231262A1 (en) 2008-09-25
JP2008233090A (ja) 2008-10-02
US7830138B2 (en) 2010-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007013755B4 (de) Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber
EP2603774B1 (de) Vorrichtung mit einem drehmomentsensor und einem drehwinkelsensor
EP0852700B1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen positionserfassung eines objektes und verwendung der vorrichtung
EP2564164B1 (de) Magnetisches längenmesssystem, längenmessverfahren sowie herstellungsverfahren eines magnetischen längenmesssystems
DE102010022611B4 (de) Magnetischer Umdrehungszähler
EP1607720A2 (de) Lenkwinkelsensor
DE19630764A1 (de) Meßvorrichtung zur berührungslosen Erfassung einer Relativbewegung
DE4445120A1 (de) Vorrichtung zur Erfassung von Dreh- oder Winkelbewegungen
WO2007014599A1 (de) Vorrichtung zur detektion von umdrehungen einer lenkwelle
EP3936828B1 (de) Gebersystem für einen antrieb
DE102007016133A1 (de) Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels mit in einer Ausnehmung des Magneten angeordnetem magnetempfindlichen Element
WO2011124348A1 (de) Magnetischer drehgeber
DE10331580A1 (de) Vorrichtung zur Detektion der Drehzahl und/oder der Position eines rotierenden Bauteils
DE102015104795B4 (de) Axial mehrpolig magnetisierter Magnet, Vorrichtung mit axial mehrpolig magnetisierten Magneten, Verwendung der Vorrichtung zur Drehwinkelerkennung und Verwendung der Vorrichtung zur elektrischen Kommutierung bei Elektromotoren
WO2008141860A1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen erfassung von linear- oder rotationsbewegungen
DE4123131A1 (de) Verfahren und anordnung zur bereitstellung eines, von einem drehwinkel linear abhaengigen, elektrischen ausgangssignals
DE69820982T2 (de) Mehrpoliger magnetischer Ring
DE19612422C2 (de) Potentiometereinrichtung mit einem linear verschiebbaren Stellelement und signalerzeugenden Mitteln
DE2753396A1 (de) Stellmotor
DE102005061347A1 (de) Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle
DE10123513A1 (de) Elektrische Meßtechnik, speziell Weg- und Winkelaufnehmer mit magnetoresistiven Sensorelementen
DE102019122525A1 (de) Drehwinkelmessung mit einem Polring
DE102017211994B4 (de) Sensoreinheit und Anordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils
DE10228663A1 (de) Anordnung zum Bestimmen der Lage eines Körpers
DE102007024867A1 (de) Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels mit radial polarisiertem Magneten

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: TE CONNECTIVITY GERMANY GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: TYCO ELECTRONICS AMP GMBH, 64625 BENSHEIM, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee