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Es
ist häufig
nützlich,
die Winkelverschiebung und/oder das Drehmoment zwischen zwei Baugliedern
zu messen, wie z. B. zwei Drehachsen. Eine Achse bzw. Welle dreht
sich relativ zu der anderen Welle und ein Sensor, wie z. B. ein
Drehmomentsensor, erfasst die Winkelverschiebung und/oder das Drehmoment
zwischen den zwei Wellen. Ferner ist es häufig nützlich, den absoluten Drehwinkel
einer Drehwelle zu messen, wo sich die Welle dreht und Winkelsensor
den Winkel der Welle relativ zu einem stationären Punkt erfasst. Diese Messungen
sind bei Systemen nützlich,
wie z. B. Lenkhilfe- bzw. Servolenksystemen in LKWs und Autos.
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Üblicherweise
ist bei Lenkhilfesystemen eine erste Welle mit einem Lenkrad verbunden
und eine zweite Welle ist mit einem Lenkmechanismus verbunden. Die
erste Welle ist mit der zweiten Welle über ein konformes Bauglied
verbunden, wie z. B. einen Drehstab. Der Fahrer dreht das Lenkrad,
was die erste Welle um eine Anzahl von Grad im Hinblick auf die
zweite Welle dreht. Ein Drehmomentsensor erfasst die Winkelverschiebung
der ersten Welle relativ zu der zweiten Welle und liefert eine Ausgabe,
die das Drehmoment anzeigt, das auf die erste Welle, den Drehstab
und die zweite Welle ausgeübt
wird. Der Betrag an Lenkhilfenunterstützung wird als eine Funktion
des ausgeübten
Drehmoments bestimmt. Ein separater Winkelsensor erfasst den Drehwinkel der
ersten Welle oder der zweiten Welle und gibt diesen aus.
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Diese
Systeme können
magnetbasierte Systeme, kontaktbasierte Systeme, die z. B. resistive Spuren
und Wischer verwenden, induktive Systeme oder optische Systeme sein.
Bei einigen magnetbasierten Systemen sind der Drehmomentsensor und der
Winkelsensor separate Sensoren. Wo der Drehmomentsensor Materialien
umfasst, wie z. B. mehrere Magneten, und der Winkelsensor Materialien
umfasst, wie z. B. einen oder mehrere Magneten. Mehrere Magneten
und separate Sensoren erhöhen
die Kosten und die Komplexität
des Systems.
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Aus
diesen und aus anderen Gründen
besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren
mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel,
das in der Offenbarung beschrieben ist, schafft ein System, das
einen ersten Konzentrator, einen zweiten Konzentrator und einen
Magneten umfasst. Der erste Konzentrator weist einen ersten Teil-Wickelkern
auf. Der zweite Konzentrator weist einen zweiten Teil-Wickelkern auf,
der mit dem ersten Teil-Wickelkern ausgerichtet ist, um eine Bohrung
zu bilden. Der Magnet ist in der Bohrung positioniert und der erste
Konzentrator und der zweite Konzentrator leiten einen Magnetfluss
von dem Magneten, um die Bewegung des Magneten relativ zu dem ersten
Konzentrator und dem zweiten Konzentrator zu erfassen.
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Die
beiliegenden Zeichnungen sind umfasst, um ein weiteres Verständnis der
Ausführungsbeispiele
zu geben und sind in diese Beschreibung eingelagert und bilden einen
Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen
mit der Beschreibung dazu, Prinzipien der Ausführungsbeispiele zu erklären. Andere
Ausführungsbeispiele
und viele der vorgesehenen Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ohne
weiteres offensichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die nachfolgende,
detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente
der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende, ähnliche Teile.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Sensorsystems darstellt;
-
2 ein
Diagramm, das ein Sensorsystem mit einem Magneten in einer zentrierten Nord/Süd-Position
darstellt;
-
3 ein
Diagramm, das ein Sensorsystem mit einem Magneten darstellt, der
im Uhrzeigersinn in eine nichtzentrierte Nord/Süd-Position gedreht ist;
-
4 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Drehmoment- und Winkelsensorsystems darstellt, das einen Einzelmagneten
verwendet;
-
5 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Lenkhilfesystems darstellt, das ein Sensorsystem umfasst;
-
6 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Sensorsystems darstellt, das mit einer ersten Welle und einer
zweiten Welle gekoppelt ist;
-
7 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Teils eines Sensorsystems darstellt, das ein oberes Getrieberad
und ein unteres Getrieberad umfasst; und
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8 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Drehmoment- und Winkelsensorsystems mit Redundanz darstellt.
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In
der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden
und in denen auf darstellende Weise spezifische Ausführungsbeispiele
gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diesbezüglich wird
eine Richtungsterminologie verwendet, wie z. B. „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder”-, „Hinter”-, etc., mit Bezug auf die
Ausrichtung der Figur(en), die beschrieben werden. Da Komponenten
von Ausführungsbeispielen
in einer Reihe von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert
sein können,
wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet
und ist auf keine Weise einschränkend.
Es wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden
können
und strukturelle oder logische Änderungen
ausgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die nachfolgende, detaillierte Beschreibung soll daher nicht in
einem einschränkenden
Sinn genommen werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
ist durch die beiliegenden Ansprüche
definiert.
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1 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Sensorsystems 20 darstellt, das ein Drehmomentsensor
ist, der einen Einzelmagneten 22 umfasst. Das Sensorsystem 20 erfasst
und misst das Drehmoment zwischen zwei Baugliedern, wie z. B. zwei
Drehwellen. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das Sensorsystem 20 bei einem Lenkhilfesystem verwendet.
Bei einem Ausführungsbeispiel
erfasst das Sensorsystem 20 die Winkelverschiebung einer
ersten Welle relativ zu einer zweiten Welle, die mit der ersten
Welle über
einen Drehstab verbunden ist, und das Sensorsystem 20 liefert
eine Ausgabe, die das Drehmoment anzeigt, das auf die erste Welle,
auf den Drehstab und auf die zweite Welle ausgeübt wird.
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Das
Sensorsystem 20 umfasst einen Magnet 22, einen
ersten Magnetflusskonzentrator 24, einen zweiten Magnetflusskonzentrator 26,
einen ersten Magnetflussleiter 28, einen zweiten Magnetflussleiter 30 und
ein Magneterfassungselement 32. Der Magnet 22 liefert
einen Magnetfluss, der durch den ersten Konzentrator 24 und
den zweiten Konzentrator 26 und durch den ersten Leiter 28 und
den zweiten Leiter 30 fließt. Das Magneterfassungselement 32 erfasst
einen Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 28 und
dem zweiten Leiter 30 fließt, um eine Bewegung des Magneten 22 relativ
zu dem ersten Konzentrator 24 und dem zweiten Konzentrator 26 zu messen.
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Der
erste Konzentrator 24 weist einen ersten Teil-Wickelkern 34 und
einen ersten kreisförmigen Flansch 36 auf.
Der erste Teil-Wickelkern 34 ist mit dem ersten kreisförmigen Flansch 36 entlang
von zumindest einem Teil eines Randes des ersten Teil-Wickelkerns 34 verbunden.
Der erste Konzentrator 24 ist aus magnetisch leitfähigem Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Konzentrator 24 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Teil-Wickelkern 34 im Wesentlichen halbrund. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der erste Teil-Wickelkern 34 mit einem ersten kreisförmigen Flansch 36 verbunden,
durchgehend entlang dem gesamten Rand des ersten Teil-Wickelkerns 34.
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Der
zweite Konzentrator 26 weist einen zweiten Teil-Wickelkern 38 und
einen zweiten kreisförmigen
Flansch 40 auf. Der zweite Teil-Wickelkern 38 ist mit
einem zweiten kreisförmigen
Flansch 40 entlang von zumindest einem Teil eines Randes
des zweiten Teil-Wickelkerns 38 verbunden. Der zweite Konzentrator 26 ist
aus einem magnetisch leitfähigem
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Konzentrator 26 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite
Teil-Wickelkern 38 im Wesentlichen halbrund. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Teil-Wickelkern 38 mit dem zweiten kreisförmigen Flansch 40 durchgehend
entlang dem gesamten Rand des zweiten Teil-Wickelkerns 38 verbunden.
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Der
erste Konzentrator 24 und der zweite Konzentrator 26 sind
ausgerichtet, um eine zentrale Bohrung 42 zu bilden, wo
der erste Teil-Wickelkern 34 und der zweite Teil-Wickelkern 38 bei 44 beabstandet
sind und zirkumferenziell ausgerichtet sind, um die Bohrung 42 zu
bilden.
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Der
Magnet 22 ist ein Dauermagnet, der in der Bohrung 42 positioniert
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 ein zylindrischer Magnet mit einer Achse
bei 46, die mit der Achse bei 46 der Bohrung bzw.
des Bohrlochs 42 ausgerichtet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 ein diametral magnetisierter, zylindrischer
Magnet mit einer Achse bei 46, die mit der Achse bei 46 des
Bohrlochs 42 ausgerichtet ist, wobei der diametral magnetisierte,
zylindrische Magnet senkrecht zu der Länge magnetisiert ist, so dass
der Nord- und Südpol
auf den Seiten des Zylinders angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 ein einpoliger Magnet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 mit einem ersten Bauglied gekoppelt und
dreht sich ansprechend auf eine Bewegung des ersten Bauglieds, und
der erste Konzentrator 24 und der zweite Konzentrator 26 sind
mit einem zweiten Bauglied gekoppelt und drehen sich ansprechend
auf die Bewegung des zweiten Bauglieds. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 mit einer ersten Welle gekoppelt, und
der erste Konzentrator 24 und der zweite Konzentrator 26 sind
mit einer zweiten Welle gekoppelt, die mit der ersten Welle über einen Drehstab
verbunden ist, wo das System 20 ein Drehmoment zwischen
der ersten Welle und der zweiten Welle erfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 22 mit einer ersten Welle über ein
erstes Getrieberad gekoppelt, und der erste Konzentrator 24 und
der zweite Konzentrator 26 sind mit einer zweiten Welle über ein
zweites Getrieberad gekoppelt.
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Der
erste Leiter 28 ist benachbart zu dem ersten, kreisförmigen Flansch 36 positioniert,
und der zweite Leiter 30 ist benachbart zu dem zweiten,
kreisförmigen
Flansch 40 positioniert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Leiter 28 benachbart zu einem ersten, kreisförmigen Flansch 36 positioniert, mit
einem kleinen Zwischenraum zwischen dem ersten Leiter 28 und
dem ersten kreisförmigen
Flansch 36, und der zweite Leiter 30 ist benachbart
zu dem zweiten, kreisförmigen
Flansch 40 positioniert, mit einem kleinen Zwischenraum
zwischen dem zweiten Leiter 30 und dem zweiten, kreisförmigen Flansch 40. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter 28 benachbart zu dem ersten, kreisförmigen Flansch 36 positioniert,
ohne Zwischenraum zwischen dem ersten Leiter 28 und dem
ersten, kreisförmigen
Flansch 36, und der zweite Leiter 30 ist benachbart
zu dem zweiten, kreisförmigen
Flansch 40 positioniert, ohne Zwischenraum zwischen dem
zweiten Leiter 30 und dem zweiten, kreisförmigen Flansch 40.
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Der
erste Leiter 28 überlappt
den ersten, kreisförmigen
Flansch 36, und der zweite Leiter 30 überlappt
den zweiten, kreisförmigen
Flansch 40. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Leiter 28 halbrund und weist einen halbrunden Überlappungsbereich
mit dem ersten, kreisförmigen
Flansch 36 auf, und der zweite Leiter 30 ist halbrund
und weist einen halbrunden Überlappungsbereich
mit dem zweiten, kreisförmigen
Flansch 40 auf.
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Sowohl
der erste als auch der zweite Leiter 28 und 30 sind
aus einem magnetisch leitfähigen
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter 28 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Leiter 30 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt.
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Das
Magneterfassungselement 32 ist zwischen dem ersten Leiter 28 und
dem zweiten Leiter 30 positioniert. Das Magneterfassungselement 32 erfasst
und misst einen Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 28 und
dem zweiten Leiter 30 fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Magneterfassungselement 32 ein oder mehrere
Hall-Effekt-Erfassungselemente.
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In
Betrieb liefert der Magnet 22 einen Magnetfluss, der durch
den ersten Konzentrator 24 und den zweiten Konzentrator 26 fließt. Der
Magnetfluss fließt
durch den ersten Teil-Wickelkern 34 und
den ersten kreisförmigen
Flansch 36 und der Magnetfluss fließt durch den zweiten Teil-Wickelkern 38 und
den zweiten kreisförmigen
Flansch 40. Ferner fließt der Magnetfluss durch den
ersten Leiter 28 und den zweiten Leiter 30 über den
ersten Konzentrator 24 und den zweiten Konzentrator 26.
Der Betrag des Magnetflusses, der zwischen dem ersten Leiter 28 und
dem zweiten Leiter 30 fließt, ist eine Funktion der Bewegung
und der Position des Magneten 22 relativ zu dem ersten
Konzentrator 24 und dem zweiten Konzentrator 26.
Das Magneterfassungselement 32 erfasst und misst einen
Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 28 und dem
zweiten Leiter 30 fließt,
um den relativen Winkel zwischen dem Magneten 22 und dem
ersten und dem zweiten Konzentrator 24 und 26 zu
bestimmen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Sensorsystem 20 einen Winkelsensor, der benachbart
zu einem Ende des Magneten 22 positioniert ist. Der Winkelsensor
erfasst und misst den Winkel der Drehung des Magneten 22 relativ
zu einem festen Punkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel misst das Sensorsystem 20 sowohl
Drehmoment als auch Drehwinkel über
das kombinierte Drehmoment- und Winkelsensorsystem, das einen Einzelmagneten 22 verwendet.
Das Verwenden eines Einzelmagneten 22 reduziert die Kosten
und Komplexität
des Systems.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Sensorsystem 20 einen zweiten Magneten, der
mechanisch mit dem ersten Konzentrator 24 und dem zweiten
Konzentrator 26 gekoppelt ist. Ein erster Winkelsensor
ist benachbart zu einem Ende des Magneten 22 positioniert,
um den Drehwinkel des Magneten 22 zu messen, und ein zweiter
Winkelsensor ist benachbart zu dem zweiten Magneten positioniert, um
den Drehwinkel des ersten Konzentrators 24 und des zweiten
Konzentrators 26 zu messen. Die Differenz zwischen den
Winkeln, wie sie durch den ersten Winkelsensor und den zweiten Winkelsensor
gemessen werden, kann als ein Maß einer Winkelverschiebung
und ein anderes Maß eines
Drehmoments verwendet werden.
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2 und 3 sind
Diagramme, die die Operation eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsystems 100 darstellen,
das einen Einzelmagneten 102 verwendet, um Winkelverschiebung
und/oder Drehmoment zu erfassen und zu messen. Das Sensorsystem 100 ist ähnlich zu
dem Sensorsystem 20.
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2 ist
ein Diagramm, das ein Sensorsystem 100 mit einem Magneten 102 in
einer zentrierten Nord/Süd-Position
darstellt. Das Sensorsystem 100 umfasst einen Magneten 102,
einen ersten Magnetflusskonzentrator 104, einen zweiten
Magnetflusskonzentrator 106, einen ersten Magnetflussleiter 108,
einen zweiten Magnetflussleiter 110 und ein Magneterfassungselement 112.
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Der
erste Konzentrator 104 weist einen ersten Teil-Wickelkern 114 und
einen ersten Flansch 116 auf. Der erste Teil-Wickelkern 114 ist
mit dem ersten Flansch 116 entlang zumindest einem Teil
eines Randes des ersten Teil-Wickelkerns 114 verbunden.
Der erste Konzentrator 104 ist aus einem magnetisch leitfähigen Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Konzentrator 104 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Teil-Wickelkern 114 im
Wesentlichen halbrund. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste Teil-Wickelkern 114 mit
dem ersten Flansch 116 durchgehend entlang dem gesamten
Rand des ersten Teil-Wickelkerns 114 verbunden.
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Der
zweite Konzentrator 106 weist einen zweiten Teil-Wickelkern 118 und
einen zweiten Flansch 120 auf. Der zweite Teil-Wickelkern 118 ist mit
dem zweiten Flansch 120 entlang zumindest einem Teil eines
Randes des zweiten Teil-Wickelkerns 118 verbunden. Der
zweite Konzentrator 106 ist aus einem magnetisch leitfähigem Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Konzentrator 106 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite
Teil-Wickelkern 118 im Wesentlichen halbrund bzw. halbkreisförmig. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Teil-Wickelkern (partial hub) 118 mit dem
zweiten Flansch 120 durchgehend entlang dem gesamten Rand
des zweiten Teil-Wickelkerns 118 verbunden.
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Der
erste Konzentrator 104 und der zweite Konzentrator 106 sind
ausgerichtet, um die zentrale Bohrung 122 zu bilden, wo
der erste Teil-Wickelkern 114 und der zweite Teil-Wickelkern 118 bei 124 beabstandet
sind und betreffend dem Umfang bzw. zirkumferenziell ausgerichtet
sind, um die Bohrung 122 zu bilden.
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Der
Magnet 102 ist ein zylindrischer Dauermagnet, der in der
Bohrung 122 positioniert ist und eine Achse bei 126 aufweist,
die mit der Achse bei 126 der Bohrung 122 ausgerichtet
ist. Der Magnet 102 ist diametral magnetisiert, wobei der
zylindrische Magnet 102 senkrecht zu der Länge magnetisiert
ist, derart, dass der Nordpol N und der Südpol S an gegenüberliegenden
Seiten des Zylinders angeordnet sind. Der Magnet 102 ist
ein einpoliger Magnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen können der
Nordpol N und der Südpol
S umgeschaltet werden.
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Der
erste Leiter 108 ist benachbart zu dem ersten Flansch 116 positioniert,
und der zweite Leiter 110 ist benachbart zu dem zweiten
Flansch 120 positioniert. Sowohl der erste als auch der
zweite Leiter 108 und 110 sind aus einem magnetisch
leitfähigen Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter 108 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Leiter 110 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.
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Das
Magneterfassungselement 112 ist zwischen dem ersten Leiter 108 und
dem zweiten Leiter 110 positioniert. Das Magneterfassungselement 112 erfasst
und misst einen Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 108 und
dem zweiten Leiter 110 fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Magneterfassungselement 112 ein Hall-Effekt-Erfassungselement.
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In
Betrieb liefert der Magnet 102 einen Magnetfluss, der fließt, wie über die
Magnetfeldlinien 130 angezeigt ist. Der Magnetfluss fließt zwischen
dem Nordpol N und dem Südpol
S des Magneten 102. Der erste Teil-Wickelkern 114 und
der zweite Teil-Wickelkern 118 empfangen einen Magnetfluss
und leiten den Magnetfluss zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des
Magneten 102. Ferner fließt ein Teil des Magnetflusses
durch den ersten Teil-Wickelkern 114, den ersten Flansch 116 und
den ersten Leiter 108 zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des
Magneten 102, und ein Teil des Magnetflusses fließt durch
den zweiten Teil-Wickelkern 118, den zweiten Flansch 120 und
den zweiten Leiter 110 zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des
Magneten 102. Wenn der Magnet 102 in einer zentrierten Nord/Süd-Position
ist, fließt
wenig oder kein Magnetfluss zwi schen dem ersten Leiter 108 und
dem zweiten Leiter 110 über
das Magneterfassungselement 112, derart, dass das Magneterfassungselement 112 wenig
oder keinen Magnetfluss erfasst und eine Ausgabe liefert, die ein
entsprechendes Maß einer
Winkelverschiebung und/oder eines Drehmoments anzeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das ein Sensorsystem 100 mit einem Magnet 102 darstellt,
der im Uhrzeigersinn in eine nichtzentrierte Nord/Süd-Position gedreht
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 102 mit einem ersten Bauglied gekoppelt
und dreht sich ansprechend auf eine Bewegung des ersten Bauglieds,
und der erste Konzentrator 104 und der zweite Konzentrator 106 sind
mit einem zweiten Bauglied gekoppelt und drehen sich ansprechend
auf eine Bewegung des zweiten Bauglieds. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 102 mit einer ersten Welle gekoppelt, und
der erste Konzentrator 104 und der zweite Konzentrator 106 sind
mit einer zweiten Welle gekoppelt, die mit der ersten Welle über einen
Drehstab verbunden ist, wobei das System 100 ein Drehmoment
zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle erfasst. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 102 mit einer ersten Welle über ein
erstes Getrieberad gekoppelt, und der erste Konzentrator 104 und
der zweite Konzentrator 106 sind mit einer zweiten Welle über ein
zweites Getrieberad gekoppelt.
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In
Betrieb dreht sich der Magnet 102 relativ zu dem ersten
Konzentrator 104 und dem zweiten Konzentrator 106 und
der Magnet 102 liefert einen Magnetfluss, der durch das
Magneterfassungselement 112 fließt, zwischen dem Nordpol N
und dem Südpol
S des Magneten 102. Der erste Teil-Wickelkern 114 und
der zweite Teil-Wickelkern 118 empfangen einen Magnetfluss
und leiten den Magnetfluss zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des
Magneten 102. Ein Teil des Magnetflusses fließt durch den
zweiten Teil-Wickelkern 118, den zweiten Flansch 120 und
den zweiten Leiter 110 zu dem magnetischen Erfassungselement 112 und
dem ersten Leiter 108, dem ersten Flansch 116 und
dem ersten Teil-Wickelkern 114. Wenn der Magnet 102 in
einer nichtzentrierten Nord/Süd-Position
ist, fließt
der Magnetfluss zwischen dem ersten Leiter 108 und dem zweiten
Leiter 110 über
das Magneterfassungselement 112. Das Magneterfassungselement 112 erfasst
diesen Magnetfluss und liefert eine Ausgabe, die ein entsprechendes
Maß einer
Winkelverschiebung und/oder eines Drehmoments des Magneten 102 relativ
zu dem ersten Konzentrator 104 und dem zweiten Konzentrator 106 anzeigt.
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4 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Drehmoment- und Winkelsensorsystems 200 darstellt,
das einen Einzelmagneten 202 verwendet. Das Sensorsystem 200 misst
eine Winkelverschiebung und/oder ein Drehmoment, und den Drehwinkel
des Magneten 202. Das Sensorsystem 200 umfasst
einen Winkelsensor 204, der benachbart zu einem Ende des
Magneten 202 positioniert ist. Der Winkelsensor 204 erfasst
und misst den Drehwinkel des Magneten 202 relativ zu einem
festen Punkt. Das Verwenden eines Einzelmagneten 202 reduziert
Kosten und Komplexität
im Vergleich zu der Verwendung von mehreren Magneten bei separaten
Drehmoment- und Winkelmesssystemen. Bei einem Ausführungsbeispiel
erfasst und misst das Sensorsystem 200 das Drehmoment zwischen
zwei Baugliedern, wie z. B. zwei Drehwellen, und den Drehwinkel
von einer der zwei Wellen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Winkelsensor 204 ein Magnetsensor,
der Magnetflusskomponenten senkrecht zu einem Magneten 202 misst.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Winkelsensor 204 ein Magnetsensor, der auf einer
Giant-Magnetoresistenz (GMR;
giant magneto-resistance) basiert.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Sensorsystem 200 in einem Lenkhilfesystem verwendet.
Das Sensorsystem 200 erfasst die Winkelverschiebung einer
ersten Welle relativ zu einer zweiten Welle, die mit der ersten
Welle über
einen Drehstab verbunden ist. Das Sensorsystem 200 erfasst ferner
den Drehwinkel der ersten Welle relativ zu einem Fixpunkt bzw. festen
Punkt. Das Sensorsystem 200 liefert eine Ausgabe, die das
Drehmoment anzeigt, das auf die erste Welle, den Drehstab und die zweite
Welle ausgeübt
wird, und eine Ausgabe, die den Drehwinkel der ersten Welle anzeigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel
erfasst das Sensorsystem 200 den Drehwinkel der zweiten
Welle.
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Das
Sensorsystem 200 umfasst einen Magneten 202, einen
Winkelsensor 204, einen ersten Magnetflusskonzentrator 206 und
einen zweiten Magnetflusskonzentrator 208, einen ersten
Magnetflussleiter 210, einen zweiten Magnetflussleiter 212 und ein
Magneterfassungselement 214.
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Der
erste Konzentrator 206 weist einen ersten Teil-Wickelkern 216 und
einen ersten kreisförmigen
Flansch 218 auf, der mit dem ersten Teil-Wickelkern 216 entlang
zumindest einem Teil eines Randes des ersten Teil-Wickelkerns 216 verbunden
ist. Der erste Konzentrator 206 ist aus einem magnetisch
leitfähigen
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Konzentrator 206 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Teil-Wickelkern 216 im
Wesentlichen halbrund. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste Teil-Wickelkern 216 mit
einem ersten kreisförmigen Flansch 218 verbunden,
durchgehend entlang dem gesamten Rand des ersten Teil-Wickelkerns 216.
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Der
zweite Konzentrator 208 weist einen zweiten Teil-Wickelkern 220 und
einen zweiten kreisförmigen
Flansch 222 auf, der mit dem zweiten Teil-Wickelkern 220 entlang
zumindest einem Teil eines Randes des zweiten Teil-Wickelkerns 220 verbunden
ist. Der zweite Konzentrator 208 ist aus einem magnetisch
leitfähigem
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Konzentrator 208 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite
Teil-Wickelkern 220 im Wesentlichen halbrund. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der zweite Teil-Wickelkern 220 mit dem zweiten kreisförmigen Flansch 222 durchgehend
entlang dem gesamten Rand des zweiten Teil-Wickelkerns 220 verbunden.
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Der
erste Konzentrator 206 und der zweite Konzentrator 208 sind
ausgerichtet, um eine zentrale Bohrung 224 zu bilden, wo
der erste Teil-Wickelkern 216 und der zweite Teil-Wickelkern 220 bei 226 beabstandet
sind und umfangsmäßig ausgerichtet
sind, um die Bohrung 224 zu bilden.
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Der
Magnet 202 ist ein Dauermagnet, der in der Bohrung 224 positioniert
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 ein zylindrischer Magnet mit einer Achse,
die mit der Achse der Bohrung 224 ausgerichtet ist. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 ein diametral magnetisierter, zylindrischer
Magnet mit einer Achse, die mit der Achse der Bohrung 224 ausgerichtet
ist, wobei der diametral magnetisierte, zylindrische Magnet senkrecht
zu der Länge
derart magnetisiert ist, dass der Nord- und Südpol auf den Seiten des Zylinders
angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 ein einpoliger Magnet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 mit einem ersten Bauglied gekoppelt
und dreht sich ansprechend auf eine Bewegung des ersten Bauglieds,
und der erste Konzentrator 206 und der zweite Konzentrator 210 sind
mit einem zweiten Bauglied gekoppelt und drehen sich ansprechend
auf die Bewegung des zweiten Bauglieds. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 mit einer ersten Welle gekoppelt, und
der erste Konzentrator 206 und der zweite Konzentrator 208 sind
mit einer zweiten Welle gekoppelt, die mit der ersten Welle über einen
Drehstab verbunden ist, wobei das System 200 ein Drehmoment
zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle und den Drehwinkel
der ersten Welle erfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnet 202 mit
einer ersten Welle über
ein erstes Getrieberad verbunden, und ein erster Konzentrator 206 und
ein zweiter Konzentrator 208 sind mit einer zweiten Welle über ein
zweites Getrieberad gekoppelt.
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Der
erste Leiter 210 ist benachbart zu dem ersten, kreisförmigen Flansch 218 positioniert,
und der zweite Leiter 212 ist benachbart zu dem zweiten, kreisförmigen Flansch 222 positioniert.
Sowohl der erste als auch der zweite Leiter 210 und 212 sind
aus einem magnetisch leitfähigen
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter 210 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Leiter 212 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt.
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Das
Magneterfassungselement 214 ist zwischen dem ersten Leiter 210 und
dem zweiten Leiter 212 positioniert. Das Magneterfassungselement 214 erfasst
und misst einen Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 210 und
dem zweiten Leiter 212 fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Magneterfassungselement 214 ein Hall-Effekt-Erfassungselement.
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In
Betrieb dreht sich der Magnet 202 und liefert einen Magnetfluss,
der durch den ersten Konzentrator 206 und den zweiten Konzentrator 208 fließt. Der
Magnetfluss fließt
durch den ersten Teil-Wickelkern 216 und den ersten kreisförmigen Flansch 218 und
durch den zweiten Teil-Wickelkern 220 und den zweiten kreisförmigen Flansch 222.
Ferner fließt
ein Teil des Magnetflusses durch den ersten Leiter 210 und
den zweiten Leiter 212 über
einen ersten Konzentrator 206 und einen zweiten Konzentrator 208. Der
Betrag des Magnetflusses, der zwischen dem ersten Leiter 210 und
dem zweiten Leiter 212 fließt, ist eine Funktion der Bewegung
und der Position des Magneten 202 relativ zu dem ersten
Konzentrator 206 und dem zweiten Konzentrator 208.
Ein Magneterfassungselement 214 erfasst und misst einen
Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 210 und dem
zweiten Leiter 212 fließt, um eine Winkelverschiebung
und ein Drehmoment zu messen. Der Winkelsensor 204 erfasst
einen Magnetfluss und misst den Drehwinkel des Magneten 202.
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5 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Lenkhilfesystems 300 darstellt, das ein Sensorsystem 302 umfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Sensorsystem 302 ähnlich zu dem Sensorsystem 20 aus 1.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Sensorsystem 302 ähnlich zu dem Drehmoment- und
Winkelsensorsystem 200 aus 4.
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Das
Lenkhilfesystem 300 umfasst ein Sensorsystem 302,
ein Lenkrad 304, eine erste Welle 306, einen Drehstab 308,
eine zweite Welle 310, einen Lenkmechanismus 312 und
Räder 314.
Das Lenkrad 304 ist mit der ersten Welle 306 verbunden und
konfiguriert, um sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn
zu drehen. Die erste Welle 306 ist mit einem Ende des Drehstabs 308 verbunden
und das andere Ende des Drehstabs 308 ist mit der zweiten
Welle 310 verbunden. Die erste Welle 306, der Drehstab 308 und
die zweite Welle 310 sind ferner konfiguriert, um sich
im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Die Räder 314 sind
drehbar mit dem Lenkmechanismus 312 gekoppelt, der mit der
zweiten Welle 310 derart gekoppelt ist, dass sich der Lenkmechanismus 312 rückwärts und
vorwärts bewegt
und sich die Räder 314 ansprechend
auf das Drehen der zweiten Welle 310 drehen.
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Das
Sensorsystem 302 ist mit der ersten Welle 306 und
der zweiten Welle 310 gekoppelt. Ein erstes Getrieberad 316 ist
mit der ersten Welle 306 verbunden und ein zweites Getrieberad 318 ist
mit der zweiten Welle 310 verbunden. Das Sensorsystem 302 ist
mit der ersten Welle 306 über das erste Getrieberad 316 und
mit der zweiten Welle 310 über das zweite Getrieberad 318 gekoppelt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnet des Sensorsystems 302 mit der ersten Welle 306 über das
erste Getrieberad 316 gekoppelt, und der erste Konzentrator
und der zweite Konzentrator sind mit der zweiten Welle 310 über das
zweite Getrieberad 318 gekoppelt. Wo die zweite Welle 310 mit
der ersten Welle 306 über
einen Drehstab 308 verbunden ist und das System 300 ein
Drehmoment zwischen der ersten Welle 306 und der zweiten
Welle 310 erfasst.
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In
Betrieb wird das Lenkrad 304 im Uhrzeigersinn oder gegen
den Uhrzeigersinn gedreht, was die erste Welle 306 und
das erste Getrieberad 316 dreht. Der Drehstab 308 besteht
aus einem nachgiebigen Material, das sich derart dreht, dass die
zweite Welle 310 und das zweite Getrieberad 318 sich
anfänglich
nicht drehen. Das Sensorsystem 302 erfasst die Drehung
der ersten Welle 306 über
das erste Getrieberad 316 und die Nichtdrehung der zweiten
Welle 310 über
das zweite Getrieberad 318, und misst das Drehmoment zwischen
der ersten Welle 306 und der zweiten Welle 310.
Das Sensorsystem 302 gibt den gemessenen Drehmomentwert
aus und eine Leistungsunterstützung
wird zu der zweiten Welle 310 und dem Lenkmechanismus 312 geliefert,
um die Räder 314 basierend
auf dem ausgegebenen Drehmomentwert zu drehen.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
des Sensorsystems 302 darstellt, das mit der ersten Welle 306 und
der zweiten Welle 310 gekoppelt ist. Das Sensorsystem 302 umfasst
ein oberes Getrieberad 320 und ein unteres Getrieberad 322.
Das obere Getrieberad 320 ist mit dem Magneten in dem Sensorsystem 302 verbunden.
Das untere Getrieberad 322 ist mit dem ersten Konzentrator
und dem zweiten Konzentrator in dem Sensorsystem 302 verbunden.
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Die
erste Welle 306 ist mit dem ersten Getrieberad 316 verbunden
und die zweite Welle 310 ist mit dem zweiten Getrieberad 318 verbunden,
wobei die erste Welle 306 mit einem Ende des Drehstabs 308 verbunden
ist und die zweite Welle 310 mit dem anderen Ende des Drehstabs 308 verbunden
ist. Der Magnet in dem Sensorsystem 302 ist mit der ersten Welle 306 über das
erste Getrieberad 316 und das obere Getrieberad 320 verbunden,
wobei das erste Getrieberad 316 sich mit dem oberen Getrieberad 320 verzahnt.
Der erste Konzentrator und der zweite Konzentrator in dem Sensorsystem 302 sind
mit der zweiten Welle 310 über das erste Getrieberad 318 und
das untere Getrieberad 322 gekoppelt, wobei das zweite
Getrieberad 318 sich mit dem unteren Getrieberad 322 verzahnt.
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Die
Getriebeübersetzung
des oberen Getrieberads 320 zu dem ersten Getrieberad 316 und
die Getriebeübersetzung
des unteren Getrieberads 322 zu dem zweiten Getrieberad 318 ist
ausgewählt,
um die Empfindlichkeit des Sensorsystems 302 im Hinblick
auf Änderungen
bei der Position des Lenkrads 304 zu erhöhen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Getriebeübersetzung
des oberen Getrieberads 320 zu dem ersten Getrieberad 316 4
zu 1, derart, dass eine Drehung des ersten Getrieberads 316 eine Drehung
erzeugt, die viermal größer bei
dem oberen Getrieberad 320 und dem Magneten ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Getriebeübersetzung
des unteren Getrieberads 322 zu dem zweiten Getrieberad 318 4
zu 1, derart, dass die Drehung des zweiten Getrieberads 318 eine
Drehung erzeugt, die viermal größer bei
dem unteren Getrieberad 322 und dem ersten und dem zweiten
Konzentrator ist.
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In
Betrieb wird das Lenkrad 304 im Uhrzeigersinn oder gegen
den Uhrzeigersinn gedreht, was die erste Welle 306 und
das erste Getrieberad 316 dreht. Das erste Getrieberad 316 verzahnt
sich mit dem oberen Getrieberad 320, um das obere Getrieberad 320 und
den Magneten dem Sensorsystem 302 zu drehen. Das zweite
Getrieberad 318 dreht sich, wenn sich das zweite Getrieberad 310 dreht, wobei
das zweite Getrieberad 318 sich mit dem unteren Getrieberad 322 verzahnt,
um das untere Getrieberad 322 und den ersten und den zweiten
Konzentrator in dem Sensorsystem 302 zu drehen. Das Sensorsystem 302 erfasst
und misst die Winkelverschiebung und/oder das Drehmoment zwischen
der ersten Welle 306 und der zweiten Welle 310.
Bei einem Ausführungsbeispiel
erfasst und misst das Sensorsystem 302 den Drehwinkel der
ersten Welle 306.
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7 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Teils des Sensorsystems 302 darstellt, was oberes
Getrieberad 320 und unteres Getrieberad 322 umfasst.
Das Sensorsystem 302 umfasst ein oberes Getrieberad 320,
ein unteres Getrieberad 322, einen Magnet 340,
einen ersten Magnetflusskonzentrator 342 und einen zweiten
Magnetflusskonzentrator 344, und einen Abstandhalter 346. Ein
Ende des Magneten 340 ist mit dem oberen Getrieberad 320 derart
verbunden, dass sich der Magnet 340 dreht, wenn sich das
obere Getrieberad 320 dreht. Der Magnet 340 passt
in den Abstandhalter 346 derart, dass sich der Magnet 340 reibungslos
innerhalb des Abstandhalters 346 dreht, der aus einem nichtmagnetischen
Material hergestellt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnet 340 ein
einpoliger Magnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst das
Sensorsystem 302 keinen Abstandhalter 346 und
Luft ist in dem Raum, der zwischen dem Magneten 340 und
dem ersten und dem zweiten Magnetflusskonzentrator 342 und 344 beibehalten
wird.
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Der
erste Konzentrator 342 weist einen ersten Teil-Wickelkern 348 und
einen ersten kreisförmigen
Flansch 350 auf, der mit dem ersten Teil-Wickelkern 348 entlang
von zumindest einem Teil eines Randes des ersten Teil-Wickelkerns 348 verbunden ist.
Der zweite Konzentrator 344 weist einen zweiten Teil-Wickelkern 352 und
einen zweiten kreisförmigen Flansch 354 auf,
der mit dem zweiten Teil-Wickelkern 352 entlang von zumindest
einem Teil eines Randes des zweiten Teil-Wickelkerns 352 verbunden
ist. Der erste Konzentrator 342 und der zweite Konzentrator 344 sind
ausgerichtet, um eine zentrale Bohrung zu bilden, wo der Abstandhalter 346 in
der mittleren Bohrung positioniert ist. Der erste Teil-Wickelkern 348 und
der zweite Teil-Wickelkern 352 sind beabstandet und an
der Außenseite
des Abstandhalters 346 positioniert und in das untere Getrieberad 346 eingepasst.
Der erste Konzentrator 342 und der zweite Konzentrator 344 sind
angemessen in das untere Getrieberad 322 eingepasst, derart,
dass sowohl der erste Konzentrator 342 als auch der zweite
Konzentrator 344 sich drehen, wenn sich das untere Getrieberad 322 dreht.
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8 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Drehmoment- und Winkelsensorsystems 400 mit Redundanz
darstellt. Das Sensorsystem 400 umfasst einen ersten Magneten 402,
einen zweiten Magneten 404, einen ersten Winkelsensor 406 und
einen zweiten Winkelsensor 408. Der erste Winkelsensor 406 ist
benachbart zu einem Ende des ersten Magneten 402 positioniert,
um den Drehwinkel des ersten Magneten 402 zu messen, und
der zweite Winkelsensor 408 ist benachbart zu dem zweiten
Magneten 404 positioniert, um den Drehwinkel des zweiten
Magneten 404 zu messen. Dies liefert zwei Winkelmessungen.
Ferner weist das Sensorsystem 400 einen Drehmomentsensor
auf, ähnlich
zu dem Sensorsystem 20 aus 1 und dem Sensorsystem 200 aus 4,
und die Differenz zwischen den Winkeln, gemessen durch den ersten
Winkelsensor 406 und den zweiten Winkelsensor 408, kann
als ein zweites Maß einer
Winkelverschiebung und/oder eines Drehmoments verwendet werden.
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Das
Sensorsystem 400 umfasst eine obere Platte 410,
ein oberes Getrieberad 412 und eine Befestigungsplatte 414.
Das obere Getrieberad 412 ist drehbar mit einer oberen
Platte 410 verbunden und mit dem ersten Magneten 402 derart
verbunden, dass das Drehen des oberen Getrieberads 412 den ersten
Magneten 402 dreht. Das obere Getrieberad 412 dreht
sich zwischen der oberen Platte 410 und der Befestigungsplatte 414 und
der erste Magnet 402 ist durch ein Loch bei 416 in
die Befestigungsplatte 414 eingefügt. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind das obere Getrieberad 412 und der erste Magnet 402 mechanisch
mit einer Welle gekoppelt, wie z. B. der ersten Welle 306 des
Lenkhilfesystems 300, über
ein erstes Getrieberad 316.
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Das
Sensorsystem 400 umfasst einen ersten Magnetflusskonzentrator 418,
einen zweiten Magnetflusskonzentrator 420, ein unteres
Getrieberad 422 und eine Basisplatte 424. Der
erste Konzentrator 418 weist einen ersten Teil-Wickelkern 426 auf,
der mit einem ersten kreisförmigen
Flansch 428 entlang von zumindest einem Teil eines Randes
des ersten Teil-Wickelkerns 426 verbunden
ist. Der zweite Konzentrator 420 weist einen zweiten Teil-Wickelkern 430 auf,
der mit dem zweiten kreisförmigen
Flansch 432 entlang von zumindest einem Teil eines Randes des
zweiten Teil-Wickelkerns 430 verbunden ist. Der erste Konzentrator 418 und
der zweite Konzentrator 420 sind ausgerichtet, um eine
zentrale Bohrung zu bilden, wo der erste Teil-Wickelkern 426 und
der zweite Teil-Wickelkern 430 bei 434 beabstandet
sind und im Hinblick auf den Umfang ausgerichtet sind, um die Bohrung
zu bilden.
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Der
erste Konzentrator 418 ist aus einem magnetisch leitfähigen Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist
der erste Konzentrator 418 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste
Teil-Wickelkern 426 im Wesentlichen halbrund. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der erste Teil-Wickelkern 426 mit dem ersten kreisförmigen Flansch 428 durchgehend
entlang dem gesamten Rand des ersten Teil-Wickelkerns 426 verbunden.
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Der
zweite Konzentrator 420 ist aus einem magnetisch leitfähigem Material
mit einer hohen Permeabilität
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist
der zweite Konzentrator 420 aus einem ferromagnetischen
Material hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite
Teil-Wickelkern 430 im Wesentlichen halbrund. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der zweite Teil-Wickelkern 430 mit dem zweiten kreisförmigen Flansch 432 durchgehend
entlang dem gesamten Rand des zweiten Teil-Wickelkerns 430 verbunden.
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Der
erste Magnet 402 ist innerhalb der Bohrung positioniert.
Der Magnet 402 ist ein zylindrischer Magnet mit einer Achse,
die mit der Achse der Bohrung ausgerichtet ist. Der erste Magnet 402 und
das obere Getrieberad 412 drehen sich um die Achse, und
das untere Getrieberad 422 dreht sich um dieselbe Achse.
Der erste Magnet 402 ist ein diametral magnetisierter,
zylindrischer Magnet, wobei der diametral magnetisierte, zylindrische
Magnet senkrecht zu der Länge
derart magnetisiert ist, dass der Nord- und Südpol auf gegenüberliegenden
Seiten des Zylinders angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Magnet 402 ein einpoliger Magnet. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist ein Abstandhalter innerhalb der Bohrung und zwischen dem ersten
Magneten 402 und dem ersten Konzentrator 418 und
dem zweiten Konzentrator 420 positioniert.
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Das
untere Getrieberad 422 ist drehbar mit der Basisplatte 424 verbunden
und mit dem ersten Konzentrator 418 und dem zweiten Konzentrator 420 derart
verbunden, dass ein Drehen des unteren Getrieberads 422 den
ersten Konzentrator 418 und den zweiten Konzentrator 420 dreht.
Das untere Getrieberad 422 dreht sich zwischen der Befestigungsplatte 414 und
der Basisplatte 424 um die Achse der Bohrung, und der erste
Konzentrator 418 und der zweite Konzentrator 420 drehen
sich um den ersten Magneten 402. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind das untere Getrieberad 412 und der erste Konzentrator 418 und
der zweite Konzentrator 420 mechanisch mit einer Welle
gekoppelt, wie z. B. der zweiten Welle 310 des Lenkhilfesystems 300, über das
zweite Getrieberad 318.
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Das
Sensorsystem 400 umfasst einen ersten Magnetflussleiter 436,
einen zweiten Magnetflussleiter 438 und ein Magneterfassungselement 440.
Der erste Leiter 436 ist benachbart zu dem ersten, kreisförmigen Flansch 428 positioniert.
Der zweite Leiter 438 ist benachbart zu dem zweiten, kreisförmigen Flansch 432 positioniert.
Sowohl der erste als auch der zweite Leiter 436 und 438 sind
aus einem magnetisch leitfähigen
Material mit einer hohen Permeabilität hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter 436 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist
der zweite Leiter 438 aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt.
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Das
Magneterfassungselement 440 ist zwischen dem ersten Leiter 436 und
dem zweiten Leiter 438 positioniert. Das Magneterfassungselement 440 erfasst
und misst einen Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 436 und
dem zweiten Leiter 438 fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Magneterfassungselement 440 ein Hall-Effekt-Erfassungselement.
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Das
Sensorsystem 400 umfasst eine Schaltungsplatine 442.
Der erste Winkelsensor 406 ist benachbart zu einem Ende
des ersten Magneten 402 auf der Schaltungsplatine 442 positioniert,
die auf der Basisplatte 424 positioniert ist. Der erste
Winkelsensor 406 erfasst und misst den Drehwinkel des ersten Magneten 402.
-
Das
Sensorsystem 400 umfasst ein zweites, unteres Getrieberad 444,
das drehbar mit der Basisplatte 424 verbunden ist und mit
dem zweiten Magneten 404 derart verbunden ist, dass das
Drehen des zweiten, unteren Getrieberads 444 den zweiten
Magneten 404 dreht. Der zweite Magnet 404 ist
ein zylindrischer, diametral magnetisierter Magnet mit einer Achse
entlang der Länge
des Zylinders. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der zweite Magnet 404 ein einpoliger Magnet.
-
Das
zweite, untere Getrieberad 444 dreht sich zwischen der
Befestigungsplatte 414 und der Basisplatte 424 um
die Achse des zweiten Magneten 404. Der zweite Winkelsensor 408 ist
benachbart zu einem Ende des zweiten Magneten 404 auf der Schaltungsplatine 442 positioniert,
die auf der Basisplatte 424 positioniert ist. Der zweite
Winkelsensor 408 erfasst und misst den Drehwinkel des zweiten Magneten 404.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sind das zweite, untere Getrieberad 444 und der zweite Magnet 404 mechanisch
mit einer Welle gekoppelt, wie z. B. der zweiten Welle 310 des
Lenkhilfesystems 300, über
ein zweites Getrieberad 318.
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In
Betrieb dreht sich der erste Magnet 402 und liefert einen
Magnetfluss, der durch den ersten Konzentrator 418 und
den zweiten Konzentrator 420 fließt. Der Magnetfluss fließt durch
den ersten Teil-Wickelkern 426 und den ersten, kreisförmigen Flansch 428 und
durch den zweiten Teil-Wickelkern 430 und den zweiten,
kreisförmigen
Flansch 432. Ferner fließt ein Teil des Magnetflusses
durch den ersten Leiter 436 und den zweiten Leiter 438 über den
ersten Konzentrator 418 und den zweiten Konzentrator 420.
Der Betrag des Magnetflusses, der zwischen dem ersten Leiter 436 und
dem zweiten Leiter 438 fließt, ist eine Funktion der Bewegung
und der Position des ersten Magneten 402 relativ zu dem ersten
Konzentrator 418 und dem zweiten Konzentrator 420.
Das Magneterfassungselement 440 erfasst und misst einen
Magnetfluss, der zwischen dem ersten Leiter 436 und dem
zweiten Leiter 438 fließt, um eine Winkelverschiebung
und ein Drehmoment zu messen. Der erste Winkelsensor 406 erfasst
einen Magnetfluss und misst den Drehwinkel, des ersten Magneten 402.
Der zweite Winkelsensor 408 erfasst einen Magnetfluss und
misst den Drehwinkel des zweiten Magneten 404.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind das obere Getrieberad 412 und der erste Magnet 402 mechanisch
mit der ersten Welle 306 des Lenkhilfesystems 300 über das
erste Getrieberad 316 gekoppelt, und das untere Getrieberad 422 und
der erste Konzentrator 418 und der zweite Konzentrator 420 sind mechanisch
mit der zweiten Welle 310 des Lenkhilfesystems 300 über das
zweite Getrieberad 318 gekoppelt. Ferner sind das zweite,
untere Getrieberad 444 und der zweite Magnet 404 mechanisch
mit der zweiten Welle 310 des Lenkhilfesystems 300 über das zweite
Getrieberad 318 gekoppelt. Das Sensorsystem 400 erfasst
und misst das Drehmoment zwischen der ersten Welle 306 und
der zweiten Welle 310 über
den ersten Magneten 402. Ferner erfasst und misst der erste
Winkelsensor 406 den Drehwinkel des ersten Magneten 402 und
der ersten Welle 306, und der zweite Winkelsensor 408 erfasst
und misst den Drehwinkel des zweiten Magneten 404 und der
zweiten Welle 310. Dies liefert zwei Winkelmessungen, wobei
die Differenz zwischen den Winkeln, die durch den ersten Winkelsensor 406 und
den zweiten Winkelsensor 408 gemessen werden, als ein zweites
Maß eines
Drehmoments zwischen der ersten Welle 306 und der zweiten
Welle 310 verwendet werden kann. Ferner, wenn das untere
Getrieberad 422 und das zweite, untere Getrieberad 444 unterschiedliche
Größen haben,
kann der absolute Winkel über
mehr als 360 Grad gemessen werden. Somit liefert das Sensorsystem 400 eine
Redundanz mit zwei Winkelmessungen und zwei Drehmomentmessungen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der verschiedenen, exemplarischen
Ausführungsbeispiele,
die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, außer dies
ist spezifisch anderweitig angegeben.
-
Obwohl
spezifische Ausführungsbeispiele hierin
dargestellt und beschrieben wurden, werden Durchschnittsfachleute
auf dem Gebiet erkennen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder
entsprechenden Implementierungen für die spezifischen Ausführungsbeispiele
eingesetzt werden kann, die gezeigt und beschrieben wurden, ohne
von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese
Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Abweichungen der spezifischen
Ausführungsbeispiele
abdecken, die hierin offenbart sind. Daher ist es beabsichtigt,
dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Entsprechungen
eingeschränkt
ist.