DE102010039532A1 - Rotation speed sensor arrangement for turbo supercharger in motor car, has coil element for detecting modulated magnetic field produced by rotation of magnetic encoder, to produce electrical energy for supply to circuits - Google Patents

Rotation speed sensor arrangement for turbo supercharger in motor car, has coil element for detecting modulated magnetic field produced by rotation of magnetic encoder, to produce electrical energy for supply to circuits Download PDF

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Abstract

The sensor arrangement has a magnetic encoder (15) which is connected to a shaft (5). A sensor (10) is provided for detecting the rotation speed of the shaft without contact. A coil element (11) is provided for detecting the modulated magnetic field produced by rotation of the magnetic encoder, so as to produce electrical energy for supply to pressure sensor element, signal processing circuit (13) and transmission device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie die Verwendung der Drehzahlsensoranordnung in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a speed sensor arrangement according to the preamble of claim 1 and to the use of the speed sensor arrangement in motor vehicles.

Es sind Drehzahlsensoranordnungen nach dem induktiven Wirkprinzip bekannt, wie beispielsweise in einen Abgasturbolader integriert, beschrieben in Druckschrift WO 2006/005662 A1 . Hierbei wird normalerweise eine elektrische Energieversorgung für die elektronische Signalverarbeitungsschaltung benötigt.There are speed sensor assemblies according to the inductive mode of action known, such as integrated into an exhaust gas turbocharger, described in the publication WO 2006/005662 A1 , In this case, an electrical power supply for the electronic signal processing circuit is normally required.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Drehzahlsensoranordnung mit eigenständiger Energieversorgung vorzuschlagen.The object of the invention has been found to propose a speed sensor arrangement with independent power supply.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Drehzahlsensoranordnung gemäß Anspruch 1.This object is achieved by the speed sensor arrangement according to claim 1.

Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zu Grunde, ein Spulenelement als Sensorelement zur Erfassung der Drehzahl zu verwenden und dieses Spulenelement auch zusätzlich zur Gewinnung elektrischer Energie gemäß dem induktiven Prinzip zu nutzen und diese elektrische Energie innerhalb der Sensoranordnung zur Energieversorgung zu verwenden.The invention is based in particular on the idea to use a coil element as a sensor element for detecting the rotational speed and also to use this coil element in addition to obtaining electrical energy according to the inductive principle and to use this electrical energy within the sensor arrangement for power supply.

Unter einem magnetischen Encoder wird bevorzugt ein Maschinenelement verstanden, das einen, insbesondere inkrementalen, Winkelmaßstab trägt. Als Encoder können zum einen ferromagnetische Zahnräder oder Lochscheiben dienen, die in Kombination mit einem Permanentmagneten einen veränderlichen magnetischen Luftspalt erzeugen bzw. die magnetische Flussdichte modulieren, zum anderen können es eine permanentmagnetische Encoder sein, die mit der Welle rotieren. Insbesondere können es permanentmagnetische Encoder mit einer ganzzahligen Folge permanent magnetisierter Nord/Südpol-Areale sein, die in alternierender Folge eine zum Kreis geschlossene Encoderspur bilden. Im übertragenen Sinne dient der magnetische Encoder als Impulsgeber innerhalb der Drehzahlsensoranordnung.A magnetic encoder is preferably understood to mean a machine element which carries an angular, in particular incremental, angle. On the one hand, ferromagnetic gears or perforated disks can serve as encoders which, in combination with a permanent magnet, produce a variable magnetic air gap or modulate the magnetic flux density, on the other hand, it can be a permanent magnetic encoder which rotates with the shaft. In particular, they may be permanent magnetic encoders with an integral sequence of permanently magnetized north / south pole areas, which form an encoder track closed in a circle in an alternating sequence. In a figurative sense, the magnetic encoder serves as a pulse generator within the speed sensor arrangement.

Vorzugsweise wird eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung des Sensors vom Spulenelement mit elektrischer Energie versorgt.Preferably, an electronic signal processing circuit of the sensor is supplied by the coil element with electrical energy.

Das Spulenelement versorgt bevorzugt ein zusätzliches Sensorelement, wie beispielsweise ein Drucksensorelement, mit elektrischer Energie.The coil element preferably supplies an additional sensor element, such as a pressure sensor element, with electrical energy.

Der Sensor weist zweckmäßigerweise eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung zur drahtlosen Signalübertragung auf, welche von dem Spulenelement mit elektrischer Energie versorgt wird. Insbesondere weist der Sensor keinerlei Drahtanbindung zu einer elektronischen Kontrolleinheit auf, welche zumindest die Drehzahl als Information weiterverarbeitet oder weiterleitet. Dies spart Kosten sowie Installationsaufwand ein. Außerdem ist eine Zuverlässigkeit von Drahtverbindungen im Bereich von Turboladern aufgrund der relativ großen Hitzeentwicklung mit relativ großem Materialaufwand erreichbar oder möglicherweise zweifelhaft.The sensor expediently has a transmitting and / or receiving device for wireless signal transmission, which is supplied with electrical energy by the coil element. In particular, the sensor has no wire connection to an electronic control unit, which at least further processes the speed as information or forwards. This saves costs and installation costs. In addition, reliability of wire connections in the field of turbochargers due to the relatively large heat generation with relatively high cost of materials reachable or possibly doubtful.

Der Sensor umfasst bevorzugt eine Energieversorgungskontrolleinheit, welche die vom Spulenelement bereitgestellte elektrische Energie der wenigstens einen weiteren Komponente in definierter Weise zur Verfügung stellt und diese insbesondere aufbereitet, beispielsweise mit einem Tiefpass.The sensor preferably comprises a power supply control unit which provides the electrical energy supplied by the coil element to the at least one further component in a defined manner and processes it in particular, for example with a low-pass filter.

Unter einer weiteren Komponente wird vorzugsweise eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung, ein zusätzliches Sensorelement, oder eine Sende- und/oder Empfangseinheit verstanden.A further component is preferably understood to mean an electronic signal processing circuit, an additional sensor element, or a transmitting and / or receiving unit.

Die Welle ist vorzugsweise als Welle eines Turboladers ausgebildet und der magnetische Encoder sowie der Sensor sind dabei im kompressorseitigen Bereich der Welle des Turboladers angeordnet.The shaft is preferably designed as a shaft of a turbocharger and the magnetic encoder and the sensor are arranged in the compressor side region of the shaft of the turbocharger.

Der magnetische Encoder ist dabei bevorzugt als Permanentmagnet ausgebildet, welcher als oder in einer Befestigungsmutter am kompressorseitigen Ende der Turbowelle angeordnet ist, insbesondere als oder in der Befestigungsmutter des Kompressorrades.The magnetic encoder is preferably designed as a permanent magnet, which is arranged as or in a fastening nut on the compressor side end of the turbo shaft, in particular as or in the fastening nut of the compressor wheel.

Alternativ vorzugsweise ist der magnetische Encoder weichmagnetisch ausgebildet, insbesondere dient das Kompressorrad selbst als magnetischer Encoder, der das Magnetfeld eines Permanentmagneten moduliert, der im Sensor angeordnet ist. Dieser Permanentmagnet umfasst dazu besonders bevorzugt einen Polstift, mit welchem das Magnetfeld zumindest teilweise gerichtet wird.Alternatively, preferably, the magnetic encoder is formed soft magnetic, in particular, the compressor wheel itself serves as a magnetic encoder that modulates the magnetic field of a permanent magnet, which is arranged in the sensor. For this purpose, this permanent magnet particularly preferably comprises a pole pin, with which the magnetic field is at least partially directed.

Es ist zweckmäßig, dass der Sensor ein zusätzliches Druck-Sensorelement zur Erfassung des Luftdrucks im Luftauslass des Kompressors umfasst, welches vom Spulenelement mit elektrischer Energie versorgt wird. Insbesondere weisen das Spulenelement bezüglich der Erfassung der Drehzahl der Welle sowie das zusätzliche Druck-Sensorelement eine zumindest teilweise gemeinsame Signalverarbeitungsschaltung auf, die ebenfalls von dem Spulenelement mit elektrischer Energie versorgt wird.It is expedient that the sensor comprises an additional pressure sensor element for detecting the air pressure in the air outlet of the compressor, which is supplied by the coil element with electrical energy. In particular, the coil element with respect to the detection of the rotational speed of the shaft and the additional pressure sensor element on an at least partially common signal processing circuit, which is also supplied by the coil element with electrical energy.

Das Spulenelement ist bevorzugt in Kunststoff gegossen angeordnet.The coil element is preferably arranged in plastic.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der Drehzahlsensoranordnung in Kraftfahrzeugen zur Erfassung der Drehzahl, und insbesondere zusätzlich des Drucks, eines Turboladers. The invention also relates to the use of the speed sensor arrangement in motor vehicles for detecting the rotational speed, and in particular additionally the pressure, of a turbocharger.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.Further preferred embodiments will become apparent from the subclaims and the following descriptions of exemplary embodiments with reference to figures.

Es zeigen in schematischer DarstellungIt show in a schematic representation

1 ein Ausführungsbeispiel eines Abgasturboladers mit einer Drehzahlsensoranordnung, 1 An embodiment of an exhaust gas turbocharger with a speed sensor assembly,

2 einen beispielhaften Sensor mit einem zusätzlichen Druck-Sensorelement, und 2 an exemplary sensor with an additional pressure sensor element, and

3 die Komponenten eines beispielhaften Sensors als Blöcke schematisiert. 3 the components of an exemplary sensor as blocks schematized.

In 1 ist beispielhaft ein Abgasturbolader 1 mit einer Turbine 2 und einem Kompressor 3 dargestellt. Im Kompressor 3 ist das Kompressorrad 9 drehbar gelagert und mit der Turbowelle 5, als Welle, deren Drehzahl erfasst werden soll, verbunden. Auch Turbowelle 5 ist drehbar gelagert und an ihrem anderen Ende mit dem Turbinenrad 4 verbunden. Über den Turbineneinlass 7 wird heißes Abgas von einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine in die Turbine 2 eingelassen, wodurch das Turbinenrad 4 in Drehung versetzt wird. Der Abgasstrom verlässt Turbine 2 durch den Turbinenauslass 8. Über die Turbowelle 5 ist das Turbinenrad 4 mit dem Kompressorrad 9 verbunden. Damit treibt die Turbine 2 den Kompressor 3 an. In den Kompressor 3 wird Luft durch den Lufteinlass 16 eingesaugt und verdichtet und über den Luftauslass 6 der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Abgasturbolader 1 weist nun einen auf Welle 5 hinter dem Kompressorrad befestigten permanentmagnetischen Encoder 15 auf, welcher beispielgemäß in eine Mutter eingebracht ist. Das von Encoder 15 modulierte Magnetfeld wird von Spulenelement 11, des Sensors 10 erfasst. Spulenelement 11 erfasst das Magnetfeld einerseits zur Drehzahlerfassung und andererseits zur Gewinnung elektrischer Energie, mit welcher die weitere Komponente 13, beispielgemäß eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung des Sensors 10, mit elektrischer Energie versorgt wird.In 1 is an example of an exhaust gas turbocharger 1 with a turbine 2 and a compressor 3 shown. In the compressor 3 is the compressor wheel 9 rotatably mounted and with the turbo shaft 5 , connected as a shaft whose speed is to be detected. Also turbo shaft 5 is rotatably mounted and at its other end with the turbine wheel 4 connected. About the turbine inlet 7 is hot exhaust gas from an internal combustion engine, not shown here in the turbine 2 let in, causing the turbine wheel 4 is set in rotation. The exhaust gas flow leaves turbine 2 through the turbine outlet 8th , About the turbo shaft 5 is the turbine wheel 4 with the compressor wheel 9 connected. This drives the turbine 2 the compressor 3 at. In the compressor 3 gets air through the air intake 16 sucked in and compressed and over the air outlet 6 fed to the internal combustion engine. turbocharger 1 now has a wave 5 mounted behind the compressor wheel permanent magnetic encoder 15 which, for example, is inserted in a nut. That of Encoder 15 modulated magnetic field is from coil element 11 , the sensor 10 detected. coil element 11 detects the magnetic field on the one hand for speed detection and on the other hand to obtain electrical energy, with which the other component 13 , For example, an electronic signal processing circuit of the sensor 10 , is supplied with electrical energy.

In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensors 10 abgebildet, der in Kunststoff eingegossenes Spulenelement 11 aufweist, das auf einen mit einer Welle verbundenen, nicht dargestellten, magnetischen Encoder ausgerichtet ist. Sensor 10 umfasst außerdem ein Druck-Sensorelement 12, welches den Druck im Luftauslass 6 des Kompressors misst, und von Spulenelement 11 mit elektrischer Energie versorgt wird. Außerdem erfasst Spulenelement 11 die Drehzahl des nicht dargestellten magnetischen Encoders.In 2 is an embodiment of a sensor 10 shown, the cast in plastic coil element 11 which is aligned with a shaft connected to a non-illustrated magnetic encoder. sensor 10 also includes a pressure sensor element 12 which is the pressure in the air outlet 6 of the compressor and coil element 11 is supplied with electrical energy. It also detects coil element 11 the speed of the magnetic encoder, not shown.

3 zeigt schematisch beispielhaften Sensor 10 mit Spulenelement 11, welches die Drehzahl einer nicht dargestellten Welle erfasst und außerdem die weiteren Komponenten 12, 13 und 14 mit elektrischer Energie versorgt. Druck-Sensorelement 12 und Spulenelement 11 sind mit einer gemeinsamen Signalverarbeitungsschaltung 13 verbunden, die mit einer Sendeeinrichtung 14 zur drahtlosen Signalübertragung verbunden ist, welche eine nicht dargestellte Antenne umfasst. 3 schematically shows exemplary sensor 10 with coil element 11 , Which detects the speed of a shaft, not shown, and also the other components 12 . 13 and 14 supplied with electrical energy. Pressure sensor element 12 and coil element 11 are with a common signal processing circuit 13 connected to a transmitting device 14 connected to the wireless signal transmission, which comprises an antenna, not shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2006/005662 A1 [0002] WO 2006/005662 A1 [0002]

Claims (10)

Drehzahlsensoranordnung umfassend einen magnetischen Encoder (15), welcher mit einer Welle (5) verbunden ist, deren Drehzahl erfasst werden soll, sowie einen Sensor (10), der die Drehzahl der Welle (5) berührungslos erfasst und hierzu wenigstens ein Spulenelement (11) aufweist, welches das von der Drehung des magnetischen Encoders (15) modulierte Magnetfeld erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenelement (11) elektrische Energie zur Versorgung wenigstens einer weiteren Komponente (12, 13, 14) bereitstellt.Speed sensor arrangement comprising a magnetic encoder ( 15 ), which with a wave ( 5 ), whose speed is to be detected, and a sensor ( 10 ), which determines the speed of the shaft ( 5 ) detected without contact and for this purpose at least one coil element ( 11 ), which depends on the rotation of the magnetic encoder ( 15 ) modulated magnetic field, characterized in that the coil element ( 11 ) electrical energy for supplying at least one further component ( 12 . 13 . 14 ). Drehzahlsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung (13) des Sensors (10) vom Spulenelement (11) mit elektrischer Energie versorgt wird.Speed sensor arrangement according to claim 1, characterized in that an electronic signal processing circuit ( 13 ) of the sensor ( 10 ) from the coil element ( 11 ) is supplied with electrical energy. Drehzahlsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenelement (11) ein zusätzliches Sensorelement (12) mit elektrischer Energie versorgt.Speed sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the coil element ( 11 ) an additional sensor element ( 12 ) supplied with electrical energy. Drehzahlsensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung (14) zur drahtlosen Signalübertragung aufweist, welche vom Spulenelement (11) mit elektrischer Energie versorgt wird.Speed sensor arrangement according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor ( 10 ) a transmitting and / or receiving device ( 14 ) for wireless signal transmission, which from the coil element ( 11 ) is supplied with electrical energy. Drehzahlsensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) eine Energieversorgungskontrolleinheit umfasst, welche die vom Spulenelement (11) bereitgestellte elektrische Energie der wenigstens einen weiteren Komponente (12, 13, 14) in definierter Weise zur Verfügung stellt und diese insbesondere aufbereitet.Speed sensor arrangement according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor ( 10 ) comprises a power supply control unit, which the from the coil element ( 11 ) provided electrical energy of the at least one further component ( 12 . 13 . 14 ) provides in a defined manner and this specially prepared. Drehzahlsensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) als Welle eines Turboladers (1) ausgebildet ist und der magnetische Encoder (15) sowie der Sensor (10) im kompressorseitigen Bereich (3) der Welle (5) des Turboladers angeordnet sind.Speed sensor arrangement according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the shaft ( 5 ) as a shaft of a turbocharger ( 1 ) and the magnetic encoder ( 15 ) as well as the sensor ( 10 ) in the compressor side area ( 3 ) the wave ( 5 ) of the turbocharger are arranged. Drehzahlsensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Encoder (15) als Permanentmagnet ausgebildet ist, welcher als oder in einer Befestigungsmutter am kompressorseitigen Ende (3) der Turbowelle (5) angeordnet ist, insbesondere als oder in der Befestigungsmutter des Kompressorrades.Speed sensor arrangement according to claim 6, characterized in that the magnetic encoder ( 15 ) is designed as a permanent magnet, which as or in a fastening nut on the compressor end ( 3 ) of the turbo shaft ( 5 ), in particular as or in the fastening nut of the compressor wheel. Drehzahlsensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) ein zusätzliches Druck-Sensorelement (12) zur Erfassung des Luftdrucks im Luftauslass (6) des Kompressors (3) umfasst, welches vom Spulenelement (11) mit elektrischer Energie versorgt wird.Speed sensor arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the sensor ( 10 ) an additional pressure sensor element ( 12 ) for detecting the air pressure in the air outlet ( 6 ) of the compressor ( 3 ), which of the coil element ( 11 ) is supplied with electrical energy. Drehzahlsensoranordnung nach 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenelement (11) bezüglich der Erfassung der Drehzahl der Welle (5) sowie das zusätzliche Druck-Sensorelement (12) eine zumindest teilweise gemeinsame Signalverarbeitungsschaltung (13) aufweisen, die ebenfalls von dem Spulenelement (11) mit elektrischer Energie versorgt wird.Speed sensor arrangement according to 8, characterized in that the coil element ( 11 ) with respect to the detection of the rotational speed of the shaft ( 5 ) as well as the additional pressure sensor element ( 12 ) an at least partially common signal processing circuit ( 13 ), which also depends on the coil element ( 11 ) is supplied with electrical energy. Verwendung der Drehzahlsensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in Kraftfahrzeugen zur Erfassung der Drehzahl eines Turboladers.Use of the speed sensor arrangement according to at least one of claims 1 to 9 in motor vehicles for detecting the rotational speed of a turbocharger.
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