DE102011121870B4 - The magnetic sensor system - Google Patents

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Abstract

Magnetsensoranordnung (2) zur Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen einer Welle (3), wobei die Welle (3) zudem Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann, umfassend zumindest eine Sensoreinheit (4) und zumindest eine an der Welle (3) angeordnete magnetische Gebereinheit (1), wobei die Gebereinheit (1) einen Außenumfang der Welle (3) teilweise umschließt, wobei die Gebereinheit (1) am Außenumfang der Welle (3) derart angeordnet ist und eine Ausdehnung der Gebereinheit (1) in Umfangsrichtung der Welle (3) derart groß ist, dass sich zumindest in durch die axiale Bewegung der Welle (3) von dieser erreichbaren axialen Extrempositionen in jeder aus der Drehbewegung der Welle (3) resultierenden Position ein Bereich der Gebereinheit (1) in einem Erfassungsbereich der Sensoreinheit (4) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebereinheit (1) aus zwei kreisbogenförmigen Magneten (8) gebildet ist, welche in axialer Richtung der Welle (3) derart hintereinander an der Welle (3) angeordnet sind, dass in den axialen Extrempositionen der Welle (3) jeweils ein kreisbogenförmiger Magnet (8) im Erfassungsbereich der Sensoreinheit (4) positioniert ist, wobei die kreisbogenförmigen Magnete (8) zueinander gegensätzlich magnetisch polarisiert sind.Magnetic sensor arrangement (2) for detecting axial movements and positions of a shaft (3), wherein the shaft (3) can additionally perform rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °, comprising at least one sensor unit (4) and at least one on the shaft ( 3) arranged magnetic encoder unit (1), wherein the encoder unit (1) encloses an outer periphery of the shaft (3) partially, wherein the encoder unit (1) on the outer circumference of the shaft (3) is arranged and an extension of the encoder unit (1) in Circumferential direction of the shaft (3) is so large that at least in by the axial movement of the shaft (3) of these achievable axial extreme positions in each of the rotational movement of the shaft (3) resulting position, a region of the encoder unit (1) in a detection range the sensor unit (4) is located, characterized in that the transmitter unit (1) consists of two circular arc-shaped magnets (8) is formed, which in the axial direction of the shaft (3) are arranged one behind the other on the shaft (3), that in the axial extreme positions of the shaft (3) in each case a circular arc-shaped magnet (8) is positioned in the detection range of the sensor unit (4), wherein the circular arc-shaped magnets (8) opposite to each other are magnetically polarized.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetsensoranordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Verwendung einer Magnetsensoranordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4The invention relates to a magnetic sensor arrangement according to the features of the preamble of claim 1 and a use of a magnetic sensor arrangement according to the features of the preamble of claim 4

Aus dem Stand der Technik sind Getriebe mit einer Welle bekannt, wobei die Welle während eines Betriebs des Getriebes sowohl relativ große axiale Bewegungen als auch unregelmäßige Drehbewegungen mit einem begrenzten Drehwinkelintervall ausführt. D. h. die Drehbewegungen der Welle sind begrenzt, so dass diese keine vollständigen Umdrehungen um 360° ausführen kann, sondern sich nur innerhalb eines kleineren Drehwinkelbereiches hin und zurück drehen kann. Zur Wegsensierung der axialen Bewegung der Welle ist eine Magnetsensoranordnung vorgesehen, welche aus einem an der Welle angeordneten hartmagnetischen Weggeber und einem Sensorelement gebildet ist. Das Sensorelement ist als Hall-Sensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgebildet. Um auch bei Drehbewegungen der Welle deren axiale Bewegungen sicher zu erfassen, ist der Weggeber als Ringmagnet ausgebildet, welcher einen Umfang der Welle vollständig umschließt.In the prior art gearboxes with a shaft are known, wherein the shaft executes during operation of the gearbox both relatively large axial movements and irregular rotational movements with a limited angular rotation interval. Ie. the rotational movements of the shaft are limited so that it can not make complete turns through 360 °, but can only turn back and forth within a smaller rotation angle range. For the path sensing of the axial movement of the shaft, a magnetic sensor arrangement is provided, which is formed from a hard magnetic encoder arranged on the shaft and a sensor element. The sensor element is designed as a Hall sensor or as a magnetoresistive sensor. In order to reliably detect their axial movements even when the shaft rotates, the displacement sensor is designed as a ring magnet which completely surrounds a circumference of the shaft.

Die DE 197 48 115 A1 beschreibt eine Magnetsensoranordnung mit mindestens zwei Magneten, die auf dem Umfang eines Schaltgliedes angeordnet sind, wobei die Magnete jeweils voneinander beabstandet sind und den Umfang des Schaltgliedes segmentförmig bedecken, und Hallsensoren, die an das Schaltglied angrenzen, wobei die Hallsensoren jeweils voneinander beabstandet und zur Erfassung der magnetischen Feldstärken der Magnete ausgerichtet sind.The DE 197 48 115 A1 describes a magnetic sensor arrangement with at least two magnets which are arranged on the circumference of a switching member, wherein the magnets are each spaced from each other and cover the periphery of the switching member segmental, and Hall sensors, which adjoin the switching member, the Hall sensors each spaced from each other and for detection the magnetic field strengths of the magnets are aligned.

Die DE 44 15 668 A1 beschreibt eine Magnetsensoranordnung zur kontaktlosen Erfassung bestimmter Positionen einer axial verschiebbaren und um bestimmte Winkel drehbaren Welle unter Verwendung eines magnetischen Wegsensors, dessen Ausgangssignal abhängig von einem längs einer Achsrichtung des Wegsensors verschiebbaren Magneten ist, wobei der Wegsensor mit seiner für den verschiebbaren Magneten wirksamen Achsrichtung parallel zur Längsachse der Welle angeordnet ist und dass der Magnet zur Betätigung des Wegsensors am Umfang der Welle längs einer Schraubenlinie befestigt ist.The DE 44 15 668 A1 describes a magnetic sensor arrangement for non-contact detection of certain positions of an axially displaceable and rotatable by a certain angle shaft using a magnetic displacement sensor whose output signal is dependent on a displaceable along an axial direction of the displacement sensor magnet, the displacement sensor with its effective for the movable magnet axial direction parallel to Longitudinal axis of the shaft is arranged and that the magnet for actuating the displacement sensor is attached to the circumference of the shaft along a helical line.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Magnetsensoranordnung zur Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen einer Welle anzugeben, wobei die Welle zudem Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann, sowie eine Verwendung der Magnetsensoranordnung.The invention has for its object to provide an improved magnetic sensor arrangement for detecting axial movements and positions of a shaft, wherein the shaft can also perform rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °, as well as a use of the magnetic sensor arrangement.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Magnetsensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verwendung einer Magnetsensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.The object is achieved by a magnetic sensor arrangement with the features of claim 1 and a use of a magnetic sensor arrangement with the features of claim 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Magnetsensoranordnung zur Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen einer Welle, wobei die Welle zudem Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann, umfasst zumindest eine Sensoreinheit und zumindest eine an der Welle angeordnete magnetische Gebereinheit.A magnetic sensor arrangement for detecting axial movements and positions of a shaft, wherein the shaft can additionally perform rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °, comprises at least one sensor unit and at least one magnetic transmitter unit arranged on the shaft.

Die Gebereinheit umschließt einen Außenumfang der Welle nur teilweise, d. h. die Gebereinheit umschließt den Außenumfang der Welle nicht vollständig. Dabei ist die Gebereinheit am Außenumfang der Welle derart angeordnet und eine Ausdehnung der Gebereinheit in Umfangsrichtung der Welle ist derart groß, dass sich zumindest in durch die axiale Bewegung der Welle von dieser erreichbaren axialen Extrempositionen in jeder aus der Drehbewegung der Welle resultierenden Position ein Bereich der Gebereinheit in einem Erfassungsbereich der Sensoreinheit befindet.The encoder unit encloses an outer circumference of the shaft only partially, d. H. the encoder unit does not completely enclose the outer circumference of the shaft. In this case, the encoder unit is arranged on the outer circumference of the shaft and an extension of the encoder unit in the circumferential direction of the shaft is so large that at least in the axial movement of the shaft of this achievable axial extreme positions in each resulting from the rotational movement of the shaft position, a range of Encoder unit is located in a detection range of the sensor unit.

Dabei kann die Gebereinheit auch als mechanische Positionierung, d. h. beispielsweise als ein Endanschlag für die Welle dienen, um eine unzulässige axiale Bewegung und/oder Drehbewegung der Welle zu verhindern. D. h. eine Drehbewegung der Welle über den zulässigen Drehwinkel hinaus und/oder eine axiale Bewegung der Welle über die beiden axialen Extrempositionen hinaus ist durch die Gebereinheit mechanisch verhindert.The transmitter unit can also be used as mechanical positioning, ie. H. For example, serve as an end stop for the shaft to prevent inadmissible axial movement and / or rotational movement of the shaft. Ie. a rotational movement of the shaft beyond the permissible angle of rotation and / or an axial movement of the shaft beyond the two axial extreme positions is mechanically prevented by the encoder unit.

Ein durch die Gebereinheit ausgebildetes Magnetfeld ist mittels der Sensoreinheit ein- und/oder mehrdimensional erfassbar. Daher sind mittels dieser Magnetsensoranordnung durch Auswertung einer magnetischen Flussdichte und/oder eines magnetischen Flussdichtewinkels Positionen und Positionsveränderungen und darüber Bewegungen der Welle entlang eines axialen Bewegungsweges zu erfassen. Es werden dabei Absolutwerte und/oder Betrage der Absolutwerte und/oder ein Verlauf der magnetischen Flussdichte und/oder des magnetischen Flussdichtewinkels über den axialen Bewegungsweg der Welle hinweg ausgewertet.A magnetic field formed by the transmitter unit can be detected once and / or multidimensionally by means of the sensor unit. Therefore, by means of this magnetic sensor arrangement, by evaluating a magnetic flux density and / or a magnetic flux density angle, positions and changes in position and above that movements of the shaft along an axial movement path are to be detected. Absolute values and / or values of the absolute values and / or a profile of the magnetic flux density and / or the magnetic flux density angle over the axial movement path of the shaft are thereby evaluated.

Die Sensoreinheit ist zweckmäßigerweise radial zur Welle und in einem vorgegebenen radialen Abstand zur Gebereinheit positioniert, so dass ein vorgegebener Luftspalt zwischen der Gebereinheit und der Sensoreinheit gebildet ist. Für die Größe des vorgegebenen Luftspaltes, d. h. für den Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Gebereinheit, ist zweckmäßigerweise ein Toleranzbereich vorgegeben, d. h. Abweichungen innerhalb dieses Toleranzbereiches sind zulässig und gefährden die sichere Ermittlung der axialen Position der Welle nicht. Aufgrund des durch die Gebereinheit ausgebildeten eindeutigen räumlichen Magnetfeldes kann die Sensoreinheit unterschiedlich räumlich orientiert sein, d. h. es ist beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, die Sensoreinheit exakt senkrecht zur Welle auszurichten. Durch diese Variationsmöglichkeit in der Anordnung der Sensoreinheit ist eine Integration der Magnetsensoranordnung beispielsweise in ein Getriebe erleichtert.The sensor unit is expediently positioned radially to the shaft and at a predetermined radial distance from the transmitter unit, so that a predetermined air gap is formed between the transmitter unit and the sensor unit. For the size of the given air gap, ie for the distance between the sensor unit and the encoder unit, a tolerance range is expediently specified, ie deviations within this tolerance range are permissible and do not jeopardize the reliable determination of the axial position of the shaft. Due to the unique spatial magnetic field formed by the transmitter unit, the sensor unit can be oriented in different spatial directions, ie it is not absolutely necessary, for example, to align the sensor unit exactly perpendicular to the shaft. This possibility of variation in the arrangement of the sensor unit facilitates integration of the magnetic sensor arrangement, for example into a transmission.

Die derart ausgebildete Gebereinheit erfordert ein wesentlich geringeres Magnetvolumen und dadurch einen wesentlich geringeren Bauraum als der aus dem Stand der Technik bekannte Ringmagnet. Zudem ist dadurch eine erhebliche Kosteneinsparung erreicht. Des Weiteren liefert der aus dem Stand der Technik bekannte Ringmagnet keine ausreichende magnetische Flussdichte, um insbesondere auch bei großen axialen Bewegungen der Welle die jeweilige Position der Welle bis hin zu den beiden axialen Extrempositionen sicher zu erfassen.The transmitter unit formed in this way requires a much smaller volume of magnet and thus a much smaller installation space than the ring magnet known from the prior art. In addition, this results in a significant cost savings. Furthermore, the ring magnet known from the prior art does not provide a sufficient magnetic flux density in order to reliably detect the respective position of the shaft as far as the two extreme axial positions, in particular even in the case of large axial movements of the shaft.

Durch die Gebereinheit ist eine sichere Erfassung der axialen Bewegung der Welle sichergestellt, auch bei den der Welle ermöglichten Drehbewegungen. Ein vollständiges Umschließen der Welle mit der Gebereinheit ist hierfür nicht erforderlich, es muss lediglich sichergestellt sein, dass sich die Gebereinheit durch die Drehbewegungen der Welle nicht aus dem Erfassungsbereich der Sensoreinheit herausbewegt, d. h. die Gebereinheit muss entsprechend ausreichend groß ausgebildet und entsprechend an der Welle positioniert sein. Auf diese Weise ist von der Sensoreinheit für jede axiale Position der Welle eine dieser Position eindeutig zuordbare magnetische Flussdichte und/oder ein eindeutig dieser Position zuordbarer magnetischer Flussdichtewinkel zu ermitteln.By the encoder unit a secure detection of the axial movement of the shaft is ensured, even with the shaft made possible rotational movements. A complete enclosure of the shaft with the encoder unit is not required for this purpose, it only has to be ensured that the transmitter unit does not move out of the detection range of the sensor unit due to the rotational movements of the shaft, ie. H. The transmitter unit must be sufficiently large and positioned accordingly on the shaft. In this way, a magnetic flux density unambiguously assignable to this position and / or a magnetic flux density angle that can be unambiguously assigned to this position can be determined by the sensor unit for each axial position of the shaft.

Die Gebereinheit ist zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Welle verbunden. Sie ist entweder direkt an der Welle befestigt oder über eine entsprechende an der Welle angeordnete Halterung mit der Welle verbunden.The transmitter unit is expediently materially, positively and / or non-positively connected to the shaft. It is either attached directly to the shaft or connected via a corresponding arranged on the shaft holder with the shaft.

Erfindungsgemäß ist die Gebereinheit aus zwei kreisbogenförmigen Magneten gebildet, welche in axialer Richtung der Welle derart hintereinander an der Welle angeordnet sind, dass in den axialen Extrempositionen der Welle jeweils ein kreisbogenförmiger Magnet im Erfassungsbereich der Sensoreinheit positioniert ist. Die kreisbogenförmigen Magnete sind dabei zweckmäßigerweise in axialer Richtung der Welle magnetisiert, d. h. magnetische Pole der kreisbogenförmigen Magnete befinden sich jeweils im Bereich einer der Welle zugewandten Seite und im Bereich einer von der Welle abgewandten Seite der kreisbogenförmigen Magnete. Zweckmäßigerweise sind die kreisbogenförmigen Magnete zueinander gegensätzlich magnetisch polarisiert, d. h. sie sind zueinander gegenpolig magnetisiert. Bei diesen kreisbogenförmigen Magneten, auch als Kreissegmentmagnete bezeichnet, ist sowohl die der Welle zugewandte Seite als auch die von der Welle abgewandte Seite kreisbogenförmig ausgebildet.According to the invention, the transmitter unit is formed from two circular arc-shaped magnets which are arranged in the axial direction of the shaft one behind the other on the shaft such that in the axial extreme positions of the shaft a respective arcuate magnet is positioned in the detection range of the sensor unit. The circular arc magnets are expediently magnetized in the axial direction of the shaft, d. H. Magnetic poles of the circular arc-shaped magnets are each located in the region of a side facing the shaft and in the region of a side facing away from the shaft side of the circular arc-shaped magnets. Conveniently, the circular arc magnets are mutually magnetically polarized opposite each other, d. H. they are magnetized to each other opposite pole. In these circular arc-shaped magnets, also referred to as circular segment magnets, both the side facing the shaft and the side facing away from the shaft are circular arc-shaped.

Die derart ausgebildete Gebereinheit liefert bei kleinem Magnetvolumen und einem damit verbundenen geringen Bauraumbedarf und geringen Kosten eine ausreichend hohe Flussdichte, insbesondere auch bei großen axialen Bewegungen der Welle, da durch die beiden kreisbogenförmigen Magnete das Magnetfeld in axialer Richtung der Welle auseinandergezogen ist und sich auf diese Weise über einen gesamten axialen Bewegungsweg der Welle erstreckt. D. h. auch bei derartigen großen axialen Bewegungen ist eine jeweilige axiale Position der Welle über den gesamten axialen Bewegungsweg bis zu den beiden axialen Extrempositionen sicher erfassbar.The transmitter unit designed in this way supplies a sufficiently high flux density with a small magnet volume and a small installation space requirement and low costs, in particular even with large axial movements of the shaft, since the magnetic field is pulled apart in the axial direction of the shaft by the two circular arc magnets and is applied to them Way over an entire axial movement path of the shaft extends. Ie. Even with such large axial movements, a respective axial position of the shaft over the entire axial movement path up to the two axial extreme positions can be reliably detected.

Vorteilhafterweise sind die kreisbogenförmigen Magnete mittels eines Magnetflussleitstückes miteinander verbunden. Diese kreisbogenförmigen Magnete sind dabei zweckmäßigerweise in einem unteren Bereich, d. h. in einem der Welle zugewandten und von der Sensoreinheit abgewandten Bereich, über das Magnetflussleitstück miteinander verbunden. Auf diese Weise ist die magnetische Flussdichte erhöht, so dass das Magnetfeld über den gesamten axialen Bewegungsweg der Welle von der Sensoreinheit sicher zu erfassen ist. Da das Magnetflussleitstück an den von der Sensoreinheit abgewandten Bereichen der kreisbogenförmigen Magnete angeordnet ist, ist dadurch hier der magnetische Fluss stärker erhöht als in den der Sensoreinheit zugewandten Bereichen, so dass von der Sensoreinheit zwischen den beiden kreisbogenförmigen Magneten weiterhin ein deutlicher Abfall der magnetischen Flussdichte erfassbar ist.Advantageously, the circular arc-shaped magnets are connected to each other by means of a magnetic flux guide. These circular arc magnets are expediently in a lower region, d. H. in a region facing the shaft and facing away from the sensor unit region, connected to each other via the magnetic flux guide. In this way, the magnetic flux density is increased, so that the magnetic field over the entire axial movement path of the shaft is to be reliably detected by the sensor unit. Since the Magnetflussleitstück is disposed on the remote from the sensor unit areas of the circular arc magnets, characterized here the magnetic flux is more increased here than in the sensor unit facing areas, so that the sensor unit between the two arcuate magnets continue to detect a significant drop in the magnetic flux density is.

Aufgrund des verbesserten Magnetflusses ist aber auch hier weiterhin eine magnetische Flussdichte für eine Sensierung durch die Sensoreinheit ausreichend hoch.Due to the improved magnetic flux, however, a magnetic flux density for sensing by the sensor unit is still sufficiently high.

Zweckmäßigerweise ist das Sensorelement als ein Hall-Sensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgebildet. Der Hall-Sensor wertet die magnetische Flussdichte aus, insbesondere einen senkrecht zur Welle und in Richtung des Hall-Sensors gerichteten Anteil der magnetischen Flussdichte. Der magnetoresistive Sensor wertet einen magnetischen Flussdichtewinkel aus.Conveniently, the sensor element is designed as a Hall sensor or as a magnetoresistive sensor. The Hall sensor evaluates the magnetic flux density, in particular a direction perpendicular to the shaft and in the direction of the Hall sensor directed portion of the magnetic flux density. The magnetoresistive sensor evaluates a magnetic flux density angle.

Die Magnetsensoranordnung ist erfindungsgemäß in oder an einem Getriebe verwendbar, welches zumindest eine Welle aufweist, die sowohl axiale Bewegungen als auch Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann. Das Getriebe ist beispielsweise ein Fahrzeuggetriebe. Durch Verwendung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetsensoranordnung ist eine Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen der Welle vereinfacht und optimiert, da die Magnetsensoranordnung wesentlich kostengünstiger, exakter und störunanfälliger ist und einen geringeren Bauraum erfordert. According to the invention, the magnetic sensor arrangement can be used in or on a transmission which has at least one shaft which can execute both axial movements and rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °. The transmission is for example a vehicle transmission. By using an embodiment of a magnetic sensor arrangement designed according to the invention, a detection of axial movements and positions of the shaft is simplified and optimized, since the magnetic sensor arrangement is much less expensive, more accurate and less susceptible to errors and requires less installation space.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:Show:

1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Welle mit einem daran angeordneten Ringmagneten nach dem Stand der Technik, 1 1 is a perspective view of a shaft with a ring magnet according to the prior art,

2 schematisch ein Diagramm mit magnetischen Flussdichten und magnetischen Flussdichtewinkeln, welche aus der in 1 dargestellten Anordnung resultieren, 2 schematically a diagram with magnetic flux densities and magnetic flux density angles, which consists of the in 1 result in the arrangement shown

3 schematisch eine Seitenansicht einer mittels eines Stabmagneten gebildeten magnetischen Gebereinheit nach dem Stand der Technik, 3 1 is a schematic side view of a prior art magnetic transmitter unit formed by a bar magnet;

4 schematisch eine mittels eines Stabmagneten gebildeten magnetischen Gebereinheit in Draufsicht, 4 schematically a magnetic transmitter unit formed by a bar magnet in plan view,

5 schematisch ein Diagramm mit magnetischen Flussdichten, welche aus der in 3 und 4 dargestellten Anordnung resultieren, 5 schematically a diagram with magnetic flux densities, which consists of the in 3 and 4 result in the arrangement shown

6 schematisch ein Diagramm mit magnetischen Flussdichtewinkeln, welche aus der in 3 und 4 dargestellten Anordnung resultieren, 6 schematically a diagram with magnetic flux density, which from the in 3 and 4 result in the arrangement shown

7 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Welle mit zwei daran angeordneten kreisbogenförmigen Magneten, und 7 schematically a perspective view of a shaft with two circular arc-shaped magnets arranged thereon, and

8 schematisch ein Diagramm mit magnetischen Flussdichten und magnetischen Flussdichtewinkeln, welche aus der in 7 dargestellten Anordnung resultieren. 8th schematically a diagram with magnetic flux densities and magnetic flux density angles, which consists of the in 7 shown arrangement result.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1, 3, 4 und 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer magnetischen Gebereinheit 1 einer Magnetsensoranordnung 2 zur Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen einer Welle 3, wobei die Welle 3 zudem Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann. Dabei ist in 1, 3 und 4 eine Gebereinheit 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Die 7 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung. Die Welle 3 und deren axiale Bewegungen sind, wie in den 1 und 7 dargestellt, parallel zu einer x-Achse eines dreidimensionalen Koordinatensystems ausgerichtet. Eine y-Achse und eine z-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems sind jeweils senkrecht dazu und senkrecht zueinander ausgerichtet.The 1 . 3 . 4 and 7 show various embodiments of a magnetic encoder unit 1 a magnetic sensor arrangement 2 for detecting axial movements and positions of a shaft 3 , where the wave 3 can also perform rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °. It is in 1 . 3 and 4 a transmitter unit 1 represented according to the prior art. The 7 shows the embodiment of the solution according to the invention. The wave 3 and their axial movements are as in the 1 and 7 aligned parallel to an x-axis of a three-dimensional coordinate system. A y-axis and a z-axis of the three-dimensional coordinate system are respectively aligned perpendicular thereto and perpendicular to each other.

Die Magnetsensoranordnung 2 umfasst neben der hartmagnetischen Gebereinheit 1 des Weiteren eine beispielsweise als Hall-Sensor oder magnetoresistiver Sensor ausgebildete magnetische Sensoreinheit 4, welche nur in 1 beispielhaft schematisch dargestellt ist. Der Hall-Sensor wertet, wie in den 2, 5 und 8 dargestellt, eine magnetische Flussdichte B aus, insbesondere einen senkrecht zur Welle 3 und in Richtung des Hall-Sensors gerichteten z-Flussdichteanteil Bz. Der magnetoresistive Sensor wertet einen magnetischen Flussdichtewinkel α aus. Dieser spannt sich in einer x-z-Ebene des dreidimensionalen Koordinatensystems auf.The magnetic sensor arrangement 2 includes in addition to the hard magnetic encoder unit 1 furthermore, a magnetic sensor unit designed, for example, as a Hall sensor or magnetoresistive sensor 4 which only in 1 is shown schematically by way of example. The Hall sensor evaluates, as in the 2 . 5 and 8th shown, a magnetic flux density B from, in particular one perpendicular to the shaft 3 and directed toward the Hall sensor z-flux density component Bz. The magnetoresistive sensor evaluates a magnetic flux density angle α. This spans in an xz-plane of the three-dimensional coordinate system.

Die Sensoreinheit 4 ist radial zur Welle 3 und in einem vorgegebenen radialen Abstand zur Gebereinheit 1 positioniert, so dass ein vorgegebener Luftspalt L zwischen der Gebereinheit 1 und der Sensoreinheit 4 gebildet ist. Für die Größe des vorgegebenen Luftspaltes L, d. h. für den Abstand zwischen der Sensoreinheit 4 und der Gebereinheit 1, ist zweckmäßigerweise ein Toleranzbereich vorgegeben, d. h. Abweichungen innerhalb dieses Toleranzbereiches sind zulässig und gefährden die sichere Ermittlung der axialen Position der Welle 3 nicht.The sensor unit 4 is radial to the shaft 3 and at a predetermined radial distance to the transmitter unit 1 positioned so that a predetermined air gap L between the encoder unit 1 and the sensor unit 4 is formed. For the size of the predetermined air gap L, ie for the distance between the sensor unit 4 and the transmitter unit 1 , a tolerance range is expediently specified, ie deviations within this tolerance range are permissible and jeopardize the reliable determination of the axial position of the shaft 3 Not.

Ein durch die Gebereinheit 1 ausgebildetes Magnetfeld ist mittels der Sensoreinheit 4 ein- und/oder mehrdimensional erfassbar. Daher sind mittels dieser Magnetsensoranordnung 2 durch Auswertung der magnetischen Flussdichte B und/oder des magnetischen Flussdichtewinkels α Positionen und Positionsveränderungen und darüber Bewegungen der Welle 3 entlang eines axialen Bewegungsweges s zu erfassen. Es werden dabei Absolutwerte und/oder Beträge der Absolutwerte und/oder ein Verlauf der magnetischen Flussdichte B und/oder des magnetischen Flussdichtewinkels α über den axialen Bewegungsweg s der Welle 3 hinweg ausgewertet.One through the transmitter unit 1 formed magnetic field is by means of the sensor unit 4 one and / or multi-dimensional detectable. Therefore, by means of this magnetic sensor arrangement 2 by evaluating the magnetic flux density B and / or the magnetic flux density angle α positions and position changes and above it movements of the shaft 3 along an axial movement path s to detect. Absolute values and / or absolute values and / or a profile of the magnetic flux density B and / or of the magnetic flux density angle α over the axial movement path s of the shaft are thereby obtained 3 evaluated.

Aufgrund des durch die Gebereinheit 1 ausgebildeten eindeutigen räumlichen Magnetfeldes kann die Sensoreinheit 4 unterschiedlich räumlich orientiert sein, d. h. es ist beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, die Sensoreinheit 4 exakt senkrecht zur Welle 3 auszurichten. Durch diese Variationsmöglichkeit in der Anordnung der Sensoreinheit 4 ist eine Integration der Magnetsensoranordnung 2 beispielsweise in ein Getriebe erleichtert.Due to the transmitter unit 1 trained unique spatial magnetic field, the sensor unit 4 be spatially oriented differently, ie, for example, it is not absolutely necessary, the sensor unit 4 exactly perpendicular to the shaft 3 align. Through this Variability in the arrangement of the sensor unit 4 is an integration of the magnetic sensor arrangement 2 facilitated for example in a transmission.

Die Magnetsensoranordnung 2 ist beispielsweise in oder an einem Getriebe verwendbar, welches zumindest eine derartige Welle 3 aufweist, die während eines Betriebs des Getriebes sowohl relativ große axiale Bewegungen als auch unregelmäßige Drehbewegungen mit einem begrenzten Drehwinkelintervall ausführt. D. h. die Drehbewegungen der Welle 3 sind begrenzt, so dass diese keine vollständigen Umdrehungen um 360° ausführen kann, sondern sich nur innerhalb eines kleineren Drehwinkelbereiches hin und zurück drehen kann. Das Getriebe ist beispielsweise als ein Fahrzeuggetriebe ausgebildet.The magnetic sensor arrangement 2 For example, it can be used in or on a transmission which has at least one such shaft 3 which, during operation of the transmission, performs both relatively large axial movements and irregular rotational movements with a limited angular rotation interval. Ie. the rotational movements of the shaft 3 are limited so that they can not make full turns through 360 °, but can only rotate back and forth within a smaller range of rotation angles. The transmission is designed for example as a vehicle transmission.

In dem in 1 dargestellten Beispiel der Magnetsensoranordnung 2 nach dem Stand der Technik ist die magnetische Gebereinheit 1 als ein Ringmagnet 5 ausgebildet, aufgrund eines in Richtung der Welle 3 ausgebildeten Steges auch als T-Ringmagnet oder T-Magnet bezeichnet. Dieser Ringmagnet 5 umschließt einen Umfang der Welle 3 vollständig, um auch bei Drehbewegungen der Welle 3 deren axiale Bewegungen sicher zu erfassen. Dadurch erfordert der Ringmagnet 5 jedoch ein sehr großes Magnetvolumen. Daraus resultieren ein großer erforderlicher Bauraum und hohe Kosten. Zudem liefert der Ringmagnet 5 bei großen axialen Bewegungen der Welle 3 keine ausreichend hohe magnetische Flussdichte B über den gesamten axialen Bewegungsweg s der Welle 3 hinweg, so dass insbesondere bei großen axialen Bewegungswegen s eine exakte eindeutige axiale Bewegungsermittlung und Positionsermittlung der Welle 3 unmöglich oder zumindest deutlich erschwert ist.In the in 1 illustrated example of the magnetic sensor arrangement 2 in the prior art is the magnetic encoder unit 1 as a ring magnet 5 formed, due to a direction of the shaft 3 trained web also known as T-ring magnet or T-magnet. This ring magnet 5 encloses a circumference of the shaft 3 completely, even with rotary movements of the shaft 3 to detect their axial movements safely. This requires the ring magnet 5 but a very large magnet volume. This results in a large required space and high costs. In addition, the ring magnet supplies 5 with large axial movements of the shaft 3 no sufficiently high magnetic flux density B over the entire axial path s of the shaft 3 away, so that in particular for large axial movement paths s an exact unique axial motion detection and position detection of the shaft 3 impossible or at least significantly more difficult.

In 2 sind für die in 1 dargestellte Magnetsensoranordnung 2 in einem Diagramm Verläufe VB, VBz, VBx, Vα der magnetischen Flussdichte B und deren räumliche Verteilung in Form eines z-Flussdichteanteils Bz parallel zur z-Achse und eines x-Flussdichteanteils Bx parallel zur x-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems sowie eines magnetischen Flussdichtewinkels α über den axialen Bewegungsweg s der Welle 3 hinweg dargestellt. Eine Magnettemperatur der Gebereinheit 1 beträgt dabei beispielsweise 100°C. Durch Auswertung dieser Verläufe VB, VBz, VBx, Vα ist die jeweilige axiale Position der Welle 3 und dadurch die axiale Bewegung der Welle 3 zu ermitteln. Bei der Auswertung des magnetischen Flussdichtewinkels α werden beim magnetoresistiven Sensor nicht die vollen 360° der Sensorauflösung genutzt.In 2 are for the in 1 illustrated magnetic sensor arrangement 2 in a diagram curves VB, VBz, VBx, Vα of the magnetic flux density B and their spatial distribution in the form of a z-flux density component Bz parallel to the z-axis and an x-flux density component Bx parallel to the x-axis of the three-dimensional coordinate system and a magnetic flux density angle α over the axial movement path s of the shaft 3 shown away. One magnet temperature of the encoder unit 1 is for example 100 ° C. By evaluating these curves VB, VBz, VBx, Vα is the respective axial position of the shaft 3 and thereby the axial movement of the shaft 3 to investigate. When evaluating the magnetic flux density angle α, the magnetoresistive sensor does not use the full 360 ° of the sensor resolution.

Die 3 und 4 zeigen ein weiteres Beispiel der Magnetsensoranordnung 2 gemäß dem Stand der Technik. Dabei umschließt die Gebereinheit 1, im Gegensatz zum in 1 dargestellten Ringmagnet 5 aus dem Stand der Technik, einen Außenumfang der Welle 3 nur teilweise, d. h. die Gebereinheit 1 umschließt den Außenumfang der Welle 3 nicht vollständig. Die Gebereinheit 1 ist am Außenumfang der Welle 3 derart angeordnet und eine Ausdehnung der Gebereinheit 1 in Umfangsrichtung der Welle 3 ist derart groß, dass sich zumindest in durch die axiale Bewegung der Welle 3 von dieser erreichbaren axialen Extrempositionen in jeder aus der Drehbewegung der Welle 3 resultierenden Position ein Bereich der Gebereinheit 1 in einem Erfassungsbereich der Sensoreinheit 4 befindet. Dabei kann die Gebereinheit 1 auch als mechanische Positionierung, d. h. beispielsweise als ein Endanschlag für die Welle 3, dienen, um eine unzulässige axiale Bewegung und/oder Drehbewegung der Welle 3 zu verhindern. D. h. eine Drehbewegung der Welle 3 über den zulässigen Drehwinkel hinaus und/oder eine axiale Bewegung der Welle 3 über die beiden axialen Extrempositionen hinaus ist durch die Gebereinheit 1 mechanisch verhindert.The 3 and 4 show another example of the magnetic sensor arrangement 2 according to the prior art. The encoder unit encloses 1 , unlike in 1 shown ring magnet 5 from the prior art, an outer circumference of the shaft 3 only partially, ie the encoder unit 1 encloses the outer circumference of the shaft 3 not completely. The transmitter unit 1 is on the outer circumference of the shaft 3 arranged and an extension of the encoder unit 1 in the circumferential direction of the shaft 3 is so large that at least in by the axial movement of the shaft 3 from these achievable extreme axial positions in each of the rotational movement of the shaft 3 resulting position an area of the encoder unit 1 in a detection range of the sensor unit 4 located. The transmitter unit can 1 also as mechanical positioning, ie for example as an end stop for the shaft 3 , serve to prevent inadmissible axial movement and / or rotational movement of the shaft 3 to prevent. Ie. a rotational movement of the shaft 3 beyond the permissible angle of rotation and / or an axial movement of the shaft 3 beyond the two extreme axial positions is through the encoder unit 1 mechanically prevented.

In der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist gemäß dem Stand der Technik die Gebereinheit 1 aus einem Stabmagneten 6 gebildet, welcher parallel zur Welle 3 ausgerichtet an der Welle 3 angeordnet ist, wobei in den axialen Extrempositionen der Welle 3 jeweils ein Endbereich der Gebereinheit 1 im Erfassungsbereich der Sensoreinheit 4 positioniert ist, d. h. eine Länge der Gebereinheit 1 entspricht einer Länge des Bewegungsweges s der Welle 3. Die Gebereinheit 1 ist in 3 in einer Seitenansicht und in 4 in Draufsicht gezeigt. Der Stabmagnet 6 ist in axialer Richtung der Welle 3 aufmagnetisiert, d. h. magnetische Pole des Stabmagneten 6 befinden sich im Bereich seiner Stirnseiten.In the in the 3 and 4 illustrated embodiment, according to the prior art, the encoder unit 1 from a bar magnet 6 formed, which parallel to the shaft 3 aligned with the shaft 3 is arranged, wherein in the axial extreme positions of the shaft 3 one end area of the transmitter unit each 1 in the detection range of the sensor unit 4 is positioned, ie a length of the encoder unit 1 corresponds to a length of the movement path s of the shaft 3 , The transmitter unit 1 is in 3 in a side view and in 4 shown in plan view. The bar magnet 6 is in the axial direction of the shaft 3 magnetized, ie magnetic poles of the bar magnet 6 are in the range of its front sides.

Dieser Stabmagnet 6, welcher zweckmäßigerweise aus einer Mehrzahl einzelner zusammengefügter Elemente gebildet ist, benötigt ein größeres Magnetvolumen und einen größeren zusammenhängenden Bauraum als die in 7 dargestellte Ausführungsform der Gebereinheit 1. Der Stabmagnet 6 liefert insbesondere ein gutes Signal zur Auswertung des in Richtung der Sensoreinheit 4 gerichteten z-Flussdichteanteils Bz, welcher mittels einer als Hall-Sensor ausgebildeten Sensoreinheit 4 gut erfassbar und auswertbar ist. Der Stabmagnet 6 ist jedoch auch in Kombination mit einer als magnetoresistiver Sensor ausgebildeten Sensoreinheit 4 geeignet.This bar magnet 6 , which is suitably formed from a plurality of individual assembled elements, requires a larger volume of magnet and a larger contiguous space than those in 7 illustrated embodiment of the encoder unit 1 , The bar magnet 6 provides in particular a good signal for the evaluation of the direction in the direction of the sensor unit 4 directed z-flux density component Bz, which by means of a designed as a Hall sensor sensor unit 4 is well detectable and evaluable. The bar magnet 6 However, it is also in combination with a designed as a magnetoresistive sensor sensor unit 4 suitable.

An den Stirnseiten des Stabmagneten 6 ist jeweils ein Magnetflussleitstück 7 angeordnet. Die Magnetflussleitstücke 7 sind aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet, beispielsweise aus Stahl. Durch diese Magnetflussleitstücke 7 ist die magnetische Flussdichte B, insbesondere der z-Flussdichteanteil Bz, und insbesondere deren Verlauf über die Ausdehnung der Gebereinheit 1 in axialer Richtung der Welle 3 hinweg optimiert, so dass eine eindeutige Auswertung und darüber eine eindeutige Bestimmung der jeweiligen axialen Position der Welle 3 verbessert ist. Um dies zu erreichen, weisen die Magnetflussleitstücke 7 zudem auf einer von der Stirnseite des Stabmagneten 6 abgewandten Seite eine größere Höhe auf als auf der Seite, welche der Stirnseite des Stabmagneten 6 zugewandt ist. Dabei sind die Magnetflussleitstücke 7, wie in 3 dargestellt, derart ausgebildet, dass die Höhe zwischen den beiden Seiten des jeweiligen Magnetflussleitstückes 7 geradlinig ansteigt.At the front sides of the bar magnet 6 is each a magnetic flux guide 7 arranged. The magnetic flux guides 7 are formed of a magnetically conductive material, such as steel. Through these magnetic flux guides 7 is the magnetic flux density B, in particular the z-flow density component Bz, and in particular their course over the extent of the encoder unit 1 in the axial direction of the shaft 3 optimized, so that a clear evaluation and beyond a clear Determining the respective axial position of the shaft 3 is improved. To achieve this, have the magnetic flux guides 7 also on one of the front side of the bar magnet 6 opposite side to a greater height than on the side of which the front side of the bar magnet 6 is facing. Here are the magnetic flux guides 7 , as in 3 illustrated, formed such that the height between the two sides of the respective Magnetflussleitstückes 7 rises in a straight line.

In den 5 und 6 sind für die in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Magnetsensoranordnung 2 in Diagrammen Verläufe VBz5,3, VBz6,3, VBz7,3, Va5,3, Va6,3, Vα7,3 des z-Flussdichteanteils Bz bzw. des magnetischen Flussdichtewinkels α jeweils für drei unterschiedliche Luftspalten L von beispielsweise 5,3 mm, 6,3 mm und 7,3 mm über einen halben axialen Bewegungsweg s der Welle 3 hinweg dargestellt. Die 6,3 mm entsprechen dabei beispielsweise einem Standardluftspalt und die 5,3 mm sowie die 7,3 mm sind die zulässigen Toleranzabweichungen. Durch deren Auswertung ist die jeweilige axiale Position der Welle 3 und dadurch die axiale Bewegung der Welle 3 zu ermitteln. Eine Magnettemperatur beträgt auch hier beispielsweise 100°C.In the 5 and 6 are for those in the 3 and 4 illustrated embodiment of the magnetic sensor assembly 2 in diagrams curves VBz 5.3 , VBz 6.3 , VBz 7.3 , Va 5.3 , Va 6.3 , Vα 7.3 of the z-flow density component Bz and the magnetic flux density angle α respectively for three different air gaps L of for example, 5.3 mm, 6.3 mm and 7.3 mm over a half axial path s of the shaft 3 shown away. For example, the 6.3 mm corresponds to a standard air gap and the 5.3 mm and 7.3 mm are the permissible tolerance deviations. By evaluating the respective axial position of the shaft 3 and thereby the axial movement of the shaft 3 to investigate. A magnet temperature is here, for example, 100 ° C.

In der in 7 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gebereinheit 1 aus zwei kreisbogenförmigen Magneten 8 gebildet, welche in axialer Richtung der Welle 3 derart hintereinander an der Welle 3 angeordnet sind, dass in den axialen Extrempositionen der Welle 3 jeweils ein kreisbogenförmiger Magnet 8 im Erfassungsbereich der Sensoreinheit 4 positioniert ist. Die kreisbogenförmigen Magnete 8 sind in axialer Richtung der Welle 3 magnetisiert, d. h. magnetische Pole der kreisbogenförmigen Magnete 8 befinden sich jeweils im Bereich einer der Welle 3 zugewandten Seite und im Bereich einer von der Welle 3 abgewandten Seite der kreisbogenförmigen Magnete 8. Dabei sind die kreisbogenförmigen Magnete 8 zueinander gegensätzlich magnetisch polarisiert, d. h. sie sind zueinander gegenpolig magnetisiert. Bei diesen kreisbogenförmigen Magneten 8, auch als Kreissegmentmagnete bezeichnet, ist sowohl die der Welle 3 zugewandte Seite als auch die von der Welle 3 abgewandte Seite kreisbogenförmig ausgebildet.In the in 7 illustrated embodiment of the solution according to the invention is the encoder unit 1 from two circular magnets 8th formed, which in the axial direction of the shaft 3 so one behind the other on the shaft 3 are arranged that in the axial extreme positions of the shaft 3 in each case a circular arc-shaped magnet 8th in the detection range of the sensor unit 4 is positioned. The circular arc magnets 8th are in the axial direction of the shaft 3 magnetized, ie magnetic poles of the circular arc magnets 8th are each located in the area of one of the shaft 3 facing side and in the area of one of the shaft 3 opposite side of the circular arc magnets 8th , Here are the circular arc magnets 8th oppositely magnetically polarized, ie they are magnetized to each other opposite pole. With these circular-shaped magnets 8th , also referred to as circular segment magnets, is both that of the shaft 3 facing side as well as the shaft 3 opposite side formed circular arc.

Die derart ausgebildete Gebereinheit 1 liefert bei kleinem Magnetvolumen und einem damit verbundenen geringen Bauraumbedarf und geringen Kosten eine ausreichend hohe magnetische Flussdichte B, insbesondere auch bei großen axialen Bewegungen der Welle 3, da durch die beiden kreisbogenförmigen Magnete 8 das Magnetfeld in axialer Richtung der Welle 3 auseinandergezogen ist und sich auf diese Weise über den gesamten axialen Bewegungsweg s der Welle 3 erstreckt. D. h. auch bei großen axialen Bewegungen ist eine jeweilige axiale Position der Welle 3 über den gesamten axialen Bewegungsweg s bis zu den beiden axialen Extrempositionen sicher erfassbar.The thus formed transmitter unit 1 provides a small magnetic volume and an associated low space requirement and low cost a sufficiently high magnetic flux density B, especially for large axial movements of the shaft 3 through the two circular magnets 8th the magnetic field in the axial direction of the shaft 3 is pulled apart and in this way over the entire axial path s of the shaft 3 extends. Ie. even with large axial movements is a respective axial position of the shaft 3 reliably detectable over the entire axial movement path s up to the two axial extreme positions.

Vorteilhafterweise sind die kreisbogenförmigen Magnete 8 mittels eines hier nicht näher dargestellten Flussleitstückes miteinander verbunden. Diese kreisbogenförmigen Magnete 8 sind dabei zweckmäßigerweise in einem unteren Bereich, d. h. in einem der Welle 3 zugewandten und von der Sensoreinheit 4 abgewandten Bereich, über das Flussleitstück miteinander verbunden. Auf diese Weise ist die magnetische Flussdichte B erhöht, so dass das Magnetfeld über den gesamten axialen Bewegungsweg s der Welle 3 von der Sensoreinheit 4 sicher zu erfassen ist. Da das Flussleitstück an den von der Sensoreinheit 4 abgewandten Bereichen der kreisbogenförmigen Magnete 8 angeordnet ist, ist dadurch hier der magnetische Fluss stärker erhöht als in den der Sensoreinheit 4 zugewandten Bereichen, so dass von der Sensoreinheit 4 zwischen den beiden kreisbogenförmigen Magneten 8 weiterhin ein deutlicher Abfall der magnetischen Flussdichte B erfassbar ist. Aufgrund des verbesserten Magnetflusses ist aber auch hier weiterhin die magnetische Flussdichte B für eine Sensierung durch die Sensoreinheit 4 ausreichend hoch.Advantageously, the circular arc magnets 8th connected to each other by means of a Flussleitstückes not shown here. These circular-shaped magnets 8th are expediently in a lower region, ie in one of the shaft 3 facing and from the sensor unit 4 remote area, connected to each other via the flux guide. In this way, the magnetic flux density B is increased, so that the magnetic field over the entire axial path s of the shaft 3 from the sensor unit 4 is sure to capture. Since the flux guide to that of the sensor unit 4 remote areas of the circular arc magnets 8th is arranged, thereby the magnetic flux is increased more here than in the sensor unit 4 facing areas, allowing the sensor unit 4 between the two circular arc magnets 8th Furthermore, a significant drop in the magnetic flux density B can be detected. Due to the improved magnetic flux, however, the magnetic flux density B is also here for sensing by the sensor unit 4 sufficiently high.

Die derart ausgebildete Gebereinheit 1, welche aus einer Vielzahl von Magnetwerkstoffen, beispielsweise aus Samarium-Cobalt (SmCo), und in verschiedenen geometrischen Ausformungen gebildet sein kann, erfordert ein wesentlich geringeres Magnetvolumen und dadurch einen wesentlich geringeren Bauraum als der aus dem Stand der Technik bekannte Ringmagnet 5. Zudem ist dadurch eine erhebliche Kosteneinsparung erreicht. Des Weiteren liefert diese Gebereinheit 1 auch bei großen axialen Bewegungen der Welle 3 eine ausreichende magnetische Flussdichte B, um die jeweilige Position der Welle 3 bis hin zu den beiden axialen Extrempositionen sicher zu erfassen.The thus formed transmitter unit 1 , which may be formed of a variety of magnetic materials, such as samarium cobalt (SmCo), and in various geometric shapes, requires a much smaller volume of magnetic and thus a much smaller space than the known from the prior art ring magnet 5 , In addition, this results in a significant cost savings. Furthermore, this encoder unit delivers 1 even with large axial movements of the shaft 3 a sufficient magnetic flux density B to the respective position of the shaft 3 to safely detect up to the two axial extreme positions.

Durch die derart ausgebildete Gebereinheit 1 ist eine sichere Erfassung der axialen Bewegung der Welle 3 sichergestellt, auch bei den der Welle 3 ermöglichten Drehbewegungen. Ein vollständiges Umschließen der Welle 3 mit der Gebereinheit 1 ist hierfür nicht erforderlich, es muss lediglich sichergestellt sein, dass sich die Gebereinheit 1 durch die Drehbewegungen der Welle 3 nicht aus dem Erfassungsbereich der Sensoreinheit 4 herausbewegt, d. h. die Gebereinheit 1 muss entsprechend ausreichend groß ausgebildet und entsprechend an der Welle 3 positioniert sein. Auf diese Weise ist von der Sensoreinheit 4 für jede axiale Position der Welle 3 eine dieser Position eindeutig zuordbare magnetische Flussdichte B und/oder ein eindeutig dieser Position zuordbarer magnetischer Flussdichtewinkel α zu ermitteln.By the thus formed transmitter unit 1 is a reliable detection of the axial movement of the shaft 3 ensured, even with the shaft 3 enabled rotational movements. Complete enclosure of the shaft 3 with the encoder unit 1 This is not necessary, it must only be ensured that the transmitter unit 1 by the rotational movements of the shaft 3 not from the detection range of the sensor unit 4 moved out, ie the encoder unit 1 must be trained sufficiently large and accordingly on the shaft 3 be positioned. In this way is from the sensor unit 4 for each axial position of the shaft 3 to determine a magnetic flux density B uniquely assignable to this position and / or a magnetic flux density angle α that can be unambiguously assigned to this position.

Die Gebereinheit 1 ist stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Welle 3 verbunden. Sie ist entweder direkt an der Welle 3 befestigt oder über eine entsprechende an der Welle 3 angeordnete Halterung mit der Welle 3 verbunden. Die Halterung ist in den Figuren nicht näher dargestellt, weshalb der Eindruck entsteht, als wäre die Gebereinheit 1 von der Welle 3 losgelöst. In dem Zwischenraum zwischen der Welle 3 und der Gebereinheit 1 ist jedoch die nicht dargestellte Halterung angeordnet, über welche die Gebereinheit 1 an der Welle 3 befestigt ist.The transmitter unit 1 is cohesive, positive and / or non-positive with the shaft 3 connected. She is either directly on the wave 3 attached or via a corresponding on the shaft 3 arranged bracket with the shaft 3 connected. The holder is not shown in detail in the figures, which is why the impression arises as if the encoder unit 1 from the wave 3 detached. In the space between the shaft 3 and the transmitter unit 1 However, the holder, not shown, is arranged, via which the transmitter unit 1 on the shaft 3 is attached.

In 8 sind für die in 7 dargestellte Magnetsensoranordnung 2 in einem Diagramm Verläufe VB, VBz, VBx, Vα der magnetischen Flussdichte B und deren räumliche Verteilung in Form des z-Flussdichteanteil Bz parallel zur z-Achse und des x-Flussdichteanteil Bx parallel zur x-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems sowie des magnetischen Flussdichtewinkels α über den axialen Bewegungsweg s der Welle 3 hinweg dargestellt. Die Magnettemperatur der Gebereinheit 1 beträgt auch hier beispielsweise 100°C. Durch Auswertung dieser Verläufe VB, VBz, VBx, Vα ist die jeweilige axiale Position der Welle 3 und dadurch die axiale Bewegung der Welle 3 zu ermitteln. Dabei werden bei der Auswertung des magnetischen Flussdichtewinkels α beim magnetoresistiven Sensor nicht die vollen 360° der Sensorauflösung genutzt, sondern beispielsweise lediglich 300°In 8th are for the in 7 illustrated magnetic sensor arrangement 2 in a diagram curves VB, VBz, VBx, Vα of the magnetic flux density B and their spatial distribution in the form of the z-flux density component Bz parallel to the z-axis and the x-flow density component Bx parallel to the x-axis of the three-dimensional coordinate system and the magnetic flux density α over the axial movement path s of the shaft 3 shown away. The magnet temperature of the encoder unit 1 is here, for example, 100 ° C. By evaluating these curves VB, VBz, VBx, Vα is the respective axial position of the shaft 3 and thereby the axial movement of the shaft 3 to investigate. In the evaluation of the magnetic flux density α in the magnetoresistive sensor not the full 360 ° of the sensor resolution are used, but for example only 300 °

Alternativ zur Ermittlung der axialen Bewegungen und Positionen sind mittels einer derartigen, entsprechend angepassten Magnetsensoranordnung 2 auch rotatorische Bewegungen und Positionen erfassbar, welche von begrenzten translatorischen Bewegungen überlagert sind. Dabei ist die Gebereinheit 1 derart angeordnet und eine Ausdehnung der Gebereinheit 1 derart groß, dass sich zumindest in durch die rotatorische Bewegung erreichbaren rotatorischen Extrempositionen in jeder aus der translatorischen Bewegung resultierenden Position ein Bereich der Gebereinheit 1 in einem Erfassungsbereich der Sensoreinheit 4 befindet.Alternatively to the determination of the axial movements and positions are by means of such a correspondingly adapted magnetic sensor arrangement 2 also rotatory movements and positions can be detected, which are superimposed by limited translational movements. The encoder unit is here 1 arranged and an extension of the encoder unit 1 such that, at least in rotational extreme positions which can be achieved by the rotational movement, in each position resulting from the translatory movement, a region of the transmitter unit 1 in a detection range of the sensor unit 4 located.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gebereinheittransmitter unit
22
MagnetsensoranordnungThe magnetic sensor system
33
Wellewave
44
Sensoreinheitsensor unit
55
Ringmagnetring magnet
66
Stabmagnetbar magnet
77
MagnetflussleitstückMagnetflussleitstück
88th
kreisbogenförmiger Magnetcircular arc magnet
BB
Flussdichteflux density
BxBx
x-Flussdichteanteilx-flux density share
BzBz
z-Flussdichteanteilz-flux density share
LL
Luftspaltair gap
ss
Bewegungswegmotion path
αα
FlussdichtewinkelFlux angle
VBVB
Verlauf FlussdichteCourse flux density
VBxVBx
Verlauf x-FlussdichteanteilCourse x flux density share
VBzVBz
Verlauf z-FlussdichteanteilCourse z-flux density share
Va
Verlauf FlussdichtewinkelCourse of flux density angle
VBz5,3 VBz 5.3
Verlauf z-Flussdichteanteil bei 5,3 mm LuftspaltCourse z-flow density share at 5.3 mm air gap
VBz6,3 VBz 6.3
Verlauf z-Flussdichteanteil bei 6,3 mm LuftspaltGradient z-flow density fraction at 6.3 mm air gap
VBz7,3 VBz 7.3
Verlauf z-Flussdichteanteil bei 7,3 mm LuftspaltCourse z-flow density share at 7.3 mm air gap
5,3 5,3
Verlauf Flussdichtewinkel bei 5,3 mm LuftspaltFlow density angle at 5.3 mm air gap
6,3 6,3
Verlauf Flussdichtewinkel bei 6,3 mm LuftspaltFlow density angle at 6.3 mm air gap
7,3 7,3
Verlauf Flussdichtewinkel bei 7,3 mm LuftspaltFlow density angle at 7.3 mm air gap

Claims (4)

Magnetsensoranordnung (2) zur Erfassung von axialen Bewegungen und Positionen einer Welle (3), wobei die Welle (3) zudem Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann, umfassend zumindest eine Sensoreinheit (4) und zumindest eine an der Welle (3) angeordnete magnetische Gebereinheit (1), wobei die Gebereinheit (1) einen Außenumfang der Welle (3) teilweise umschließt, wobei die Gebereinheit (1) am Außenumfang der Welle (3) derart angeordnet ist und eine Ausdehnung der Gebereinheit (1) in Umfangsrichtung der Welle (3) derart groß ist, dass sich zumindest in durch die axiale Bewegung der Welle (3) von dieser erreichbaren axialen Extrempositionen in jeder aus der Drehbewegung der Welle (3) resultierenden Position ein Bereich der Gebereinheit (1) in einem Erfassungsbereich der Sensoreinheit (4) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebereinheit (1) aus zwei kreisbogenförmigen Magneten (8) gebildet ist, welche in axialer Richtung der Welle (3) derart hintereinander an der Welle (3) angeordnet sind, dass in den axialen Extrempositionen der Welle (3) jeweils ein kreisbogenförmiger Magnet (8) im Erfassungsbereich der Sensoreinheit (4) positioniert ist, wobei die kreisbogenförmigen Magnete (8) zueinander gegensätzlich magnetisch polarisiert sind.Magnetic sensor arrangement ( 2 ) for detecting axial movements and positions of a shaft ( 3 ), where the wave ( 3 ) can also perform rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °, comprising at least one sensor unit ( 4 ) and at least one on the shaft ( 3 ) arranged magnetic transmitter unit ( 1 ), whereby the transmitter unit ( 1 ) an outer periphery of the shaft ( 3 ), whereby the transmitter unit ( 1 ) on the outer circumference of the shaft ( 3 ) is arranged and an extension of the encoder unit ( 1 ) in the circumferential direction of the shaft ( 3 ) is so large that at least in by the axial movement of the shaft ( 3 ) of these achievable extreme axial positions in each of the rotational movement of the shaft ( 3 ) resulting position an area of the transmitter unit ( 1 ) in a detection area of the sensor unit ( 4 ), characterized in that the transmitter unit ( 1 ) of two circular-shaped magnets ( 8th ) is formed, which in the axial direction of the shaft ( 3 ) in such a way on the shaft ( 3 ) are arranged such that in the axial extreme positions of the shaft ( 3 ) each a circular arc-shaped magnet ( 8th ) in the detection range of the sensor unit ( 4 ), the circular-arc magnets ( 8th ) are oppositely magnetically polarized. Magnetsensoranordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisbogenförmigen Magnete (8) mittels eines Flussleitstückes miteinander verbunden sind.Magnetic sensor arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the circular arc-shaped magnets ( 8th ) are interconnected by means of a flux guide. Magnetsensoranordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) als ein Hall-Sensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgebildet ist.Magnetic sensor arrangement ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element ( 4 ) is designed as a Hall sensor or as a magnetoresistive sensor. Verwendung einer Magnetsensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in oder an einem Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, welches zumindest eine Welle (3) aufweist, die sowohl axiale Bewegungen als auch Drehbewegungen innerhalb eines Drehwinkelbereichs von kleiner als 360° ausführen kann. Use of a magnetic sensor arrangement ( 2 ) according to one of claims 1 to 3 in or on a transmission, in particular vehicle transmission, which at least one shaft ( 3 ), which can perform both axial movements and rotational movements within a rotation angle range of less than 360 °.
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