DE102012017071A1 - Energy self-sufficient multiturn-rotary encoder for determining number of complete three hundred sixty degree rotations of encoder shaft, has excitation magnet and optical code disk to determine absolute rotary angle - Google Patents

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Abstract

The energy self-sufficient multiturn-rotary encoder (10) has an excitation magnet (16) that is fixed in a torque-proof manner for generating an external magnetic field (40), where an optical code disk is fixed for determining an absolute rotary angle. The rotary angle indicates a finely resolved position within 360 degree-rotation of an encoder shaft (18). A single impulse sensor (12) is provided for generation of energy from a magnetization reversal impulse. A history storage is provided for storing the history of quadrant values. An independent claim is included for a method for determining a unique position of an encoder shaft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Multiturn-Drehgeber (nachfolgend auch kurz als ”MT-Drehgeber” bezeichnet) zur Erfassung sowohl einer fein aufgelösten bzw. Feinposition (absoluter Winkel innerhalb einer 360°-Umdrehung) als auch einer Anzahl ganzer bzw. vollständiger 360°-Umdrehungen (Umdrehungszählung). Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer eindeutigen Position einer Geberwelle, die um eine Drehachse rotiert, mittels des energieautarken Multiturn-Drehgebers, der zur Erfassung der Anzahl von vollständig durchlaufenden 360°-Umdrehungen der rotierenden Geberwelle sowie zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels eingerichtet ist, der eine fein aufgelöste Position innerhalb der 360°-Umdrehung der Geberwelle angibt, wobei an der Geberwelle ein Erregermagnet zur Erzeugung eines externen Magnetfelds drehfest befestigt ist, welches zumindest für eine Ermittlung der fein aufgelösten Position benutzt werden kann.The present invention relates to a multi-turn rotary encoder (hereinafter also referred to for short as "MT rotary encoder") for detecting both a fine resolution position (absolute angle within a 360 ° revolution) and a number of complete or complete 360 ° rotation. Turns (revolution count). Moreover, the invention relates to a method for determining a unique position of a encoder shaft which rotates about a rotation axis, by means of the energy self-sufficient multi-turn encoder, which is adapted to detect the number of complete 360 ° revolutions of the rotating encoder shaft and for detecting an absolute angle of rotation indicating a finely resolved position within the 360 ° rotation of the encoder shaft, wherein on the encoder shaft, a field magnet for generating an external magnetic field is rotationally fixed, which can be used at least for a determination of the fine resolution position.

Es sind mechanische MT-Drehgeber bekannt (z. B. DE 196 26 654 A1 ), bei denen mehrere Winkelcodierscheiben über ein Untersetzungsgetriebe miteinander verbunden sind. Eine jeweils nachgeschaltete Winkelcodierscheibe wird bei einer vollständigen Umdrehung einer vorgeschalteten Winkelcodierscheibe um eine ihrem Auflösungsvermögen entsprechende Einheit gedreht. Bei dieser Art von Drehgebern vervielfacht sich entsprechend der Anzahl der Codierscheiben auch eine Anzahl der Abtastsysteme. Für das Untersetzungsgetriebe ist eine hohe Präzision erforderlich. Diese Art von Drehgebern kann nur aufwändig montiert werden. Das Untersetzungsgetriebe ist nicht verschleißfrei und erlaubt nur begrenzte Drehzahlen.There are known mechanical MT rotary encoders (eg DE 196 26 654 A1 ), in which several Winkelcodierscheiben are connected to each other via a reduction gear. Each subsequent Winkelcodierscheibe is rotated at a complete revolution of an upstream Winkelcodierscheibe to a unit corresponding to their resolution capacity. In this type of encoder multiplied according to the number of Codierscheiben also a number of sampling systems. For the reduction gear high precision is required. This type of encoder can only be laboriously assembled. The reduction gear is not wear-free and allows only limited speeds.

Es sind auch MT-Drehgeber mit einer elektronischen Zähleinheit bekannt (z. B. EP 0 516 572 B1 ), bei denen anstelle des mechanischen Getriebes eine zusätzliche Codierscheibe eingesetzt wird, die mit der Geberwelle direkt verbunden ist und die dazu dient, die Anzahl der Umdrehungen der Geberwelle zu erfassen. Ein auf dieser zusätzlichen Codierscheibe befindlicher Code wird optisch ausgelesen und in Zählimpulse gewandelt, die an eine Zähleinheit weitergegeben werden. Zur Pufferung entsprechender Daten ist ein Akku oder eine Batterie zusammen mit der Zählereinheit im Drehgeber untergebracht. Da die permanente optische Auslesung der Codierscheiben verhältnismäßig viel Strom benötigt, weil eine Lichtquelle bei diesem Ausleseverfahren ständig bestromt werden muss, um keine Daten zu verlieren, fallen die Akkus bzw. Batterien relativ groß aus. Darum hat der Drehgeber selbst ebenfalls eine entsprechende Baugröße, wenn ein Akku oder eine Batterie eingesetzt werden soll, die eine brauchbare Daten-Pufferzeit von typischerweise mehreren Jahren voraussetzt. Ein solches optisches System ist des Weiteren auch für bestimmte harte Einsatzfälle nicht geeignet, bei denen hohe mechanische Stöße auftreten oder Kondenswasser-auslösende klimatische Bedingungen herrschen.MT rotary encoders with an electronic counting unit are also known (eg. EP 0 516 572 B1 ), in which instead of the mechanical transmission, an additional coding disc is used, which is directly connected to the encoder shaft and which serves to detect the number of revolutions of the encoder shaft. A code located on this additional coding disc is optically read out and converted into counting pulses, which are forwarded to a counting unit. To buffer corresponding data, a battery or a battery is housed together with the counter unit in the rotary encoder. Since the permanent optical readout of the Codierscheiben relatively high power needs, because a light source must be constantly energized in this readout, in order not to lose data, the batteries or batteries are relatively large. Therefore, the encoder itself also has a corresponding size when a battery or a battery is to be used, which requires a useful data buffering time of typically several years. Furthermore, such an optical system is also unsuitable for certain hard applications where high mechanical shocks occur or where condensation-inducing climatic conditions prevail.

Weiterhin sind Umdrehungszähler bekannt, die bei einer abgeschalteten externen Versorgungsspannung eine kinetische Energie der Wellenbewegung in elektrische Energie umwandeln und daraus zumindest den Umdrehungszähler elektrisch speisen. Ein derartiges Verfahren, bei dem kinetische Energien in elektrische Energie umgewandelt werden, beruht auf dem sogenannten Wiegand-Effekt. Ein solcher Umdrehungszähler ist unter anderem in der DE 10 259 223 B3 gezeigt. Die DE 10 259 223 B3 zeigt einen energieautarken Umdrehungszähler auf Basis eines Wiegand-Sensors. Bei dieser vorbekannten Lösung werden nur ein Wiegand-Sensor und ein Dipolmagnet als Erregermagnet eingesetzt. Zusätzlich muss zwingend ein spezifischer Low-Power-Hallsensor oder eine zweite Induktionsspule für die Ermittlung einer Polarität des externen Magnetfelds eingesetzt werden. Außerdem werden teilweise zusätzliche Flussleitstücke eingesetzt. Diese Maßnahmen verteuern das System der DE 10 259 223 B3 erheblich. Der Hallsensor ist ein komplexes Schaltungsgebilde, das, nachdem ein Impuls im Wiegand-Sensor ausgelöst ist, typischerweise eine relativ lange Einschwingzeit bis zur vollständigen Funktionsbereitschaft zeigt. In dieser Zeit geht aber ein Teil der durch den sogenannten Wiegand-Impuls erzeugten Energie verloren, zum Beispiel in Form von Kriechströmen. Die DE 10 259 223 B3 zeigt keine detaillierte Gesamtlösung für einen Umdrehungszähler mit einem fein auflösenden Single-Turn-Sensor (nachfolgend auch kurz als ”ST-Sensor” bezeichnet).Furthermore, revolution counters are known, which convert a kinetic energy of the wave motion into electrical energy at a switched off external supply voltage and feed it at least the revolution counter electrically. Such a method, in which kinetic energies are converted into electrical energy, based on the so-called Wiegand effect. Such a revolution counter is among others in the DE 10 259 223 B3 shown. The DE 10 259 223 B3 shows an energy self-sufficient revolution counter based on a Wiegand sensor. In this known solution, only a Wiegand sensor and a dipole magnet are used as the excitation magnet. In addition, a specific low-power Hall sensor or a second induction coil must be used to determine a polarity of the external magnetic field. In addition, additional additional flux guides are used. These measures make the system more expensive DE 10 259 223 B3 considerably. The Hall sensor is a complex circuit that typically exhibits a relatively long settling time to full operational readiness after a pulse is triggered in the Wiegand sensor. During this time, however, part of the energy generated by the so-called Wiegand pulse is lost, for example in the form of leakage currents. The DE 10 259 223 B3 does not show a detailed overall solution for a revolution counter with a fine-resolution single-turn sensor (also referred to below as "ST sensor" for short).

Das Dokument DE 34 08 478 C1 zeigt einen magneto-induktiven Inkrementalgeber, der energieautark mit sogenannten Wiegand- oder Impulsdrähten ausgestattet ist. Bei einer Rotation dieser Drähte am Außenumfang einer (Geber-)Welle, an der ein Erregermagnet befestigt ist, werden diese Drähte an dem Magneten vorbei bewegt, so dass eine schlagartige Ummagnetisierung der Impulsdrähte bewirkt wird. Diese Ummagnetisierung induziert eine entsprechende Spannung in einer Spule, die die Impulsdrähte umgibt. Durch eine Zählung der Wiegand- bzw. Ummagnetisierungs-Impulse kann eine Winkelstellung (absoluter Drehwinkel) und die Anzahl der vollständig durchlaufenden 360°-Umdrehungen ermittelt werden. Jedoch liefert dieses System beim erstmaligen Einschalten keine Absolutposition.The document DE 34 08 478 C1 shows a magneto-inductive incremental encoder, which is self-sufficient with so-called Wiegand or impulse wires. In a rotation of these wires on the outer circumference of a (encoder) shaft to which a field magnet is attached, these wires are moved past the magnet, so that a sudden remagnetization of the pulse wires is effected. This remagnetization induces a corresponding voltage in a coil surrounding the pulse wires. By counting the Wiegand or magnetic reversal pulses, an angular position (absolute angle of rotation) and the number of complete 360 ° revolutions can be determined. However, this system does not provide an absolute position when switched on for the first time.

Einen absoluten MT-Drehgeber mit einer ST-Funktion (360°-auflösendes System) zeigt die EP 0 231 474 B1 . Der MT-Drehgeber ist mit einem energieautarken, Umdrehungszähler gekoppelt. Dies bedeutet, dass Sensoren, die zur Erfassung ganzer 360°-Umdrehungen geeignet sind, nicht extern mit Energie gespeist werden müssen. Nachteilig bei diesem System ist aber einerseits eine erforderliche Batterie zur Pufferung der Daten, während eine externe Versorgungsspannung abgeschaltet ist. Andererseits ist der relativ hohe sensorische Aufwand in Form von drei Wiegand-Sensoren nachteilig. Eine Schaltung, die zum Synchronisieren des ST mit dem MT benötigt wird, ist bei dieser Anordnung relativ aufwändig.An absolute MT rotary encoder with an ST function (360 ° resolving system) shows the EP 0 231 474 B1 , The MT rotary encoder is coupled with an energy self-sufficient, revolution counter. This means that sensors that capture whole 360 ° revolutions are suitable, do not need to be powered externally with energy. However, a disadvantage of this system is, on the one hand, a required battery for buffering the data, while an external supply voltage is switched off. On the other hand, the relatively high sensory effort in the form of three Wiegand sensors is disadvantageous. A circuit needed to synchronize the ST with the MT is relatively expensive in this arrangement.

Eine gegenüber der EP 0 231 474 B1 verbesserte Lösung der vorgenannten Art zeigt die DE 44 07 474 C2 . Bei der DE 44 07 474 C2 wird keine Batterie benötigt, da die Energie, die die Wiegand-Sensoren impulsartig abgeben, sowohl für das Erfassen und Zählen ganzer Umdrehungen als auch für das Sichern der Daten in einem FRAM-Speicher genutzt wird. Allerdings bleiben auch hier die anderen Nachteile bestehen, insbesondere die Tatsache, dass mehrere Wiegand-Drähte und/oder Magnete eingesetzt werden.One opposite the EP 0 231 474 B1 improved solution of the aforementioned type shows the DE 44 07 474 C2 , In the DE 44 07 474 C2 No battery is needed, as the energy that the Wiegand sensors emit in pulses is used both for detecting and counting whole revolutions and for backing up the data in an FRAM memory. However, the other disadvantages also remain here, in particular the fact that several Wiegand wires and / or magnets are used.

Generell besteht bei den herkömmlichen Lösungen das Problem, dass eine klare Anleitung fehlt, wie die Sensoren zur Erfassung des absoluten Drehwinkels mit den Sensoren zur Erfassung der vollständigen Umdrehungen mit einem möglichst geringen Aufwand miteinander synchronisiert werden können. Bei der DE 10 259 223 B3 müssen der Hallsensor und der Wiegand-Sensor darüber hinaus in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sein, was einen Montageaufwand erhöht und bei Temperaturschwankungen des Magneten, des Hallsensors und/oder des Wiegand-Sensors eine zuverlässige Funktion des Systems über einen weiten Temperaturbereich gefährdet.In general, there is the problem with the conventional solutions that a clear guidance is missing, as the sensors for detecting the absolute rotation angle with the sensors for detecting the complete revolutions with the least possible effort can be synchronized with each other. In the DE 10 259 223 B3 In addition, the Hall sensor and the Wiegand sensor must be arranged at a certain angle to each other, which increases assembly costs and jeopardizes reliable operation of the system over a wide temperature range in temperature variations of the magnet, the Hall sensor and / or the Wiegand sensor.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ganzheitliche Lösung vorzusehen, die einen fein auflösenden Singleturn und einen Multiturn zum Zählen vollständiger 360°-Umdrehungen inklusive eines geeigneten Synchronisationsverfahrens angibt, welches dafür sorgt, dass die zueinander nicht synchron verlaufenden Nulldurchgänge des Singleturns (ST) und des Multiturns (MT) synchronisiert werden.It is therefore an object of the present invention to provide an integrated solution which specifies a finely resolving singleturn and a multiturn for counting complete 360 ° revolutions including a suitable synchronization method, which ensures that the mutually non-synchronous zero crossings of the single turn (ST ) and the multiturn (MT).

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen energieautarker Multiturn-Drehgeber zur Erfassung einer Anzahl von vollständigen 360°-Umdrehungen einer Geberwelle, die um eine Drehachse rotiert und an der ein Erregermagnet zur Erzeugung eines externen Magnetfelds drehfest befestigt ist, und an der eine optische Codierscheibe zur Ermittlung eines absoluten Drehwinkels befestigt ist, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle angibt, wobei der Multiturn-Drehgeber zum energieautarken Erfassen der Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen der Geberwelle aufweist: einen, vorzugsweise einzigen, Impulssensor zur Erzeugung von Energie aus einem Ummagnetisierungsimpuls, der im Impulssensor durch eine ausreichend große Änderung einer Stärke des externen Magnetfelds hervorgerufen wird, wobei die Magnetfeldstärkenänderung durch eine Rotation des Erregermagneten hervorgerufen wird; einen, vorzugsweise einzigen, optischen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Position der Geberwelle und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals, dessen Signalwert der aktuellen Position der Geberwelle entspricht und an die Auswerteeinheit lieferbar ist, wobei das Signal einen, vorzugsweise sinusförmigen, Verlauf hat, wenn sich der Erregermagnet kontinuierlich mit der Geberwelle um die Drehachse dreht, und wobei der Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten unterteilt ist; einen Umdrehungszähler zum Speichern der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle; einen Historienspeicher, in welchem eine Historie von Quadrantenwerten speicherbar ist; und eine Auswerteeinheit, die zum Bestimmen der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle ausschließlich mit Energie betrieben wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen gewonnen ist; wobei die Auswerteeinheit angepasst ist, aus dem gelieferten Signalwert einen der Quadranten abzuleiten, in welchem der gelieferte Signalwert liegt, und einen entsprechenden Quadrantenwert an den Historienspeicher zu liefern, während einer der Ummagnetisierungsimpulse auftritt.This object is achieved by an energy-autonomous multi-turn encoder for detecting a number of complete 360 ° revolutions of a sensor shaft which rotates about an axis of rotation and to which an excitation magnet for generating an external magnetic field is non-rotatably attached, and on which an optical encoder for detection an absolute angle of rotation is fixed, which indicates a finely resolved position within a 360 ° rotation of the encoder shaft, wherein the multi-turn encoder for energy self-detecting the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft comprises: a, preferably single, pulse sensor for generating Energy from a remagnetization pulse caused in the pulse sensor by a sufficiently large change in a magnitude of the external magnetic field, the magnetic field strength change being caused by a rotation of the exciter magnet; a, preferably single, optical sensor for detecting a current position of the encoder shaft and for generating a corresponding signal whose signal value corresponds to the current position of the encoder shaft and is available to the evaluation unit, wherein the signal has a, preferably sinusoidal course when the Exciter magnet continuously rotates with the encoder shaft about the axis of rotation, and the course is evaluated logically divided into a plurality of, preferably equal to, quadrants; a revolution counter to Storing the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft; a history memory in which a history of quadrant values is storable; and an evaluation unit, which is exclusively operated to determine the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft with energy obtained from the Ummagnetisierungsimpulsen; wherein the evaluation unit is adapted to derive from the supplied signal value one of the quadrants in which the supplied signal value lies, and to supply a corresponding quadrant value to the history memory, while one of the remagnetization pulses occurs.

Ferner wird ein energieautarker Multiturndrehgeber zur Erfassung einer Anzahl von vollständigen 360°-Umdrehungen einer Geberwelle offenbart, die um eine Drehachse rotiert und an der ein Erregermagnet zur Erzeugung eines externen Magnetfelds drehfest befestigt ist, sowie zur Ermittlung eines absoluten Drehwinkels, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle angibt, wobei der Multiturn-Drehgeber zum energieautarken Erfassen der Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen der Geberwelle einen, vorzugsweise einzigen, Impulssensor zur Erzeugung von Energie aus einem Ummagnetisierungsimpuls aufweist, der im Impulssensor durch eine ausreichend große Änderung einer Stärke des externen Magnetfelds hervorgerufen wird, wobei die Magnetfeldstärkenänderung durch eine Rotation des Erregermagneten hervorgerufen wird, weiterhin einen, vorzugsweise einzigen, Magnetfeldsensor zum Erfassen der Stärke des externen Magnetfelds und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals aufweist, dessen Signalwert der Stärke des externen Magnetfelds entspricht und an die Auswerteeinheit lieferbar ist, wobei das Signal idealerweise einen sinusförmigen Verlauf hat, wenn sich der Erregermagnet kontinuierlich mit der Geberwelle um die Drehachse dreht, und wobei der sinusförmige Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten unterteilt ist, weiterhin einen Umdrehungszähler zum Speichern der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle aufweist, weiterhin einen Historienspeicher, in welchem eine Historie von Quadrantenwerten speicherbar ist aufweist und weiterhin eine Auswerteeinheit aufweist, die zum Bestimmen der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle ausschließlich mit Energie betrieben wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen gewonnen ist, wobei die Auswerteeinheit angepasst ist, aus dem gelieferten Signalwert einen der Quadranten abzuleiten, in welchem der gelieferte Signalwert liegt, und einen entsprechenden Quadrantenwert an den Historienspeicher zu liefern, während einer der Ummagnetisierungsimpulse auftritt.Further, an energy self-sufficient multi-turn encoder for detecting a number of complete 360 ° revolutions of a encoder shaft is disclosed which rotates about a rotation axis and on which a field magnet for generating an external magnetic field is rotationally fixed, and for determining an absolute angle of rotation, a finely resolved position indicates within a 360 ° rotation of the encoder shaft, wherein the multi-turn encoder for energy self-detecting the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft has a, preferably single, pulse sensor for generating energy from a Ummagnetisierungsimpuls in the pulse sensor by a sufficiently large Change of a strength of the external magnetic field is caused, wherein the magnetic field strength change is caused by a rotation of the exciter magnet, further a, preferably single, magnetic field sensor for detecting the strength of the external magnetic field and for generating a corresponding the signal whose signal value corresponds to the strength of the external magnetic field and is available to the evaluation unit, wherein the signal ideally has a sinusoidal course, when the exciter magnet rotates continuously with the encoder shaft about the axis of rotation, and wherein the sinusoidal waveform evaluation logically into a plurality is divided by, preferably equal-sized, quadrants, further comprising a revolution counter for storing the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft, further comprising a history memory in which a history of quadrant values can be stored and further comprising an evaluation unit for determining the number of completely completed 360 ° revolutions of the encoder shaft is operated exclusively with energy obtained from the Ummagnetisierungsimpulsen, wherein the evaluation unit is adapted to derive from the supplied signal value of the quadrant, in which m is the supplied signal value, and to provide a corresponding quadrant value to the history memory, while one of the Ummagnetisierungsimpulse occurs.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Impulssensor ein Wiegand-Sensor.According to a preferred embodiment, the pulse sensor is a Wiegand sensor.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor hochohrig und ist ein xMR-Element, insbesondere ein TMR-, AMR- oder GMR-Element.In an advantageous embodiment, the magnetic field sensor is high-eared and is an xMR element, in particular a TMR, AMR or GMR element.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Multiturn-Drehgeber einen Gleichrichter aufweist.Furthermore, it is preferred if the multiturn rotary encoder has a rectifier.

Insbesondere kann der Erregermagnet ein Permanentmagnet sein, insbesondere ein Dipol, der vorzugsweise zentrisch an der Geberwelle befestigt ist.In particular, the exciter magnet may be a permanent magnet, in particular a dipole, which is preferably fastened centrically to the encoder shaft.

Vorzugsweise sind der Impulssensor und der Magnetfeldsensor koaxial zur Geberwelle und zum Erregermagneten angeordnet, so dass der Impulssensor und der Magnetfeldsensor dem Erregermagneten in axialer Richtung beabstandet gegenüberliegen, wenn die Geberwelle mit dem Multiturn-Drehgeber zusammengebaut ist.Preferably, the pulse sensor and the magnetic field sensor are arranged coaxially with the encoder shaft and the exciter magnet so that the pulse sensor and the magnetic field sensor are spaced apart from the exciter magnet in the axial direction when the encoder shaft is assembled with the multi-turn encoder.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können n Ummagnetisierungsimpulse für jede der 360°-Umdrehungen der Geberwelle erzeugt werden und jeder n-te Ummagnetisierungsimpuls eines Impulszyklus kann eine Aktualisierung eines Wertes des Umdrehungszählerspeichers verursachen.In accordance with another preferred embodiment, n remagnetization pulses may be generated for each of the 360 ° revolutions of the encoder wave, and every nth remagnetization pulse of a pulse cycle may cause an update of a value of the revolution counter memory.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Orientierung des Magnetfeldsensors relativ zum Impulsdraht so gewählt, dass die Ummagnetisierungsimpulse jeweils im Wesentlichen mittig in dem entsprechenden Quadranten liegen.In an advantageous embodiment, an orientation of the magnetic field sensor relative to the pulse wire is selected so that the Ummagnetisierungsimpulse each lie substantially centrally in the corresponding quadrant.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Multiturn-Drehgeber einen Energiespeicher aufweist, der mit dem Impulssensor elektrisch verbunden ist und der nur mit Energie geladen wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen gewonnen wird. Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer eindeutigen Position einer Geberwelle, die um eine Drehachse rotiert, mittels eines energieautarken Multiturn-Drehgebers, der zur optischen Erfassung einer Anzahl von vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der rotierenden Geberwelle sowie zur optischen Erfassung eines absoluten Drehwinkels eingerichtet ist, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle angibt, an der ein Erregermagnet zur Erzeugung eines externen Magnetfelds drehfest befestigt ist, welches benutzt wird, um eine Energie zu Erzeugen, die zur Umdrehungszählung benötigt wird, wobei der Multiturn-Drehgeber einen Impulssensor, einen optischen Sensor, einen Umdrehungszähler, einen Historienspeicher und eine Auswerteeinheit aufweist, wobei der optische Sensor ein Signal mit einem, vorzugsweise sinusförmigen, Verlauf liefert, wenn sich die Geberwelle kontinuierlich um die Drehachse dreht und wobei der Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten unterteilt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Auswertungsenergie zu einem Zeitpunkt t1, wenn ein Ummagnetisierungsimpuls im Impulssensor erzeugt wird; Aktivieren der Auswerteeinheit und des optischen Sensors zu einem Zeitpunkt t2, unmittelbar nachdem die Auswerteenergie bereitsteht; danach Erfassen eines optischen Werts, der durch ein Beleuchten der Kodierscheibe erzeugt wird, und Ausgeben eines entsprechenden Signals; Ermitteln und Ausgeben eines aktuellen Quadranten, der dem ausgegebenen Signal entspricht, in welchem der Ummagnetisierungsimpuls stattgefunden hat, durch die Auswerteeinheit; Aktivieren des Speicherelements und Aktualisieren einer Quadrantenhistorie, die zuletzt abgespeicherte Quadrantenwerte aufweist; und Desaktivieren der Auswerteeinheit, nachdem alle zuvor erwähnten Schritte durchgeführt sind und bevor der Ummagnetisierungsimpuls abklingt.Furthermore, it is preferred if the multiturn rotary encoder has an energy store which is electrically connected to the pulse sensor and which is charged only with energy which is obtained from the remagnetization pulses. Furthermore, this object is achieved by a method for determining a unique position of a sensor shaft which rotates about a rotation axis, by means of an energy-self-sufficient multi-turn encoder, for the optical detection of a number of complete 360 ° revolutions of the rotating encoder shaft and for the optical detection of a absolute rotation angle is set, which indicates a finely resolved position within a 360 ° rotation of the encoder shaft to which an excitation magnet for generating an external magnetic field is non-rotatably attached, which is used to generate an energy that is required for the revolution count, wherein the multiturn rotary encoder has a pulse sensor, an optical sensor, a revolution counter, a history memory and an evaluation unit, wherein the optical sensor delivers a signal with a, preferably sinusoidal, course, when the encoder shaft rotates continuously about the axis of rotation and wherein the course evaluation logic is divided into a plurality of, preferably equal-sized, quadrants, the method comprising the following steps: providing an evaluation energy at a time t1 when a Ummagnetisierungsimpuls is generated in the pulse sensor; Activating the evaluation unit and the optical sensor at a time t2 immediately after the evaluation energy is ready; thereafter detecting an optical value generated by illuminating the encoder disk and outputting a corresponding signal; Determining and outputting by the evaluation unit a current quadrant corresponding to the output signal in which the magnetic reversal pulse has taken place; Activating the memory element and updating a quadrant history having last stored quadrant values; and deactivating the evaluation unit after all the aforementioned steps have been performed and before the remagnetization pulse decays.

Ferner wird ein Verfahren zur Ermittlung einer eindeutigen Position einer Geberwelle, die um eine Drehachse rotiert, mittels eines energieautarken Multiturn-Drehgebers offenbart, der zur Erfassung einer Anzahl von vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der rotierenden Geberwelle sowie zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels eingerichtet ist, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle angibt, an der ein Erregermagnet zur Erzeugung eines externen Magnetfelds drehfest befestigt ist, welches zumindest für eine Ermittlung der fein aufgelösten Position benutzt wird, wobei der Multiturn-Drehgeber einen Impulssensor, einen Energiespeicher, ein Magnetfeldsensor, einen Umdrehungszähler, einen Historienspeicher und eine Auswerteeinheit aufweist, wobei der Magnetfeldsensor ein Signal mit einem idealerweise sinusförmigen Verlauf liefert, wenn sich der Erregermagnet kontinuierlich mit der Geberwelle um die Drehachse dreht und wobei der sinusförmige Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten unterteilt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Abspeichern einer Historie von Quadrantenwerten im Historienspeicher, wobei jeder Quadrantenwert einem Ummagnetisierungsimpuls, der im Impulssensor durch eine spezifische Änderung des externen Magnetfelds aufgrund einer Rotation der Geberwelle ausgelöst wird, entspricht und wobei jeder Quadrantenwert von der Auswerteeinheit unter Berücksichtigung eines Signalwerts, der vom Magnetfeldsensor aufgrund des Ummagnetisierungsimpulses an die Auswerteeinheit geliefert wird, bestimmt wird und an den Historienspeicher geliefert wird, wobei n Ummagnetisierungsimpulse für jede der 360°-Umdrehungen der Geberwelle erzeugt werden und wobei jeder n-te Ummagnetisierungsimpuls eine Aktualisierung des Umdrehungszählers in Form einer drehsinnabhängigen Inkrementierung oder Dekrementierung eines Werts des Umdrehungszählers durch die Auswerteeinheit verursacht und während einer Zeitdauer, die einen diskreten Zeitpunkt umfasst, für welchen die eindeutige Position der Geberwelle zu ermitteln ist, Durchführen der folgenden Schritte: Versorgen der Auswerteeinheit und des Magnetfeldsensors mit einer externen Energie, Erfassen einer Stärke des externen Magnetfelds zu dem diskreten Zeitpunkt mittels des Magnetfeldsensors und Liefern des entsprechenden Signalwerts an die Auswerteeinheit, Bestimmen mittels der Auswerteeinheit, in welchem der Quadranten der gelieferte Signalwert liegt, Abfragen des letzten Quadrantenwerts, der in dem Historienspeicher zuletzt in der Historie abgespeichert wurde, durch die Auswerteeinheit, Überprüfen durch die Auswerteeinheit, ob der gelieferte Signalwert innerhalb einer verbotenen Quadrantenzone liegt, die dem zuletzt abgespeicherten Quadrantenwert zugeordnet ist, wobei für jeden Quadrantenwert eine spezifische verbotene Quadrantenzone vorab bestimmt und hinterlegt ist, wenn der gelieferte Signalwert außerhalb der verbotenen Quadrantenzone liegt, Bestimmen der eindeutigen Position durch Summieren des absoluten Drehwinkels, der dem gelieferten Signalwert entspricht, mit einem aktuellen Umdrehungszählerwert, oder anderenfalls, wenn der gelieferte Signalwert innerhalb der verbotenen Quadrantenzone liegt, Auswerten eines Zusatzsignals, welches zusätzlich durch den Impulssensor erzeugt wird, Korrigieren des Umdrehungszählerwerts mittels der Auswerteinheit auf Basis des Zusatzsignals und Bestimmen des absoluten Drehwinkels auf Basis des Zusatzsignals, bevor die eindeutige Position aus dem absoluten Drehwinkel und dem korrigierten Umdrehungszählerwert bestimmt wird.Further, a method for detecting a unique position of a donor shaft rotating about a rotation axis is disclosed by means of a self-powered multi-turn rotary encoder arranged to detect a number of full 360 ° revolutions of the rotating donor shaft and to detect an absolute rotation angle, indicating a finely resolved position within a 360 ° rotation of the encoder shaft to which an excitation magnet for generating an external magnetic field is non-rotatably mounted, which is used at least for a determination of the fine resolution position, the multi-turn encoder a pulse sensor, an energy storage , a magnetic field sensor, a revolution counter, a history memory and an evaluation unit, wherein the magnetic field sensor provides a signal with an ideal sinusoidal course, when the exciter magnet rotates continuously with the encoder shaft about the axis of rotation and wherein the sinusoidal History is divided into a plurality of, preferably equal, quadrants, the method comprising the steps of: storing a history of quadrants in the history memory, each quadrant value a Ummagnetisierungsimpulsuls in the pulse sensor by a specific change of the external magnetic field due to rotation the encoder shaft is triggered, and where each quadrant value is determined by the evaluation unit taking into account a signal value supplied by the magnetic field sensor due to the Ummagnetisierungsimpulses to the evaluation and is supplied to the history memory, where n Ummagnetisierungsimpulse for each of the 360 ° revolutions of the Encoder shaft are generated and wherein each n-th magnetic reversal pulse an update of the revolution counter in the form of a rotational sense-dependent incrementing or decrementing a value of the revolution counter by the evaluation unit and during a period of time comprising a discrete time for which the unique position of the encoder shaft is to be determined, performing the following steps: providing the evaluation unit and the magnetic field sensor with an external energy, detecting a strength of the external magnetic field at the discrete time by means of the magnetic field sensor and supplying the corresponding signal value to the evaluation unit, determining by means of the evaluation unit, in which the quadrant of the supplied signal value is queries of the last quadrant value, which was stored in the history memory last in the history, by the evaluation unit, checking by the evaluation unit whether the delivered signal value is within a forbidden quadrant zone associated with the last stored quadrant value, wherein for each quadrant value, a specific forbidden quadrant zone is pre-determined and stored when the supplied sig nal value outside the forbidden quadrant zone, determining the unique position by summing the absolute angle of rotation corresponding to the supplied signal value with a current revolution counter value, or otherwise if the supplied signal value is within the forbidden quadrant zone, evaluating an additional signal additionally provided by the pulse sensor is generated, correcting the revolution counter value by means of the evaluation unit based on the additional signal and determining the absolute rotation angle based on the additional signal before the unique position of the absolute rotation angle and the corrected revolution counter value is determined.

Vorzugsweise sind die spezifischen verbotenen Quadrantenzonen in einem Speicher der Auswerteeinheit oder in einem separaten Speicherelement hinterlegt.Preferably, the specific forbidden quadrant zones are stored in a memory of the evaluation unit or in a separate memory element.

Weiter vorzugsweise weist der Impulssensor einen, vorzugsweise einzigen, Impulsdraht und eine, vorzugsweise einzige, Spule auf, die den Impulsdraht umgibt, wobei der Impulsdraht einen äußeren Mantel und einen innerhalb des Mantels angeordneten Kern aufweist.Further preferably, the pulse sensor comprises a, preferably single, pulse wire and a, preferably single, coil surrounding the pulse wire, the pulse wire having an outer jacket and a core disposed inside the jacket.

Ferner ist es bevorzugt, dass äußere Grenzen der verbotenen Quadrantenzonen durch Ummagnetisierungs-Zündschwellen des Kerns definiert sind.Furthermore, it is preferable that outer boundaries of the forbidden quadrant zones are defined by core remagnetization ignition thresholds.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Impulssensor einen, vorzugsweise einzigen, Impulsdraht und eine, vorzugsweise einzige, Spule auf, die den Impulsdraht umgibt, und wobei der Schritt des Auswertens des Zusatzsignals und des Korrigierens des Umdrehungszählerwerts aufweist: Bestromen der Spule für eine kurze Zeitdauer, so dass dem externen Magnetfeld des Erregermagneten ein zusätzliches Magnetfeld überlagert wird und dadurch ein Test-Ummagnetisierungsimpuls im Impulsdraht erzeugbar ist, der anschließend mit der Spule messbar ist, wobei eine Existenz oder Nichtexistenz des Test-Ummagnetisierungsimpulses als das Zusatzsignal von der Spule an die Auswerteeinheit geliefert wird, Überprüfen durch die Auswerteeinheit, ob das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls enthält oder nicht, und Korrigieren des Werts des Umdrehungszählers, wenn das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls enthält, oder Beibehalten des aktuellen Umdrehungszählerwerts, wenn das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls nicht enthält.According to a preferred embodiment, the pulse sensor comprises a, preferably single, pulse wire and a, preferably single, coil surrounding the pulse wire, and wherein the step of evaluating the auxiliary signal and correcting the revolution counter value comprises: energizing the coil for a short period of time; such that an external magnetic field is superimposed on the external magnetic field of the excitation magnet and a test remagnetization pulse can be generated in the pulse wire, which is then measurable with the coil, an existence or nonexistence of the test remagnetization pulse being supplied as the additional signal from the coil to the evaluation unit checking, by the evaluation unit, whether the additional signal contains the test remover pulse or not, and correcting the value of the revolution counter if the additional signal contains the test remover pulse, or keeping the current revolution counter value if the set signal does not contain the test remagnetization pulse.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schritt des Korrigierens des Werts des Umdrehungszählers ein drehsinnabhängiges Inkrementieren oder Dekrementieren des Werts des aktuellen Umdrehungszählers auf.In an advantageous embodiment, the step of correcting the value of the revolution counter comprises a rotation-dependent incrementing or decrementing of the value of the current revolution counter.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Impulssensor einen ersten Impulsdraht, mindestens einen zweiten Impulsdraht, einen Wickelkörper, in welchem die Impulsdrähte angeordnet sind, sowie eine, vorzugsweise einzige, Spule aufweist, die wiederum den Wickelkörper umgibt, wobei jeder der Impulsdrähte einen äußeren Mantel und einen innerhalb des Mantels angeordneten Kern aufweist und wobei die Impulsdrähte in einer jeweiligen vorgegebenen Position im Wickelkörper fixiert sind.Further, it is preferred that the pulse sensor comprises a first pulse wire, at least one second pulse wire, a bobbin in which the pulse wires are arranged, and a, preferably single, coil which in turn surrounds the bobbin, each of the pulse wires having an outer jacket and a core disposed within the shell and wherein the pulse wires are fixed in a respective predetermined position in the winding body.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind äußere Grenzen der jeweiligen verbotenen Quadrantenzone durch Ummagnetisierungs-Zündschwellen der Kerne definiert.According to a preferred embodiment, outer boundaries of the respective forbidden quadrant zone are defined by remagnetization ignition thresholds of the cores.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Ummagnetisierungspulse des zweiten Impulsdrahtes als Zusatzsignal verwendet.According to a further preferred embodiment, the remagnetization pulses of the second pulse wire are used as additional signal.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Impulsdrähte in axialer Richtung der Geberwelle zueinander beabstandet sind, und vorzugsweise achsparallel zueinander angeordnet sind. Furthermore, it is preferred if the pulse wires are spaced apart in the axial direction of the encoder shaft, and are preferably arranged axially parallel to each other.

Vorzugsweise sind die Impulsdrähte in einer einzigen Ebene angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Geberwelle orientiert ist, und wobei der erste Impulsdraht einen Winkel mit jedem der zweiten Impulsdrähte einschließt.Preferably, the pulse wires are arranged in a single plane oriented substantially perpendicular to the axis of rotation of the encoder shaft, and wherein the first pulse wire subtends an angle with each of the second pulse wires.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Impulssensor koaxial zum Erregermagneten angeordnet, wobei die Impulsdrähte in zumindest einer Ebene angeordnet sind, die jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Geberwelle und im Wesentlichen parallel zur Rotationsebene des Erregermagneten orientiert ist.In a further advantageous embodiment, the pulse sensor is arranged coaxially to the exciter magnet, wherein the pulse wires are arranged in at least one plane which is oriented in each case substantially perpendicular to the axis of rotation of the encoder shaft and substantially parallel to the plane of rotation of the exciter magnet.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Erregermagnet ein einziger Dipolmagnet ist, der in einer Ebene angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse orientiert ist.Furthermore, it is preferred if the excitation magnet is a single dipole magnet, which is arranged in a plane which is oriented substantially perpendicular to the axis of rotation.

Vorzugsweise ist der Impulssensor exzentrisch zur Drehachse der Geberwelle angeordnet, wobei neben dem koaxial angeordneten Erregermagneten mindestens vier Zusatzmagneten vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung mit wechselnd orientierten Magnetfeldern gleichmäßig verteilt an der Geberwelle befestigbar sind, so dass in jedem Quadranten mindestens ein Ummagnetisierungsimpuls erzeugt wird, wobei solche Ummagnetisierungsimpulse, die von den üblichen Ummagnetisierungsimpulsen abweichen, das Zusatzsignal liefern.Preferably, the pulse sensor is arranged eccentrically to the axis of rotation of the encoder shaft, wherein in addition to the coaxially arranged exciter magnet at least four additional magnets are provided which are evenly distributed in the circumferential direction with alternating magnetic fields fixed to the encoder shaft, so that in each quadrant at least one Ummagnetisierungsimpuls is generated Such Ummagnetisierungsimpulse, which differ from the usual Ummagnetisierungsimpulsen, provide the additional signal.

Weiter vorzugsweise ist die Anzahl der Zusatzmagnete durch 2n definiert, wobei n eine ganzzahlige Zahl ist, die größer als 2 ist.Further preferably, the number of additional magnets is defined by 2 n , where n is an integer number greater than 2.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 einen Multiturn-Drehgeber; 1 a multi-turn encoder;

2 verschiedene Zustände eines Impulsdrahts (2A) und eine Tabelle von Impulsvarianten (2B) 2 different states of a pulse wire ( 2A ) and a table of impulse variants ( 2 B )

3 ein Blockdiagramm des Drehgebers der 1; 3 a block diagram of the encoder of the 1 ;

4 einen Verlauf eines Magnetfelds, welches durch einen mit einer Geberwelle drehfest verbundenen Erregermagneten erzeugt wird (4A) und ein Sinus- und ein Kosinusausgangsignal eines xMR-Elements (4B); 4 a course of a magnetic field, which is generated by a non-rotatably connected to a donor shaft exciter magnet ( 4A ) and a sine and a cosine output signal of an xMR element ( 4B );

5 kritische Punkte in einem Signalverlauf ohne Richtungsänderungen; 5 critical points in a waveform without directional changes;

6 kritische Punkte in einem Signalverlauf mit Richtungsänderung inkl. undefinierten Zonen; 6 critical points in a signal course with direction change incl. undefined zones;

7 Flussdiagramme eines Verfahrens zum Ermitteln einer eindeutigen Position einer Geberwelle; 7 Flow diagrams of a method for determining a unique position of a encoder shaft;

8 eine Seitenansicht (8A) und einen Querschnitt (8B) eines Impulsdrahtsensors mit mehreren Drähten; 8th a side view ( 8A ) and a cross section ( 8B ) of a multi-wire pulse wire sensor;

9 eine Seitenansicht (9A) und einen Querschnitt (9B) eines weiteren Impulsdrahtsensors mit mehreren Drähten; 9 a side view ( 9A ) and a cross section ( 9B ) another pulse wire sensor having a plurality of wires;

10 eine Draufsicht (10A) auf einen MT-Drehgebers mit Zusatzmagneten, einen Signalverlauf ohne Richtungsänderung (10B) und einen Signalverlauf mit Richtungsänderung (10C); 10 a top view ( 10A ) on a MT rotary encoder with additional magnets, a signal course without change of direction ( 10B ) and a waveform with direction change ( 10C );

11 eine Draufsicht (11A) auf einen weiteren MT-Drehgeber mit Zusatzmagneten, einen Signalverlauf ohne Richtungsänderung (11B) und einen Signalverlauf mit Richtungsänderung (11C); 11 a top view ( 11A ) to another MT rotary encoder with additional magnets, a signal course without change of direction ( 11B ) and a waveform with direction change ( 11C );

12 eine Draufsicht auf einen noch weiteren MT-Drehgeber; 12 a plan view of yet another MT rotary encoder;

13 einen Aufbau eines optischen MT-Drehgebers; 13 a construction of an optical MT rotary encoder;

14 ein Blockdiagramm des optischen MT-Drehgebers der 13; 14 a block diagram of the optical MT encoder of 13 ;

15 Sinus- und Kosinusausgangssignale des MT-Drehgebers der 13; 15 Sine and cosine output signals of the MT rotary encoder 13 ;

16 eine Kodierscheibe des MT-Drehgebers der 13; 16 a coding disc of the MT rotary encoder of the 13 ;

17 eine Übersicht über Signale verschiedener Funktionsblöcke des MT-Drehgebers der 13; und 17 an overview of signals from different function blocks of the MT rotary encoder of 13 ; and

18 eine Abwandlung der Kodierscheibe der 16. 18 a modification of the coding of the 16 ,

1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines MT-Drehgebers 10. Der MT-Drehgeber 10 weist einen Impulsdrahtsensor 12 (z. B. einen Wieganddrahtsensor), einen Magnetfeldsensor (insbesondere ein xMR-Element 14) und eine Auswertelogik bzw. -einheit 15 auf. Die Funktionsweise des Impulsdrahtsensors 12 bzw. eines Wiegand-Drahtsensors ist aus den vorgenannten Dokumenten ausreichend bekannt. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die DE 34 08 478 C1 verwiesen. 1 shows a much simplified representation of an MT rotary encoder 10 , The MT rotary encoder 10 has a pulse wire sensor 12 (eg one Wieganddrahtsensor), a magnetic field sensor (in particular an xMR element 14 ) and an evaluation logic or unit 15 on. The operation of the pulse wire sensor 12 or a Wiegand wire sensor is sufficiently known from the aforementioned documents. In this context, in particular on the DE 34 08 478 C1 directed.

Der MT-Drehgeber 10 wirkt mit einem Erregermagneten 16 zusammen, der vorzugsweise als Permanentmagnet, insbesondere als Dipol, ausgebildet ist, der an einer Geberwelle 18 drehfest befestigt ist, um mit der Geberwelle 18 um eine Drehachse 19 zu rotieren. Der Erregermagnet 16 und die Geberwelle 18 können im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn rotieren. In der 1 rotiert die Geberwelle 18 gegen den Uhrzeigersinn, wie es durch eine Drehrichtung 20 angezeigt ist. Die Geberwelle 18 gehört zu einer externen Vorrichtung oder koppelt an die externe Vorrichtung, die hier nicht gezeigt ist und deren Rotation gemessen werden soll. Die Geberwelle 18 kann durch nicht gezeigte Wellenlager in einem Gehäuse 22 des MT-Drehgebers 10 drehbar gelagert sein. Optional ist auch ein sogenannter „KIT-Geber” möglich, der nicht gelagert ist und zwei Komponenten (Stator und Rotor) aufweist. Das Gehäuse 22 ist in 1 nur teilweise dargestellt und kann z. B. mit einer Leiterplatte 24 über Abstandsbolzen 26 verbunden sein. Der Impulsdrahtsensor 12 kann auf einer Oberseite 28 der Leiterplatte 24 angeordnet sein. Das xMR-Element 14 kann auf einer Unterseite 30 der Leiterplatte 24 angeordnet sein. Es versteht sich, dass der Impulsdrahtsensor 12 und das xMR-Element 14 ihre Positionen tauschen können oder beide auf der gleichen Seite 28 oder 30 der Leiterplatte 14 angeordnet sein können. Der Sensor 12 und das Element 14 können auch einem anderen Bauteil des MT-Drehgebers 10 befestigt sein. In der 1 ist ferner eine exemplarische zentrische (koaxiale) Anordnung der Geberwelle 18, des Erregermagnets 16, des xMR-Elements 14 und des Impulsdrahtsensors 12 gezeigt. Diese Komponenten 1218 sind in einer axialen Richtung der Geberwelle 18 beabstandet zueinander angeordnet. Diese Art der Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn ein als Dipol ausgebildeter Permanentmagnet als Erregermagnet 16 verwendet wird, der in einer Rotationsebene 32 angeordnet ist und dreht, die senkrecht zur Drehachse 19 orientiert ist. Es versteht sich, dass die Ausrichtung der Rotationsebene 32 leicht mit einigen Grad von einer 90° Ausrichtung gegenüber der Drehachse 19 abweichen kann, ohne die nachfolgend beschriebene Funktionsweise der Erfindung einzuschränken. Die Rotationsebene 32 ist dann noch immer im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 19 ausgerichtet.The MT rotary encoder 10 acts with an exciter magnet 16 together, which is preferably designed as a permanent magnet, in particular as a dipole, which on a sensor shaft 18 rotatably attached to the encoder shaft 18 around a rotation axis 19 to rotate. The exciter magnet 16 and the encoder shaft 18 can rotate clockwise or counterclockwise. In the 1 rotates the encoder shaft 18 counterclockwise as it is by one direction of rotation 20 is displayed. The encoder shaft 18 belongs to an external device or couples to the external device, which is not shown here and whose rotation is to be measured. The encoder shaft 18 can by not shown shaft bearing in a housing 22 of the MT rotary encoder 10 be rotatably mounted. Optionally, a so-called "KIT transmitter" is possible, which is not stored and has two components (stator and rotor). The housing 22 is in 1 only partially shown and z. B. with a circuit board 24 about distance bolts 26 be connected. The pulse wire sensor 12 can on a top 28 the circuit board 24 be arranged. The xMR element 14 can on a bottom 30 the circuit board 24 be arranged. It is understood that the pulse wire sensor 12 and the xMR element 14 can exchange their positions or both on the same page 28 or 30 the circuit board 14 can be arranged. The sensor 12 and the element 14 can also be another component of the MT rotary encoder 10 be attached. In the 1 is also an exemplary centric (coaxial) arrangement of the encoder shaft 18 , the exciter magnet 16 , the xMR element 14 and the pulse wire sensor 12 shown. These components 12 - 18 are in an axial direction of the encoder shaft 18 spaced apart from each other. This type of arrangement is particularly advantageous when designed as a dipole permanent magnet as a field magnet 16 used in a rotation plane 32 is arranged and rotates perpendicular to the axis of rotation 19 is oriented. It is understood that the orientation of the plane of rotation 32 easy with a few degrees of a 90 ° orientation relative to the axis of rotation 19 may differ without limiting the operation of the invention described below. The rotation plane 32 is then still substantially perpendicular to the axis of rotation 19 aligned.

In der 1 ist ferner eine Montageebene 34 für den Sensor 12 und das xMR-Element 14 gezeigt, die parallel zur Rotationsebene 32 angeordnet ist und die durch die Leiterplatte 24 verläuft. Auch wenn die Ausrichtungen einen (kleinen) Winkel von wenigen Grad miteinander einschließen, werden sie im Nachfolgenden als im Wesentlichen parallel ausgerichtet angesehen. Das xMR-Element 14 und der Impulsdrahtsensor 12 sind parallel zur Montageebene 34 (Leiterplatte 24) angeordnet.In the 1 is also a mounting plane 34 for the sensor 12 and the xMR element 14 shown parallel to the plane of rotation 32 is arranged and through the circuit board 24 runs. Although the orientations include a (small) angle of a few degrees with each other, they are considered to be substantially parallel in the following. The xMR element 14 and the pulse wire sensor 12 are parallel to the mounting plane 34 (PCB 24 ) arranged.

Der Impulsdrahtsensor 12 weist einen Impulsdraht, insbesondere einen Wiegand-Draht, 36 (nachfolgend auch kurz als „Draht” bezeichnet) auf, der von einer Spule 38 umgeben ist und der in der 1 parallel zur Montageebene 34 angeordnet ist. Die Ausrichtung des Impulsdrahtsensors 12 hängt von der Orientierung eines externen Magnetfelds 40 ab, das im Impulsdraht 36 einen Ummagnetisierungsimpuls zum ausschließlichen Zweck einer Energiegewinnung erzeugt und im xMR-Element 14 zur Bestimmung einer Feldstärke und -richtung benutzt wird. In der 1 wird der Erregermagnet 16 als einziges Bauteil sowohl zur Energieerzeugung im Sensor 12 als auch zur Bestimmung eines absoluten Drehwinkels (ST-Drehwinkel) mittels des Elements 14 eingesetzt. Die Energie wird durch den Impulsdrahtsensor 12 gewonnen. Der absolute Drehwinkel wird auf Basis eines Signals ermittelt, welches im xMR-Element 14 erzeugt wird. Es versteht sich, dass mehrere räumlich voneinander getrennte Magneten, auch mehrpolige Magneten, eingesetzt werden können, um die Energieerzeugung separat von der Ermittlung des absoluten Drehwinkels zu ermöglichen, wie es nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Aus Gründen einer vereinfachten Beschreibung wird nachfolgend vorerst davon ausgegangen, dass nur der vorzugsweise bipolare Erregermagnet 16 für beide Zwecke eingesetzt wird.The pulse wire sensor 12 comprises a pulse wire, in particular a Wiegand wire, 36 (hereinafter also referred to as "wire" for short) on top of a coil 38 is surrounded and in the 1 parallel to the mounting plane 34 is arranged. The orientation of the pulse wire sensor 12 depends on the orientation of an external magnetic field 40 that's in the pulse wire 36 generates a magnetic reversal pulse for the exclusive purpose of generating energy and in the xMR element 14 used to determine a field strength and direction. In the 1 becomes the exciter magnet 16 as the only component both for energy generation in the sensor 12 as well as for determining an absolute angle of rotation (ST rotation angle) by means of the element 14 used. The energy is transmitted through the pulse wire sensor 12 won. The absolute rotation angle is determined on the basis of a signal which is in the xMR element 14 is produced. It is understood that a plurality of spatially separated magnets, including multi-pole magnets, can be used to enable the generation of power separately from the determination of the absolute angle of rotation, as will be explained in more detail below. For the sake of a simplified description, it is initially assumed for the time being that only the preferably bipolar exciter magnet 16 is used for both purposes.

Das xMR-Element 14 baut physikalisch auf dem magnetoresistiven Effekt auf und ist üblicherweise durch ein, vorzugsweise einziges, TMR-Element realisiert. Das xMR-Element 14 ist ein Bauelement, das zwei Ferromagnetschichten aufweist, die durch eine dünne Isolatorschicht voneinander getrennt sind. Wenn die isolierende Schicht dünn genug ist (typisch sind einige Nanometer), können Elektronen zwischen den beiden Ferromagnetschichten „tunneln”. Es handelt sich hier um ein quantenmechanisches Phänomen. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen dem anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR-Effekt) und dem gigantischen magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt). Das xMR-Element 14 kann auch durch ein, vorzugsweise einziges, GMR- oder AMR-Element realisiert sein.The xMR element 14 builds physically on the magnetoresistive effect and is usually realized by a, preferably single, TMR element. The xMR element 14 is a device having two ferromagnetic layers separated by a thin insulator layer. If the insulating layer is thin enough (typically a few nanometers), electrons can "tunnel" between the two ferromagnetic layers. This is a quantum mechanical phenomenon. Essentially, a distinction is made between the anisotropic magnetoresistive effect (AMR effect) and the gigantic magnetoresistive effect (GMR effect). The xMR element 14 can also be realized by a, preferably single, GMR or AMR element.

Für die nachfolgende Beschreibung können die nachfolgenden Aspekte für den Impulsdrahts 36 relevant sein:

  • Der Impulsdraht 36 weist üblicherweise einen hartmagnetischen Mantel 46 und einen weichmagnetischen Kern 48 (2A) auf. Der Mantel 46 und der Kern 48 sind unterschiedlich magnetisierbar. Es gibt grundsätzlich drei Magnetisierungskonstellationen, eine mit gleicher Ausrichtung und zwei mit entgegen gesetzten Ausrichtungen. Auf Grund der Formanisotropie haben die Werkstoffe des Mantels 46 und des Kerns 48 jeweils nur einen Weissschen Bezirk und es existieren somit fast rechteckige Hysteresekurven.
  • Der Impulsdraht 36 ist ein bistabiles magnetisches Element.
  • – Ein äußeres Magnetfeld bestimmter Stärke (Koerzitivfeldstärke) mit einer dem Impulsdraht 36 entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung lässt die Magnetisierungsrichtung des Impulsdrahts 36 schlagartig umklappen (Wiegand-Effekt).
  • – Diese magnetische Flussänderung induziert in der Spule 38 einen kurzen, ca. 20 μs langen elektrischen (Ummagnetisierungs-)Impuls.
  • – Der Energiegehalt eines solchen Impulses liegt typischerweise im Bereich von 40 bis 150 nWs, abhängig von einer Impulsdrahtlänge, Kennzahlen der Spule 38, Lastwiderständen und dergleichen.
  • – Eine Länge des Impulses und ein Energiegehalt des Impulses sind weitestgehend von der Änderungsgeschwindigkeit und der Richtung des externen Magnetfelds 40 unabhängig.
  • – Ein ”symmetrischer Betrieb” erzeugt aus der Ummagnetisierung positive und negative Spannungsimpulse in der Spule 38 bei einer Änderung der Polarität und Feldstärke des externen Magnetfelds 40. Der symmetrische Betrieb liegt vor, wenn die externe Magnetfeldstärke 40 ausreicht, zuerst den Kern 48 und danach den Mantel 46 umzumagnetisieren und den Impulsdraht 36 in die magnetische Sättigung zu bringen.
  • – Ein ”asymmetrischer Betrieb” erzeugt nur Spannungsimpulse gleichbleibender Polarität bei einer Änderung der Polarität und der Feldstärke des externen Magnetfelds 40. Der asymmetrische Betrieb liegt vor, wenn die Magnetfeldstärke lediglich ausreicht, um den Kern 48 nicht aber den Mantel 46 umzumagnetisieren. Vorliegend wird im Wesentlichen im symmetrischen Betrieb gearbeitet.
  • – Ein Wiegand-Sensor besteht aus einem Wiegand-Draht und einer Spule.
  • – Als ”Zündfeldstärke”, ”Zündschwelle” oder ”Triggerschwelle” wird nachfolgend eine jeweilige externe Magnetfeldstärke bezeichnet, die erforderlich ist, um den Kern 48 bzw. den Mantel 46 des Drahtes 36 umzumagnetisieren. Nachfolgend wird dies auch als ein ”Umklappen” der Magnetorientierung des Kerns 48 bzw. des Mantels 46 bezeichnet.
For the following description, the following aspects for the impulse wire can be used 36 to be relevant:
  • - The pulse wire 36 usually has a hard magnetic shell 46 and a soft magnetic core 48 ( 2A ) on. The coat 46 and the core 48 are different magnetizable. There are basically three magnetization constellations, one with the same orientation and two with opposite orientations. Due to the shape anisotropy, the materials of the jacket have 46 and the core 48 in each case only one Weiss district and thus there are almost rectangular hysteresis curves.
  • - The pulse wire 36 is a bistable magnetic element.
  • - An external magnetic field of certain strength (coercive force) with a pulse wire 36 opposite magnetization direction leaves the magnetization direction of the pulse wire 36 abruptly fold over (Wiegand effect).
  • - This magnetic flux change induces in the coil 38 a short, approximately 20 μs long electrical (remagnetization) pulse.
  • - The energy content of such a pulse is typically in the range of 40 to 150 nWs, depending on a pulse wire length, characteristics of the coil 38 , Load resistors and the like.
  • - A length of the pulse and an energy content of the pulse are largely of the rate of change and the direction of the external magnetic field 40 independently.
  • - A "symmetrical operation" generates positive and negative voltage pulses in the coil from the remagnetization 38 with a change in the polarity and field strength of the external magnetic field 40 , Symmetrical operation occurs when the external magnetic field strength 40 sufficient, first the core 48 and then the coat 46 umumumagnetisieren and the pulse wire 36 into magnetic saturation.
  • - An "asymmetrical operation" generates only voltage pulses of constant polarity with a change of the polarity and the field strength of the external magnetic field 40 , Asymmetrical operation is when the magnetic field strength is sufficient only to the core 48 but not the coat 46 umzumagnetisieren. In the present case, work is essentially carried out in symmetrical operation.
  • - A Wiegand sensor consists of a Wiegand wire and a coil.
  • - As "ignition field strength", "ignition threshold" or "trigger threshold" below a respective external magnetic field strength is referred to, which is required to the core 48 or the coat 46 of the wire 36 umzumagnetisieren. This is also referred to as a "flip" of the magnetic orientation of the core 48 or the coat 46 designated.

Bezug nehmend auf die 2A wird nachfolgend das oben erwähnte ”Ummagnetisieren” bzw. ”Umklappen der Magnetorientierung(en)” anhand von drei Zuständen Z1-Z3 des Drahts 36 erläutert, der in Form eines Längsschnitts durch den Draht 36 dargestellt ist. Der Mantel 46 umgibt den inneren Kern 48 vollständig. Eine magnetische Feldrichtung ist in Form von Pfeilen 44 im Mantel 46 bzw. im Kern 48 angedeutet. Im Zustand Z1 ist das äußere Magnetfeld 40 mit seinen Magnetfeldlinien 42 (vgl. 1) in der gleichen Richtung wie die Feldrichtung 44 im Draht 36 orientiert. Im Zustand Z2 hat sich die Richtung des äußeren Felds 40 umgedreht und ist so stark geworden, dass die Feldrichtung 44 im Kern 48 umklappt, wohingegen die Stärke des externen Magnetfelds 40 aber noch nicht ausreicht, um auch die Feldrichtung 44 des Mantels 46 umzukehren, d. h. den Mantel 46 umzumagnetisieren. Im Zustand Z3 ist das äußere Magnetfeld 40 weiterhin wie im Zustand Z2 orientiert, aber mittlerweile so stark geworden, dass auch der Mantel 46 ummagnetisiert ist.Referring to the 2A Subsequently, the above-mentioned "remagnetization" and "folding down of the magnetic orientation (s)" will be described on the basis of three states Z1-Z3 of the wire 36 explained in the form of a longitudinal section through the wire 36 is shown. The coat 46 surrounds the inner core 48 Completely. A magnetic field direction is in the form of arrows 44 in the coat 46 or at the core 48 indicated. In state Z1 is the external magnetic field 40 with his magnetic field lines 42 (see. 1 ) in the same direction as the field direction 44 in the wire 36 oriented. In state Z2, the direction of the outer field has changed 40 turned around and became so strong that the field direction 44 in the core 48 folds over, whereas the strength of the external magnetic field 40 but not enough, even the field direction 44 of the coat 46 to reverse, ie the coat 46 umzumagnetisieren. In state Z3 is the external magnetic field 40 still oriented as in state Z2, but now so strong that even the coat 46 is remagnetized.

2B zeigt eine Tabelle, in der mögliche (Ummagnetisierungs-)Impulsvarianten vereinfacht exemplarisch dargestellt sind. 2 B shows a table in which possible (Ummagnetisierungs-) pulse variants are shown simplified examples.

Beginnend im Zustand Z1 lässt das äußere Magnetfeld 40 beim Erreichen einer bestimmten Stärke (Koerzitivfeldstärke des Kerns) mit einer dem Draht 36 entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung (d. h. das äußere Feld 40 ist von rechts nach links gerichtet) die Magnetisierungsrichtung 44 des Kerns 48 schlagartig umklappen (Wiegand-Effekt). In der Spule 38 (vgl. 1) wird dann ein großer, energiereicher (Ummagnetisierungs-)Impuls 52 bzw. 52' erzeugt, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf 4A nochmals erläutert werden wird, weil der Kern 48 gegen die Feldrichtung des Mantels 46 umklappt (Variante 1). Würde man die Stärke des äußeren Magnetfelds 40 dann kontinuierlich erhöhen, so dass die Ausrichtung des äußeren Magnetfelds 40 erhalten bleibt und die Stärke steig zunimmt, würde auch der Mantel 46 in der Feldrichtung 44 des Kerns 48 umklappen, wie es im Zustand Z3 gezeigt ist. Das Umklappen des Mantels 46 parallel zum Kern 48 resultiert in einem kleinen Ummagnetisierungsimpuls, der kaum messbar ist (Variante 3). Kehrt man die Richtung des äußeren Magnetfelds ausgehend vom Zustand Z2 jedoch um, bevor der Zustand Z3 erreicht ist, dann klappt der Kern 48 wieder in Richtung des Mantels 46 in den Zustand Z1 zurück (Variante 2), was in einem mittleren Ummagnetisierungsimpuls (in 4A nicht gezeigt) resultiert, der eine deutlich geringere Energie als der Impuls bei der Variante 1 aufweist.Starting in state Z1 leaves the external magnetic field 40 when reaching a certain strength (coercive force of the core) with a wire 36 opposite magnetization direction (ie the outer field 40 is directed from right to left) the magnetization direction 44 of the core 48 abruptly fold over (Wiegand effect). In the coil 38 (see. 1 ) then becomes a large, high-energy (remagnetization) pulse 52 respectively. 52 ' generated as described below with reference to 4A will be explained again, because the core 48 against the field direction of the jacket 46 folded down (variant 1). Would you consider the strength of the external magnetic field 40 then increase continuously so that the orientation of the external magnetic field 40 is maintained and the strength increases, would also coat 46 in the field direction 44 of the core 48 fold over, as shown in state Z3. Folding the coat 46 parallel to the core 48 results in a small magnetic reversal pulse, which is hardly measurable (variant 3). However, reversing the direction of the external magnetic field starting from state Z2 before state Z3 is reached, the core works 48 again in the direction of the coat 46 in the state Z1 back (variant 2), which in a middle Ummagnetisierungsimpuls (in 4A not shown) results, which has a much lower energy than the pulse in the variant 1.

Im ”symmetrischen Betrieb” werden durch die Spule 38 positive und negative Spannungsimpulse bei einer Änderung der Polarität und der Feldstärke des externen Magnetfelds 40 erzeugt. Beim Ummagnetisieren des Kerns 48 entgegen der Magnetrichtung entsteht ein relativ großer Impuls 52 bzw. 52' mit hohem Energiegehalt. Beim Umklappen des Mantels 46 – bei fortgesetzter Drehung des Erregermagnets 16 in der gleichen Drehrichtung – entsteht ein nur relativ kleiner Impuls (Variante 3), der wegen seines sehr geringen Energiegehalts nicht weiter verwendet werden kann. Bei der Variante 2 klappt der Kern 48 wieder in Richtung des Mantels 46 zurück, weil sich die Drehrichtung der Geberwelle und somit die Polarität des externen Magnetfelds 40 anfängt zu ändern, bevor auch der Mantel 46 in Richtung des Kerns 48 umklappen kann (Variante 2). Die Variante 2 stellt ein eher seltenes Ereignis dar, das sich in der Regel nur dann ergibt, wenn die Umkehrung des Drehsinn 20 der Geberwelle 18 unmittelbar während oder nach einem Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' der Variante 1 eintritt, und zwar bevor der Zustand Z3 bei theoretisch fortgesetztem Drehsinn einsetzt.In "symmetrical operation" are through the coil 38 positive and negative voltage pulses with a change in polarity and field strength of the external magnetic field 40 generated. When remagnetizing the core 48 contrary to the magnetic direction, a relatively large momentum arises 52 respectively. 52 ' with high energy content. When folding the jacket 46 - With continued rotation of the exciter magnet 16 in the same direction of rotation - arises only one relatively small impulse (variant 3), which can not be used because of its very low energy content. In variant 2, the core works 48 again in the direction of the coat 46 back, because the direction of rotation of the encoder shaft and thus the polarity of the external magnetic field 40 begins to change before the coat 46 in the direction of the core 48 can fold over (variant 2). Variation 2 represents a rather rare event, which usually only arises if the reversal of the sense of rotation 20 the encoder shaft 18 immediately during or after a magnetic reversal pulse 52 respectively. 52 ' the variant 1 occurs, and that before the state Z3 begins with theoretically continued direction of rotation.

3 zeigt ein Blockdiagramm 60 des MT-Drehgebers 10 der 1. In einem Block 62 wird die Energie erzeugt und gegebenenfalls gespeichert, die zur Signalauswertung und -verarbeitung, insbesondere zur Zählung von 360°-Umdrehungen, benötigt wird. Der Block 62 kann einen Gleichrichter 64 aufweisen, um die während einer 360°-Umdrehung erhaltenen Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52', die entgegen gesetzte Polaritäten aufweisen, alle gleich auszurichten. Die durch einen Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' erzeugte Energie, die üblicherweise 40 bis 150 nWs beträgt, kann in einem Energiespeicher 66 (z. B. in einem Kondensator 67) gepuffert werden. Die gewonnene Energie ist aber äußerst gering, wenn damit eine Umdrehungszählung durchgeführt werden soll, während der eine externe Energieversorgung abgeschaltet ist und bleibt. Dies bedeutet, dass für den kompletten Umdrehungszählprozess lediglich die Energie des Ummagnetisierungsimpulses 52 zur Verfügung steht. 3 shows a block diagram 60 of the MT rotary encoder 10 of the 1 , In a block 62 the energy is generated and optionally stored, which is needed for signal evaluation and processing, in particular for counting 360 ° revolutions. The block 62 can be a rectifier 64 to the Ummagnetisierungsimpulse obtained during a 360 ° rotation 52 respectively. 52 ' that have opposite polarities, all align the same. The by a Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' generated energy, which is usually 40 to 150 nWs, can be stored in an energy store 66 (eg in a capacitor 67 ) are buffered. However, the energy gained is extremely low, if so a revolution count is to be performed, during which an external power supply is turned off and remains. This means that only the energy of the Ummagnetisierungsimpulses for the entire revolution counting process 52 is available.

Ein weiterer Block 70 dient zur Signalerzeugung, Signalauswertung und zur Speicherung von relevanten Daten, wie zum Beispiel zur Speicherung der Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen und einer Quadrantenhistorie, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird. Der Block 70 weist zum Beispiel das xMR-Element 14, die Auswerteeinheit 15, einen (optionalen) Komparator 72 (z. B. Schmitt-Trigger) und ein Speicherelement 74 auf. Das Speicherelement 74 kann einen Umdrehungszähler 76 und einen (Historien-)Speicher 78 aufweisen. Es versteht sich, dass das Speicherelement 74, der Umdrehungszähler 76 und/oder der Historienspeicher 78 auch in die Auswerteeinheit 15 integriert sein können. Die Auswerteeinheit 15 kann auch den Gleichrichter 64 integriert haben. Die Auswerteeinheit 15 kann zum Beispiel in Form eines Mikrocontrollers oder eines ASIC-Chips realisiert sein. Der Impulsdrehsensor 12 ist vorzugsweise als Wiegand-Sensor ausgebildet. Das xMR-Element 14 ist vorzugsweise hochohmig ausgelegt, um den Energieverbrauch so weit wie möglich zu reduzieren.Another block 70 is used for signal generation, signal analysis and storage of relevant data, such as storing the number of complete 360 ° revolutions and a quadrant history, which will be discussed in more detail below. The block 70 has, for example, the xMR element 14 , the evaluation unit 15 , an (optional) comparator 72 (eg Schmitt trigger) and a memory element 74 on. The storage element 74 can a turn counter 76 and a (history) memory 78 exhibit. It is understood that the memory element 74 , the turn counter 76 and / or the history memory 78 also in the evaluation unit 15 can be integrated. The evaluation unit 15 can also be the rectifier 64 have integrated. The evaluation unit 15 can be realized for example in the form of a microcontroller or an ASIC chip. The impulse rotation sensor 12 is preferably designed as a Wiegand sensor. The xMR element 14 is preferably designed with high resistance to reduce energy consumption as much as possible.

Um eine einfache, kostengünstige und Bauteil-effiziente Lösung realisieren zu können, kann das nachfolgend beschriebene Konzept gewählt werden.In order to realize a simple, inexpensive and component-efficient solution, the concept described below can be selected.

Der Impulsdrahtsensor 12 wird ausschließlich als Energiegenerator verwendet und alle erforderlichen Informationen für eine Umdrehungszählung und Feinpositionsermittlung werden von nur einem einzigen Bauteil abgeleitet, welches hier durch das xMR-Element 14 realisiert ist.The pulse wire sensor 12 is used exclusively as an energy generator and all information required for a revolution count and fine position determination are derived from a single component, here by the xMR element 14 is realized.

Eine Lösung, die, wie im Stand der Technik vorgeschlagen, einen Hallsensor anstatt des xMR-Elements 14 einsetzt, ist bei der in der 3 gezeigten Anordnung bzw. Kombination grundsätzlich nicht ausgeschlossen, führt aber aus den nachfolgenden Gründen nicht zum Ziel, d. h. nicht zu einer energieautarken Lösung für die Umdrehungszählung. Ein Hallsensor ist im Vergleich zu einem xMR-Element ein komplexer Schaltkreis, der typischerweise eine relativ lange Einschwingphase nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung aufweist. Die Einschwingphase ist unter anderem dadurch bedingt, dass der Hallsensor eine geregelte Betriebsspannung benötigt. Während dieser Einschwingphase kann sich aber die Energie, die durch den Impulsdrahtsensor 12 gewonnen würde, zum Beispiel durch Kriechströme oder Selbstentladung des Kondensators 67 deutlich verringern und damit weitere Anforderungen an die restliche Schaltung hinsichtlich einer maximal zulässigen Energieaufnahme deutlich verschärfen. Generell benötigt ein fein auflösender Singleturn-Sensor (ST-Sensor), in diesem Fall also der Hallsensor, ein qualitativ hochwertiges Signal mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand, damit eine hohe Auflösung von typischerweise ≥ 8 Bit/360°-Umdrehung generierbar ist. Da aber nur die Energie eines Ummagnetisierungsimpulses (40 bis 150 nWs) zur Verfügung steht, setzt der Multiturn-Drehgeber (MT-Drehgeber) 10 einen ST-Sensor (xMR-Element 14) ein, der mit äußerst wenig Energie auskommt und dennoch ein gutes Signal liefert. Da das bei einem Hallsensor zur Verfügung stehende Auswertungssignal, d. h. die Hall-Spannung, im Wesentlichen durch das Produkt aus der Stromstärke und der magnetischen Induktion bestimmt ist, könnte der Hallsensor bei vorgegebener magnetischer Induktion prinzipbedingt nicht beide Anforderungen (qualitativ hochwertiges Signal und gleichzeitig ein geringer Energieverbrauch) erfüllen. Deshalb haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass ein (hochohmiger) ST-Sensor (wie z. B. das xMR-Element 14) eingesetzt werden sollte. Von allen bekannten physikalischen Effekten, die mittels Magnetismus in einem Festkörper eine elektrische Eigenschaft ändern, ist die MR-Technologie besonders hervorzuheben. Der MR-Effekt liefert schon bei schwachen Magnetfeldern ein Signal mit einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis. Obwohl die diversen MR-Technologien (wie z. B. AMR, GMR, TMR) auf verschiedenen Effekten aufbauen, ist ihnen Folgendes gemein:

  • – Sie verändern ihren Widerstand in Abhängigkeit des externen Magnetfelds.
  • – Die xMR-Sensoren werden typischerweise durch einfache passive Widerstands-(Halb-)Brücken realisiert, die (nahezu sofort) nach dem Einschalten einer Versorgungsspannung, d. h. trägheitsfrei, ein auswertbares Signal liefern.
  • – Sie lassen sich durch eine entsprechende Strukturierung hochohmig ausgestalten.
A solution that, as proposed in the prior art, a Hall sensor instead of the xMR element 14 is at the in the 3 shown arrangement or combination is not excluded in principle, but does not lead to the goal for the following reasons, ie not to an energy self-sufficient solution for the rotation count. A Hall sensor is a complex circuit compared to an xMR element, which typically has a relatively long transient phase after the external supply voltage is turned on. The transient phase is partly due to the fact that the Hall sensor requires a regulated operating voltage. During this transient phase, however, the energy passing through the impulse wire sensor can become 12 would be obtained, for example, by leakage currents or self-discharge of the capacitor 67 significantly reduce and thus further tighten requirements on the rest of the circuit in terms of a maximum allowable energy consumption. In general, a finely resolving single-turn sensor (ST sensor), in this case the Hall sensor, requires a high-quality signal with a high signal-to-noise ratio, so that a high resolution of typically ≥ 8 bit / 360 ° rotation can be generated , However, since only the energy of a remagnetizing pulse (40 to 150 nWs) is available, the multiturn rotary encoder (MT rotary encoder) uses 10 an ST sensor (xMR element 14 ), which manages with very little energy and yet delivers a good signal. Since the signal available at a Hall sensor evaluation signal, ie the Hall voltage, essentially determined by the product of the current and the magnetic induction, the Hall sensor for a given magnetic induction principle, not both requirements (high-quality signal and a lower Energy consumption). Therefore, the inventors of the present invention have recognized that a (high resistance) ST sensor (such as the xMR element 14 ) should be used. Of all known physical effects, which change an electrical property by means of magnetism in a solid state, the MR technology is particularly noteworthy. The MR effect delivers a signal with a very good signal-to-noise ratio even with weak magnetic fields. Although the various MR Technologies (such as AMR, GMR, TMR) on different effects, they share the following:
  • - They change their resistance depending on the external magnetic field.
  • - The xMR sensors are typically realized by simple passive resistance (half) bridges, which (almost immediately) after switching on a supply voltage, ie inertia-free, provide an evaluable signal.
  • - They can be made high impedance by appropriate structuring.

Die Verwendung eines hochohmigen xMR-Elements 14 als ST-Sensor ist also von Vorteil. Beim Betrieb des MT-Drehgebers 10 ohne externe Energieversorgung wird die Energie, die für eine Ermittlung der Anzahl der 360°-Umdrehungen benötigt wird, aus der mechanischen Bewegung der Geberwelle 18 bzw. der Rotation des Erregermagneten 16 gewonnen. Der (vorzugsweise symmetrisch betriebene) Impulsdrahtsensor 12 erzeugt beim Durchlauf des vorzugsweise bipolaren Erregermagneten 16 über 360° jeweils einen positiven und einen negativen Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52', wie es exemplarisch in 4A gezeigt ist.The use of a high-impedance xMR element 14 as an ST sensor is therefore advantageous. When operating the MT rotary encoder 10 without external power supply, the energy needed to determine the number of 360 ° revolutions is the mechanical movement of the encoder shaft 18 or the rotation of the exciter magnet 16 won. The (preferably symmetrically operated) pulse-wire sensor 12 generated during the passage of the preferably bipolar exciter magnet 16 over 360 ° each have a positive and a negative Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' as exemplified in 4A is shown.

in der 4A ist ein Verlauf 50 des externen Magnetfelds 40 gemäß den 1 und 3 gezeigt. Der Verlauf 50 des Magnetfelds 40 spiegelt sich in einem Signalverlauf 51 des xMR-Elements 14 wider. In der 4A liegen die beiden Verläufe 50 und 51 übereinander. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die 360°-Umdrehung ihren physischen Nulldurchgang beim Punkt P0 hat. Die Stärke des externen magnetischen Felds 40 ist im Punkt P0 ist maximal positiv bei positiver Orientierung des Felds 40, wohingegen die Stärke nach einer Drehung der Geberwelle 18 um 90° nahezu Null ist und nach einer weiteren Drehung um 90° in die gleiche Richtung maximal negativ ist.in the 4A is a course 50 of the external magnetic field 40 according to the 1 and 3 shown. The history 50 of the magnetic field 40 reflected in a waveform 51 of the xMR element 14 contrary. In the 4A lie the two courses 50 and 51 one above the other. In the following it is assumed that the 360 ° revolution has its physical zero crossing at point P0. The strength of the external magnetic field 40 is at point P0 is maximum positive with positive orientation of the field 40 whereas the strength after a rotation of the encoder shaft 18 is almost zero by 90 ° and after a further rotation by 90 ° in the same direction is maximum negative.

Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass sich die Geberwelle 18 so dreht, dass der Signalverlauf 51 von links nach rechts in der 4A verläuft. Ein ”Nulldurchgang” des externen Magnetfelds 40 tritt also auf, wenn sich die Geberwelle 18 um 90° gedreht hat. Ein ”Nulldurchgang der Umdrehungszählung” stimmt (auswertungslogisch) üblicherweise mit einem der Ummagnetisierungsimpulse 52 überein, auf deren relative (Winkel-)Lage nachfolgend noch näher eingegangen wird. Der Phasenversatz der verschiedenen ”Nulldurchgänge” macht es für die Umdrehungszählung und die Bestimmung einer fein aufgelösten Position (das heißt eines absoluten Drehwinkels innerhalb einer 360°-Umdrehung) erforderlich, eine Synchronisation durchzuführen, auf die ebenfalls später noch näher eingegangen werden wird.Subsequently, it is assumed that the encoder shaft 18 so that turns the waveform 51 from left to right in the 4A runs. A "zero crossing" of the external magnetic field 40 So occurs when the encoder shaft 18 rotated by 90 °. A "zero crossing of the revolution count" is usually correct (evaluation logic) with one of the remagnetization pulses 52 whose relative (angular) position will be discussed in more detail below. The phase offset of the various "zero crossings" makes it necessary for the revolution count and the determination of a finely resolved position (that is, an absolute rotation angle within a 360 ° revolution) to perform a synchronization, which will also be discussed later.

Durchläuft man also die in der 4A gezeigte Sinuskurve (Verlauf 50 und 51) von links nach rechts, so dreht sich die Polarität des äußeren Magnetfelds 40 bei der 90°-Stellung der Geberwelle (18) und die Feldstärke erreicht dann eine Triggerschwelle T–, bei der ein erster großer Ummagnetisierungsimpuls 52-1 (vgl. Variante 1 in 2A und 2B) erzeugt wird. Nach einer weiteren Drehung um 180° wird ein zweiter entgegengesetzt gepolter Ummagnetisierungsimpuls 52-2 bei eine Triggerschwelle T+ erzeugt. Die Triggerschwelle T+ und die Triggerschwelle T– entsprechen Zündschwellen 54-1 und 54-2 des Kerns 48, die in der 4A durch horizontale Strichlinien angedeutet sind. Die Anzahl von zwei Ummagnetisierungsimpulsen 52 pro 360°-Umdrehung ist der Tatsache geschuldet, dass der Erregermagnet 16 bipolar ist. Würde ein Quattropol eingesetzt werden, würde man 4 Impulse 52 pro 360°-Umdrehung erhalten. Die Ummagnetisierungsimpulse 52-1 und 52-2 liegen bei einem Signalverlauf 50 bzw. 51 von links nach rechts in sogenannten Quadranten Q2 und Q4. In der 4A ist eine vollständige 360°-Umdrehung auswertungslogisch in vier gleichgroße Quadranten Q1-Q4 unterteilt, so dass jeder Quadrant Q1-Q4 einen Winkelbereich von 90° abdeckt. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Erläuterungen auf Basis eines 90°-großen Quadranten lediglich exemplarischer Natur sind. Genauso wäre es denkbar, die ”Quadranten” in 45°- oder 120°-große Segmente zu wandeln, was aber die Auswertung aufwändiger machen würde.So you go through the in the 4A shown sine wave (course 50 and 51 ) from left to right, so the polarity of the external magnetic field rotates 40 at the 90 ° position of the encoder shaft ( 18 ) and the field strength then reaches a trigger threshold T-, at which a first large Ummagnetisierungsimpuls 52-1 (see variant 1 in 2A and 2 B ) is produced. After another 180 ° turn, a second reverse polarity reversal pulse is generated 52-2 generated at a trigger threshold T +. The trigger threshold T + and the trigger threshold T- correspond to ignition thresholds 54-1 and 54-2 of the core 48 in the 4A are indicated by horizontal dashed lines. The number of two remagnetization pulses 52 per 360 ° revolution is due to the fact that the excitation magnet 16 bipolar. If a Quattropol were used, one would get 4 impulses 52 obtained per 360 ° rotation. The magnetic reversal pulses 52-1 and 52-2 lie with a signal course 50 respectively. 51 from left to right in so-called quadrants Q2 and Q4. In the 4A For example, a complete 360 ° revolution is logically subdivided into four equal quadrants Q1-Q4 such that each quadrant Q1-Q4 covers an angular range of 90 °. It is understood that the following explanations based on a 90 ° quadrant are merely exemplary in nature. In the same way, it would be conceivable to convert the "quadrants" into 45 ° or 120 ° segments, but this would make the evaluation more complex.

Bei der Ausgestaltung des MT-Drehgebers 10 sollte darauf geachtet werden, dass die Ummagnetisierungsimpulse 52 im Wesentlichen mittig (45 +/–10 Grad) in den Quadranten Q1-Q4 angeordnet sind. Lässt man die Drehgeberwelle 18 in umgekehrter Richtung rotieren, so dass die Sinuskurve der 4A von rechts nach links durchlaufen wird, ergeben sich die Ummagnetisierungsimpulse 52'-1 und 52'-2, die in der 4A mit einer durchgezogenen Linie gezeigt sind. Die Ummagnetisierungsimpulse 52' liegen in den Quadranten Q1 und Q3, wohingegen die Ummagnetisierungsimpulse 52 in den Quadranten Q2 und Q4 liegen. In der 4A ist außerdem klar zu erkennen, dass die Ummagnetisierungsimpulse 52 um einige Grad relativ zur jeweiligen Quadrantenmitte von 45° versetzt liegen können. Die relative Lage der Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' ist im Wesentlichen durch eine räumliche (Winkel-)Ausrichtung des Impulsdrahtsensors 12 gegenüber dem xMR-Element 14 bedingt. Weitere Faktoren, die einen Einfluss auf die relative Lage der Ummagnetisierungsimpulse 52 und 52' haben, sind zum Beispiel in der Feldstärke des Erregermagneten 16, einer Sensitivität des Impulsdrahtsensors 12, der Größe des Abstands zwischen dem Erregermagneten 16 und dem Impulsdrahtsensor 12, einer Wahl der hartmagnetischen und weichmagnetischen Materialien des Mantels 46 und des Kerns 48 und dergleichen zu sehen.In the design of the MT rotary encoder 10 Care should be taken that the Ummagnetisierungsimpulse 52 are arranged substantially centrally (45 +/- 10 degrees) in the quadrants Q1-Q4. Leaving the shaft encoder 18 rotate in the opposite direction, so that the sine wave of the 4A is traversed from right to left, resulting in the Ummagnetisierungsimpulse 52'-1 and 52'-2 in the 4A shown by a solid line. The magnetic reversal pulses 52 ' lie in the quadrants Q1 and Q3, whereas the Ummagnetisierungsimpulse 52 lie in the quadrants Q2 and Q4. In the 4A is also clearly seen that the Ummagnetisierungsimpulse 52 may be offset by a few degrees relative to the respective quadrant center of 45 °. The relative position of the Ummagnetisierungsimpulse 52 respectively. 52 ' is essentially due to a spatial (angular) orientation of the pulse-wire sensor 12 opposite to the xMR element 14 conditionally. Other factors that influence the relative position of the Ummagnetisierungsimpulse 52 and 52 ' are, for example, in the field strength of the exciter magnet 16 , a sensitivity of the pulse-wire sensor 12 , the size of the distance between the exciter magnet 16 and the pulse wire sensor 12 , a choice of the hard magnetic and soft magnetic materials of the shell 46 and the core 48 and the like to see.

Da die Ummagnetisierungsimpulse 52 und 52' im Wesentlichen mittig in den zugehörigen Quadranten Q1-Q4 liegen, erhält der MT-Drehgeber 10 eine maximale Toleranzbandbreite von ±45° zwischen einer Winkellage des Impulsdrahtsensors 12 und des xMR-Elements 14 (siehe auch 1) und erleichtert damit eine Montage herstellerseitigen Zusammenbau) der entsprechenden Bauteile und ist auch über weite Temperaturbereiche stabil. Since the Ummagnetisierungsimpulse 52 and 52 ' essentially centrally located in the associated quadrant Q1-Q4, receives the MT rotary encoder 10 a maximum tolerance range of ± 45 ° between an angular position of the pulse wire sensor 12 and the xMR element 14 (see also 1 ) and thus facilitates assembly on the manufacturer side assembly) of the corresponding components and is stable over wide temperature ranges.

Wenn die nachfolgend beschriebene Auswertung quadrantenbezogen erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Ummagnetisierungsimpulse 52 und 52' jeweils eindeutig innerhalb eines der Quadranten Q1-Q4 liegen. Bedingt durch die Schalthysterese des Impulsdrahtsensors 12 liegen die Impulse 52 und 52' bei einer Rechts- bzw. Linksdrehung der Geberwelle 18 bzw. des Erregermagneten 16 jeweils in einem benachbarten Quadranten. Zusammen mit einer (gespeicherten) Historie von zuvor durchlaufenen Quadranten ist hierdurch eine eindeutige Unterscheidung zwischen einer Rechtsdrehung (Q2-Q4-Q2- ... usw.) und einer Linksdrehung (Q1-Q3-Q1- ... usw.) möglich. Im Beispiel der 4A bedeutet dies, dass die Rechtsdrehung zum Beispiel durch die Ummagnetisierungsimpulse 52 in den Quadranten Q2 und Q4 erkennbar ist, wohingegen die Linksdrehung dann durch die Ummagnetisierungsimpulse 52' in den Quadranten Q1 und Q3 erkennbar ist. Aus der Polarität der Ummagnetisierungsimpulse 52 und 52' lassen sich bei dieser Ausführungsform keine Rückschlüsse ziehen, da sie zwecks Energiepufferung über den Gleichrichter 64 geleitet und gegebenenfalls im Kondensator 67 zwischengespeichert werden. Der Kondensator 67 versorgt dann die weiteren Schaltungsblöcke, wie zum Beispiel die Auswerteelektronik 15, das xMR-Element 14, den Komparator 72 und das Speicherelement 74, mit einer sich daraus ergebenden Betriebsspannung Vdd.If the evaluation described below is based on quadrants, it is advantageous if the Ummagnetisierungsimpulse 52 and 52 ' are each unique within one of quadrants Q1-Q4. Due to the switching hysteresis of the pulse wire sensor 12 are the impulses 52 and 52 ' with a clockwise or counterclockwise rotation of the encoder shaft 18 or of the exciter magnet 16 each in a neighboring quadrant. Together with a (stored) history of previously traversed quadrants, this allows a clear distinction between a clockwise rotation (Q2-Q4-Q2- ... etc.) and a counterclockwise rotation (Q1-Q3-Q1- ... etc.). In the example of 4A this means that the clockwise rotation, for example, by the Ummagnetisierungsimpulse 52 can be seen in the quadrants Q2 and Q4, whereas the left turn then by the Ummagnetisierungsimpulse 52 ' can be seen in the quadrants Q1 and Q3. From the polarity of the Ummagnetisierungsimpulse 52 and 52 ' In this embodiment, no conclusions can be drawn, since they are for the purpose of energy buffering via the rectifier 64 passed and optionally in the condenser 67 be cached. The capacitor 67 then supplies the other circuit blocks, such as the transmitter 15 , the xMR element 14 , the comparator 72 and the memory element 74 , with a resulting operating voltage Vdd.

In der 4B ist nochmals die Sinuskurve (vgl. durchgezogene Linie) der 4A gezeigt, die einerseits dem Magnetfeldverlauf 50 und andererseits dem Verlauf 51 eines Sinus-Ausgangssignals des xMR-Elements 14 entspricht. Die in der 4B gestrichelt dargestellte Linie entspricht einem Verlauf eines Kosinus-Ausgangssignals des xMR-Elements 14. Die Quadranten Q1-Q4 entsprechen vier 90°-Winkelbereichen des sinusförmig verlaufenden Magnetfelds 40 bei einer Drehung der Geberwelle 18 bzw. des Erregermagnets 16. Bei einer entsprechenden Ausrichtung des 360°-messenden xMR-Elements 14 entspricht der Sinusverlauf gleichzeitig dem Verlauf der Ausgangsspannung einer der Brückenschaltungen (hier Sinussignal) des xMR-Elements 14. Die zweite Brückenschaltung liefert dann den dazugehörigen Kosinus des Signals. Somit können die vier Quadranten Q1-Q4 auch als die zwei MSB (Most Significant Bits) einer ST-Feinposition (absoluter Drehwinkel) interpretiert werden.In the 4B is again the sine curve (see solid line) 4A shown on the one hand the magnetic field course 50 and on the other hand the course 51 a sine output of the xMR element 14 equivalent. The in the 4B The dashed line corresponds to a curve of a cosine output signal of the xMR element 14 , The quadrants Q1-Q4 correspond to four 90 ° angle regions of the sinusoidal magnetic field 40 upon rotation of the encoder shaft 18 or of the exciter magnet 16 , With an appropriate orientation of the 360 ° -measuring xMR element 14 At the same time, the sinusoidal curve corresponds to the curve of the output voltage of one of the bridge circuits (in this case sinusoidal signal) of the xMR element 14 , The second bridge circuit then provides the associated cosine of the signal. Thus, the four quadrants Q1-Q4 can also be interpreted as the two MSB (Most Significant Bits) of an ST fine position (absolute rotation angle).

Unmittelbar nachdem einer der Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' stattgefunden hat, ist die Auswerteeinheit 15 betriebsbereit. Mit der aus dem Impuls gewonnenen Energie kann die Position (Stärke des externen Magnetfelds 40) des xMR-Elements 14 durch die Auswerteeinheit 15 abgefragt werden, woraus anschließend die Richtung des Magnetfelds 40 ableitbar ist. Gleiches gilt für den Quadranten Q1-Q4, in dem zuletzt ein Impuls 52 bzw. 52' ausgelöst wurde. Eine Historie (zeitliche Abfolge) der durchlaufenen Quadranten kann im Historienspeicher 78 (vgl. 3) hinterlegt sein. Ein Wert (Anzahl des bisherigen 360°-Umdrehungen) des Umdrehungszählers 76 wird durch die Auswerteeinheit 15 abgefragt. Dies bedeutet, dass die Auswerteeinheit 15 einen alten Status (Historie der zuletzt gespeicherten Quadranten sowie den Wert des Umdrehungszählers 76) aus dem Speicherelement 74 erfragt bzw. ausliest. Aus den Informationen (zuletzt gespeicherter Quadrant aus Historie und aktueller Quadrant vom xMR-Element 14) zusammen lassen sich eindeutig eine der nachfolgenden Aktionen durchführen:

  • – Aktualisierung ausschließlich der Quadrantenhistorie;
  • – Inkrementierung des Umdrehungszählers (vorliegend um eine halbe Umdrehung) und Aktualisierung der Quadrantenhistorie; oder
  • – Dekrementierung des Umdrehungszählers (vorliegend um eine halbe Umdrehung) und Aktualisierung der Quadrantenhistorie.
Immediately after one of the Ummagnetisierungsimpulse 52 respectively. 52 ' has taken place, is the evaluation unit 15 operational. With the energy gained from the momentum, the position (strength of the external magnetic field 40 ) of the xMR element 14 through the evaluation unit 15 then the direction of the magnetic field 40 is derivable. The same applies to the quadrant Q1-Q4, in the last one pulse 52 respectively. 52 ' was triggered. A history (temporal sequence) of the passed quadrants can be found in the history memory 78 (see. 3 ) be deposited. A value (number of previous 360 ° revolutions) of the revolution counter 76 is through the evaluation unit 15 queried. This means that the evaluation unit 15 an old status (history of the last stored quadrant and the value of the revolution counter 76 ) from the memory element 74 asks or reads out. From the information (last saved quadrant from history and current quadrant of the xMR element 14 ) together, one of the following actions can be clearly performed:
  • - updating exclusively the quadrant history;
  • - incrementing the revolution counter (in this case by half a turn) and updating the quadrant history; or
  • - Decrementing the revolution counter (in this case by half a turn) and updating the quadrant history.

Danach wird der Status (Quadrantenhistorie und Umdrehungszählerwert bzw. -stand) gemäß der neuen Daten aktualisiert, und die aktualisierten Daten werden wieder in dem Speicherelement 74 gespeichert.Thereafter, the status (quadrant history and revolution count value) is updated according to the new data, and the updated data is restored to the memory element 74 saved.

Der Komparator 72 im Funktionsblock 70 der 3 ist nur optional für den Fall vorgesehen, dass ein Pegel des xMR-Elements 14 nicht groß genug ist, um ihn direkt mit der Auswerteeinheit 15 weiterzuverarbeiten.The comparator 72 in the function block 70 of the 3 is only optional provided in the event that a level of the xMR element 14 not big enough to connect it directly to the evaluation unit 15 further processing.

Wenn zusätzlich zur Energie eines Ummagnetisierungsimpulses 52 bzw. 52' externe Energie zur Verfügung steht, kann der MT-Drehgeber 10 nicht nur die eben beschriebene Umdrehungszählfunktion realisieren, sondern auch eine eindeutige Position bestimmen, indem eine fein aufgelöste Position (absoluter Drehwinkel) des ST-Sensors (xMR-Elements 14) bestimmt wird. Hierzu können der Auswerteeinheit 15 die Sinus- und Kosinussignale (vgl. 4B) des xMR-Elements 14 direkt zugeführt werden und dort zu einem absoluten Drehwinkel (Wert zwischen 0° und 360°) verarbeitet werden. Dies kann zum Beispiel gemäß der gewöhnlichen Verfahren geschehen, wie zum Beispiel über eine Arctan-Berechnung oder einen Cordic-Algorithmus.If in addition to the energy of a Ummagnetisierungsimpulses 52 respectively. 52 ' external energy is available, the MT rotary encoder 10 not only realize the revolution count function just described, but also determine a unique position by a finely resolved position (absolute rotation angle) of the ST sensor (xMR element 14 ) is determined. For this purpose, the evaluation unit 15 the sine and cosine signals (cf. 4B ) of the xMR element 14 be fed directly and processed there to an absolute angle of rotation (value between 0 ° and 360 °). This can be done, for example, according to the usual methods, such as an Arctan calculation or a Cordic algorithm.

Bei der Bildung und späteren Ausgabe der eindeutigen Position (Summe aus absolutem Drehwinkel und Anzahl der vollständigen Umdrehungen) ist zu berücksichtigen, dass die Nulldurchgänge nicht identisch sind. Ohne die Synchronisation der Informationen wäre die verknüpfte Gesamtpositionsausgabe nicht stetig. Die Synchronisation der Informationen lässt sich aber anhand der bei einem Einschalten der externen Betriebsspannung ermittelten ST-Feinposition und dem daraus abgeleiteten aktuellen Quadranten und dem zuletzt abgespeicherten Quadranten (Historie des zuletzt abgespeicherten Quadranten und des Umdrehungszählerwerts) realisieren. Einer daraus gebildeten jeweiligen Information lässt sich ein spezifischer Korrekturwert zur Ermittlung der genauen und stetigen Gesamtposition aus den ST- und MT-Rohdaten zuordnen. In the formation and subsequent output of the unique position (sum of absolute rotation angle and number of complete revolutions), it should be noted that the zero crossings are not identical. Without the synchronization of the information, the linked total position output would not be continuous. However, the synchronization of the information can be realized on the basis of the determined when switching on the external operating voltage ST fine position and derived therefrom current quadrant and the last stored quadrant (history of the last stored quadrant and the revolution counter value). From a respective information formed therefrom, a specific correction value for determining the exact and continuous total position from the ST and MT raw data can be assigned.

Beim Betrieb des MT-Drehgebers 10 mit externer Spannungsversorgung kann die Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen auch ohne den Umdrehungszähler 76 anhand einer Ermittlung von durchlaufenden Nulldurchgängen des ST-Sensors (xMR-Element 14) ermittelt werden. Dadurch entfällt auch die Synchronisation, da der Nulldurchgang für den ST- und den Umdrehungszähler in diesem Fall gleich ist. Bei einem hochdynamischen Betrieb des MT-Drehgebers 10 erreicht man dadurch eine bessere Echtzeitfähigkeit, da der Rechenaufwand für die Synchronisation komplett entfällt und nur einmalig nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung anfällt.When operating the MT rotary encoder 10 with external power supply, the number of complete 360 ° revolutions even without the revolution counter 76 based on a determination of continuous zero crossings of the ST sensor (xMR element 14 ) be determined. This also eliminates the synchronization, since the zero crossing for the ST and the revolution counter is the same in this case. For highly dynamic operation of the MT rotary encoder 10 This achieves a better real-time capability, since the computational effort for the synchronization is completely eliminated and occurs only once after switching on the external supply voltage.

Des Weiteren ist es auch möglich, den Umdrehungszähler einmal über den Impulsdrahtsensor 12 und zum anderen gleichzeitig über die Nulldurchgangs-Zählung des ST-Sensors abzubilden. Dadurch erhält man ein redundantes System mit hoher Zuverlässigkeit bzw. mit einer Selbstüberwachungsoption.Furthermore, it is also possible once the revolution counter via the pulse wire sensor 12 and at the same time over the zero crossing count of the ST sensor. This provides a redundant system with high reliability or with a self-monitoring option.

Die ST-Daten können bezüglich Auflösung und Genauigkeit optional noch dadurch verbessert werden, indem zusätzlich zum 360°-messenden TMR-Element z. B. ein über 180°-messender AMR-Sensor (nicht gezeigt) zum Einsatz kommt. Dieser hat prinzipbedingt eine um einen Faktor 2 (also ein Bit) höhere Auflösung und zeigt hinsichtlich des Signal-Rausch-Abstands der rauschenden Hysterese besonders gute Werte. Die Montage kann zum Beispiel auf der dem xMR-Element 14 gegenüberliegenden Leiterplattenseite 28 (vgl. 1) unterhalb des Impulsdrahtsensors 12 erfolgen.The ST data can optionally be further improved in terms of resolution and accuracy by adding, in addition to the 360 ° measuring TMR element z. B. an over 180 ° -measuring AMR sensor (not shown) is used. As a matter of principle, this has a higher resolution by a factor of 2 (ie one bit) and shows particularly good values in terms of the signal-to-noise ratio of the noisy hysteresis. For example, the mounting can be done on the xMR element 14 opposite PCB side 28 (see. 1 ) below the pulse wire sensor 12 respectively.

Einige Vorteile des bisher aufgezeigten MT-Drehgebers 10 sind:

  • – Es sind nur ein einziger Impulsdrahtsensor 12 und ein einziger Erregermagnet 16 zwingend erforderlich.
  • – Ein zusätzlicher, spezifischer Hall-Schalter zur Bestimmung einer Polarität des externen Magnetfelds 40 und/oder der Polarität der Ummagnetisierungsimpulse ist nicht erforderlich, da die Magnetfeldpolarität beim vorliegenden Lösungsansatz keine Rolle spielt.
  • – Der ST-Sensor (xMR-Element 14) liefert als eine einzige Einheit alle Informationen, die für eine Umdrehungszählung erforderlich sind, und zwar direkt beim Erfassen der ST-Position, wobei ein zusätzlicher Schaltkreisaufwand eliminiert wird und die Gesamtkosten gesenkt werden. Wie zuvor erwähnt, ist es zum Beispiel nicht erforderlich, die Polarität der Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' sowie die Magnetfeldpolarität zu erfassen und abzuspeichern.
  • – Der MT-Drehgeber 10 erlaubt durch seine Quadranten-bezogene Auswertung hohe Montagetoleranzen und ist über weite Temperaturbereiche stabil.
  • – Der MT-Drehgeber 10 stellt eine Lösung dar, die nicht nur einen Umdrehungszähler abbildet, sondern ist eine Low-Cost-Lösung für ein komplettes Gebersystem bestehend aus einem ST, MT und einer einfachen kostengünstigen Synchronisationseinheit.
  • – Der MT-Drehgeber 10 ist energieautark und bedarf keiner Stützbatterie für eine Datensicherung, während die externe Spannungsversorgung abgeschaltet ist.
  • – Der MT-Drehgeber 10 hat keine verschleißbehafteten Bauteile, wie zum Beispiel Getriebe, und auch keine hochempfindlichen Komponenten, wie zum Beispiel Glasscheiben.
  • – Teure Flussleitstücke werden für den Impulsdrahtsensor 12 nicht benötigt.
  • – Zur Ermittlung der Quadranten Q1-Q4 können im einfachsten Fall die zwei MSB des ST-Datenworts herangezogen werden. Diese können auch vereinfacht durch eine Digitalisierung der Sinus- und Kosinussignale des xMR-Elements 14 gebildet werden. Alternativ kann über einen Low-Power-AD-Wandler die ST-Position genauer ermittelt werden. Hierdurch lassen sich dann die Quadranten Q1-Q4 per Software in Bezug auf die Lage zu den Ummagnetisierungsimpulsen 52 bzw. 52' während der Phase einer Inbetriebnahme lernen. Dadurch erhält man einen maximalen Toleranzbereich von ±45°, und zwar unabhängig von einer realen Montagetoleranz, oder man kann bei einem sehr kompakten Drehgeber eine vorgegebene, eventuell ungünstige Relativlage des xMR-Elements gegenüber dem Impulsdrahtsensor 12 per Software korrigieren, um so auch eine extreme Miniaturisierung zu ermöglichen.
  • – Optional ist mit einem zusätzlichen xMR-Element ein sehr hoch auflösender und genauer MT-Drehgeber realisierbar.
Some advantages of the so far indicated MT rotary encoder 10 are:
  • - There are only a single impulse wire sensor 12 and a single exciter magnet 16 absolutely necessary.
  • - An additional, specific Hall switch for determining a polarity of the external magnetic field 40 and / or the polarity of the Ummagnetisierungsimpulse is not required because the magnetic field polarity plays no role in the present approach.
  • - The ST sensor (xMR element 14 ) provides as a single unit all the information required for a revolution count, directly upon detection of the ST position, eliminating additional circuitry overhead and reducing overall costs. For example, as previously mentioned, it is not necessary to change the polarity of the remagnetization pulses 52 respectively. 52 ' and to detect and store the magnetic field polarity.
  • - The MT rotary encoder 10 allows high mounting tolerances due to its quadrant-related evaluation and is stable over wide temperature ranges.
  • - The MT rotary encoder 10 represents a solution that not only maps a revolution counter, but is a low-cost solution for a complete encoder system consisting of an ST, MT and a simple low-cost synchronization unit.
  • - The MT rotary encoder 10 is energy self-sufficient and requires no backup battery for a data backup while the external power supply is switched off.
  • - The MT rotary encoder 10 has no components subject to wear, such as gearboxes, and no high-sensitivity components, such as glass panes.
  • - Expensive flux guides are used for the pulse wire sensor 12 not required.
  • - In the simplest case, the two MSBs of the ST data word can be used to determine the quadrants Q1-Q4. These can also be simplified by digitizing the sine and cosine signals of the xMR element 14 be formed. Alternatively, the ST position can be determined more accurately via a low-power AD converter. As a result, the quadrants Q1-Q4 can then be software-controlled with respect to the position to the magnetic reversal pulses 52 respectively. 52 ' learn during the commissioning phase. This gives a maximum tolerance range of ± 45 °, regardless of a real assembly tolerance, or you can in a very compact encoder a predetermined, possibly unfavorable relative position of the xMR element relative to the pulse wire sensor 12 corrected by software, so as to enable extreme miniaturization.
  • - Optionally, a very high-resolution and accurate MT rotary encoder can be realized with an additional xMR element.

Bei Verwendung eines 180°-messenden AMR-Sensors anstatt eines 360°-messenden TMR-Sensors als xMR-Element 14 kann optional anstatt eines Dipols auch ein zusätzlicher Vierpol- oder Mehrpol-Magnet als Erregermagnet 16 für die Ansteuerung des Impulsdrahtsensors 12 vorgesehen werden, der dann üblicherweise radial versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise kann das gleiche Systemprinzip angewendet werden, das dann aber nicht halbe Umdrehungen, sondern zum Beispiel entsprechend Viertelumdrehungen zählt.When using a 180 ° AMR sensor instead of a 360 ° TMR sensor as an xMR element 14 can be optional instead a dipole also an additional four-pole or multi-pole magnet as a magnet 16 for the control of the pulse wire sensor 12 are provided, which is then usually arranged offset radially. In this way, the same system principle can be applied, but then not half revolutions, but for example corresponding quarter revolutions counts.

Das hier vorgeschlagene Lösungskonzept ist natürlich entsprechend auf lineare Messsysteme übertragbar.Of course, the solution concept proposed here can be transferred to linear measuring systems.

Die Auswertelogik basiert auf einer Low-Power-Technologie. Die Auswerteeinheit 15 kann diskret, als FPGA, als Mikrocontroller oder als ASIC realisiert sein.The evaluation logic is based on a low-power technology. The evaluation unit 15 can be realized discretely, as an FPGA, as a microcontroller or as an ASIC.

Das Speicherelement 74 ist vorzugsweise ein Low-Power-Datenspeicher, wie zum Beispiel ein FRAM. Andere Technologien, wie zum Beispiel MRAM, usw., sind ebenso einsetzbar.The storage element 74 is preferably a low-power data memory, such as an FRAM. Other technologies, such as MRAM, etc., are equally applicable.

Bezugnehmend auf die 5 und 6 wird nachfolgend ein Weg aufgezeigt werden, wie eine (Gesamt-)Position der Geberwelle 18 eindeutig, sicher und zuverlässig bestimmbar ist. 5 zeigt exemplarisch einen Normalbetrieb, ohne dass der Drehsinn 20 (vgl. 1) geändert wird. Dies bedeutet, dass kein Reversierbetrieb durchgeführt wird, bei dem es zu einer Richtungsänderung des Drehsinns 20 der Geberwelle 18 kommt. Dieser Normalbetrieb ist unkritisch und liefert immer eindeutige Informationen, die einen (Absolut-)Wert des Umdrehungszählers 76 (vgl. 3) gewährleisten. Anhand der 6 wird dann, auch exemplarisch, ein Sonderfall erläutert werden, bei dem es zu einer Falschzählung (der Quadranten) und damit zu einem Verlust der absoluten Position kommen kann. Dieser Sonderfall tritt ein, wenn eine Richtungsänderung auftritt, während sich der Impulsdraht 36 zwischen den Zuständen Z2 und Z3 der 2A befindet.Referring to the 5 and 6 a path will be shown below, such as a (total) position of the encoder shaft 18 unambiguous, safe and reliable determinable. 5 shows an example of a normal operation, without the sense of rotation 20 (see. 1 ) will be changed. This means that no Reversierbetrieb is carried out, in which there is a change in direction of the direction of rotation 20 the encoder shaft 18 comes. This normal operation is not critical and always provides clear information, the (absolute) value of the revolution counter 76 (see. 3 ) guarantee. Based on 6 then, also exemplarily, a special case will be explained in which it can lead to a false count (the quadrant) and thus to a loss of the absolute position. This special case occurs when a change in direction occurs while the pulse wire 36 between states Z2 and Z3 of 2A located.

Bezugnehmend auf 5 ist wieder der sinusförmige Magnetfeldverlauf 50 der 4A und 4B gezeigt, der am Ort des Impulsdrahtsensors 12 bei einer kontinuierlichen Drehung der Geberwelle 18 bzw. des Erregermagneten 16 ohne Richtungsänderung herrscht. Die Amplituden der Stärke des externen Magnetfelds 40 liegen bei ”max. +” und ”max. –”. Ebenso ist die Zündschwelle 54 des Kerns 48 und eine Zündschwelle 56 des Mantels 46 des Impulsdrahts 36 in Form von horizontalen Hilfslinien gezeigt, bei denen die Magnetisierung bzw. die Feldrichtung 44 (vgl. 2A) des Kerns 48 bzw. des Mantels 46 jeweils in Richtung des anliegenden externen Magnetfelds 40 umklappt. Zum Zwecke einer einfacheren Verständlichkeit der nachfolgenden Erläuterungen ist eine jeweilige Magnetisierung des Kerns 48 und des Mantels 46 an bestimmten Punkten Px.x des Magnetfeld- und Signalverlaufs 50 bzw. 51 gezeigt. Q1 bis Q4 bezeichnen die 90°-Quadranten einer vollständigen 360°-Umdrehung und repräsentieren auch die oben erwähnten zwei MSB des fein auflösenden ST-Sensors.Referring to 5 is again the sinusoidal magnetic field course 50 of the 4A and 4B shown at the location of the pulse wire sensor 12 with a continuous rotation of the encoder shaft 18 or of the exciter magnet 16 without change of direction prevails. The amplitudes of the strength of the external magnetic field 40 are at "max. + "And" max. - ". Likewise, the ignition threshold 54 of the core 48 and an ignition threshold 56 of the coat 46 of the pulse wire 36 shown in the form of horizontal auxiliary lines, in which the magnetization or the field direction 44 (see. 2A ) of the core 48 or the coat 46 each in the direction of the applied external magnetic field 40 flips. For the purpose of easier understanding of the following explanations, a respective magnetization of the core 48 and the coat 46 at certain points Px.x of the magnetic field and signal course 50 respectively. 51 shown. Q1 to Q4 denote the 90 ° quadrants of a complete 360 ° revolution and also represent the above-mentioned two MSBs of the finely resolving ST sensor.

Wenn in der 5 der bipolare Erregermagnet 16 beginnend beim Nulldurchgang (P0) stetig ohne Richtungsänderung in eine feste Richtung gedreht wird, so dass die Sinuskurve immer von links nach rechts durchlaufen wird, wird der Impulsdraht 36 mit der dargestellten sinusförmigen Magnetfeldstärke und Polarität beaufschlagt. Hierbei werden nacheinander wiederkehrend die Punkte P0, P1.1, P1.2, P2.1, P2.2 durchlaufen. Die Punkte P1.1, P1.2, P2.1 und P2.2 entsprechen Ummagnetisierungen des Kerns 48 (P1.1 und P2.1) bzw. des Mantels 46 (P1.2 und P2.2). Dabei nehmen der Kern 48 und der Mantel 46 in diesen Punkten die jeweils dargestellten Feldrichtungen 44 an (Darstellung analog zur 2A). Beim Durchschreiten der Zündschwellen 54 des Kerns 48 wird jeweils ein energiereicher großer Impuls 52 (vgl. Variante 1 in 2B) vom Impulsdrahtsensor 12 abgegeben (vgl. 4A), der je nach Polarität des externen Magnetfelds 40 ein positives oder negatives Vorzeichen hat. Diese Ummagnetisierungsimpulse 52-1 bzw. 52-2 werden dann gemäß dem oben beschriebenen Verfahren für die (Spannungs-)Versorgung zur Zählung der vollständigen 360°-Umdrehungen verwendet, während eine externe Spannungsversorgung (in den Figuren nicht gezeigt) des MT-Drehgebers 10 abgeschaltet ist. Die beim Erreichen der Zündschwellen 56 des Mantels 46 generierten, relativ kleinen und energiearmen Impulse (vgl. Variante 3 in 2B) können nicht verwendet werden, da sie für eine Signalauswertung nicht ausreichend Energie aufweisen.If in the 5 the bipolar exciter magnet 16 Starting at the zero crossing (P0) is continuously rotated without direction change in a fixed direction, so that the sine curve is always traversed from left to right, the pulse wire 36 subjected to the illustrated sinusoidal magnetic field strength and polarity. In this case, the points P0, P1.1, P1.2, P2.1, P2.2 are repeated in succession. The points P1.1, P1.2, P2.1 and P2.2 correspond to core magnetizations 48 (P1.1 and P2.1) or the mantle 46 (P1.2 and P2.2). In doing so take the core 48 and the coat 46 in these points the respective field directions shown 44 on (representation analogous to 2A ). Passing through the ignition thresholds 54 of the core 48 each becomes an energy-rich big impulse 52 (see variant 1 in 2 B ) from the pulse wire sensor 12 delivered (cf. 4A ), depending on the polarity of the external magnetic field 40 has a positive or negative sign. These Ummagnetisierungsimpulse 52-1 respectively. 52-2 are then used for counting the full 360 ° revolutions according to the method described above for the (voltage) supply, while an external power supply (not shown in the figures) of the MT rotary encoder 10 is switched off. The when reaching the ignition thresholds 56 of the coat 46 generated, relatively small and low - energy impulses (see variant 3 in 2 B ) can not be used as they do not have sufficient energy for signal evaluation.

Bezug nehmend auf 6 ist einer von mehreren möglichen Sonderfällen gezeigt, bei dem nach einer Richtungsänderung, die zwischen P1.1 und P1.2 stattfindet, die Zählung der vollständigen 360°-Umdrehungen zunächst ohne eine externe Spannungsversorgung fortgesetzt wird. Die externe Spannungsversorgung wird eingeschaltet, wenn die Geberwelle 18 weniger als ca. 180° nach der Richtungsumkehr zurückgelegt hat, so dass der Umdrehungszähler 76 mit dem fein auflösenden ST-Sensor (xMR-Element 14) synchronisiert werden muss, damit die Gesamtposition aus der Anzahl der 360°- bzw. 180°-Umdrehungen und einer aktuellen ST-Position (absoluter Drehwinkel) korrekt errechnet werden kann und keine Unstetigkeiten zeigt. Bei einem Weg von mehr als 180° wird entweder der Punkt P2.2 oder P4.1 überfahren, der dann einen eindeutig auswert- und zuordenbaren Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw 52' liefert.Referring to 6 is one of several possible special cases in which, after a change of direction between P1.1 and P1.2, the count of the complete 360 ° revolutions is initially continued without an external power supply. The external power supply is turned on when the encoder shaft 18 less than about 180 ° after reversing the direction, so that the revolution counter 76 with the fine resolution ST sensor (xMR element 14 ) must be synchronized so that the total position can be correctly calculated from the number of 360 ° or 180 ° revolutions and a current ST position (absolute rotation angle) and shows no discontinuities. With a travel of more than 180 ° either the point P2.2 or P4.1 is run over, which then has a clearly evaluable and assignable magnetic reversal pulse 52 respectively 52 ' supplies.

Beim sequentiellen Durchfahren der Punkte P0, P1.1, Richtungsumkehr, P3.1, P3.2 mit einem nachfolgenden Halt im Quadranten Q4 bzw. in einer ”undefinierten Zone 1'” (Px1), wobei in der Halteposition die externe Spannungsversorgung eingeschaltet wird, entsteht folgender Ablauf:

  • – Bei einer Rotation des externen Magnetfelds 40 von P0 nach P1.1 klappt der Kern 48 gegen die Mantelrichtung um und liefert, wie gewünscht, einen großen Ummagnetisierungsimpuls 52-1 (vgl. 4A).
  • – Bei einer (sofort) darauf folgenden gegensinnigen Rotation des externen Magnetfelds 40 von P1.1 nach P3.1 klappt der Kern 48 erneut dort um, allerdings in die ursprüngliche, bisher unveränderte Mantellrichtung, und liefert dabei einen (unerwünscht niedrigen) Ummagnetisierungsimpuls (vgl. Variante 2 in 2B) mit einem mittleren Energiegehalt, der energetisch nicht ausreicht, um für eine kurze Zeitdauer ausreichend Energie bereitzustellen, die für eine Zählung der 360°-Umdrehungen erforderlich ist. Der Quadrant Q1 wird aufgrund der mittleren Impulshöhe nicht ”gesehen” bzw. nicht erfasst, wie es eigentlich erforderlich wäre, um die Quadrantenhistorie sicher und eindeutig fortzuführen.
  • – Bei einer fortgesetzten Rotation (ohne weitere Richtungsänderung) vom Punkt 3.1 über den Punkt 3.2 (wo der vernachlässigbare kleine Impuls gemäß Variante 3 der 2B entsteht) bis in den Quadranten Q4 der 4, also in die undefinierte Zone 1, entsteht das nachfolgend beschriebene Problem, wenn man die Rotation in der undefinierten Zone Z1 im Punkt Px1 stoppt und die externe Spannungsversorgung zwecks Ermittlung einer eindeutigen (Gesamt-)Position der Geberwelle 18 einschaltet.
  • Die im Historienspeicher 78 aufgezeichnete Quadrantenhistorie der nacheinander durchlaufenden Quadranten Q1 bis Q4, die durch die beschriebene, kurzzeitige Positionsabfrage (Magnetfeldstärkenabfrage) des fein auflösenden ST-Sensors beim Erscheinen eines Ummagnetisierungsimpulses 52 bzw. 52' ermittelt wird, dient einerseits dazu, bei fehlender externer Spannungsversorgung den Umdrehungszähler 76 fortlaufend zu aktualisieren und zum Anderen, um beim Hinzuschalten der externen Spannungsversorgung den Umdrehungszähler 76 und den ST-Sensor (xMR-Element 14) zu synchronisieren. Zu diesem Zweck sind lückenlos mindestens zwei große Impulse (gemäß Variante 1 der 2B) je 360°-Umdrehung in einer (gleichbleibenden) Richtung erforderlich, um eine Eindeutigkeit des Zählvorgangs zu gewährleisten. Der Impuls in Q1 fehlt aber.
When passing through points P0, P1.1, direction reversal, P3.1, P3.2 with one following stop in the quadrant Q4 or in an "undefined zone 1 '" (Px1), whereby the external power supply is switched on in the holding position, the following procedure results:
  • - With a rotation of the external magnetic field 40 from P0 to P1.1 the core works 48 against the jacket direction and provides, as desired, a large Ummagnetisierungsimpuls 52-1 (see. 4A ).
  • - At a (immediately) subsequent reverse rotation of the external magnetic field 40 from P1.1 to P3.1 the core works 48 There again, but in the original, previously unchanged Mantellrichtung, and thereby delivers an (undesirably low) Ummagnetisierungsimpuls (see Variant 2 in 2 B ) having an average energy content that is insufficient in energy to provide sufficient energy for a short period of time required to count the 360 ° revolutions. The quadrant Q1 is not "seen" or captured due to the average pulse height, as would actually be required to safely and unambiguously continue the quadrant history.
  • - For a continued rotation (without further change of direction) from the point 3.1 about the point 3.2 (where the negligible small impulse according to variant 3 of the 2 B arises) to the quadrant Q4 of the 4 , that is, in the undefined zone 1, the problem described below arises when stopping the rotation in the undefined zone Z1 at the point Px1 and the external power supply to determine a unique (total) position of the encoder shaft 18 turns.
  • - The in the history store 78 recorded quadrant history of successively passing quadrants Q1 to Q4, by the described short-term position query (magnetic field strength query) of the finely resolving ST sensor at the appearance of a Ummagnetisierungsimpulses 52 respectively. 52 ' is determined on the one hand serves, in the absence of external power supply, the revolution counter 76 to update continuously and on the other to turn the external power supply to the revolution counter 76 and the ST sensor (xMR element 14 ) to synchronize. For this purpose, at least two large pulses (according to variant 1 of 2 B ) each 360 ° revolution in a (constant) direction required to ensure uniqueness of the counting process. The impulse in Q1 is missing.

In der eben beschriebenen Situation tritt der Fall auf, dass nach dem Einschalten der externen Spannungsversorgung die ST-Position eindeutig auslesbar ist (vgl. Px1 bzw. Px2 im jeweiligen Quadrant Q4). Die aufgezeichnete Historie, insbesondere der zuletzt abgespeicherte Historienwert Q2, lässt jedoch keine eindeutige Aussage darüber zu, ob sich die Geberwelle 18, und damit der Erregermagnet 16, zuletzt um ca. 180° gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn gedreht hat. Der ST-Sensor liefert in beiden Fällen die gleiche externe Magnetfeldstärke bei Px1 bzw. Px2. Die Ursache für diese Ungenauigkeit ist darin zu sehen, dass der bei P3.1 ausgelöste Ummagnetisierungsimpuls mittlerer Größe keine Quadrantenermittlung durch den ST-Sensor zulässt, weil zu wenig Energie vorhanden ist.In the situation just described, the case arises that after switching on the external power supply, the ST position is clearly readable (compare Px1 or Px2 in the respective quadrant Q4). The recorded history, in particular the last stored history value Q2, however, does not allow a clear statement as to whether the encoder shaft 18 , and thus the excitation magnet 16 , last rotated about 180 ° counterclockwise or clockwise. In both cases, the ST sensor delivers the same external magnetic field strength at Px1 or Px2. The reason for this inaccuracy is that the medium-sized reversal pulse triggered at P3.1 does not permit quadrant detection by the ST sensor because there is too little energy.

Somit ist eine – zwar nur vorübergehende – Falschpositionsermittlung in einer Größe von ±180° nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung möglich, so dass auch die Synchronisation mit dem Singleturn nicht fehlerfrei gegeben ist. Die Positionsermittlung ist aber nur vorübergehend falsch, da beim Überfahren der Punkte P2.1 bzw. P4.1 wieder große Ummagnetisierungsimpuls der Variante 1 (vgl. 2B) generiert werden, die eine Aktualisierung der zwischenzeitlich verlorengegangenen eindeutigen Information auslösen würden. Dies bedeutet, dass für ein reines Zählen ganzer 360°-Umdrehungen mit einer Genauigkeit von ±180° auch nach dem Einschalten der Versorgungsspannung keine Korrekturmaßnahmen getroffen werden müssen, wenn die Geberwelle 18 nicht in den undefinierten Zonen steht.Thus, a - although only temporary - false position determination in a size of ± 180 ° after switching on the external supply voltage is possible, so that the synchronization with the single turn is not given error-free. However, the position determination is only temporarily wrong, because when driving over the points P2.1 or P4.1 again large Ummagnetisierungsimpuls the variant 1 (see. 2 B ) that would trigger an update of the now lost unique information. This means that for a pure counting of entire 360 ° revolutions with an accuracy of ± 180 °, no corrective measures must be taken even after switching on the supply voltage, if the encoder shaft 18 not in the undefined zones.

Wird der Punkt P2.1 überfahren, wird im Quadrant Q4 ein großer Impuls erzeugt, aus dem geschlossen werden kann, dass die Sinuskurve weiterhin von links nach rechts durchlaufen wird. Wird hingegen der Punkt 4.1 überfahren, so wird ein großer Impuls im Quadrant Q3 generiert. Impulse in den Quadranten Q1 und Q3 bedeuten, dass die Sinuskurve von rechts nach links durchlaufen wird, das heißt eine Richtungsänderung stattgefunden hat, wenn der zuletzt gespeicherte Quadrantenwert Q2 war.If the point P2.1 is crossed over, a large pulse is generated in the quadrant Q4, from which it can be concluded that the sine curve continues to run from left to right. Will be the point 4.1 Run over, a large impulse is generated in quadrant Q3. Pulses in quadrants Q1 and Q3 mean that the sine curve is traversed from right to left, that is, a change of direction has taken place when the last stored quadrant value was Q2.

Die undefinierten Zonen Z1 und Z2 sind durch die Zündschwellen 54 des Kerns 48 bedingt. Die undefinierte Zone 1 erstreckt sich mindestens vom Punkt P4.1 bis zum Punkt P', wobei der Punkt P dem Punkt P2.1 im darauffolgenden Zyklus entspricht. Analoges gilt für die undefinierte Zone Z2, deren minimale Erstreckung vom Punkt P2.1 zum Punkt P2' reicht, wobei der Punkt P'' dem Punkt P4.1 eines vorhergehenden Zyklus entspricht. Wenn man Hysteresen zusätzlich sicher berücksichtigen möchte, die z. B. durch Temperaturschwankungen des ST-Sensor bedingt sind, kann die rechte Grenze der undefinierten Zone Z1 auf das Ende des vorhergehenden Quadranten Q4 und die linke Grenze der undefinierten Zone Z2 auf den linken Rand des Quadranten Q3 erweitert werden, so dass man die undefinierten Zonen Z1' und Z2' erhält.The undefined zones Z1 and Z2 are by the ignition thresholds 54 of the core 48 conditionally. The undefined zone 1 extends at least from the point P4.1 to the point P ', the point P corresponding to the point P2.1 in the subsequent cycle. The same applies to the undefined zone Z2 whose minimum extent extends from the point P2.1 to the point P2 ', the point P "corresponding to the point P4.1 of a preceding cycle. If you want to consider additional hystereses safely, the z. B. are caused by temperature fluctuations of the ST sensor, the right boundary of the undefined zone Z1 can be extended to the end of the previous quadrant Q4 and the left boundary of the undefined zone Z2 on the left edge of the quadrant Q3, so that the undefined zones Z1 'and Z2' receives.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, trotz des in der 6 veranschaulichten Problems, die Position des MT-Drehgebers 10 eindeutig zu bestimmen. There are now different possibilities, despite the in the 6 illustrated problem, the position of the MT rotary encoder 10 to be clearly determined.

Bei einem ersten Lösungsweg wird die Spule 38 des Impulsdrahtsensors 12 kurzzeitig bestromt, um eine Reaktion auf einen zusätzlichen (Test-)Impuls als Zusatzsignal durch den Impulsdrahtsensor (12) zu erzeugen.In a first approach, the coil becomes 38 of the pulse wire sensor 12 energized for a short time to respond to an additional (test) pulse as an additional signal by the pulse-wire sensor ( 12 ) to create.

Ein Unterscheidungsmerkmal, das zu einer Eindeutigkeit bezüglich der undefinierten Zonen Z1 bzw. Z2 führt, ist die Tatsache, dass die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des Kerns 48 und des Mantels 46 in den beiden Zonen Z1 und Z2 unterschiedlich sind (vgl. Feldrichtungen 44 in 6 bei Px1 = P3.2 bzw. Px2 = P1.2).A distinguishing feature that leads to a uniqueness with respect to the undefined zones Z1 and Z2, respectively, is the fact that the respective magnetization directions of the core 48 and the coat 46 are different in the two zones Z1 and Z2 (see field directions 44 in 6 at Px1 = P3.2 or Px2 = P1.2).

Um diese Informationen extrahieren zu können, schlagen die Erfinder die folgende Vorgehensweise vor. Unmittelbar nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung wird in die bereits vorhandene Spule 38 ein kurzer elektrischer (Test-)Impuls mit einem vorgegebenen, quadrantenabhängigen Vorzeichen und vorgegebener Energie kurzzeitig eingekoppelt. Zu diesem Zweck kann z. B. in der Auswerteeinheit 15 ein entsprechender Schaltungsblock vorgesehen sein, der in 3 nicht expilzit gezeigt ist. Bei einer ausreichenden Stromstärke des Testimpulses wird in der Spule 38 – neben dem externen Magnetfeld 40 – ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt, das der Magnetisierung des Drahts 36 entweder entgegenwirkt oder sie verstärkt. Bei einer gegensinnigen Magnetrichtung der Spule 38 und bei einer geeigneten Dimensionierung des zusätzlichen Felds klappt die Magnetisierung des Kerns 48 schlagartig um und erzeugt eine kurze Magnetfeldänderung, die wiederum einen messbaren elektrischen Impuls in der Spule 38 erzeugt (Reaktionsimpuls, woraus das Zusatzsignal ermittelt wird). Dimensioniert man die Dauer des extern eingekoppelten elektrischen Testimpulses nicht zu lang, so kann der Reaktionsimpuls des Drahts 36 beim Umklappen gemessen werden. In Abhängigkeit davon, ob ein Reaktionsimpuls erzeugt wird oder nicht (Zusatzsignal), lässt sich eindeutig rückschließen, ob sich die Geberwelle 18 in der undefinierten Zone Z1 oder in der undefinierten Zone Z2 befindet. Auf diese Weise lässt sich die Eindeutigkeit des Umdrehungszählers 76 wieder herstellen. Somit ist auch die Synchronisation mit dem ST-Sensor bzw. dem xMR-Element 14 möglich.In order to extract this information, the inventors propose the following procedure. Immediately after switching on the external supply voltage is in the already existing coil 38 a short electrical (test) pulse with a predetermined, quadrant-dependent sign and given energy briefly coupled. For this purpose, z. B. in the evaluation 15 a corresponding circuit block may be provided which is in 3 not shown to be expectorant. At a sufficient current strength of the test pulse is in the coil 38 - next to the external magnetic field 40 - generates an additional magnetic field, which is the magnetization of the wire 36 either counteracts or strengthens them. In an opposite direction of magnetic coil 38 and with a suitable dimensioning of the additional field, the magnetization of the core works 48 abruptly and generates a short magnetic field change, which in turn produces a measurable electrical pulse in the coil 38 generated (reaction pulse, from which the additional signal is determined). If the duration of the externally injected electrical test pulse is not dimensioned too long, the reaction pulse of the wire can be dimensioned 36 be measured when folding. Depending on whether a reaction pulse is generated or not (additional signal), it can be unambiguously concluded whether the encoder shaft 18 is located in the undefined zone Z1 or in the undefined zone Z2. In this way the uniqueness of the revolution counter can be determined 76 restore. Thus, the synchronization with the ST sensor or the xMR element is also 14 possible.

7A zeigt ein Flussdiagramm, welches auf dem Signalverlauf der 6 sowie dem ersten Lösungsweg (Testimpuls über Spule 38) aufbaut. In diesem Fall wird vorausgesetzt, dass die Geberwelle 18 von links kommend den Punkt P0 bis zum Punkt P1.1 durchläuft, wo die Richtungsänderung stattfindet, bevor der Punkt P1.2 erreicht wird. Anschließend wird die Geberwelle 18 soweit gedreht, dass man auf der Kurve nach links bis zum Punkt Px1 gelangt, wo die Position der Geberwelle 18 abgefragt wird. Es ist zu beachten, dass die Geberwelle 18 zum Zwecke der Abfrage nicht zwingend angehalten werden muss. Wenn eine Abfrage im Punkt Px1 bzw. Px2 (vergleiche 6) stattfindet, wird der MT-Drehgeber 10 eingeschaltet, d. h. mit externer Energie versorgt. Dieser Zustand spiegelt sich im Flussdiagramm der 7A im Schritt S10 wieder. Sobald der MT-Drehgeber 10 mit einer externen Energie versorgt ist, kann die Auswerteeinheit 15 auf Basis der Quadrantenhistorie ermitteln, dass sich die Geberwelle 18 in der undefinierten Zone Z1 oder Z2 befindet. Der zuletzt abgespeicherte Quadrantenwert ist Q2 und wurde im Punkt P1.1 erhalten. 7A shows a flowchart which on the waveform of the 6 as well as the first solution (test pulse via coil 38 ). In this case it is assumed that the encoder shaft 18 Coming from the left goes through the point P0 to the point P1.1, where the change of direction takes place, before the point P1.2 is reached. Subsequently, the encoder shaft 18 Turned so far that you get on the curve to the left to the point Px1, where the position of the encoder shaft 18 is queried. It should be noted that the encoder shaft 18 for the purpose of the query does not necessarily have to be stopped. If a query at point Px1 or Px2 (compare 6 ) takes place, the MT rotary encoder 10 switched on, ie supplied with external energy. This condition is reflected in the flow chart of 7A in step S10 again. Once the MT encoder 10 is supplied with an external energy, the evaluation unit 15 based on the quadrant history determine that the encoder shaft 18 located in the undefined zone Z1 or Z2. The last stored quadrant value is Q2 and was obtained at point P1.1.

Da der zuletzt abgespeicherte Quadrant der Historie der Quadrant Q2 ist, ergibt sich daraus unmittelbar die undefinierte Zone Z1 bzw. Z2, die im Gegensatz zu den Zonen Z1' und Z2' gleich groß und deckungsgleich sind. Die undefinierten Zonen Z1 bzw. Z2 können für unterschiedliche ”zuletzt abgespeicherte Quadranten” variieren. Jedem Quadranten kann eine eigene undefinierte Zone zugeordnet sein. Diese Zonen werden deshalb vorzugsweise vorab in einem Festwertspeicher, wie z. B. im Speicherelemente 74 oder in der Auswerteeinheit 15, hinterlegt.Since the last stored quadrant of the history of the quadrant Q2 is, this immediately results in the undefined zone Z1 or Z2, which, in contrast to the zones Z1 'and Z2' are the same size and congruent. The undefined zones Z1 and Z2 can vary for different "last stored quadrants". Each quadrant can be assigned its own undefined zone. These zones are therefore preferably in advance in a read-only memory, such. B. in the memory elements 74 or in the evaluation unit 15 , deposited.

Im Schritt S14 wird abgefragt, ob die externe Feldstärke bzw. der Punkt Px1 bzw. Px2 in der verbotenen Zone (Z1 oder Z2) für den Quadranten Q2 liegt. Wenn er sich außerhalb der verbotenen Zone befindet, ist die Zuordnung zwischen dem Messwert und dem zugehörigen Quadranten ohne Probleme möglich, so dass die eindeutige Position (Summe aus absolutem Drehwinkel und Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen) unter zusätzlicher Berücksichtigung der Quadrantenhistorie ermittelt werden kann (Schritt S16). Ergibt die Abfrage im Schritt S14 jedoch, dass der Messwert in der undefinierten Zone liegt, wird im Schritt S18 der oben erwähnte Testimpuls auf die Spule 38 gegeben.In step S14 it is queried whether the external field strength or the point Px1 or Px2 lies in the forbidden zone (Z1 or Z2) for the quadrant Q2. If it is outside the forbidden zone, the assignment between the measured value and the associated quadrant is possible without problems, so that the unique position (sum of absolute rotation angle and number of complete 360 ° revolutions) is determined with additional consideration of the quadrant history can (step S16). However, if the query in step S14 indicates that the measured value lies in the undefined zone, the above-mentioned test pulse is applied to the coil in step S18 38 given.

In einem nächsten Schritt S20 wird in diesem Fall abgefragt, ob ein Ummagnetisierungsimpuls aufgrund des Testimpuls als Reaktionsimpuls ausgelöst wurde. Wenn kein Reaktionsimpuls ausgelöst wurde, kann im Schritt S22 auf die herkömmliche Weise die eindeutige Position ermittelt werden (vergleiche Schritt S16). Anderenfalls wird der Wert des Umdrehungszählers 76 inkrementiert oder dekrementiert. Das Inkrementieren und Dekrementieren des Schritts S24 hängt von der aktuellen Drehrichtung 20 der Geberwelle 18 ab. Im Schritt S24 wird der Umdrehungszähler 76 allgemein angepasst.In a next step S20, a query is made in this case as to whether a magnetic reversal pulse has been triggered as a reaction pulse on the basis of the test pulse. If no reaction pulse has been triggered, the unique position may be determined in step S22 in the conventional manner (see step S16). Otherwise, the value of the revolution counter becomes 76 incremented or decremented. The incrementing and decrementing of step S24 depends on the current direction of rotation 20 the encoder shaft 18 from. In step S24, the revolution counter becomes 76 generally adjusted.

Im Schritt S26 kann nach der allgemeinen Anpassung des Umdrehungszählers die eindeutige Position der Geberwelle 18 in Analogie zu den Schritten S16 bzw. S22 ermittelt werden.In step S26, after the general adjustment of the revolution counter, the unique Position of the encoder shaft 18 be determined in analogy to the steps S16 and S22.

Es versteht sich, dass die Polarität des zu erzeugenden zusätzlichen Magnetfelds in Abhängigkeit vom zuletzt abgespeicherten Quadrantenwert der Quadrantenhistorie ebenfalls in einem geeigneten Speicher vorab hinterlegt sein kann. Ferner versteht es sich, dass der Reaktionsimpuls als Zusatzsignal zur herkömmlichen Auswertung hinzugezogen wird.It is understood that the polarity of the additional magnetic field to be generated as a function of the last stored quadrant value of the quadrant history can also be stored in advance in a suitable memory. Furthermore, it is understood that the reaction pulse is used as an additional signal for conventional evaluation.

Das Flussdiagramm der 7B zeigt eine Verallgemeinerung des bisher beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung einer eindeutigen Position der Geberwelle, die um die Drehachse 19 rotiert.The flowchart of 7B shows a generalization of the previously described method for determining a unique position of the encoder shaft, which is about the axis of rotation 19 rotates.

In einem Schritt S30 wird eine Historie von Quadrantenwerten im Historienspeicher hinterlegt bzw. abgespeichert, wobei jeder Quadrantenwert einem der Ummagnetisierungsimpulse 52, der im Impulsdrahtsensor 12 durch eine spezifische Änderung des externen Magnetfelds aufgrund einer Rotation der Geberwelle ausgelöst wird, entspricht, wobei jeder Quadrantenwert von der Auswerteeinheit 15 unter Berücksichtigung des aktuellen Signalwerts (Px2), der vom xMR-Element 14 aufgrund des Ummagnetisierungsimpulses 52 an die Auswerteeinheit 15 geliefert wird, bestimmt wird und an den Historienspeicher 78 geliefert wird.In a step S30, a history of quadrant values is stored in the history memory, each quadrant value being one of the remagnetization pulses 52 in the impulse wire sensor 12 is triggered by a specific change of the external magnetic field due to a rotation of the encoder shaft corresponds, each quadrant value of the evaluation unit 15 taking into account the current signal value (Px2) from the xMR element 14 due to the magnetic reversal pulse 52 to the evaluation unit 15 is delivered, is determined and to the history memory 78 is delivered.

Während einer Zeitdauer, die einen diskreten Zeitpunkt umfasst, für welchen die eindeutige Position der Geberwelle zu ermitteln ist, werden folgende Schritte durchgeführt. In einem Schritt S32 wird die Auswerteeinheit 15 und das xMR-Element 14 mit externer Energie versorgt. In einem Schritt S34 wird eine Stärke des externen Magnetfelds 40 zum diskreten Zeitpunkt mittels des xMR-Elements 14 erfasst und ein entsprechender Signalwert Px1 bzw. Px2 an die Auswerteeinheit 15 geliefert. In einem Schritt 36 wird mittels der Auswerteeinheit 15 bestimmt, in welchem der Quadranten Q1-Q4 der gelieferte Signalwert Px1 bzw. Px2 liegt. In einem Schritt S38 wird der letzte Quadrantenwert abgefragt, der in einem Historienspeicher 78 zuletzt in der Historie abgespeichert wurde, wobei die Abfrage durch die Auswerteeinheit 15 erfolgt.During a period of time including a discrete time for which the unique position of the encoder shaft is to be determined, the following steps are performed. In a step S32, the evaluation unit 15 and the xMR element 14 supplied with external energy. In a step S34, a strength of the external magnetic field becomes 40 at the discrete time by means of the xMR element 14 and a corresponding signal value Px1 or Px2 to the evaluation unit 15 delivered. In a step 36, by means of the evaluation unit 15 determines in which of the quadrants Q1-Q4 the supplied signal value Px1 or Px2. In a step S38, the last quadrant value stored in a history memory is retrieved 78 was last stored in the history, the query by the evaluation 15 he follows.

In einem Schritt S40 wird durch die Auswerteeinheit 15 überprüft, ob der gelieferte Signalwert Px1 bzw. Px2 innerhalb der verbotenen Quadrantenzone Z1 oder Z2 liegt, die dem zuletzt abgespeicherten Quadrantenwert Q2 zugeordnet ist, wobei für jeden Quadrantenwert eine spezifisch verbotene Quadrantenzone vorab bestimmt und hinterlegt ist.In a step S40 is by the evaluation 15 checks whether the supplied signal value Px1 or Px2 is within the forbidden quadrant zone Z1 or Z2, which is assigned to the last stored quadrant value Q2, wherein for each quadrant value a specifically forbidden quadrant zone is determined in advance and stored.

Wenn der gelieferte Signalwert Px1 bzw. Px2 außerhalb der verbotenen Quadrantenzone Z1 bzw. Z2 liegt, wird in einem Schritt 42 die eindeutige Position durch Summieren des absoluten Drehwinkels mit einem aktuellen Umdrehungszählerwert bestimmt. Anderenfalls wird in einem Schritt S44 ein Zusatzsignal ausgewertet, welches zusätzlich durch den Impulsdrahtsensor 12 erzeugt wird, wobei dieses Signal eine Korrektur des Umdrehungszählerwerts mittels der Auswerteeinheit 15 hervorruft und wobei der absolute Drehwinkel auf Basis des Zusatzsignals bestimmt wird, bevor die eindeutige Position aus dem absoluten Drehwinkel und dem korrigierten Drehwinkel bestimmt wird.If the supplied signal value Px1 or Px2 is outside the forbidden quadrant zone Z1 or Z2, in a step 42 the unique position is determined by summing the absolute rotation angle with a current revolution counter value. Otherwise, an additional signal is evaluated in a step S44, which is additionally evaluated by the pulse-wire sensor 12 is generated, this signal is a correction of the revolution counter value by means of the evaluation unit 15 and wherein the absolute rotation angle is determined based on the additional signal before the unique position is determined from the absolute rotation angle and the corrected rotation angle.

Ein zweiter Lösungsweg ist in den 8 und 9 gezeigt, bei der mindestens zwei Drähte 36 im Impulsdrahtsensor 12 zum Einsatz kommen.A second approach is in the 8th and 9 shown at least two wires 36 in the pulse wire sensor 12 be used.

In der 8A ist eine Seitenansicht eines stark vereinfacht dargestellten MT-Drehgebers 10 gezeigt, dessen Impulsdrahtsensor 12' zwei Impulsdrähte 36-1 und 36-2 sowie eine Spule 38 aufweist, die die Impulsdrähte 36-1 und 36-2 umgibt. In der Ansicht der 8B ist ein Querschnitt des Impulsdrahtsensors 12' der 8A gezeigt. Man erkennt, dass die beiden Impulsdrähte 36-1 und 36-2 übereinander angeordnet sind. Die Impulsdrähte 36-1 und 36-2 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander. Eine Längsrichtung der Drähte 36-1 und 36-2 ist senkrecht zur Drehachse 18 orientiert.In the 8A is a side view of a simplified illustrated MT rotary encoder 10 shown whose pulse wire sensor 12 ' two impulse wires 36-1 and 36-2 as well as a coil 38 which has the pulse wires 36-1 and 36-2 surrounds. In the view of 8B is a cross section of the pulse wire sensor 12 ' of the 8A shown. It can be seen that the two impulse wires 36-1 and 36-2 are arranged one above the other. The impulse wires 36-1 and 36-2 extend substantially parallel to each other. A longitudinal direction of the wires 36-1 and 36-2 is perpendicular to the axis of rotation 18 oriented.

Wie zuvor im Zusammenhang mit 6 beschrieben, liegt ein ursächliches Problem bei der Signalauswertung darin, dass der Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' im Quadrant Q1 beim Reversieren verlorengeht, weil an dieser Stelle nur ein mittlerer Impuls erzeugt wird, der energetisch für die erforderliche Auswertung des entsprechenden Quadranten Q1 über den ST-Sensor bzw. das xMR-Element 14 nicht ausreicht.As previously related to 6 described, is a causal problem in the signal evaluation is that the Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' in quadrant Q1 is lost during reversing, because at this point only an average pulse is generated, the energetic for the required evaluation of the corresponding quadrant Q1 via the ST sensor or the xMR element 14 not enough.

Um dem entgegenzuwirken, kann der Impulsdrahtsensor 12' der 8 eingesetzt werden. Eine Besonderheit, dieses Impulsdrahtsensors 12' ist, dass er zwar nur eine einzige Spule 38, aber mindestens zwei Drähte 36-1 und 36-2 aufweist. Beide Drähte 36-1 und 36-2 geben die oben beschriebenen Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' ab, wenn der MT-Drehgeber 10 gemäß der Anordnung der 1 mit dem Impulsdrahtsensor 12' der 8 eingesetzt wird. Da beide Drähte 36-1 und 36-2 jeweils die oben beschriebenen Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' abgeben, erhält man typischerweise zwei Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' je Quadrant.To counteract this, the pulse-wire sensor can 12 ' of the 8th be used. A special feature, this impulse wire sensor 12 ' is that while he only has a single coil 38 but at least two wires 36-1 and 36-2 having. Both wires 36-1 and 36-2 give the above-described Ummagnetisierungsimpulse 52 or 52 'from when the MT rotary encoder 10 according to the arrangement of 1 with the pulse wire sensor 12 ' of the 8th is used. Because both wires 36-1 and 36-2 in each case the above-described Ummagnetisierungsimpulse 52 respectively. 52 ' give off, you get typically two Ummagnetisierungsimpulse 52 respectively. 52 ' per quadrant.

Ein Wickelkörper 80, der beide Drähte 36 umgibt und der innerhalb der Spule 38 angeordnet ist, ist aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff hergestellt, wie z. B. aus Edelstahl, Glas oder Kunststoff.A bobbin 80 , the two wires 36 surrounds and the inside of the coil 38 is arranged, is made of a magnetically non-conductive material, such as. B. stainless steel, glass or plastic.

Durch die unterschiedliche relative räumliche Lage der Drähte 36-1 und 36-2 (vergleiche Abstände a und b in 8A) zum Erregermagnet 16 sind die Zündschwellen 54 und 56 für das Umklappen der jeweiligen Kerne 48 und Mäntel 46 zueinander verschoben. Bei einer entsprechenden Dimensionierung führt dies dazu, dass die in 6 gezeigten Punkte P1.1 und P1.2 des ersten Drahts 36-1 und die Punkte P1.1' und P1.2' des zweiten Drahts 36-2 in der Phase so zueinander verschoben sind, dass der Punkt 1.2' vor dem Punkt P1.1 liegt. Deshalb ist der oben geschilderte Sonderfall (d. h. Impuls mittlerer Energie) beim Reversieren für beide Drähte 36-1 und 36-2 nicht gleichzeitig möglich und das unerwünschte Fehlerbild kann maximal nur bei einem der Drähte 36-1 und 36-2 vorkommen. Somit wird auch beim Reversieren mindestens ein großer Ummagnetisierungsimpuls in einem der beiden Drähte 36-1 und 36-2 erzeugt, so dass die Quadranten eindeutig erfasst werden können. Alternativ ist die Quadrantenhistorie eindeutig und kann nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung zusammen mit der aktuellen ST-Position benutzt werden, um die Eindeutigkeit und Stetigkeit der eigentlich zu erfassenden (Gesamt)Position wieder herzustellen.Due to the different relative spatial position of the wires 36-1 and 36-2 (see Distances a and b in 8A ) to the exciter magnet 16 are the ignition thresholds 54 and 56 for folding over the respective cores 48 and coats 46 shifted to each other. With a corresponding dimensioning, this leads to the fact that in 6 shown points P1.1 and P1.2 of the first wire 36-1 and the points P1.1 'and P1.2' of the second wire 36-2 are shifted in phase to each other so that the point 1.2 'is located in front of the point P1.1. Therefore, the above-described special case (ie medium energy pulse) when reversing for both wires 36-1 and 36-2 not possible at the same time and the unwanted error pattern can only a maximum of one of the wires 36-1 and 36-2 occurrence. Thus, even when reversing at least one large Ummagnetisierungsimpuls in one of the two wires 36-1 and 36-2 generated so that the quadrants can be clearly detected. Alternatively, the quadrant history is unique and can be used after switching on the external supply voltage together with the current ST position to restore the uniqueness and continuity of the actual (total) position to be detected.

Eine weitere Alternative zum zweiten Lösungsweg der 8 ist in den 9A und 9B gezeigt. Die 9A zeigt eine Draufsicht auf einen Impulsdrahtsensor 12'' mit mindesten zwei Drähten 36, wobei die Spule 36 nicht dargestellt ist. Die 9B zeigt einen Querschnitt von Drähten 36-1 und 36-2, die hier nebeneinander angeordnet sind. Bei der 8 waren die Drähte 36-1 und 36-2 übereinander angeordnet. Die Drähte 36-1 und 36-2 der 9 liegen in einer Ebene, die parallel zur Rotationsebene 32 (vergleiche 1) angeordnet ist. Die Drähte 36-1 und 36-2 der 9 sind innerhalb ihrer Anordnungsebene nicht parallel, sondern schließen miteinander einen Winkel ein. Wenn mehr als zwei Drähte 36 benutzt werden, so sind alle Drähte 36 nicht parallel zueinander orientiert, sondern weisen jeweils einen Winkel zu ihren Nachbarn auf. In der 9A sind die beiden Drähte 36-1 und 36-2 exemplarisch V-förmig angeordnet.Another alternative to the second approach 8th is in the 9A and 9B shown. The 9A shows a plan view of a pulse wire sensor 12 '' with at least two wires 36 where the coil 36 not shown. The 9B shows a cross section of wires 36-1 and 36-2 which are arranged side by side here. In the 8th were the wires 36-1 and 36-2 arranged one above the other. The wires 36-1 and 36-2 of the 9 lie in a plane parallel to the plane of rotation 32 (see 1 ) is arranged. The wires 36-1 and 36-2 of the 9 are not parallel within their arrangement plane, but enclose an angle with each other. If more than two wires 36 are used, so are all the wires 36 not oriented parallel to each other, but each have an angle to their neighbors. In the 9A are the two wires 36-1 and 36-2 exemplary arranged V-shaped.

Durch die unterschiedliche relative Winkellage der Drähte 36-1 und 36-2 sind die Zündschwellen 54 und 56 für das Umklappen der Mäntel 46 und der Kerne 48 wiederum leicht zueinander verschoben. Es stellt sich der gleiche Effekt wie beim Impulsdrahtsensor 12' der 8 ein.Due to the different relative angular position of the wires 36-1 and 36-2 are the ignition thresholds 54 and 56 for folding the coats 46 and the cores 48 again slightly shifted to each other. It turns out the same effect as the pulse wire sensor 12 ' of the 8th one.

Ein dritter Lösungsweg ist in 10 gezeigt. Der MT-Drehgeber 10 der 10A ist grundsätzlich gemäß der Anordnung der 1 aufgebaut, wobei neben dem zentrisch angeordneten Erregermagneten 16 weitere Zusatzmagnete 82 gezeigt sind. 10A zeigt eine Draufsicht auf den MT-Drehgeber 10 mit mehreren Zusatzmagneten 82. 10B zeigt den Magnetfeldverlauf bei einer Drehung der Geberwelle 18 ohne Richtungsänderung. 10C zeigt den Magnetfeldverlauf bei einer Drehung mit einer Richtungsänderung.A third approach is in 10 shown. The MT rotary encoder 10 of the 10A is basically according to the arrangement of 1 constructed, in addition to the centrally arranged exciter magnet 16 further additional magnets 82 are shown. 10A shows a top view of the MT encoder 10 with several additional magnets 82 , 10B shows the magnetic field profile during a rotation of the encoder shaft 18 without change of direction. 10C shows the magnetic field course in a rotation with a change in direction.

Bezug nehmend auf 10A wird nachfolgend der Aufbau des MT-Drehgebers 10 beschrieben, sofern Änderungen gegenüber dem Aufbau gemäß der 1 betroffen sind. Der Erregermagnet 16 und das xMR-Element 14 (ST-Sensor) sind weiterhin zentrisch angeordnet. Der Impulsdrahtsensor 12 ist radial versetzt, d. h. exzentrisch angeordnet. Neben dem zentralen Erregermagnet (Dipol) 16 kommen mehrere Zusatzmagneten 82, hier insgesamt vier Zusatzmagneten 82-1 bis 82-4, zum Einsatz. Die Zusatzmagneten 82 sind ebenfalls radial versetzt zur Drehachse 19 entlang einer Umfangsrichtung der Geberwelle 18 angeordnet. Die Zusatzmagneten 82 sind hinsichtlich ihrer Winkellage vorzugsweise gleich zueinander beabstandet. Die zusätzlichen Magnetfelder der Zusatzmagneten 82 sind im Wesentlichen parallel zur Drehachse 19 ausgerichtet, wohingegen das externe Magnetfeld 40 des Erregermagneten 16 weiterhin senkrecht zur Drehachse 19 orientiert ist. Die Zusatzmagneten 82 sind mit wechselnder Polarität (siehe N bzw. S) zu ihrem jeweiligen Nachbarn angeordnet. Es versteht sich, dass der Impulsdrahtsensor 12 entsprechend orientiert ist, um die zusätzlichen Magnetfelder der Zusatzmagnete 82 erfassen zu können. Dies bedeutet in diesem Fall, dass der oder die Drähte 36 parallel zur Drehachse 19 orientiert ist bzw. sind.Referring to 10A below is the structure of the MT rotary encoder 10 described, provided changes to the structure according to the 1 are affected. The exciter magnet 16 and the xMR element 14 (ST sensor) are still arranged centrically. The pulse wire sensor 12 is radially offset, that is arranged eccentrically. In addition to the central excitation magnet (dipole) 16 come several additional magnets 82 , here a total of four additional magnets 82-1 to 82-4 , for use. The additional magnets 82 are also radially offset to the axis of rotation 19 along a circumferential direction of the encoder shaft 18 arranged. The additional magnets 82 are preferably equally spaced with respect to their angular position. The additional magnetic fields of the additional magnets 82 are essentially parallel to the axis of rotation 19 aligned, whereas the external magnetic field 40 of the exciter magnet 16 still perpendicular to the axis of rotation 19 is oriented. The additional magnets 82 are arranged with alternating polarity (see N or S) to their respective neighbors. It is understood that the pulse wire sensor 12 is oriented accordingly to the additional magnetic fields of the additional magnets 82 to be able to capture. In this case, this means that the wire (s) 36 parallel to the axis of rotation 19 is oriented or are.

Wie zuvor beschrieben, liegt ein ursächliches Problem darin, dass einer der großen Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' in der 6 beim Reversieren verlorengeht, weil unter den oben beschriebenen besonderen Voraussetzungen nur ein mittlerer Impuls anstatt des großen Impulses erzeugt wird. Der mittlere Impuls reicht energetisch für die erforderliche Auslesung des entsprechenden Quadranten über das xMR-Element 14 in der Regel nicht aus.As described above, a causative problem is that one of the large remagnetization pulses 52 respectively. 52 ' in the 6 is lost during reversing, because under the special conditions described above, only an average pulse is generated instead of the large pulse. The average pulse energetically enough for the required reading of the corresponding quadrant on the xMR element 14 usually not out.

Um dem entgegenzuwirken, kommen die exzentrisch angeordneten Zusatzmagneten 82 zum Einsatz. Die Zusatzmagnete 82 dienen allein zur Ansteuerung (Energieerzeugung) des Impulsdrahtsensors 12. Der zentrisch angeordnete Dipol verbleibt für die ST-Messung. Die zusätzlichen Zusatzmagnete 82 sind (radial oder axial) diskret realisiert und in einem nicht näher gezeigten Aufnahmeflansch der Geberwelle 18 integriert. Die Zusatzmagnete 82 können aber z. B. auch als Multipolring ausgestaltet sein.To counteract this, come the eccentrically arranged additional magnets 82 for use. The additional magnets 82 are used solely to control (power generation) of the pulse-wire sensor 12 , The centric dipole remains for the ST measurement. The additional additional magnets 82 are realized (radially or axially) discreetly and in a receiving flange not shown in detail, the encoder shaft 18 integrated. The additional magnets 82 but can z. B. be designed as a multipole ring.

Die in der 10A gezeigte Anordnung der Zusatzmagnete 82 gewährleistet bei einer 360°-Drehung der Geberwelle 18 in jedem Quadranten Q1-Q4 einen Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' in den Punkten P1.1, P2.1, usw. (vergleiche 10B). Bei einer Revision der Drehrichtung kann jedoch die Erfassung des entsprechenden Quadranten ausfallen (vergleiche 10C).The in the 10A shown arrangement of the additional magnets 82 guaranteed at a 360 ° rotation of the encoder shaft 18 in each quadrant Q1-Q4 a magnetic reversal pulse 52 respectively. 52 ' in points P1.1, P2.1, etc. (cf. 10B ). In case of a revision of the direction of rotation, however, the detection of the corresponding quadrant can be omitted (cf. 10C ).

Dieses Fehlverhalten kann mittels Software bei jedem (großen) Ummagnetisierungsimpuls 52 abgefangen werden, indem die Quadrantenhistorie berücksichtigt wird (z. B. die beiden letzten Quadranten oder optional der letzte Quadrant und die zuletzt ermittelte Drehrichtung). Zu diesem Zweck können die entsprechenden Informationen mit jedem großen Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' zwischengespeichert werden. Aufgrund der Tatsache, dass beim Einschalten der externen Versorgungsspannung der aktuelle Quadrant über den ST-Sensor eindeutig ermittelt werden kann, und aufgrund der Tatsache, dass die Quadrantenhistorie hinterlegt ist, ist auch eine Synchronisation der ST-Position mit dem Umdrehungszähler möglich. This malfunction can be detected by means of software at every (large) magnetic reversal pulse 52 by taking into account the quadrant history (eg the last two quadrants or optionally the last quadrant and the last determined direction of rotation). For this purpose, the corresponding information with each major Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' be cached. Due to the fact that when the external supply voltage is switched on, the current quadrant can be uniquely determined via the ST sensor and due to the fact that the quadrant history is stored, it is also possible to synchronize the ST position with the revolution counter.

In der 11 ist ein vierter Lösungsweg gezeigt, der sich am Aufbau der 10 anlehnt, wobei aber ein acht- oder mehrpoliger Zusatzmagnet 82' zum Einsatz kommt. 11A zeigt eine Draufsicht. 11B zeigt eine Drehung ohne Richtungsänderung. 11C zeigt eine Drehung mit Richtungsänderung im Quadranten Q1.In the 11 is shown a fourth approach, which is in the construction of the 10 but with an eight- or multi-pole additional magnet 82 ' is used. 11A shows a plan view. 11B shows a rotation without change of direction. 11C shows a turn with direction change in the quadrant Q1.

Wie beim dritten Lösungsweg basiert der vierte Lösungsweg auf einem mehrpoligen Zusatzmagnet 82' für die Umdrehungszählung. In der 11A sind in der Umfangsrichtung acht (oder noch höherpolige) Zusatzmagnete 82'-1 bis 82'-8 vorgesehen. Diese Anordnung der Zusatzmagnete 82' gewährleistet bei einer 360°-Umdrehung mindestens einen, typischerweise zwei große Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' in jedem Quadranten Q1-Q4 (vergleiche 11B). Bei einer Revision der Drehrichtung kann zwar auch wieder vereinzelt ein mittlerer Ummagnetisierungsimpuls anstatt eines großen Ummagnetisierungsimpuls entstehen. Da jedoch pro Quadrant Q1-Q4 typischerweise zwei große Ummagnetisierungsimpulse 52 bzw. 52' generiert werden, ist sichergestellt, dass mit dem mindestens einen großen Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' der jeweilige Quadrant Q1 bis Q4 erfasst werden kann. Die Zusatzmagneten 82' liefern also das oben erwähnte Zusatzsignal.As in the third approach, the fourth approach is based on a multipolar auxiliary magnet 82 ' for the revolution counting. In the 11A are in the circumferential direction eight (or even higher pole) additional magnets 82'-1 to 82'-8 intended. This arrangement of additional magnets 82 ' ensures at least one, typically two major Ummagnetisierungsimpuls at a 360 ° rotation 52 respectively. 52 ' in each quadrant Q1-Q4 (compare 11B ). In case of a revision of the direction of rotation, it is also possible to occasionally produce a mean magnetic reversal pulse instead of a large magnetic reversal pulse. However, as per Q1-Q4 quadrant typically two large Ummagnetisierungsimpulse 52 respectively. 52 ' are generated, it is ensured that with the at least one large Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' the respective quadrant Q1 to Q4 can be detected. The additional magnets 82 ' So deliver the above-mentioned additional signal.

Somit erübrigt sich beim vierten Lösungsweg, sowohl für eine reine Umdrehungszählung ohne externe Versorgungsspannung als auch für die Synchronisation mit dem ST beim Einschalten der externen Versorgungsspannung, jede Hardware- oder Software-Korrekturmaßnahme. Es ist der Versatz der Nulldurchgänge zwischen dem ST und dem Umdrehungszähler zu berücksichtigen. Die acht Zusatzmagneten 82'-1 bis 82'-8 können in 45°-Winkelsegmenten angeordnet sein, wie es in 11A beispielhaft dargestellt ist. Die Zusatzmagneten 82' können aber auch in einer anderen Winkelanordnung angeordnet werden, falls dies für die Ansteuerung des Impulsdrahtsensors 12 vorteilhafter ist.Thus, in the fourth approach, both for a pure revolution count without external supply voltage and for synchronization with the ST when switching on the external supply voltage, any hardware or software corrective action is unnecessary. Consider the offset of the zero crossings between the ST and the revolution counter. The eight additional magnets 82'-1 to 82'-8 can be arranged in 45 ° angle segments, as in 11A is shown by way of example. The additional magnets 82 ' but can also be arranged in a different angle arrangement, if this for the control of the pulse-wire sensor 12 is more advantageous.

Zusammenfassend lässt sich zu den hier exemplarisch skizzierten vier Lösungswegen sagen, dass sie alle auf einem Quadrantensystem aufbauen. Dieses System lässt sich auch auf andere Bezugssysteme übertragen, z. B. auf 120°-segmentierte Systeme. Daraus lässt sich beim Erfassen der ”Segmenthistorie” der 120°-Segmente ebenfalls die Umdrehungszählung und die Drehrichtungserkennung ableiten. Im Fall des vierten Lösungswegs mit acht Zusatzmagneten 82' werden dann nur sechs Magnete für das gleiche Lösungsprinzip benötigt. Allerdings bringt ein derartiges, nicht-binäres Bezugssystem in der Regel größere Nachteile bei den nachfolgenden Korrekturalgorithmen für die Umdrehungszählung oder bei der Synchronisation mit dem ST mit sich. Binäre Werte können schneller und energieeffizienter verarbeitet werden.To sum up, it can be said that the four solutions outlined here are based on a quadrant system. This system can also be transferred to other reference systems, eg. B. on 120 ° segmented systems. From this, it is also possible to derive the revolution counting and the direction of rotation detection when detecting the "segment history" of the 120 ° segments. In the case of the fourth approach with eight additional magnets 82 ' then only six magnets are needed for the same solution principle. However, such a non-binary frame of reference usually entails major disadvantages in the subsequent correction algorithms for revolution counting or in synchronization with the ST. Binary values can be processed faster and more energy efficient.

Anstatt vollständige Umdrehungen zu umfassen, sind natürlich auch Winkelsegmente einer ganzen Umdrehung zählbar. In diesem Fall sollte das entsprechende Winkelsegment absolut kodiert sein. Dieses Prinzip kann dann auch auf lineare Messsysteme übertragen werden. In diesem Fall werden lineare, absolut kodierte Teilsegmente gezählt und eine Gesamtposition wird aus der gezählten Segmentzahl und der aktuellen Segmentposition ermittelt.Of course, instead of encompassing complete revolutions, angular segments of one revolution are countable. In this case, the corresponding angle segment should be absolutely coded. This principle can then also be transferred to linear measuring systems. In this case, linear, absolutely coded sub-segments are counted and a total position is determined from the counted segment number and the current segment position.

Alle axial orientierten Zusatzmagnete 82 bzw. 82' der 10 und 11 beim dritten und vierten Lösungsweg können natürlich auch radial orientiert sein.All axially oriented additional magnets 82 respectively. 82 ' of the 10 and 11 in the third and fourth approach can of course be radially oriented.

Basierend auf der gezeigten Mehrpoltechnik für die Umdrehungszählung gemäß dem dritten oder vierten Lösungsweg ist auch ein Hohlwellengeber realisierbar. In diesem Fall kann der zentrisch sitzende Dipolmagnet durch eine ring- oder scheibenförmig ausgestaltete, absolut-kodierte Maßverkörperung für den ST-Sensor ersetzt werden (vgl. 12). Diese Maßverkörperung muss nicht zwingend magnetisch sein, sondern kann z. B. kapazitiv kodiert sein und mit einem entsprechenden ST-Sensor wechselwirken, sofern dieser ST-Sensor mit einer entsprechenden niedrigen Energie betrieben werden kann. Dazu werden im Nachfolgenden noch nähere Erläuterungen unter Bezugnahme auf die 13 ff gegeben werden.Based on the multi-pole technology shown for counting the revolution according to the third or fourth approach, a hollow shaft encoder can be realized. In this case, the concentrically seated dipole magnet can be replaced by a ring-shaped or disc-shaped, absolutely coded measuring standard for the ST sensor (cf. 12 ). This measuring standard does not necessarily have to be magnetic, but can, for. B. capacitive coded and interact with a corresponding ST sensor, if this ST sensor can be operated with a corresponding low energy. These will be explained in more detail below with reference to the 13 ff be given.

Bei dem dritten und vierten Lösungsweg sind die Zusatzmagnete 82 bzw. 82' für den Impulsdrahtsensor 12 radial orientiert und die absolut kodierte Maßverkörperung ist axial orientiert. Grundsätzlich können diese Orientierungen auch vertauscht werden. Alternativ können beide Orientierungen axial oder radial realisiert werden.In the third and fourth approach are the additional magnets 82 respectively. 82 ' for the pulse wire sensor 12 oriented radially and the absolutely coded material measure is oriented axially. In principle, these orientations can also be reversed. Alternatively, both orientations can be realized axially or radially.

In 12 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des MT-Drehgebers 10 gezeigt, bei der die absolut kodierte ST-Maßverkörperung, die dem Erregermagnet 16 der 1 entspricht, in Form eines Magnetrings realisiert ist. In diesem Fall ist das xMR-Element 14 exzentrisch über dem Ring angeordnet.In 12 is a plan view of another embodiment of the MT rotary encoder 10 in which the absolutely coded ST measuring standard, the the exciter magnet 16 of the 1 corresponds, is realized in the form of a magnet ring. In this case, the xMR element is 14 arranged eccentrically above the ring.

In dem nachfolgenden Abschnitt der Beschreibung wird Bezug nehmend auf die 13 bis 18 der Aufbau und die Funktionsweise eines optischen MT-Drehgebers 10' (vergleiche 13) erläutert werden, der eine Maßverkörperung aufweist, die – anstatt wie bisher magnetisch – nun optisch kodiert ist und mit einem entsprechenden ST-Sensor 14' bzw. 100 wechselwirkt.In the following section of the description, reference will be made to FIGS 13 to 18 the structure and operation of an optical MT rotary encoder 10 ' (see 13 ) are explained, which has a material measure, which - instead of magnetic now - is now optically encoded and with a corresponding ST sensor 14 ' respectively. 100 interacts.

In der 13 ist der Aufbau des optisch wirkenden MT-Drehgebers 10' gezeigt, der nahezu identisch zu dem Aufbau des MT-Drehgebers 10 der 1 ist. Der einzige Unterschied ist im optischen ST-Sensor 14' zu sehen, der hier in Form eines optischen Sensors 100 (z. B. in Form einer Fotodiode) realisiert ist. Der optische Sensor 100 kann wieder, ähnlich dem xMR-Element 14 der 1, auf der Unterseite 30 der Leiterplatte 24 angeordnet sein. Der optische Sensor 100 liegt einer Lichtquelle (z. B. LED) gegenüber. Zwischen dem optischen Sensor 100 und der Lichtquelle 102 ist eine Kodierscheibe 104 vorgesehen, die nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Die optische Kodierscheibe 104 erstreckt sich in der Rotationsebene 32 des Erregermagneten 16, der hier wiederum in Form eines (permanenten) Dipols realisiert ist. Der Erregermagnet 16 ist zentrisch zur Drehgeberwelle 18 angeordnet. Der optische Sensor 100 und die Lichtquelle 102 sind exzentrisch zur Drehachse 19 angeordnet.In the 13 is the structure of the optically acting MT rotary encoder 10 ' which is almost identical to the structure of the MT rotary encoder 10 of the 1 is. The only difference is in the optical ST sensor 14 ' to see here in the form of an optical sensor 100 (eg in the form of a photodiode) is realized. The optical sensor 100 can again, similar to the xMR element 14 of the 1 , on the bottom 30 the circuit board 24 be arranged. The optical sensor 100 is opposite to a light source (eg LED). Between the optical sensor 100 and the light source 102 is a coding disc 104 provided, which will be explained in more detail below. The optical coding disc 104 extends in the plane of rotation 32 of the exciter magnet 16 which is realized here again in the form of a (permanent) dipole. The exciter magnet 16 is centric to the shaft encoder 18 arranged. The optical sensor 100 and the light source 102 are eccentric to the axis of rotation 19 arranged.

Für die nachfolgende Betrachtung des MT-Drehgebers 10' der 13 und 14 sind die folgenden Eigenschaften von Interesse:

  • Der Draht 36 besitzt einen hartmagnetischen Mantel 46 und einen weichmagnetischen Kern 48 und stellt somit ein bistabiles magnetisches Element dar. Ein äußeres Magnetfeld 40 mit einer bestimmten Stärke und einer dem Impulsdraht 36 entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung lässt die Magnetisierungsrichtung des Drahts 36 schlagartig umklappen, (Wigand-Effekt).
  • – In einer um den Draht 36 gewickelten Spule 38 induziert eine magnetische Flussänderung, die durch eine Rotation der Geberwelle 18 bzw. des Erregermagnets 16 hervorgerufen wird, einen ca. 20 μs langen elektrischen Ummagnetisierungsimpuls.
  • – Der Energiegehalt eines solchen Ummagnetisierungsimpulses liegt im Bereich 40 bis 150 nWs und hängt u. a. von der Impulsdrahtlänge, Kennzahlen der Spule 38, Lastwiderständen und dergleichen ab.
  • – Eine Länge des Ummagnetisierungsimpulses und ein Energiegehalt desselben sind weitgehend von der Änderungsgeschwindigkeit des Erregermagneten 16 unabhängig.
For the following consideration of the MT rotary encoder 10 ' of the 13 and 14 the following properties are of interest:
  • - The wire 36 has a hard magnetic sheath 46 and a soft magnetic core 48 and thus represents a bistable magnetic element. An external magnetic field 40 with a certain strength and a pulse wire 36 opposite magnetization direction leaves the magnetization direction of the wire 36 flip over, (wigand effect).
  • - In a round the wire 36 wound coil 38 induces a magnetic flux change caused by a rotation of the encoder shaft 18 or of the exciter magnet 16 is caused, about 20 microseconds long electrical Ummagnetisierungsimpuls.
  • - The energy content of such a Ummagnetisierungsimpulses is in the range 40 to 150 nWs and depends inter alia on the pulse wire length, key figures of the coil 38 , Load resistors and the like.
  • - A length of the Ummagnetisierungsimpulses and an energy content thereof are largely of the rate of change of the exciter magnet 16 independently.

In 14 ist ein Blockdiagramm des MT-Drehgebers 10' der 13 gezeigt. Der erste Block 62 der 14 ist identisch zum Block 62 der 3 aufgebaut. Der optische Sensor 100 kann eine Fotodiode 106 und einen Block 108 zur Signalerzeugung aufweisen. Der Block 108 kann auch ein Register 110 zur Speicherung spezieller Werte aufweisen, auf welches nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.In 14 is a block diagram of the MT rotary encoder 10 ' of the 13 shown. The first block 62 of the 14 is identical to the block 62 of the 3 built up. The optical sensor 100 can a photodiode 106 and a block 108 have signal generation. The block 108 can also register 110 to store special values, which will be discussed in more detail below.

Während die externe Spannungsversorgung abgeschaltet ist, muss auch bei der optischen Lösung zumindest die Umdrehungszählung energieautark ablaufen. Der Impulsdrahtsensor 12 wandelt die kinetische Energie der Wellenbewegung pulsartig in elektrische Energie um und stellt sie den Komponenten 62, 100, 15 und 74 zur Verfügung. Wiederum steht nur äußerst wenig Energie (40–150 nWs) für die Umdrehungszählung während einer abgeschalteten externen Spannungsversorgung zur Verfügung. Dies bedeutet, dass der komplette Umdrehungszählprozess vom Energiegehalt eines Ummagnetisierungsimpulses leben muss, der z. B. im Kondensator 67 zwischengespeichert werden kann. Auch beim hier beschriebenen Lösungsweg wird der Impulsdrahtsensor 12 ausschließlich als Generator verwendet. Alle erforderlichen Informationen für die Umdrehungszählung und die Feinpositionsermittlung werden aus dem Signal des optischen ST-Sensors 14' abgeleitet. Wie oben bereits erläutert, werden weitere Hilfssensoren, wie z. B. Hall-Schalter, für die Umdrehungszählung nicht benötigt und sind überflüssig. Dies ermöglicht eine kostengünstige und Bauteil-reduzierte Ausgestaltung. Auch vereinfacht dies die Dimensionierung und Ausgestaltung des Erregermagneten 16 in Bezug auf den Impulsdrahtsensor 12, da nur die Energiebilanz-relevanten Aspekte berücksichtigt werden müssen und nicht zusätzlich Signal-bezogene Randbedingungen berücksichtigt werden müssen.While the external power supply is switched off, even with the optical solution, at least the revolution count must be energy self-sufficient. The pulse wire sensor 12 converts the kinetic energy of the wave motion into electrical energy in a pulsed manner and places it in the components 62 . 100 . 15 and 74 to disposal. Again, there is very little energy (40-150 nWs) available for counting the revolution while the external power supply is turned off. This means that the complete revolution counting process has to live on the energy content of a magnetic reversal pulse, which, for. B. in the capacitor 67 can be cached. Also in the solution described here is the pulse wire sensor 12 used exclusively as a generator. All necessary information for the revolution count and the fine position detection are obtained from the signal of the optical ST sensor 14 ' derived. As already explained above, other auxiliary sensors, such. B. Hall switch, not needed for the revolution count and are unnecessary. This allows a cost-effective and component-reduced design. This also simplifies the dimensioning and design of the exciter magnet 16 with respect to the pulse wire sensor 12 , since only the energy balance-relevant aspects must be considered and no additional signal-related boundary conditions must be considered.

Für die Umdrehungszählung ist aber allgemein ein ST-Sensor erforderlich, der mit äußerst geringer Energie auskommt. Dies ist insbesondere bei optischen Sensoren nicht selbstverständlich, da Lichtquellen generell sehr viel Energie verbrauchen. Selbst moderne hocheffiziente Halbleiterdioden (z. B. LED) benötigen in einem herkömmlichen ST-Drehgeber einen Strom in einer Größenordnung von 2 mA bis 40 mA. Dies ist aber mehr als der Impulsdrahtsensor 12 liefern kann. Ferner wird weitere Energie für die anderen Systemkomponenten, insbesondere für die Signalauswertung und -speicherung, benötigt.However, the revolution counting generally requires an ST sensor that requires very little energy. This is not obvious, especially with optical sensors, since light sources generally consume a great deal of energy. Even modern high-efficiency semiconductor diodes (eg LEDs) require a current in the order of 2 mA to 40 mA in a conventional ST rotary encoder. But this is more than the pulse wire sensor 12 can deliver. Furthermore, further energy is required for the other system components, in particular for signal evaluation and storage.

Bei der nachfolgend beschriebenen Lösung werden einzelne Funktionsmodule, wie z. B. eine Lichtquelle 102, eine optische Signalkonditionierung im Block 108 und das Speicherelement 74 nur sehr kurzzeitig durch die Auswerteeinheit 15 aktiv geschaltet, d. h. mit Energie versorgt. Sehr kurzzeitig bedeutet, dass die Energie zeitlich für das Funktionsmodul wesentlich kürzer zur Verfügung steht als der Ummagnetisierungsimpuls. Eine Zeitdauer der Aktivität der Funktionsmodule ist prinzipiell nicht an ein festes Zeitraster gebunden, sondern nur daran, wie lange sie für die Verarbeitung ihrer jeweiligen Aufgabe benötigen. In the solution described below, individual function modules, such. B. a light source 102 , an optical signal conditioning in the block 108 and the memory element 74 only very briefly through the evaluation unit 15 actively switched, ie supplied with energy. Very short-term means that the energy for the functional module is much shorter in time than the magnetic reversal pulse. In principle, a period of activity of the function modules is not tied to a fixed time frame, but only to how long they take to process their respective task.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des MT-Drehgebers 10' auf Basis eines Impulsdrahtsensors 12 als Energielieferant und auf Basis einer optischen Sensorik sowohl für die Umdrehungszählung als auch für die Ermittlung der genauen Feinposition innerhalb einer 360°-Umdrehung unter Bezugnahme auf die 13 bis 18 erläutert werden.The following is the operation of the MT rotary encoder 10 ' based on a pulse wire sensor 12 as an energy supplier and on the basis of an optical sensor for both the rotation count as well as for the determination of the exact fine position within a 360 ° rotation with reference to the 13 to 18 be explained.

Während einer Umdrehungszählung ohne externe Versorgungsspannung wird die Energie für die Ermittlung der Anzahl von 360°-Umdrehungen aus der mechanischen Bewegung der Geberwelle 18 gewonnen, an der der Erregermagnet 16 drehfest befestigt ist. Im symmetrischen Betrieb des Impulsdrahtsensors 36 wird beim kontinuierlichen Drehen des bipolaren Erregermagnets 16 über 360° je ein positiver und ein negativer Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' beim Überschreiten der erforderlichen Zündschwellen 54 (vergleiche 4A) erzeugt. Wiederum ist der MT-Drehgeber 10' so dimensioniert, dass die Zündschwellen 54 möglichst mittig in den Quadranten Q1-Q4 liegen. Dadurch erhält der MT-Drehgeber 10' eine maximale Toleranzbandbreite von ± 45° zwischen der Winkellage des Impulsdrahtsensors 12 und des optischen ST-Sensors 14' (vergleiche 13). Auf diese Weise ist auch der Zusammenbau der Komponenten des MT-Drehgebers 10' einfach. Der MT-Drehgeber 10' ist über weite Temperaturbereiche stabil.During a revolution count without external supply voltage, the energy for determining the number of 360 ° revolutions becomes the mechanical movement of the encoder shaft 18 won, at the the excitation magnet 16 is rotatably attached. In symmetrical operation of the pulse wire sensor 36 becomes the continuous turning of the bipolar exciter magnet 16 over 360 ° each a positive and a negative Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' when exceeding the required ignition thresholds 54 (see 4A ) generated. Again, the MT rotary encoder 10 ' dimensioned so that the ignition thresholds 54 lie as centrally as possible in the quadrants Q1-Q4. This gives the MT encoder 10 ' a maximum tolerance range of ± 45 ° between the angular position of the pulse wire sensor 12 and the optical ST sensor 14 ' (see 13 ). This also includes the assembly of the components of the MT rotary encoder 10 ' easy. The MT rotary encoder 10 ' is stable over wide temperature ranges.

Unmittelbar nach einer Betriebsbereitschaft der Auswerteeinheit 15, was nach dem Erzeugen eines Ummagnetisierungsimpulses erfolgt, wird die Position des optischen ST-Sensors 14 bzw. 100 abgefragt. Gleiches gilt für den Quadrant Q1-Q4, in welchem der Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' zuletzt ausgelöst wurde. Aus dem Speicherelement 74 (vergleiche 14) wird der alte Status (Quadrantenhistorie des zuletzt gespeicherten Quadranten und der Umdrehungszählerstand) ausgelesen. Aus diesen Informationen lässt sich in Übereinstimmung mit 7 eindeutig eine der folgenden Aktionen ableiten:

  • – Es wird lediglich die Quadrantenhistorie aktualisiert.
  • Der Umdrehungszähler 76 wird um eine halbe Umdrehung inkrementiert und die Quadrantenhistorie wird aktualisiert.
  • – Der Umdrehungszähler wird um eine halbe Umdrehung dekrementiert und die Quadrantenhistorie wird aktualisiert.
Immediately after an operational readiness of the evaluation unit 15 What happens after generating a remagnetizing pulse becomes the position of the optical ST sensor 14 respectively. 100 queried. The same applies to the quadrant Q1-Q4, in which the Ummagnetisierungsimpuls 52 respectively. 52 ' last triggered. From the storage element 74 (see 14 ), the old status (quadrant history of the last stored quadrant and the revolution counter reading) is read out. From this information can be in accordance with 7 clearly derive one of the following actions:
  • - Only the quadrant history is updated.
  • - The revolution counter 76 is incremented by half a revolution and the quadrant history is updated.
  • - The revolution counter is decremented by half a revolution and the quadrant history is updated.

Danach wird der Status (Quadrantenhistorie und Umdrehungszählerstand) gemäß den neuen Daten aktualisiert und die aktualisierten Daten werden im Speicherelement 74 gespeichert.Thereafter, the status (quadrant history and revolution count) is updated according to the new data and the updated data becomes in the memory element 74 saved.

Die Quadranten Q1-Q4 entsprechen vier Winkelbereichen des sinusförmig verlaufenden externen Magnetfelds 40 bei der Drehung der Geberwelle 18 bzw. des Erregermagnets 16 (vergleiche 4A). Bei einer entsprechenden Ausrichtung des 360° messenden optischen ST-Sensors 100 relativ zum Impulsdrahtsensor 12 entspricht die Lage der beiden MSB der ST-Position gleichzeitig (zumindest in etwa) der Lage der 90° Quadranten des Sinusverlaufs des externen Magnetfelds 40. Daher genügt es im Betrieb ohne eine externe Versorgungsspannung, nur die beiden MSB der ST-Position zu ermitteln. Mit einer digital kodierten Kodierscheibe 104 können also beide MSB direkt ausgelesen werden (vergleiche 16).The quadrants Q1-Q4 correspond to four angular ranges of the sinusoidal external magnetic field 40 during the rotation of the encoder shaft 18 or of the exciter magnet 16 (see 4A ). With a corresponding orientation of the 360 ° measuring optical ST sensor 100 relative to the pulse wire sensor 12 The position of the two MSB of the ST position corresponds at the same time (at least approximately) to the position of the 90 ° quadrant of the sine curve of the external magnetic field 40 , Therefore, it is sufficient in operation without an external supply voltage to determine only the two MSB of the ST position. With a digitally coded coding disc 104 Both MSBs can be read out directly (compare 16 ).

Bei einer analog kodierten Kodierscheibe, z. B. als ein Sinus-Signal bzw. Kosinus-Signal je 360°-Umdrehung (vergleiche 4B), können diese Signale über je einen Schmitt-Trigger S digitalisiert werden, um die Quadranteninformation zu generieren. Alternativ kann ein bereits vorhandener AD-Wandler, der eine hoch aufgelöste ST-Positionsinformation bei externer Versorgungsspannung liefert, als einfacher 2-Bit-AD-Wandler eingesetzt werden.In an analog coded encoder, z. B. as a sine signal or cosine signal per 360 ° revolution (see 4B ), these signals can be digitized via a respective Schmitt trigger S in order to generate the quadrant information. Alternatively, an existing AD converter that provides high-resolution ST position information at external supply voltage can be used as a simple 2-bit AD converter.

Um eine Energiebilanz positiv zu gestalten und den optischen ST-Sensor 100 zu befähigen, seine Funktion mit einer derartig geringen Energiemenge zu absolvieren, bedarf es Maßnahmen, die nachfolgend anhand der 14 und 17 veranschaulicht werden. 17 zeigt Signalverläufe für verschiedene Funktionskomponenten der 14.To make an energy balance positive and the optical ST-sensor 100 To enable it to perform its function with such a small amount of energy requires measures, 14 and 17 be illustrated. 17 shows waveforms for various functional components of 14 ,

Bezug nehmend auf 17 wird, nachdem ein Ummagnetisierungsimpuls zum Zeitpunkt t1 ausgelöst wurde, aus dem sich die Betriebsspannung Vdd ergibt, zum Zeitpunkt t2 allein die Auswerteeinheit (AL) 15 bestromt und damit aktiviert. Die Auswerteeinheit 15 aktiviert die weiteren Funktionsblöcke energiesparend, wie es nachfolgend anhand einer exemplarischen Sequenz beschrieben ist.Referring to 17 is, after a Ummagnetisierungsimpuls was triggered at time t1, from which the operating voltage Vdd results, at time t2 alone the evaluation unit (AL) 15 energized and thus activated. The evaluation unit 15 activates the other function blocks energy-saving, as described below with reference to an exemplary sequence.

Zum Zeitpunkt t2, also praktisch zeitgleich bzw. unmittelbar nach dem Start der Auswerteeinheit 15, werden die Fotodiode(n) (FD) 106 und ein oder mehrere Schmitt-Trigger S aktiviert, die für die Auslesung der ST-MSB erforderlich sind. Danach wird zum Zeitpunkt t3 die Lichtquelle 102, z. B. eine LED, eingeschaltet. Zwischen den Zeiten t3 und t4 hat die Fotodiode 106 einen Wert (FD-Sig) erreicht, bei der der Schmitt-Trigger S geschaltet hat und ein digitales Signal S-Sig ausgibt, das z. B. in dem Register 110 für den weiteren Prozess vorübergehend festgehalten werden kann. Damit können zum Zeitpunkt t4 die Funktionsblöcke 106, S und insbesondere die energieintensive Lichtquelle 102 abgeschaltet werden, da deren Funktion nicht mehr benötigt wird.At the time t2, so practically at the same time or immediately after the start of the evaluation 15 , are the photodiode (s) (FD) 106 and one or several Schmitt triggers S, which are required for reading the ST-MSB. Thereafter, at time t3, the light source 102 , z. As an LED turned on. Between times t3 and t4, the photodiode has 106 reaches a value (FD-Sig) at which the Schmitt trigger S has switched and outputs a digital signal S-Sig, the z. In the register 110 for the rest of the process can be temporarily held. Thus, at time t4, the function blocks 106 , S and in particular the energy-intensive light source 102 be switched off because their function is no longer needed.

Nach einer Auswertung aller Fotodiodensignale, d. h. nach dem Zeitpunkt t4, liegt also die Information vor, in welchem Quadrant der Ummagnetisierungsimpuls 52 bzw. 52' ausgelöst wurde. Somit kann auf die einzelnen Registerinhalte der digitalisierten Fotodioden-Signale verzichtet werden und auch die Register können nach dem Zeitpunkt t4 abgeschaltet werden.After an evaluation of all the photodiode signals, ie after the time t4, the information is therefore present in which quadrant the magnetic reversal pulse 52 respectively. 52 ' was triggered. Thus, the individual register contents of the digitized photodiode signals can be dispensed with and also the registers can be switched off after the time t4.

Zum Zeitpunkt t5 wird der (nicht flüchtige) Speicher 74 aktiviert und die dort hinterlegten Daten (Umdrehungszählerwert und Quadrantenhistorie) ausgelesen. Diese Daten werden, wie zuvor erläutert, mit dem aktuell ermittelten Quadranten verknüpft, aktualisiert und in den Speicher 74 geschrieben. Danach kann der Speicher 74 zum Zeitpunkt t7 wieder abgeschaltet werden.At time t5, the (non-volatile) memory becomes 74 activated and read out the data stored there (revolution counter value and quadrant history). These data are, as explained above, linked to the currently determined quadrant, updated and stored in the memory 74 written. After that, the memory can 74 be switched off again at time t7.

Zuvor kann der Funktionsblock für die Quadrantenermittlung zum Zeitpunkt t6 bereits desaktiviert werden.Previously, the Quadrant Discovery function block may already be disabled at time t6.

Zum Abschluss t8 beendet auch die Auswerteeinheit 15 kontrolliert ihre Funktion, bevor zum Zeitpunkt t9 der Ummagnetisierungsimpuls abklingt.Finally, the evaluation unit also ends t8 15 controls its function, before at time t9 the Ummagnetisierungsimpuls decays.

Es sei bereits hier angemerkt, dass es bei dem hier beschriebenen Prozess teilweise auch möglich ist, einzelne Funktionen auch parallel anstatt rein sequentiell ablaufen zu lassen.It should already be noted here that in the process described here, it is in some cases also possible for individual functions to also run in parallel instead of purely sequentially.

Beim Betrieb des MT-Drehgebers 10' mit einer externen Versorgungsspannung wird nicht nur die oben beschriebene Umdrehungszählung realisiert, sondern auch eine Feinposition des ST-Sensors 100 fortlaufend ausgewertet. Bei der Bildung und späteren Ausgabe der (Gesamt-)Position, die aus der Anzahl der 360°-Umdrehungen des Umdrehungszählers 76 und der fein aufgelösten Position (absoluter Drehwinkel) des ST-Sensors 100 gebildet wird, ist zu berücksichtigen, dass die Nulldurchgänge des ST und des MT nicht identisch sind. Ohne eine Synchronisation beider Informationen ist die verknüpfte Gesamtpositionsausgabe nicht stetig. Die Synchronisation der beiden Informationen lässt sich aber anhand der beim Einschalten der externen Versorgungsspannung ermittelten ST-Feinpositionen der daraus abgeleiteten aktuellen Quadranten und den zuletzt ermittelten Umdrehungszählerwerten realisieren. Die Information wird also auf Basis der Quadrantenhistorie und des Drehungszählerstands ermittelt. Einem daraus gebildeten jeweiligen Informationspaket lässt sich ein spezifischer Korrekturwert zur Ermittlung der genauen und stetigen Gesamtposition aus den ST- und MT-Rohdaten zuordnen.When operating the MT rotary encoder 10 ' with an external supply voltage not only the above-described revolution count is realized, but also a fine position of the ST sensor 100 evaluated continuously. In the formation and subsequent output of the (total) position, which consists of the number of 360 ° revolutions of the revolution counter 76 and the finely resolved position (absolute rotation angle) of the ST sensor 100 It should be noted that the zero crossings of the ST and the MT are not identical. Without a synchronization of both pieces of information the linked total position output is not continuous. However, the synchronization of the two pieces of information can be realized on the basis of the ST fine positions of the derived current quadrants derived therefrom when the external supply voltage is switched on and the last-determined rotation counter values. The information is thus determined on the basis of the quadrant history and the rotation count. A respective information packet formed therefrom can be assigned a specific correction value for determining the exact and continuous overall position from the ST and MT raw data.

Beim Betrieb des MT-Drehgebers 10' mit einer externen Versorgungsspannung kann die Anzahl der 360°-Umdrehung auch ohne den Umdrehungszähler 76 anhand der Ermittlung der durchlaufenden Nulldurchgänge des ST-Sensors 100 ermittelt werden. Dadurch entfällt auch die Synchronisation, da die Nulldurchgänge für beide Systeme (ST und MT bzw. Umdrehungszählung) in diesem Fall gleich sind. In einem hochdynamischen Betrieb des MT-Drehgebers 10' erreicht man dadurch eine bessere Echtzeitfähigkeit, da der Rechenaufwand für die Synchronisation komplett entfällt und nur einmalig, nach dem Einschalten der externen Versorgungsspannung anfällt.When operating the MT rotary encoder 10 ' with an external supply voltage, the number of 360 ° rotation even without the revolution counter 76 based on the determination of the continuous zero crossings of the ST sensor 100 be determined. This also eliminates the synchronization, since the zero crossings for both systems (ST and MT or revolution count) are the same in this case. In a highly dynamic operation of the MT rotary encoder 10 ' This achieves a better real-time capability, since the computational effort for the synchronization is completely eliminated and only occurs once, after switching on the external supply voltage.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung lässt sich wie folgt beschreiben:
Satz 1. Energieautarker Multiturn-Drehgeber (10) zur Erfassung einer Anzahl von vollständigen 360°-Umdrehungen einer Geberwelle (18), die um eine Drehachse (19) rotiert und an der ein Erregermagnet (16) zur Erzeugung eines externen Magnetfelds (40) drehfest befestigt ist, sowie zur Ermittlung eines absoluten Drehwinkels, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle (18) angibt, wobei der Multiturn-Drehgeber (10) zum energieautarken Erfassen der Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) aufweist:
einen, vorzugsweise einzigen, Impulssensor (12) zur Erzeugung von Energie aus einem Ummagnetisierungsimpuls (52), der im Impulssensor (12) durch eine ausreichend große Änderung einer Stärke des externen Magnetfelds (40) hervorgerufen wird, wobei die Magnetfeldstärkenänderung durch eine Rotation (20) des Erregermagneten (16) hervorgerufen wird;
einen, vorzugsweise einzigen, Magnetfeldsensor (14) zum Erfassen der Stärke des externen Magnetfelds (40) und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals (51), dessen Signalwert der Stärke des externen Magnetfelds (40) entspricht und an die Auswerteeinheit (15) lieferbar ist, wobei das Signal (51) Idealerweise einen sinusförmigen Verlauf hat, wenn sich der Erregermagnet (16) kontinuierlich mit der Geberwelle (18) um die Drehachse (19) dreht, und wobei der sinusförmige Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten (Q1-Q4) unterteilt ist;
einen Umdrehungszähler (76) zum Speichern der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18);
einen Historienspeicher (78), in welchem eine Historie von Quadrantenwerten (Q1-Q4) speicherbar ist; und
eine Auswerteeinheit (15), die zum Bestimmen der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) ausschließlich mit Energie betrieben wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen (52) gewonnen ist;
wobei die Auswerteeinheit (15) angepasst ist:
aus dem gelieferten Signalwert (Px1, Px2) einen der Quadranten (Q1-Q4) abzuleiten, in welchem der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) liegt, und einen entsprechenden Quadrantenwert an den Historienspeicher (78) zu liefern, während einer der Ummagnetisierungsimpulse (52) auftritt.
Satz 2. Multiturn-Drehgeber (10) nach Satz 1, wobei der Impulssensor ein Wiegand-Sensor ist.
Satz 3. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 oder 2, wobei der Magnetfeldsensor (14) hochohmig ist und ein xMR-Element ist, insbesondere ein TMR-, AMR- oder GMR-Element.
Satz 4. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 3, der ferner einen Gleichrichter (64) aufweist.
Satz 5. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 4, wobei der Erregermagnet (16) ein Permanentmagnet, insbesondere ein Dipol, ist, der vorzugsweise zentrisch an der Geberwelle (18) befestigt ist.
Satz 6. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 5, wobei der Impulssensor (12) und der Magnetfeldsensor (14) koaxial zur Geberwelle (18) und zum Erregermagneten (16) angeordnet sind, dass der Impulssensor (12) und der Magnetfeldsensor (14) dem Erregermagneten (16) axialer Richtung beabstandet gegenüberliegen, wenn die Geberwelle (18) mit dem Multiturn-Drehgeber (10) zusammengebaut ist.
Satz 7. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 6, wobei n Ummagnetisierungsimpulse (52) für jede der 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) erzeugt werden und wobei jeder n-te Ummagnetisierungsimpuls (52) eines Impulszyklus eine Aktualisierung eines Werts des Umdrehungszählerspeichers (76) verursacht.
Satz 8. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 7, wobei eine Orientierung des Magnetfeldsensors (14) relativ zum Impulsdraht so gewählt ist, dass die Ummagnetisierungsimpulse (52) jeweils im Wesentlichen mittig in den entsprechenden Quadranten (Q1-Q4) liegen.
Satz 9. Multiturn-Drehgeber (10) nach einem der Sätze 1 bis 8, der ferner einen Energiespeicher (66) aufweist, der mit dem Impulssensor (12) elektrisch verbunden ist und der nur mit Energie geladen wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen (52) gewonnen wird.
Satz 10. Verfahren zur Ermittlung einer eindeutigen Position einer Geberwelle (18), die um eine Drehachse (19) rotiert, mittels eines energieautarken Multiturn-Drehgebers (10), der zur Erfassung einer Anzahl von vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der rotierenden Geberwelle (18) sowie zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels eingerichtet ist, der eine fein aufgelöste Position (P) innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle (18) angibt, an der ein Erregermagnet (16) zur Erzeugung eines externen Magnetfelds (40) drehfest befestigt ist, welches zumindest für eine Ermittlung der fein aufgelösten Position benutzt wird, wobei der Multiturn-Drehgeber (10) einen Impulssensor (12), einen Energiespeicher (66), ein Magnetfeldsensor (14), einen Umdrehungszähler (76), einen Historienspeicher (78) und eine Auswerteeinheit (15) aufweist, wobei der Magnetfeldsensor (14) ein Signal (51) mit einem idealerweise sinusförmigen Verlauf liefert, wenn sich der Erregermagnet (16) kontinuierlich mit der Geberwelle (18) um die Drehachse (19) dreht und wobei der sinusförmige Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten (Q1-Q4) unterteilt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Abspeichern einer Historie von Quadrantenwerten (Q2, Q4) im Historienspeicher, wobei jeder Quadrantenwert (Q2, Q4) einem Ummagnetisierungsimpuls (52), der im Impulssensor (12) durch eine spezifische Änderung des externen Magnetfelds (40) aufgrund einer Rotation der Geberwelle (18) ausgelöst wird, entspricht und wobei jeder Quadrantenwert von der Auswerteeinheit (15) unter Berücksichtigung eines Signalwerts (Px1, Px2), der vom Magnetfeldsensor (14) aufgrund des Ummagnetisierungsimpulses (52) an die Auswerteeinheit (15) geliefert wird, bestimmt wird und an den Historienspeicher (78) geliefert wird, wobei n Ummagnetisierungsimpulse (52) für jede der 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) erzeugt werden und wobei jeder n-te Ummagnetisierungsimpuls (52) eine Aktualisierung des Umdrehungszählers in Form einer drehsinnabhängigen Inkrementierung oder Dekrementierung eines Werts des Umdrehungszählers durch die Auswerteeinheit (15) verursacht; und
während einer Zeitdauer, die einen diskreten Zeitpunkt umfasst, für welchen die eindeutige Position (Px1, Px2) der Geberwelle (18) zu ermitteln ist, Durchführen der folgenden Schritte:
Versorgen der Auswerteeinheit (15) und des Magnetfeldsensors (14) mit einer externen Energie;
Erfassen einer Stärke des externen Magnetfelds (40) zu dem diskreten Zeitpunkt mittels des Magnetfeldsensors (14) und Liefern des entsprechenden Signalwerts (Px1, Px2) an die Auswerteeinheit (15);
Bestimmen mittels der Auswerteeinheit (15), in welchem der Quadranten (Q3, Q4) der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) liegt;
Abfragen des letzten Quadrantenwerts (Q2), der in dem Historienspeicher zuletzt in der Historie abgespeichert wurde, durch die Auswerteeinheit (15);
Überprüfen durch die Auswerteeinheit (15), ob der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) innerhalb einer verbotenen Quadrantenzone (Z1, Z2) liegt, die dem zuletzt abgespeicherten Quadrantenwert (Q2) zugeordnet ist, wobei für jeden Quadrantenwert (Q2, Q4) eine spezifische verbotene Quadrantenzone (Z1, Z2, Z3, Z4) vorab bestimmt und hinterlegt ist;
wenn der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) außerhalb der verbotenen Quadrantenzone (Z1, Z2) liegt, Bestimmen der eindeutigen Position durch Summieren des absoluten Drehwinkels, der dem gelieferten Signalwert (Px1, Px2) entspricht, mit einem aktuellen Umdrehungszählerwert; oder
anderenfalls, wenn der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) innerhalb der verbotenen Quadrantenzone (Z1, Z2) liegt, Auswerten eines Zusatzsignals, welches zusätzlich durch den Impulssensor (12) erzeugt wird, Korrigieren des Umdrehungszählerwerts mittels der Auswerteinheit (15) auf Basis des Zusatzsignals und Bestimmen des absoluten Drehwinkels auf Basis des Zusatzsignals, bevor die eindeutige Position aus dem absoluten Drehwinkel und dem korrigierten Umdrehungszählerwert bestimmt wird.
Satz 11. Verfahren nach Satz 10, wobei die spezifischen verbotenen Quadrantenzonen (Z1, Z2) in einem Speicher der Auswerteeinheit (15) oder in einem separaten Speicherelement (74) hinterlegt sind.
Satz 12. Verfahren nach einem der Sätze 10 oder 11, wobei der Impulssensor (12) einen, vorzugsweise einzigen, Impulsdraht (36) und eine, vorzugsweise einzige, Spule (38) aufweist, die den Impulsdraht (36) umgibt, wobei der Impulsdraht (36) einen äußeren Mantel (46) und einen innerhalb des Mantels (46) angeordneten Kern (48) aufweist.
Satz 13. Verfahren nach Satz 12, wobei äußere Grenzen der verbotenen Quadrantenzonen (Z1, Z2) durch Ummagnetisierungs-Zündschwellen (54) des Kerns (48) definiert sind.
Satz 14. Verfahren nach einem der Sätze 10 bis 13, wobei der Impulssensor (12) einen, vorzugsweise einzigen, Impulsdraht (36) und eine, vorzugsweise einzige, Spule (38) aufweist, die den Impulsdraht (36) umgibt, und wobei der Schritt des Auswertens des Zusatzsignals und des Korrigierens des Umdrehungszählerwerts aufweist:
Bestromen der Spule (38) für eine kurze Zeitdauer, so dass dem externen Magnetfeld (40) des Erregermagneten (16) ein zusätzliches Magnetfeld überlagert wird und dadurch ein Test-Ummagnetisierungsimpuls im Impulsdraht (36) erzeugbar ist, der anschließend mit der Spule (38) messbar ist, wobei eine Existenz oder Nichtexistenz des Test-Ummagnetisierungsimpulses als das Zusatzsignal von der Spule (38) an die Auswerteeinheit (15) geliefert wird;
Überprüfen durch die Auswerteeinheit (15), ob das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls enthält oder nicht; und
Korrigieren des Werts des Umdrehungszählers (76), wenn das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls enthält; oder Beibehalten des aktuellen Umdrehungszählerwerts, wenn das Zusatzsignal den Test-Ummagnetisierungsimpuls nicht enthält.
Satz 15. Verfahren nach Satz 14, wobei der Schritt des Korrigierens des Werts des Umdrehungszählers (76) ein drehsinnabhängiges Inkrementieren oder Dekrementieren des Werts des aktuellen Umdrehungszählers (76) aufweist.
Satz 16. Verfahren nach einem der Sätze 10 bis 15, wobei der Impulssensor (12) einen ersten Impulsdraht (36-1), mindestens einen zweiten Impulsdraht (36-2), einen Wickelkörper (80), in welchem die Impulsdrähte (36-1, 36-2) angeordnet sind, sowie eine, vorzugsweise einzige, Spule (38) aufweist, die wiederum den Wickelkörper (80) umgibt, wobei jeder der Impulsdrähte (36-1, 36-2) einen äußeren Mantel (46) und einen innerhalb des Mantels (46) angeordneten Kern (48) aufweist und wobei die Impulsdrähte (36) in einer jeweiligen vorgegebenen Position im Wickelkörper (80) fixiert sind.
Satz 17. Verfahren nach einem der Sätze 10 bis 16, wobei äußere Grenzen der jeweiligen verbotenen Quadrantenzone (Z1, Z2, Z1', Z2') durch Ummagnetisierungs-Zündschwellen (54) der Kerne (48) definiert sind.
Satz 18. Verfahren nach Satz 16, wobei die Ummagnetisierungspulse (52, 52') des zweiten Impulsdrahtes (36-2) als Zusatzsignal verwendet werden.
Satz 19. Verfahren nach Satz 16, wobei die Impulsdrähte (36-1, 36-2) in axialer Richtung der Geberwelle (18) zueinander beabstandet sind, und vorzugsweise achsparallel zueinander angeordnet sind.
Satz 20. Verfahren nach Satz 16, wobei die Impulsdrähte (36-1, 36-2) in einer einzigen Ebene angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (19) der Geberwelle (18) orientiert ist, und wobei der erste Impulsdraht (36-1) einen Winkel mit jedem der zweiten Impulsdrähten (36-2) einschließt.
Satz 21. Verfahren nach Satz 16, wobei der Impulssensor (12) koaxial zum Erregermagneten (16) angeordnet ist, wobei die Impulsdrähte (36-1, 36-2) in zumindest einer Ebene angeordnet sind, die jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (19) der Geberwelle (18) und im Wesentlichen parallel zur Rotationsebene (34) des Erregermagneten (16) orientiert ist.
Satz 22. Verfahren nach einem der Sätze 10 bis 21, wobei der Erregermagnet (16) ein einziger Dipolmagnet ist, der in einer Ebene (34) angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (19) orientiert ist.
Satz 23. Verfahren nach einem der Sätze 10 bis 22, wobei der Impulssensor (12) exzentrisch zur Drehachse (19) der Geberwelle (18) angeordnet ist, wobei neben dem koaxial angeordneten Erregermagneten (16) mindestens vier Zusatzmagneten vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung mit wechselnd orientierten Magnetfeldern gleichmäßig verteilt an der Geberwelle (18) befestigbar sind, so dass in jedem Quadrant (Q1-Q4) mindestens ein Ummagnetisierungsimpuls (52, 52') erzeugt wird, wobei solche Ummagnetisierungsimpulse, die von den üblichen Ummagnetisierungsimpulsen abweichen, das Zusatzsignal liefern.
Satz 24. Verfahren nach Satz 23, wobei die Anzahl der Zusatzmagnete durch 2n definiert ist, wobei n eine ganzzahlige Zahl ist, die größer als 2 ist.
Another aspect of the invention can be described as follows:
Set 1. Energy-autonomous multi-turn encoders ( 10 ) for detecting a number of complete 360 ° revolutions of a sensor shaft ( 18 ), which are arranged around a rotation axis ( 19 ) and at which a field magnet ( 16 ) for generating an external magnetic field ( 40 ) is fixed in a rotationally fixed manner, and for determining an absolute angle of rotation, a finely resolved position within a 360 ° rotation of the encoder shaft ( 18 ), the multi-turn encoder ( 10 ) for self-sufficient detection of the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) having:
a, preferably single, pulse sensor ( 12 ) for generating energy from a magnetic reversal pulse ( 52 ), which in the pulse sensor ( 12 ) by a sufficiently large change of a strength of the external magnetic field ( 40 ), wherein the magnetic field strength change by a rotation ( 20 ) of the exciter magnet ( 16 ) is caused;
a, preferably single, magnetic field sensor ( 14 ) for detecting the strength of the external magnetic field ( 40 ) and for generating a corresponding signal ( 51 ), whose signal value of the strength of the external magnetic field ( 40 ) and to the evaluation unit ( 15 ), whereby the signal ( 51 ) Ideally has a sinusoidal course when the excitation magnet ( 16 ) continuously with the encoder shaft ( 18 ) about the axis of rotation ( 19 ), and wherein the sinusoidal course is evaluated logically divided into a plurality of, preferably equal-sized, quadrants (Q1-Q4);
a revolution counter ( 76 ) for storing the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 );
a history memory ( 78 ) in which a history of quadrant values (Q1-Q4) can be stored; and
an evaluation unit ( 15 ) used to determine the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) is operated exclusively with energy from the Ummagnetisierungsimpulsen ( 52 ) is won;
wherein the evaluation unit ( 15 ) is adjusted:
deriving from the supplied signal value (Px1, Px2) one of the quadrants (Q1-Q4) in which the supplied signal value (Px1, Px2) lies, and a corresponding quadrant value to the history memory ( 78 ) during one of the magnetic reversal pulses ( 52 ) occurs.
Set 2. Multi-turn encoders ( 10 ) according to sentence 1, wherein the pulse sensor is a Wiegand sensor.
3rd set of multi-turn encoders ( 10 ) according to one of the sentences 1 or 2, wherein the magnetic field sensor ( 14 ) is high impedance and is an xMR element, in particular a TMR, AMR or GMR element.
Theorem 4. Multiturn encoders ( 10 ) according to any one of sentences 1 to 3, further comprising a rectifier ( 64 ) having.
5th set of multi-turn encoders ( 10 ) according to one of the sentences 1 to 4, wherein the exciter magnet ( 16 ) is a permanent magnet, in particular a dipole, which is preferably centric to the encoder shaft ( 18 ) is attached.
Set 6. Multi-turn encoders ( 10 ) according to one of the sentences 1 to 5, wherein the pulse sensor ( 12 ) and the magnetic field sensor ( 14 ) coaxial to the encoder shaft ( 18 ) and to the exciter magnet ( 16 ) are arranged such that the pulse sensor ( 12 ) and the magnetic field sensor ( 14 ) the exciter magnet ( 16 ) axially spaced opposite, when the encoder shaft ( 18 ) with the multi-turn encoder ( 10 ) is assembled.
Theorem 7. Multiturn encoders ( 10 ) according to one of the sentences 1 to 6, where n remagnetization pulses ( 52 ) for each of the 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) and wherein every nth magnetic reversal pulse ( 52 ) of a pulse cycle, an updating of a value of the revolution counter memory ( 76 ) caused.
Set 8. Multi-turn encoders ( 10 ) according to any one of sentences 1 to 7, wherein an orientation of the magnetic field sensor ( 14 ) is selected relative to the pulse wire so that the Ummagnetisierungsimpulse ( 52 ) each lie substantially centrally in the respective quadrants (Q1-Q4).
Set 9. Multi-turn encoders ( 10 ) according to any one of sentences 1 to 8, further comprising an energy store ( 66 ) connected to the pulse sensor ( 12 ) is electrically connected and is charged only with energy from the Ummagnetisierungsimpulsen ( 52 ) is won.
Theorem 10. Method for determining a unique position of a sensor shaft ( 18 ), which are arranged around a rotation axis ( 19 ), by means of an energy self-sufficient multiturn rotary encoder ( 10 ) used to detect a number of complete 360 ° revolutions of the rotating encoder shaft ( 18 ) and for detecting an absolute angle of rotation, a finely resolved position (P) within a 360 ° rotation of the encoder shaft ( 18 ) indicates at which a field magnet ( 16 ) for generating an external magnetic field ( 40 ), which is at least used for a determination of the finely resolved position, wherein the multi-turn encoder ( 10 ) a pulse sensor ( 12 ), an energy store ( 66 ), a magnetic field sensor ( 14 ), a revolution counter ( 76 ), a history memory ( 78 ) and an evaluation unit ( 15 ), wherein the magnetic field sensor ( 14 ) a signal ( 51 ) with an ideally sinusoidal course, when the excitation magnet ( 16 ) continuously with the encoder shaft ( 18 ) about the axis of rotation ( 19 ) and wherein the sinusoidal curve is subdivided into a plurality of, preferably equal, quadrants (Q1-Q4), the method comprising the following steps:
Storing a history of quadrant values (Q2, Q4) in the history memory, each quadrant value (Q2, Q4) representing a remagnetization pulse (Q2, Q4) 52 ), which in the pulse sensor ( 12 ) by a specific change of the external magnetic field ( 40 ) due to a rotation of the encoder shaft ( 18 ) and corresponds to each quadrant value of the evaluation unit ( 15 ) taking into account a signal value (Px1, Px2) transmitted by the magnetic field sensor ( 14 ) due to the Ummagnetisierungsimpulses ( 52 ) to the evaluation unit ( 15 ) is determined, and to the history memory ( 78 ), where n remagnetization pulses ( 52 ) for each of the 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) and wherein every nth magnetic reversal pulse ( 52 ) an update of the revolution counter in the form of a rotation-dependent incrementing or decrementing a value of the revolution counter by the evaluation unit ( 15 ) caused; and
during a period of time comprising a discrete time for which the unique position (Px1, Px2) of the encoder shaft ( 18 ), performing the following steps:
Supplying the evaluation unit ( 15 ) and the magnetic field sensor ( 14 ) with an external energy;
Detecting a strength of the external magnetic field ( 40 ) at the discrete time by means of the magnetic field sensor ( 14 ) and supplying the corresponding signal value (Px1, Px2) to the evaluation unit ( 15 );
Determining by means of the evaluation unit ( 15 in which the quadrant (Q3, Q4) is the supplied signal value (Px1, Px2);
Querying the last quadrant value (Q2), which was stored in the history memory last in the history, by the evaluation unit ( 15 );
Check by the evaluation unit ( 15 ), whether the supplied signal value (Px1, Px2) is within a forbidden quadrant zone (Z1, Z2) corresponding to the the last stored quadrant value (Q2) is assigned, wherein for each quadrant value (Q2, Q4) a specific forbidden quadrant zone (Z1, Z2, Z3, Z4) is determined in advance and deposited;
when the supplied signal value (Px1, Px2) is outside the forbidden quadrant zone (Z1, Z2), determining the unique position by summing the absolute rotation angle corresponding to the supplied signal value (Px1, Px2) with a current revolution counter value; or
otherwise, if the delivered signal value (Px1, Px2) lies within the forbidden quadrant zone (Z1, Z2), evaluating an additional signal, which is additionally detected by the pulse sensor ( 12 ), correcting the revolution counter value by means of the evaluation unit ( 15 ) based on the additional signal and determining the absolute rotation angle based on the additional signal before the unique position is determined from the absolute rotation angle and the corrected revolution counter value.
Theorem 11. The method according to sentence 10, wherein the specific forbidden quadrant zones (Z1, Z2) are stored in a memory of the evaluation unit ( 15 ) or in a separate memory element ( 74 ) are deposited.
Theorem 12. Method according to one of the sentences 10 or 11, wherein the pulse sensor ( 12 ) one, preferably single, impulse wire ( 36 ) and one, preferably single coil ( 38 ) having the pulse wire ( 36 ), wherein the pulse wire ( 36 ) an outer jacket ( 46 ) and one within the mantle ( 46 ) arranged core ( 48 ) having.
Theorem 13. The method according to sentence 12, wherein the outer limits of the forbidden quadrant zones (Z1, Z2) are determined by magnetic reversal ignition thresholds ( 54 ) of the core ( 48 ) are defined.
The sentence 14. The method according to any one of sentences 10 to 13, wherein the pulse sensor ( 12 ) one, preferably single, impulse wire ( 36 ) and one, preferably single coil ( 38 ) having the pulse wire ( 36 ), and wherein the step of evaluating the additional signal and correcting the revolution counter value comprises:
Energizing the coil ( 38 ) for a short period of time, allowing the external magnetic field ( 40 ) of the exciter magnet ( 16 ) an additional magnetic field is superimposed and thereby a test magnetic reversal pulse in the pulse wire ( 36 ), which is subsequently connected to the coil ( 38 ) is measurable, wherein an existence or nonexistence of the test remagnetization pulse as the additional signal from the coil ( 38 ) to the evaluation unit ( 15 ) is delivered;
Check by the evaluation unit ( 15 ), whether the additional signal contains the test remagnetization pulse or not; and
Correcting the value of the revolution counter ( 76 ) when the additional signal contains the test remagnetization pulse; or maintaining the current revolution counter value if the additional signal does not include the test remagnetization pulse.
Theorem 15. The method of clause 14, wherein the step of correcting the value of the revolution counter ( 76 ) a direction-dependent incrementing or decrementing the value of the current revolution counter ( 76 ) having.
The method of any one of sentences 10 to 15, wherein the pulse sensor ( 12 ) a first pulse wire ( 36-1 ), at least one second pulse wire ( 36-2 ), a winding body ( 80 ), in which the impulse wires ( 36-1 . 36-2 ) are arranged, and a, preferably single, coil ( 38 ), which in turn the bobbin ( 80 ), each of the impulse wires ( 36-1 . 36-2 ) an outer jacket ( 46 ) and one within the mantle ( 46 ) arranged core ( 48 ) and wherein the pulse wires ( 36 ) in a respective predetermined position in the winding body ( 80 ) are fixed.
Theorem 17. The method according to any of sentences 10 to 16, wherein outer limits of the respective forbidden quadrant zone (Z1, Z2, Z1 ', Z2') are determined by magnetization reversal ignition thresholds ( 54 ) of the cores ( 48 ) are defined.
Theorem 18. Procedure according to sentence 16 , wherein the Ummagnetisierungspulse ( 52 . 52 ' ) of the second pulse wire ( 36-2 ) can be used as additional signal.
Theorem 19. Procedure according to sentence 16 , where the impulse wires ( 36-1 . 36-2 ) in the axial direction of the encoder shaft ( 18 ) are spaced apart from each other, and are preferably arranged axially parallel to each other.
Theorem 20. Procedure according to sentence 16 , where the impulse wires ( 36-1 . 36-2 ) are arranged in a single plane which is substantially perpendicular to the axis of rotation ( 19 ) of the encoder shaft ( 18 ), and wherein the first impulse wire ( 36-1 ) makes an angle with each of the second pulse wires ( 36-2 ).
Theorem 21. Procedure according to sentence 16 , wherein the pulse sensor ( 12 ) coaxial with the exciter magnet ( 16 ), wherein the pulse wires ( 36-1 . 36-2 ) are arranged in at least one plane, each substantially perpendicular to the axis of rotation ( 19 ) of the encoder shaft ( 18 ) and substantially parallel to the plane of rotation ( 34 ) of the exciter magnet ( 16 ) is oriented.
Theorem 22. Method according to one of the sentences 10 to 21, wherein the exciter magnet ( 16 ) is a single dipole magnet that is in one plane ( 34 ) is arranged substantially perpendicular to the axis of rotation ( 19 ) is oriented.
Theorem 23. Method according to any one of sentences 10 to 22, wherein the pulse sensor ( 12 ) eccentric to the axis of rotation ( 19 ) of the encoder shaft ( 18 ) is arranged, wherein in addition to the coaxially arranged exciter magnet ( 16 ) at least four additional magnets are provided which are distributed uniformly in the circumferential direction with alternately oriented magnetic fields on the encoder shaft ( 18 ) are attachable, so that in each quadrant (Q1-Q4) at least one Ummagnetisierungsimpuls ( 52 . 52 ' ), wherein such Ummagnetisierungsimpulse, from the usual Ummagnetisierungsimpulsen differ, provide the additional signal.
Set 24. The method of clause 23, wherein the number of additional magnets is defined by 2 n, where n is an integer that is greater than the second

Die Vorteile der hier aufgezeigten MT-Drehgeber 10 und 10' gegenüber dem Stand der Technik sind unter anderem nachfolgend aufgelistet:

  • – Es wird zwingend nur ein einziger Impuls(-draht-)sensor 12 bzw. 12' und nur ein einziger Erregermagnet 16 benötigt.
  • – Ein zusätzlicher spezifischer Hall-Schalter zur Erfassung der Polarität des externen Magnetfelds 40 ist nicht erforderlich, da die Magnetpolarität beim vorliegenden Prinzip der Erfindung keine Rolle spielt. Es werden nur die Quadranten-Informationen des ST-Sensors zur Ermittlung der Anzahl von vollständig durchlaufenden 360°-Umdrehung herangezogen.
  • – Der ST-Sensor 14, 14' bzw. 100 liefert als einziges Bauteil alle erforderlichen Informationen für die Umdrehungszählung und für die Erfassung der ST-Feinposition pro 360°. Auf diese Weise wird der Schaltkreis vereinfacht. Somit senken sich auch die Gesamtkosten. Es ist z. B. nicht erforderlich, die Polarität eines Ummagnetisierungsimpulses sowie die Magnetfeldpolarität zu erfassen und abzuspeichern.
  • – Es wird eine Quadranten-bezogene Auswertung durchgeführt, die eine hohe Montagetoleranz ermöglicht und über weitere Temperaturbereiche stabil ist.
  • – Die Erfindung bildet nicht nur einen Umdrehungszähler ab, sondern stellt eine günstige Lösung für ein komplettes Gebersystem dar, welches insbesondere aus einem optischen ST-Sensor, einer (Umdrehungszähl-)Auswerteeinheit 15 und einer einfachen, kostengünstigen Synchronisationseinheit (z. B. in Form der Auswerteeinheit 15) steht.
  • – Die MT-Drehgeber 10 und 10' sind energieautark. Es wird keine Stützbatterie für eine Datensicherung benötigt, während die externe Versorgungsspannung abgeschaltet ist.
  • – Er werden keine verschleißbehafteten Bauteile wie z. B. Getriebe, eingesetzt.
  • – Es werden keine teuren Flussleitstücke benötigt.
  • – Zur Ermittlung der Quadranten können im einfachsten Fall die zwei MSB des ST-Datenworts herangezogen werden.
The advantages of the MT rotary encoders shown here 10 and 10 ' compared to the prior art are listed below, inter alia:
  • - It is mandatory only a single pulse (wire) sensor 12 respectively. 12 ' and only a single exciter magnet 16 needed.
  • - An additional specific Hall switch to detect the polarity of the external magnetic field 40 is not necessary because the magnetic polarity in the present principle of the invention does not matter. Only the quadrant information of the ST sensor is used to determine the number of complete 360 ° revolutions.
  • - The ST sensor 14 . 14 ' respectively. 100 is the only component that provides all the necessary information for the revolution counting and for the acquisition of the ST fine position per 360 °. This simplifies the circuit. This also reduces the total costs. It is Z. B. is not necessary to detect the polarity of a Ummagnetisierungsimpulses and the magnetic field polarity and store.
  • - A quadrant-related evaluation is carried out, which allows a high mounting tolerance and is stable over other temperature ranges.
  • - The invention not only forms a revolution counter, but represents a favorable solution for a complete encoder system, which in particular from an optical ST-sensor, a (revolution counting) evaluation 15 and a simple, inexpensive synchronization unit (eg in the form of the evaluation unit 15 ) stands.
  • - The MT rotary encoders 10 and 10 ' are energy self-sufficient. No back-up battery is needed for a backup while the external supply voltage is off.
  • - He will no wear-related components such. As transmission used.
  • - No expensive flux guides are needed.
  • - In the simplest case, the two MSBs of the ST data word can be used to determine the quadrants.

Bei der optischen Lösung wird kein magnetisch hochempfindlicher ST-Sensor (xMR-Element 14) eingesetzt, der gegen externe (fremde) Magnetfelder aufwändig abgeschirmt werden müsste.In the optical solution, no magnetically highly sensitive ST sensor (xMR element 14 ), which would have to be carefully shielded against external (foreign) magnetic fields.

Ein hochauflösender und hochgenauer MT-Drehgeber mit ST-Funktionalität ist auf Basis des optischen Wirkprinzips realisierbar.A high-resolution and high-precision MT rotary encoder with ST functionality can be implemented on the basis of the optical principle of operation.

Alternativ können andere Energiegeneratoren als der Impulsdrahtsensor 12 bzw. 12' eingesetzt werden. Deswegen wird generell von einem Impulssensor gesprochen. Generell sind die nachfolgenden Prinzipien für Impulssensoren bekannt.Alternatively, other energy generators than the pulse wire sensor 12 respectively. 12 ' be used. Therefore, it is generally spoken of a pulse sensor. In general, the following principles are known for pulse sensors.

Ein induktives mechatronisches System, das auf einer leicht magnetisierten Blattfeder basiert, die beim Vorbeibewegen eines entsprechenden Magneten ausgelenkt wird und schlagartig zurückschwingt, wenn das magnetische Haltemoment die mechanische Rückstellkraft unterschreitet (vgl. DE 102 29 978 B4 ). Hierdurch werden in einer Spule, die die Blattfeder umgibt, ein oder mehrere Impulse induziert.An inductive mechatronic system based on a slightly magnetized leaf spring, which is deflected when a corresponding magnet moves past it and suddenly swings back when the magnetic holding moment falls below the mechanical restoring force (cf. DE 102 29 978 B4 ). As a result, one or more pulses are induced in a coil surrounding the leaf spring.

Ein ähnliches Verfahren nutzt ein Piezoelement, welches auf einer Blattfeder sitzt, zur spontanen Energieumwandlung (vgl. DE 2004 055 625 A1 ).A similar method uses a piezoelectric element, which sits on a leaf spring, for spontaneous energy conversion (see. DE 2004 055 625 A1 ).

Ein weiteres Verfahren basiert auf einem Reedschalter, der mit einer Spule umwickelt ist. Beim Vorbeibewegen eines entsprechenden Magneten schaltet der Reedschalter und ändert dabei den magnetischen Fluss so schlagartig, dass ebenfalls ein Impuls in der Spule generiert wird. Nachteilig bei diesem System ist jedoch der Verschleiß durch die mechanische Halterung sowie eine durch die Eigenmasse bedingte Schock- und Vibrationsempfindlichkeit.Another method is based on a reed switch, which is wrapped with a coil. When passing a corresponding magnet, the reed switch switches and thereby changes the magnetic flux so abruptly that also a pulse is generated in the coil. However, a disadvantage of this system is the wear due to the mechanical support as well as a shock and vibration sensitivity caused by the intrinsic mass.

Anstatt eines Dipols kann auch ein Mehrpolmagnet für die Ansteuerung des Impulssensors vorgesehen werden. Damit kann das gleiche Systemprinzip angewendet werden, das danach aber nicht halbe Umdrehungen, sondern z. B. entsprechend kleinere Winkelsegmente einer 360°-Umdrehung zählt. Dies kann z. B. bei Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips in Zusammenhang mit einer Hohlwellenvariante interessant sein, wenn der Magnet als Dipol schlecht oder gar nicht realisiert werden kann, z. B. weil der Durchmesser hierfür zu groß ist, und auf einen mehrpoligen Magneten zurückgegriffen werden muss.Instead of a dipole, a multi-pole magnet can also be provided for driving the pulse sensor. Thus, the same system principle can be applied, but then not half turns, but z. B. correspondingly smaller angle segments of a 360 ° revolution counts. This can be z. B. be interesting when using the principle of the invention in connection with a hollow shaft variant, if the magnet as a dipole bad or not at all can be realized, for. B. because the diameter is too large, and must be resorted to a multi-pole magnet.

In 18 ist eine optische Codierscheibe 104' gezeigt, die mit (mehrpoligen) Zusatzmagneten 82 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform für eine Hohlwellenvariante eingesetzt werden kann. Exemplarisch ist die 4-Polvariante in Kombination mit einem optischen Code-Träger gezeigt. In diesem Fall übernimmt eine absolut codierte optische Maßverkörperung die Rolle der in den 10a, 11a oder 12 gezeigten absoluten magnetischen Maßverkörperung.In 18 is an optical encoder disk 104 ' shown with (multi-pole) additional magnets 82 can be used according to the embodiment described above for a hollow shaft variant. By way of example, the 4-pole variant is shown in combination with an optical code carrier. In this case, an absolutely coded optical measuring standard assumes the role of in the 10a . 11a or 12 shown absolute magnetic material measure.

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Claims (9)

Energieautarker Multiturn-Drehgeber (10') zur Erfassung einer Anzahl von vollständigen 360°-Umdrehungen einer Geberwelle (18), die um eine Drehachse (19) rotiert und an der ein Erregermagnet (16) zur Erzeugung eines externen Magnetfelds (40) drehfest befestigt ist, und an der eine optische Codierscheibe (104) zur Ermittlung eines absoluten Drehwinkels befestigt ist, der eine fein aufgelöste Position innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle (18) angibt, wobei der Multiturn-Drehgeber (10) zum energieautarken Erfassen der Anzahl der vollständigen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) aufweist: einen, vorzugsweise einzigen, Impulssensor (12) zur Erzeugung von Energie aus einem Ummagnetisierungsimpuls (52), der im Impulssensor (12) durch eine ausreichend große Änderung einer Stärke des externen Magnetfelds (40) hervorgerufen wird, wobei die Magnetfeldstärkenänderung durch eine Rotation (20) des Erregermagneten (16) hervorgerufen wird; einen, vorzugsweise einzigen, optischen Sensor (14'; 100) zum Erfassen einer aktuellen Position der Geberwelle (18) und zum Erzeugen eines entsprechenden Signals, dessen Signalwert der aktuellen Position der Geberwelle (18) entspricht und an die Auswerteeinheit (15) lieferbar ist, wobei das Signal (51) einen, vorzugsweise sinusförmigen, Verlauf hat, wenn sich der Erregermagnet (16) kontinuierlich mit der Geberwelle (18) um die Drehachse (19) dreht, und wobei der Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten (Q1-Q4) unterteilt ist; einen Umdrehungszähler (76) zum Speichern der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18); einen Historienspeicher (78), in welchem eine Historie von Quadrantenwerten (Q1-Q4) speicherbar ist; und eine Auswerteeinheit (15), die zum Bestimmen der Anzahl der vollständig durchlaufenen 360°-Umdrehungen der Geberwelle (18) ausschließlich mit Energie betrieben wird, die aus den Ummagnetisierungsimpulsen (52) gewonnen wird; wobei die Auswerteeinheit (15) angepasst ist, aus dem gelieferten Signalwert (Px1, Px2) einen der Quadranten (Q1-Q4) abzuleiten, in welchem der gelieferte Signalwert (Px1, Px2) liegt, und einen entsprechenden Quadrantenwert an den Historienspeicher (78) zu liefern, während einer der Ummagnetisierungsimpulse (52) auftritt.Energy-autonomous multiturn rotary encoder ( 10 ' ) for detecting a number of complete 360 ° revolutions of a sensor shaft ( 18 ), which are arranged around a rotation axis ( 19 ) and at which a field magnet ( 16 ) for generating an external magnetic field ( 40 ) is fastened in a rotationally fixed manner and on which an optical coding disk ( 104 ) is fixed to determine an absolute angle of rotation, a finely resolved position within a 360 ° rotation of the encoder shaft ( 18 ), the multi-turn encoder ( 10 ) for self-sufficient detection of the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) has a, preferably single, pulse sensor ( 12 ) for generating energy from a magnetic reversal pulse ( 52 ), which in the pulse sensor ( 12 ) by a sufficiently large change of a strength of the external magnetic field ( 40 ), wherein the magnetic field strength change by a rotation ( 20 ) of the exciter magnet ( 16 ) is caused; a, preferably single, optical sensor ( 14 '; 100 ) for detecting a current position of the encoder shaft ( 18 ) and for generating a corresponding signal whose signal value of the current position of the encoder shaft ( 18 ) and to the evaluation unit ( 15 ), whereby the signal ( 51 ) has a, preferably sinusoidal, course when the exciter magnet ( 16 ) continuously with the encoder shaft ( 18 ) about the axis of rotation ( 19 ), and wherein the course is evaluated logically divided into a plurality of, preferably equal-sized, quadrants (Q1-Q4); a revolution counter ( 76 ) for storing the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ); a history memory ( 78 ) in which a history of quadrant values (Q1-Q4) can be stored; and an evaluation unit ( 15 ) used to determine the number of complete 360 ° revolutions of the encoder shaft ( 18 ) is operated exclusively with energy from the Ummagnetisierungsimpulsen ( 52 ) is won; wherein the evaluation unit ( 15 ) is adapted to derive from the supplied signal value (Px1, Px2) one of the quadrants (Q1-Q4) in which the supplied signal value (Px1, Px2) is located, and a corresponding quadrant value to the history memory ( 78 ) during one of the magnetic reversal pulses ( 52 ) occurs. Multiturn-Drehgeber (10') nach Anspruch 1, wobei der optische Sensor (100) eine LED und einen Schmitt-Trigger aufweist.Multi-turn encoders ( 10 ' ) according to claim 1, wherein the optical sensor ( 100 ) has an LED and a Schmitt trigger. Multiturn-Drehgeber (10') nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Impulssensor ein Impulsdrahtsensor (12) ist, der mindestens einen Impulsdraht (36) und eine Spule (38) aufweist, die den mindestens einen Draht (36) umgibt.Multi-turn encoders ( 10 ' ) according to one of claims 1 or 2, wherein the pulse sensor is a pulse-wire sensor ( 12 ), the at least one pulse wire ( 36 ) and a coil ( 38 ) having the at least one wire ( 36 ) surrounds. Multiturn-Drehgeber (10') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner eine absolut kodierte Kodierscheibe (104; 104') aufweist, die an der Drehgeberwelle (18) drehfest befestigbar ist.Multi-turn encoders ( 10 ' ) according to one of claims 1 to 3, further comprising an absolutely coded coding disc ( 104 ; 104 ' ) at the shaft of the encoder ( 18 ) is rotatably fastened. Multiturn-Drehgeber (10') nach einem der Absätze 1 bis 4, der ferner ein Register (110) zum Speichern eines Ausgabesignals (S-Sig) des optischen Sensors (14'; 100) aufweist.Multi-turn encoders ( 10 ' ) after one of paragraphs 1 to 4, which also contains a register ( 110 ) for storing an output signal (S-Sig) of the optical sensor ( 14 '; 100 ) having. Verfahren zur Ermittlung einer eindeutigen Position einer Geberwelle (18), die um eine Drehachse (19) rotiert, mittels eines energieautarken Multiturn-Drehgebers (10), der vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist und der zur optischen Erfassung einer Anzahl von vollständig durchlaufenen 360° Umdrehungen der rotierenden Geberwelle (18) sowie zur optischen Erfassung eines absoluten Drehwinkels eingerichtet ist, der eine fein aufgelöste Position (P) innerhalb einer 360°-Umdrehung der Geberwelle (18) angibt, an der ein Erregermagnet (16) zur Erzeugung eines externen Magnetfelds (41) drehfest befestigt ist, welches benutzt wird, um eine Energie zu Erzeugen, die zur Umdrehungszählung benötigt wird, wobei der Multiturn-Drehgeber (10') einen Impulssensor (12), einen optischen Sensor (14'; 100), einen Umdrehungszähler (76), einen Historienspeicher (78) und eine Auswerteeinheit (15) aufweist, wobei der optische Sensor (14'; 100) ein Signal (51) mit einem, vorzugsweise sinusförmigen, Verlauf liefert, wenn sich die Geberwelle (18) kontinuierlich um die Drehachse (19) dreht und wobei der Verlauf auswertungslogisch in eine Vielzahl von, vorzugsweise gleich großen, Quadranten (Q1-Q4) unterteilt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Auswertungsenergie zu einem Zeitpunkt t1, wenn ein Ummagnetisierungsimpuls (52) im Impulssensor erzeugt wird; Aktivieren der Auswerteeinheit (15) und des optischen Sensors (100) zu einem Zeitpunkt t2, unmittelbar nachdem die Auswerteenergie bereitsteht; danach Erfassen eines optischen Werts, der durch ein Beleuchten der Kodierscheibe (104) erzeugt ist, und Ausgeben eines entsprechenden Signals (S-Sig); Ermitteln und Ausgeben eines aktuellen Quadranten, der dem ausgegebenen Signal (S-Sig) entspricht, in welchem der Ummagnetisierungsimpuls (52) stattgefunden hat, durch die Auswerteeinheit (15); Aktivieren des Speicherelements (74) und Aktualisieren einer Quadrantenhistorie, die zuletzt abgespeicherte Quadrantenwerte aufweist; und Desaktivieren der Auswerteeinheit (15), nachdem alle zuvor erwähnten Schritte durchgeführt sind und bevor der Ummagnetisierungsimpuls (52) abklingt.Method for determining a unique position of a sensor shaft ( 18 ), which are arranged around a rotation axis ( 19 ), by means of an energy self-sufficient multiturn rotary encoder ( 10 ), which is preferably designed according to one of claims 1 to 5 and which is used for the optical detection of a number of complete 360 ° revolutions of the rotating encoder shaft ( 18 ) and for the optical detection of an absolute angle of rotation is set, a finely resolved position (P) within a 360 ° revolution of the encoder shaft ( 18 ) indicates at which a field magnet ( 16 ) for generating an external magnetic field ( 41 ), which is used to generate an energy needed for revolution counting, wherein the multi-turn encoder ( 10 ' ) a pulse sensor ( 12 ), an optical sensor ( 14 '; 100 ), a revolution counter ( 76 ), a history memory ( 78 ) and an evaluation unit ( 15 ), wherein the optical sensor ( 14 '; 100 ) a signal ( 51 ) supplies with a, preferably sinusoidal, course, when the encoder shaft ( 18 ) continuously about the axis of rotation ( 19 ) and wherein the course is subdivided into a plurality of, preferably equal, quadrants (Q1-Q4), the method comprising the following steps: providing an evaluation energy at a time t1 when a magnetic reversal pulse ( 52 ) is generated in the pulse sensor; Activating the evaluation unit ( 15 ) and the optical sensor ( 100 ) at a time t2 immediately after the evaluation energy is ready; then detecting an optical value obtained by illuminating the encoder disc ( 104 ), and outputting a corresponding signal (S-Sig); Determining and outputting a current quadrant corresponding to the output signal (S-Sig) in which the magnetic reversal pulse ( 52 ) has taken place by the evaluation unit ( 15 ); Activate the memory element ( 74 ) and updating a quadrant history having recently stored quadrant values; and deactivating the evaluation unit ( 15 ) after all the aforementioned steps have been carried out and before the magnetic reversal pulse ( 52 ) decays. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner aufweist: Ausschalten des optischen Sensors (100), nachdem das entsprechende Signal (S-Sig) erzeugt und ausgegeben ist.The method of claim 6, further comprising: Switch off the optical sensor ( 100 ) after the corresponding signal (S-Sig) is generated and output. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das ferner aufweist: Einschalten einer Lichtquelle (102), nachdem die Auswerteeinheit (15) und der optische Sensor (100) aktiviert sind und Ausschalten der Lichtquelle (102), wenn das entsprechende Signal (S-Sig) ermittelt wurde.Method according to claim 6 or 7, further comprising: switching on a light source ( 102 ), after the evaluation unit ( 15 ) and the optical sensor ( 100 ) are activated and turn off the light source ( 102 ) when the corresponding signal (S-Sig) has been detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der optische Sensor (100) eine Fotodiode (106) und einen Schmitt-Trigger (S) aufweist.Method according to one of claims 6 to 8, wherein the optical sensor ( 100 ) a photodiode ( 106 ) and a Schmitt trigger (S).
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