DE102017128395A1 - Angle of rotation sensor unit and method for determining a rotation angle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels. In einem Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bestimmen eines ersten zweikanaligen Messsignals durch Messen eines Magnetfeldes gegenüber einem ersten den zu bestimmenden Drehwinkel aufweisenden magnetischen Mehrfachpol (03). Das erste zweikanalige Messsignal umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die einen Phasenunterschied zueinander aufweisen. Der erste magnetische Mehrfachpol (03) besitzt eine erste Anzahl an magnetischen Polen (02). In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bestimmen eines zweiten zweikanaligen Messsignals durch Messen eines Magnetfeldes gegenüber einem zweiten den zu bestimmenden Drehwinkel aufweisenden magnetischen Mehrfachpol (08). Das zweite zweikanalige Messsignal umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die einen Phasenunterschied zueinander aufweisen. Der zweite magnetische Mehrfachpol (08) besitzt eine zweite Anzahl an magnetischen Polen (09), welche sich von der ersten Anzahl unterscheidet. Erfindungsgemäß erfolgt ein Berechnen des zu bestimmenden Drehwinkels durch ein Anwenden von zumindest einem der beiden zweikanaligen Messsignale auf eine vorab bestimmte Funktion des Drehwinkels von dem jeweiligen zweikanaligen Messsignal. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehwinkelsensoreinheit zur Bestimmung eines Drehwinkels. The present invention initially relates to a method for determining a rotation angle. In one step of the method, a first two-channel measuring signal is determined by measuring a magnetic field with respect to a first magnetic multipole terminal (03) having the rotational angle to be determined. The first dual-channel measurement signal comprises a first channel and a second channel which have a phase difference from one another. The first magnetic multiple pole (03) has a first number of magnetic poles (02). In a further step, a second two-channel measurement signal is determined by measuring a magnetic field with respect to a second magnetic multiple pole (08) having the rotational angle to be determined. The second dual-channel measurement signal comprises a first channel and a second channel which have a phase difference from one another. The second magnetic multipole (08) has a second number of magnetic poles (09) different from the first number. According to the invention, the rotational angle to be determined is calculated by applying at least one of the two two-channel measuring signals to a predetermined function of the rotational angle of the respective two-channel measuring signal. The invention further relates to a rotation angle sensor unit for determining a rotation angle.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels unter Nutzung von zwei magnetischen Mehrfachpolen, die unterschiedlich viele magnetische Pole besitzen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehwinkelsensoreinheit zur Bestimmung eines Drehwinkels.The present invention initially relates to a method for determining a rotation angle using two magnetic poles having different numbers of magnetic poles. The invention further relates to a rotation angle sensor unit for determining a rotation angle.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Genauigkeit beim Bestimmen eines Drehwinkels unter Nutzung von zwei magnetischen Mehrfachpolen zu erhöhen.The object of the present invention is based on the prior art to increase the accuracy in determining a rotation angle using two magnetic poles.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Die genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Drehwinkelsensoreinheit gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 7.Said object is achieved by a method according to the appended claim 1. The said object is further achieved by a rotation angle sensor unit according to the attached independent claim 7.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bestimmen eines Drehwinkels, welchen insbesondere ein erstes Maschinenelement gegenüber einem zweiten Maschinenelement aufweist. Das erste Maschinenelement und das zweite Maschinenelement sind zueinander verdrehbar. Bei dem ersten Maschinenelement handelt es sich bevorzugt um eine drehbare Welle. Das erfindungsgemäße Verfahren dient bevorzugt zum Bestimmen eines Drehwinkels an einem rotativen Lager, insbesondere an einem Wälzlager, welches das erste Maschinenelement gegenüber dem zweiten Maschinenelement drehbar lagert.The inventive method is used to determine a rotation angle, which in particular has a first machine element relative to a second machine element. The first machine element and the second machine element are rotatable relative to each other. The first machine element is preferably a rotatable shaft. The method according to the invention is preferably used for determining a rotation angle on a rotary bearing, in particular on a roller bearing, which rotatably supports the first machine element relative to the second machine element.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein erstes zweikanaliges Messsignal durch Messen eines Magnetfeldes gegenüber einem ersten den zu messenden Drehwinkel aufweisenden magnetischen Mehrfachpol bestimmt. Somit wird das Magnetfeld des ersten magnetischen Mehrfachpols gemessen. Das erste zweikanalige Messsignal umfasst mindestens einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal. Der erste Kanal und der zweite Kanal stellen jeweils ein einzelnes Messsignal dar. Der erste Kanal und der zweite Kanal weisen einen Phasenunterschied zueinander auf. Der Phasenunterschied beträgt bevorzugt (90±5)°, besonders bevorzugt (90±1)° und weiter bevorzugt 90°. Bei dem ersten zweikanaligen Messsignal handelt es sich bevorzugt um ein sin/cos-Signal bzw. um ein AB-Signal.In one step of the method according to the invention, a first two-channel measuring signal is determined by measuring a magnetic field with respect to a first magnetic multipole pole having the angle of rotation to be measured. Thus, the magnetic field of the first magnetic multipole is measured. The first two-channel measurement signal comprises at least a first channel and a second channel. The first channel and the second channel each represent a single measurement signal. The first channel and the second channel have a phase difference from one another. The phase difference is preferably (90 ± 5) °, more preferably (90 ± 1) °, and more preferably 90 °. The first two-channel measurement signal is preferably a sin / cos signal or an AB signal.
Zum Messen des ersten zweikanaligen Messsignals wird bevorzugt ein erster Magnetfeldsensor verwendet. Der erste Magnetfeldsensor umfasst bevorzugt zwei Magnetfeldsensorelemente, die in Bezug auf den ersten magnetischen Mehrfachpol einen unterschiedlichen Drehwinkel aufweisen. Alternativ bevorzugt ist der erste Magnetfeldsensor dazu ausgebildet, unterschiedliche Richtungskomponenten des Magnetfeldes des ersten magnetischen Mehrfachpols zu messen, welche den beschriebenen Phasenunterschied zueinander aufweisen.For measuring the first two-channel measuring signal, a first magnetic field sensor is preferably used. The first magnetic field sensor preferably comprises two magnetic field sensor elements that have a different angle of rotation with respect to the first magnetic multiple pole. Alternatively preferably, the first magnetic field sensor is designed to measure different directional components of the magnetic field of the first magnetic multipole, which have the described phase difference to each other.
Der erste magnetische Mehrfachpol weist den zu messenden Drehwinkel auf, da er bevorzugt drehfest mit dem ersten Maschinenelement verbunden ist. Der erste magnetische Mehrfachpol besitzt eine erste Anzahl an magnetischen Polen, die sich tangential zur Drehung abwechseln. Es handelt sich insbesondere um abwechselnde magnetische Nord- und Südpole. Die erste Anzahl ist bevorzugt u. a. von einem Durchmesser des ersten magnetischen Mehrfachpols abhängig und beträgt bevorzugt mindestens zehn. Der erste magnetische Mehrfachpol ist bevorzugt als ein ringförmiger Multipolenkoder ausgebildet. Der ringförmige Multipolenkoder ist bevorzugt koaxial zu der Achse der Drehung angeordnet. Die sich abwechselnden magnetischen Pole erstrecken sich bevorzugt vollständig umfänglich um den ringförmigen Multipolenkoder.The first magnetic multiple pole has the rotational angle to be measured, since it is preferably connected in a rotationally fixed manner to the first machine element. The first magnetic multipole has a first number of magnetic poles that alternate tangentially to the rotation. In particular, these are alternating magnetic north and south poles. The first number is preferably u. a. depends on a diameter of the first magnetic multiple pole and is preferably at least ten. The first magnetic multiple pole is preferably designed as an annular multipole encoder. The annular multipole encoder is preferably arranged coaxially with the axis of rotation. The alternating magnetic poles preferably extend completely circumferentially around the annular multipole encoder.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweites zweikanaliges Messsignal durch Messen eines Magnetfeldes gegenüber einem zweiten den zu messenden Drehwinkel aufweisenden magnetischen Mehrfachpol bestimmt. Somit wird das Magnetfeld des zweiten magnetischen Mehrfachpols gemessen. Das zweite zweikanalige Messsignal umfasst mindestens einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal. Der erste Kanal und der zweite Kanal stellen jeweils ein einzelnes Messsignal dar. Der erste Kanal und der zweite Kanal weisen einen Phasenunterschied zueinander auf. Der Phasenunterschied beträgt bevorzugt (90±5)°, besonders bevorzugt (90±1)° und weiter bevorzugt 90°. Bei dem zweiten zweikanaligen Messsignal handelt es sich bevorzugt um ein sin/cos-Signal bzw. um ein AB-Signal.In a further step of the method according to the invention, a second two-channel measuring signal is determined by measuring a magnetic field with respect to a second magnetic multipole pole having the angle of rotation to be measured. Thus, the magnetic field of the second magnetic multipole is measured. The second dual-channel measurement signal comprises at least a first channel and a second channel. The first channel and the second channel each represent a single measurement signal. The first channel and the second channel have a phase difference from one another. The phase difference is preferred (90 ± 5) °, more preferably (90 ± 1) °, and more preferably 90 °. The second two-channel measurement signal is preferably a sin / cos signal or an AB signal.
Zum Messen des zweiten zweikanaligen Messsignals wird bevorzugt ein zweiter Magnetfeldsensor verwendet. Der zweite Magnetfeldsensor umfasst bevorzugt zwei Magnetfeldsensorelemente, die in Bezug auf den zweiten magnetischen Mehrfachpol einen unterschiedlichen Drehwinkel aufweisen. Alternativ bevorzugt ist der zweite Magnetfeldsensor dazu ausgebildet, unterschiedliche Richtungskomponenten des Magnetfeldes des zweiten magnetischen Mehrfachpols zu messen, welche den beschriebenen Phasenunterschied zueinander aufweisen.For measuring the second two-channel measuring signal, a second magnetic field sensor is preferably used. The second magnetic field sensor preferably comprises two magnetic field sensor elements that have a different angle of rotation with respect to the second magnetic multiple pole. Alternatively preferably, the second magnetic field sensor is designed to measure different directional components of the magnetic field of the second magnetic multipole having the described phase difference to each other.
Der zweite magnetische Mehrfachpol weist den zu messenden Drehwinkel auf, da er bevorzugt drehfest mit dem ersten Maschinenelement verbunden ist. Der zweite magnetische Mehrfachpol besitzt eine zweite Anzahl an magnetischen Polen, die sich tangential zur Drehung abwechseln. Es handelt sich insbesondere um abwechselnde magnetische Nord- und Südpole. Die zweite Anzahl ist bevorzugt u. a. von einem Durchmesser des zweiten magnetischen Mehrfachpols abhängig und beträgt bevorzugt mindestens zehn. Der zweite magnetische Mehrfachpol ist bevorzugt als ein ringförmiger Multipolenkoder ausgebildet. Der ringförmige Multipolenkoder ist bevorzugt koaxial zu der Achse der Drehung angeordnet. Die sich abwechselnden magnetischen Pole erstrecken sich bevorzugt vollständig umfänglich um den ringförmigen Multipolenkoder.The second magnetic multiple pole has the rotational angle to be measured, since it is preferably connected in a rotationally fixed manner to the first machine element. The second magnetic multipole has a second number of magnetic poles that alternate tangentially to the rotation. In particular, these are alternating magnetic north and south poles. The second number is preferably u. a. is dependent on a diameter of the second magnetic multiple pole and is preferably at least ten. The second magnetic multipole is preferably formed as an annular multipole encoder. The annular multipole encoder is preferably arranged coaxially with the axis of rotation. The alternating magnetic poles preferably extend completely circumferentially around the annular multipole encoder.
Die erste Anzahl der magnetische Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols unterscheidet sich von der zweiten Anzahl der magnetischen Pole des zweiten magnetischen Mehrfachpols. Bevorzugt unterscheidet sich die erste Anzahl der magnetischen Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols um zwei von der zweiten Anzahl der magnetischen Pole des zweiten magnetischen Mehrfachpols, sodass sich die Anzahl der Paare der magnetische Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols um eins von der Anzahl der Paare der magnetischen Pole des zweiten magnetischen Mehrfachpols unterscheidet.The first number of magnetic poles of the first magnetic multipole differs from the second number of magnetic poles of the second magnetic multipole. Preferably, the first number of the magnetic poles of the first magnetic multipole differs by two from the second number of the magnetic poles of the second magnetic multipole, so that the number of pairs of the magnetic poles of the first magnetic multipole is one by the number of pairs of the magnetic poles of the second magnetic multipole differs.
Die beiden magnetischen Mehrfachpole weisen bevorzugt eine gemeinsame Drehachse auf und sind bevorzugt axial benachbart angeordnet. Die beiden magnetischen Mehrfachpole weisen bevorzugt einen gleichen Ringdurchmesser auf, wobei die beiden magnetischen Mehrfachpole auch unterschiedliche Ringdurchmesser besitzen können. Die beiden zweikanaligen Messsignale können in radialer Richtung oder in axialer Richtung erfasst werden. Werden die beiden zweikanaligen Messsignale in radialer Richtung erfasst, so können sie an einem Innendurchmesser oder an einem Außendurchmesser des jeweiligen Mehrfachpols erfasst werden.The two magnetic poles preferably have a common axis of rotation and are preferably arranged axially adjacent. The two magnetic poles preferably have a same ring diameter, wherein the two magnetic poles can also have different ring diameters. The two two-channel measuring signals can be detected in the radial direction or in the axial direction. If the two two-channel measuring signals are detected in the radial direction, they can be detected at an inner diameter or at an outer diameter of the respective multipole.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Berechnen des zu messenden Drehwinkels durch Anwenden von zumindest einem der beiden zweikanaligen Messsignale auf eine vorab bestimmte Funktion, welche die Abhängigkeit des zu messenden Drehwinkels von dem jeweiligen zweikanaligen Messsignal quantitativ beschreibt.According to the invention, the rotational angle to be measured is calculated by applying at least one of the two two-channel measuring signals to a predetermined function which quantitatively describes the dependence of the rotational angle to be measured on the respective two-channel measuring signal.
Die Funktion ist bevorzugt in Form einer Zuordnungstabelle abgelegt. Eine Spalte der Zuordnungstabelle umfasst diskretisierte Werte des betreffenden zweikanaligen Messsignals, umfassend jeweils einen Wert für den ersten Kanal und einen Wert für den zweiten Kanal. Eine ggf. vorhandene weitere Spalte der Zuordnungstabelle umfasst diskretisierte Werte des jeweils anderen zweikanaligen Messsignals, umfassend jeweils einen Wert für den ersten Kanal und einen Wert für den zweiten Kanal. Zudem weist die Zuordnungstabelle eine weitere Spalte auf, welche diskretisierte Werte des zu messenden Drehwinkels umfasst.The function is preferably stored in the form of an assignment table. One column of the allocation table comprises discretized values of the relevant two-channel measurement signal, comprising in each case a value for the first channel and a value for the second channel. An optionally existing further column of the allocation table comprises discretized values of the respective other two-channel measurement signal, comprising in each case a value for the first channel and a value for the second channel. In addition, the allocation table has a further column, which comprises discretized values of the rotation angle to be measured.
Alternativ bevorzugt ist die vorab bestimmte Funktion analytisch beschrieben.Alternatively preferably, the predetermined function is described analytically.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass die Verwendung der zuvor bestimmten Funktion, beispielsweise in Form einer Zuordnungstabelle eine aufwandsarme und genaue Bestimmung des Drehwinkels ausgehend von zumindest einem der beiden zweikanaligen Messsignale erlaubt. Durch die Verwendung der zuvor bestimmten Funktion wirken sich Unregelmäßigkeiten der magnetischen Mehrfachpole, beispielsweise unregelmäßige Magnetisierungen oder unregelmäßige Breiten der Pole, nicht auf die Bestimmung des Drehwinkels aus.A particular advantage of the method according to the invention is that the use of the previously determined function, for example in the form of an assignment table, permits a low-cost and accurate determination of the angle of rotation starting from at least one of the two two-channel measuring signals. By using the predetermined function, irregularities of the magnetic poles, such as irregular magnetizations or irregular widths of the poles, do not affect the determination of the rotation angle.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt einen Schritt, in welchem die Funktion des Drehwinkels von dem jeweiligen bzw. beiden zweikanaligen Messsignalen quantitativ bestimmt wird. Dieser Schritt stellt eine Kalibrierung dar. Die Funktion wird bevorzugt dadurch vorab bestimmt, dass der Drehwinkel verändert wird, während gleichzeitig der Drehwinkel durch eine Referenzmessung bestimmt wird und das jeweilige bzw. beide zweikanalige Messsignale bestimmt wird. Bevorzugt werden gleichzeitig der Drehwinkel und beide der zwei zweikanaligen Messsignale bestimmt. Der Drehwinkel wird bevorzugt über mindestens eine Umdrehung hinweg verändert, sodass der Bereich des Drehwinkels zumindest 0° bis 360° umfasst. Zur Referenzmessung dient bevorzugt ein zusätzlicher Drehwinkelsensor, der bevorzugt hochgenau und hochauflösend misst.The method according to the invention preferably comprises a step in which the function of the angle of rotation is determined quantitatively by the respective two or two two-channel measuring signals. This step represents a calibration. The function is preferably determined beforehand in that the rotation angle is changed, while at the same time the rotation angle is determined by a reference measurement and the respective or both two-channel measurement signals is determined. Preferably, the angle of rotation and both of the two two-channel measuring signals are determined simultaneously. The angle of rotation is preferably over at least one Rotation changed, so that the range of rotation angle at least 0 ° to 360 °. For reference measurement is preferably an additional rotation angle sensor, which preferably measures with high precision and high resolution.
Bevorzugt werden beide der zwei zweikanaligen Messsignale zum Berechnen des zu messenden Drehwinkels verwendet, wobei zumindest eines der beiden zweikanaligen Messsignale auf die vorab bestimmte Funktion angewendet wird, während das andere der beiden zweikanaligen Messsignale auf unterschiedliche Weise zum Berechnen des zu messenden Drehwinkels herangezogen werden kann.Both of the two two-channel measuring signals are preferably used to calculate the angle of rotation to be measured, wherein at least one of the two two-channel measuring signals is applied to the predetermined function, while the other of the two two-channel measuring signals can be used in different ways to calculate the angle of rotation to be measured.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zu messende Drehwinkel durch Anwenden des ersten zweikanaligen Messsignals und des zweiten zweikanaligen Messsignals auf die vorab bestimmte Funktion berechnet. Die Funktion beschreibt die Abhängigkeit des Drehwinkels von dem ersten zweikanaligen Messsignal und von dem zweiten zweikanaligen Messsignal.In a first preferred embodiment of the method according to the invention, the angle of rotation to be measured is calculated by applying the first two-channel measuring signal and the second two-channel measuring signal to the predetermined function. The function describes the dependence of the angle of rotation on the first two-channel measuring signal and on the second two-channel measuring signal.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Berechnen des zu bestimmenden Drehwinkels mehrere Teilschritte. In einem Teilschritt wird ein Grobwert des zu bestimmenden Drehwinkels ausgehend von dem ersten zweikanaligen Messsignal und dem zweikanaligen Messsignal berechnet. Hierfür wird bevorzugt vorausgesetzt, dass es sich bei den Kanälen der beiden zweikanaligen Messsignale um ideale Sinus- und Cosinussignale handelt. In einem weiteren Teilschritt werden ausgehend von dem Grobwert des zu bestimmenden Drehwinkels diejenigen Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols bestimmt, welche das erste zweikanalige Messsignal bewirken. Dabei handelt es sich um diejenigen Pole, welche dem Ort der Messung des ersten zweikanaligen Messsignals bei dem gegebenen Drehwinkel am nächsten kommen. Bevorzugt wird diejenige Periode des ersten magnetischen Mehrfachpols bestimmt, welche durch die ermittelten Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols definiert ist. In einem weiteren Teilschritt wird der zu bestimmende Drehwinkel durch Anwenden des ersten zweikanaligen Messsignals und unter Berücksichtigung der zuvor bestimmten Pole des ersten magnetischen Mehrfachpols auf eine vorab bestimmte Funktion berechnet. Die Funktion beschreibt die Abhängigkeit des Drehwinkels von dem ersten zweikanaligen Messsignal und den jeweils für diesen Drehwinkel das erste zweikanalige Messsignal bewirkenden Polen des ersten magnetischen Mehrfachpols. Dieser Berechnungsvorgang dient zur Berechnung eines genauen Wertes des Drehwinkels. Die angeführten Bezeichnungen als erster und zweiter magnetischer Mehrfachpol bzw. als erstes und zweites zweikanaliges Messsignal sind austauschbar, d. h. dass alternativ auch das zweite zweikanalige Messsignal zur Berechnung des genauen Wertes des Drehwinkels verwendet werden kann.In a second preferred embodiment of the method according to the invention, the calculation of the angle of rotation to be determined comprises several substeps. In a sub-step, a coarse value of the rotation angle to be determined is calculated on the basis of the first two-channel measurement signal and the two-channel measurement signal. For this purpose, it is preferably assumed that the channels of the two two-channel measuring signals are ideal sine and cosine signals. In a further sub-step, starting from the coarse value of the rotation angle to be determined, those poles of the first magnetic multipole are determined which cause the first two-channel measurement signal. These are those poles which come closest to the location of the measurement of the first two-channel measurement signal at the given rotation angle. Preferably, that period of the first magnetic multipole determined by the detected poles of the first magnetic multipole is determined. In a further sub-step, the angle of rotation to be determined is calculated by applying the first two-channel measuring signal and taking into account the previously determined poles of the first magnetic multipole to a predetermined function. The function describes the dependence of the angle of rotation on the first two-channel measuring signal and the poles of the first magnetic multi-pole respectively effecting the first two-channel measuring signal for this angle of rotation. This calculation process is used to calculate an accurate value of the rotation angle. The designations given as the first and second magnetic poles or as first and second two-channel measurement signal are interchangeable, d. H. Alternatively, the second dual-channel measurement signal can be used to calculate the exact value of the rotation angle.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit dient zur Bestimmung eines Drehwinkels und umfasst einen ersten magnetischen Mehrfachpol und einen zweiten magnetischen Mehrfachpol. Die beiden Mehrfachpole weisen gemeinsam den zu bestimmenden Drehwinkel auf. Der erste magnetische Mehrfachpol besitzt eine erste Anzahl an magnetischen Polen. Der zweite magnetische Mehrfachpol besitzt eine zweite Anzahl an magnetischen Polen, welche sich von der ersten Anzahl unterscheidet.The rotation angle sensor unit according to the invention is used to determine a rotation angle and comprises a first magnetic multiple pole and a second magnetic multiple pole. The two poles together have the angle of rotation to be determined. The first magnetic multipole has a first number of magnetic poles. The second magnetic multipole has a second number of magnetic poles different from the first number.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit umfasst weiterhin einen ersten Magnetfeldsensor zum Messen eines ersten zweikanaligen Messsignals. Der erste Magnetfeldsensor ist gegenüber dem ersten magnetischen Mehrfachpol angeordnet. Das erste zweikanalige Messsignal umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die einen Phasenunterschied zueinander aufweisen.The inventive rotation angle sensor unit further comprises a first magnetic field sensor for measuring a first two-channel measurement signal. The first magnetic field sensor is arranged opposite to the first magnetic multiple pole. The first dual-channel measurement signal comprises a first channel and a second channel which have a phase difference from one another.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit umfasst weiterhin einen zweiten Magnetfeldsensor zum Messen eines zweiten zweikanaligen Messsignals. Der zweite Magnetfeldsensor ist gegenüber dem zweiten magnetischen Mehrfachpol angeordnet. Das zweite zweikanalige Messsignal umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die einen Phasenunterschied zueinander aufweisen.The rotation angle sensor unit according to the invention further comprises a second magnetic field sensor for measuring a second two-channel measurement signal. The second magnetic field sensor is arranged opposite to the second magnetic multiple pole. The second dual-channel measurement signal comprises a first channel and a second channel which have a phase difference from one another.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit umfasst weiterhin eine Messsignalverarbeitungseinheit, welche dazu konfiguriert ist, den zu bestimmenden Drehwinkel durch ein Anwenden von zumindest einem der beiden zweikanaligen Messsignale auf eine vorab bestimmte Funktion zu berechnen. Die Funktion beschreibt die Abhängigkeit des Drehwinkels von dem jeweiligen zweikanaligen Messsignal. Die Funktion ist bevorzugt in einem Datenspeicher der Messsignalverarbeitungseinheit gespeichert. Die Funktion ist bevorzugt in Form einer Zuordnungstabelle in dem Datenspeicher der Messsignalverarbeitungseinheit gespeichert.The rotation angle sensor unit according to the invention further comprises a measurement signal processing unit which is configured to calculate the rotation angle to be determined by applying at least one of the two two-channel measurement signals to a predetermined function. The function describes the dependence of the angle of rotation on the respective two-channel measuring signal. The function is preferably stored in a data memory of the measurement signal processing unit. The function is preferably stored in the form of an allocation table in the data memory of the measurement signal processing unit.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit ist bevorzugt in einem rotativen Lager, insbesondere in einem Wälzlager ausgebildet. Das Lager umfasst zwei zueinander verdrehbare Ringe; insbesondere einen Außenring und einen Innenring. Die beiden Magnetfeldsensoren sitzen auf einem der beiden Ringe, während die beiden magnetischen Mehrfachpole mit dem anderen der beiden Ringe zumindest drehfest verbunden sind.The rotation angle sensor unit according to the invention is preferably formed in a rotary bearing, in particular in a rolling bearing. The bearing comprises two mutually rotatable rings; in particular an outer ring and an inner ring. The two magnetic field sensors sit on one of the two rings, while the two magnetic poles are at least rotatably connected to the other of the two rings.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelsensoreinheit weist bevorzugt auch Merkmale auf, die für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen bevorzugte Ausführungsformen angegeben sind. Insbesondere ist die Messsignalverarbeitungseinheit bevorzugt zur Ausführung einer der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. The rotation angle sensor unit according to the invention preferably also has features that are specified for the method according to the invention and its preferred embodiments. In particular, the measurement signal processing unit is preferably designed for carrying out one of the described preferred embodiments of the method according to the invention.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäß zu bestimmendes zweikanaliges Messsignal; -
2 zwei erfindungsgemäß zu verwendende magnetische Mehrfachpole; -
3 eine Veranschaulichung eines Phasenfehlers zwischen den in2 gezeigten magnetischen Mehrfachpolen; -
4 eine Veranschaulichung eines Amplitudenfehlers bei dem in1 gezeigten zweikanaligen Messsignal; und -
5 eine Veranschaulichung eines zeitlichen Fehlers bei dem in1 gezeigten zweikanaligen Messsignal.
-
1 a two-channel measuring signal to be determined according to the invention; -
2 two magnetic poles to be used according to the invention; -
3 an illustration of a phase error between the in2 shown magnetic poles; -
4 an illustration of an amplitude error in the in1 shown two-channel measurement signal; and -
5 an illustration of a timing error in the1 shown two-channel measurement signal.
Erfindungsgemäß ist ein Drehwinkel
Erfindungsgemäß wird ein zweites zweikanaliges Messsignal (nicht gezeigt) mit zwei weiteren Magnetfeldsensorelementen (nicht gezeigt) bestimmt, welche gegenüber dem zweiten magnetischen Mehrfachpol
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorab eine Zuordnungstabelle in Form eines Look-up-Tables bestimmt. Hierfür wird eine Referenzmessung mit einem hochgenauen Drehwinkelsensor durchgeführt. Der Drehwinkel wird verändert und das erste und zweite zweikanalige Messsignal
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform werden zum Bestimmen eines unbekannten Drehwinkels die gemessenen Werte
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zunächst ein Grobwert des unbekannten Drehwinkels ausgehend von den Drehwinkelhilfsmesswerten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- erstes zweikanaliges Messsignalfirst two-channel measuring signal
- 0202
- magnetische Polemagnetic poles
- 0303
- erster magnetischer Mehrfachpolfirst magnetic multipole
- 0404
- erster Kanalfirst channel
- 0505
- --
- 0606
- zweiter Kanalsecond channel
- 0707
- --
- 0808
- zweiter magnetischer Mehrfachpolsecond magnetic multipole
- 0909
- magnetische Polemagnetic poles
- 1010
- Messpositionmeasuring position
- 11 11
- Phasenfehlerphase error
- 1212
- --
- 1313
- ideales Messsignalideal measuring signal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102017128395.1A Ceased DE102017128395A1 (en) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | Angle of rotation sensor unit and method for determining a rotation angle |
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DE (1) | DE102017128395A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112665531A (en) * | 2020-11-30 | 2021-04-16 | 天津津航技术物理研究所 | Multi-pair-level rotation coordinate transformation angle-solving method |
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DE102004001570A1 (en) * | 2004-01-10 | 2005-12-29 | AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG | Magnetic, linear or rotational, displacement measurement device has measurement bodies and matching sensors, with each body comprising series of opposing poles and one body having one more pole than the other |
DE102005061347A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-21 | Sensitec Gmbh | Shaft`s absolute rotation angle measuring arrangement, has two diametrically magnetizable rings, and magnetic field sensors arranged adjacent to surrounding of rings, such that radial component of magnetic field of one ring is detected |
US8319493B2 (en) | 2007-09-27 | 2012-11-27 | Ntn Corporation | Rotation detecting device and bearing assembly equipped with such rotation detecting device |
-
2017
- 2017-11-30 DE DE102017128395.1A patent/DE102017128395A1/en not_active Ceased
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