DE102017129508A1 - Sensoranordnung - Google Patents

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DE102017129508A1
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Philipp Springmann
Jean-Francois Heyd
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition eines hohlzylindrischen Permanentmagneten, umfassend den Permanentmagneten sowie zumindest einen ersten Sensor; wobei Stirnflächen des Permanentmagneten in einer X-Y-Ebene liegen und sich eine Zylinderachse quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse des Permanentmagneten erstreckt; wobei der Permanentmagnet genau zwei Pole aufweist, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist; wobei ein Magnetfeld des Permanentmagneten einen magnetischen Fluss aufweist, der an jeder Position im Magnetfeld durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung, eine radiale Magnetfeldrichtung und eine axiale Magnetfeldrichtung umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und parallel zur Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und quer zur Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die axiale Magnetfeldrichtung quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung und der radialen Magnetfeldrichtung verläuft; wobei ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten ortsfest angeordneter erster Sensor zur Bestimmung der Winkelposition des Permanentmagneten die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der tangentialen Magnetfeldrichtung und der axialen Magnetfeldrichtung erfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition eines hohlzylindrischen Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist insbesondere drehbar gegenüber einem ortsfesten ersten Sensor angeordnet. Insbesondere ist die Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition einer Antriebseinheit eines Aktors, bevorzugt eines Kupplungsaktors, vorgesehen. Der Kupplungsaktor ist insbesondere zur Betätigung einer Kupplung, z. B. einer Reibkupplung, eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die Antriebseinheit ist insbesondere ein Rotor eines Elektromotors, der mit dem Permanentmagneten drehfest verbunden ist, so dass die Winkelposition des Rotors bestimmbar ist. Über die Winkelposition des Rotors ist insbesondere eine Stellung einer, in einer axialen Richtung verlagerbaren, Betätigungseinheit des Aktors entlang der axialen Richtung bestimmbar.
  • Bei Kupplungsaktoren ist eine genaue Bestimmung der axialen Position einer Betätigungseinheit bzw. der Winkelposition z. B. eines Rotors notwendig. Bei neuen Konstruktionen solcher Kupplungsaktoren ist es nun notwendig, die dafür verwendeten Sensoren in einem Abstand von einer Drehachse anzuordnen. Dabei müssen auch dynamische Toleranzen (also im Betrieb des Kupplungsaktors auftretende Abweichungen von einer Ausgangslage) berücksichtigt werden, z. B. eine Exzentrizität einzelner Komponenten sowie ein sich ändernder Luftspalt zwischen Sensor und einem verwendeten Permanentmagneten.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition eines Permanentmagneten vorgeschlagen werden, wobei über die Winkelposition des Permanentmagneten die Winkelposition einer Antriebseinheit eines Aktors bestimmbar sein soll.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition eines hohlzylindrischen Permanentmagneten, umfassend den Permanentmagneten sowie zumindest einen ersten Sensor; wobei Stirnflächen des Permanentmagneten in einer X-Y-Ebene liegen und sich eine Zylinderachse quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse des Permanentmagneten erstreckt; wobei der Permanentmagnet genau zwei Pole aufweist, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist; wobei ein Magnetfeld des Permanentmagneten einen magnetischen Fluss aufweist, der an jeder Position im Magnetfeld durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung, eine radiale Magnetfeldrichtung und eine axiale Magnetfeldrichtung umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und parallel zur Ausrichtung der Pole, d.h. parallel zu einem Außenumfang eines Kreises um den Permanentmagneten verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und quer tangentialen Magnetfeldrichtung, und damit quer zur Ausrichtung der Pole, insofern ausgehend von einem Mittelpunkt des Permanentmagneten radial nach außen verläuft; wobei die axiale Magnetfeldrichtung quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung und der radialen Magnetfeldrichtung verläuft; wobei der gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten ortsfest angeordneter erster Sensor zur Bestimmung der Winkelposition des Permanentmagneten die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der tangentialen Magnetfeldrichtung und der axialen Magnetfeldrichtung erfasst.
  • Der Permanentmagnet hat eine hohlzylindrische Form und eine Zylinderachse, die sich zwischen zwei, insbesondere zueinander parallelen Stirnflächen entlang einer Drehachse erstreckt. Der Permanentmagnet ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole sind jeweils an einer äußeren Mantelfläche, an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet. Die Pole können durch eine Gerade, die die Zylinderachse des Permanentmagneten schneidet, miteinander verbunden werden. Die Lage der Magnetfeldrichtungen, der Ebene und der Zylinderachse werden in der Figurenbeschreibung weiter erläutert.
  • Insbesondere ist der erste Sensor ein Singleturnsensor, der einen Messbereich von 360 Winkelgrad aufweist. Ein Singleturnsensor ist ein Sensor, der keine Anzahl von Umdrehungen erfassen kann, da er nur einen Winkelbereich von 360 Winkelgrad auflöst (er erfasst also eine Winkelposition innerhalb einer Umdrehung).
  • Insbesondere ist der erste Sensor in einer radialen Richtung beabstandet von der Drehachse angeordnet. Der erste Sensor ist also nicht auf der Drehachse des Permanentmagneten angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse.
  • Insbesondere ist der erste Sensor in der axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, beabstandet von dem Permanentmagneten angeordnet. In der radialen Richtung ist der erste Sensor so angeordnet ist, dass eine äußere Begrenzung des Permanentmagneten über einen Winkelbereich von dem ersten Sensor überdeckt wird. Der erste Sensor erstreckt sich also in der radialen Richtung ausgehend von einer Position innerhalb der äußeren Begrenzung des Permanentmagneten (also innerhalb von der äußeren Zylindermantelfläche) zu einer Position außerhalb der äußeren Begrenzung des Permanentmagneten. Dabei erstreckt er sich insbesondere über einen begrenzten Winkelbereich, beispielsweise von höchstens 10 Winkelgrad.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Erfassung von Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der tangentialen Magnetfeldrichtung und der axialen Magnetfeldrichtung einen besonders genauen und robusten (möglichst unbeeinflusst von auftretenden Abweichungen im Betrieb, z. B. durch Toleranzen) Messwert ergibt, so dass die Winkelposition des Permanentmagneten (und damit die Winkelposition einer Antriebseinheit eines Aktors) genau bestimmbar ist.
  • Insbesondere umfasst die Sensoranordnung einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten ortsfest angeordneten zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten geeignet ist, wobei der zweite Sensor zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der radialen Magnetfeldrichtung und der tangentialen Magnetfeldrichtung erfasst.
  • Der erste Sensor und der zweite Sensor erfassen also insbesondere unterschiedlich ausgerichtete magnetische Flüsse. Dabei erfasst der erste Sensor die genaue Winkelposition des Permanentmagneten innerhalb einer Umdrehung und der zweite Sensor die Anzahl der Umdrehungen. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung entlang einer axialen Richtung eines Aktors bereitgestellt werden.
  • Dabei wird für die Sensoranordnung lediglich ein Permanentmagnet benötigt, dessen Magnetfeld durch zwei Sensoren erfasst wird.
  • Bevorzugt ist der zweite Sensor in der axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, beabstandet von dem Permanentmagneten und in der radialen Richtung radial außen von dem ersten Sensor angeordnet.
  • Es wird weiter ein Aktor vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Welle mit einer Drehachse sowie eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, wobei der Permanentmagnet koaxial zur Welle angeordnet und drehfest mit der Welle verbunden ist.
  • Insbesondere ist der Aktor ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor eine Antriebseinheit als Welle und eine Betätigungseinheit umfasst, wobei die Betätigungseinheit durch eine Drehung der Antriebseinheit entlang der axialen Richtung verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung zumindest die Winkelposition der Antriebseinheit und damit eine Stellung der Betätigungseinheit entlang der axialen Richtung bestimmbar ist.
  • Bevorzugt umfasst der Aktor eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) als Betätigungseinheit. Ein solcher Aktor mit einer Planetenwälzgewindespindel ist z. B. aus der WO 2015/117612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird. Es wird hier eine andere Sensoranordnung vorgeschlagen.
  • Insbesondere umfasst der Aktor einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor die Welle bildet.
  • Im Falle des PWG ist der Rotor mit einer Hülse eines Planetengetriebes, das die Planetenwälzgewindespindel umfasst, und den in der Hülse abgestützten Planetenträgern drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel bei Drehung des Rotors und der in der Hülse abgestützten Planetenträger in der axialen Richtung verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel bildet in diesem Fall die Betätigungseinheit des Aktors.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
    • 1: einen Aktor mit einer Sensoranordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
    • 2: eine Sensoranordnung in einer Draufsicht;
    • 3: die Sensoranordnung aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    • 4: die Flussdichte des magnetischen Flusses in der radialen Magnetfeldrichtung in der X-Y Ebene des ersten Sensors;
    • 5: die Flussdichte des magnetischen Flusses in der tangentialen Magnetfeldrichtung in der X-Y Ebene des ersten Sensors;
    • 6: die Flussdichte des magnetischen Flusses in der axialen (normalen) Magnetfeldrichtung in der X-Y Ebene des ersten Sensors; und
    • 7: ein Diagramm mit der Darstellung des Winkelfehlers in Winkelgrad (durch dynamische Toleranzen) über der Position eines ersten Sensors in der radialen Richtung.
  • 1 zeigt einen Aktor 27 mit einer Sensoranordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Ein hohlzylindrischer Permanentmagnet 3 ist koaxial zu einer Drehachse 8 angeordnet. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 3 ortsfest angeordneter erster Sensor 20 dient zur Bestimmung der Winkelposition 2 des Permanentmagneten 3. Der erste Sensor 20 ist ein Singleturnsensor, der einen Messbereich von 360 Winkelgrad aufweist. Ein Singleturnsensor ist ein Sensor, der keine Anzahl von Umdrehungen 26 erfassen kann, da er nur einen Winkelbereich von 360 Winkelgrad auflöst (er erfasst also eine Winkelposition innerhalb einer Umdrehung 26).
  • Der erste Sensor 20 ist in einer radialen Richtung 21 beabstandet von der Drehachse 8 angeordnet. Der erste Sensor 20 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 3 angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse 8. Der erste Sensor 20 ist in der axialen Richtung 22, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 3 angeordnet. In der radialen Richtung 21 ist der erste Sensor 20 so angeordnet ist, dass eine äußere Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 von dem ersten Sensor 20 überdeckt wird. Der erste Sensor 20 erstreckt sich also in der radialen Richtung 21 ausgehend von einer Position innerhalb der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 (also innerhalb von der äußeren Zylindermantelfläche) zu einer Position außerhalb der äußeren Begrenzung des Permanentmagneten 3.
  • Weiter umfasst die Sensoranordnung 1 einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 3 ortsfest angeordneten zweiten Sensor 25, wobei der zweite Sensor 25 ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen 26 des Permanentmagneten 3 geeignet ist. Der zweite Sensor 25 ist in der axialen Richtung 22, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 3 und in der radialen Richtung 21 radial außen von dem ersten Sensor 20 angeordnet. Der zweite Sensor 25 erfasst zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen 26 die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 14 in der radialen Magnetfeldrichtung 17 und der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 (siehe 2 bis 6). Demgegenüber erfasst der erste Sensor 20 die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 14 in der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 und der axialen Magnetfeldrichtung 18 (siehe 2 bis 6).
  • Der erste Sensor 20 und der zweite Sensor 25 erfassen also unterschiedlich ausgerichtete magnetische Flüsse 14. Dabei erfasst der erste Sensor 20 die genaue Winkelposition des Permanentmagneten 3 innerhalb einer Umdrehung 26 und der zweite Sensor 25 die Anzahl der Umdrehungen 26. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung 32 entlang einer axialen Richtung 22 eines Aktors 27 bereitgestellt werden.
  • Dabei wird für die Sensoranordnung 1 lediglich ein Permanentmagnet 3 benötigt, dessen Magnetfeld 13 durch zwei Sensoren 20, 25 erfasst wird.
  • Der Aktor 27 umfasst eine Welle 28 mit einer Drehachse 8 sowie eine Sensoranordnung 1, wobei der Permanentmagnet 3 koaxial zur Welle 28 angeordnet und drehfest mit der Welle 28 verbunden ist.
  • Der Aktor 27 ist ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor 27 eine Antriebseinheit 29 als Welle 28 und eine Betätigungseinheit 30 umfasst, wobei die Betätigungseinheit 30 durch eine Drehung 31 der Antriebseinheit 29 entlang der axialen Richtung 22 verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung 1 zumindest die Winkelposition der Antriebseinheit 29 und damit eine Stellung 32 der Betätigungseinheit 30 entlang der axialen Richtung 22 bestimmbar ist.
  • Der Aktor 27 umfasst eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) 33 als Betätigungseinheit 30. Ein solcher Aktor 27 mit einer Planetenwälzgewindespindel 33 ist aus der WO 2015/117612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird. Es wird hier eine andere Sensoranordnung 1 vorgeschlagen.
  • Der Aktor 27 umfasst einen Elektromotor 35 mit einem Stator 36 und einem Rotor 37, wobei der Rotor 37 die Welle 28 bildet. Der Rotor 37 ist mit einer Hülse 40, des die Planetenwälzgewindespindel 33 umfassenden Planetengetriebes 34, und mit den in der Hülse 40 abgestützten Planetenträgern 41 drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel 33 bei Drehung 31 des Rotors 37 und der in der Hülse 40 abgestützten Planetenträger 41 in der axialen Richtung 22 verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel 33 bildet die Betätigungseinheit 30 des Aktors 27.
  • 2 zeigt eine Sensoranordnung 1 in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung 22. 3 zeigt die Sensoranordnung 1 aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt A-A. Die 2 und 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • Die Sensoranordnung 1 umfasst den ersten Sensor 20 und den Permanentmagneten 3. Die Stirnflächen 4, 5 des Permanentmagneten 3 liegen in einer X-Y-Ebene 6 und eine Zylinderachse 7 erstreckt sich quer zu der X-Y-Ebene 6 und koaxial zu einer Drehachse 8 des Permanentmagneten 3. Der Permanentmagnet 3 weist genau zwei Pole 9, 10 auf, die in der X-Y-Ebene 6 an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 3 angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet 3 diametral magnetisiert ist. Ein Magnetfeld 13 des Permanentmagneten 3 weist einen magnetischen Fluss 14 auf, der an jeder Position 15 im Magnetfeld 13 durch einen Vektor darstellbar ist. Der Vektor umfasst eine tangentiale Magnetfeldrichtung 16, eine radiale Magnetfeldrichtung 17 und eine axiale (normale) Magnetfeldrichtung 18; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung 16 parallel zur X-Y-Ebene 6 und parallel zur Ausrichtung 19 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung 17 parallel zur X-Y-Ebene 6 und quer zur Ausrichtung 19 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die axiale Magnetfeldrichtung 18 quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 und der radialen Magnetfeldrichtung 17 verläuft. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 3 ortsfest angeordneter erster Sensor 20 erfasst zur Bestimmung der Winkelposition 2 des Permanentmagneten 3 die Magnetfeldrichtungen 16, 17, 18 des magnetischen Flusses 14 in der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 und der axialen Magnetfeldrichtung 18.
  • Der Permanentmagnet 3 hat eine hohlzylindrische Form und eine Zylinderachse 7, die sich zwischen zwei, zueinander parallelen Stirnflächen 4, 5 entlang einer Drehachse 8 erstreckt. Der Permanentmagnet 3 ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole 9, 10 sind jeweils an einer äußeren Mantelfläche 23, an einander gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Permanentmagneten 3 angeordnet. Die Pole 9, 10 können durch eine Gerade, die die Zylinderachse 7 des Permanentmagneten 3 schneidet, miteinander verbunden werden (siehe Pfeil für Ausrichtung 19).
  • Der erste Sensor 20 ist in einer radialen Richtung 21 beabstandet von der Drehachse 8 angeordnet. Der erste Sensor 20 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 3 angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse 8. Der erste Sensor 20 ist in der axialen Richtung 22, also parallel zur Drehachse 8, beabstandet von dem Permanentmagneten 3 angeordnet. In der radialen Richtung 21 ist der erste Sensor 20 so angeordnet ist, dass eine äußere Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 über einen Winkelbereich 24 von dem ersten Sensor 20 überdeckt wird. Der erste Sensor 20 erstreckt sich also in der radialen Richtung 21 ausgehend von einer Position innerhalb der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 (also innerhalb von der äußeren Zylindermantelfläche) zu einer Position außerhalb der äußeren Begrenzung des Permanentmagneten 3.
  • 4 zeigt das Magnetfeld 13 des Permanentmagneten 3 mit der Flussdichte des magnetischen Flusses 14 in der radialen Magnetfeldrichtung 17 in der X-Y Ebene 6, in der der erste Sensor 20 angeordnet ist. Die Maxima 38 der Flussdichte in der radialen Magnetfeldrichtung 17 liegen in der radialen Richtung 21 außerhalb der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3. Im Bereich der Maxima 38 wird der zweite Sensor 25 angeordnet, der u. a. den magnetischen Fluss in der radialen Magnetfeldrichtung 17 erfasst.
  • 5 zeigt das Magnetfeld 13 des Permanentmagneten 3 mit der Flussdichte des magnetischen Flusses 14 in der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 in der X-Y Ebene, in der der erste Sensor 20 angeordnet ist. Die Maxima 38 der Flussdichte in der tangentialen Magnetfeldrichtung 17 liegen in der radialen Richtung 21 im Bereich der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3. Im Bereich der Maxima 38 wird der erste Sensor 20 angeordnet, der u. a. den magnetischen Fluss in der tangentialen Magnetfeldrichtung 16 erfasst.
  • 6 zeigt das Magnetfeld 13 des Permanentmagneten 3 mit der Flussdichte des magnetischen Flusses 14 in der axialen Magnetfeldrichtung 18 in der X-Y Ebene 6, in der der erste Sensor 20 angeordnet ist. Die Maxima 38 der Flussdichte in der axialen Magnetfeldrichtung 17 liegen in der radialen Richtung 21 im Bereich der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3.
  • 7 zeigt ein Diagramm mit der Darstellung des Winkelfehlers in Winkelgrad 39 (durch dynamische Toleranzen) über der Position eines ersten Sensors 20 in der radialen Richtung 21. In der radialen Richtung 21 ist der erste Sensor 20 so angeordnet, dass eine äußere Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 von dem ersten Sensor 20 überdeckt wird. Der erste Sensor 20 erstreckt sich also in der radialen Richtung 21 ausgehend von einer Position innerhalb der äußeren Begrenzung 23 des Permanentmagneten 3 (also innerhalb von der äußeren Zylindermantelfläche) zu einer Position außerhalb der äußeren Begrenzung des Permanentmagneten 3.
  • In diesem Bereich ist der Winkelfehler in Winkelgrad 39 (Winkelfehler bei einem durch den ersten Sensor 20 bestimmten Winkelposition) bei einer Messung der Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 14 in der tangentialen Magnetfeldrichtung (Y) 16 und der axialen Magnetfeldrichtung (Z) 18 minimal (siehe Kurve YZ). Der zweite Sensor 25 wird in der radialen Richtung 21 außerhalb des ersten Sensors 20 angeordnet und erfasst dort die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 14 in der radialen Magnetfeldrichtung (X) 17 und in der tangentialen Magnetfeldrichtung (Y) 16. In diesem Bereich der radialen Richtung 21 ist der auftretende Winkelfehler in Winkelgrad 39 relativ konstant (siehe Kurve XY).
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Sensoranordnung
    2
    Winkelposition
    3
    Permanentmagnet
    4
    erste Stirnfläche
    5
    zweite Stirnfläche
    6
    X-Y-Ebene
    7
    Zylinderachse
    8
    Drehachse
    9
    erster Pol
    10
    zweiter Pol
    11
    erste Seite
    12
    zweite Seite
    13
    Magnetfeld
    14
    magnetischer Fluss
    15
    Position
    16
    tangentiale Magnetfeldrichtung
    17
    radiale Magnetfeldrichtung
    18
    axiale Magnetfeldrichtung
    19
    Ausrichtung
    20
    erster Sensor
    21
    radiale Richtung
    22
    axiale Richtung
    23
    äußere Begrenzung
    24
    Winkelbereich
    25
    zweiter Sensor
    26
    Umdrehung
    27
    Aktor
    28
    Welle
    29
    Antriebseinheit
    30
    Betätigungseinheit
    31
    Drehung
    32
    Stellung
    33
    Planetenwälzgewindespindel
    34
    Planetengetriebe
    35
    Elektromotor
    36
    Stator
    37
    Rotor
    38
    Maximum
    39
    Winkelfehler in Winkelgrad
    40
    Hülse
    41
    Planetenträgern
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/117612 A1 [0017, 0028]

Claims (10)

  1. Sensoranordnung (1) zur Bestimmung einer Winkelposition (2) eines hohlzylindrischen Permanentmagneten (3), umfassend den Permanentmagneten (3) sowie zumindest einen ersten Sensor (20); wobei Stirnflächen (4, 5) des Permanentmagneten (3) in einer X-Y-Ebene (6) liegen und sich eine Zylinderachse (7) quer zu der X-Y-Ebene (6) und koaxial zu einer Drehachse (8) des Permanentmagneten (3) erstreckt; wobei der Permanentmagnet (3) genau zwei Pole (9, 10) aufweist, die in der X-Y-Ebene (6) an einander gegenüberliegenden Seiten (11, 12) des Permanentmagneten (3) angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet (3) diametral magnetisiert ist; wobei ein Magnetfeld (13) des Permanentmagneten (3) einen magnetischen Fluss (14) aufweist, der an jeder Position (15) im Magnetfeld (13) durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung (16), eine radiale Magnetfeldrichtung (17) und eine axiale Magnetfeldrichtung (18) umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung (16) parallel zur X-Y-Ebene (6) und die radiale Magnetfeldrichtung (17) parallel zur X-Y-Ebene (6) und quer zur tangentialen Magnetfeldrichtung verläuft; und wobei die axiale Magnetfeldrichtung (18) quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung (16) und der radialen Magnetfeldrichtung (17) verläuft; wobei der gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten (3) ortsfest angeordneter erster Sensor (20) zur Bestimmung der Winkelposition (2) des Permanentmagneten (3) die Magnetfeldrichtungen (16, 17, 18) des magnetischen Flusses (14) ausschließlich in der tangentialen Magnetfeldrichtung (16) und der axialen Magnetfeldrichtung (18) erfasst oder ausgibt.
  2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Sensor (20) ein Singleturnsensor ist, der einen Messbereich von 360 Winkelgrad aufweist.
  3. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensor (20) in einer radialen Richtung (21) beabstandet von der Drehachse (8) angeordnet ist.
  4. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 3, wobei der erste Sensor (20) in einer axialen Richtung (22), also parallel zur Drehachse (8), beabstandet von dem Permanentmagneten (3) angeordnet ist und in der radialen Richtung (21) so angeordnet ist, dass eine äußere Begrenzung (23) des Permanentmagneten (3) über einen Winkelbereich (24) von dem ersten Sensor (20) überdeckt wird.
  5. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1) einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten (3) ortsfest angeordneten zweiten Sensor (25) umfasst, wobei der zweite Sensor (25) ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen (26) des Permanentmagneten (3) geeignet ist, wobei der zweite Sensor (25) zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen (26) die Magnetfeldrichtungen (16, 17, 18) des magnetischen Flusses (14) in der radialen Magnetfeldrichtung (17) und der tangentialen Magnetfeldrichtung (16) erfasst.
  6. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei der zweite Sensor (25) in einer axialen Richtung (22), also parallel zur Drehachse (8), beabstandet von dem Permanentmagneten (3) und in der radialen Richtung (21) radial außen von dem ersten Sensor (20) angeordnet ist.
  7. Aktor (27), zumindest umfassend eine Welle (28) mit einer Drehachse (8) sowie eine Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Permanentmagnet (3) koaxial zur Welle (28) angeordnet und drehfest mit der Welle (28) verbunden ist.
  8. Aktor (27) nach Anspruch 7, wobei der Aktor (27) ein Kupplungsaktor ist, wobei der Aktor (27) eine Antriebseinheit (29) als Welle (28) und eine Betätigungseinheit (30) umfasst, wobei die Betätigungseinheit (30) durch eine Drehung (31) der Antriebseinheit (29) entlang einer axialen Richtung (22) verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung (1) zumindest die Winkelposition (2) der Antriebseinheit (29) und damit eine Stellung (32) der Betätigungseinheit (30) entlang der axialen Richtung (22) bestimmbar ist.
  9. Aktor (27) nach Anspruch 8, wobei der Aktor (27) eine Planetenwälzgewindespindel (33) als Betätigungseinheit (30) umfasst.
  10. Aktor (27) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Aktor (27) einen Elektromotor (35) mit einem Stator (36) und einem Rotor (37) umfasst, wobei der Rotor (37) die Welle (28) bildet.
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