DE102017222020A1 - Sensor arrangement for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Sensoranordnung (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (110) umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad (114), wobei das Geberrad (114) ein Geberradprofil (116) aufweist. Weiterhin weist die Sensoranordnung (110) weiterhin mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor (118) und mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor (120) aufweist, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118), der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) und das mindestens eine Geberrad (114) derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor (118) erzeugtes erstes Sensorsignal (122) und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor (120) erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. A sensor arrangement (110) for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation (112) is proposed. The sensor arrangement (110) comprises at least one transmitter wheel (114) which can be connected to the rotating element, the transmitter wheel (114) having a transmitter wheel profile (116). Furthermore, the sensor arrangement (110) furthermore has at least one first incremental angle sensor (118) and at least one second incremental angle sensor (120), wherein the first incremental angle sensor (118), the second incremental angle sensor (120) and the at least one encoder wheel (114) are arranged relative to one another in that at least one first sensor signal (122) generated by the first incremental angle sensor (118) and at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor (120) are mutually phase-shifted.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Unter einer Rotationseigenschaft ist dabei allgemein eine Eigenschaft zu verstehen, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, einen Drehwinkel oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements charakterisieren kann. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten
Beispielsweise kann eine Drehzahl eines Rotors oder eine Winkelposition eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine eines Elektrofahrzeugs bestimmt werden. Weiterhin kann auch eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem so genannten Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden. Typischerweise wird auf der sich drehenden Achse ein Geberrad angebracht. Auf dem Geberrad können sich Zähne befinden, die durch den Hall-Sensor abgetastet werden, wenn sich die Nockenwelle dreht.For example, a rotational speed of a rotor or an angular position of a rotor of an electric machine, in particular an electric machine of an electric vehicle can be determined. Furthermore, a position of a camshaft of an internal combustion engine can be determined relative to a crankshaft with a so-called phase encoder by means of a Hall sensor. Typically, a donor wheel is mounted on the rotating axle. There may be teeth on the sender wheel that are sensed by the Hall sensor as the camshaft rotates.
So wird in der
Trotz der durch derartige Sensorvorrichtungen bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor Verbesserungspotenzial. So benötigen Sensorvorrichtungen der beschriebenen Art häufig viel Bauraum und/oder lassen sich in ihrem Aufbau in der Regel nicht an die spezifischen baulichen Gegebenheiten der Maschine, beispielsweise der elektrischen Maschine, anpassen. Weiterhin entstehen üblicherweise hohe Kosten bei einer Montage und/oder bei einem Wechsel von Sensoranordnungen der beschriebenen Art. Ferner spielt eine funktionale Sicherheit bei Sensoranordnungen der genannten Art und/oder bei den Maschinen, in welche diese Sensoranordnungen zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements in der Regel verbaut werden, eine große Rolle. Weiterhin geschieht die Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft des um die Rotationsachse rotierenden Elements häufig zu langsam.Despite the improvements provided by such sensor devices, there is still room for improvement. Thus, sensor devices of the type described often require a lot of installation space and / or can not usually be adapted to the specific constructional conditions of the machine, for example the electric machine, in terms of their design. Furthermore, usually high costs arise during assembly and / or when changing sensor arrangements of the type described. Furthermore, functional safety plays a role in sensor arrangements of the type mentioned and / or in the machines in which these sensor arrangements determine at least one rotational property of at least one Rotary axis rotating element usually be installed, a big role. Furthermore, the determination of the at least one rotational property of the element rotating about the axis of rotation is often too slow.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einer „Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Drehrichtung, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaften handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, oder um eine Drehzahl oder um eine Kombination beider Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Winkelposition“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder des Geberrads, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden werden.In the context of the present invention, therefore, a sensor arrangement for determining at least one rotational property of a rotating element is proposed. In the context of the present invention, a "sensor arrangement for determining at least one rotational property of a rotating element" can in principle be understood to mean any device which is suitable for detecting the at least one rotational property and which, for example, can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected property, such as a voltage or a current. Combinations of properties can also be detected. In the context of the present invention, a "rotation property" can basically be understood as meaning a property which at least partially describes the rotation of the rotating element. This may be, for example, an angular velocity, a rotational speed, a rotational direction, an angular acceleration, an angular position or other properties which may at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. For example, the rotation property may be a position, in particular an angular position, or a rotational speed or a combination of both. Other properties and / or other combinations of properties may also be detectable. In the context of the present invention, an "angular position" can basically be understood to mean a rotational angle of a rotatable device, for example of the rotating element or of the encoder wheel, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation.
Die Sensoranordnung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, eingerichtet sein. Unter einem „rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eine Rotationsachse aufweist und um diese rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle in einer Antriebsmaschine sein, beispielsweise eine Nockenwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Kombination beider Größen bestimmt werden. Ferner kann es sich bei dem rotierenden Element auch um ein rotierendes Element eines Elektromotors handeln, beispielsweise um einen Rotor. The sensor arrangement can be set up in particular for use in a motor vehicle, in particular in an internal combustion engine or an electric motor. In the context of the present invention, a "rotating element" can basically be understood to mean any element which has an axis of rotation and rotates about it. For example, the rotating element may be a shaft in an engine, for example a camshaft. For example, an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or a combination of both variables can be determined. Furthermore, the rotating element can also be a rotating element of an electric motor, for example a rotor.
Die Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad, wobei das Geberrad ein Geberradprofil aufweist. Die Sensoranordnung umfasst weiterhin mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor und mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.The sensor arrangement for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation comprises at least one encoder wheel which can be connected to the rotating element, wherein the transmitter wheel has a transmitter wheel profile. The sensor arrangement further comprises at least one first incremental angle sensor and at least one second incremental angle sensor, wherein the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the at least one encoder wheel are arranged such that at least one generated by the first incremental angle sensor first sensor signal and at least one of the second incremental angle sensor second sensor signal are out of phase with each other.
Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, beispielsweise eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich die Gesamtheit von Profilelementen und von zwischen den Profilelementen angeordneten Zwischenräumen des Geberrads verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilelemente verstanden werden. Unter einem „Profilelement“ des Geberrads kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches als Bestandteil des Geberrads dazu beiträgt, bei Verbindung des Geberrads mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements das mindestens eine messbare Signal zu bewirken. Insbesondere kann es sich bei dem Profilelement um eine beliebige Ausformung der Kontur des Geberrads handeln, insbesondere eine Ausbuchtung, beispielsweise eine stiftförmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung, oder eine Einkerbung oder eine Aussparung, beispielsweise ein Loch. Insbesondere kann die zackenförmige Ausbuchtung als Zahn bezeichnet werden und die Einkerbung kann als Lücke bezeichnet werden. Insbesondere kann das Geberrad mindestens ein ferromagnetisches Material umfassen. Insbesondere kann das mindestens eine Profilelement mindestens ein ferromagnetisches Material umfassen. Das Profilelement kann jedoch eine beispielsweise kreisförmige Kontur des Geberrads auch unverändert lassen. Insbesondere kann das Profilelement durch elektrische, magnetische oder optische Eigenschaften zu der Entstehung des messbaren Signals beitragen. Beispielsweise kann ein Geberrad, insbesondere ein Geberrad mit kreisförmiger Kontur, eine Mehrzahl von Profilelementen aufweisen, welche derart angeordnet sein können, dass mindestens zwei aufeinanderfolgende Profilelemente unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Ein solches abschnittsweise unterschiedlich magnetisiertes Geberrad kann auch als Polrad oder als Multipolrad bezeichnet werden. Das Profilelement kann in einer Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung D aufweisen. Insbesondere kann das Profilelement als Zahn ausgeformt sein und der Zahn kann in der Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung
Unter einem „Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, der eine Winkelposition eines mit einem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements diskontinuierlich, beispielsweise mindestens ein Mal pro Umdrehung, erfassen und mindestens ein Messsignal entsprechend der mindestens einen erfassten Winkelposition erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Insbesondere kann der Inkrementalwinkelsensor eingerichtet sein, um pro Umdrehung des mit dem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements eine Winkelposition des Elements zu erfassen. Der Inkrementalwinkelsensor kann aber auch eingerichtet sein, um eine Vielzahl von Winkelpositionen des mit dem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements zu erfassen.In the context of the present invention, an "incremental angle sensor" can in principle be understood to mean any sensor which detects an angular position of an element connected to a transmitter wheel discontinuously, for example at least once per revolution, and at least one measurement signal corresponding to at least one element rotating about at least one axis of rotation can generate a detected angular position, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current. In particular, the incremental angle sensor can be set up to detect an angular position of the element per revolution of the element connected to the sender wheel and rotating about at least one axis of rotation. However, the incremental angle sensor may also be arranged to be a plurality angular positions of the encoder wheel connected to rotate about at least one axis of rotation element to capture.
Der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad sind derart zueinander angeordnet, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Unter dem Ausdruck „zueinander angeordnet sein“ kann bezüglich beliebiger Objekte im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass die Objekte in Relation zueinander positioniert sind und/oder eine Lage eines Objektes im Raum entsprechend der Lage mindestens eines weiteren Objektes gewählt ist.The first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the at least one encoder wheel are arranged relative to one another such that at least one first sensor signal generated by the first incremental angle sensor and at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor are out of phase with one another. With the expression "be arranged relative to one another" with respect to any objects in the context of the present invention, it can be understood that the objects are positioned in relation to each other and / or a position of an object in space is selected according to the position of at least one further object.
Unter einem „Sensorsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges messbares Signal verstanden werden, welches von einem Sensor gemäß einer von dem Sensor erfassten Eigenschaft erzeugt ist. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsignal um ein elektrisches Signal handeln, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom.In the context of the present invention, a "sensor signal" can basically be understood as meaning any measurable signal which is generated by a sensor in accordance with a property detected by the sensor. In particular, the sensor signal may be an electrical signal, for example a voltage or a current.
Das mindestens eine von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugte erste Sensorsignal und das mindestens eine von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugte zweite Sensorsignal sind gegeneinander phasenverschoben. Unter dem Begriff „phasenverschoben“ kann bezüglich mindestens zweier Sensorsignale im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Relation der Sensorsignale verstanden werden, wobei die Sensorsignale gemäß mindestens einer Eigenschaft mindestens eines periodischen Vorgangs periodisch erzeugt sind. Dementsprechend können die Sensorsignale selber periodischen sein. Insbesondere können die Sensorsignale die Periodendauer des periodischen Vorgangs aufweisen, dessen mindestens eine Eigenschaft sie erfassen. Die Sensorsignale können als phasenverschoben bezeichnet werden, wenn sie in ihren Periodendauern übereinstimmen, in den Zeitpunkten ihrer Nulldurchgänge jedoch nicht. Die Sensorsignale können insbesondere im Rahmen der zumindest teilweisen Erfassung desselben periodischen Vorgangs periodisch erzeugt sein und in ihrer Periodendauer übereinstimmen. Insbesondere kann die Periodendauer einer Dauer einer vollständigen Umdrehung des rotierenden Elements entsprechen. Die Relation der phasenverschobenen Sensorsignale kann durch eine Phasenverschiebung näher beschrieben werden. Stimmen die zwei phasenverschobenen Sensorsignale in ihrer Periodendauer überein oder ist die Periodendauer des einen Signals ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer des anderen Signals, so ist die Phasenverschiebung für die Dauer des periodischen Vorgangs konstant. Das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal sind gegeneinander phasenverschoben. Das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal weisen eine Phasenverschiebung auf. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann konstant sein. Die Periodendauer des ersten Sensorsignals und die Periodendauer des zweiten Sensorsignals können sich ändern, insbesondere entsprechend einer Änderung der Dauer der vollständigen Umdrehung des rotierenden Elements. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann auch bei der sich ändernder Periodendauer konstant sein. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann insbesondere ein Viertel der Periode betragen. Auch eine andere Phasenverschiebung ist grundsätzlich möglich.The at least one first sensor signal generated by the first incremental angle sensor and the at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor are phase-shifted relative to one another. In the context of the present invention, the term "phase-shifted" can basically be understood as meaning a relation of the sensor signals with respect to at least two sensor signals, wherein the sensor signals are generated periodically according to at least one property of at least one periodic operation. Accordingly, the sensor signals themselves may be periodic. In particular, the sensor signals may have the period of the periodic process whose at least one property they detect. The sensor signals may be said to be out of phase if they coincide in their periods, but not in the times of their zero crossings. The sensor signals may be generated periodically, in particular in the context of the at least partial detection of the same periodic process, and may coincide in their period. In particular, the period may correspond to a duration of one complete revolution of the rotating element. The relation of the phase-shifted sensor signals can be described in more detail by a phase shift. If the two phase-shifted sensor signals agree in their period or if the period of one signal is an integer multiple of the period of the other signal, the phase shift is constant for the duration of the periodic process. The first sensor signal and the second sensor signal are out of phase with each other. The first sensor signal and the second sensor signal have a phase shift. The phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal may be constant. The period of the first sensor signal and the period of the second sensor signal may change, in particular according to a change in the duration of the complete revolution of the rotating element. The phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal may be constant even with the changing period duration. The phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal may be in particular a quarter of the period. Another phase shift is possible in principle.
Der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem aktiven Inkrementalwinkelsensor; einem Einzel-Hall-Sensor; einem Differenzial-Hall-Sensor; einem GMR-basierten Sensor; einem TMR-basierten Sensor; einem AMR-basierten Sensor; einem induktiven Inkrementalwinkelsensor.
Unter einem „aktiven Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Inkrementalwinkelsensor verstanden werden, der ein Messsignal entsprechend einer erfassten Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei das Messsignal bei konstantem magnetischen Fluss erzeugt wird, beispielsweise bei Anwesenheit eines statischen Magnetfelds. Der aktive Inkrementalwinkelsensor kann insbesondere mindestens ein Hallelement und/oder mindestens einen Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Insbesondere kann der aktive Inkrementalwinkelsensor als Einzel-Hall-Sensor ausgebildet sein. Unter einem „Einzel-Hall-Sensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiger Sensor, insbesondere ein aktiver Inkrementalwinkelsensor, verstanden werden, welcher ein Hall-Element umfasst. Weiterhin kann der Einzel-Hall-Sensor mindestens einen Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Weiterhin kann der aktive Inkrementalwinkelsensor als Differenzial-Hall-Sensor ausgebildet sein. Unter einem „Differenzial -Hall-Sensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiger Sensor, insbesondere ein aktiver Inkrementalwinkelsensor, verstanden werden, welcher eine Mehrzahl von Hall-Elementen, beispielsweise zwei Hall-Elemente, bevorzugt drei Hall-Elemente, umfasst. Dementsprechend können die Hall-Elemente des Differenzial-Hall-Sensors als ein erstes Hall-Element, ein zweites Hall-Element und ein drittes Hall-Element bezeichnet werden. Weiterhin kann der Differenzial-Hall-Sensor mindestens einen Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Insbesondere kann der Differenzial -Hall-Sensor und/oder eine weiter unten noch näher beschriebene Auswerteeinheit eingerichtet sein, um mindestens eine Differenz zwischen einer Hall-Spannung des ersten Hall-Elements und des zweiten Hall-Elements sowie eine Differenz zwischen einer Hallspannung das zweiten und des dritten Hall-Elements zu bestimmen. Weiterhin kann der Differenzial-Hall-Sensor mindestens ein Sensorsignal gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall-Elements und des zweiten Hall-Elements sowie mindestens ein weiteres Sensorsignal gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung das zweiten und des dritten Hall-Elements. Insbesondere kann das Hall-Element, insbesondere das erste und/oder das zweite und/oder das dritte Hall-Element, in einer Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung aufweisen von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 2,5 mm, besonders bevorzugt von 0,4 mm bis 1 mm.The first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor may be selected from the group consisting of: an active incremental angle sensor; a single Hall sensor; a differential Hall sensor; a GMR-based sensor; a TMR based sensor; an AMR-based sensor; an inductive incremental angle sensor.
In the context of the present invention, an "active incremental angle sensor" can basically be understood to be any incremental angle sensor which can generate a measurement signal corresponding to a detected property, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current, the measurement signal being generated at a constant magnetic flux , for example in the presence of a static magnetic field. The active incremental angle sensor may in particular comprise at least one Hall element and / or at least one magnetic field generator, in particular a permanent magnet and / or an electromagnet. In particular, the active incremental angle sensor can be designed as a single Hall sensor. In the context of the present invention, a "single Hall sensor" can be understood to mean any sensor, in particular an active incremental angle sensor, which comprises a Hall element. Furthermore, the single Hall sensor may comprise at least one magnetic field generator, in particular a permanent magnet and / or an electromagnet. Furthermore, the active incremental angle sensor can be designed as a differential Hall sensor. In the context of the present invention, a "differential Hall sensor" can be understood to mean any sensor, in particular an active incremental angle sensor, which comprises a plurality of Hall elements, for example two Hall elements, preferably three Hall elements. Accordingly, the Hall elements of the differential Hall sensor as a first Hall element, a second Hall element and a third Hall element are called. Furthermore, the differential Hall sensor may comprise at least one magnetic field generator, in particular a permanent magnet and / or an electromagnet. In particular, the differential Hall sensor and / or an evaluation unit described in more detail below can be configured to at least a difference between a Hall voltage of the first Hall element and the second Hall element and a difference between a Hall voltage the second and to determine the third Hall element. Furthermore, the differential Hall sensor may comprise at least one sensor signal according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element and the second Hall element and at least one further sensor signal according to the difference between the Hall voltage of the second and the third Hall element. In particular, the Hall element, in particular the first and / or the second and / or the third Hall element, in a direction of extension tangential to the sender wheel have a dimension of 0.2 mm to 5 mm, preferably from 0.3 mm 2.5 mm, more preferably from 0.4 mm to 1 mm.
Weiterhin kann der aktive Inkrementalwinkelsensor auch auf weiteren magnetischen Effekten, insbesondere magnetoresistiven Effekten, beruhen. Beispielsweise kann der aktive Inkrementalwinkelsensor auf mindestens einem der folgenden Effekte beruhen: einem GMR-Effekt; einem TMR-Effekt; einem AMR-Effekt. Hierbei stehen die Abkürzungen GMR, TMR und AMR für die üblicherweise benutzten englischen Begriffe „giant magnetoresistance“ (GMR), „tunnel magnetoresistance“ (TMR) und „anisotrope magnetoresistance“ (AMR). Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor wie bereits erwähnt auch als induktiver Inkrementalwinkelsensor ausgestaltet sein. Unter einem „induktiven Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Inkrementalwinkelsensor verstanden werden, der ein Messsignal entsprechend einer erfassten Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei eine Erzeugung des Messsignals auf einer Änderung einer magnetischen Flussdichte beruht. Der induktive Inkrementalwinkelsensor kann insbesondere mindestens eine Spule und/oder mindestens einen Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Der induktive Inkrementalwinkelsensor kann auch weitere Elemente, insbesondere mindestens einen von der Spule zumindest teilweise umgebenen Kern umfassen. Der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor können identisch ausgestaltet sein. Insbesondere können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor als aktive Inkrementalwinkelsensoren, insbesondere als Differenzial -Hall-Sensoren ausgestaltet sein.Furthermore, the active incremental angle sensor can also be based on further magnetic effects, in particular magnetoresistive effects. For example, the active incremental angle sensor may be based on at least one of the following effects: a GMR effect; a TMR effect; an AMR effect. The abbreviations GMR, TMR and AMR stand for the commonly used English terms "giant magnetoresistance" (GMR), "tunnel magnetoresistance" (TMR) and "anisotropic magnetoresistance" (AMR). Furthermore, as already mentioned, the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor can also be configured as an inductive incremental angle sensor. In the context of the present invention, an "incremental incremental angle sensor" can basically be understood as meaning any incremental angle sensor which can generate a measurement signal corresponding to a detected characteristic, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current, wherein a generation of the measurement signal is based on a change in a magnetic flux density is based. The inductive incremental angle sensor may in particular comprise at least one coil and / or at least one magnetic field generator, in particular a permanent magnet and / or an electromagnet. The inductive incremental angle sensor may also comprise further elements, in particular at least one core at least partially surrounded by the coil. The first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor can be configured identically. In particular, the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor can be designed as active incremental angle sensors, in particular as differential Hall sensors.
Der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad sind derart zueinander angeordnet, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Ein erster Abstand
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung DL der Lücke und der Abmessung
Auch die weiter unten noch eingeführten und näher beschriebenen Winkel β und γ können den Gleichungen (1) und (2) genügen (siehe Gleichungen (3), (4), (5) und (6) unten).Also, the angles β and γ, which are further introduced below and described in detail, can satisfy equations (1) and (2) (see equations (3), (4), (5) and (6) below).
Weiterhin kann die Sensoranordnung eine Vielzahl von Geberrädern umfassen. Insbesondere kann die Vielzahl von Geberrädern in axialer Richtung entlang der Rotationsachse versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung zwei Geberräder umfassen, welche als erstes Geberrad und als zweites Geberrad bezeichnet werden können. Insbesondere können das erste Geberrad und das zweite Geberrad entlang der Rotationsachse versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung ein erstes Geberrad mit einem ersten Geberradprofil und ein zweites Geberrad mit einem zweiten Geberradprofil aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor und das erste Geberrad in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor und das zweite Geberrad in einer zweiten Ebene angeordnet sein können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe erstes Geberradprofil und Geberradprofil des ersten Geberrads sowie die Begriffe zweites Geberradprofil und Geberradprofil des zweiten Geberrads gleichbedeutend verwendet. Insbesondere können die Ebenen beabstanded sein um einen Abstand
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung
Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor zueinander versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann der erste Inkrementalwinkelsensor im Vergleich zu dem zweiten Inkrementalwinkelsensor bezüglich der Rotationsachse verdreht angeordnet sein. Insbesondere kann eine Projektion des ersten Inkrementalwinkelsensors in Richtung der Rotationsachse und eine Projektion des zweiten Inkrementalwinkelsensors in Richtung der Rotationsachse einen Versatz entlang einer Kreisbahn um das Geberrad, insbesondere um die Rotationsachse, aufweisen. Insbesondere können die Projektion des ersten Inkrementalwinkelsensors und die Projektion des zweiten Inkrementalwinkelsensors bezüglich der Rotationsachse einen Winkel γ einschließen. Insbesondere kann der Winkel γ den weiter oben bereits für die Winkel α und β formulierten Gleichungen (1) und (2) genügen:
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung
Weiterhin kann die Sensoranordnung mindestens eine Auswerteeinheit umfassen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet sein kann, um das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal zu erfassen. Die Auswerteeinheit kann als einzelne Einheit ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann jedoch auch ganz oder teilweise in eine Steuereinheit, insbesondere in eine zentrale Steuerung, ausgelagert sein. Weiterhin kann die Auswerteeinheit auch ganz oder teilweise in den ersten Inkrementalwinkelsensor und/oder in den zweiten Inkrementalwinkelsensor integriert sein, insbesondere in Form mindestens eines ASIC. Hierbei steht die gängige Abkürzung ASIC für den englischen Ausdruck application-specific integrated circuit. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine erste Auswerteschaltung aufweisen, wobei die erste Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das erste Sensorsignal aufzubereiten. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine zweite Auswerteschaltung aufweisen, wobei die zweite Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das zweite Sensorsignal aufzubereiten. Das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal können insbesondere jeweils eine Mehrzahl von Sensorsignal umfassen. Insbesondere können das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal jeweils zwei Sensorsignale umfassen, wie am Beispiel des Differenzial-Hall-Sensors beschrieben. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Differenz zwischen der Hall-Spannung des ersten Hall-Elements und des zweiten Hall-Elements mit mindestens einem ersten oberen Schwellwert und/oder mit mindestens einem ersten unteren Schwellwert zu vergleichen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Überschreiten des ersten oberen Schwellwerts durch den ASIC eine logische Null auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Unterschreiten des ersten unteren Schwellwerts durch den ASIC eine logische Eins auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Differenz zwischen der Hall-Spannung des zweiten Hall-Elements und des dritten Hall-Elements mit mindestens einem zweiten oberen Schwellwert und/oder mit mindestens einem zweiten unteren Schwellwert zu vergleichen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Überschreiten des zweiten oberen Schwellwerts durch den ASIC eine logische Null auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Unterschreiten des zweiten unteren Schwellwerts durch den ASIC eine logische Eins auszugeben.Furthermore, the sensor arrangement may comprise at least one evaluation unit, wherein the evaluation unit may be configured to detect the first sensor signal and the second sensor signal. The evaluation unit can be designed as a single unit. However, the evaluation unit can also be completely or partially outsourced to a control unit, in particular in a central control. Furthermore, can the evaluation unit may also be integrated in whole or in part in the first incremental angle sensor and / or in the second incremental angle sensor, in particular in the form of at least one ASIC. Here, the common abbreviation ASIC stands for the English term application-specific integrated circuit. Furthermore, the evaluation unit can have at least one first evaluation circuit, wherein the first evaluation circuit is set up to process the first sensor signal. Furthermore, the evaluation unit can have at least one second evaluation circuit, wherein the second evaluation circuit is set up to process the second sensor signal. The first sensor signal and / or the second sensor signal may in particular each comprise a plurality of sensor signals. In particular, the first sensor signal and / or the second sensor signal may each comprise two sensor signals, as described using the example of the differential Hall sensor. In particular, the evaluation unit can be set up to compare the difference between the Hall voltage of the first Hall element and of the second Hall element with at least one first upper threshold value and / or with at least one first lower threshold value. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical zero when the first upper threshold value is exceeded by the ASIC. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical one when the first lower threshold value is undershot by the ASIC. Furthermore, the evaluation unit can be set up to compare the difference between the Hall voltage of the second Hall element and of the third Hall element with at least one second upper threshold value and / or with at least one second lower threshold value. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical zero when the second upper threshold value is exceeded by the ASIC. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical one when the second lower threshold value is undershot by the ASIC.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und/oder aus dem zweiten Sensorsignal die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein um aus einem Vergleich des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignal auf eine Drehrichtung des rotierenden Elements zu schließen. Ferner kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal auf eine Funktionalität der Sensoranordnung zu schließen. Unter einer „Funktionalität der Sensoranordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Zustand betreffend eine Intaktheit, insbesondere eine Funktionsfähigkeit, der Sensoranordnung verstanden werden. So kann die Auswerteeinheit insbesondere eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal, insbesondere aus der Anwesenheit oder der Abwesenheit der Phasenverschiebung auf eine Intaktheit oder einen Defektzustand der Sensoranordnung zu schließen, beispielsweise auf einen durch eine elektromagnetische Störung, insbesondere ein EMV-Ereignis, hervorgerufenen Defektzustand. Hierbei steht die Abkürzung EMV für elektromagnetische Verträglichkeit. Bei einem EMV-Ereignis kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Störereignis handeln.In particular, the evaluation unit may be configured to determine from the first sensor signal and / or from the second sensor signal the at least one rotation property of the rotating element. Furthermore, the evaluation unit can be set up to conclude from a comparison of the first sensor signal and the second sensor signal to a direction of rotation of the rotating element. Furthermore, the evaluation unit can be configured to conclude from the first sensor signal and the second sensor signal to a functionality of the sensor arrangement. Within the scope of the present invention, a "functionality of the sensor arrangement" can basically be understood as meaning a state relating to a healthiness, in particular a functionality, of the sensor arrangement. Thus, the evaluation unit can be set up, in particular, to conclude from the first sensor signal and the second sensor signal, in particular from the presence or absence of the phase shift, an integrity or a defective state of the sensor arrangement, for example, an electromagnetic interference, in particular an EMC fault. Event, caused defect condition. The abbreviation EMC stands for electromagnetic compatibility. An EMC event may in particular be an electromagnetic interference event.
Weiterhin kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal an die Steuereinheit weiterzugeben. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein um das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal an die Steuereinheit weiterzugeben. Wie bereits beschrieben, kann die Auswerteeinheit auch als Teil der Steuereinheit ausgeformt sein. Alternativ kann aber auch die Steuereinheit als Teil der Auswerteeinheit eingerichtet sein. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines mit dem rotierenden elementverbindenden Geberrads umfasst, wobei das Geberrad ein Geberradprofil aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.Furthermore, the sensor arrangement can be set up to pass on the first sensor signal and / or the second sensor signal to the control unit. In particular, the evaluation unit can be set up to pass on the first sensor signal and / or the second sensor signal to the control unit. As already described, the evaluation unit can also be formed as part of the control unit. Alternatively, however, the control unit can also be set up as part of the evaluation unit. In a further aspect of the present invention, a method for determining at least one rotational property of a rotating element about at least one axis of rotation is proposed, the method comprising the use of at least one with the rotating element-connecting encoder wheel, wherein the encoder wheel has a Geberradprofil. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
Die Verfahrensschritte sind:
- a) Erzeugen mindestens eines ersten Sensorsignals durch mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor; und
- b) Erzeugen mindestens eines zweiten Sensorsignals durch mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor, wobei das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.
- a) generating at least one first sensor signal by at least one first incremental angle sensor; and
- b) generating at least one second sensor signal by at least one second incremental angle sensor, wherein the first sensor signal and the second sensor signal are out of phase with each other.
Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen, durchgeführt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung der Sensoranordnung verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. The method can in particular be carried out using a sensor arrangement according to the present invention, that is to say according to one of the abovementioned embodiments or according to one of the embodiments described below in more detail. Accordingly, for definitions and optional configurations, reference may largely be made to the description of the sensor arrangement. However, other embodiments are possible in principle.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- c) Weitergeben des ersten Sensorsignals an eine Steuereinheit.
- c) passing the first sensor signal to a control unit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- d) Weitergeben des zweiten Sensorsignals an die Steuereinheit.
- d) passing the second sensor signal to the control unit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- e) Bestimmen der Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal.
- e) determining the rotation property from the first sensor signal and / or the second sensor signal.
Insbesondere kann die Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal durch eine Auswerteeinheit und/oder durch die Steuereinheit bestimmt werden.In particular, the rotation property of the first sensor signal and / or the second sensor signal can be determined by an evaluation unit and / or by the control unit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- f) Vergleichen des ersten Sensorsignals mit dem zweiten Sensorsignal durch die Steuereinheit.
- f) comparing the first sensor signal with the second sensor signal by the control unit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- g) Vergleichen der aus dem ersten Sensorsignal bestimmten Rotationseigenschaft mit der aus dem zweiten Sensorsignal bestimmten Rotationseigenschaft.
- g) comparing the rotation characteristic determined from the first sensor signal with the rotation characteristic determined from the second sensor signal.
Insbesondere können das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal jeweils eine Mehrzahl von Sensorsignalen umfassenIn particular, the first sensor signal and / or the second sensor signal may each comprise a plurality of sensor signals
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es möglich sein, dass die Sensoranordnung einen einfachen und/oder flexiblen Aufbau, insbesondere einen einfachen und/oder flexiblen Sensoraufbau, aufweisen kann. Insbesondere kann bei einem axial begrenzten Bauraum die Sensoranordnung lediglich ein Geberrad aufweisen und der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das eine Geberrad können in derselben Ebene angeordnet sein. Weiterhin kann die Sensoranordnung bei einem radial begrenzten Bauraum ein erstes Geberrad und ein zweites Geberrad aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor und das erste Geberrad in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor und das zweite Geberrad in einer zweiten Ebene angeordnet sein können. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung wenig Bauraum, insbesondere weniger Bauraum als der Stand der Technik, benötigt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung sehr kleinbauend sein.The Device according to the invention and the method according to the invention have numerous advantages over known devices and methods. In particular, it may be possible for the sensor arrangement to have a simple and / or flexible structure, in particular a simple and / or flexible sensor structure. In particular, in the case of an axially limited installation space, the sensor arrangement may have only one encoder wheel and the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the one encoder wheel may be arranged in the same plane. Furthermore, in the case of a radially limited installation space, the sensor arrangement may have a first encoder wheel and a second encoder wheel, wherein the first incremental angle sensor and the first encoder wheel may be arranged in a first plane, wherein the second incremental angle sensor and the second encoder wheel may be arranged in a second plane. Furthermore, it may be possible that the sensor arrangement according to the invention requires little installation space, in particular less space than the prior art. In particular, the sensor arrangement according to the invention can be very compact.
Ferner kann es möglich sein, dass durch eine Kombination des ersten Inkrementalwinkelsensors und des zweiten Inkrementalwinkelsensors, insbesondere durch die Kombination von zwei Einzelsensoren, hohe Anforderungen an eine funktionale Sicherheit erfüllbar sein können. Weiterhin ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik Kosten reduziert, insbesondere bei der Montage und/oder bei einem vollständigen und/oder teilweisen Wechsel der Sensoranordnung, da der erste Inkrementalwinkelsensor und/oder der zweite Inkrementalwinkelsensor radial bezüglich des mindestens einen Geberrads angeordnet sein können und beispielsweise eine Motorwelle nicht komplett umschließen müssen, wie dies bei anderen Sensoranordnungen des Standes der Technik der Fall sein kann, insbesondere beispielsweise bei einem Resolver. Ferner kann es möglich sein, dass die Sensoranordnung eine Drehrichtung des rotierenden Elements schnell erkennen kann, insbesondere spätestens nach einem Passieren eines Profilelements, insbesondere nach dem Passieren eines Zahns. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren für eine große Anzahl, insbesondere alle Arten, von elektrischen Maschinen einsetzbar sein kann. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass im Falle der vorliegenden Vorrichtung und/oder im Falle des vorliegenden Verfahrens die Drehzahl des rotierenden Elements nicht aus einer Absolutwinkelinformation des Resolvers durch eine Differentiation abgeleitet werden muss.Furthermore, it may be possible that a combination of the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor, in particular by the combination of two individual sensors, can fulfill high requirements for functional safety. Furthermore, it is possible for the sensor arrangement according to the invention to reduce costs compared with the prior art, in particular during assembly and / or during complete and / or partial replacement of the sensor arrangement, since the first incremental angle sensor and / or the second incremental angle sensor are radial with respect to the at least a sensor wheel may be arranged and, for example, a motor shaft must not completely enclose, as may be the case with other sensor arrangements of the prior art, in particular for example in a resolver. Furthermore, it may be possible for the sensor arrangement to recognize a rotational direction of the rotating element quickly, in particular at the latest after a passage of a profile element, in particular after passing a tooth. Furthermore, it may be possible for the device according to the invention and the method according to the invention to be usable for a large number, in particular all types, of electrical machines. Furthermore, it may be advantageous that in the case of the present device and / or in the case of the present method, the rotational speed of the rotating element does not have to be derived from an absolute angle information of the resolver by a differentiation.
Figurenlistelist of figures
Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.Further details and optional features of the invention are shown in the embodiments which are shown schematically in the following drawings.
Es zeigen:
-
1A ,1B und1C einen ersten, als Differenzial-Hall-Sensor ausgestalteten Inkrementalwinkelsensor mit einem Geberrad (1A) , ein erstes Sensorsignal umfassend zwei Signale (1B) und ein weiteres erstes Sensorsignal umfassend zwei Signale (1C) ; -
2 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer Vorderansicht; -
3 ein Ausschnitt eines Geberradprofils in einer Vorderansicht; -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung in einer perspektivischen Ansicht; -
5A ,5B ,6A und6B zwei weitere Ausführungsbeispiele der Sensoranordnung in einer Vorderansicht (5A und6A) sowie jeweils ein Ausschnitt der beiden Sensoranordnungen in einer Draufsicht (5B und6B) ; und -
7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements.
-
1A .1B and1C a first incremental angle sensor designed as a differential Hall sensor with a transmitter wheel (1A) , a first sensor signal comprising two signals (1B) and another first sensor signal comprising two signals (1C) ; -
2 an embodiment of a sensor arrangement in a front view; -
3 a section of a Geberradprofils in a front view; -
4 a further embodiment of the sensor arrangement in a perspective view; -
5A .5B .6A and6B two further embodiments of the sensor arrangement in a front view (5A and6A) and in each case a section of the two sensor arrangements in a plan view (5B and6B) ; and -
7 a flowchart of a method according to the invention for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Sensoranordnung
Die
Die Sensorvorrichtung
Das Geberrad
Insbesondere kann das Geberrad
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung
Auch die weiter unten noch eingeführten und näher beschriebenen Winkel β und γ können den Gleichungen (1) und (2) genügen.The angles β and γ, which are still introduced below and described in greater detail, can also satisfy equations (1) and (2).
Die
Weiterhin kann die Sensoranordnung
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse
Wie in
Weiterhin kann das Verfahren auch weitere, in den Figuren nicht dargestellte Schritte umfassen. Insbesondere kann das Verfahren einen oder mehrere oder alle der folgenden Schritte umfassen:
- c) Weitergeben des ersten Sensorsignals
122 an eine Steuereinheit. - d) Weitergeben des zweiten Sensorsignals an die Steuereinheit.
- e) Bestimmen der Rotationseigenschaft aus
dem ersten Sensorsignal 122 und/oder dem zweiten Sensorsignal.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
- f) Vergleichen des ersten Sensorsignals
122 mit dem zweiten Sensorsignal durch die Steuereinheit.
- g) Vergleichen der aus
dem ersten Sensorsignal 122 bestimmten Rotationseigenschaft mit der aus dem zweiten Sensorsignal bestimmten Rotationseigenschaft.
- c) passing on the
first sensor signal 122 to a control unit. - d) passing the second sensor signal to the control unit.
- e) determining the rotation characteristic from the
first sensor signal 122 and / or the second sensor signal.
Furthermore, the method may include:
- f) comparing the
first sensor signal 122 with the second sensor signal by the control unit.
- g) comparing the from the
first sensor signal 122 determined rotation property with the rotation characteristic determined from the second sensor signal.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |