DE102018213648A1 - Sensor system and method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst mindestens einen ersten Sensor (114) und mindestens einen zweiten Sensor (116), dadurch gekennzeichnet, dass
• das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren magnetischen Hohlkörper (118) umfasst, wobei der magnetische Hohlkörper (118) einen Innenraum (122) einschließt und drehbar um eine Drehachse (120) gelagert ist;
• der erste Sensor (114) und der zweite Sensor (116) derart angeordnet sind, dass der erste Sensor (114) und der zweite Sensor (116) jeweils ein Messsignal in Abhängigkeit von einer Wechselwirkung mit einem Magnetfeld des magnetischen Hohlkörpers (118) generieren.
A sensor system (110) is proposed for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation (112). The sensor system (110) comprises at least a first sensor (114) and at least a second sensor (116), characterized in that
• the sensor system (110) further comprises at least one magnetic hollow body (118) which can be connected to the rotating element, the magnetic hollow body (118) enclosing an interior space (122) and being rotatably mounted about an axis of rotation (120);
• The first sensor (114) and the second sensor (116) are arranged such that the first sensor (114) and the second sensor (116) each generate a measurement signal as a function of an interaction with a magnetic field of the magnetic hollow body (118) ,
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120-129 beschrieben. Beispielsweise kann eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden.Numerous sensors are known from the prior art which detect at least one rotational property of rotating elements. Examples of such sensors are described in Konrad Reif (ed.): Sensors in a motor vehicle, 2nd edition, 2012, pages 63-74 and 120-129. For example, a position of a camshaft of an internal combustion engine relative to a crankshaft with a phase generator can be determined by means of a Hall sensor.
Beispielsweise für eine Realisierung einer Traktion in Elektrofahrzeugen werden häufig entweder Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen verwendet, welche jeweils aus einem ortsfesten Stator und einem sich drehenden Rotor bestehen. Um eine Drehzahl des Rotors oder ein Drehmoment zu ermitteln, wird häufig ein so genannter Resolver verwendet. Bei diesem handelt es sich in der Regel um einen elektromagnetischen Messumformer, bei dem ein Rotorpaket drehzahlfest auf der Welle des Motors montiert ist. Kreisringförmig umlaufend sind auf einem Stator eine Erregerspule sowie zwei Empfangsspulen montiert. Die Erregerspule wird mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt und durchsetzt die gesamte Anordnung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld. Drehwinkelabhängig wird nun in der ersten Empfangsspule eine sinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert während in der zweiten Empfangsspule eine cosinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert wird. Der Resolver benötigt allerdings in der Regel relativ viel Bauraum, zieht eine komplexe Signalbereitstellung und Signalaufbereitung nach sich und muss in der Regel mit sehr geringen mechanischen Toleranzen montiert werden, um eine ausreichend hohe Genauigkeit zu erreichen. Aus diesen Gründen sind die Systemkosten entsprechend hoch. Weiterhin ist es in der Regel nicht möglich, aus Platzgründen auf den Stator des Resolvers ein redundantes Empfangsspulensystem zu montieren, um die Verfügbarkeit des Sensors zu erhöhen. Daraus folgt, dass ein Ausfall des Sensors in vielen Fällen zu einem Ausfall des Fahrzeugs führt. Neben elektromagnetischen Resolvern existierten auch optische Resolver, wie beispielsweise in
Weiter bekannt sind beispielsweise induktive Absolutwinkelsensoren, insbesondere basierend auf einem Wirbelstromeffekt, wie beispielsweise aus
Weiter bekannt, beispielsweise aus
Weiter sind, beispielsweise aus
Weiter bekannt sind Absolutwinkelsensoren, die auf der Messung einer ortsaufgelösten Magnetfeldstärke basieren. Prinzipiell wird hier ein geeignet magnetisiertes Target ortsfest mit der Welle verbunden und die Orientierung der Magnetfeldlinien detektiert, ähnlich wie in einem Kompass. Mögliche Ausführungsformen basieren auf magnetoresistiven Effekten oder dem Hall-Effekt und sind kommerziell verfügbar. Redundante Umsetzungen sind hierbei jedoch schwierig zu realisieren. Ebenso wären hier common cause Fehler nur schwierig zu detektieren, da im Normallfall zwei identische ASICs in redundanten Systemen eingesetzt werden.Also known are absolute angle sensors, which are based on the measurement of a spatially resolved magnetic field strength. In principle, a suitably magnetized target is fixedly connected to the shaft and the orientation of the magnetic field lines is detected, similar to a compass. Possible embodiments are based on magnetoresistive effects or the Hall effect and are commercially available. However, redundant implementations are difficult to implement. Common cause errors would also be difficult to detect here, since two identical ASICs are normally used in redundant systems.
Trotz der durch derartige Sensorvorrichtungen bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Verbesserungspotenzial. Derartige Sensorvorrichtungen weisen üblicherweise einen hohen Bedarf an einen benötigten Bauraum auf. Dieser steht jedoch grundsätzlich nicht immer zur Verfügung.Despite the improvements brought about by such sensor devices, there is still room for improvement. Such sensor devices usually have a high requirement for the space required. However, this is not always available.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements sowie ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, welches die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren adressiert. Insbesondere soll ein Bedarf eines Bauraums der Sensoranordnung reduziert werden.Within the scope of the present invention, therefore, a sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis and a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis are proposed, which have the disadvantages of the devices known from the prior art and Procedure addressed. In particular, the need for a space in the sensor arrangement is to be reduced.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Sensorsystem umfasst mindestens einen ersten Sensor und mindestens einen zweiten Sensor. Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren magnetischen Hohlkörper. Der magnetische Hohlkörper schließt einen Innenraum ein und ist drehbar um eine Drehachse des magnetischen Hohlkörpers gelagert. Der erste Sensor und der zweite Sensor sind derart angeordnet, dass der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils ein Messsignal in Abhängigkeit von einer Wechselwirkung mit einem Magnetfeld des magnetischen Hohlkörpers generieren.In a first aspect of the present invention, a sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis is proposed. The sensor system comprises at least one first sensor and at least one second sensor. The sensor system further comprises at least one magnetic hollow body that can be connected to the rotating element. The magnetic hollow body includes an interior and is rotatably mounted about an axis of rotation of the magnetic hollow body. The first sensor and the second sensor are arranged such that the first sensor and the second sensor each generate a measurement signal as a function of an interaction with a magnetic field of the magnetic hollow body.
Der erste Sensor kann ein Inkrementalwinkelsensor sein und eingerichtet sein, ein erstes Signal in Abhängigkeit einer relativen Winkelposition des magnetischen Hohlkörpers zu generieren. Der zweite Sensor kann ein Absolutwinkelsensor sein und eingerichtet sein, ein zweites Signal in Abhängigkeit einer absoluten Winkelposition magnetischen Hohlkörpers zu generieren.The first sensor can be an incremental angle sensor and can be set up to generate a first signal as a function of a relative angular position of the magnetic hollow body. The second sensor can be an absolute angle sensor and can be set up to generate a second signal as a function of an absolute angular position of the magnetic hollow body.
Unter einem „Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Unter einem Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft wird dementsprechend ein Sensorsystem verstanden, welches eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen, beispielsweise zu messen, und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Insbesondere kann das Sensorsystem ein Rotorlagesensor und/oder ein Rotorpositionssensor sein oder umfassen.In the context of the present invention, a “sensor system” is understood in principle to be any device which is suitable for detecting at least one measurement variable. A sensor system for determining at least one rotation property is accordingly understood to be a sensor system which is set up to detect, for example measure, the at least one rotation property and which, for example, can generate at least one electrical signal corresponding to the detected property, such as a voltage or a Electricity. Combinations of properties can also be recorded. In particular, the sensor system can be or comprise a rotor position sensor and / or a rotor position sensor.
Unter einer „Rotationseigenschaft“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft 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, eine Winkelbeschleunigung oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.In the context of the present invention, a “rotation property” is basically understood to be a property that at least partially describes the rotation of the rotating element. This can be, for example, an angular velocity, a rotational speed, an angular acceleration, an angular position or another property which can at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. For example, the Rotation property is a position, in particular an angular position, an angular acceleration or a combination of at least two of these quantities. Other properties and / or other combinations of properties can also be ascertainable.
Unter einer „Winkelposition“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder eines Geberrads des Sensorsystems, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden. In the context of the present invention, an “angular position” basically means an angle of rotation of a device capable of rotation, for example the rotating element or a sensor wheel of the sensor system, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation.
Insbesondere kann eine Winkelposition auf eine vorherige Winkelposition bezugnehmen, beispielsweise Bezug auf einen zu einem früheren Zeitpunkt vorliegenden Drehwinkel nehmen. Insbesondere kann eine auf eine vorherige Winkelposition bezugnehmende Winkelposition als inkrementale Winkelposition, beispielsweise als Inkrementalwinkel, bezeichnet werden. Weiterhin kann eine Winkelposition auch absolut, d. h. ohne Bezugnahme auf eine vorherige Winkelposition, angegeben sein. Insbesondere kann eine sich nicht auf eine vorherige Winkelposition, beispielsweise nicht auf einen Drehwinkel, beziehende Winkelposition als absolute Winkelposition, beispielsweise als Absolutwinkel, bezeichnet werden.In particular, an angular position can refer to a previous angular position, for example refer to an angle of rotation that was present at an earlier point in time. In particular, an angular position referring to a previous angular position can be referred to as an incremental angular position, for example as an incremental angle. Furthermore, an angular position can also be absolute, i.e. H. without reference to a previous angular position. In particular, an angular position that does not relate to a previous angular position, for example not to an angle of rotation, can be referred to as an absolute angular position, for example as an absolute angle.
Der Begriff „Drehung“ bezeichnet im Allgemeinen eine Selbstabbildung eines Objektes mit mindestens einem Fixpunkt. Bei einer Drehung können Abstände, Längen und Winkel des Objekts unverändert bleiben, nur eine Lage kann sich verändern. Bei der Drehung kann ein Punkt fest sein, der seine Lage nicht ändert. Der Punkt kann als Fixpunkt oder Drehzentrum bezeichnet werden. Bei der Drehung werden grundsätzlich alle Punkte des Objektes um einen gleichen Drehwinkel verschoben, welcher als Winkel zwischen P und P' bezeichnet werden kann. Das Objekt ändert bei der Drehung grundsätzlich nur seine Lage, sein Aussehen bleibt gleich. Dies kommt daher, dass der Abstand der Punkte P und P' zum Drehzentrum Z identisch bleibt. Unter einem „Drehwinkel“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Winkel verstanden, um den ein geometrisches Objekt gedreht wird. Der Drehwinkel ist somit bei allen Punkten des Objektes gleich.The term "rotation" generally refers to a self-image of an object with at least one fixed point. With a rotation, distances, lengths and angles of the object can remain unchanged, only one position can change. When rotating, a point can be fixed that does not change its position. The point can be referred to as a fixed point or center of rotation. During rotation, all points of the object are fundamentally shifted by the same angle of rotation, which can be referred to as the angle between P and P '. The object basically only changes its position during rotation, its appearance remains the same. This is because the distance between the points P and P 'to the center of rotation Z remains identical. In the context of the present invention, a “rotation angle” is basically understood to mean an angle around which a geometric object is rotated. The angle of rotation is therefore the same at all points of the object.
Das Sensorsystem kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Unter einem „rotierenden Element“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden, welches um mindestens eine Achse, insbesondere um eine Rotationsachse, rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle sein, beispielsweise eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Nockenwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.The sensor system can in particular be set up for use in a motor vehicle. In the context of the present invention, a “rotating element” is basically understood to mean any element that rotates about at least one axis, in particular about an axis of rotation. For example, the rotating element can be a shaft, for example a shaft in a drive machine, for example a camshaft or a crankshaft. For example, an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or an angular acceleration of a camshaft or a combination of at least two of these variables can be determined. Other properties and / or other combinations of properties can also be ascertainable.
Das Sensorsystem kann insbesondere in einer Asynchronmaschine oder in einer Synchronmaschine eingesetzt werden, welche jeweils aus einem ortsfesten Stator und einem sich drehenden Rotor aufweisen. Die Asynchronmaschine und/oder die Synchronmaschine kann für eine Realisierung einer Traktion in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Der Stator kann insbesondere drei, beispielsweise um 120°/p zueinander versetzte Wicklungsstränge, umfassen, wobei p eine Anzahl von Polpaaren repräsentiert. Bei Asynchronmaschinen umfasst der Rotor üblicherweise aus an Enden ringförmig kurzgeschlossenen elektrisch leitfähigen Stäben. Bei einer Drehung eines Rotorfeldes kann so in den Stäben eine Spannung induziert werden, welche einen Stromfluss hervorruft, welcher wiederum ein Gegenmagnetfeld aufbaut und es zu einer rotatorischen Bewegung kommt. Die induzierte Spannung ist Null, wenn sich Statorfeld und Rotor gleich schnell drehen. Es stellt sich eine Drehzahldifferenz ein, welche als Schlupf bezeichnet wird und welche sich auf das Drehmoment des Motors auswirkt. Bei Synchronmaschinen umfasst der Rotor einen Läufer, welcher eine Erregerspule trägt, in welcher ein Gleichstrom fließt und ein statisches Magnetfeld erzeugt. Alternativ dazu kann ein Permanentmagnet als Rotor verwendet werden. Es handelt sich dann um eine permanent erregte Synchronmaschine, welche aufgrund der leistungslosen Erregung einen höheren Wirkungsgrad aufweist und so für Traktionsanwendungen geeigneter sein kann. Eine Drehzahl des Rotors kann identisch zur Drehzahl eines Erregerfelds sein. Das Drehmoment kann von einem Phasenversatz, also einer Winkeldifferenz zwischen Statorfeld und Rotor, abhängen. Zur Ansteuerung der Leistungselektronik und entsprechenden Bereitstellung einer elektrischen Leistung für die Statorspulen muss für Asynchronmaschinen die Drehzahl des Rotors und für Synchronmaschinen eine Absolutwinkelstellung des Rotors bekannt sein.The sensor system can be used in particular in an asynchronous machine or in a synchronous machine, each of which has a stationary stator and a rotating rotor. The asynchronous machine and / or the synchronous machine can be used to implement traction in electric vehicles. The stator can in particular comprise three winding strands, for example offset by 120 ° / p to one another, where p represents a number of pole pairs. In asynchronous machines, the rotor usually comprises electrically conductive rods short-circuited at the ends. When a rotor field is rotated, a voltage can be induced in the rods, which causes a current to flow, which in turn builds up a counter-magnetic field and a rotational movement occurs. The induced voltage is zero if the stator field and rotor rotate at the same speed. There is a speed difference, which is referred to as slip and which affects the torque of the engine. In synchronous machines, the rotor comprises a rotor that carries an excitation coil in which a direct current flows and generates a static magnetic field. Alternatively, a permanent magnet can be used as the rotor. It is then a permanently excited synchronous machine, which has a higher efficiency due to the powerless excitation and can therefore be more suitable for traction applications. A speed of the rotor can be identical to the speed of an excitation field. The torque can depend on a phase offset, that is to say an angular difference between the stator field and the rotor. To control the power electronics and correspondingly provide electrical power for the stator coils, the speed of the rotor for asynchronous machines and an absolute angular position of the rotor for synchronous machines must be known.
Unter einem „Sensor“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens zwei Messgrößen zu erfassen, beispielsweise zu messen. Unter einem System wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine aus einer Mehrzahl von Komponenten bestehende Vorrichtung verstanden. Das Sensorsystem umfasst mindestens zwei Sensoren. Insbesondere kann das Sensorsystem zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft des rotierenden Elements beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der mindestens einen Rotationseigenschaft des rotierenden Elements erzeugen, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Insbesondere kann das Sensorsystem zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft das mindestens eine elektrische Signal beispielsweise auch auswerten.In the context of the present invention, a “sensor” is basically understood to mean any device which is suitable for detecting, for example measuring, at least two measured variables. In the context of the present invention, a system is understood to mean a device consisting of a plurality of components. The sensor system comprises at least two sensors. In particular, the sensor system can be used, for example, to determine the at least one rotational property of the rotating element generate at least one electrical signal corresponding to the at least one rotational property of the rotating element, such as a voltage or a current. Combinations of properties can also be recorded. In particular, the sensor system for determining the at least one rotational property can, for example, also evaluate the at least one electrical signal.
Die Bezeichnungen „erster Sensor“ und „zweiter Sensor“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Sensoren bzw. zweiten Sensoren oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Sensoren, beispielsweise eine oder mehrere dritte Sensoren vorhanden sein.The designations “first sensor” and “second sensor” are to be regarded as pure descriptions without specifying an order or ranking and, for example, without excluding the possibility that several types of first sensors or second sensors or exactly one type can be provided. Additional sensors, for example one or more third sensors, may also be present.
Wie oben bereits ausgeführt, kann der erste Sensor des Sensorsystems ein Inkrementalwinkelsensor sein. So kann der erste Sensor beispielsweise eingerichtet sein, um mindestens eine inkrementale Winkelposition, insbesondere einen Inkrementalwinkel, des rotierenden Elements zu bestimmen. Der erste Sensor kann eingerichtet sein, eine Drehzahl und/oder eine Drehrichtung zu bestimmen. Wie oben bereits ausgeführt, ist kann der zweite Sensor des Sensorsystems ein Absolutwinkelsensor sein. So kann der zweite Sensor beispielsweise eingerichtet sein, um mindestens eine absolute Winkelposition, beispielsweise einen Absolutwinkel, des rotierenden Elements zu bestimmen. Insbesondere kann der zweite Sensor eingerichtet sein, um ein zweites Signal in Abhängigkeit einer absoluten Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren. Bezüglich der Begriffe „Inkrementalwinkel“ und „Absolutwinkel“ kann auf obige Erläuterungen verwiesen werden. Beispielsweise kann der erste Sensor eingerichtet sein, um ein erstes Signal in Abhängigkeit einer relativen Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren.As already stated above, the first sensor of the sensor system can be an incremental angle sensor. For example, the first sensor can be set up to determine at least one incremental angular position, in particular an incremental angle, of the rotating element. The first sensor can be set up to determine a speed and / or a direction of rotation. As already stated above, the second sensor of the sensor system can be an absolute angle sensor. For example, the second sensor can be set up to determine at least one absolute angular position, for example an absolute angle, of the rotating element. In particular, the second sensor can be set up to generate a second signal as a function of an absolute angular position of the rotating element. With regard to the terms “incremental angle” and “absolute angle”, reference can be made to the above explanations. For example, the first sensor can be set up to generate a first signal as a function of a relative angular position of the rotating element.
Beispielsweise kann der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils mindestens einen Sensor umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Magnetsensor und einem induktiven Sensor, insbesondere einem induktiven Positionssensor. Unter einem „induktiven Positionssensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, der ein Signal entsprechend einer erfassten Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein Messsignal, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei eine Erzeugung des Messsignals auf einer Änderung eines magnetischen Flusses beruht. For example, the first sensor and the second sensor can each comprise at least one sensor selected from the group consisting of: a magnetic sensor and an inductive sensor, in particular an inductive position sensor. An “inductive position sensor” can in principle be understood in the context of the present invention to be any sensor that can generate a signal corresponding to a detected property, in particular a measurement signal, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current, wherein the measurement signal is generated is based on a change in magnetic flux.
Insbesondere kann die erfasste Eigenschaft eine Position, beispielsweise eine Winkelposition umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem induktiven Positionssensor um einen induktiven Magnetsensor handeln. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.In particular, the detected property can include a position, for example an angular position. In particular, the inductive position sensor can be an inductive magnetic sensor. However, other configurations are also possible in principle.
Insbesondere kann der zweite Sensor eingerichtet sein, um mit dem magnetischen Hohlkörper zu wechselwirken. Beispielsweise kann der zweite Sensor insbesondere mit dem Magnetfeld des magnetischen Hohlkörpers wechselwirken. So kann eine Wechselwirkung des zweiten Sensors mit dem Magnetfeld des magnetischen Hohlkörpers beispielsweise entsprechend einer Rotation des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere entsprechend einer Rotation des rotierenden Elements, bewirkt werden. Der zweite Sensor kann eingerichtet sein, eine Orientierung eines sich drehenden Magnetfelds zu detektieren.In particular, the second sensor can be set up to interact with the magnetic hollow body. For example, the second sensor can in particular interact with the magnetic field of the magnetic hollow body. An interaction of the second sensor with the magnetic field of the magnetic hollow body can be effected, for example, in accordance with a rotation of the magnetic hollow body, in particular in accordance with a rotation of the rotating element. The second sensor can be set up to detect an orientation of a rotating magnetic field.
Insbesondere können die mindestens zwei Sensoren jeweils auf mindestens einem unterschiedlichen Effekt beruhen. So kann beispielsweise jeder der mindestens zwei Sensoren auf einem anderen Effekt beruhen. Insbesondere können die unterschiedlichen Effekte auf denen die mindestens zwei Sensoren beruhen ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Hall-Effekt; einem anisotropen magnetoresistive Effekt (AMR-Effekt); einem Riesenmagnetowiderstand Effekt (GMR-Effekt); einem magnetischen Tunnelwiderstand Effekt (TMR-Effekt); einem kolossalen magnetoresistiven Effekt (CMR-Effekt).In particular, the at least two sensors can each be based on at least one different effect. For example, each of the at least two sensors can be based on a different effect. In particular, the different effects on which the at least two sensors are based can be selected from the group consisting of: a Hall effect; an anisotropic magnetoresistive effect (AMR effect); a giant magnetoresistance effect (GMR effect); a magnetic tunnel resistance effect (TMR effect); a colossal magnetoresistive effect (CMR effect).
Das Sensorsystem kann weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit umfassen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit beispielsweise eingerichtet sein, um das erste Signal des ersten Sensors und das zweite Signal des zweiten Sensors auszuwerten.The sensor system can further comprise at least one evaluation unit. In particular, the evaluation unit can be set up, for example, to evaluate the first signal of the first sensor and the second signal of the second sensor.
Weiterhin kann die Auswerteeinheit beispielsweise eingerichtet sein, um die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu bestimmen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit beispielsweise eingerichtet sein, um die mindestens eine Rotationseigenschaft aus einer Kombination des ersten Signals und des zweiten Signals zu bestimmen.Furthermore, the evaluation unit can be set up, for example, to determine the at least one rotational property of the rotating element from the first signal and the second signal. In particular, the evaluation unit can be set up, for example, to determine the at least one rotational property from a combination of the first signal and the second signal.
Das Sensorsystem kann weiterhin mindestens ein Gehäuse aufweisen. Unter einen „Gehäuse“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche vorzugsweise dem Sensorsystem eine mechanische Stabilität und/oder eine Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen verleiht. Insbesondere kann das Gerätegehäuse ganz oder teilweise aus mindestens einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial.The sensor system can also have at least one housing. In the context of the present invention, a “housing” is understood in principle to mean any device which preferably gives the sensor system mechanical stability and / or stability against environmental influences. In particular, the device housing can be made entirely or partially of at least one plastic material, for example from an injection molded plastic material.
Beispielsweise können die mindestens zwei Sensoren in dem Gehäuse angeordnet sein. Insbesondere können die Sensoren beispielsweise von dem Gehäuse aufgenommen, vorzugsweise zumindest teilweise umgeben, sein. So können die Sensoren beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse eingebettet, beispielsweise eingegossen, sein. Weiterhin können die Sensoren beispielsweise über elektrische Leiterbahnen, insbesondere über Stromschienen, beispielsweise mit der Auswerteeinheit in elektrischen Kontakt stehen, beispielsweise elektrisch verbunden sein.For example, the at least two sensors can be arranged in the housing. In particular, the sensors can be accommodated, for example, at least partially surrounded by the housing. For example, the sensors can be embedded, for example cast, in a plastic housing. Furthermore, the sensors can for example be in electrical contact with the evaluation unit, for example via electrical conductor tracks, in particular via busbars, for example electrically connected.
Insbesondere kann das Sensorsystem beispielsweise weiterhin mindestens einen Stecker aufweisen. Insbesondere kann der Stecker ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet und/oder zumindest teilweise von dem Gehäuse umgeben sein. Beispielsweise kann das Gehäuse mittels des Steckers mechanisch fixiert, insbesondere mechanisch aufgenommen werden, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Weiterhin kann der Stecker des Sensorsystems vorzugsweise eingerichtet sein, um die mindestens zwei Sensoren des Sensorsystems an einem Steuergerät anzuschließen. Der Stecker kann insbesondere zum Anschluss des Sensorsystems an ein Steuergerät, insbesondere an ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet sein. So kann der Stecker des Sensorsystems beispielsweise eingerichtet sein, um sowohl eine mechanische Befestigung des Gehäuses, als auch eine elektrische Kontaktierung, beispielsweise eine Verbindung, zwischen den mindestens zwei Sensoren und einem Steuergerät, insbesondere einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, zu ermöglichen. Weiterhin kann das Sensorsystem weitere Komponenten wie beispielsweise Microcontroller, Entstörkondensatoren oder ähnliches aufweisen, welche beispielsweise auch in dem Gehäuse angeordnet sein können.In particular, the sensor system can, for example, continue to have at least one connector. In particular, the plug can also be arranged in the housing and / or at least partially surrounded by the housing. For example, the housing can be fixed mechanically, in particular mechanically, by means of the plug, for example in a motor vehicle. Furthermore, the connector of the sensor system can preferably be set up to connect the at least two sensors of the sensor system to a control unit. The plug can in particular be set up to connect the sensor system to a control unit, in particular to a control unit of a motor vehicle. For example, the plug of the sensor system can be set up to enable both mechanical fastening of the housing and electrical contacting, for example a connection, between the at least two sensors and a control unit, in particular a control unit of a motor vehicle. Furthermore, the sensor system can have further components such as, for example, microcontrollers, interference suppression capacitors or the like, which can also be arranged in the housing, for example.
Das Gehäuse kann insbesondere mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Polymer; einem Kunststoff; einem thermoplastischen Kunststoff; einem Polybutylenterephthalat (PBT), beispielsweise PBT-HR; einem Polyphenylensulfid (PPS); einem Polyamid, beispielsweise PA66.The housing can in particular comprise at least one material selected from the group consisting of: a polymer; a plastic; a thermoplastic; a polybutylene terephthalate (PBT), for example PBT-HR; a polyphenylene sulfide (PPS); a polyamide, for example PA66.
Unter einem „magnetischen Hohlkörper“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges einen Hohlraum aufweisendes Element verstanden, welches ein Magnetfeld ausbilden oder erzeugen kann. Unter einem „Hohlraum“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger in mindestens einer Ebene vollständig umschlossener Bereich verstanden. So kann es sich bei dem magnetischen Hohlkörper insbesondere um einen magnetischen Zylinder, beispielsweise einen Ring, handeln. Insbesondere kann der magnetische Hohlkörper beispielsweise einen Permanent- oder Dauermagneten aufweisen und/oder mindestens ein magnetisiertes Element umfassen. Der magnetische Hohlkörper kann daher auch als magnetischer Hohlzylinder bezeichnet werden.In the context of the present invention, a “magnetic hollow body” is basically understood to mean any element which has a cavity and which can form or generate a magnetic field. In the context of the present invention, a “cavity” is basically understood to mean any region that is completely enclosed in at least one plane. The magnetic hollow body can in particular be a magnetic cylinder, for example a ring. In particular, the magnetic hollow body can have, for example, a permanent or permanent magnet and / or comprise at least one magnetized element. The magnetic hollow body can therefore also be referred to as a magnetic hollow cylinder.
Der magnetische Hohlkörper kann insbesondere mindestens ein Polpaar umfassen. Unter einem „Polpaar“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich zwei magnetische Pole verstanden, die nur paarweise auftreten können und zwischen denen sich ein Magnetfeld ausbildet. So kann beispielsweise der magnetische Hohlkörper mindestens einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol aufweisen zwischen denen sich ein Magnetfeld ausbildet. Der magnetische Nordpol und der magnetische Südpol können eine jeweils komplementäre Magnetisierung aufweisen. Der magnetische Hohlkörper kann beispielsweise auch mindestens zwei Polpaare, insbesondere mindestens zwei magnetische Nordpole und mindestens zwei magnetische Südpole, aufweisen. Der magnetische Nordpol und der magnetischen Südpol können jeweils punktsymmetrisch um die Drehachse angeordnet sein. Entlang eines beliebig verlaufendes Kreises innerhalb des magnetischen Hohlkörpers, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, wechseln sich somit immer magnetische Nord- und Südpole ab.The magnetic hollow body can in particular comprise at least one pair of poles. In the context of the present invention, a “pole pair” is basically understood to mean two magnetic poles that can only occur in pairs and between which a magnetic field is formed. For example, the magnetic hollow body can have at least one magnetic north pole and one magnetic south pole, between which a magnetic field is formed. The magnetic north pole and the magnetic south pole can each have a complementary magnetization. The magnetic hollow body can, for example, also have at least two pole pairs, in particular at least two magnetic north poles and at least two magnetic south poles. The magnetic north pole and the magnetic south pole can each be arranged symmetrically about the axis of rotation. Magnetic north and south poles always alternate along an arbitrary circle within the magnetic hollow body, the center of which lies on the axis of rotation.
Beispielsweise kann das rotierende Element einen Rotor eines elektrischen Antriebs umfassen, wobei in diesem Fall insbesondere eine Anzahl der Polpaare des magnetischen Hohlkörpers beispielsweise auch einer Anzahl von Antriebspolpaaren des elektrischen Antriebs entsprechen kann. Der magnetische Nordpol und der magnetische Südpol können auch als diametral magnetisierte Bereiche bezeichnet werden. Der magnetische Hohlkörper kann demnach mindestens zwei der diametral magnetisierte Bereiche, d.h. mindestens zwei auf einem Durchmesser des magnetischen Hohlkörpers gelegene magnetisierte Bereiche, aufweisen.For example, the rotating element can comprise a rotor of an electric drive, in which case in particular a number of the pole pairs of the magnetic hollow body can for example also correspond to a number of drive pole pairs of the electric drive. The magnetic north pole and the magnetic south pole can also be referred to as diametrically magnetized regions. The magnetic hollow body can accordingly at least two of the diametrically magnetized areas, i.e. have at least two magnetized regions located on a diameter of the magnetic hollow body.
Der magnetische Hohlkörper kann mindestens ein hartmagnetisches Material umfassen. Weiterhin kann der magnetische Hohlkörper mindestens ein ferromagnetisches Material umfassen. Insbesondere kann der magnetische Hohlkörper das hartmagnetische Material und das ferromagnetisches Material umfassen. Das hartmagnetische Material kann zumindest teilweise mit dem ferromagnetischen Material beschichtet sein. Das hartmagnetische Material kann eine Legierung bzw. eine Keramik umfassen. Die Legierung bzw die Keramik kann mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Eisen, Cobalt, Nickel, Ferrite. Das hartmagnetische Material kann insbesondere Samarium-Cobalt, Neodym-Eisen-Bor und/oder magnetisierte metallische Legierungen aus Eisen, Nickel und/oder Aluminium mit Zusätzen aus Cobalt, Mangan und/oder Kupfer umfassen. Weiterhin kann das hartmagnetische Material Polymere mit magnetisierbaren Zusätzen aufweisen. Das hartmagnetische Material kann ein statisches Magnetfeld aufweisen. Das ferromagnetische Material kann eingerichtet sein, sich magnetisieren zu lassen und in einem Kontakt mit einem anderen Magneten selbst zu einem Magneten zu werden. Das ferromagnetische Material umfasst eine Vielzahl von Weißschen Bezirken. In einem unmagnetisierten Zustand können ein Weißschen Bezirke ungeordnet vorliegen. In einem magnetisierten Zustand können die Weißschen Bezirke zumindest teilweise ausgerichtet vorliegen. Das ferromagnetische Material kann eine Legierung umfassen. Die Legierung kann mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Eisen, Cobalt, Nickel, Ferrite.The magnetic hollow body can comprise at least one hard magnetic material. Furthermore, the magnetic hollow body can comprise at least one ferromagnetic material. In particular, the magnetic hollow body can comprise the hard magnetic material and the ferromagnetic material. The hard magnetic material can be at least partially coated with the ferromagnetic material. The hard magnetic material can comprise an alloy or a ceramic. The alloy or ceramic can have at least one element selected from the group consisting of: iron, cobalt, nickel, ferrite. The hard magnetic material can in particular samarium-cobalt, neodymium-iron-boron and / or magnetized include metallic alloys of iron, nickel and / or aluminum with additions of cobalt, manganese and / or copper. Furthermore, the hard magnetic material can have polymers with magnetizable additives. The hard magnetic material can have a static magnetic field. The ferromagnetic material can be designed to be magnetized and to become a magnet itself in contact with another magnet. The ferromagnetic material comprises a large number of Weiss areas. In an unmagnetized state, a Weiss district can be disordered. In a magnetized state, the Weiss districts can be at least partially aligned. The ferromagnetic material can comprise an alloy. The alloy can have at least one element selected from the group consisting of: iron, cobalt, nickel, ferrite.
Der Begriff „Innenraum“ bezeichnet grundsätzlich einen Bereich oder Teil eines beliebigen Objekts, welcher ganz oder teilweise von anderen Teilen des Objekts umschlossen ist. Das Objekt kann insbesondere ein oder mehrere Wände aufweisen und der Innenraum zumindest teilweise durch die Wände ausgebildet sein. Die Wände können insbesondere jeweils eine nach außen gewandte Seite und eine nach innen gewandet Seite aufweisen. Die nach außen gewandte Seite kann einer äußeren Umgebung des Objekts zugewandt sein. Die nach innen gewandte Seite kann dem Innenraum zugewandt sein. Der Innenraum kann offen oder auch geschlossen ausgebildet sein. Ein geschlossener Innenraum kann allseitig von ein oder mehreren Wänden des Objekts umschlossen sein Ein offener Innenraum kann mindestens einen Bereich aufweisen, welcher direkt mit der äußeren Umgebung des Objekts verbunden ist. Der Innenraum kann der Hohlraum sein gemäß der oben beschriebenen Definition oder den Hohlraum umfassen. Wie bereits oben ausgeführt, sind der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils innerhalb des Innenraums, also im Bereich des Innenraums angeordnet. Der erste Sensor und der zweite Sensor können jeweils in dem Hohlraum des magnetischen Hohlkörpers angeordnet sein.The term “interior space” basically designates an area or part of any object which is wholly or partly enclosed by other parts of the object. The object can in particular have one or more walls and the interior can be at least partially formed by the walls. The walls can in particular each have an outwardly facing side and an inwardly facing side. The side facing outwards can face an external environment of the object. The side facing inwards can face the interior. The interior can be open or closed. A closed interior can be enclosed on all sides by one or more walls of the object. An open interior can have at least one area which is directly connected to the external environment of the object. The interior may be the cavity as defined above or may include the cavity. As already explained above, the first sensor and the second sensor are each arranged within the interior, that is to say in the region of the interior. The first sensor and the second sensor can each be arranged in the cavity of the magnetic hollow body.
Die Begriffe „Drehachse“ und „Rotationsachse“ bezeichnen jeweils eine Gerade um die ein beliebiger Körper sich dreht oder drehen kann. Der Begriff „Rotationsachse“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Gerade, um welche das rotierende Element drehbar gelagert ist. Der Begriff „Drehachse“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Gerade, um welche der magnetische Hohlkörper drehbar gelagert ist. Die Drehachse und Rotationsachse können identisch sein. Die Drehachse und die Rotationsachse können jedoch auch von einander verschieden sein. Beispielsweise können die Drehachse und die Rotationsachse versetzt zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die Drehachse und die Rotationsachse parallel zueinander angeordnet sein.The terms "axis of rotation" and "axis of rotation" each denote a straight line around which any body rotates or can rotate. In the context of the present invention, the term “axis of rotation” denotes a straight line around which the rotating element is rotatably mounted. In the context of the present invention, the term “axis of rotation” denotes a straight line around which the magnetic hollow body is rotatably mounted. The axis of rotation and the axis of rotation can be identical. However, the axis of rotation and the axis of rotation can also be different from one another. For example, the axis of rotation and the axis of rotation can be arranged offset to one another. In particular, the axis of rotation and the axis of rotation can be arranged parallel to one another.
Der erste Sensor und der zweite Sensor können jeweils innerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers angeordnet sein. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können versetzt zu der Drehachse des magnetischen Hohlzylinders angeordnet sein. Der Begriff „versetzt angeordnet sein“ kann grundsätzlich umfassen, dass ein Schwerpunkt eines ersten Elements verschieden ist von einem Schwerpunkt eines zweiten Elements. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können teilweise auf der Drehachse angeordnet sein. Insbesondere kann ein Schwerpunkt des ersten Sensors bzw. ein Schwerpunkt eines zweiten Sensors verschieden sein zu der Drehachse des magnetischen Hohlkörpers. Weiterhin können der erste Sensor und der zweite Sensor zueinander versetzt angeordnet sein. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können sich jeweils parallel zu der Drehachse erstrecken.The first sensor and the second sensor can each be arranged within the interior of the magnetic hollow body. The first sensor and / or the second sensor can be arranged offset to the axis of rotation of the magnetic hollow cylinder. The term “to be arranged offset” can basically include that a center of gravity of a first element is different from a center of gravity of a second element. The first sensor and / or the second sensor can be partially arranged on the axis of rotation. In particular, a center of gravity of the first sensor or a center of gravity of a second sensor can be different from the axis of rotation of the magnetic hollow body. Furthermore, the first sensor and the second sensor can be arranged offset to one another. The first sensor and / or the second sensor can each extend parallel to the axis of rotation.
Alternativ können der erste Sensor und/oder der zweite Sensor jeweils quer, insbesondere senkrecht, zu der Drehachse angeordnet sein. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können teilweise auf der Drehachse angeordnet sein. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können sich hierbei jeweils parallel zu der Drehachse erstrecken.Alternatively, the first sensor and / or the second sensor can each be arranged transversely, in particular perpendicularly, to the axis of rotation. The first sensor and / or the second sensor can be partially arranged on the axis of rotation. The first sensor and / or the second sensor can each extend parallel to the axis of rotation.
Auch andere Anordnungen des ersten Sensors und des zweiten Sensors sind grundsätzlich denkbar. Der erste Sensor und der zweite Sensor können jeweils außerhalb des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere außerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers, angeordnet sein. Alternativ kann der erste Sensor außerhalb des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere außerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers, angeordnet sein und der zweite Sensor kann innerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers angeordnet sein. Weiterhin kann der zweite Sensor außerhalb des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere außerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers, angeordnet sein und der erste Sensor kann innerhalb des Innenraums des magnetischen Hohlkörpers angeordnet sein.Other arrangements of the first sensor and the second sensor are also conceivable in principle. The first sensor and the second sensor can each be arranged outside the magnetic hollow body, in particular outside the interior of the magnetic hollow body. Alternatively, the first sensor can be arranged outside the magnetic hollow body, in particular outside the interior of the magnetic hollow body, and the second sensor can be arranged inside the interior of the magnetic hollow body. Furthermore, the second sensor can be arranged outside the magnetic hollow body, in particular outside the interior of the magnetic hollow body, and the first sensor can be arranged inside the interior of the magnetic hollow body.
Abhängig von der Magnetisierungsart des magnetischen Hohlkörpers kann der mindestens eine sich im Innenraum des Hohlkörpers befindliche Sensor nahe der Innenoberfläche des Hohlkörpers oder nahe der Symmetrie- bzw. Rotationsachse des Hohlkörpers angeordnet sein. Der Abstand zwischen dem Hohlkörper und dem/den nahe der Innen- bzw. Außen-Oberfläche des Hohlkörpers angeordneten Sensor/en kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,1 mm bis 10 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 0,1 mm bis 3 mm.Depending on the type of magnetization of the magnetic hollow body, the at least one sensor located in the interior of the hollow body can be arranged near the inner surface of the hollow body or near the axis of symmetry or rotation of the hollow body. The distance between the hollow body and the sensor (s) arranged near the inside or outside surface of the hollow body can be, for example, in a range from 0.1 mm to 10 mm, in particular from 0.1 mm to 5 mm, preferably from 0.1 mm to 3 mm.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, umfassen. Die Verfahrensschritte können vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Hierbei können ein oder sogar mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder alle der Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschritte umfassen In a further aspect of the present invention, a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one rotational axis is proposed. The method according to the invention can include the method steps which are described below. The method steps can preferably be carried out in the specified order. One or even several process steps can be carried out simultaneously or overlapping in time. Furthermore, one, several or all of the method steps can be carried out simply or repeatedly. The method can also include further method steps
Die Verfahrensschritte sind:
- a) Bereitstellen mindestens eines Sensorsystems wie es bereits beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird;
- b) Bestimmen mindestens eines ersten Messsignals mittels des ersten Sensors, insbesondere in Abhängigkeit der relativen Winkelposition des magnetischen Hohlkörpers;
- c) Bestimmen mindestens eines zweiten Messsignals mittels des zweiten Sensors, insbesondere in Abhängigkeit der absoluten Winkelposition des magnetischen Hohlkörpers; und
- d) Bestimmen der mindestens einen Rotationseigenschaft aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
- a) providing at least one sensor system as has already been described or will be described below;
- b) determining at least one first measurement signal by means of the first sensor, in particular as a function of the relative angular position of the magnetic hollow body;
- c) determining at least one second measurement signal by means of the second sensor, in particular as a function of the absolute angular position of the magnetic hollow body; and
- d) determining the at least one rotational property from the first measurement signal and the second measurement signal.
Das Verfahren erfolgt unter Verwendung eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.The method is carried out using a sensor system according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned embodiments or according to one of the embodiments described in more detail below. Accordingly, reference can largely be made to the description of the sensor system for definitions and optional configurations. However, other configurations are also possible in principle.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt. Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer- Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein. Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann. Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden. Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.Furthermore, a computer program is proposed within the scope of the present invention, which executes the method according to the invention in one of its configurations when it runs on a computer or computer network. Furthermore, in the context of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier. In addition, in the context of the present invention, a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after loading into a working and / or main memory of a computer or computer network, can carry out the method according to the invention in one of its configurations. In the context of the present invention, a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is also proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network. A computer program product is understood to mean the program as a tradable product. In principle, it can be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed over a data transmission network. Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed, which contains instructions that can be executed by a computer system or computer network for executing a method according to one of the described embodiments.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Es wird ein Sensorsystem, insbesondere ein Rotorpositions-Sensorsystem, bereitgestellt, welches eine Kombination aus einem Absolutwinkelsensor und einen Inkrementalwinkelsensor aufweisen kann. Dadurch sind grundsätzlich hohe Anforderungen an eine funktionale Sicherheit, beispielsweise an eine ASIL
Insbesondere ist es möglich ein funktional sicheres Sensorsystem bereitzustellen, welches zur Regelung von elektrischen Maschinen verwendet werden kann. So können beispielsweise durch Kombination von zwei Einzelsensoren hohe Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllbar sein. Weiter können durch die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise radiale Toleranzen, insbesondere ein Lagerspiel, des Geberrades erkannt werden. Insbesondere können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise höhere Anforderungen an die Sicherheit erfüllen als bekannte Vorrichtungen und Verfahren.In particular, it is possible to provide a functionally safe sensor system that can be used to control electrical machines. For example, a combination of two individual sensors can meet high functional safety requirements. Furthermore, radial tolerances, in particular bearing play, of the sensor wheel can be detected by the proposed device and the proposed method. In particular, the proposed device and the proposed method can, for example, meet higher safety requirements than known devices and methods.
Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise deutlich kostengünstiger sein als bekannte Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere können beispielsweise anfallende Kosten bei der Montage, bei Sensorwechsel, beispielsweise in Reparaturfällen, im Vergleich zu vorhandenen Vorrichtungen und Verfahren beispielsweise durch eine bessere Zugänglichkeit deutlich reduziert werden. Insbesondere kann eine Position des Sensorsystems gut zugänglich sein. So kann die vorgeschlagene Vorrichtung, insbesondere das Sensorsystem, beispielsweise an einem Wellenende angebracht, insbesondere positioniert sein. Weiterhin kann die vorgeschlagene Vorrichtung einen geringeren Bauraum benötigen als vorhandene Vorrichtungen. Insbesondere kann die vorgeschlagene Vorrichtung beispielsweise ein sehr kleinbauendes System sein. So können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise eine größere Flexibilität, insbesondere einen einfacheren und flexibleren Aufbau, aufweisen als herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere können die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren für alle Arten von elektrischen Maschinen einsetzbar sein. Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren eine einfachere und daher robustere Drehzahlbestimmung ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren, da insbesondere auf komplizierte Berechnungen, beispielsweise auf Differentiation, verzichtet werden kann, insbesondere beispielsweise bei Bestimmung der Drehzahl durch Verwendung von Absolutwinkelinformationen.Furthermore, the proposed device and the proposed method can, for example, be significantly less expensive than known devices and methods. In particular, for example, costs incurred during assembly, when changing sensors, for example in the event of repairs, can be significantly reduced in comparison to existing devices and methods, for example by better accessibility. In particular, a position of the sensor system can be easily accessible. For example, the proposed device, in particular the sensor system, can be attached, in particular positioned, to a shaft end. Furthermore, the proposed device may require less space than existing devices. In particular, the proposed device can be, for example, a very small system. For example, the proposed device and the proposed method can have greater flexibility, in particular a simpler and more flexible structure, than conventional devices and methods. In particular, the proposed devices and methods can be used for all types of electrical machines. Furthermore, the proposed device and the proposed method enable a simpler and therefore more robust speed determination in comparison to conventional devices and methods, since in particular complicated calculations, for example differentiation, can be dispensed with, in particular for example when determining the speed by using absolute angle information.
Figurenlistelist of figures
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen:
-
1A und1B eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht (1A) und in einer Schnittdarstellung (1B) ; -
2A und2B eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht (2A) und in einer Schnittdarstellung (2B) ; -
3A und3B eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht (3A) und in einer Schnittdarstellung (3B) ; -
4A und4B eine schematische Darstellung eines ersten Sensors und eines magnetischen Hohlkörpers (4A) und eine bespielhafte Signaldarstellung des ersten Sensors (4B) ; -
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht; -
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht; und -
7A und7B eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht.
-
1A and1B a schematic representation of an embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view (1A) and in a sectional view (1B) ; -
2A and2 B a schematic representation of a further embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view (2A) and in a sectional view (2 B) ; -
3A and3B a schematic representation of a further embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view (3A) and in a sectional view (3B) ; -
4A and4B a schematic representation of a first sensor and a magnetic hollow body (4A) and an exemplary signal representation of the first sensor (4B) ; -
5 a schematic representation of an embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view; -
6 a schematic representation of another embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view; and -
7A and7B a schematic representation of further embodiments of a sensor system according to the invention in a plan view.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Sensorsystem
Der erste Sensor
Der erste Sensor
Der erste Sensor
Das Sensorsystem
Die Sensoren
Das Sensorsystem
Der Inkrementalwinkelsensor
In
Prinzipiell kann eine Anzahl an den komplementär magnetisierten Bereichen
Das Sensorsystem
Der Absolutwinkelsensor
Die Begriff „Eineindeutig“ bezeichnet grundsätzlich, dass etwas umkehrbar eindeutig, ggf. auch unverwechselbar eindeutig ist. Beispielsweise weist ein Ringmagnet mit zwei Poolpaaren einen Eineindeutigkeitsbereich von 180 ° auf und ist für eine Absolutwinkelinformation von 0 bis 360 ° nicht geeignet. Es kann beispielsweise eine Position von 5° kann mit einer Position von 185 ° verwechselt werden. es wird folglich hierfür ein weiterer Sensor bzw. eine weitere Maßnahme benötigt.The term "unambiguously" basically means that something is reversibly clear, possibly also unmistakably clear. For example, a ring magnet with two pairs of pools has a uniqueness range of 180 ° and is not suitable for absolute angle information from 0 to 360 °. For example, a position of 5 ° can be confused with a position of 185 °. a further sensor or a further measure is consequently required for this.
Das Sensorsystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013203937 A1 [0002]DE 102013203937 A1 [0002]
- DE 102014220458 A1 [0003]DE 102014220458 A1 [0003]
- EP 0909955 B1 [0004]EP 0909955 B1 [0004]
- DE 4011503 A1 [0005]DE 4011503 A1 [0005]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) |