DE102018213649A1

DE102018213649A1 - Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements

Info

Publication number: DE102018213649A1
Application number: DE102018213649.1A
Authority: DE
Inventors: Eduard Rolew; Fabian Utermoehlen; Guy-Edward Michalski; Andre Yashan; Daniel Matthie; Thomas Preiss; Sven Neubauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-02-20

Abstract

Es werden ein Sensorsystem (110) sowie ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindesten eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) weist mindesten zwei Sensoren (114, 116) auf. Das Sensorsystem (110) weist weiterhin mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren rotierenden magnetischen Hohlkörper (118) auf, wobei ein erster Sensor (114) außerhalb des magnetischen Hohlkörpers (118) angeordnet ist und wobei ein zweiter Sensor (116) innerhalb des magnetischen Hohlkörpers (118) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
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.
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. Der Stator trägt in der Regel drei, beispielsweise um 120°/p zueinander versetzte Wicklungsstränge, wobei p eine Anzahl von Polpaaren repräsentiert. Bei Asynchronmaschinen besteht 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 prinzipbedingt 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.
Um diese Größen 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 DE 10 2013 203 937 A1 beschrieben, die allerdings neben hohen Kosten in der Regel eine Querempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung aufweisen und demzufolge nicht in jedem Umfeld einsetzbar sind.
Weiter bekannt sind beispielsweise induktive Absolutwinkelsensoren, insbesondere basierend auf einem Wirbelstromeffekt, wie beispielsweise aus DE 10 2014 220 458 A1 . Hier wird beispielsweise ein metallisches Target über Sensorspulen bewegt, die mit Wechselspannung beaufschlagt werden und in diesem Target einen Wirbelstrom induzieren. Dies führt zur Reduzierung der Spuleninduktivitäten und erlaubt über eine Verschaltung in einem Schwingkreis über eine Frequenzänderung auf den Drehwinkel zu schließen. Diese Ausführung kann allerdings beispielsweise eine hohe Querempfindlichkeit aufweisen gegenüber mechanischen Einbautoleranzen, beispielsweise gegenüber Verkippen des Targets, sowie ein mögliches Locking der Frequenzen auf Störungen von außen, beispielsweise ein sogenanntes Injection Locking. Weiterhin verdoppelt ein redundantes Spulensystem, welches zur Sicherstellung der funktionalen Sicherheit benötigt wird, den Platzbedarf des Sensors.
Weiter bekannt, beispielsweise aus EP 0 909 955 B1 , ist ein weiteres Sensorprinzip auf Basis von gekoppelten Spulen. Dieser Typ von Sensoren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer einzigen Erregerspule ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welches in mehrere Empfangsspulen koppelt und dort jeweils eine Spannung induziert. Für die Messung des Drehwinkels wird ein drehbar gelagertes, leitfähiges Target benötigt, welches in Abhängigkeit seiner Winkelposition, insbesondere relativ zu den Spulen, die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfangsspulen beeinflusst. Nachteilig sind hier beispielsweise der Schaltungsaufwand zur Bereitstellung der Signale sowie die fehlende Echtzeitfähigkeit der Signalverarbeitung. Speziell bei hohen Drehzahlen sind bekannte digitale Schnittstellen wie beispielsweise SENT oftmals zu langsam, um ausreichend oft eine Winkelinformation zu liefern. Obwohl hier bei geschickter Auslegung der Spulensysteme ein redundantes Sensorsignal ohne zusätzlichen Platzbedarf generiert werden kann, werden aufwendige Eigendiagnosen in den zu verwendenden zwei anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) notwendig, um sogenannte „common cause Fehler“, beispielsweise Ausfälle aufgrund mindestens einer gemeinsamen Ursache, auszuschließen. Hierunter kann mitunter verstanden werden, dass diskriminiert, insbesondere unterschieden, werden kann, ob sich bei nicht verändernden Ausgängen der ASIC-Signale der Motor nicht mehr dreht oder beide ASICs einen Fehler aufweisen.
Weiter sind, beispielsweise aus DE 4 011 503 A1 , Phasengeber und Drehzahlgeber zur Drehzahl- und daraus abgeleiteten Drehwinkelmessung in Verbrennungsmaschinen bekannt. Hierbei kann es sich sensorseitig beispielsweise um Hallelemente handeln, die auf einem Backbias-Magneten aufgebracht sind. Dreht sich an diesen Hallelementen ein ferromagnetisches Zahnrad, beispielsweise ein Target, vorbei, führt dies zu einer Änderung der Hallspannung, da sich der Magnetkreis verändert. Das Hallsignal wird vorteilhaft durch eine Komparatorschaltung oder einen Schmitt-Trigger in ein digitales Signal überführt, welches echtzeitfähig beispielsweise die Zündung eines Verbrennungsmotors auslösen kann. Um mit derartigen Sensoren Absolutwinkel messen, insbesondere bestimmen, zu können, können beispielsweise drei Sensoren eingesetzt werden, die um 120° elektrisch zueinander versetzt angeordnet sind. Weiter sind auch Varianten dieser Anordnung bekannt, wie beispielsweise Anordnungen mit anderen Sensorelementen zur Magnetfelddetektion, beispielsweise magnetoresistive Sensorelemente, anstelle von Hall-Elementen, oder Anordnungen mit alternierend magnetisiertem Geberelement, beispielsweise mit sogenanntem Multipol-Geberrad, anstelle von Sensoren mit integriertem Backbias-Magnet in Kombination mit ferromagnetischem Zahnrad. Allerdings weisen derartige Anordnungen beispielsweise häufig die Einschränkung auf, dass eine absolute Positionserkennung nur in Verbindung mit besonderen Zahn/Lücken-Mustern realisierbar sind, beispielsweise durch Referenzlücken am Kurbelwellenrad und variierte Zahn/Lücken-Längen am Nockenwellenrad. Dies schränkt insbesondere die effektiv nutzbare Auflösung der Drehzahl- bzw. Positionsinformation ein. Eine weitere Einschränkung ist, dass bei hohen Anforderungen an die Funktionale Sicherheit eine solche Sensorlösung voll redundant ausgeführt werden muss, was aus Platzgründen nicht immer realisierbar ist.
Weiter bekannt sind Absolutwinkelsensoren, die auf der Messung einer ortsaufgelösten Magnetfeldstärke basieren. Prinzipiell wird hier zum Beispiel 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.
Weiter bekannt sind redundante Umsetzungen zur Winkelmessung, beispielsweise aus Tille T. (eds) Automobil-Sensorik Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg, Seiten 245 und 246, basierend auf einer Kombination aus Anisotrope Magnetoresisitive und Giant Magnetoresistance Magnetfeldsensoren, welche beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch die räumliche Nähe sind allerdings beispielsweise beide Chips denselben Störungen ausgesetzt, wodurch zum Beispiel eine Plausibilisierung der Signale untereinander erschwert werden kann, da in einem Störfall beide Signale betroffen sind. Weiterhin kann beispielsweise eine Drehrichtungsinformation erst nach einer gewissen Drehung des Rotors vorliegen und bedarf zudem einer Berechnung. Insbesondere kann beispielsweise keine Richtungserkennung, insbesondere keine Detektion der Drehrichtung, direkt aus einem Drehzahlsignal erfolgen.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. 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.
Unter einer „Rotationseigenschaft“ wird 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 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 Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
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. 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.
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.
Das Sensorsystem weist weiterhin mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren rotierenden magnetischen Hohlkörper auf. Insbesondere kann eine Rotationsachse des magnetischen Hohlkörpers der Achse entsprechen um die sich das rotierende Element dreht. Der magnetische Hohlkörper kann dabei insbesondere direkt oder indirekt mit dem rotierenden Element verbindbar sein. Der magnetische Hohlkörper kann beispielsweise permanent oder reversibel mit dem rotierenden Element verbunden oder verbindbar sein oder kann auch einstückig mit dem rotierenden Element ausgebildet oder in das rotierende Element integriert sein. So kann der magnetische Hohlkörper beispielsweise direkt an dem rotierenden Element anbringbar sein, beispielsweise mit dem rotierenden Element verschraubt oder verschweißt sein. Alternativ kann der magnetische Hohlkörper auch indirekt, beispielsweise über mindestens ein Zwischenstück an dem rotierenden Element anbringbar sein, beispielsweise über eine Halterung.
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. Beispielsweise kann der magnetische Hohlkörper ein magnetisiertes Material umfassen, wie beispielsweise ein hartmagnetisches Material.
Das Sensorsystem weist die mindestens zwei Sensoren sowie den mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren rotierenden magnetischen Hohlkörper auf. Ein erster Sensor ist außerhalb des magnetischen Hohlkörpers angeordnet und ein zweiter Sensor ist innerhalb des magnetischen Hohlkörpers angeordnet. Insbesondere kann der erste Sensor beispielsweise ausgehend von der Rotationsachse des rotierenden Elements außerhalb des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere außerhalb des Hohlraums des magnetischen Hohlkörpers, angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Sensor insbesondere auch in Richtung der Rotationsachse versetzt zu dem magnetischen Hohlkörper, beispielsweise vor dem magnetischen Hohlkörper, angeordnet sein. Der zweite Sensor kann beispielsweise innerhalb des Hohlraums des magnetischen Hohlkörpers, insbesondere zwischen der Rotationsachse des rotierenden Elements und einer Innenwand des magnetischen Hohlkörpers, angeordnet sein.
Der Hohlkörper weist weiterhin mindestens ein Geberrad auf. Unter einem „Geberrad“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement des magnetischen Hohlkörpers verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Das Geberrad kann ein Geberradprofil aufweisen. Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Gesamtheit von Profilelementen und von Zwischenräumen, die zwischen den Profilelementen angeordnet sind, verstanden werden. Unter einem „Profilelement“ des Geberrads kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Kontur des Geberrads verstanden werden, insbesondere eine Ausbuchtung, beispielsweise eine stiftförmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung, oder eine Einkerbung oder eine Aussparung, beispielsweise ein Loch. Alternativ oder zusätzlich kann das Geberrad auch ein alternierend magnetisiertes Geberradprofil aufweisen. So kann es sich beispielsweise um ein so genanntes Multipol-Geberrad handeln.
Die Zähne des Geberrads können beispielsweise gleichmäßig über einen Umfang des magnetischen Hohlkörpers beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Breite einer Lücke zwischen den Zähnen vorzugsweise größer sein als die Breite eines Zahnes. Insbesondere kann die Breite B einer Lücke beispielsweise in einem Bereich liegen von 1 mm ≤ B ≤ 20 mm, insbesondere von 1,5 mm ≤ B ≤ 10 mm, bevorzugt von 1,8 mm ≤ B ≤ 10 mm, besonders bevorzugt von 2 mm ≤ B ≤ 5 mm. Beispielsweise kann auch eine Ausdehnung A der Zähne in radiale Richtung beispielsweise in einem Bereich liegen von 1 mm ≤ B ≤ 20 mm, insbesondere von 1,5 mm ≤ B ≤ 10 mm, bevorzugt von 1,8 mm ≤ B ≤ 10 mm, besonders bevorzugt von 2 mm ≤ B ≤ 5 mm.
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, beispielsweise zwei diametral magnetisierte Bereiche, aufweisen zwischen denen sich ein Magnetfeld ausbildet.
Beispielsweise kann der erste Sensor des Sensorsystems mindestens einen Inkrementalwinkelsensor aufweisen. So kann der erste Sensor beispielsweise eingerichtet sein, um mindestens eine inkrementale Winkelposition, insbesondere einen Inkrementalwinkel, des rotierenden Elements zu bestimmen. Insbesondere kann der zweite Sensor mindestens einen Absolutwinkelsensor aufweisen. So kann der zweite Sensor beispielsweise eingerichtet sein, um mindestens eine absolute Winkelposition, beispielsweise einen Absolutwinkel, des rotierenden Elements zu bestimmen. Bezüglich der Begriffe „Inkrementalwinkel“ und „Absolutwinkel“ kann auf obige Erläuterungen verwiesen werden.
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. 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.
Der magnetische Hohlkörper kann beispielsweise auch mindestens zwei Polpaare, insbesondere mindestens zwei magnetische Nordpole und mindestens zwei magnetische Südpole, aufweisen.
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 erste Sensor kann beispielsweise eingerichtet sein, um mit dem Geberrad zu wechselwirken. Insbesondere kann der erste Sensor beispielsweise derart außerhalb des magnetischen Hohlkörpers angeordnet sein, um eine magnetische Wechselwirkung mit dem Geberrad zu ermöglichen.
Insbesondere kann das Geberrad ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Zahnkranz, beispielsweise einer Mehrzahl von um die Rotationsachse des rotierenden Elements angeordneten Zähnen, insbesondere mit ferromagnetischen Zähnen; einer Lochscheibe, beispielsweise einer ferromagnetischen Lochscheibe.
Insbesondere kann der erste Sensor von der Rotationsachse des rotierenden Elements in radiale Richtung nach außen versetzt zu dem Geberrad angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Sensor auch in Richtung der Rotationsachse parallel zu dem Geberrad angeordnet sein.
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 insbesondere von der Rotationsachse des rotierenden Elements beabstandet angeordnet sein. So kann der zweite Sensor beispielsweise exzentrisch zu der Rotationsachse des rotierenden Elements angeordnet sein.
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 anisotrope magnetoresistive Effekt (AMR-Effekt); einem Riesenmagnetowiderstand Effekt (GMR-Effekt); einem magnetischen Tunnelwiderstand Effekt (TMR-Effekt); einem kolossalen magnetoresistiven Effekt (CMR-Effekt). Sensoren welche auf den genannten Effekten beruhen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aus diesem Grund sei für nähere Erläuterungen der Funktionsweise beispielsweise auf Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage 2012, S. 42-44 und 50-57 verwiesen.
Beispielsweise kann der erste Sensor eingerichtet sein, um ein erstes Signal in Abhängigkeit einer relativen Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren. Insbesondere kann der zweite Sensor eingerichtet sein, um ein zweites Signal in Abhängigkeit einer absoluten Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren.
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.
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.
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.
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 Leiterbahnen, insbesondere über Stromschienen, beispielsweise mit der Auswerteeinheit in elektrischen Kontakt stehen, beispielsweise elektrisch verbunden sein.
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 in unmittelbarer Umgebung des magnetischen Hohlkörpers fixiert sein, insbesondere mechanisch in einem Kraftfahrzeug aufgenommen. Insbesondere kann das Gehäuse derart in unmittelbarer Umgebung des magnetischen Hohlkörpers mechanisch fixiert sein, dass eine Wechselwirkung zwischen den Sensoren und dem magnetischen Hohlkörper, beispielsweise zwischen dem ersten Sensor und dem Geberrad und zwischen dem zweiten Sensor und dem magnetischen Hohlkörper, möglich ist. 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.
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.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Sensorsystems. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere Verfahrensschritte umfassen. Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen mindestens eines Sensorsystems;
b) Bestimmen mindestens eines ersten Messsignals mittels des ersten Sensors;
c) Bestimmen mindestens eines zweiten Messsignals mittels des zweiten Sensors; und
d) Bestimmen der mindestens einen Rotationseigenschaft aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.

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.
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.
Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. 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.
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.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1A und 1B schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht;
2A bis 2C schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in Draufsichten;
3A bis 3C die in den 2A bis 2C illustrierten schematischen Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in Schnittansichten;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensors des erfindungsgemäßen Sensorsystems;
5A und 5B Ausführungsbeispiele von Signalformen des in 4 illustrierten Sensors; und
6 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung
1A und 1 B zeigen jeweils ein Sensorsystem 110 zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements. Das Sensorsystem 110 weist mindestens einen ersten Sensor 114 und einen zweiten Sensor 116 sowie einen mit dem rotierenden Element verbindbaren rotierenden magnetischen Hohlkörper 118 auf. Der erste Sensor 114 ist außerhalb des magnetischen Hohlkörpers 118 angeordnet, insbesondere außerhalb eines Hohlraums 119 des magnetischen Hohlkörpers 118. Der zweite Sensor 116 ist innerhalb des magnetischen Hohlkörpers 118 angeordnet, insbesondere innerhalb des Hohlraums 119 des magnetischen Hohlkörpers 118. Insbesondere kann der zweite Sensor 116 beispielsweise von der Rotationsachse 112 des rotierenden Elements beabstandet angeordnet sein. Wie beispielsweise in 1A illustriert, kann der magnetische Hohlkörper 118 insbesondere ein Polpaar umfassen, beispielsweise zwei diametral magnetisierte Bereiche aufweisen zwischen denen sich ein Magnetfeld ausbildet, insbesondere einen magnetischen Nordpol 120 und einen magnetischen Südpol 122. Der magnetische Hohlkörper 118 kann auch mehrere Polpaare, insbesondere mindestens zwei Polpaare, aufweisen, wie beispielsweise in 1B illustriert. So kann der magnetische Holkörper 118 beispielsweise vier diametral magnetisierte Bereiche aufweisen, insbesondere zwei magnetische Nordpole 120 und zwei magnetische Südpole 122.
Der magnetische Hohlkörper 118 weist insbesondere mindestens ein Geberrad 124 auf. Insbesondere kann der erste Sensor 114 beispielsweise eingerichtet sein, um mit dem Geberrad 124 zu wechselwirken. Darüber hinaus kann der erste Sensor 114 beispielsweise mit einem integrierten Backbias-Magnet ausgestattet sein, um mit dem Geberrad 124 zu wechselwirken. Wie in den 1A und 1B illustriert, kann das Geberrad 124 beispielsweise einen Zahnkranz aufweisen, wobei die Zähne 126 gleichmäßig über einen Umfang des magnetischen Hohlkörpers 118 verteilt und durch Lücken 128 voneinander getrennt sein können. So kann der erste Sensor 114 beispielsweise eingerichtet sein, um die Zähne 126 und Lücken 128 des Geberrads 124 abzutasten, insbesondere mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der sich abwechselnd an dem ersten Sensor vorbeidrehenden Zähne 126 und Lücken 128 zu generieren.
Der zweite Sensor 116 kann insbesondere mit dem magnetischen Hohlkörper 118, beispielsweise mit dem sich zwischen den Polpaaren ausbildenden Magnetfelds, zu wechselwirken. Insbesondere kann der innerhalb des magnetischen Hohlkörpers 118 angeordnete zweite Sensor 116 beispielsweise eingerichtet sein, um mindestens ein elektrisches Signal entsprechend einer Orientierung des sich mit dem magnetischen Hohlkörper 118 drehenden Magnetfeldes zu erzeugen.
2A bis 2C und 3A bis 3C zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems. Dabei sind in den 2A und 3A, 2B und 3B sowie 2C und 3C jeweils dieselben Ausführungsbeispiele in Draufsicht (2A bis 2C) und in Schnittansicht (3A bis 3C) dargestellt. So zeigen beispielsweise die 2A und 3A das in 1A illustrierte Ausführungsbeispiel des Sensorsystems 110. Insbesondere kann der erste Sensor 114 beispielsweise von der Rotationsachse 112 in radial Richtung nach außen versetzt zu dem Geberrad 124 angeordnet sein, wie beispielsweise in der in 3A illustrierten Schnittansicht illustriert. Weiterhin können die schräg verlaufenden Striche am jeweiligen rechten Rand der in den 3A bis 3C dargestellten Ausführungsbespiele eine Anbindung zu dem hier nicht gezeigten rotierenden Element, beispielsweise zu einer Welle, darstellen.
Das Sensorsystem 110 kann weiterhin mindestens ein Gehäuse 130 aufweisen, wie in den 2B und 3B sowie in den 2C und 3C illustriert. Insbesondere können die Sensoren, beispielsweise der erste Sensor 114 und der zweite Sensor 116, in dem Gehäuse 130 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 130 eine U-Form aufweisen, insbesondere eine Form eines Buchstaben U oder eine Hufeisenform. So kann beispielsweise der erste Sensor 114 in einem äußeren Arm 132 des Gehäuses 130 angeordnet sein, wobei der zweite Sensor 116 beispielsweise in einem inneren Arm 134 des Gehäuses angeordnet sein kann. Alternativ kann das Gehäuse 130 auch eine L-Form aufweisen, insbesondere eine Form eines Buchstaben L, wie insbesondere in den 2C und 3C illustriert. So kann beispielsweise der erste Sensor 114 außerhalb des magnetischen Hohlkörpers 118, insbesondere in Richtung der Rotationsachse 112 zu dem Geberrad 124 versetzt, in dem Gehäuse 130 angeordnet sein. Insbesondere kann der zweite Sensor 116 in dem inneren Arm 134 des Gehäuses 130 angeordnet sein, wie beispielsweise in 3C illustriert. Wie ebenfalls in den 2C und 3C illustriert, kann insbesondere kann das Geberrad 124 beispielsweise auch eine Lochscheibe 136 aufweisen, wobei die Lochscheibe 136 gleichmäßig über einen Umfang des magnetischen Hohlkörpers 118 verteilte Löcher 138 aufweisen kann. So kann der erste Sensor 114 beispielsweise eingerichtet sein, um die Lochscheibe 136 und deren Löcher 138 des Geberrads 124 abzutasten, insbesondere mindestens ein elektrisches Signal entsprechend des sich abwechselnd an dem ersten Sensor vorbeidrehenden Materials der Lochscheibe 136 und deren Löcher 138 zu generieren.
Weiterhin kann das Sensorsystem 110 beispielsweise einen Stecker 140 aufweisen. Der Stecker 140 kann insbesondere eingerichtet sein, um das Gehäuse 130 mechanisch derart in unmittelbarer Umgebung des magnetischen Hohlkörpers 118 zu fixieren oder zu positionieren, dass eine Wechselwirkung zwischen den Sensoren 114, 116 und dem magnetischen Hohlkörper 118 möglich ist. Weiterhin kann der Stecker eingerichtet sein, um das Sensorsystem 110 beispielsweise mit einer Steuerung, beispielsweise einer Steuerung eines Kraftfahrzeugs, elektrisch zu kontaktieren, insbesondere zu verbinden.
Die Sensoren 114, 116 können beispielsweise jeweils auf unterschiedlichen Effekten beruhen. Insbesondere können die Effekte ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Hall-Effekt; einem AMR-Effekt; einem GMR-Effekt; einem TMR-Effekt; einem CMR-Effekt. Beispielhaft ist in 4 ein Ausführungsbeispiel des ersten Sensors 114 beruhend auf dem Hall-Effekt gezeigt. Beispielsweise kann eine Erfassung der Zähne 126 und Lücken 128 des Geberrads 124 mit einem als Hallsensor 142 ausgestalteten ersten Sensor 114 erfolgen. Der Hallsensor 142 kann beispielsweise drei Hallelemente 144 sowie einen Permanentmagneten 146 aufweisen, wobei eine Grenzfläche 148 zwischen den beiden diametral magnetisierten Bereichen des Permanentmagneten 146 beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer Außenkante des dem Hallsensor 142 nächstliegenden Zahns 126 ausgerichtet sein kann. Die Hallelemente 144 können beispielsweise derart angeordnet sein, dass zwischen einem linken Hallelement 144 und einem rechten Hallelement 144 ein Abstand D liegt, wobei der Abstand D beispielsweise einer Breite eines Zahns 126 entsprechen kann. Insbesondere kann der Abstand D beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,5 mm ≤ D ≤ 10 mm, insbesondere von 0,7 mm ≤ D ≤ 7 mm, vorzugsweise von 1 mm ≤ D ≤ 4 mm. Differenzspannungen zwischen den Hallelementen 144 können beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten ASIC in ein logisches Signal, insbesondere in ein Differenzsignal, umgewandelt werden. So können beispielsweise Differenzspannungen welche einen vordefinierten Schwellwert überschreiten mittels des ASICs als eine logische 1 ausgegeben werden, insbesondere in ein Differenzsignal mit dem Wert 1 umgewandelt werden. Hingegen können beispielsweise Differenzspannungen welche den Schwellwert nicht überschreiten als eine logische 0 ausgegeben werden, insbesondere in ein Differenzsignal mit dem Wert 0 umgewandelt werden. Insbesondere kann ein Differenzsignal welches aus einer Differenzspannung zwischen dem linken Hallelement 144 und dem mittleren Hallelement 144 abgeleitet wird beispielsweise als A- Kanal bezeichnet werden, wobei ein Differenzsignal zwischen dem mittleren Hallelement 144 und dem rechten Hallelement 144 beispielsweise als B- Kanal bezeichnet werden kann.
In den 5A und 5B sind für unterschiedliche Drehrichtungen beispielhafte Signalverläufe der A- und B-Kanäle über der Zeit t gezeigt. Insbesondere können die Differenzsignale des A-Kanals zu denen des B-Kanals beispielsweise aufgrund der Geometrie der Anordnung der drei in 4 gezeigten Hallelemente 144 phasenverschoben sein. Beispielsweise kann aus den Vorzeichen der Phasenverschiebung der beiden Kanäle auf eine Drehrichtung des Geberrads 124 geschlossen werden. So können insbesondere die in 5A illustrierten Signalverläufe der A- und B-Kanäle eine Drehung des Geberrads 124 im Uhrzeigersinn 150 abbilden, wohingegen die in 5B illustrierten Signalverläufe beispielsweise eine Drehung des Geberrads 124 gegen den Uhrzeigersinn 152 abbilden können.
In 6 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements gezeigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 154) Bereitstellen mindestens eines Sensorsystems 110 nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
b) (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 156) Bestimmen mindestens eines ersten Messsignals mittels des ersten Sensors 114;
c) (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 158) Bestimmen mindestens eines zweiten Messsignals mittels des zweiten Sensors 116; und
d) (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 160) Bestimmen der mindestens einen Rotationseigenschaft aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013203937 A1 [0003]
DE 102014220458 A1 [0004]
EP 0909955 B1 [0005]
DE 4011503 A1 [0006]

Claims

Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindesten eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, wobei das Sensorsystem (110) mindesten zwei Sensoren (114, 116) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens einen mit dem rotierenden Element verbindbaren rotierenden magnetischen Hohlkörper (118) aufweist, wobei ein erster Sensor (114) außerhalb des magnetischen Hohlkörpers (118) angeordnet ist und wobei ein zweiter Sensor (116) innerhalb des magnetischen Hohlkörpers (118) angeordnet ist, wobei der magnetische Hohlkörper (118) mindesten ein Geberrad (124) aufweist.
Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der magnetische Hohlkörper (118) mindestens ein Polpaar umfasst.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensor (114) mindestens einen Inkrementalwinkelsensor aufweist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sensor (116) mindestens einen Absolutwinkelsensor aufweist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der magnetische Hohlkörper (118) mindestens zwei Polpaare aufweist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das rotierende Element einen Rotor eines elektrischen Antriebs umfasst, wobei eine Anzahl von Polpaaren des magnetischen Hohlkörpers (118) einer Anzahl von Antriebspolpaaren des elektrischen Antriebs entspricht.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensor (114) eingerichtet ist, um mit dem Geberrad (124) zu wechselwirken.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Geberrad (124) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Zahnkranz; einer Lochscheibe.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sensor (116) eingerichtet ist, um mit dem magnetischen Hohlkörper (118) zu wechselwirken.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sensor (116) von der Rotationsachse (112) des rotierenden Elements beabstandet angeordnet ist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Sensoren (114, 116) jeweils auf mindestens einem unterschiedlichen Effekt beruhen, wobei die Effekte jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einem Hall-Effekt; einem anisotrope magnetoresistive Effekt (AMR-Effekt); einem Riesenmagnetowiderstand Effekt (GMR-Effekt); einem magnetischen Tunnelwiderstand Effekt (TMR-Effekt); einem kolossalen magnetoresistiven Effekt (CMR-Effekt).
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensor (114) eingerichtet ist, um ein erstes Signal in Abhängigkeit einer relativen Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren, wobei der zweite Sensor (116) eingerichtet ist, um ein zweites Signal in Abhängigkeit einer absoluten Winkelposition des rotierenden Elements zu generieren.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens ein Gehäuse (130) aufweist.
Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensoren (114, 116) in dem Gehäuse (130) angeordnet sind.
Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, aufweisend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen mindestens eines Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Bestimmen mindestens eines ersten Messsignals mittels des ersten Sensors (114); c) Bestimmen mindestens eines zweiten Messsignals mittels des zweiten Sensors (116); und d) Bestimmen der mindestens einen Rotationseigenschaft aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.