DE102018217658A1

DE102018217658A1 - GMR- oder TMR-Sensor in Verwendung mit einem ferromagnetischen Encoder

Info

Publication number: DE102018217658A1
Application number: DE102018217658.2A
Authority: DE
Inventors: Dániel Tóka; Gábor Dernóczi; Henrik Bacsák; Tillmann Krauss
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-16
Also published as: US11512981B2; US20200116526A1

Abstract

Geschwindigkeitssensoranordnung, insbesondere als Raddrehzahlsensoranordnung ausgebildet, umfassend einen Sensor (4) und ferromagnetischen Encoder (3), wobei der Sensor (4) wenigstens ein Magnetfeldsensorelement (12) und eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist, wobei die Geschwindigkeitssensoranordnung einen Permanentmagneten (6) aufweist und wobei das von diesem Permanentmagneten (6) bereitgestellte Magnetfeld von dem ferromagnetischen Encoder (3) zumindest im Zuge einer Bewegung des Encoders moduliert wird und das Magnetfeldsensorelement (12) des Sensors (4) dieses modulierte Magnetfeld erfasst, wobei das Magnetfeldsensorelement (12) als GMR-Sensorelement oder als TMR-Sensorelement ausgebildet ist und die Geschwindigkeitssensoranordnung so ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet (6) mit einem definierten Mindestabstand zu dem Magnetfeldsensorelement angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitssensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Es sind GMR-Raddrehzahlsensoren bekannt. Diese werden aber normalerweise nur in Sensoranordnungen mit permanentmagnetischen Encodern verwendet, weil der für ferromagnetische Encoder, beispielsweise Zahnräder, notwendige Permanentmagnet, dessen Magnetfeld von dem ferromagnetischen Encoder moduliert wird, GMR-Sensorelemente negativ beeinflusst, bzw. dessen Magnetfeld zu stark ist. Es ist außerdem bekannt in Spritzguss gebundene magnetische Partikel als Permanentmagneten für solche Zwecke zu verwenden und das Magnetfeld gerichtet bereitzustellen, durch spezielle geometrische Formen, die mit solchen in Spritzguss gebundenen magnetischen Partikel als Permanentmagneten möglich sind. Diese Magneten haben allerdings den Nachteil, dass die Magnetfeldstärke dieser Magneten relativ schwach ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Geschwindigkeitssensoranordnung vorzuschlagen, welche eine präzise und/oder robuste und/oder kostengünstige Erfassung eines ferromagnetischen Encoders ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Geschwindigkeitssensoranordnung gemäß Anspruch 1.
Das Magnetfeldsensorelement ist erfindungsgemäß als GMR-, also als giant magnetoresistives bzw. auf dem Riesenmagnetowiderstandsprinzip beruhendes Sensorelement, oder als TMR-Sensorelement, also als tunnel magnetoresistives Sensorelement ausgebildet.
Der ferromagnetische Encoder weist vorzugsweise ein im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster auf und/oder ist zweckmäßigerweise als, insbesondere ferromagnetisches, Zahnrad oder Lochscheibe oder Schlitzscheibe ausgebildet.
Der ferromagnetische Encoder wird vorzugsweise als Encoder bezeichnet. Der Permanentmagnet wird bevorzug als Magnet bezeichnet.
Es ist bevorzugt, dass das von dem Permanentmagneten bereitgestellte Magnetfeld von dem ferromagnetischen Encoder zumindest im Zuge einer Bewegung des Encoders moduliert wird und das Magnetfeldsensorelement des Sensors dieses modulierte Magnetfeld erfasst und die Signalverarbeitungsschaltung aus dem Magnetfeldsensorelementausgangssignal ein Geschwindigkeitssignal erzeugt bzw. berechnet.
Das Kunststoffgehäuse des Sensors ist zweckmäßigerweise aus Epoxy und/oder Polyamid oder einem anderen Kunststoff ausgebildet und dabei durch Spitzguss und/ Spritzpressen hergestellt. Es ist bevorzugt, dass der definierte Mindestabstand zwischen Permanentmagnet und Magnetfeldsensorelement größer ist als die Länge oder die Breite des Magnetfeldsensorelements und/oder größer ist als 0,5mm, insbesondere größer als 2mm oder 4mm. Es ist zweckmäßig, dass der Permanentmagnet separat von dem Sensor angeordnet ist und eine eigene Befestigung aufweist. Diese Befestigung umfasst dabei insbesondere ein Halteelement, besonders bevorzugt stabförmig ausgebildet, aus Kunststoff und/oder Fiberglas oder unmagnetischem Metall ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass der Permanentmagnet direkt oder indirekt mittels eines Kopplungselements an dem Sensor befestigt ist oder der Sensor an dem Kopplungselement, insbesondere ebenfalls wie der separat an dem Kopplungselement befestigte Permanentmagnet. Das Kopplungselement ist zweckmäßigerweise ein Verbindungselement, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Fiberglas, insbesondere durch Spritzguss, ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass das Kopplungselement so ausgebildet ist, dass es den Encoder beabstandet umgreift, wobei der Sensor und der Magnet auf zwei unterschiedlichen und/oder gegenüberliegenden Seiten des Encoders angeordnet sind, wobei das Kopplungselement insbesondere gabelförmig und/oder C-förmig und/oder U-förmig und/oder zangenförmig ausgebildet ist.
Das Kopplungselement ist bevorzugt an den Sensor angeclipst oder angeschraubt bzw. mit diesem formschlüssig verbunden und/oder alternativ vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Dabei ist der Sensor insbesondere mit einem Teil des Fahrzeugchassis oder Fahrwerks verbunden, besonders bevorzugt mittels einer Verschraubung.
Die Befestigung des Permanentmagneten and dem Halteelement und/oder Kopplungselement ist vorzugsweise mittels eines Klebers oder mittels Anspritzen oder zumindest teilweisem Umspritzen ausgebildet.
Es ist zweckmäßig, dass die Geschwindigkeitssensoranordnung so ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet und der Sensor auf zwei unterschiedlichen und/oder gegenüberliegenden Seiten des Encoders angeordnet sind.
Alternativ vorzugsweise ist der Permanentmagnet in den Sensor integriert, wobei der Sensor ein Kunststoffgehäuse umfasst, in welchem der Permanentmagnet angeordnet ist oder auf welchem der Permanentmagnet angeordnet ist.
Es ist zweckmäßig, dass der Permanentmagnet nicht durch in Spritzguss gebundene magnetische Partikel ausgebildet ist. Der Permanentmagnet ist bevorzugt als Ferrit oder alternativ vorzugsweise als Ferromagnet ausgebildet, insbesondere Neodym enthaltend.
Zweckmäßigerweise ist der Permanentmagnet im Wesentlichen donutförmig bzw. torusförmig ausgebildet und/oder weißt ein Magnetflusskonzentratorelement auf, um das von ihm erzeugte Magnetfeld stärker zu bündeln bzw. in die gewünschte Richtung zu lenken.
Es ist zweckmäßig, dass das Halteelemet oder Kopplungselement so angeordnet und ausgebildet ist, dass der daran befestigte Permanentmagnet seitlich zum ferromagnetischen Encoder, auf Seiten des Fahrzeugchassis bzw. Fahrwerkteils, oder auf gegenüberliegenden Seite des ferromagnetischen Encoders angeordnet ist. Dabei ist der Sensor insbesondere so angeordnet und befestigt und/oder mittel des Kopplungselements mit dem Permanent. magneten verbunden, dass der Sensor relativ zum ferromagnetischen Encoder stirnseitig angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, dass der Sensor einen Leadframe aufweist, auf welchem das Magnetfeldsensorelement angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet auf der gegenüberliegenden Seite des Leadframes angeordnet ist, insbesondere von dem Leadframe separat beabstandet durch einen Teil des Kunststoffgehäuses.
Es ist zweckmäßig, dass der Permanentmagnet, welcher insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite des Leadframes angeordnet ist, von dem Leadframe und/oder dem Magnetfeldsensorelement separat angeordnet und/oder beabstandet ist durch einen Teil des Kunststoffgehäuses und/oder einen in das Kunststoffgehäuse eingebetteten Abstandshalter, insbesondere aus Kunststoff ausgebildet.
Bevorzugt ist der Permanentmagnet in das Kunststoffgehäuse des Sensors vollständig eingebettet.
Zweckmäßigerweise wird der Permanentmagnet zumindest teilweise von dem Abstandshalter, insbesondere als ein Träger- bzw. Carrierelement ausgebildet, aufgenommen und/oder von diesem umgreifend gehalten. Dabei ist der Permanentmagnet insbesondere in diesen Abstandshalter eingeclipst, und der Abstandshalter ist mit dem Permanentmagneten gemeinsam in das Kunststoffgehäuse des Sensors eingebettet bzw. eingespritzt.
Es ist bevorzugt, dass das Magnetfeldsensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung auf einem Chip integriert sind und der Abstandshalter den Chip aufnimmt bzw. umgreift, insbesondere zusätzlich, und wobei der Sensor insbesondere keinen Leadframe aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Sensor und/oder das Halteelement des Permanentmagneten oder das Kopplungselement am Fahrzeugchassis oder einem Fahrwerksteil eines Kraftfahrzugs, beispielsweise an der Lenkergabel eines Kraftrades, befestigt bzw. angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der Raddrehzahlsensoranordnung in einem Kraftrad und/oder in einem einspurigen Kraftfahrzeug und/oder in einem zweirädrigen Kraftfahrzeug.
Bezugszeichenliste

1: Radachse, Drehachse
2, 2a: Befestigungsmittel des Encoders
3: ferromagnetischer Encoder
4: Sensor
5: Halteelement des Permanentmagneten
6: Permanentmagnet
7: Kopplungselement bzw. Verbindungselement zwischen Sensor und Permanentmagnet
8: Anschlusskabel des Sensors
9: Luftspalt zwischen Sensor und Magnet
10: Sensorbefestigung mittels Verschraubung
11: Fahrzeugchassis oder Fahrwerksteil
12: Magnetfeldsensorelement
13: Abstandshalter

Es zeigen in schematischer Darstellung, 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der Geschwindigkeitssensoranordnung.
In 1 a) ist eine Geschwindigkeitssensoranordnung beispielhaft veranschaulicht, bei welcher ein ferromagnetischer Encoder 3, mittels zwei Befestigungsmitteln bzw. - scheiben 2, 2a, an der Radachse 1 bzw. Drehachse, deren Geschwindigkeit erfasst bzw. gemessen werden soll, befestigt ist.
Sensor 4, mit einem Anschlusskabel 8, wobei Sensor 4 ein nicht dargestelltes Magnetfeldsensorelement sowie eine Signalverarbeitungsschaltung umfasst, ist über einen Luftspalt gekoppelt dem Encoder zugeordnet positioniert und erfasst das Magnetfeld, welches Permanentmagnet 6 erzeugt und welches durch ferromagnetischen Encoder 3 im Zuge von dessen Bewegungen moduliert wird. Permanentmagnet 6 und Sensor 4 sind dabei auf gegenüberliegenden Seiten des ferromagnetischen Encoders 3 angeordnet. Dabei ist Permanentmagnet 6 mittels eines stabförmigen Halteelements 5 aus Kunststoff positioniert, beispielgemäß unabhängig von Befestigungsmitteln des Sensors 4.
In 1 b) ist im Unterschied zu 1a) Sensor 4 und Permanentmagnet 6 auf der gleichen bzw. selben Seite des ferromagnetischen Encoders 3 angeordnet. Dabei ist Permanentmagnet 6 aber separat von dem Sensor 4 angeordnet und weist eine eigene Befestigung auf, gebildet durch stabförmiges Halteelements 5 aus Kunststoff positioniert. Zwischen dem Magnetfeldsensorelement in Sensor 4 und Permanentmagnet 6 ist auch im Ausführungsbeispiel von 1b) ein definierter Mindestabstand 9 ausgebildet, wobei dieser Abstand wegen des Sensorgehäuses sogar größer ist, als der veranschaulichte Abstand 9.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Geschwindigkeitssensoranordnung als Raddrehzahlsensoranordnung, wobei Permanentmagnet 6 mittels eines Halteelements 5, welches den ferromagnetischen Encoder 3 L-förmig umgreift, auf der von dem Fahrzeugchassis 11 abgewandten Seite angeordnet ist. Dabei ist Permanentmagnet 6 auf der anderen Seite und im Wesentlichen gegenüber Sensor 4 angeordnet, welcher direkt an Fahrzeugchassis 11 befestigt ist. Permanentmagnet 6 ist teilweise in Halteelement 5 eingespritzt und entsprechend befestigt.
Anhand von 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Raddrehzahlsensoranordnung veranschaulicht, bei welchem Kopplungselement 7 so ausgebildet ist, dass es den ferromagnetischen Encoder 3 beabstandet umgreift und wobei der Sensor 4 und der Permanentmagnet 6 auf zwei unterschiedlichen bzw. gegenüberliegenden Seiten des Encoders 3 angeordnet sind. Dabei ist das Kopplungselement 7 im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und mittels einer beispielhaften Verschraubung, alternativ wäre auch ein Anclipsen oder Befestigen mittels Spritzguss eine Variante, mit Sensor 4 verbunden und entsprechend über diesen positioniert und befestigt. Sensor 4 ist dabei selbst an Fahrzeugchassis 11 befestigt, beispielgemäß mittels einer nicht dargestellten Verschraubung.
Anhand 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Raddrehzahlsensoranordnung veranschaulicht, bei welcher Sensor 4 mittels einer Verschraubung an Fahrzeugchassis 11 oder einem Motorteil befestigt ist. Permanentmagnet 6 ist dabei mittels Kopplungselement 7 an Sensor 4 befestigt, wobei die Befestigung zwischen Kopplungselement 7 und Sensor 4 beispielgemäß formschlüssig ist, alternativ beispielhaft aber auch stoffschlüssig oder direkt an Fahrzeugchassis 11 oder dem Motorteil befestigt sein kann. Kopplungselement 7 umgreift ferromagnetischen Encoder 3, welcher an Welle bzw. Radachse 1 befestigt ist, im Wesentlichen C-förmig, so dass Permanentmagnet 6 hinsichtlich des Encoders auf der anderen bzw. gegenüberliegenden Seite bezüglich des Fahrzeugchassis 11, bzw. des Motorteils, angeordnet ist. Sensor 4 ist hinsichtlich des ferromagnetischen Encoders 3 stirnseitig angeordnet und weist dazu beispielgemäß ein L-förmiges Gehäuse oder eine L-förmige Befestigung auf.
In 5 ist eine beispielhafte Raddrehzahlsensoranordnung gezeigt, wobei Sensor 4 über einen Luftspalt beabstandet seitlich von ferromagnetischem Encoder 3 angeordnet ist. Sensor 4 umfasst Anschlusskabel 8. Sensor weist dabei ein Magnetfeldsensorelement 12 auf, welches mit der Signalverarbeitungsschaltung in einen ASIC integriert ist. Dieser ASIC ist ebenso mit Permanentmagnet 6 von Abstandshalter 13 aus Kunststoff aufgenommen, welcher einen definierten Mindestabstand zwischen Magnetfeldsensorelement 12 und Permanentmagnet 6 gewährleistet. Abstandshalter 13, welcher den ASIC und Permanentmagnet 6 relativ zueinander positioniert und beispielgemäß zumindest teilweise aufnimmt, sind gemeinsam von einem Kunststoffgehäuse aus Epoxy des Sensor 4 umspritzt bzw. in dieses dicht eingebettet.

Claims

Geschwindigkeitssensoranordnung, insbesondere als Raddrehzahlsensoranordnung ausgebildet, umfassend einen Sensor (4) und ferromagnetischen Encoder (3), wobei der Sensor (4) wenigstens ein Magnetfeldsensorelement (12) und eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist, wobei die Geschwindigkeitssensoranordnung einen Permanentmagneten (6) aufweist und wobei das von diesem Permanentmagneten (6) bereitgestellte Magnetfeld von dem ferromagnetischen Encoder (3) zumindest im Zuge einer Bewegung des Encoders moduliert wird und das Magnetfeldsensorelement (12) des Sensors (4) dieses modulierte Magnetfeld erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeldsensorelement (12) als GMR-Sensorelement oder als TMR-Sensorelement ausgebildet ist und die Geschwindigkeitssensoranordnung so ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet (6) mit einem definierten Mindestabstand zu dem Magnetfeldsensorelement angeordnet ist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass dieser definierte Mindestabstand größer ist als die Länge oder die Breite des Magnetfeldsensorelements (12) .
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass der ferromagnetische Encoder (3) im Wesentlichen als Zahnrad oder Lochscheibe ausgebildet ist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) separat von dem Sensor (4) angeordnet ist und eine eigene Befestigung aufweist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch kennzeichnet, dass diese Befestigung ein Halteelement (5), insbesondere stabförmig ausgebildet, aus Kunststoff und/oder Fiberglas oder unmagnetischem Metall umfasst.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) direkt oder indirekt mittels eines Kopplungselements (7) an dem Sensor befestigt (4) ist oder der Sensor (4) an dem Kopplungselement (7), insbesondere ebenfalls wie der separat an dem Kopplungselement befestigte Permanentmagnet (6).
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch kennzeichnet, dass das Kopplungselement (7) so ausgebildet ist, dass es den Encoder (3) beabstandet umgreift und wobei der Sensor (4) und der Magnet (6) auf zwei unterschiedlichen und/oder gegenüberliegenden Seiten des Encoders (3) angeordnet sind, wobei das Kopplungselement (7) insbesondere gabelförmig und/oder c-förmig und/oder zangenförmig ausgebildet ist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass die Geschwindigkeitssensoranordnung so ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet (6) und der Sensor (4) auf zwei unterschiedlichen und/oder gegenüberliegenden Seiten des Encoders (3) angeordnet sind.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) in den Sensor (4) integriert ist, wobei der Sensor ein Kunststoffgehäuse umfasst, in welchem der Permanentmagnet (6) angeordnet ist oder auf welchem der Permanentmagnet angeordnet ist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch kennzeichnet, dass der Sensor (4) einen Leadframe aufweist, auf welchem das Magnetfeldsensorelement (12) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet (6) auf der gegenüberliegenden Seite des Leadframes angeordnet ist, insbesondere von dem Leadframe separat beabstandet durch einen Teil des Kunststoffgehäuses.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6), welcher insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite des Leadframes angeordnet ist, von dem Leadframe und/oder dem Magnetfeldsensorelement (12) separat angeordnet und/oder beabstandet ist durch einen Teil des Kunststoffgehäuses und/oder einen in das Kunststoffgehäuse eingebetteten Abstandshalter (13), insbesondere aus Kunststoff ausgebildet.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) in das Kunststoffgehäuse des Sensors (4) vollständig eingebettet ist.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch kennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) zumindest teilweise von dem Abstandshalter (13) aufgenommen ist und/oder von diesem umgreifend gehalten wird, insbesondere in diesen eingeclipst ist, und der Abstandshalter (13) mit dem Permanentmagneten (6) gemeinsam in das Kunststoffgehäuse des Sensors (4) eingebettet sind.
Geschwindigkeitssensoranordnung nach Anspruch 13, dadurch kennzeichnet, dass das Magnetfeldsensorelement (12) und die Signalverarbeitungsschaltung auf einem Chip integriert sind und der Abstandshalter (13) den Chip aufnimmt bzw. umgreift, insbesondere zusätzlich, und wobei der Sensor (4) insbesondere keinen Leadframe aufweist.
Verwendung der Geschwindigkeitssensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 als Raddrehzahlsensoranordnung in einem Kraftrad und/oder in einem einspurigen Kraftfahrzeug und/oder in einem zweirädrigen Kraftfahrzeug.