DE102018221727A1

DE102018221727A1 - Sichelförmige Magnetanordnung für Winkelerfassung

Info

Publication number: DE102018221727A1
Application number: DE102018221727.0A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN109931863A; US10551213B2; CN109931863B; US20190186953A1

Abstract

Ein Beispiel umfasst eine sichelförmige Magnetanordnung für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts und die ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt um eine Drehachse zu drehen, die folgende Merkmale umfasst :eine Innenumfangsoberfläche mit einem Innenradius, der auf einer azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung basiert, eine Außenumfangsoberfläche mit einem Außenradius, der auf der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung basiert, wobei zumindest der Innenradius oder der Außenradius basierend auf der azimutalen Koordinate variiert; und eine axiale Dicke zwischen einem ersten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung und einem zweiten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung, wobei die Innenumfangsoberfläche und die Außenumfangsoberfläche einen ersten sichelförmigen Abschnitt und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt bilden, wobei der erste sichelförmige Abschnitt dem zweiten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt, und wobei der erste sichelförmige Abschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und der zweite sichelförmige Abschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung liegt und sich von der ersten Richtung unterscheidet.

Description

Ein Magnetsensor kann in der Lage sein, Komponenten eines Magnetfelds zu erfassen, das an den Magnetsensor angelegt ist, wie zum Beispiel eine Magnetfeldgröße, eine Magnetfeldintensität, eine Magnetfeldrichtung (z. B. basierend auf Richtungskomponenten des Magnetfelds) usw. Das Magnetfeld des Magneten kann von einer Magnetisierung des Magneten, einer Form des Magneten, einer Umgebung des Magneten und anderen Faktoren abhängen. Der Magnetsensor kann verwendet werden, um beispielsweise Bewegung, Position, Drehwinkel usw. eines Magneten zu erfassen, der in einer Vielzahl von Anwendungen mit einem Objekt verbunden sein kann, wie zum Beispiel einer mechanischen Anwendung, einer industriellen Anwendung oder einer Verbraucheranwendung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine sichelförmige Magnetanordnung, ein Drehwinkelerfassungssystem sowie eine Magnetanordnung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine sichelförmige Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, ein Drehwinkelerfassungssystem gemäß Anspruch 9 sowie eine Magnetanordnung gemäß Anspruch 16.
Gemäß einigen Implementierungen kann eine sichelförmige Magnetanordnung für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts, die ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt um eine Drehachse zu drehen, folgende Merkmale umfassen: eine Innenumfangsoberfläche mit einem Innenradius, der auf einer azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung basiert, eine Außenumfangsoberfläche mit einem Außenradius, der auf der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung basiert, wobei zumindest der Innenradius oder der Außenradius basierend auf der azimutalen Koordinate variiert; und eine axiale Dicke zwischen einem ersten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung und einem zweiten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung, wobei die Innenumfangsoberfläche und die Außenumfangsoberfläche einen ersten sichelförmigen Abschnitt und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt bilden, wobei der erste sichelförmige Abschnitt dem zweiten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt und wobei der erste sichelförmige Abschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und der zweite sichelförmige Abschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung liegt und sich von der ersten Richtung unterscheidet.
Gemäß einigen Implementierungen kann ein Drehwinkelerfassungssystem folgende Merkmale umfassen: eine sichelförmige Magnetanordnung für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts, wobei die sichelförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt um eine Drehachse zu drehen, wobei die sichelförmige Magnetanordnung einen ersten sichelförmigen Abschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt umfassen kann, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die zwischen 120° und 180° zu der ersten Richtung liegt, wobei der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt durch eine Innenumfangsoberfläche und einen Außenumfang der sichelförmigen Magnetanordnung gebildet sind; und einen Magnetsensor zum Messen des Drehwinkels des drehbaren Objekts basierend auf einem Magnetfeld, das aus dem ersten sichelförmigen Abschnitt und dem zweiten sichelförmigen Abschnitt der sichelförmigen Anordnung gebildet ist; wobei der Magnetsensor in einem Lesekreis positioniert ist, wobei der Lesekreis einen Leseradius aufweist, der einem Abstand zwischen einer Position des Magnetsensors und der Drehachse entspricht, und wobei ein Innenradius der Innenumfangsoberfläche, der kleiner ist als der Leseradius, auf einer azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung basiert, und wobei ein Außenradius der Außenumfangsoberfläche, der größer ist als der Leseradius, basierend auf der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung und dem Leseradius variiert.
Gemäß einigen Implementierungen kann eine Magnetanordnung für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts einen ersten Magneten umfassen, der ausgebildet ist, um sich zusammen mit der drehbaren Welle um eine Drehachse zu drehen, wobei der erste Magnet folgende Merkmale umfassen kann: eine erste Innenumfangsoberfläche mit einem ersten Innenradius, der basierend auf einer azimutalen Koordinate der Magnetanordnung variiert; eine erste Außenumfangsoberfläche mit einem ersten Außenradius, der basierend auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung variiert; und eine erste axiale Dicke zwischen dem ersten Ende der Magnetanordnung und dem zweiten Ende der Magnetanordnung, wobei die erste Innenumfangsoberfläche und die erste Außenumfangsoberfläche einen ersten sichelförmigen Abschnitt und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt bilden, wobei der erste sichelförmige Abschnitt dem zweiten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt, wobei der erste sichelförmige Abschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und der zweite sichelförmige Abschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung liegt und sich von der ersten Richtung unterscheidet, und wobei eine Dicke der ersten axialen Dicke auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung basiert und proportional zu einer radialen Breite der Magnetanordnung an der azimutalen Koordinate ist, wobei die radiale Breite an der azimutalen Koordinate einer Differenz zwischen einem Radius des Innenumfangs an der azimutalen Koordinate und einem Radius der Außenumfangsoberfläche an der azimutalen Koordinate entspricht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1A Diagramme einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Imple- und 1B mentierung;
2A Diagramme einer beispielhaften Umgebung, in der hierin beschriebenen Mag- und 2B netanordnungen, Systeme und/oder Verfahren implementiert werden können; und
3 - 6 Diagramme im Zusammenhang mit beispielhaften Implementierungen von hierin beschriebenen Magnetanordnungen.

Die folgende detaillierte Beschreibung beispielhafter Implementierungen bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen können die gleichen oder ähnlichen Elemente bezeichnen.
In einigen Fällen kann ein Drehwinkelerfassungssystem eine Magnetanordnung mit zylindrischen Ringmagneten verwenden (z. B. einen Ringmagneten mit einheitlicher Dicke und einem zylindrischen Innenradius und Außenradius), um einen Drehwinkel einer drehbaren Welle zu bestimmen. In solchen Fällen kann das Drehwinkelerfassungssystem eine Mehrzahl von Magnetsensoren verwenden, die in einer Erfassungsebene platziert sind (z. B. um einen Lesekreis konzentrisch mit der drehbaren Welle zu bilden), um ein Magnetfeld zu messen, das durch die Magnetanordnung erzeugt wird. Alternativ kann ein ähnliches Drehwinkelerfassungssystem sich verjüngende Magnete verwenden, um einen Drehwinkel einer drehbaren Welle zu bestimmen. Die sich verjüngenden Magnete bilden einen Keil in einem sensorzugewandten Ende der Magnetanordnung, während ein planares Ende beibehalten wird gegenüber dem sensorzugewandten Ende, da die sich verjüngenden Magnete zu einer Außenkante der Magnetanordnung dicker sind und an einer Innenkante der Magnetanordnung zu dem planaren Ende hin dünner (oder unendlich dünn) sind. Die zylindrischen Ringmagnete und die sich verjüngenden Magnete (die über eine Tragestruktur in Position gehalten werden können, die mit der drehbaren Welle verbunden ist oder als ein Teil derselben gebildet ist), können jedoch ein Magnetfeld erzeugen, das, wenn es durch die Magnetsensoren gemessen wird, Messungen in einer unreinen Sinuswelle erzeugt, wenn sich die drehbare Welle dreht. Aufgrund von Unreinheiten in der Sinuswelle kann es sein, dass die Messungen der Magnetsensoren keine genaue Drehwinkelerfassung (z. B. innerhalb von 1°) ermöglichen, da die Unreinheiten in der Sinuswelle eine relativ hohe Fehlerspanne liefern (z. B. Genauigkeit innerhalb von 5°, innerhalb von 10° oder sogar mehr). Einige hierin beschriebene Implementierungen ermöglichen eine genauere Drehwinkelerfassung (z. B. innerhalb 1°) durch Bereitstellen einer Magnetanordnung, die ein Magnetfeld bewirkt, das in einer relativ reinen Sinuswelle gemessen werden kann. Die relativ reine Sinuswelle ermöglicht eine Drehwinkelerfassung (z. B. über die Magnetsensoren oder eine Steuerung der Magnetsensoren) innerhalb von 1°.
Die Beschreibung hierin kann sich auf ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem (x, y, z) beziehen, bei dem die z-Achse identisch ist mit einer Drehachse einer drehbaren Welle, in der eine Winkelposition der drehbaren Welle durch Magnetsensoren zu bestimmen ist, basierend auf einer Erfassung von Magnetfeldern von Magneten, die mit der drehbaren Welle verbunden sind oder als ein Teil derselben gebildet sind. Bei einigen Beschreibungen kann für radiale und azimutale Positionen oder Koordinaten ein Radius (R) bestimmt werden durch: $R^{2} = x^{2} + y^{2}$
und tan(Ψ) = y/x, so dass ein zylindrisches Koordinatensystem (R, Ψ, z) die Tatsache umfasst, dass die z-Achse identisch ist mit der Drehachse der drehbaren Welle. Im Gegensatz zu der azimutalen Koordinate (oder Azimutwinkel), Ψ, wird eine Winkelposition der drehbaren Welle als der Drehwinkel (Φ) bezeichnet.
1A und 1B sind Diagramme einer Übersicht einer beispielhaften Implementierung 100, die hierin beschrieben ist. Die beispielhafte Implementierung 100 umfasst eine sichelförmige Magnetanordnung für die Verwendung in einem Drehwinkelerfassungssystem, das eine Mehrzahl von Magnetsensoren verwendet. Wie es in 1A gezeigt ist, umfasst die beispielhafte Implementierung 100 mehrere Magnetsensoren, die um eine drehbare Welle platziert sind. Wie es gezeigt ist, kann die sichelförmige Magnetanordnung an einer Taumelscheibe der drehbaren Welle haften (z. B. geklebt, geschweißt, geklemmt und/oder dergleichen) oder als Teil derselben gebildet sein, sodass sich die Magnetanordnung zusammen mit der drehbaren Welle um eine Drehachse der drehbaren Welle dreht. Bei einigen Implementierungen kann die Taumelscheibe mit der drehbaren Welle verbunden sein (z. B. geklemmt, geschraubt, geklebt, pressgepasst und/oder dergleichen) oder als ein Teil derselben gebildet sein. Wie es in 1A gezeigt ist, besteht ein Luftspalt (z. B. ein axialer Abstand von etwa 0,5 - 3 Millimeter (mm)) zwischen den Magnetsensoren und der sichelförmigen Magnetanordnung.
In 1A umfasst die beispielhafte Implementierung 100 eine Magnetanordnung, die bewirkt, dass die Magnetsensoren die Messungen einer Magnetfeldkomponente (z. B. einer axialen Magnetfeldkomponente B_z) in einer Sinuswelle erfassen, die eine relativ geringe Menge an (falls überhaupt) Anomalien umfasst, um eine genaue Drehwinkelmessung (z. B. innerhalb von 1°) durch ein Drehwinkelerfassungssystem zu ermöglichen. Die Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 umfasst eine sichelförmige Magnetanordnung, die ausgebildet ist, um sich zusammen mit einer drehbaren Welle zu drehen. Wie es in 1A gezeigt ist, ist der sichelförmige Magnet relativ ringförmig mit einem Bereich von 0° bis 360°, mit einer radialen Breite, die von relativ dickeren radialen Breiten zu relativ dünneren radialen Breiten variiert. Wenn beispielsweise 0° des Ringmagneten von 1A als Referenzpunkt verwendet wird, ist der Ringmagnet sichelförmig, da eine radiale Breite bei 0° und 180° größer ist als eine radiale Breite bei 90° und 270°. Wie es gezeigt ist, sind die radiale Dicke des sichelförmigen Magneten bei 0° und 180° im Wesentlichen dieselben und die radiale Dicke der sichelförmigen Ringmagnetanordnung bei 90° und 270° sind im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Implementierungen können jedoch die radialen Dicken von 0° und 180° und/oder bei 90° und 270° unterschiedlich sein, aber innerhalb einer Schwellenwertdicke (z. B. die einer Herstellungstoleranz, einer Entwurfstoleranz und/oder dergleichen entspricht). Wie es in 1A gezeigt ist, ist die radiale Breite der sichelförmigen Magnetanordnung bei 90° und 270° ferner unendlich dünn. Bei einigen Implementierungen kann es jedoch eine minimale radiale Breite (z. B. 1 mm, 5 mm und/oder dergleichen) der sichelförmigen Magnetanordnung (z. B. für erhöhte Haltbarkeit) innerhalb bestimmter Azimutbereiche der sichelförmigen Magnetanordnung geben.
Die sichelförmige Magnetanordnung von 1A weist eine einheitliche axiale Dicke zwischen axialen Enden des sichelförmigen Magneten auf. Gemäß einigen hierin beschriebenen Implementierungen können axiale Enden der Magnetanordnung senkrecht zu der Drehachse der drehbaren Welle sein. Bei einigen Implementierungen kann die axiale Dicke zwischen den axialen Enden variieren. Beispielsweise können Teile des sichelförmigen Magneten, die eine relativ dünnere radiale Breite (oder eine minimale radiale Breite) aufweisen, eine relativ dünnere axiale Dicke aufweisen, und Teile des sichelförmigen Magneten, die eine relativ dickere radiale Breite aufweisen, können eine relativ dickere axiale Dicke aufweisen (und umgekehrt).
Wie es in 1A gezeigt ist, kann die sichelförmige Magnetanordnung einen ersten sichelförmigen Abschnitt (z. B. eine erste Hälfte der sichelförmigen Magnetanordnung, gezeigt im Gegenuhrzeigersinn von 90° bis 270°) und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt (z. B. eine zweite Hälfte der sichelförmigen Ringmagnetanordnung, gezeigt im Gegenuhrzeigersinn von 270° bis 90°) umfassen. Gemäß einigen Implementierungen kann der erste sichelförmige Abschnitt diametral symmetrisch zu dem zweiten sichelförmigen Abschnitt sein, sodass der erste sichelförmige Abschnitt im Wesentlichen die gleichen Abmessungen (z. B. Bereich, radiale Breiten, radialen Dicken und/oder dergleichen), gleiche Form und/oder dergleichen aufweist. Bei einigen Implementierungen können der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt der sichelförmigen Magnetanordnung von 1A aus einem einzigen Stück Material gebildet sein, was eine erhöhte Haltbarkeit, stärkere Magnetfelder, verringertes Entmagnetisierungsrisiko und erhöhte Genauigkeit beim Bestimmen eines Drehwinkels der drehbaren Welle ermöglicht. Außerdem oder alternativ können der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt der sichelförmigen Magnetanordnung von 1A aus getrennten Materialstücken gebildet sein und auf der Taumelscheibe ausgebildet sein, um den sichelförmigen Magneten zu bilden.
Die sichelförmige Magnetanordnung ist magnetisiert, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das durch die Magnetsensoren zu erfassen ist. Wie es in 1A gezeigt ist, ist der erste sichelförmige Abschnitt der sichelförmigen Magnetanordnung in einer ersten Richtung (in der Draufsicht als abwärts gezeigt) und parallel zu der Drehachse magnetisiert und der zweite sichelförmige Abschnitt der sichelförmigen Magnetanordnung ist in einer zweiten Richtung (in der Draufsicht als aufwärts gezeigt) magnetisiert, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung und parallel zu der Drehachse ist. Daher kann der erste sichelförmige Abschnitt ein erster Sichelmagnet der sichelförmigen Magnetanordnung sein und der zweite sichelförmige Abschnitt kann ein zweiter Sichelmagnet der sichelförmigen Magnetanordnung sein. Bei einigen Implementierungen können der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt der Magnetanordnung magnetisiert sein, sodass die Magnetisierungen entgegengesetzt oder antiparallel (z. B. 180° voneinander entlang der Drehachse), aber bei einem Schwellenwinkel (z. B. innerhalb von 10°, 20° und/oder dergleichen) relativ zu der Drehachse sind. Bei einigen Implementierungen können der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt der Magnetanordnung magnetisiert sein, sodass die Magnetisierungen innerhalb eines Schwellenwinkels (z. B. zwischen 120° und 180°) zueinander liegen.
In einigen Fällen sind die drehbare Welle und die Taumelscheibe von 1A nicht permanent magnetisch (z. B. die drehbare Welle kann Stahl sein mit einer Permeabilität (µr) > 100 (weichmagnetisch) oder µr ≈ 1 (nicht magnetisch) sein). Die Taumelscheibe kann eine Tragestruktur umfassen oder aus derselben gebildet sein, um die sichelförmige Magnetanordnung zu konfigurieren, damit sich dieselbe mit der drehbaren Welle dreht. Bei einigen Implementierungen kann die drehbare Welle weichmagnetisch sein und die Taumelscheibe kann nicht magnetisch sein, um Robustheit gegenüber einer Störung der Magnetfelder der sich verjüngenden Magnete bereitzustellen.
Die Magnetsensoren der beispielhaften Implementierung 100 können einen Drehwinkel der drehbaren Welle basierend auf Erfassungskomponenten (z. B. radial, azimutal oder axial) des Magnetfelds der sichelförmigen Magnetanordnung bestimmen. Beispielsweise können die Magnetsensoren (z. B. Hallplatten, magnetfeldempfindliche Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs) (MAG-FETs), vertikale Halleffektbauelemente oder Magnetwiderstände (z. B. Giant-Magnetwiderstände (GMR), Tunnel-Magnetwiderstände (TMR) und/oder anisotrope (AMR), usw.) und/oder dergleichen) von 1A in einer gleichen Erfassungsebene platziert sein (z. B. um einen Lesekreis zu bilden, der konzentrisch zu der Drehachse ist) und axial verschoben von einem sensorzugewandten Ende der jeweiligen sichelförmigen Magnetanordnung. Die Magnetsensoren können innerhalb eines Schwellenwertradialabstands (zum Beispiel entsprechend einem Radius eines konzentrischen Lesekreises der Magnetsensoren in der Erfassungsebene) von der Drehachse positioniert sein.
Wenn Magnetsensoren an einer Winkelposition Ψ_i = 360°*i/N mit i = 0, 1,... , N-1 für N-Magnetsensoren angeordnet sind, dann kann für einige hierin beschriebenen Implementierungen das Drehwinkelerfassungssystem Folgendes berechnen: $C + j S = \sum_{i = 0}^{N - 1} B (Ψ_{i}) \times e^{j Ψ_{t}}$
wobei j die imaginäre Einheit $(\sqrt{- 1})$
darstellt, sodass C eine reelle Zahl ist (die beispielsweise eine Cosinuswellenkomponente darstellt) und jS eine imaginäre Zahl ist (die beispielsweise eine Sinuswellenkomponente darstellt), um die komplexe Zahl C + jS zu erzeugen. Von der komplexen Zahl C + jS kann der Drehwinkel Φ der drehbaren Welle wie folgt bestimmt werden: $Φ = {atan}_{2} (C, S)$
unter Verwendung einer CORDIC-Systemberechnung (CORDIC = Coordinate Rotation Digital Computer). Dadurch ist B(Ψ_i) das Magnetfeld gemessen an der Winkelposition Ψ_i in der Erfassungsebene. Gemäß einigen Implementierungen kann das Magnetfeld B eine Axialmagnetfeldkomponente B_z oder eine andere Magnetfeldkomponente sein (z. B. radiale Feldkomponente, azimutale Feldkomponente und/oder dergleichen).
Wie oben erwähnt und wie es in 1A gezeigt ist, kann die sichelförmige Magnetanordnung (z. B. geformt aus dem ersten sichelförmigen Abschnitt magnetisiert in einer ersten Richtung und dem zweiten sichelförmigen Abschnitt magnetisiert in einer zweiten Richtung) bewirken, dass die Magnetsensoren relativ reine Sinuswellenmessungen des Magnetfelds der sichelförmigen Magnetanordnung durchführen, womit die Magnetsensorfähigkeit erhöht wird, einen Drehwinkel (oder eine Position) der drehbaren Welle genau zu bestimmen.
Wie es in 1B und durch die Kennlinie 110 gezeigt ist, bilden Messungen einer axialen Magnetfeldkomponente B_z von einer älteren bzw. herkömmlichen zylindrischen Ringmagnetanordnung (z. B. einer zylindrischen Ringmagnetanordnung) eine relativ quadratische Welle, wo Null-Übergänge relativ steil sind und Maxima relativ breit sind. Wie es ferner in 1B und durch die Kennlinie 120 gezeigt ist, bilden Messungen einer axialen Magnetfeldkomponente B_z von einer älteren Keilmagnetanordnung (die beispielsweise sich verjüngende Magneten umfasst) eine Sinuswelle, die Anomalien umfasst. Unter Verwendung dieser Messungen von den Wellen der Kennlinien 110 und 120 kann es sein, dass ein Drehwinkelerfassungssystem den Drehwinkel nicht genau erfasst (z. B. mit einer Genauigkeit innerhalb von 1°) der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle). Genauer gesagt, ein Drehwinkelerfassungssystem, das C + jS berechnet, um den Drehwinkel abzuleiten, kann den Drehwinkel von C + jS ungenau berechnen aufgrund der Quadratform der quadratischen Wellenmessungen und/oder der Anomalien in den Sinuswellenmessungen der axialen Magnetfeldkomponente B_z des Magnetfelds, das durch die ältere Ringmagnetanordnung bzw. ältere Keilmagnetanordnung verursacht wird.
Genauer gesagt, in Bezug auf die Messungen der älteren Keilmagnetanordnung in der Kennlinie 120 können die erfassten Messungen eines Magnetfelds der älteren Keilmagnetanordnung in einer Wellenform sein, die eine dritte Harmonische aufweist, die grob 10 Prozent einer Grundfrequenz beträgt, wie folgt: $B_{z} / B_{rem} = sin (Φ) + 0.1 \times sin (3 Φ)$
was zu einer relativ großen Fehlerspanne (Fehlergenauigkeit kann innerhalb von 5 - 10° liegen) führt, wenn ein Drehwinkel der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) geschätzt wird. Einige hierin beschriebene Implementierungen sprechen dieses Problem an durch Bereitstellen der sichelförmigen Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100, die einen ersten sichelförmigen Abschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, umfasst.
Wie es durch die Kennlinie 130 in 1B gezeigt ist, reduziert die Sichelform des ersten sichelförmigen Abschnitts und des zweiten sichelförmigen Abschnitts der sichelförmigen Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 einen relativ hohen Harmonischen-Gehalt der axialen Magnetfeldkomponente B_z. Beispielsweise kann durch Bereitstellen einer variierenden radialen Dicke innerhalb bestimmter Azimutbereiche der älteren Ringmagnetanordnung oder durch Vermeiden unendlich dünner Keilenden von älteren sich verjüngenden Magneten einer älteren Magnetanordnung eine sichelförmige Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugen, das in einer reinen Sinuswelle gemessen werden kann, wenn sich die sichelförmige Magnetanordnung dreht (z. B. mit einer drehbaren Welle).
Wie es in 1B durch die Kennlinie 140 gezeigt ist, beeinträchtigt eine Dicke des Luftspalts (bezeichnet mit AG in der Legende der Darstellung) die Sinusreinheit der Messungen des Magnetfelds nicht, das durch die sichelförmige Magnetanordnung erzeugt wird. Gemäß der Kennlinie 140 von 1B, je kleiner der Luftspalt ist, umso größer ist der Betrag der axialen Magnetfeldkomponente B_z von der sichelförmigen Magnetanordnung. Wie es gezeigt ist, beträgt beispielsweise das Maximum der Messung der axialen Magnetfeldkomponente B_z mit einem 1-mm-Luftspalt etwa 0,15, das Maximum der Messung der axialen Magnetfeldkomponente B_z mit einem 2-mm-Luftspalt beträgt etwa 0,07 und das Maximum der Messung der axialen Magnetfeldkomponente B_z mit einem 3-mm-Luftspalt beträgt etwa 0,05. Daher kann das Verschmälern des Luftspalts Drehwinkelerfassungsfehler verringern, da die Magnetsensoren eine Drehposition der drehbaren Welle genauer bestimmen können unter Verwendung der Sinuswelle mit dem größeren Maximum. Zusätzlich oder alternativ kann auf ähnliche Weise bei einigen Implementierungen das Erhöhen einer axialen Dicke der sichelförmigen Magnetanordnung Drehwinkelerfassungsfehler verringern, da die sichelförmige Magnetanordnung mit einer relativ dickeren axialen Dicke ein stärkeres Magnetfeld erzeugt.
Wie es ferner hierin beschrieben ist, kann bei einigen Implementierungen die sichelförmige Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 eine einer Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen sein. Beispielsweise kann in solchen Fällen die Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen aus mehreren Paaren von sichelförmigen Abschnitten bestehen, die auf einer Taumelscheibe angeordnet sind. Die mehreren sichelförmigen Magnetanordnungen können konzentrisch zueinander sein und/oder gemäß einer Richtung des Betrags von Abschnitten der sichelförmigen Magnetanordnung und/oder Dicken der radialen Breiten ausgerichtet sein.
Entsprechend ist hierin eine sichelförmige Magnetanordnung vorgesehen, um zu bewirken, dass Magnetsensoren, die durch einen axialen Luftspalt von der sichelförmigen Magnetanordnung getrennt sind, eine sinusförmige Magnetfeldkomponente der Magnetanordnung messen, um eine erhöhte Genauigkeit (z. B. innerhalb von 1°) beim Messen eines Drehwinkels einer drehbaren Welle im Vergleich zu älteren Magnetanordnungen zu ermöglichen. Ferner kann die Magnetanordnung bei einigen Implementierungen effizient hergestellt werden, um Herstellungsressourcen einzusparen und/oder mechanisch stabiler zu sein als ältere Magnetanordnungen.
Wie es oben angezeigt ist, sind 1A und 1B lediglich als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Bezug auf 1A und 1B beschrieben wurde.
2A ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung 200, in der Magnetanordnungen, Systeme und/oder Verfahren, die hierin beschrieben sind, implementiert werden können. Wie es in 2A gezeigt ist, kann die Umgebung 200 ein Objekt 205 (das der drehbaren Welle von 1A entspricht), das in Bezug auf die Drehachse 210 (die hierin als eine „z-Achse“ bezeichnet werden kann) positioniert werden kann, eine Magnetanordnung 215 (die dem Magneten oder der Magnetanordnung von 1A entsprechen kann), die mit dem Objekt 205 verbunden oder als ein Teil desselben gebildet ist, Magnetsensoren 220-1 bis 220-N (N ≥1) (die den Magnetsensoren von 1A entsprechen können und hierin nachfolgend gemeinsam als „Magnetsensoren 220“ und einzeln als „Magnetsensor 220“ bezeichnet werden), und eine Steuerung 225 umfassen.
Das Objekt 205 ist ein Objekt, für das ein Drehwinkel, eine Position und/oder dergleichen für eine bestimmte Anwendung von Interesse ist. Beispielsweise kann das Objekt 205 Teil eines mechanischen Systems einer Maschine (z. B. eines Fahrzeugs, einer Herstellungsmaschine, einer industriellen Maschine, einer landwirtschaftlichen Maschine und/oder dergleichen) sein. Bei einigen Implementierungen kann sich das Objekt 205 um die Drehachse 210 drehen. In einigen Implementierungen ist das Objekt 205 zylindrisch. Bei solchen Implementierungen kann der Radius des Objekts 205 etwa 10 mm betragen.
Bei einigen Implementierungen ist das Objekt 205 mit der Magnetanordnung 215 mechanisch verbunden (z. B. angebracht, gekoppelt, befestigt, eingebettet, als Teil derselben gebildet und/oder dergleichen). Beispielsweise kann das Objekt 205 eine Tragestruktur (z. B. eine Taumelscheibe) umfassen, die bewirkt, dass sich die Magnetanordnung 215 zusammen mit dem Objekt 205 dreht. Das beispielhafte Objekt 205 kann überwiegend Stahl sein (z. B. ein Material mit einer Permeabilität (µr) > 100, ein martensischer Edelstahl, ein Weichstahl und/oder dergleichen) und/oder ein nicht magnetisches Material (z. B. 0,9 < µr < 1,5, wie zum Beispiel Aluminium, Messing, Bronze, Kupfer, Kunststoff, austenitischer Edelstahl und/oder dergleichen).
Die Magnetanordnung 215 umfasst einen oder mehrere Magneten, die ausgebildet sind, um sich zusammen mit dem Objekt 205 zu drehen, sodass eine Drehung der Magnetanordnung 215 einem Drehwinkel (oder einer Drehposition) des Objekts 205 entspricht, wie es hierin beschrieben ist. Die Magnetanordnung 215 kann eine sichelförmige Magnetanordnung sein und das Objekt 205 kann ein Zylinder sein. Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 dadurch sichelförmig sein, dass die Magnetanordnung einen oder mehrere sichelförmige Abschnitte oder einen oder mehrere sichelförmige Magnete umfasst. Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 aus einem oder mehreren Paaren von sichelförmigen Abschnitten und/oder einem oder mehreren Paaren von sichelförmigen Magneten gebildet sein, die diametral symmetrisch (z. B. geometrisch) sind. Beispielsweise kann ein Paar von sichelförmigen Abschnitten einander diametral gegenüberliegen, sodass ein sichelförmiger Abschnitt spiegelsymmetrisch ist zu dem anderen sichelförmigen Abschnitt des Paars. In solchen Fällen kann eine Spiegelebene, die die Drehachse 210 enthalten kann, eine Grenzfläche zwischen den sichelförmigen Abschnitten sein. Daher kann eine Grenzfläche (die auch als eine Sichelgrenzfläche bezeichnet werden kann) zwischen den sichelförmigen Abschnitten der sichelförmigen Magnetanordnung gebildet sein.
Die Magnetanordnung 215 kann einen sichelförmigen Abschnitt oder einen sichelförmigen Magneten umfassen, der einen Innenradius, R_i, und einen Außenradius, R₀, aufweist, basierend auf einer azimutalen Koordinate Ψ, die definiert ist gemäß: $R_{i} (Ψ) = \frac{R R^{2}}{R_{o} (Ψ)}$
wobei RR ein Leseradius (z. B. eines Lesekreises von Magnetsensoren) ist, der einem radialen Abstand zwischen den Magnetsensoren 220 und der Drehachse 210 entspricht. Bei einigen Implementierungen kann RR gleich einem mittleren Radius der Magnetanordnung 215 sein. Der mittlere Radius der Magnetanordnung 215 kann gleich einem Durchschnitt des Innenradius und des Außenradius der Magnetanordnung bei einer bestimmten azimutalen Koordinate sein. Gemäß einigen Implementierungen ist für alle azimutalen Koordinaten ein Außenradius der Magnetanordnung 215 größer als der mittlere Radius und der Innenradius ist kleiner als der mittlere Radius. Wenn daher der mittlere Radius einem Leseradius der Magnetsensoren 220 entspricht, kann eine Außenumfangsoberfläche (definiert durch den Außenradius) der Magnetanordnung 215 außerhalb des Leseradius der Magnetsensoren 220 oder mit demselben ausgerichtet sein, während sich die Magnetanordnung 215 dreht. Ferner kann in solchen Fällen eine Innenumfangsoberfläche (definiert durch den Innenradius) der Magnetanordnung 215 innerhalb des Leseradius der Magnetsensoren 220 oder mit demselben ausgerichtet sein, während sich die Magnetanordnung 215 dreht.
Entsprechend kann eine Länge des Innenradius und/oder des Außenradius an einem bestimmten Punkt der Magnetanordnung 215 variieren, basierend auf der azimutalen Koordinate dieses bestimmten Punkts der Magnetanordnung und der Länge des mittleren Radius und/oder Leseradius. Bei einigen Implementierungen kann eine axiale Dicke der Magnetanordnung 215 auf dem Innenradius und dem Außenradius der Magnetanordnung 215 basieren. Beispielsweise kann die axiale Dicke proportional zu dem Innenradius, dem Außenradius, einem Durchschnitt des Innenradius und des Außenradius (der zum Beispiel der gleiche sein kann wie der Leseradius) und/oder in einem anderen des Innenradius und des Außenradius (z. B. der die radiale Breite sein kann) sein. Bei einigen Implementierungen kann die axiale Dicke proportional sein zu der radialen Breite (die gleich der Differenz zwischen dem Außenradius und dem Innenradius sein kann) der Magnetanordnung 215 an einer bestimmten azimutalen Koordinate. Wenn die radiale Breite zwischen einer kleinsten Breite und einer größten radialen Breite monoton variiert, kann bei einigen Implementierungen die axiale Dicke entsprechend zwischen einer geringsten Dicke und einer größten axialen Dicke monoton variieren.
Bei einigen Implementierungen kann eine Abmessung der Magnetanordnung 215 (z. B. eine Länge, eine Breite, eine Höhe, ein Durchmesser, ein Radius und/oder dergleichen) in einem Bereich von etwa 1 Millimeter (mm) bis etwa 25 mm liegen. Als ein bestimmtes Beispiel kann die Magnetanordnung 215 eine Dicke oder Höhe von etwa 2 mm, einen Innenradius von etwa 21,5 mm - 1 mm*abs(sin(Ψ)) und einen Außenradius von etwa 21,5 mm + 1 mm* abs(sin(Ψ)) aufweisen. Daher kann die radiale Breite der sichelförmigen Abschnitte der Magnetanordnung 215 eine maximale Breite von 2 mm und eine unendlich dünne minimale Breite aufweisen, während die Breite sich 0 mm nähert (außer eine Schwellenminimalbreite (z. B. 0,1 mm, 0,5 mm und/oder dergleichen) wird verwendet).
Bei einigen Implementierungen können sichelförmige Abschnitte der Magnetanordnung p gleiche Polpaare umfassen, um eine B_z (Ψ)-Messwelle, die eine Periode für 0°<Ψ<360° aufweist, für eine axiale Magnetfeldkomponente zu erzeugen Daher können p gleiche Polpaare in der Magnetanordnung 215 enthalten sein, um eine B_z(Ψ)-Messwelle mit Perioden von 360°/p zu erzeugen. Beispielsweise kann eine B_z(Ψ)-Messwelle für drei gleiche Polpaare innerhalb einer Drehung der Magnetanordnung 215 drei sinusförmige Perioden aufweisen. In solchen Fällen kann die Magnetanordnung 215 einen Innenradius von R_i = 21,5 mm - 2 mm*abs(sin(3*Ψ) - 0,05*sin(5*Ψ)) und einen Außenradius von R_o = (21,5 mm)²/R_i aufweisen. Entsprechend muss sin(Ψ) unendlich klein sein und/oder viel kleiner als sin (3*Ψ) (zumindest 10-mal kleiner). Bei einigen Implementierungen können der Innenradius, R_i, und der Außenradius, R₀, eines oder mehrerer sichelförmiger Abschnitte oder sichelförmiger Magnete der Magnetanordnung 215 ausgedrückt werden als eine Fourier-Reihe relativ zu dem Azimutwinkel Ψ.
Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 einen Innenradius umfassen, der konstant ist und einen Außenradius, der basierend auf einer azimutalen Koordinate der Magnetanordnung 215 variiert oder einen Außenradius, der konstant ist und einen Innenradius, der auf einer azimutalen Koordinate der Magnetanordnung 215 basiert.
Bei einigen Implementierungen können eine Innenumfangsoberfläche und eine Außenumfangsoberfläche der Magnetanordnung 215 elliptisch zylindrisch sein (z. B. ein Innenumfang, der dem Innenradius entspricht, und ein Außenumfang, der dem Außenradius entspricht, sind elliptisch), was bewirkt, dass die Magnetanordnung 215 sichelförmige Abschnitte und/oder sichelförmige Magnete umfasst. Beispielsweise kann die Hauptachse einer elliptischen zylindrischen Innenumfangsoberfläche der Magnetanordnung 215 senkrecht sein zu einer Nebenachse einer elliptischen zylindrischen Außenumfangsoberfläche der Magnetanordnung 215 (und umgekehrt).
Bei einigen Implementierungen, wie es in 2B gezeigt ist, kann die Magnetanordnung 215 ein einziges Stück Material umfassen, das aus einem Paar von Magneten besteht, die in entgegengesetzter oder antiparalleler Richtung magnetisiert sind (z.B. die Magnetisierungen sind 180° voneinander relativ zu den radialen und azimutalen Koordinaten der Umgebung). Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen des Paars von Magneten parallel (z. B. parallel (innerhalb einer Toleranz)) zu der Drehachse 210. Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen in entgegengesetzten Richtungen, aber in einem Winkel relativ zu der Drehachse. Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen nicht antiparallel (z. B. 180° voneinander entlang der Drehachse), aber ein Schwellenwinkel (z. B. ein Winkel zwischen 120° und 180°) zwischen den Magnetisierungen liegt vor (z. B. basierend auf einem Entwurf der Magnetanordnung 215).
Wie es in 2B gezeigt ist, umfasst die Magnetanordnung 215 eine erste Hälfte, die in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und eine zweite Hälfte, die in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, sodass die Magnetanordnung 215 ein Paar von Magneten aufweist, die einander in der Magnetanordnung diametral gegenüberliegen. Außerdem oder alternativ kann die Magnetanordnung 215 einen Multipolmagneten umfassen (z. B. einen Dipolmagneten, einen Dreipol-Paarmagneten, usw.), einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein Magnetband, einen axial magnetisierten Magneten und/oder dergleichen.
Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 aus einem ferromagnetischen Material (z. B. Hartferrit) und/oder einer Verbindung (z. B. Gummi) bestehen, die ferromagnetisches Material aufweist. Daher kann die Magnetanordnung 215 ein Magnetfeld erzeugen. Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 aus einem einzelnen Stück Material gebildet oder ausgebildet sein und magnetisiert sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen (z. B. magnetisiert, um ein oder mehrere Magnetisierungsrichtungen zu umfassen). Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 ferner einen Seltenerdmagneten aufweisen, was aufgrund einer intrinsisch hohen Magnetfeldstärke von Seltenerdmagneten ein Vorteil sein kann.
Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 auf asymmetrische Weise mit dem Objekt 205 verbunden sein. Beispielsweise kann eine Mittelachse der Magnetanordnung 215 nicht mit der Drehachse 210 ausgerichtet sein. Obwohl die Magnetanordnung 215 mit scharfen Kanten/Ecken gezeigt ist, können Kanten und/oder Ecken der Magnetanordnung 215 abgerundet sein.
Mit erneuter Bezugnahme auf 2A umfassen die Magnetsensoren 220 eine oder mehrere Vorrichtungen zum Erfassen einer oder mehreren Komponenten eines Magnetfelds der Magnetanordnung 215 für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels (und/oder einer Position) des Objekts 205 (z. B. basierend auf einer Position der Magnetanordnung 215 relativ zu dem Magnetsensor 220). Beispielsweise können die Magnetsensoren 220 eine oder mehrere Schaltungen (z. B. eine oder mehrere integrierte Schaltungen) umfassen, die arbeiten, um einen Satz von Komponenten (z. B. eine z-Komponente, eine radiale Komponente und eine tangentiale Komponente) des Magnetfelds zu erfassen, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird. Gemäß einigen Implementierungen kann ein Satz von Komponenten eines oder mehrere einer Intensität eines Magnetfelds (z. B. eine Magnetflussdichte und/oder eine Magnetfeldstärke), einer Magnetfeldgröße, einer Magnetfeldrichtung und/oder dergleichen umfassen.
Die Magnetsensoren 220 können dreidimensionale (3D-) Magnetsensoren sein, die in der Lage sind, drei Richtungskomponenten eines Magnetfelds (z. B. eine radiale Komponente, eine azimutale (tangentiale) Komponente und eine axiale Komponente) zu erfassen. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 jeweilige integrierte Schaltungen umfassen, die eine integrierte Steuerung 225 und/oder eine Vielzahl integrierter Steuerungen 225 umfassen (z. B. derart, dass eine Ausgabe der Magnetsensoren 220 Informationen umfassen kann, die eine Position der Magnetanordnung 215 und/oder eine Position des Objekts 205 beschreiben). Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 ein oder mehrere Fassungselemente umfassen, um den Satz von Komponenten des Magnetfelds, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird, zu erfassen. Beispielsweise kann das Erfassungselement ein Hall-basiertes Erfassungselement umfassen, das basierend auf einem Halleffekt arbeitet. Als weiteres Beispiel kann das Erfassungselement ein magnetoresistivbasiertes (MR-basiertes) Erfassungselement umfassen, Elemente desselben bestehen aus einem magnetoresistiven Material (z. B. Nickeleisen (NiFe), wo der elektrische Widerstand des magnetoresistiven Materials von einer Stärke und/oder einer Richtung des Magnetfelds abhängen kann, das an dem magnetoresistiven Material vorliegt. Hier kann ein Erfassungselement basierend auf einem AMR-Effekt, einem GMR-Effekt, einem TMR-Effekt und/oder dergleichen arbeiten. Als zusätzliches Beispiel kann ein Erfassungselement von einem oder mehreren der Magnetsensoren 220 ein VR-basiertes (VR = variable Reluktanz) Erfassungselement umfassen, das basierend auf Induktion arbeitet. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 einen Analog-Digital-Wandler (ADC) umfassen, um ein analoges Signal, das von den Erfassungselementen empfangen wird, in digitale Signale umzuwandeln, die zu verarbeiten sind (z. B. durch einen Digitalsignalprozessor (DSP)) durch den Magnetsensor 220.
Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 in Positionen relativ zu der Magnetanordnung 215 angeordnet sein, sodass die Magnetsensoren 220 Komponenten eines Magnetfelds erfassen können, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird. Wie es in 2A gezeigt ist, kann der Magnetsensor 220 beispielsweise angeordnet sein, sodass Magnetsensoren 220 einen bestimmten Abstand entfernt sind von der Magnetanordnung 215, sodass ein Luftspalt (z. B. ein Luftspalt von etwa 1,0 mm bis 5,0 mm) zwischen den Magnetsensoren 220 und der Magnetanordnung 215 vorliegen kann, wenn sich die Magnetanordnung 215 um die Drehachse 210 dreht. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 in einer Erfassungsebene (oder einem Lesekreis) angeordnet sein, der um einen axialen Abstand (z. B. entsprechend dem Luftspalt) von einem sensorzugewandten Ende der Magnetanordnung 215 beabstandet ist. Falls es zwei Magnetsensoren gibt, können bei einigen Implementierungen die Magnetsensoren bei 0° und 90° platziert sein (wobei 0° eine beliebige Drehposition ist). Falls ferner drei Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren bei 0°, 120° und 240° platziert sein; falls vier Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren bei 0°, 90°, 180° und 270° platziert sein; falls fünf Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren bei 0°, 72°, 144°, 216°, 288° platziert sein, usw.
Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 mit Abbildungsinformationen ausgebildet sein, die dem Bestimmen eines Drehwinkels des Objekts 205 zugeordnet sind, basierend auf einem erfassten Magnetfeld (oder einem erfassten Satz von Komponenten des Magnetfelds). Der Magnetsensor 220 kann die Abbildungsinformationen in einem Speicherelement (z. B. Nur-Lese-Speicher (ROM) (z. B. einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und/oder einem anderen Typ von dynamischer oder statischer Speichervorrichtung (z. B. einem Flashspeicher, einem Magnetspeicher, einem optischen Speicher, usw.) der Magnetsensoren 220 speichern. Die Abbildungsinformationen können Informationen umfassen, die einem Drehwinkel und einem Satz von Komponenten des Magnetfelds, die dem Drehwinkel entsprechen, zugeordnet sind. Die Abbildungsinformationen können solche Informationen für mehrere Drehwinkel und/oder Positionen des Objekts 205 umfassen. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 während eines Herstellungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 und/oder einem Drehwinkelerfassungssystem zugeordnet ist, eines Kalibrierungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 zugeordnet ist, eines Einrichtungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 zugeordnet ist, und/oder dergleichen ausgebildet werden.
Während des Betriebs können die Magnetsensoren 220 den Satz von Komponenten des Magnetfelds der Magnetanordnung 215 erfassen. Die Magnetsensoren 220 können dann den erfassten Satz von Komponenten des Magnetfelds mit den Abbildungsinformationen vergleichen und den Drehwinkel des Objekts 205 basierend auf dem Vergleich bestimmen. Beispielsweise können Magnetsensoren 220 Sätze von Komponenten des Magnetfelds identifizieren, die in den Abbildungsinformationen enthalten sind, die mit dem erfassten Satz von Komponenten des Magnetfelds (z. B. einer Amplitude einer radialen Komponente des Magnetfelds, einer Amplitude einer tangentialen Komponente des Magnetfelds oder einer Amplitude einer axialen Komponente des Magnetfelds) übereinstimmen (z. B. innerhalb eines Schwellenwerts oder die einen übereinstimmenden Schwellenwert erfüllen). Bei diesem Beispiel können die Magnetsensoren 220 den Drehwinkel des Objekts 205 als den Drehwinkel bestimmen, der den übereinstimmenden Abbildungsinformationen entspricht.
Die Steuerung 225 umfasst eine oder mehrere Schaltungen, die dem Bestimmen eines Drehwinkels (und/oder einer Position) des Objekts 205 zugeordnet sind, und liefert Informationen im Zusammenhang mit dem Drehwinkel des Objekts 205. Die Steuerung 225 kann beispielsweise eines oder mehrere einer integrierten Schaltung, einer Steuerschaltung, einer Rückkopplungsschaltung und/oder dergleichen umfassen. Die Steuerung 225 kann Eingangssignale von einem oder mehreren Magnetsensoren (z. B. von einem Digitalsignalprozessor (DSP) des Magnetsensor 220), wie zum Beispiel einem oder mehreren Magnetsensoren 220 empfangen, kann die Eingangssignale verarbeiten (z. B. unter Verwendung eines Analogsignalprozessors, eines Digitalsignalprozessors, usw.), um ein Ausgangssignal zu erzeugen und kann das Ausgangssignal an ein oder mehrere andere Vorrichtungen oder Systeme liefern. Beispielsweise kann die Steuerung 225 ein oder mehrere Eingangssignale von dem Magnetsensor 220 empfangen und kann das eine oder die mehreren Eingangssignale verwenden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Drehwinkel (oder die Position) des Objekts 205 aufweist, mit dem die Magnetanordnung 215 verbunden ist.
Die Anzahl und Anordnung der in 2A und 2B gezeigten Vorrichtungen sind beispielhaft. In der Praxis kann es zusätzliche Vorrichtungen, weniger Vorrichtungen, andere Vorrichtungen oder anders angeordnete Vorrichtungen geben als diejenigen, die in 2A und 2B gezeigt sind. Ferner können zwei oder mehr in 2A und 2B gezeigte Vorrichtungen innerhalb einer einzigen Vorrichtung implementiert sein oder eine einzige in 2A und 2B gezeigte Vorrichtung kann als mehrere verteilte Vorrichtungen implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Vorrichtungen (z. B. eine oder mehrere Vorrichtungen) der Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen durchführen, die derart beschrieben sind, dass dieselben durch einen anderen Satz von Vorrichtungen der Umgebung 200 durchgeführt werden.
3 ist ein Diagramm im Zusammenhang mit einer beispielhaften Implementierung von hierin beschriebenen Magnetanordnungen. 3 umfasst eine beispielhafte Kennlinie 300 von Charakteristika einer hierin beschriebenen sichelförmigen Magnetanordnung. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren sich relativ zu der Drehachse verschieben und versetzen somit den Lesekreis der Magnetsensoren (sodass eine Mitte des Lesekreises nicht mit der Drehachse ausgerichtet ist). Beispielsweise kann eine Komponentenplatine (z. B. eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB, PCB = Printed Circuit Board), die die Magnetsensoren hält, sich zu oder weg von der Drehachse bewegen (z. B. aufgrund von Abnutzung einer Maschine des Drehwinkelerfassungssystems und/oder dergleichen). Die Kennlinie 300 zeigt eine Fehlerspanne basierend auf einem Luftspalt zwischen Magnetsensoren und der sichelförmigen Magnetanordnung und einen Versatz, der zwischen einem Lesekreis der Magnetsensoren und der Drehachse auftritt.
Die Kennlinie 300 in 3 zeigt, dass die Fehlerspanne unabhängig von der Länge des Versatzes sich relativ verringert, wenn sich der Luftspalt erhöht (z. B. da die Verschiebung des Lesekreises proportional geringer ist relativ zu dem Luftspalt). Wie es durch die Kennlinie 300 gezeigt ist, wenn kein Versatz vorliegt, liegt die Fehlerspanne innerhalb von 1° (höchstens); wenn ein 0,1-mm-Versatz vorliegt, liegt die Fehlerspanne innerhalb von etwa 2° (höchstens); wenn ein 0,3-mm-Versatz vorliegt, liegt die Fehlerspanne innerhalb von etwa 3°; und wenn ein 1,0-mm-Versatz vorliegt, liegt die Fehlerspanne innerhalb von 14°. Die erhöhte Fehlerspanne aufgrund der Versätze kann durch relativ dünne (oder unendlich) dünne radiale Breiten von Enden der sichelförmigen Abschnitte der sichelförmigen Magnetanordnung verursacht werden.
Entsprechend kann ein Versatz zwischen dem Lesekreis der Magnetsensoren und der Drehachse Probleme verursachen bei der Bereitstellung einer genauen Winkelerfassung (z. B. innerhalb von 1°). Um daher diese Probleme anzugehen, kann bei einigen Implementierungen wie hierin beschrieben eine Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen in einem Drehwinkelerfassungssystem enthalten sein (siehe z. B. 4).
Wie es oben angezeigt ist, ist 3 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Bezug auf 3 beschrieben wurde.
4 ist ein Diagramm im Zusammenhang mit einer beispielhaften Implementierung 400 einer wie hierin beschriebenen sichelförmigen Magnetanordnung. Die beispielhafte Implementierung 400, wie sie in 4 gezeigt ist, umfasst eine sichelförmige Magnetanordnung mit mehreren Paaren von sichelförmigen Abschnitten (oder mehreren Paaren von sichelförmigen Magneten). Die sichelförmige Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 umfasst ein inneres Paar von sichelförmigen Abschnitten und ein äußeres Paar von sichelförmigen Abschnitten, die mit einer gleichen Taumelplatte (die mit einer drehbaren Welle verbunden sein kann oder als Teil derselben gebildet sein kann) verbunden sind oder als Teil derselben gebildet sind.
Wie es in 4 gezeigt ist, sind das innere Paar von sichelförmigen Abschnitten und das äußere Paar von sichelförmigen Abschnitten der sichelförmigen Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 konzentrisch miteinander. Beispielsweise können Abmessungen des inneren Paars von sichelförmigen Abschnitten von Abmessungen des äußeren Paars von sichelförmigen Abschnitten skaliert sein (und umgekehrt). Daher kann bei der beispielhaften Implementierung 400 das äußere Paar von sichelförmigen Abschnitten größere Innendurchmesserabmessungen als Außendurchmesserabmessungen des inneren Paars von sichelförmigen Abschnitten aufweisen, entsprechend den azimutalen Koordinaten der sichelförmigen Magnetanordnung.
Bei einigen Implementierungen kann ein Außenradius einer Außenumfangsoberfläche der inneren sichelförmigen Abschnitte gleich (oder beinahe gleich) einem Innenradius einer Innenumfangsoberfläche der äußeren sichelförmigen Abschnitte sein, an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen, sodass die inneren sichelförmigen Abschnitte und die äußeren sichelförmigen Abschnitte sich berühren (wie es in 4 gezeigt ist). Bei einigen Implementierungen kann ein kleiner Zwischenraum (z. B. 1 nm oder weniger, so klein wie es eine Herstellungstoleranz erlaubt und/oder dergleichen) zwischen der Außenumfangsoberfläche der inneren sichelförmigen Abschnitte und der Innenumfangsoberfläche der äußeren sichelförmigen Abschnitte vorliegen. In solchen Fällen kann der Zwischenraum eine Herstellbarkeit der sichelförmigen Magnetanordnung ermöglichen und eine erlaubte seitliche Verschiebung (Versatz) des Lesekreises erhöhen (z. B. aufgrund einer Bewegung eines Substrats, das die Magnetsensoren in dem Lesekreis hält).
Ferner kann das innere Paar von sichelförmigen Abschnitten mit dem äußeren Paar von sichelförmigen Abschnitten ausgerichtet sein, sodass die dicksten inneren radialen Breiten des inneren Paars von sichelförmigen Magneten mit den dicksten radialen Breiten des äußeren Paars von sichelförmigen Magneten ausgerichtet sind und/oder dass die dünnsten inneren radialen Breiten des inneren Paars von sichelförmigen Magneten ausgerichtet sind mit den dünnsten radialen Breiten des äußeren Paars von sichelförmigen Abschnitten. Bei einigen Implementierungen kann das innere Paar von sichelförmigen Magneten das äußere Paar von sichelförmigen Abschnitten berühren (z. B. an Stellen, wo die radialen Breiten der inneren sichelförmigen Abschnitte und der äußeren sichelförmigen Abschnitte am dicksten sind). Bei einigen Implementierungen kann ein radialer Abstand zwischen dem inneren Paar von sichelförmigen Abschnitten und dem äußeren Paar von sichelförmigen Abschnitten vorliegen.
Wie es ferner in 4 gezeigt ist, haben ein erster innerer sichelförmiger Abschnitt und ein erster äußerer sichelförmiger Abschnitt eine erste Magnetisierungsrichtung und ein zweiter innerer sichelförmiger Abschnitt und ein zweiter äußerer sichelförmiger Abschnitt haben eine zweite Magnetisierungsrichtung (die sich beispielsweise von der ersten Magnetisierungsrichtung unterscheidet). Bei der beispielhaften Implementierung 400 ist das innere Paar von sichelförmigen Abschnitten mit dem äußeren Paar von sichelförmigen Abschnitten gemäß den Magnetisierungsrichtungen ausgerichtet. Wie es gezeigt ist, sind der erste innere sichelförmige Abschnitt und der erste äußere sichelförmige Abschnitt, die die gleiche erste Magnetisierungsrichtung aufweisen, beispielsweise im Wesentlichen ausgerichtet, um benachbart zueinander zu sein, und der zweite innere sichelförmige Abschnitt und der zweite äußere sichelförmige Abschnitt, die die gleiche zweite Magnetisierungsrichtung aufweisen, sind im Wesentlichen ausgerichtet, um benachbart zueinander zu sein. Bei einigen Implementierungen kann das innere Paar von sichelförmigen Abschnitten versetzt sein (z. B. gemäß einem Entwurf) zu dem äußeren Paar von sichelförmigen Abschnitten, sodass der erste innere sichelförmige Magnet nicht mit dem ersten äußeren sichelförmigen Abschnitt ausgerichtet ist oder der zweite innere sichelförmige Abschnitt nicht mit dem zweiten äußeren sichelförmigen Abschnitt ausgerichtet ist.
Bei der sichelförmigen Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 kann ein Lesekreis der Magnetsensoren zwischen dem inneren Paar von sichelförmigen Abschnitten und dem äußeren Paar von sichelförmigen Abschnitten angeordnet sein. Gemäß einigen Implementierungen können die mehreren Paare von sichelförmigen Abschnitten der Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 ein Magnetfeld erzeugen, das es Magnetsensoren (die basierend auf der Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 programmiert sein können) ermöglicht, eine Axialkomponente des Magnetfelds in einer reinen oder beinahe reinen Sinuswelle zu erfassen, wenn sich die Magnetanordnung (und somit die drehbare Welle) dreht. Ferner können die mehreren Paare von sichelförmigen Abschnitten der Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 400 eine Fehlerspanne des Erfassens eines Drehwinkels der drehbaren Welle verringern, die durch einen Versatz zwischen einem Lesekreis und der Drehachse der drehbaren Welle verursacht werden kann. Beispielsweise kann die erhöhte Anzahl von Paaren von sichelförmigen Abschnitten eine Stärke des Magnetfelds erhöhen, womit die Auswirkungen des Versatzes verringert werden. Daher können die Magnetsensoren eine Position der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) im Vergleich zu älteren Magnetanordnungen genauer bestimmen, da in der gemessenen Sinuswelle der Axialkomponente des Magnetfelds im Vergleich zu den älteren Magnetanordnungen weniger Anomalien vorliegen.
Wie es oben angezeigt ist, ist 4 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Bezug auf 4 beschrieben wurde.
5 ist ein Diagramm im Zusammenhang mit einer beispielhaften Implementierung einer hierin beschriebenen Magnetanordnung. 5 umfasst ein Bild 500 von Querschnitten von Abschnitten von sichelförmigen Abschnitten (die in hierin beschriebenen sichelförmigen Magnetanordnungen enthalten sein können), die sich drehen. Um Unterschiede bei der Verzerrung von Formen eines ersten sichelförmigen Abschnitts und eines zweiten sichelförmigen Abschnitts während der Drehung zu zeigen, ist in dem Bild 500 von 5 der erste sichelförmige Magnetabschnitt, der einen quadratischen Querschnitt mit relativ dicker axialer Dicke und einer relativ dünnen radialen Dicke aufweist, auf einer Taumelplatte angeordnet, und der zweite sichelförmige Magnetabschnitt, der einen rechteckigen Querschnitt mit relativ dünner axialer Dicke und einer relativ dicken radialen Dicke aufweist, ist an der Unterseite der Taumelplatte angeordnet. Bei einigen Aspekten ist das Seitenverhältnis des ersten sichelförmigen Magnetabschnitts 1 (das heißt quadratisch), während das Seitenverhältnis des zweiten sichelförmigen Magnetabschnitts etwa 4 beträgt.
Der erste sichelförmige Magnet und der zweite sichelförmige Magnet können aus einer Weichgummiverbindung mit Ferritpulver bestehen. Wie es gezeigt ist, kann sich der erste sichelförmige Magnet, wenn er gedreht wird, aufgrund der Charakteristika des Materials und der relativ dünnen radialen Breite und der dicken axialen Dicke nach außen (weg von der Drehachse) von einer ursprünglichen Position des ersten sichelförmigen Magneten verzerren, wenn der erste sichelförmige Magnet nicht gedreht wird. Andererseits weist der zweite sichelförmige Magnet, wenn er gedreht wird, eine relativ minimale Verzerrung von der ursprünglichen Position des zweiten sichelförmigen Magneten auf, wenn der zweite sichelförmige Magnet nicht gedreht wird.
Um daher bei einigen Implementierungen Stabilität bei der Drehung sicherzustellen und eine Verzerrung einer sichelförmigen Magnetanordnung zu verhindern, die aus einer Verbindung (z. B. Gummi) gebildet ist, die ferromagnetisches Material umfasst, kann es vorteilhaft sein, Abmessungen des sichelförmigen Magneten zu nehmen, die rechteckige Querschnitte mit einem minimalen Schwellenseitenverhältnis umfassen (z. B. 3, 4, 10 und/oder dergleichen). Entsprechend kann eine axiale Dicke von Teilen eines sichelförmigen Magneten ein Schwellenwertbruchteil (entsprechend dem Seitenverhältnis) einer radialen Dicke der entsprechenden Teile der sichelförmigen Magnetanordnung sein.
Wie es oben angezeigt ist, ist 5 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Bezug auf 5 beschrieben wurde.
6 umfasst Diagramme, die einer beispielhaften Implementierung 600 einer hierin beschriebenen sichelförmigen Magnetanordnung zugeordnet sind. Aufgrund der Sichelform von Abschnitten in hierin beschriebenen sichelförmigen Magnetanordnungen erzeugen Teile von sichelförmigen Abschnitten, die eine relativ dünnere radiale Breite aufweisen, bei einigen Implementierungen ein Magnetfeld, das eine geringere Stärke aufweist als die Teile der sichelförmigen Abschnitte, die eine relativ dickere radiale Breite aufweisen. Das Vorliegen einer relativ dünneren radialen Breite (oder einer unendlich dünnen radialen Breite) kann jedoch eine strukturelle Integrität der sichelförmigen Magnetanordnung an Teilen der sichelförmigen Magnetanordnung mit relativ dünneren radialen Breiten beeinträchtigen. Daher ist die sichelförmige Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 600 ausgebildet, um dieses Problem anzugehen durch Bereitstellen einer minimalen radialen Breite für Teile (z. B. entsprechend Azimutbereichen von sichelförmigen Abschnitten) der sichelförmigen Magnetanordnung und Verringern einer axialen Dicke der sichelförmigen Magnetanordnung an Teilen der sichelförmigen Magnetanordnung, die die minimale radiale Breite aufweisen.
Wie es durch die beispielhafte Implementierung 600 von 6 gezeigt ist, ist die sichelförmige Magnetanordnung ausgebildet, um eine minimale radiale Breite aufzuweisen. Beispielsweise kann die sichelförmige Magnetanordnung eine minimale radiale Breite aufweisen an Teilen der sichelförmigen Abschnitte, wo eine radiale Breite, berechnet von einem Abstand zwischen Radien unter Verwendung der Gleichung 5, kürzer wäre als die minimale radiale Breite. Daher kann die sichelförmige Magnetanordnung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs der azimutalen Koordinate, Ψ, (z. B. ein Azimutbereich), ausgebildet sein, um eine minimale radiale Breite (z. B. 1 mm) aufzuweisen.
Wie es ferner in 6 gezeigt ist, kann an einer Sichelgrenzfläche, wo sichelförmige Abschnitte (sichelförmige Magneten) der sichelförmigen Magnetanordnung von 6 aufeinandertreffen, die sichelförmige Magnetanordnung ausgebildet sein, um eine minimale radiale Breite zu haben. Bei einigen Implementierungen ist die Sichelgrenzfläche ausgebildet, um im Wesentlichen zentriert zu sein an azimutalen Koordinaten innerhalb der Azimutbereiche, wo die sichelförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um eine minimale radiale Breite aufzuweisen.
Wie es ferner bei der beispielhaften Implementierung 600 von 6 gezeigt ist, kann eine axiale Dicke einer sichelförmigen Magnetanordnung verringert sein an Teilen der sichelförmigen Magnetanordnung, die eine minimale radiale Breite aufweisen. Bei einigen Implementierungen kann ein Verringern der axialen Dicke an Teilen der sichelförmigen Magnetanordnung, die eine minimale radiale Breite aufweisen, bewirken, dass ein Magnetfeld der sichelförmigen Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 600 relativ ähnlich ist wie eine sichelförmige Magnetanordnung mit einer unendlich dünnen radialen Breite (wie zum Beispiel die sichelförmige Magnetanordnung von 1), ohne die strukturelle Integrität der sichelförmigen Magnetanordnung zu beeinträchtigen. Bei einigen Implementierungen kann die axiale Dicke der sichelförmigen Magnetanordnung ausgebildet sein, sich allmählich zu verringern, je näher die azimutale Koordinate zu der Sichelgrenzfläche liegt. Die axiale Dicke kann exponentiell verringert, linear verringert und/oder auf jede andere Art und Weise verringert sein.
Entsprechend stellt die beispielhafte Implementierung 600 eine sichelförmige Magnetanordnung bereit, die gemäß hierin beschriebenen Beispielen eine reine oder beinahe reine Sinuswelle erzeugen kann und eine strukturelle Integrität der sichelförmigen Magnetanordnung an Teilen der sichelförmigen Magnetanordnung mit relativ dünnen radialen Breiten beibehalten kann.
Wie es oben angezeigt ist, ist 6 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem unterscheiden, was in Bezug auf 6 beschrieben wurde.
Gemäß einigen hierin beschriebenen Implementierungen ist eine sichelförmige Magnetanordnung für ein Drehwinkelerfassungssystem ausgebildet. Die sichelförmige Magnetanordnung kann ausgebildet sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das in einer relativ reinen Sinuswelle gemessen werden kann. Diese relativ reine Sinuswelle ermöglicht es Magnetsensoren, einen Drehwinkel innerhalb von 1° zu erfassen. Entsprechend liefert die sichelförmige Magnetanordnung erhöhte Genauigkeit beim Bestimmen des Drehwinkels im Vergleich zu älteren Magnetanordnungen.
Die vorhergehende Offenbarung stellt eine Darstellung und Beschreibung bereit, soll aber nicht erschöpfend sein oder die Implementierungen auf die genau offenbarte Form begrenzen. Modifikationen und Variationen sind hinsichtlich der obigen Offenbarung möglich oder können von der Anwendung der Implementierungen erhalten werden.
Einige Implementierungen sind hierin in Verbindung mit Schwellenwerten beschrieben. Wie es hierin beschrieben ist, kann sich das Erfüllen eines Schwellenwerts auf einen Wert beziehen, der größer als der Schwellenwert, mehr als der Schwellenwert, höher als der Schwellenwert, größer oder gleich wie der Schwellenwert, geringer als der Schwellenwert, kleiner als der Schwellenwert, niedriger als der Schwellenwert, niedriger oder gleich wie der Schwellenwert ist, dem Schwellenwert entspricht oder dergleichen.
Einige Implementierungen sind hierin so beschrieben, dass sie eine „parallele“ Beziehung oder eine „senkrechte“ Beziehung umfassen. Wie es hierin verwendet wird, bedeutet „parallel“ auch, dass es „im Wesentlichen parallel“ abdeckt, und „senkrecht“ bedeutet, dass es auch „im Wesentlichen“ senkrecht abdeckt. Ferner, wie es hierin verwendet wird, bezieht sich „im Wesentlichen“ darauf, dass eine beschriebene Messung, ein Element oder eine Beziehung innerhalb einer Toleranz liegt (z. B. einer Entwurfstoleranz, einer Herstellungstoleranz, einer Industriestandardtoleranz und/oder dergleichen).
Auch wenn bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen beschrieben sind und/oder in der Beschreibung offenbart sind, sollen diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Implementierungen nicht begrenzen. In der Tat können viele dieser Merkmale auf eine Art und Weise kombiniert werden, die nicht speziell in den Ansprüchen beschrieben ist und/oder in der Beschreibung offenbart ist. Obwohl jeder abhängige Anspruch, der nachfolgend aufgeführt ist, direkt nur auf einen Anspruch bezogen sein kann, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch in dem Anspruchssatz.
Kein Element, Schritt oder Anweisung, die hierin verwendet werden, sollte als kritisch oder wesentlich betrachtet werden, es sei denn, dies ist explizit derart beschrieben. Außerdem, wie es hierin beschrieben ist, sollen die Artikel „ein“ und „eine“ ein oder mehrere Elemente umfassen und können mit „ein oder mehrere“ austauschbar verwendet werden. Ferner, wie er hierin verwendet wird, soll der Begriff „Satz“ ein oder mehrere Elemente umfassen (z. B. verwandte Elemente, nicht verwandte Elemente, eine Kombination von verwandten und nicht verwandten Elementen, usw.) und kann austauschbar mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. Wo nur ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder ähnliche Sprache verwendet. Außerdem, wie sie hierin verwendet werden, sollen die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“ oder dergleichen offene Begriffe sein. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf“ bedeuten „zumindest teilweise basierend auf“, es sei denn, dies ist explizit anderweitig angemerkt.

Claims

Sichelförmige Magnetanordnung (215) für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts (205), wobei die sichelförmige Magnetanordnung (215) ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt (205) um eine Drehachse (210) zu drehen, wobei die sichelförmige Magnetanordnung (215) folgende Merkmale aufweist: eine Innenumfangsoberfläche mit einem Innenradius, der auf einer azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert; eine Außenumfangsoberfläche mit einem Außenradius, der auf der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert, wobei zumindest der Innenradius oder der Außenradius basierend auf der azimutalen Koordinate variiert; und eine axiale Dicke zwischen einem ersten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung (215) und einem zweiten Ende der sichelförmigen Magnetanordnung (215), wobei die Innenumfangsoberfläche und die Außenumfangsoberfläche einen ersten sichelförmigen Abschnitt und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt bilden, wobei der erste sichelförmige Abschnitt dem zweiten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt, und wobei der erste sichelförmige Abschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und der zweite sichelförmige Abschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung liegt und sich von der ersten Richtung unterscheidet.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 1, bei der der Außenradius größer ist als ein Radius eines Lesekreises von Magnetsensoren (220), die der sichelförmigen Magnetanordnung (215) zugeordnet sind, und der Innenradius kleiner ist als der Radius des Lesekreises.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt diametral symmetrisch sind.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste sichelförmige Abschnitt einen ersten sichelförmigen Magneten aufweist und der zweite sichelförmige Abschnitt einen zweiten sichelförmigen Magneten aufweist.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt einander an Stellen schneiden, wo die radiale Breite des ersten sichelförmigen Abschnitts und die radiale Breite des zweiten sichelförmigen Abschnitts am kleinsten sind.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die axiale Dicke des ersten sichelförmigen Abschnitts auf einer Dicke einer radialen Breite der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert, wobei die radiale Breite auf der azimutalen Koordinate basiert und eine Differenz zwischen dem Innenradius und dem Außenradius an der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) aufweist.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Innenumfangsoberfläche eine elliptische zylindrische Innenumfangsoberfläche aufweist und die Außenumfangsoberfläche eine elliptische zylindrische Außenumfangsoberfläche aufweist.
Sichelförmige Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 7, bei der eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen Innenumfangsoberfläche senkrecht zu einer Nebenachse der elliptischen zylindrischen Außenumfangsoberfläche ist.
Drehwinkelerfassungssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine sichelförmige Magnetanordnung (215) für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts (205), wobei die sichelförmige Magnetanordnung (215) ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt (205) um eine Drehachse (210) zu drehen, wobei die sichelförmige Magnetanordnung (215) folgende Merkmale umfasst: einen ersten sichelförmigen Abschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die zwischen 120° und 180° zu der ersten Richtung liegt, wobei der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt durch eine Innenumfangsoberfläche und einen Außenumfang der sichelförmigen Magnetanordnung (215) gebildet sind; und einen Magnetsensor (220) zum Messen des Drehwinkels des drehbaren Objekts (205) basierend auf einem Magnetfeld, das aus dem ersten sichelförmigen Abschnitt und dem zweiten sichelförmigen Abschnitt der sichelförmigen Magnetanordnung (215) gebildet ist; wobei der Magnetsensor (220) in einem Lesekreis positioniert ist, wobei der Lesekreis einen Leseradius aufweist, der einem Abstand zwischen einer Position des Magnetsensors (220) und der Drehachse (210) entspricht, und wobei ein Innenradius der Innenumfangsoberfläche, der kleiner ist als der Leseradius, auf einer azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert; und wobei ein Außenradius der Außenumfangsoberfläche, der größer ist als der Leseradius, basierend auf der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) und dem Leseradius variiert.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß Anspruch 9, bei dem die sichelförmige Magnetanordnung (215) mit einer Taumelplatte verbunden ist oder als Teil derselben gebildet ist, wobei die Taumelplatte mit dem drehbaren Objekt (205) verbunden ist oder als ein Teil desselben gebildet ist, um zu bewirken, dass sich die sichelförmige Magnetanordnung (215) zusammen mit der drehbaren Welle um die Drehachse (210) dreht.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der Magnetsensor einer einer Mehrzahl von Magnetsensoren (220) ist, wobei die Mehrzahl von Magnetsensoren (220) auf dem Lesekreis positioniert sind.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11,bei dem der erste sichelförmige Abschnitt und der zweite sichelförmige Abschnitt diametral symmetrisch sind.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem eine axiale Dicke des ersten sichelförmigen Abschnitts auf einer Dicke einer radialen Breite der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert, wobei die radiale Breite auf der azimutalen Koordinate basiert und eine Differenz aufweist zwischen dem Innenradius und dem Außenradius an der azimutalen Koordinate der sichelförmigen Magnetanordnung (215) und wobei die axiale Dicke am dicksten ist, wo die radiale Breite am dicksten ist, und am dünnsten ist, wo die radiale Breite am dünnsten ist.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem eine axiale Dicke des ersten sichelförmigen Abschnitts auf einer Dicke einer radialen Breite der sichelförmigen Magnetanordnung (215) basiert, wobei die radiale Breite zwischen einer kleinsten radialen Breite und einer größten radialen Breite monoton variiert und die axiale Dicke entsprechend zwischen einer kleinsten axialen Dicke und einer größten axialen Dicke monoton variiert.
Drehwinkelerfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die sichelförmige Magnetanordnung (215) eine einer Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen (215) des Drehwinkelerfassungssystems ist, wobei die Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen (215) mit einer gleichen Taumelplatte verbunden sind oder als ein Teil derselben gebildet sind, wobei die Taumelplatte mit dem drehbaren Objekt (205) verbunden ist oder als Teil desselben gebildet ist, um zu bewirken, dass sich die Mehrzahl von sichelförmigen Magnetanordnungen (215) zusammen mit dem drehbaren Objekt (205) um die Drehachse (210) dreht.
Magnetanordnung (215) für die Verwendung beim Bestimmen eines Drehwinkels eines drehbaren Objekts (205), wobei die Magnetanordnung (215) folgende Merkmale aufweist: einen ersten Magneten, der ausgebildet ist, um sich zusammen mit der drehbaren Welle um eine Drehachse (210) zu drehen, wobei der erste Magnet folgende Merkmale umfasst: eine erste Innenumfangsoberfläche mit einem ersten Innenradius, der basierend auf einer azimutalen Koordinate der Magnetanordnung (215) variiert; eine erste Außenumfangsoberfläche mit einem ersten Außenradius, der basierend auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung (215) variiert; und eine erste axiale Dicke zwischen einem ersten Ende der Magnetanordnung (215) und einem zweiten Ende der Magnetanordnung (215), wobei die erste Innenumfangsoberfläche und die erste Außenumfangsoberfläche einen ersten sichelförmigen Abschnitt und einen zweiten sichelförmigen Abschnitt bilden, wobei der erste sichelförmige Abschnitt dem zweiten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt, wobei der erste sichelförmige Abschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und der zweite sichelförmige Abschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung liegt und sich von der ersten Richtung unterscheidet, und wobei eine Dicke der ersten axialen Dicke auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung (215) basiert und proportional zu einer radialen Breite der Magnetanordnung (215) an der azimutalen Koordinate ist, wobei die radiale Breite an der azimutalen Koordinate einer Differenz entspricht zwischen einem Radius der Innenumfangsoberfläche an der azimutalen Koordinate und einem Radius der Außenumfangsoberfläche an der azimutalen Koordinate.
Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 16, wobei die Magnetanordnung (215) ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Magneten, der ausgebildet ist, um sich zusammen mit dem drehbaren Objekt (205) um die Drehachse (210) zu drehen, wobei der zweite Magnet folgende Merkmale umfasst: eine zweite Innenumfangsoberfläche mit einem zweiten Innenradius, der auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung (215) und dem Abstand zwischen der Drehachse (210) und dem mittleren Radius der Magnetanordnung (215) basiert und eine zweite Außenumfangsoberfläche mit einem zweiten Außenradius, der auf der azimutalen Koordinate der Magnetanordnung (215) basiert und eine zweite axiale Dicke zwischen dem ersten Ende der Magnetanordnung (215) und dem zweiten Ende der Magnetanordnung (215), wobei die zweite Innenumfangsoberfläche und die zweite Außenumfangsoberfläche einen dritten sichelförmigen Abschnitt und einen vierten sichelförmigen Abschnitt bilden und wobei der dritte sichelförmige Abschnitt dem vierten sichelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegt, wobei der dritte sichelförmige Abschnitt in der ersten Richtung magnetisiert ist und der vierte sichelförmige Abschnitt in der zweiten Richtung magnetisiert ist.
Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 16 oder 17, bei der der erste Magnet und der zweite Magnet mit einer Taumelplatte verbunden sind oder als ein Teil derselben gebildet sind und die Taumelplatte mit dem drehbaren Objekt (205) verbunden ist oder als ein Teil desselben gebildet ist, um zu bewirken, dass sich die Magnetanordnung (215) zusammen mit dem drehbaren Objekt (205) um die Drehachse (210) dreht.
Magnetanordnung (215) gemäß Anspruch 17 oder 18, bei der der erste sichelförmige Abschnitt benachbart zu dem dritten sichelförmigen Abschnitt ausgerichtet ist, sodass eine dickste radiale Breite des ersten sichelförmigen Abschnitts mit einer dicksten radialen Breite des dritten sichelförmigen Abschnitts ausgerichtet ist und der zweite sichelförmige Abschnitt benachbart zu dem vierten sichelförmigen Abschnitt ausgerichtet ist, sodass eine dickste radiale Breite des zweiten sichelförmigen Abschnitts mit einer dicksten radialen Breite des vierten sichelförmigen Abschnitts ausgerichtet ist.
Magnetanordnung (215) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die erste Innenumfangsoberfläche eine elliptische zylindrische Innenumfangsoberfläche aufweist und die erste Außenumfangsoberfläche eine elliptische zylindrische Außenumfangsoberfläche aufweist und eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen Innenumfangsoberfläche senkrecht zu einer Nebenachse der elliptischen zylindrischen Außenumfangsoberfläche ist.