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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Positionserkennungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Ringmagnet nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Aus der
DE 100 17 542 A1 ist eine Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung einer Drehstellung eines rotierenden Elements bekannt. Die Positionserkennungsvorrichtung weist einen Ringmagnet zur drehfesten Anordnung an dem rotierenden Element. Der Ringmagnet eine Mehrzahl von in Umfangrichtung angeordneten Polpaarsegmenten auf, wobei jedes Polpaarsegment jeweils ein Nordpolsegment und ein Südpolsegment aufweist. Die Bogenlängen der Polpaarsegmente sind identisch, während sich die Bogenlängen der Nord- und der Südpolsegmente innerhalb eines Polpaarsegments jeweils voneinander unterscheiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine gattungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Erkennung einer Drehstellung eines rotierenden Elements bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Positionserkennungsvorrichtung zur Erfassung einer Drehstellung eines rotierenden Elements, mit zumindest einem Ringmagnet zur drehfesten Anordnung an dem rotierenden Element, welcher eine Mehrzahl von in Umfangrichtung angeordneten Polpaarsegmenten aufweist, wobei jedes Polpaarsegment jeweils ein Nordpolsegment und ein Südpolsegment aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Bogenlänge zumindest eines Polpaarsegments verschieden ist zu einer Bogenlänge zumindest eines weiteren Polpaarsegments.
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Insbesondere ist die Positionserkennungsvorrichtung zu einer Verwendung innerhalb eines Antriebssystems, insbesondere eines Stellantriebsystems, vorgesehen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Die Positionserkennungsvorrichtung ist innerhalb eines Antriebssystems insbesondere dazu vorgesehen, eine Drehstellung eines rotatorisch um eine Drehachse antreibbaren Elements zu erfassen. Der Ringmagnet der Positionserkennungsvorrichtung ist zu einer drehfesten Anordnung an dem rotierend antreibbaren Element vorgesehen, dessen Drehstellung mittels der Positionserkennungsvorrichtung erfasst werden soll.
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Der Ringmagnet weist eine Mehrzahl von magnetischen Polpaaren auf. Die Polpaare sind in Umfangrichtung entlang des Ringmagneten angeordnet, wobei jedes Polpaar ein Polpaarsegment in Form eines Ringsegments ausbildet, welches sich entlang eines Kreisbogens erstreckt. Jedes Polpaar weist jeweils einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol auf. Der Nordpol ist als ein Nordpolsegment in Form eines Ringsegments und der Südpol als ein Südpolsegment in Form eines Ringsegments ausgebildet. Sowohl die Nordpolsegmente als auch die Südpolsegmente erstrecken sich entlang eines Kreisbogens. Jeweils ein Nordpolsegment und ein Südpolsegment bilden ein Polpaarsegment, wobei eine Bogenlänge des Polpaarsegments der Summe der Bogenlängen des Nordpolsegments und des Südpolsegments entspricht. Der Ringmagnet weist vorzugsweise zumindest zwei Polpaarsegmente auf. Entsprechend weist der Ringmagnet vorzugsweise zumindest zwei magnetische Polpaare mit insgesamt zumindest vier magnetischen Polen auf. Insbesondere kann der Ringmagnet vorzugsweise fünf Polpaarsegmente aufweisen. Entsprechend weist der Ringmagnet in dieser Ausgestaltung fünf magnetische Polpaare mit zehn magnetischen Polen auf.
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Die Bogenlängen der Polpaarsegmente sind derart gewählt, dass sich eine Bogenlänge zumindest eines Polpaarsegments von einer Bogenlänge zumindest eines weiteren Polpaarsegments innerhalb des Ringmagnets unterscheidet. Insbesondere weist zumindest ein Polpaarsegment gegenüber allen weiteren Polpaarsegmenten eine größere Bogenlänge auf. Insbesondere unterscheidet sich die Bogenlänge zumindest eines Polpaarsegments um zumindest 10 %, vorzugsweise um zumindest 20 %, bevorzugt um zumindest 30 % und besonders bevorzugt um zumindest 40 % von einer Bogenlänge zumindest eines weiteren Polpaarsegments innerhalb des Ringmagnets. Vorzugsweise unterscheiden sich die Bogenlängen aller Polpaarsegmente voneinander. Insbesondere ist ein Polpaarsegment mit einer kleinsten Bogenlänge in Umfangsrichtung des Ringmagnets betrachtet zumindest an einer Seite unmittelbar neben einem Polpaarsegment mit einer größten Bogenlänge angeordnet. Zwischen dem Polpaarsegment mit der kleinesten Bogenlänge und dem Polpaarsegment mit der größten Bogenlänge angeordnete Polpaarsegmente weisen eine in Umfangsrichtung des Ringmagnets betrachtet insbesondere zunehmende Bogenlängen auf. Alternativ kann der Ringmagnet eine Mehrzahl von Polpaarsegmenten mit identischer Bogenlänge und zumindest ein Polpaarsegment mit einer davon abweichenden Bogenlänge, insbesondere einer größeren Bogenlänge, aufweisen. Bei einer Rotation des Ringmagnets sind die Magnetfelder der Polpaarsegmente mittels zumindest eines Magnetfeldsensors erfassbar, wodurch eine Drehstellung des Ringmagnets ermittelbar ist.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Erkennung einer Drehstellung eines rotierenden Elements bereitgestellt werden. Insbesondere kann aufgrund der unterschiedlichen Bogenlängen der Polpaarsegmente eine vorteilhafte absolute Erfassung der Drehstellung erreicht werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass eine Bogenlänge des Nordpolsegments eines Polpaarsegments identisch ist mit einer Bogenlänge des Südpolsegments des selben Polpaarsegments. Insbesondere bildet das Nordpolsegment jeweils einen magnetischen Nordpol eines Polpaarsegments. Das Südpolsegment bildet insbesondere jeweils einen magnetischen Südpol. Somit entspricht die Bogenlänge der Polpaarsegmente der Summe der Bogenlängen der jeweiligen Polsegmente. Hierdurch kann eine vorteilhafte Erfassung der Polpaarsegmente ermöglicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Positionserkennungsvorrichtung eine Magnetfeldsensoreinheit aufweist, welche relativ zu dem Ringmagnet feststehend angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, die Magnetfelder der Polpaarsegmente zu erfassen. Vorzugsweise weist die Magnetfeldsensoreinheit zwei Sensorelemente auf, welche entlang einer Rotationsrichtung des Ringmagnets versetzt zueinander angeordnet sind. Insbesondere ist ein Abstand zwischen den zwei Sensorelementen der Sensoreinheit geringer als eine Bogenlänge des Polpaarsegments des Ringmagnets mit der geringsten Bogenlänge. Die Sensorelemente sind vorzugsweise entlang der Rotationsrichtung des Ringmagnets unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Sensorelemente als Hall-Sensorelemente und/oder magnetoresistive Sensorelemente, beispielsweise als AMR-, GMR-, TMR und/oder XMR-Sensorelemente, ausgebildet. Zudem weist die Positionserkennungsvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoreinheit zu übernehmen und aus diesen die aktuelle Drehstellung des Ringmagnets bzw. eines drehbaren Elements, an welchem der Ringmagnet angeordnet ist, zu ermitteln. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder zuverlässige Erfassung und/oder Auswertung der Magnetfelder der Polpaarsegmente des Ringmagnets erfolgen.
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Zudem geht die Erfindung aus von einem Ringmagnet für eine Positionserkennungsvorrichtung, welcher eine Mehrzahl von in Umfangrichtung angeordneten Polpaarsegmenten aufweist, wobei jedes Polpaarsegment jeweils ein Nordpolsegment und ein Südpolsegment aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Bogenlänge zumindest eines Polpaarsegments verschieden ist zu einer Bogenlänge zumindest eines weiteren Polpaarsegments.
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Die Bogenlängen der Polpaarsegmente sind derart gewählt, dass sich eine Bogenlänge zumindest eines Polpaarsegments von einer Bogenlänge zumindest eines weiteren Polpaarsegments innerhalb des Ringmagnets unterscheidet. Hierdurch kann ein gattungsgemäßer Ringmagnet für eine Positionserkennungsvorrichtung bereitgestellt werden, welcher eine vorteilhafte absolute Erkennung einer Drehstellung eines rotierenden Elements ermöglicht.
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Ferner wird ein Antriebssystem vorgeschlagen mit zumindest einem rotatorisch antreibbaren Element, mit zumindest einem Elektromotor zum Antrieb des zumindest einen Elements und mit zumindest einer erfindungsgemäßen Positionserkennungsvorrichtung. Vorzugsweise ist ein Ringmagnet der Positionserkennungsvorrichtung drehfest an dem zumindest einen Element angeordnet. Der Elektromotor ist insbesondere dazu vorgesehen, das zumindest eine Element unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über ein Getriebe anzutreiben. Hierdurch kann eine vorteilhafte absolute Erfassung des rotatorisch antreibbaren Elements innerhalb des Antriebssystems erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung und/oder der erfindungsgemäße Ringmagnet soll/sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann/können die erfindungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung und/oder der erfindungsgemäße Ringmagnet zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Positionserkennungsvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung der Positionserkennungsvorrichtung,
- 3 eine Ausgangssignal einer Magnetfeldsensoreinheit der Positionserkennungsvorrichtung gemäß 2,
- 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Positionserkennungsvorrichtung,
- 5 ein Ausgangssignal einer Magnetfeldsensoreinheit der Positionserkennungsvorrichtung gemäß 4,
- 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Positionserkennungsvorrichtung und
- 7 ein Ausgangssignal einer Magnetfeldsensoreinheit der Positionserkennungsvorrichtung gemäß 6.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems 44a. Das Antriebssystem 44a ist mit geöffnetem Gehäusedeckel dargestellt. Das Antriebssystem 44a ist beispielhaft als ein Stellantrieb ausgebildet. Insbesondere kann das Antriebssystem 44a zu einer Verwendung als Stellantrieb in einem Automobil vorgesehen sein. Das Antriebssystem 44a umfasst einen Elektromotor (hier nicht sichtbar) und ein mittels des Elektromotors rotatorisch antreibbares Element 12a. Das Antriebssystem 44a weist ein Zahnradgetriebe 72a auf, welches eine Drehbewegung einer Welle 74a des Elektromotors auf das rotatorisch antreibbare Element 12a überträgt. Das rotatorisch antreibbare Element 12a ist beispielhaft als ein Abtriebszahnrad 46a mit einer Nabe 48a ausgebildet. Die Nabe 48a ist insbesondere zur Aufnahme einer nicht dargestellten anzutreibenden Welle vorgesehen. Zur Erfassung der Drehstellung des rotatorisch antreibbaren Elements 12a weist das Antriebssystem 44a eine Positionserkennungsvorrichtung 10a auf. Die Positionserkennungsvorrichtung 10a umfasst einen mehrpoligen Ringmagnet 14a. Der Ringmagnet 14a der Positionserkennungsvorrichtung 10a ist drehfest an dem rotatorisch antreibbaren Element 12a angeordnet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Positionserkennungsvorrichtung 10a zur Erfassung einer Drehstellung des rotierend antreibbaren Elements 12a der Antriebsvorrichtung 44a. Die Positionserkennungsvorrichtung 10a weist einen Ringmagnet 14a zur drehfesten Anordnung an dem rotierend antreibbaren Element 12a auf. Der Ringmagnet 14a weist eine Mehrzahl von in Umfangrichtung 16a angeordneten Polpaarsegmenten 18a, 20a auf. Der Ringmagnet 14a weist in der dargestellten Ausführung zwei Polpaarsegmente 18a, 20a auf. Jedes Polpaarsegment 18a, 20a weist jeweils ein Nordpolsegment 26a und ein Südpolsegment 28a auf. Die Bogenlänge 30a eines ersten Polpaarsegments 18a des Ringmagnets 14a ist verschieden ist zu einer Bogenlänge 30a eines zweiten Polpaarsegments 20a des Ringmagnets 14a. Somit unterscheiden sich die Bogenlängen 30a aller Polpaarsegmente 18a, 20a des Ringmagnets 14a voneinander. Das erste Polpaarsegment 18a weist gegenüber dem zweiten Polpaarsegment 20a eine größere Bogenlänge 30a auf. Das erste Polpaarsegment 18a überspannt einen Winkel 62a von 220° des Umfangs des Ringmagnets 14a. Das zweite Polpaarsegment 20a überspannt einen Winkel 64a von 140° des Umfangs des Ringmagnets 14a. Innerhalb der Polpaarsegmente 18a, 20a ist eine Bogenlänge des Nordpolsegments 26a eines Polpaarsegments 18a, 20a jeweils identisch mit einer Bogenlänge des Südpolsegments 28a des selben Polpaarsegments 18a, 20a.
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Zudem weist die Positionserkennungsvorrichtung 10a eine Magnetfeldsensoreinheit 36a auf. Die Magnetfeldsensoreinheit 36a ist relativ zu dem Ringmagnet 14a feststehend angeordnet. Die Magnetfeldsensoreinheit 36a ist zu einer Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14a dazu vorgesehen, die Magnetfelder der Polpaarsegmente 18a, 20a zu erfassen. Die Magnetfeldsensoreinheit 30a weist zwei Sensorelemente 38a, 40a auf. Die Sensorelemente 38a, 40a sind entlang einer Rotationsrichtung 42a des Ringmagnets 14a versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Sensorelemente 38a, 40a entlang der Rotationsrichtung 42a des Ringmagnets 14a unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Die Sensorelemente 38a, 40a sind vorzugsweise als Hall-Sensorelemente und/oder magnetoresistive Sensorelemente ausgebildet. Die Sensorelemente 38, 40a sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet. Alternativ ist auch eine Verwendung einer Magnetfeldsensoreinheit 36a mit lediglich einem Sensorelement denkbar.
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3 zeigt den Verlauf des Ausgangssignals 50a der Magnetfeldsensoreinheit 36a bei einer Drehung des Ringmagnets 14a relativ zu der Magnetfeldsensoreinheit 36a. Das Ausgangssignal 50a ist über den Drehwinkel 52a des Ringmagnets 14a aufgetragen. Durch die unterschiedlichen Bogenlängen 30a der Polpaarsegmente 18a, 20a ergeben sich für die Polpaarsegmente 18a, 20a unterschiedliche Steigungen des Ausgangssignals 50a. So weist das Ausgangssignal 50a im Bereich des ersten Polpaarsegments 18a eine geringere Steigung auf als im Bereich des zweiten Polpaarsegments 20a. Anhand der unterschiedlichen Steigungen des Ausgangssignals 50a kann eine absolute Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14a erfolgen. Hierzu weist die Positionserkennungsvorrichtung 10a eine Auswerteeinheit 56a auf (vgl. 2). Die Auswerteeinheit 56a ist dazu vorgesehen, anhand des Ausgangssignals 50a der Magnetfeldsensoreinheit 36a die Drehstellung des Ringmagnets 14a zu ermitteln. Hierzu ist die Auswerteeinheit 56a insbesondere dazu vorgesehen, anhand der jeweiligen Steigung des Ausgangssignals 50a das jeweilige Polpaarsegment 18a, 20a zu ermitteln. Bei einer Verwendung einer Magnetfeldsensoreinheit 36a mit zwei zueinander beabstandet angeordneten Sensorelementen 38a, 40a ergeben sich bei jeder Drehstellung des Ringmagnets 14a unterschiedliche Messwerte 58a, 60a für die beiden Sensorelemente 38a, 40a. Anhand der Steigung des Ausgangssignals 50a und der Messwerte 58a, 60a der Sensorelemente 38a, 40a ist sowohl das jeweilige Polpaarsegment 18a, 20a als auch die jeweilige Position innerhalb des entsprechenden Polpaarsegments 18a, 20a ermittelbar. Dies ist insbesondere auch bei einem Stillstand des Ringmagnets 14a möglich. In einem Übergang zwischen den Polpaarsegmenten 18a, 20a weist das Ausgangssignal 50a jeweils eine Sprungstelle 32a auf, wodurch ein Übergang zwischen den Polpaarsegmenten 18a, 20a eindeutig feststellbar ist.
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In den 4 bis 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 7 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis c ersetzt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Positionserkennungsvorrichtung 10b zur Erfassung einer Drehstellung des rotierend antreibbaren Elements 12b einer Antriebsvorrichtung 44b. Die Positionserkennungsvorrichtung 10b weist einen Ringmagnet 14b zur drehfesten Anordnung an dem rotierend antreibbaren Element 12b auf. Der Ringmagnet 14b weist in der dargestellten Ausführung drei Polpaarsegmente 18b, 20b, 22b auf. Jedes Polpaarsegment 18b, 20b, 22b weist jeweils ein Nordpolsegment 26b und ein Südpolsegment 28b auf. Die Bogenlänge 30b eines ersten Polpaarsegments 18b des Ringmagnets 14b ist verschieden ist zu den Bogenlängen 30b eines zweiten Polpaarsegments 20b und einer Bogenlänge 30b eines dritten Polpaarsegments 22b des Ringmagnets 14b. Das zweite Polpaarsegment 20b und das dritte Polpaarsegment 22b weisen eine identische Bogenlänge 30b auf. Die Bogenlänge 30b des ersten Polpaarsegments 18b ist um ein vielfaches größer als die Bogenlängen 30b des zweiten Polpaarsegments 20b und des dritten Polpaarsegments 22b. Das erste Polpaarsegment 18b überspannt einen Winkel 62b von 220° des Umfangs des Ringmagnets 14b. Das zweite Polpaarsegment 20b und das dritte Polpaarsegment 22b überspannen jeweils einen Winkel 64b, 66b von 70° des Umfangs des Ringmagnets 14b. Alternativ kann der Ringmagnet 14b eine von zwei abweichende Anzahl von Polpaarsegmenten mit einer identischen Bogenlänge 30b aufweisen. Insbesondere kann der Ringmagnet 14b zwischen zwei und acht Polpaarsegmente mit einer identischen Bogenlänge 30b aufweisen. Innerhalb der Polpaarsegmente 18b, 20b, 22b ist eine Bogenlänge des Nordpolsegments 26b eines Polpaarsegments 18b, 20b, 22b jeweils identisch mit einer Bogenlänge des Südpolsegments 28b des selben Polpaarsegments 18b, 20b, 22b. Zudem weist die Positionserkennungsvorrichtung 10b eine Magnetfeldsensoreinheit 36b auf. Die Magnetfeldsensoreinheit 36b ist relativ zu dem Ringmagnet 14b feststehend angeordnet. Die Magnetfeldsensoreinheit 36b ist zu einer Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14b dazu vorgesehen, die Magnetfelder der Polpaarsegmente 18b, 20b, 22b zu erfassen. Die Magnetfeldsensoreinheit 36b weist zwei Sensorelemente 38b, 40b auf. Die Sensorelemente 38b, 40b sind entlang einer Rotationsrichtung 42b des Ringmagnets 14b versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Sensorelemente 38b, 40b entlang der Rotationsrichtung 42b des Ringmagnets 14b unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.
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5 zeigt den Verlauf des Ausgangssignals 50b der Magnetfeldsensoreinheit 36b bei einer Drehung des Ringmagnets 14b relativ zu der Magnetfeldsensoreinheit 36b. Das Ausgangssignal 50b ist über den Drehwinkel 52b des Ringmagnets 14b aufgetragen. Durch die unterschiedlichen Bogenlängen 30b der Polpaarsegmente 18b, 20b, 22b ergeben sich für die Polpaarsegmente 18b, 20b, 22b unterschiedliche Steigungen des Ausgangssignals 50b. So weist das Ausgangssignal 50b im Bereich des ersten Polpaarsegments 18b eine geringere Steigung auf als in Bereichen des zweiten Polpaarsegments 20b und des dritten Polpaarsegments 22b. Die Steigungen des Ausgangssignals 50b für das zweite Polpaarsegment 20b und das dritte Polpaarsegment 22b sind aufgrund der identischen Bogenlänge 30b der Polpaarsegmente 20b, 22b identisch. Anhand der unterschiedlichen Steigungen des Ausgangssignals 50b kann mittels einer Auswerteeinheit 56b eine absolute Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14a erfolgen. Im Gegensatz zum Bereich des ersten Polpaarsegments 18b erfolgt im Bereich des zweiten und dritten Polpaarsegments 20b, 22b eine schnellere und häufigere Änderung des Ausgangssignals 50b. Somit ist eine Drehstellung im Bereich des zweiten und dritten Polpaarsegments 20b, 22b vorteilhaft schnell und eindeutig detektierbar. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn es sich bei dem Bereich des zweiten und dritten Polpaarsegments 20b, 22b um einen unerwünschten und/oder nicht relevanten Bereich im Hinblick auf eine Drehstellung des Ringmagnets 14b bzw. des rotierend antreibbaren Elements 12b handelt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Positionserkennungsvorrichtung 10c zur Erfassung einer Drehstellung des rotierend antreibbaren Elements 12c einer Antriebsvorrichtung 44c. Die Positionserkennungsvorrichtung 10c weist einen Ringmagnet 14c zur drehfesten Anordnung an dem rotierend antreibbaren Element 12c auf. Der Ringmagnet 14c weist in der dargestellten Ausführung fünf Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c auf. Jedes Polpaarsegment 18c, 20c, 22c, 24c, 34c weist jeweils ein Nordpolsegment 26c und ein Südpolsegment 28c auf. Die Bogenlängen 30c aller Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c des Ringmagnets 14c unterscheiden sich voneinander. Das erste Polpaarsegment 18c überspannt einen Winkel 62c von 40° des Umfangs des Ringmagnets 14c. Das zweite Polpaarsegment 20c überspannt einen Winkel 64c von 50° des Umfangs des Ringmagnets 14c. Das dritte Polpaarsegment 22c überspannt einen Winkel 66c von 65° des Umfangs des Ringmagnets 14c. Das vierte Polpaarsegment 24c überspannt einen Winkel 68c von 90° des Umfangs des Ringmagnets 14c. Das fünfte Polpaarsegment 34c überspannt einen Winkel 70c von 115° des Umfangs des Ringmagnets 14c. Innerhalb der Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c ist eine Bogenlänge des Nordpolsegments 26c eines Polpaarsegments 18c, 20c, 22c, 24c, 34c jeweils identisch mit einer Bogenlänge des Südpolsegments 28c des selben Polpaarsegments 18c, 20c, 22c, 24c, 34c. Zudem weist die Positionserkennungsvorrichtung 10c eine Magnetfeldsensoreinheit 36c auf. Die Magnetfeldsensoreinheit 36c ist relativ zu dem Ringmagnet 14c feststehend angeordnet. Die Magnetfeldsensoreinheit 36c ist zu einer Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14c dazu vorgesehen, die Magnetfelder der Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c zu erfassen. Die Magnetfeldsensoreinheit 30c weist zwei Sensorelemente 38c, 40c auf. Die Sensorelemente 38c, 40c sind entlang einer Rotationsrichtung 42c des Ringmagnets 14c versetzt zueinander angeordnet.
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7 zeigt den Verlauf des Ausgangssignals 50c der Magnetfeldsensoreinheit 36c bei einer Drehung des Ringmagnets 14c relativ zu der Magnetfeldsensoreinheit 36c. Das Ausgangssignal 50c ist über den Drehwinkel 52c des Ringmagnets 14c aufgetragen. Durch die unterschiedlichen Bogenlängen 30c der Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c ergeben sich für die Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c unterschiedliche Steigungen des Ausgangssignals 50c. Aufgrund der unterschiedlichen Bogenlängen 30c der Polpaarsegmente 18c, 20c, 22c, 24c, 34c ergibt sich für jedes Polpaarsegment 18c, 20c, 22c, 24c, 34c eine andere Steigung des Ausgangssignals 50c. Anhand der unterschiedlichen Steigungen des Ausgangssignals 50c kann eine absolute Erfassung der Drehstellung des Ringmagnets 14c erfolgen. Hierzu weist die Positionserkennungsvorrichtung 10c eine Auswerteeinheit 56c auf, die dazu vorgesehen ist, anhand des Ausgangssignals 50c der Magnetfeldsensoreinheit 36c die Drehstellung des Ringmagnets 14c zu ermitteln. Hierzu ist die Auswerteeinheit 56c insbesondere dazu vorgesehen, anhand der jeweiligen Steigung des Ausgangssignals 50c das jeweilige Polpaarsegment 18c, 20c, 22c, 24c, 34c zu ermitteln. Bei einer Verwendung einer Magnetfeldsensoreinheit 36c mit zwei zueinander beabstandet angeordneten Sensorelementen 38c, 40c ergeben sich bei jeder Drehstellung des Ringmagnets 14c unterschiedliche Messwerte 58c, 60c für die beiden Sensorelemente 38c, 40c. Anhand der Steigung des Ausgangssignals 50c und der Messwerte 58c, 60c der Sensorelemente 38c, 40c ist sowohl das jeweilige Polpaarsegment 18c, 20c, 22c, 24c, 34c als auch die jeweilige Position innerhalb des entsprechenden Polpaarsegments 18c, 20c, 22c, 24c, 34c ermittelbar. Dies ist insbesondere auch bei einem Stillstand des Ringmagnets 14c möglich. In einem Übergang zwischen den Polpaarsegmenten 18c, 20c, 22c, 24c, 34c weist das Ausgangssignal 50c jeweils eine Sprungstelle auf, wodurch ein Übergang zwischen den Polpaarsegmenten 18c, 20c, 22c, 24c, 34c eindeutig feststellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Positionserkennungsvorrichtung
- 12
- Element
- 14
- Ringmagnet
- 16
- Umfangrichtung
- 18
- Polpaarsegment
- 20
- Polpaarsegment
- 22
- Polpaarsegment
- 24
- Polpaarsegment
- 26
- Nordpolsegment
- 28
- Südpolsegment
- 30
- Bogenlänge
- 32
- Sprungstelle
- 34
- Polpaarsegment
- 36
- Magnetfeldsensoreinheit
- 38
- Sensorelement
- 40
- Sensorelement
- 42
- Rotationsrichtung
- 44
- Antriebssystem
- 46
- Abtriebszahnrad
- 48
- Nabe
- 50
- Ausgangssignal
- 52
- Drehwinkel
- 54
- Sprungstelle
- 56
- Auswerteeinheit
- 58
- Messwert
- 60
- Messwert
- 62
- Winkel
- 64
- Winkel
- 66
- Winkel
- 68
- Winkel
- 70
- Winkel
- 72
- Zahnradgetriebe
- 74
- Welle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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