DE102019120790A1 - Sensor arrangement with multipole encoder and rotation bearing - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren (01), die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung (x) abwechselnd angeordneten magnetischen Nordpolen (02) und Südpolen (03) bereitstellen, welche jeweils durch eine Grenzlinie (04) voneinander getrennt sind. Die Sensoranordnung umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher in der Abtastrichtung (x) relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar ist, wobei ein Tastverhältnis eines Signals des Magnetfeldsensors einem Verhältnis einer Breite eines der Nordpole (02) zu einer Gesamtbreite eines der Polpaare (01) entspricht. Die Grenzlinien (04) sind derart ausgebildet, dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung (x) und bei einer gleichzeitigen Bewegung in einer dazu senkrechten Richtung (y) das Tastverhältnis des Signales gemäß einer nichtlinearen Funktion in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrechten Richtung (y) ändert. Erfindungsgemäß weist die nichtlineare Funktion an einer nominellen Position (06) des Multipolencoders bezogen auf den Magnetfeldsensor in der senkrechten Richtung (y) ein Extremum ihrer Steigung auf. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Rotationslager mit zwei relativ zueinander rotierbaren Maschinenteilen und einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit.The present invention relates to a sensor arrangement for determining a path or an angle of rotation or also a speed or an angular speed. The sensor arrangement comprises a multipole encoder made up of several adjacent magnetic pole pairs (01), which provide a scanning plane with magnetic north poles (02) and south poles (03) arranged alternately in a scanning direction (x), each of which is separated from one another by a boundary line (04) . The sensor arrangement further comprises at least one magnetic field sensor which is movable in the scanning direction (x) relative to the magnetic field sensor, a duty cycle of a signal of the magnetic field sensor corresponding to a ratio of a width of one of the north poles (02) to a total width of one of the pole pairs (01). The boundary lines (04) are designed in such a way that when the multipole encoder moves in the scanning direction (x) and when it moves at the same time in a direction perpendicular to it (y), the pulse duty factor of the signal changes according to a non-linear function depending on the simultaneous movement of the Multipole encoder in the vertical direction (y) changes. According to the invention, the non-linear function at a nominal position (06) of the multipole encoder in relation to the magnetic field sensor in the vertical direction (y) has an extreme of its slope. The invention also relates to a rotary bearing with two machine parts that can be rotated relative to one another and a sensor arrangement for detecting a rotational speed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren und einen Magnetfeldsensor. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Rotationslager mit zwei relativ zueinander rotierbaren Maschinenteilen und mit einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit.The present invention relates to a sensor arrangement for determining a path or an angle of rotation or also a speed or an angular speed. The sensor arrangement comprises a multipole encoder made up of several mutually adjacent magnetic pole pairs and a magnetic field sensor. The invention also relates to a rotary bearing with two machine parts that can be rotated relative to one another and with a sensor arrangement for detecting a rotation speed.
Die
Aus der
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Sensoranordnung bereitzustellen, die einen Multipolencoder mit einer Abtastebene aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinanderfolgenden magnetischen Polen nutzt und eine Erfassung von Bewegungen in die Abtastrichtung und zusätzlich eine empfindlichere Erfassung von Bewegungen des Multipolencoders senkrecht zu der Abtastrichtung ermöglicht. Auf diesem Wege kann indirekt eine Belastung eines Lagers ermittelt werden, wobei gleichzeitig eine gesteigerte Empfindlichkeit ermöglicht wird.Based on the prior art, the object of the present invention is to provide an improved sensor arrangement which uses a multipole encoder with a scanning plane of several magnetic poles following one another in a scanning direction and detection of movements in the scanning direction and, in addition, more sensitive detection of movements of the multipole encoder perpendicular to the scanning direction. In this way, a load on a bearing can be determined indirectly, with increased sensitivity being made possible at the same time.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Rotationslager gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.The stated object is achieved by a sensor arrangement according to the attached claim 1 and by a rotary bearing according to the attached independent claim 10.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung dient zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit in einer Hauptbewegungsrichtung, welche in der Regel eine x-Richtung darstellt. Weiterhin ist auch eine Erfassung einer Verlagerung in einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten Richtung möglich, insbesondere in eine y-Richtung. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren, die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung abwechselnd angeordneten magnetischen Nordpolen und Südpolen bereitstellen. Die Polpaare weisen jeweils eine gleiche Gesamtbreite auf, wobei die Gesamtbreite den jeweiligen Nordpol und den jeweiligen Südpol umfasst. Die aufeinanderfolgenden Pole werden von den aneinandergereihten Polpaaren bereitgestellt, wobei die Pole abwechselnde Magnetfeldausrichtungen besitzen. Die Nordpole und die Südpole sind jeweils durch eine Grenzlinie voneinander getrennt. An den Grenzlinien wechselt die Polarisierung. Der Multipolencoder bildet einen Primärsensor der Sensoranordnung.The sensor arrangement according to the invention is used to determine a path or an angle of rotation or also a speed or an angular speed in a main direction of movement, which as a rule represents an x-direction. Furthermore, it is also possible to detect a displacement in a direction perpendicular to the main direction of movement, in particular in a y-direction. The sensor arrangement comprises a multipole encoder made up of a plurality of mutually adjacent magnetic pole pairs which provide a scanning plane with magnetic north poles and south poles arranged alternately in a scanning direction. The pole pairs each have the same overall width, the overall width including the respective north pole and the respective south pole. The successive poles are provided by the lined-up pairs of poles, the poles having alternating magnetic field orientations. The north and south poles are separated from each other by a boundary line. The polarization changes at the border lines. The multipole encoder forms a primary sensor of the sensor arrangement.
Die Sensoranordnung umfasst weiterein mindestens einen Magnetfeldsensor mit einer Sensorfläche. Der Multipolencoder ist in der Abtastrichtung relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar, sodass durch die Sensorfläche ein veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität läuft. Ein daraufhin vom Magnetfeldsensor erzeugtes Signal hat einen sinusförmigen bzw. einen sinusähnlichen Verlauf, welcher die abwechselnde Polarität des Multipolencoders widerspiegelt. Das durch die Sensorfläche laufende veränderliche Magnetfeld weist eine Abtast-Feldstärke auf, welche in Bezug auf die Nord- und Südpole jeweils einen Nulldurchgang zeigt. Bei einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit in die Abtastrichtung ist die Periodendauer dieses sinusförmigen bzw. sinusähnlichen Signales ebenfalls konstant. Die Breite einer positiven Sinus-Halbwelle dieses Signales, welche beispielsweise beim Durchlaufen eines der magnetischen Nordpole erzeugt wird, und die Breite einer negativen Sinus-Halbwelle dieses Signales, welche beispielsweise beim Durchlaufen eines der magnetischen Südpole erzeugt wird, sind dann gleich groß. Ein Tastverhältnis ist das Verhältnis einer veränderlichen Breite eines der Nordpole zu einer Gesamtbreite einer der Polpaare bzw. der äquivalenten Dauern im sinusförmigen Signal des Magnetfeldsensors und beträgt in einem regulären Falle, d. h. ohne eine Verschiebung des Multipolencoders in die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung, 0,5 bzw. 50%. Der Magnetfeldsensor bildet einen Sekundärsensor der Sensoranordnung.The sensor arrangement further comprises at least one magnetic field sensor with a sensor surface. The multipole encoder can be moved in the scanning direction relative to the magnetic field sensor, so that a variable magnetic field with alternating polarity runs through the sensor surface. A signal generated by the magnetic field sensor thereupon has a sinusoidal or a sinusoidal curve which reflects the alternating polarity of the multipole encoder. The variable magnetic field running through the sensor surface has a scanning field strength which shows a zero crossing in relation to the north and south poles. With a constant speed of movement in the scanning direction, the period of this sinusoidal or sinusoidal signal is also constant. The width of a positive sine half-wave of this signal, which is generated, for example, when passing through one of the magnetic north poles, and the width of a negative sine half-wave of this signal, which is generated, for example, when passing through one of the magnetic south poles, are then equal. A duty cycle is the ratio of a variable width of one of the north poles to a total width of one of the pole pairs or the equivalent durations in the sinusoidal signal of the magnetic field sensor and is in a regular case, i.e. H. without shifting the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction, 0.5 or 50%. The magnetic field sensor forms a secondary sensor of the sensor arrangement.
Die Grenzlinien zwischen benachbarten der Nord- und Südpole bzw. der Süd- und Nordpole des Multipolencoders sind derart ausgebildet, dass sich dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in einer senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors gemäß einer nichtlinearen Funktion in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ändert. Die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung liegt in der Ebene der Grenzlinien, welche bevorzugt auch eine Haupterstreckungsebene des Multipolencoders und bevorzugt auch die Abtastebene bildet. Durch den Verlauf der Grenzlinien ändern sich jeweils die Breite der Nordpole und die Breite der Südpole in die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung, was auch zur entsprechenden Veränderung des Tastverhältnisses führt. Erfindungsgemäß weist die nichtlineare Funktion an einer nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ein Extremum ihrer Steigung auf. Die nominelle Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ist bezogen auf den Magnetfeldsensor und stellt bevorzugt eine Mittenlage dar. An dieser nominellen Position des Multipolencoders ist die Koordinate in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung gleich Null. Das Extremum der Steigung ist durch ein Maximum der Steigung oder durch ein Minimum der Steigung gebildet. Das Extremum der Steigung der nichtlinearen Funktion stellt bevorzugt einen Wendepunkt der nichtlinearen Funktion dar, an welchem die zweite Ableitung der nichtlinearen Funktion gleich Null ist. In diesem Sinne bildet die Verschiebung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung die Abszisse und die Abtastrichtung bildet die Ordinate.The boundary lines between neighboring north and south poles or the south and north poles of the multipole encoder are designed such that the duty cycle changes when the multipole encoder moves in the scanning direction and when the multipole encoder moves at the same time in a direction perpendicular to the scanning direction of the signal of the magnetic field sensor changes according to a non-linear function as a function of the simultaneous movement of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction. The direction running perpendicular to the scanning direction lies in the plane of the boundary lines, which preferably also forms a main plane of extent of the multipole encoder and preferably also the scanning plane. Due to the course of the boundary lines, the width of the north poles and the width of the south poles change in the direction perpendicular to the scanning direction, which also leads to a corresponding change in the duty cycle. According to the invention, the nonlinear function has an extreme of its slope at a nominal position of the multipole encoder in the direction running perpendicular to the scanning direction. The nominal position of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction is related to the magnetic field sensor and preferably represents a central position. At this nominal position of the multipole encoder, the coordinate in the direction perpendicular to the scanning direction is zero. The extreme of the slope is formed by a maximum of the slope or a minimum of the slope. The extreme of the slope of the nonlinear function preferably represents a point of inflection of the nonlinear function at which the second derivative of the nonlinear function is equal to zero. In this sense, the displacement of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction forms the abscissa and the scanning direction forms the ordinate.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung besteht darin, dass durch die spezielle Ausbildung der Grenzlinien zwischen benachbarten der Nord- und Südpole des Multipolencoders zusätzlich zu den in der Abtastrichtung ausgerichteten Bewegungen auch senkrecht zu der Abtastrichtung verlaufende Bewegungen genau erfasst werden können. Hierzu wird das Tastverhältnis ausgewertet. Bereits eine geringe relative Bewegung zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Multipolencoder senkrecht zu der Abtastrichtung, d. h. eine geringe Abweichung von der nominellen Position des Multipolencoders, führt zu einer verhältnismäßig großen Änderung des Tastverhältnisses, da die die Grenzlinien beschreibende nichtlineare Funktion an der nominellen Position des Multipolencoders ein Extremum ihrer Steigung aufweist. Somit sind bereits kleinste relative Bewegungen zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Multipolencoder senkrecht zu der Abtastrichtung detektierbar. Die Breite von magnetischen Arealen der einzelnen Nord- und Südpole variiert ausgehend von der nominellen Position nichtlinear in Richtung äußerer Ränder des Multipolencoders unterschiedlich zwischen den Nord- und Südpolen, sodass Nulldurchgänge im Signal des Magnetfeldsensors relativ zueinander verschoben sind, wenn sich eine relative Verschiebung zwischen dem Multipolencoder und dem Magnetfeldsensor senkrecht zur Abtastrichtung einstellt.A significant advantage of the sensor arrangement according to the invention is that, due to the special design of the boundary lines between adjacent north and south poles of the multipole encoder, in addition to the movements aligned in the scanning direction, movements perpendicular to the scanning direction can also be precisely detected. For this purpose, the duty cycle is evaluated. Even a slight relative movement between the magnetic field sensor and the multipole encoder perpendicular to the scanning direction, i.e. a small deviation from the nominal position of the multipole encoder, leads to a relatively large change in the duty cycle, since the non-linear function describing the boundary lines is introduced at the nominal position of the multipole encoder Has extremum of their slope. Even the smallest relative movements between the magnetic field sensor and the multipole encoder can thus be detected perpendicular to the scanning direction. Starting from the nominal position, the width of magnetic areas of the individual north and south poles varies non-linearly in the direction of the outer edges of the multipole encoder differently between the north and south poles, so that zero crossings in the signal of the magnetic field sensor are shifted relative to one another when a relative shift occurs between the Sets the multipole encoder and the magnetic field sensor perpendicular to the scanning direction.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist die nichtlineare Funktion in Bezug auf die nominelle Position in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch. Somit ändert sich das Tastverhältnis in gleichem absoluten Maße in Abhängigkeit von der Abweichung von der nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung unabhängig davon, ob die Abweichung mit einem positiven oder negativen Richtungssinn erfolgt, d. h. unabhängig davon, ob die Abweichung positiv oder negativ ist.In preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention, the nonlinear function is symmetrical, in particular point symmetrical, with respect to the nominal position in the direction running perpendicular to the scanning direction. The pulse duty factor thus changes to the same absolute extent as a function of the deviation from the nominal position of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction, regardless of whether the deviation occurs in a positive or negative direction, i.e. H. regardless of whether the deviation is positive or negative.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ändert sich das Tastverhältnis abhängig von einem Richtungssinn der Abweichung von der nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung. Ist dieser Richtungssinn positiv, so steigt das Tastverhältnis bevorzugt über 0,5. Ist dieser Richtungssinn negativ, so sinkt das Tastverhältnis bevorzugt unter 0,5.In preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention, the pulse duty factor changes as a function of a sense of direction of the deviation from the nominal position of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction. If this sense of direction is positive, the pulse duty factor preferably rises above 0.5. If this sense of direction is negative, the pulse duty factor preferably falls below 0.5.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung nimmt ein absoluter Betrag der Steigung der nichtlinearen Funktion stetig mit einem Abstand von der nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ab. Somit weist die nichtlineare Funktion keine Stufen oder Kanten oder dergleichen auf. Die nichtlineare Funktion ist bevorzugt stetig und auch bevorzugt monoton.In preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention, an absolute amount of the slope of the nonlinear function decreases steadily with a distance from the nominal position of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction. Thus, the non-linear function has no steps or edges or the like. The nonlinear function is preferably continuous and also preferably monotonic.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung weist das Extremum der Steigung der nichtlineare Funktion an der nominellen Position des Multipolencoders bezogen auf den Magnetfeldsensor in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung einen absoluten Betrag auf, welcher mindestens 2 und weiter bevorzugt mindestens 10 beträgt. Somit weist die Steigung einen Wert größer oder gleich 2 oder kleiner oder gleich -2 bzw. größer oder gleich 10 oder kleiner oder gleich -10 auf.In preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention, the extreme of the slope of the nonlinear function at the nominal position of the multipole encoder in relation to the magnetic field sensor in the direction perpendicular to the scanning direction has an absolute amount which is at least 2 and more preferably at least 10. The slope thus has a value greater than or equal to 2 or less than or equal to -2 or greater than or equal to 10 or less or equal to -10.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung weist die Steigung der nichtlinearen Funktion an einer entfernten Position des Multipolencoders bezogen auf den Magnetfeldsensor in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ein absoluten Betrag auf, welcher höchstens 0,5 und weiter bevorzugt höchstens 0,1 beträgt. Die entfernte Position des Multipolencoders bezogen auf den Magnetfeldsensor weist einen Abstand zu der nominellen Position in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung auf, welcher einem Viertel der Breite des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung entspricht.In preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention, the slope of the nonlinear function at a distant position of the multipole encoder with respect to the magnetic field sensor in the direction perpendicular to the scanning direction has an absolute amount which is at most 0.5 and more preferably at most 0.1. The remote position of the multipole encoder in relation to the magnetic field sensor is at a distance from the nominal position in the direction perpendicular to the scanning direction which corresponds to a quarter of the width of the multipole encoder in the direction perpendicular to the scanning direction.
Die nichtlineare Funktion kann in technischer Hinsicht auch approximiert sein; beispielsweise durch eine Vielzahl an linearen Abschnitten, welche in ihrer Gesamtheit eine approximierte nichtlineare Funktion darstellen.The nonlinear function can also be approximated from a technical point of view; for example by a large number of linear sections which in their totality represent an approximated non-linear function.
Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist bevorzugt zur Messung einer einzelnen Richtungskomponente des Magnetfeldes des Multipolencoders ausgebildet, sodass eine Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors in eine einzelne Richtung ausgeprägt ist.The at least one magnetic field sensor is preferably designed to measure a single directional component of the magnetic field of the multipole encoder, so that the sensitivity of the magnetic field sensor is pronounced in a single direction.
Eine Hauptmagnetisierungsrichtung des Multipolencoders und die Richtung der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors sind bevorzugt gleich ausgerichtet.A main direction of magnetization of the multipole encoder and the direction of the sensitivity of the magnetic field sensor are preferably aligned in the same way.
Die Hauptmagnetisierungsrichtung des Multipolencoders und die Richtung der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors sind bevorzugt senkrecht zur Abtastrichtung und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Multipolencoders ausgerichtet.The main direction of magnetization of the multipole encoder and the direction of the sensitivity of the magnetic field sensor are preferably aligned perpendicular to the scanning direction and perpendicular to the main plane of extension of the multipole encoder.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Hauptmagnetisierungsrichtung des Multipolencoders und die Richtung der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors in die Abtastrichtung ausgerichtet.In a further preferred embodiment, the main direction of magnetization of the multipole encoder and the direction of sensitivity of the magnetic field sensor are aligned in the scanning direction.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung umfassen zwei der Magnetfeldsensoren. Die Magnetfeldsensoren sind in der Abtastrichtung phasenversetzt zueinander angeordnet. Zudem sind die Magnetfeldsensoren in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung verschoben zueinander angeordnet. Hierdurch kann eine eindeutige Messung in der Abtastrichtung erfolgen. Bei einem Stillstand in der Abtastrichtung und einer Bewegung in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung kann ein Rückschluss auf die Lage gezogen werden.Preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention include two of the magnetic field sensors. The magnetic field sensors are arranged out of phase with one another in the scanning direction. In addition, the magnetic field sensors are arranged shifted to one another in the direction running perpendicular to the scanning direction. This enables a clear measurement to be made in the scanning direction. In the case of a standstill in the scanning direction and a movement in the direction perpendicular to the scanning direction, a conclusion can be drawn about the position.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist nicht auf ein bestimmtes Prinzip der Magnetfeldmessung durch den mindestens einen Magnetfeldsensor beschränkt. Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist bevorzugt derart ausgebildet, dass er den magnetoresistiven Effekt oder den Hall-Effekt zur Messung einer Richtungskomponente eines Magnetfeldes des Multipolencoders nutzt. Auch können unterschiedliche Prinzipien der Magnetfeldmessung kombiniert werden. Jedenfalls sind die Richtung der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors und die Hauptmagnetisierungsrichtung des Multipolencoders bevorzugt gleich ausgerichtet.The sensor arrangement according to the invention is not limited to a specific principle of magnetic field measurement by the at least one magnetic field sensor. The at least one magnetic field sensor is preferably designed such that it uses the magnetoresistive effect or the Hall effect to measure a directional component of a magnetic field of the multipole encoder. Different principles of magnetic field measurement can also be combined. In any case, the direction of sensitivity of the magnetic field sensor and the main direction of magnetization of the multipole encoder are preferably aligned in the same way.
Der Multipolencoder ist bevorzugt als ein Bestandteil eines Linearlagers oder eines Rotationslagers ausgebildet.The multipole encoder is preferably designed as part of a linear bearing or a rotary bearing.
Der Multipolencoder kann sich sowohl in einer ebenen Fläche als auch entlang einer gekrümmten Fläche erstrecken. Der Multipolencoder weist bevorzugt die Form eines Rechteckes bzw. eines Streifens auf, wenn die Sensoranordnung zur Messung eines linearen Weges oder eine linearen Geschwindigkeit ausgebildet ist. Der Multipolencoder weist bevorzugt die Form eines Kreisringes oder eines Zylindermantels auf, wenn die Sensoranordnung zur Messung eines Winkels oder einer Winkelgeschwindigkeit ausgebildet ist.The multipole encoder can extend both in a flat surface and along a curved surface. The multipole encoder preferably has the shape of a rectangle or a strip if the sensor arrangement is designed to measure a linear path or a linear speed. The multipole encoder preferably has the shape of a circular ring or a cylinder jacket if the sensor arrangement is designed to measure an angle or an angular velocity.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoranordnung mit einer Auswerteeinrichtung verbindbar. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Sensoreinrichtung mit einem Anschlusskabel zum Anschluss an eine Auswerteeinheit auszustatten. Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen möglich, bei denen die Datenübertragung zur Auswerteeinheit nicht über Kabel sondern drahtlos, vorzugsweise mit einem Funksignal erfolgt.According to an advantageous embodiment, the sensor arrangement can be connected to an evaluation device. In this context, it has proven to be expedient to equip the sensor device with a connection cable for connection to an evaluation unit. However, alternative embodiments are also possible in which the data transmission to the evaluation unit does not take place via cable but wirelessly, preferably with a radio signal.
Das erfindungsgemäße Rotationslager umfasst zwei relativ zueinander rotierbare Maschinenteile und die zuvor beschriebene Sensoranordnung, welche zur Erfassung einer zwischen den Maschinenteilen auftretenden Rotationsgeschwindigkeit dient. Die zueinander rotierbaren Maschinenteile sind bevorzugt durch einen Außenring und durch einen Innenring des Rotationslagers gebildet. Das Rotationslager kann beispielsweise als ein Radlager ausgebildet sein. Das Rotationslager umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.The rotary bearing according to the invention comprises two machine parts that can be rotated relative to one another and the sensor arrangement described above, which is used to detect a rotational speed occurring between the machine parts. The machine parts that can rotate relative to one another are preferably formed by an outer ring and an inner ring of the rotary bearing. The rotary bearing can be designed, for example, as a wheel bearing. The rotary bearing preferably comprises one of the described preferred embodiments of the sensor arrangement according to the invention.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Multipolencoders einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; -
2 eine schematische Darstellung eines Multipolencoders einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik; -
3 ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignales der in1 gezeigten Sensoranordnung; und -
4 ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignales der in2 gezeigten Sensoranordnung.
-
1 a schematic representation of a multipole encoder of a preferred embodiment of a sensor arrangement according to the invention; -
2 a schematic representation of a multipole encoder of a sensor arrangement according to the prior art; -
3 a diagram of a course of an output signal in1 sensor arrangement shown; and -
4th a diagram of a course of an output signal in2 sensor arrangement shown.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst weiterhin einen Magnetfeldsensor (nicht gezeigt), welcher gegenüber dem Multipolencoder angeordnet ist.The sensor arrangement according to the invention further comprises a magnetic field sensor (not shown) which is arranged opposite the multipole encoder.
Der nichtlineare Verlauf der Grenzlinien
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 0101
- PolpaarPole pair
- 0202
- NordpolNorth Pole
- 0303
- SüdpolSouth Pole
- 0404
- GrenzlinieBoundary line
- 0505
- --
- 0606
- nominelle Positionnominal position
- 0707
- --
- 0808
- erster Verlauffirst course
- 0909
- ExtremumExtremum
- 1010
- --
- 1111
- NullstelleZero
- 1212
- geringfügig abweichende Positionslightly different position
- 1313
- zweiter Verlaufsecond course
- 1414th
- --
- 1515th
- --
- 1616
- dritter Verlaufthird course
- 1717th
- deutlich abweichende Positionclearly different position
- 1818th
- vierter Verlauffourth course
- xx
- AbtastrichtungScan direction
- yy
- zu der Abtastrichtung senkrechte Richtungdirection perpendicular to the scanning direction
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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