DE102019201676A1 - Anordnung Bestimmen eines Drehwinkels und elektrische Maschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors bezüglich eines Stators. Die Anordnung weist ein erstes Geberelement, welches mit dem Rotor rotatorisch fest koppelbar ist, und einem zweiten Geberelement, welches mit dem ersten Geberelement rotatorisch gekoppelt ist, auf. Die Anordnung weist ferner einen ersten Magnetfeldsensor und einen zweiten Magnetfeldsensor auf, welche zueinander statisch angeordnet und mit dem Stator statisch verbindbar sind. Der erste Magnetfeldsensor ist dazu eingerichtet, ein erstes in Abhängigkeit einer Drehposition des ersten Geberelements magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen und der zweite Magnetfeldsensor ist dazu eingerichtet, ein zweites in Abhängigkeit einer Drehposition des zweiten Geberelements magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen. Das erste Geberelement und das zweite Geberelement sind derart ausgebildet und rotatorisch gekoppelt, dass sich eine Periodendauer des ersten Signals von einer Periodendauer des zweiten Signals unterscheidet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors bezüglich eines Stators. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator sowie einer derartigen Anordnung.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, bei elektrischen Maschinen zur Rotorlagebestimmung einen Resolver-Sensor einzusetzen, welcher basierend auf einer Statorerregung oder einer Rotorerregung eine Rotorlage bestimmen kann. Ein Resolver-Sensor kann einen elektrischen Messumformer zur Wandlung einer Winkellage eines Rotors in eine elektrische Größe aufweisen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors bezüglich eines Stators. Bei der Anordnung kann es sich um eine Sensoranordnung oder um ein Sensorsystem zum sensorischen Bestimmen eines Drehwinkel eines Rotors bezüglich eines Stators handeln.
  • Bei dem zu bestimmenden Drehwinkel kann es sich um einen Absolutdrehwinkel des Rotors in einem auf die Lage des Stators bezogenen Systems handeln. Mit anderen Worten kann es sich bei dem zu bestimmenden Drehwinkel auch um einen Relativdrehwinkel des Rotors bezüglich der aktuellen Lage des Stators handeln. Ein bestimmter Drehwinkel kann so eine Drehposition beziehungsweise einen Rotationswinkel des Rotors relativ zum Stator definieren.
  • Der Rotor kann ein Rotor einer elektrischen Maschine sein. Der Rotor kann auch eine sich drehende Welle sein oder aufweisen.
  • Der Stator kann ein Stator einer elektrischen Maschine sein. Der Stator kann auch ein statisches Bauteil sein, in welchem sich der Rotor dreht.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung weist ein erstes Geberelement auf, welches mit dem Rotor rotatorisch fest koppelbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung weist zudem ein zweites Geberelement auf, welches mit dem ersten Geberelement rotatorisch gekoppelt ist. Das erste Geberelement und/oder das zweite Geberelement kann ein Magnetfeld erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Geberelement und/oder das zweite Geberelement ein in seiner Umgebung erzeugtes Magnetfeld beeinflussen. Ein Geberelement kann daher als ein magnetfeldbeeinflussendes, rotierendes Element oder Rad fungieren. Das erste Geberelement und das zweite Geberelement kann somit von einem jeweiligen Magnetfeldsensor abgetastet werden und zum Erzeugen eines magnetfeldabhängigen Signals durch den Magnetfeldsensor zusammenwirken. Das Signal kann auf einer Magnetfelderfassung des Magnetfeldsensors basieren.
  • Das erste Geberelement, welches mit dem Rotor rotatorisch fest koppelbar ist, kann mit dem Rotor drehfest verbindbar sein oder an dem Rotor drehfest anordbar sein. Das zweite Geberelement, welches mit dem ersten Geberelement rotatorisch gekoppelt ist, kann mit dem ersten Geberelement drehfest oder drehbar gekoppelt sein. Bei einer derartigen Kopplung kann es sich um eine entsprechende Verbindung beziehungsweise Anordnung handeln.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung weist zudem einen ersten Magnetfeldsensor und einen zweiten Magnetfeldsensor auf, welche zueinander statisch angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren können als proportional messende Sensoren ausgebildet sein. Der erste Magnetfeldsensor und der zweite Magnetfeldsensor sind zudem mit dem Stator statisch verbindbar. Der erste Magnetfeldsensor und der zweite Magnetfeldsensor können daher an dem Stator oder an einem mit dem Stator fest verbundenen Teil anordbar sein. Bei einer derartigen Anordnung kann es sich um eine statische Anordnung handeln, bei welcher der erste Magnetfeldsensor und der zweite Magnetfeldsensor zueinander nicht beweglich sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der erste Magnetfeldsensor dazu eingerichtet, ein erstes in Abhängigkeit einer Drehposition des ersten Geberelements magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen. Der zweite Magnetfeldsensor ist zudem dazu eingerichtet, ein zweites in Abhängigkeit einer Drehposition des zweiten Geberelements magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen.
  • Das jeweilige magnetfeldabhängige periodische Signal kann auf einem von dem jeweiligen Geberelement erzeugten Magnetfeld basieren, welches durch einen jeweiligen Magnetfeldsensor abgetastet werden kann. Ein rotierendes Geberelement kann ein sich an einer Abtastposition des Magnetfeldsensors periodisch änderndes Magnetfeld erzeugen, welches ein magnetfeldabhängiges periodisches Signal im Magnetfeldsensor erzeugen kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige magnetfeldabhängige periodische Signal durch ein von dem jeweiligen Magnetfeldsensor bereitgestelltes Magnetfeld erzeugt werden, welches durch das jeweilige Geberelement beeinflusst wird. Ein rotierendes Geberelement kann auch so ein sich an einer Abtastposition des Magnetfeldsensors periodisch änderndes Magnetfeld erzeugen, welches das magnetfeldabhängige periodische Signal im Magnetfeldsensor erzeugen kann.
  • Bei dem periodischen Signal kann es sich beispielsweise um eine Sinusschwingung beziehungsweise Kosinusschwingung handeln.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind das erste Geberelement und das zweite Geberelement derart ausgebildet und rotatorisch gekoppelt, dass sich eine Periodendauer des ersten Signals von einer Periodendauer des zweiten Signals unterscheidet. Mit anderen Worten erzeugt die Rotation des ersten Geberelements und des zweiten Geberelements eine jeweilige Periodendauer eines jeweiligen magnetfeldabhängigen Signals, welche sich voneinander unterscheiden.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung können zwei Geberelemente derart rotatorisch gekoppelt werden, dass sich in Rotation der zwei Geberelemente auftretende Frequenzen von an den zwei Geberelementen abgetasteten magnetfeldabhängigen periodischen Signalen unterscheiden können. Die zwei Geberelemente können so miteinander mechanisch gekoppelt sein. Die unterschiedlichen Periodendauern beziehungsweise die unterschiedlichen Frequenzen können einer sich ändernden Phasenverschiebung führen, basierend auf welcher der Drehwinkel des Rotors zum Stator bestimmt werden kann. Somit kann eine Drehwinkelbestimmung basierend auf einem funktionalen Zusammenhang zwischen einer Phasenverschiebung der beiden magnetfeldabhängigen periodischen Signale und einem dieser zugeordnetem Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators erfolgen.
  • Basierend auf den magnetfeldabhängigen periodischen Signalen kann ferner ein Differenzsignal oder ein Vergleichssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Das Differenzsignal oder das Vergleichssignal kann die Phasenverschiebung zwischen den beiden periodischen Signalen abbilden, mittels derer der Drehwinkel des Rotors bestimmt werden kann.
  • Bei mindestens einem Geberelement kann es sich um ein Rad handeln. Gemäß einer Ausführungsform der Anordnung, ist mindestens eines von dem ersten und zweiten Geberelement ein Zahnrad. Das erste Geberelement kann somit ein erstes Zahnrad aufweisen und/oder das zweite Geberelement kann ein zweites Zahnrad aufweisen. Das mindestens eine Zahnrad kann mit dem Rotor rotatorisch koppelbar sein. Bei einer derartigen rotatorischen Kopplung kann es sich um eine feste rotatorische Kopplung handeln. Das Zahnrad kann eine Vielzahl von gleich beabstandeter Zähne aufweisen.
  • Ferner gemäß dieser Ausführungsform kann der mindestens eine Magnetfeldsensor, welcher dazu eingerichtet ist, ein magnetfeldabhängiges periodisches Signal in Abhängigkeit der Drehposition des mindestens einen Zahnrads zu erzeugen, einen Magneten aufweisen. Bei dem Magneten kann es sich um einen Permanentmagneten handeln, welcher an dem Stator angeordnet sein kann.
  • Das mindestens eine Zahnrad, welches sich bei seiner Rotation an dem entsprechenden Magnetfeldsensor vorbeibewegt, kann das von dem Magneten bereitgestellte Magnetfeld beeinflussen beziehungsweise ändern und somit das von dem Magnetfeldsensor erfassbare Magnetfeld und das magnetfeldabhängige periodische Signal in Abhängigkeit der Drehposition des mindestens einen Zahnrads erzeugen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist mindestens eines von dem ersten und zweiten Geberelement ein Magnetpolrad, welches eine Vielzahl von Magneten aufweist. Das Magnetpolrad kann somit ein Polrad sein, welches eine Vielzahl von gleich beabstandeter Magnete aufweist. Das Magnetpolrad kann in seiner relativen Drehbewegung zu mindestens einem von dem ersten und zweiten Magnetfeldsensor ein entsprechendes alternierendes Magnetfeld bereitstellen, welches das magnetfeldabhängige periodische Signal in dem Magnetfeldsensor erzeugt.
  • Der entsprechende Magnetfeldsensor selbst kann dabei keinen eigenen Magneten zum Erzeugen eines derartigen magnetfeldabhängigen periodischen Signals aufweisen. So kann eine Geber-Sensor-Anordnung in besonders kompakter und effizienter Weise realisiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist das erste Geberelement ein erstes Zahnrad, welches eine erste Anzahl an Zähnen aufweist. Das zweite Geberelement kann dann ein zweites Zahnrad sein, welches eine zweite Anzahl an Zähnen aufweist. Die beiden Zahnräder können rotatorisch fest gekoppelt sein oder derart rotatorisch gekoppelt sein, dass sie in jeweiliger Rotation verschiedene Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen. Die Zahnräder können einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser oder verschiedene Durchmesser aufweisen. Die Zahnräder können ferner axial beabstandet an dem Rotor angeordnet oder axial beabstandet mit dem Rotor verbunden sein.
  • Ferner gemäß dieser Ausführungsform kann die erste Anzahl an Zähnen des ersten Zahnrads von der zweiten Anzahl an Zähnen des zweiten Zahnrads verschieden sein. Beispielsweise kann das erste Zahnrad ein Vielfaches von zehn Zähnen und das zweite Zahnrad ein entsprechendes Vielfaches minus Eins aufweisen.
  • Die magnetfeldabhängigen periodischen Signale der beiden Magnetfeldsensoren können so eine jeweilige Sinusschwingung aufweisen, wobei eine Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Sinusschwingungen vorhanden sein kann. In Rotation der beiden Zahnräder kann sich die Phasenverschiebung aufgrund der unterschiedlichen Periodendauern der Sinusschwingungen ändern. Bei der Phasenverschiebungsänderung kann es sich um eine lineare Änderung handeln. Die Phasenverschiebung kann daher bei einer 360°-Drehung des Rotors Werte zwischen 0° und 360° aufweisen. Somit kann in vorteilhafter Weise aus den unterschiedlichen Periodendauern eine aktuelle Phasenverschiebung zwischen den magnetfeldabhängigen periodischen Signalen des ersten und zweiten Geberelements abgeleitet werden, um auf einen aktuellen Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators zu schließen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist das erste Geberelement ein erstes Polrad, welches eine erste Anzahl an Magneten aufweist. Das zweite Geberelement ist ein zweites Polrad, welches eine zweite Anzahl an Magneten aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform kann die erste Anzahl an Magneten des ersten Polrads von der zweiten Anzahl an Magneten des zweiten Polrads verschieden sein. Das zur Ausführungsform des ersten und zweiten Zahnrads als erstes und zweites Geberelement Beschriebene kann ferner analog zu dieser Ausführungsform gelten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung sind die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen um 1 verschieden. Basierend auf Phasenverschiebungen der durch die Zähne oder Pole hervorgerufenen magnetfeldabhängigen periodischen Signale beider Magnetfeldsensoren können somit eindeutige Funktionswerte für eine Drehwinkelbestimmung bereitgestellt werden. Der Erfindung liegt hierzu die Erkenntnis zugrunde, dass Phasenverschiebungen zweier magnetfeldabhängiger Signale einen Drehwinkel eines Rotors bezüglich eines Stators eindeutig definieren können.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist das zweite Geberelement mit dem ersten Geberelement rotatorisch fest gekoppelt. Die beiden Geberelemente können somit drehfest zueinander an oder auf dem Rotor angeordnet oder mit diesem verbunden sein. Die beiden Geberelemente können an einer gemeinsamen Welle des Rotors oder einer gemeinsamen Welle, welche mit dem Rotor rotatorisch gekoppelt sein kann, angeordnet sein. Damit können in vorteilhafter Weise zwei Geberelemente bei geringem Bauraumbedarf zur Drehwinkelbestimmung einer elektrischen Maschine verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Geberelement mit dem ersten Geberelement mit einer rotatorischen Kopplung zum Erzeugen unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeiten der Geberelemente rotatorisch gekoppelt. Handelt es sich bei dem ersten und zweiten Geberelement um zwei Zahnräder können diese miteinander Kämmen, wobei ein Kämmen beziehungsweise eine Verzahnung als rotatorische Kopplung fungieren kann. Eine derartige rotatorische Kopplung kann auch ein Getriebe sein. Gemäß dieser Ausführungsform können die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen der beiden Geberelemente gleich sein. Durch die unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten können trotz entsprechend gleicher Anzahlen an Zählen oder Polen eine Phasenverschiebung zwischen den magnetfeldabhängigen periodischen Signalen vorhanden sein. Somit können auch im Wesentlichen gleiche Geberelemente verwendet werden, um einen Drehwinkel eines Rotors bezüglich eines Stators eindeutig zu bestimmen. Im Wesentlichen gleiche Geberelemente können die gleichen magnetischen Eigenschaften aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist mindestens einer der Magnetfeldsensoren ein Hall-Sensor. Bei dem Hall-Sensor kann es sich um eine Hall-Sonde handeln. Der Magnetfeldsensor kann somit eine Magnetfeldsonde aufweisen. Der Hall-Sensor kann basierend auf einem Hall-Effekt das entsprechende magnetfeldabhängige periodische Signal erzeugen. Der Hall-Sensor kann einen Permanentmagneten aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Magnetfeldsensor das magnetfeldabhängige periodische Signal basierend auf magnetoresistiven Effekt erzeugen. Der Magnetfeldsensoren kann beispielsweise ein AMR-Sensor, welches basierend auf einem anisotropen magnetoresistiven Effekt das entsprechende magnetfeldabhängige periodische Signal erzeugen kann. In einem weiteren Beispiel kann der Magnetfeldsensor ein GMR-Sensor sein, welcher basierend auf einem Riesenmagnetowiderstand das entsprechende magnetfeldabhängige periodische Signal erzeugen kann.
  • Ein Magnetfeldsensor kann zwei Magnetfeldsensorelemente aufweisen, welche eine differenzielle Auswertung eines magnetfeldabhängigen periodischen Signals erlauben. Eine entsprechende differenzielle Auswertung kann basierend auf einer Arkustangens-Funktion erfolgen. Die Arkustangens-Funktion liefert in vorteilhafter Weise auch bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten bis hin zum Stillstand des Rotors ein zuverlässiges magnetfeldabhängiges periodisches Signal.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung, weist mindestens einer der Magnetfeldsensoren einen Gradienten-Hall-Sensor auf, welcher zwei voneinander beabstandete Hall-Elemente aufweist. Die beiden Hall-Elemente können zwei Magnetfeldsensorelemente ausbilden. Mit anderen Worten kann einer der beiden Magnetfeldsensoren oder beide Magnetfeldsensoren ein Gradienten-Hall-Sensor sein. Bei einem derartigen Magnetfeldsensor können auf einem Chip zwei Sensorelemente angeordnet sein. Die Hall-Elemente beziehungsweise Sensorelemente können derart beabstandet auf dem Chip angeordnet sein, dass zwischen den beiden von ihnen erzeugten periodischen Signalen, beispielweise Sinus-Schwingungen, eine Phasenverschiebung von 90° vorhanden ist. Der Abstand der Hall-Elemente kann dabei einem halben Zahnabstand entsprechen, wenn es sich bei dem von den Hall-Elementen abgetasteten Geberelement um ein Zahnrad handelt. Ein Vorsehen eines derartigen Gradienten-Hall-Sensors hat den Vorteil, ein Drehwinkel in effizienter und eindeutiger Weise bestimmt werden kann. Ein Drehwinkel kann so vor allem auch bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten zuverlässig bestimmt werden.
  • Ferner gemäß dieser Ausführungsform kann mindestens ein magnetfeldabhängiges periodisches Signal eine Sägezahnfunktion aufweisen. Eine derartige Sägezahnfunktion kann in vorteilhafter Weise auch bei geringer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors bis hin zu dessen Stillstand ein zuverlässiges magnetfeldabhängiges Signal liefern. Analog zu einer Phasenverschiebung bei Sinusschwingungen können Flanken beziehungsweise Geraden der Sägezahnfunktion miteinander verglichen werden und aufgrund deren Änderungen auf den aktuellen Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators geschlossen werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist die Anordnung gemäß der Erfindung oder eine der Anordnungen gemäß einer ihrer Ausführungsformen auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist diese einen Kommutator zur Umpolung auf. Bei der Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels des Rotors bezüglich des Stators kann es sich dann um eine Anordnung mit einem ersten und zweiten Zahnrad als erstes und zweites Geberelement oder um eine Anordnung mit einem ersten und zweiten Polrad als erstes und zweites Geberelement handeln.
  • Ferner gemäß dieser Ausführungsform sind die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen der entsprechend ausgeführten Anordnung um eine natürliche Zahl größer als Eins verschieden. Somit kann auch bei einer Kommutation einer elektrischen Maschine eine Phasenverschiebung zwischen magnetfeldabhängigen periodischen Signalen berücksichtigt werden, um eindeutig einen Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators zu bestimmen.
  • Die Periodendauer des ersten Signals kann sich von der Periodendauer des zweiten Signals über eine 360°-Drehung des Rotors derart unterscheiden, dass ein Wertebereich der Phasenverschiebung eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Drehwinkel und den Werten der Phasenverschiebung über die 360°-Drehung bereitstellt.
  • Die Periodendauer des ersten Signals kann sich von der Periodendauer des zweiten Signals über eine 360°-Drehung des Rotors auch derart unterscheiden, dass ein Wertebereich der Phasenverschiebung eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Drehwinkel und den Werten der Phasenverschiebung über einen Winkelbereich der 360°-Drehung bereitstellt. Bei dem Winkelbereich kann es sich beispielsweise um 180° oder 120 ° handeln. Derartige Winkelbereiche können aufgrund einer Kommutierung der elektrischen Maschine entstehen.
  • Werte der Phasenverschiebung können sich über eine 360°-Drehung des Rotors wiederholen, wodurch eine eindeutige Zuordnung über die gesamte 360° Drehung des Rotors zunächst nicht möglich ist. Die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen können dann angepasst werden. Bei einem Winkelbereich von 180°, in welchem eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators und den Werten der Phasenverschiebung möglich ist, können die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen um Zwei verschieden sein. Bei einem Winkelbereich von 120°, in welchem eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators und den Werten der Phasenverschiebung möglich ist, können die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen um Drei verschieden sein. Somit kann der Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators über die gesamte 360°-Drehung des Rotors eindeutig bestimmt werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors bezüglich eines Stators und eine elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 zeigt eine Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors bezüglich eines Stators und eine elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • In 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 100 mit schematischen Maschinenbauteilen gezeigt.
  • An einem Rotor 2 oder an einem ersten mit dem Rotor 2 verbundenen Bauteil der elektrischen Maschine 100 ist ein erstes Geberelement 10 und ein zweites Geberelement 20 axial beabstandet angeordnet. Bei dem ersten Geberelement 10 und/oder bei dem zweiten Geberelement 20 handelt es sich um ein Zahnrad und/oder um ein Magnetpolrad.
  • An einem Stator 4 oder an einem ersten mit dem Stator 4 verbundenen Bauteil der elektrischen Maschine 100 ist ein erster Magnetfeldsensor 12 und ein zweiter Magnetfeldsensor 22 angeordnet. Der erste Magnetfeldsensor 12 tastet ein durch das erste Geberelement 10 in Rotation des Rotors 2 beeinflusstes oder bereitgestelltes und sich änderndes Magnetfeld ab. Der erste Magnetfeldsensor 12 ist benachbart beziehungsweise radial beabstandet zum ersten Geberelement 10 angeordnet. Der zweite Magnetfeldsensor 22 tastet parallel zur Abtastung des ersten Magnetfeldsensors 12 ein durch das zweite Geberelement 20 in Rotation des Rotors 2 beeinflusste oder bereitgestellte und sich änderndes Magnetfeld ab. Der zweite Magnetfeldsensor 22 ist benachbart beziehungsweise radial beabstandet zum zweiten Geberelement 20 angeordnet.
  • Die beiden Geberelemente 10, 20 sind zueinander drehfest an dem Rotor 2 angeordnet, weisen jedoch eine unterschiedliche Anzahl an Zähnen oder Polen auf. Von den Magnetfeldsensoren 12, 22 abgetastete magnetfeldabhängige periodische Signale weisen daher unterschiedliche Periodendauern auf.
  • Der erste Magnetfeldsensor 12 und der zweite Magnetfeldsensor 22 sind ferner mit einer an dem Stator 4 anorbaren Auswerteeinheit 40 verbunden, welche die abgetasteten magnetfeldabhängige periodischen Signale der beiden Magnetfeldsensoren 12, 22 einliest. Die Auswerteeinheit 40 vergleicht die eingelesenen Signale mit unterschiedlicher Periodendauer und wertet eine Phasenverschiebung zwischen diesen Signalen aus. Anhand der Phasenverschiebung kann dann auf eine Drehposition beziehungsweise eine Rotationslage des Rotors 2 bezüglich des Stators 4 geschlossen werden.
  • Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass die beiden Geberelemente 10, 20 nicht drehfest miteinander gekoppelt sind, sondern über eine rotatorische Kopplung 30 verbunden sind. Die Geberelemente 10, 20 sind zudem in dieser Ausführungsform hinsichtlich ihrer Anzahl an Zähnen oder Polen gleich ausgebildet. Die rotatorische Kopplung 30 bewirkt, dass sich die beiden Geberelemente 10, 20 mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten drehen. Auch hierdurch werden magnetfeldabhängige periodische Signale erzeugt, welche unterschiedliche Periodendauern aufweisen. Diese führen wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform zu einer Phasenverschiebung, von welcher auf die Drehposition des Rotors 2 bezüglich des Stators 2 geschlossen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Rotor
    4
    Stator
    10
    erstes Geberelement
    12
    erster Magnetfeldsensor
    20
    zweites Geberelement
    22
    zweiter Magnetfeldsensor
    30
    rotatorische Kopplung
    40
    Auswerteeinheit
    100
    elektrische Maschine

Claims (12)

  1. Anordnung zum Bestimmen eines Drehwinkels eines Rotors (2) bezüglich eines Stators (4), mit einem ersten Geberelement (10), welches mit dem Rotor (2) rotatorisch fest koppelbar ist, und einem zweiten Geberelement (20), welches mit dem ersten Geberelement (10) rotatorisch gekoppelt ist, einem ersten Magnetfeldsensor (12) und einem zweiten Magnetfeldsensor (22), welche zueinander statisch angeordnet und mit dem Stator (4) statisch verbindbar sind, wobei der erste Magnetfeldsensor (12) dazu eingerichtet, ein erstes in Abhängigkeit einer Drehposition des ersten Geberelements (10) magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen und der zweite Magnetfeldsensor (22) dazu eingerichtet ist, ein zweites in Abhängigkeit einer Drehposition des zweiten Geberelements (20) magnetfeldabhängiges periodisches Signal zu erzeugen und wobei das erste Geberelement (10) und das zweite Geberelement (20) derart ausgebildet und rotatorisch gekoppelt sind, dass sich eine Periodendauer des ersten Signals von einer Periodendauer des zweiten Signals unterscheidet.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines von dem ersten und zweiten Geberelement (10, 20) ein Zahnrad ist und der mindestens eine Magnetfeldsensor (12, 22), welcher dazu eingerichtet ist, ein magnetfeldabhängiges periodisches Signal in Abhängigkeit der Drehposition des mindestens einen Zahnrads zu erzeugen, einen Magneten aufweist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines von dem ersten und zweiten Geberelement (10, 20) ein Magnetpolrad ist, welches eine Vielzahl von Magneten aufweist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Geberelement (10) ein erstes Zahnrad ist, welches eine erste Anzahl an Zähnen aufweist, und das zweite Geberelement (20) ein zweites Zahnrad ist, welches eine zweite Anzahl an Zähnen aufweist, und wobei die erste Anzahl an Zähnen des ersten Zahnrads von der zweiten Anzahl an Zähnen des zweiten Zahnrads verschieden ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Geberelement (10) ein erstes Polrad ist, welches eine erste Anzahl an Magneten aufweist, und das zweite Geberelement (20) ein zweites Polrad ist, welches eine zweite Anzahl an Magneten aufweist, und wobei die erste Anzahl an Magneten des ersten Polrads von der zweiten Anzahl an Magneten des zweiten Polrads verschieden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen um Eins verschieden sind.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Geberelement (20) mit dem ersten Geberelement (10) rotatorisch fest gekoppelt ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Geberelement (20) mit dem ersten Geberelement (10) mit einer rotatorischen Kopplung (30) zum Erzeugen unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeiten der Geberelemente (10, 20) rotatorisch gekoppelt ist.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Magnetfeldsensoren (12, 22) ein Hall-Sensor ist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Magnetfeldsensoren (12, 22) ein Gradienten-Hall-Sensor ist, welcher zwei voneinander beabstandete Hall-Elemente aufweist.
  11. Elektrische Maschine, mit einem Stator (4) und einem Rotor (2) und einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, welche einen Kommutator zur Umpolung aufweist, wobei die Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 ausgebildet ist und wobei die Anzahlen an Zähnen oder die Anzahlen an Polen um eine natürliche Zahl größer als Eins verschieden sind.
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