DE102019211482A1 - Sensor arrangement - Google Patents

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DE102019211482A1
DE102019211482A1 DE102019211482.2A DE102019211482A DE102019211482A1 DE 102019211482 A1 DE102019211482 A1 DE 102019211482A1 DE 102019211482 A DE102019211482 A DE 102019211482A DE 102019211482 A1 DE102019211482 A1 DE 102019211482A1
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magnetic field
shaft
manipulator
sensor arrangement
receiving device
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DE102019211482.2A
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Christoph Emde
Andreas Schmidtlein
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/147—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1), mit einer drehbar gelagerten Welle (2), mit einem Magnetfelderzeuger (7) und mit einer Empfangseinrichtung (4), die radial beabstandet von der Welle (2) gehäusefest angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein durch den Magnetfelderzeuger (7) erzeugtes/erzeugbares Magnetfeld (8) zu erfassen. Es ist vorgesehen, dass ein der Empfangseinrichtung (4) radial gegenüberliegender Axialabschnitt (9) der Welle (2) einen linienförmigen Magnetfeldmanipulator (10) zum Manipulieren des erzeugten Magnetfelds (8) aufweist, wobei der Magnetfeldmanipulator (10) derart ausgebildet ist, dass sich ein der Empfangseinrichtung (4) gegenüberliegender Teil des Magnetfeldmanipulators (10) bei einer Drehung der Welle (2) axial verschiebt.The invention relates to a sensor arrangement (1) with a rotatably mounted shaft (2), with a magnetic field generator (7) and with a receiving device (4) which is arranged radially spaced from the shaft (2) fixed to the housing and is designed to pass a through to detect the magnetic field generator (7) generated / producible magnetic field (8). It is provided that an axial section (9) of the shaft (2) radially opposite the receiving device (4) has a linear magnetic field manipulator (10) for manipulating the generated magnetic field (8), the magnetic field manipulator (10) being designed in such a way that a part of the magnetic field manipulator (10) opposite the receiving device (4) moves axially when the shaft (2) rotates.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, mit einer drehbar gelagerten Welle, mit einem Magnetfelderzeuger und mit einer Empfangseinrichtung, die radial beabstandet von der Welle gehäusefest angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein durch den Magnetfelderzeuger erzeugtes/erzeugbares Magnetfeld zu erfassen.The invention relates to a sensor arrangement with a rotatably mounted shaft, with a magnetic field generator and with a receiving device, which is arranged radially spaced from the shaft and fixed to the housing and is designed to detect a magnetic field generated / generated by the magnetic field generator.

Stand der TechnikState of the art

Sensoranordnungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift DE 10 2012 202 404 A1 eine Sensoranordnung mit einer Empfangseinrichtung, die radial beabstandet von einer drehbar gelagerten Welle gehäusefest angeordnet ist. Weiterhin ist ein Magnetfelderzeuger vorgesehen, wobei die Empfangseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein durch den Magnetfelderzeuger erzeugtes Magnetfeld zu erfassen. Gemäß der vorbekannten Sensoranordnung handelt es sich bei dem Magnetfelderzeuger um eine Magnetscheibe, die die Welle umschließt und drehfest mit der Welle verbunden ist. Der Magnetfelderzeuger und die Empfangseinrichtung sind somit zueinander verdrehbar.Sensor arrangements of the type mentioned are known from the prior art. For example, the laid-open publication discloses DE 10 2012 202 404 A1 a sensor arrangement with a receiving device, which is arranged radially spaced from a rotatably mounted shaft fixed to the housing. A magnetic field generator is also provided, the receiving device being designed to detect a magnetic field generated by the magnetic field generator. According to the known sensor arrangement, the magnetic field generator is a magnetic disk that surrounds the shaft and is connected to the shaft in a rotationally fixed manner. The magnetic field generator and the receiving device can thus be rotated relative to one another.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Sensoranordnung kompakt ausbildbar ist, sodass ein durch die Sensoranordnung benötigter Bauraum verglichen mit vorbekannten Sensoranordnungen verringerbar ist. Auf einen als Magnetscheibe ausgebildeten Magnetfelderzeuger wird dabei vorzugsweise verzichtet. Daraus ergibt sich eine kostengünstige Ausgestaltung der Sensoranordnung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegender Axialabschnitt der Welle einen linienförmigen Magnetfeldmanipulator zum Manipulieren des erzeugten Magnetfelds aufweist, wobei der Magnetfeldmanipulator derart ausgebildet ist, dass sich ein der Empfangseinrichtung gegenüberliegender Teil des Magnetfeldmanipulators bei einer Drehung der Welle axial verschiebt. Unter einem Magnetfeldmanipulator ist dabei ein Element zu verstehen, durch das zumindest eine Eigenschaft des erzeugten Magnetfelds verglichen mit an den Magnetfeldmanipulator angrenzenden Bereichen des den Magnetfeldmanipulator aufweisenden Axialabschnitts unterschiedlich manipuliert wird. Durch die Empfangseinrichtung wird dann das manipulierte Magnetfeld erfasst. Als Eigenschaft wird beispielsweise eine magnetische Feldstärke des erzeugten Magnetfelds und/oder eine Ausrichtung von Feldlinien des erzeugten Magnetfelds manipuliert. Der Magnetfeldmanipulator ist dabei linienförmig ausgebildet, sodass eine Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators deutlich größer ist als eine Breite des Magnetfeldmanipulators. Der der Empfangseinrichtung gegenüberliegende Teil des Magnetfeldmanipulators verschiebt sich bei einer Drehung der Welle axial. Die axiale Verschiebung des Magnetfeldmanipulators korrespondiert demnach mit der Drehung der Welle. Infolgedessen ist ein Drehwinkel der Welle in Abhängigkeit von dem erfassten manipulierten Magnetfeld ermittelbar. Es handelt sich bei der Sensoranordnung also um eine Sensoranordnung zum Ermitteln des Drehwinkels der Welle. Bei dem Magnetfelderzeuger handelt es sich beispielsweise um einen Permanentmagnet oder um einen bestrombaren Elektromagnet.The sensor arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the sensor arrangement can be designed to be compact, so that the installation space required by the sensor arrangement can be reduced compared to known sensor arrangements. A magnetic field generator designed as a magnetic disk is preferably dispensed with. This results in a cost-effective configuration of the sensor arrangement. According to the invention, it is provided that an axial section of the shaft radially opposite the receiving device has a linear magnetic field manipulator for manipulating the generated magnetic field, the magnetic field manipulator being designed such that a part of the magnetic field manipulator opposite the receiving device moves axially when the shaft rotates. A magnetic field manipulator is to be understood as an element by which at least one property of the generated magnetic field is manipulated differently compared to regions of the axial section having the magnetic field manipulator which are adjacent to the magnetic field manipulator. The manipulated magnetic field is then detected by the receiving device. For example, a magnetic field strength of the generated magnetic field and / or an alignment of field lines of the generated magnetic field is manipulated as a property. The magnetic field manipulator is linear, so that a longitudinal extension of the magnetic field manipulator is significantly greater than a width of the magnetic field manipulator. The part of the magnetic field manipulator opposite the receiving device is displaced axially when the shaft rotates. The axial displacement of the magnetic field manipulator therefore corresponds to the rotation of the shaft. As a result, an angle of rotation of the shaft can be determined depending on the detected manipulated magnetic field. The sensor arrangement is therefore a sensor arrangement for determining the angle of rotation of the shaft. The magnetic field generator is, for example, a permanent magnet or an electromagnet that can be energized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnetfelderzeuger gehäusefest angeordnet ist. Dabei handelt es sich um eine besonders robuste Ausgestaltung der Sensoranordnung. Insbesondere ist der Magnetfelderzeuger auf einer von der Welle abgewandten Seite der Empfangseinrichtung an der Empfangseinrichtung angeordnet, sodass die Empfangseinrichtung und der Magnetfelderzeuger ein gemeinsames Bauteil ausbilden. Der Magnetfelderzeuger und die Empfangseinrichtung sind also miteinander gekoppelt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Magnetfelderzeuger drehfest mit der Welle verbunden ist. Auch gemäß dieser Ausführungsform wird das durch den Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld durch den Magnetfeldmanipulator derart manipuliert, dass der Drehwinkel der Welle in Abhängigkeit von dem durch die Empfangseinrichtung erfassten manipulierten Magnetfeld ermittelbar ist.According to a preferred embodiment it is provided that the magnetic field generator is fixed to the housing. This is a particularly robust design of the sensor arrangement. In particular, the magnetic field generator is arranged on the receiving device on a side of the receiving device facing away from the shaft, so that the receiving device and the magnetic field generator form a common component. The magnetic field generator and the receiving device are therefore coupled to one another. According to an alternative embodiment, it is preferably provided that the magnetic field generator is connected to the shaft in a rotationally fixed manner. According to this embodiment too, the magnetic field generated by the magnetic field generator is manipulated by the magnetic field manipulator in such a way that the angle of rotation of the shaft can be determined as a function of the manipulated magnetic field detected by the receiving device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erstes Ende des Magnetfeldmanipulators axial beabstandet von einem zweiten Ende des Magnetfeldmanipulators ist. Hierzu ist zumindest abschnittsweise ein Winkel zwischen der Umfangsrichtung der Welle und der Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators vorhanden, der ungleich 0 Grad ist. Die Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators verläuft also zumindest abschnittsweise schräg zu der Umfangsrichtung der Welle. Unter der Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators ist dabei die Erstreckung entlang der Linienform des Magnetfeldmanipulators zu verstehen. Hierdurch wird die axiale Verschiebung des der Empfangseinrichtung gegenüberliegenden Teils des Magnetfeldmanipulators bei der Drehung der Welle vorteilhaft gewährleistet.According to a preferred embodiment it is provided that a first end of the magnetic field manipulator is axially spaced from a second end of the magnetic field manipulator. For this purpose, at least in sections, there is an angle between the circumferential direction of the shaft and the longitudinal extension of the magnetic field manipulator that is not equal to 0 degrees. The longitudinal extension of the magnetic field manipulator thus runs at least in sections at an angle to the circumferential direction of the shaft. The longitudinal extension of the magnetic field manipulator is to be understood as the extension along the line shape of the magnetic field manipulator. This advantageously ensures the axial displacement of the part of the magnetic field manipulator opposite the receiving device when the shaft is rotated.

Vorzugsweise umschließt der Magnetfeldmanipulator die Welle vollumfänglich. Hierdurch wird erreicht, dass Drehwinkel der Welle in einem Drehwinkelbereich von 0 Grad bis 360 Grad ermittelbar sind. Vorzugsweise ist der Magnetfeldmanipulator derart ausgebildet, dass der der Empfangseinrichtung gegenüberliegende Teil des Magnetfeldmanipulators bei jedem Drehwinkel der Welle aus dem Drehwinkelbereich von 0 Grad bis 360 Grad jeweils eine andere axiale Verschiebung aufweist. Somit sind Drehwinkel in dem Drehwinkelbereich von 0 Grad bis 360 Grad eindeutig ermittelbar.The magnetic field manipulator preferably completely encloses the shaft. This means that the rotation angle of the shaft can be determined in a rotation angle range from 0 degrees to 360 degrees. The magnetic field manipulator is preferably designed such that the Receiving device opposite part of the magnetic field manipulator has a different axial displacement at each angle of rotation of the shaft from the angle of rotation range from 0 degrees to 360 degrees. Thus, angles of rotation in the angle of rotation range from 0 degrees to 360 degrees can be clearly determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Winkel zwischen der Längserstreckung des linienförmigen Magnetfeldmanipulators und der Umfangsrichtung der Welle in Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators konstant ist. Dadurch, dass der Winkel konstant ist, ist der Drehwinkel der Welle auswertungstechnisch besonders einfach ermittelbar.According to a preferred embodiment it is provided that the angle between the longitudinal extension of the linear magnetic field manipulator and the circumferential direction of the shaft in the longitudinal extension of the magnetic field manipulator is constant. Because the angle is constant, the angle of rotation of the shaft can be determined particularly easily in terms of evaluation.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Winkel zwischen der Längserstreckung des linienförmigen Magnetfeldmanipulators und der Umfangsrichtung der Welle in Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators ändert. Beispielsweise ist der Magnetfeldmanipulator derart ausgebildet, dass der Winkel bezogen auf die Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators in einem Längserstreckungsbereich größer ist. Hierdurch ist eine Genauigkeit des Ermittelns des Drehwinkels in bestimmten Drehwinkelbereichen gezielt steigerbar.According to an alternative embodiment, it is preferably provided that the angle between the longitudinal extension of the linear magnetic field manipulator and the circumferential direction of the shaft changes in the longitudinal extension of the magnetic field manipulator. For example, the magnetic field manipulator is designed in such a way that the angle in relation to the longitudinal extent of the magnetic field manipulator is greater in a longitudinal extent region. In this way, the accuracy of the determination of the angle of rotation in certain angle of rotation ranges can be increased in a targeted manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnetfeldmanipulator gewindeförmig ausgebildet ist. Der Magnetfeldmanipulator erstreckt sich demnach wendelartig beziehungsweise schraubenlinienförmig entlang des Axialabschnitts der Welle, der der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegt. Ein derartiger Magnetfeldmanipulator ist technisch besonders einfach herstellbar.According to a preferred embodiment it is provided that the magnetic field manipulator is designed in the form of a thread. The magnetic field manipulator accordingly extends helically or helically along the axial section of the shaft which lies radially opposite the receiving device. Such a magnetic field manipulator is technically particularly easy to manufacture.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegende Axialabschnitt der Welle ein ferromagnetisches Material aufweist, wobei der Magnetfeldmanipulator eine in dem ferromagnetischen Material ausgebildete Nut ist. Hierdurch wird erreicht, dass das durch den Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld durch das ferromagnetische Material des Axialabschnitts einerseits und durch den als Nut ausgebildeten Magnetfeldmanipulator andererseits jeweils unterschiedlich manipuliert wird. Die axiale Verschiebung des der Empfangseinrichtung gegenüberliegenden Teils des Magnetfeldmanipulators beziehungsweise der Drehwinkel der Welle ist somit in Abhängigkeit von dem durch die Empfangseinrichtung erfassten manipulierten Magnetfeld vorteilhaft ermittelbar. Vorzugsweise ist die Welle zumindest in dem der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegenden Axialabschnitt insgesamt aus dem ferromagnetischen Material ausgebildet. Alternativ dazu weist die Welle vorzugsweise zumindest in dem der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegenden Axialabschnitt der Welle eine aus einem ferromagnetischen Material ausgebildete Hülse auf, wobei dann die Nut in der Hülse ausgebildet ist.According to a preferred embodiment it is provided that the axial section of the shaft radially opposite the receiving device has a ferromagnetic material, the magnetic field manipulator being a groove formed in the ferromagnetic material. This ensures that the magnetic field generated by the magnetic field generator is manipulated differently by the ferromagnetic material of the axial section on the one hand and by the magnetic field manipulator designed as a groove on the other hand. The axial displacement of the part of the magnetic field manipulator opposite the receiving device or the angle of rotation of the shaft can thus advantageously be determined as a function of the manipulated magnetic field detected by the receiving device. The shaft is preferably made entirely of the ferromagnetic material at least in the axial section radially opposite the receiving device. As an alternative to this, the shaft preferably has a sleeve formed from a ferromagnetic material, at least in the axial section of the shaft radially opposite the receiving device, the groove then being formed in the sleeve.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Magnetfeldmanipulator ein ferromagnetisches Material aufweist. Abgesehen von dem Magnetfeldmanipulator weist dann der der Empfangseinrichtung radial gegenüberliegende Axialabschnitt der Welle vorzugsweise ein paramagnetisches Material auf. Auch hierdurch wird erreicht, dass das durch den Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld durch den ferromagnetischen Magnetfeldmanipulator einerseits und durch das paramagnetische Material der Welle andererseits jeweils unterschiedlich manipuliert wird.According to an alternative embodiment, it is preferably provided that the magnetic field manipulator has a ferromagnetic material. Apart from the magnetic field manipulator, the axial section of the shaft radially opposite the receiving device then preferably has a paramagnetic material. This also ensures that the magnetic field generated by the magnetic field generator is manipulated differently by the ferromagnetic magnetic field manipulator on the one hand and by the paramagnetic material of the shaft on the other hand.

Vorzugsweise weist die Empfangseinrichtung zumindest einen Hall-Sensor und/oder zumindest einen magnetoresistiven Sensor auf. Bei dem magnetoresistiven Sensor handelt es sich beispielsweise um einen AMR-Sensor oder einen TMR-Sensor. Durch die genannten Sensortypen ist das manipulierte Magnetfeld zuverlässig erfassbar. Vorzugsweise weist die Empfangseinrichtung zumindest ein erstes Sensorelement, beispielsweise einen Hall-Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor, und ein zweites Sensorelement, beispielsweise einen Hall-Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor auf, wobei die Sensorelemente axial beabstandet voneinander angeordnet sind.The receiving device preferably has at least one Hall sensor and / or at least one magnetoresistive sensor. The magnetoresistive sensor is, for example, an AMR sensor or a TMR sensor. The manipulated magnetic field can be reliably detected by the named sensor types. The receiving device preferably has at least a first sensor element, for example a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, and a second sensor element, for example a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, the sensor elements being arranged axially spaced from one another.

Vorzugsweise weist die Sensoranordnung ein Steuergerät auf, das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten manipulierten Magnetfeld den Drehwinkel der Welle zu ermitteln. Der ermittelte Drehwinkel der Welle ist dann zumindest einer weiteren kommunikationstechnisch mit dem Steuergerät verbundenen Einrichtung bereitstellbar, sodass die weitere Einrichtung dann in Abhängigkeit von dem ermittelten Drehwinkel steuerbar und/oder regelbar ist.The sensor arrangement preferably has a control device which is designed to determine the angle of rotation of the shaft as a function of the detected manipulated magnetic field. The determined angle of rotation of the shaft can then be made available to at least one further device connected to the control device in terms of communication technology, so that the further device can then be controlled and / or regulated as a function of the determined angle of rotation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Welle als Rotorwelle Teil eines Elektromotors ist. Die Welle ist somit durch den Elektromotor antreibbar beziehungsweise drehbar. Durch die Sensoranordnung ist dann der Drehwinkel der Rotorwelle ermittelbar. In Abhängigkeit von dem ermittelten Drehwinkel der Rotorwelle ist der Elektromotor vorteilhaft steuerbar und/oder regelbar. Beispielsweise ist der Elektromotor Teil eines Bremskrafterzeugers einer Bremsanlage eines Fahrzeugs und dazu ausgebildet, durch die Drehung der Welle einen Hauptbremszylinder der Bremsanlage zu betätigen, um dadurch ein das Fahrzeug verzögerndes Verzögerungsmoment zu erzeugen.According to a preferred embodiment it is provided that the shaft, as a rotor shaft, is part of an electric motor. The shaft can thus be driven or rotated by the electric motor. The angle of rotation of the rotor shaft can then be determined by the sensor arrangement. The electric motor can advantageously be controlled and / or regulated as a function of the determined angle of rotation of the rotor shaft. For example, the electric motor is part of a brake force generator of a brake system of a vehicle and is designed to actuate a master brake cylinder of the brake system through the rotation of the shaft in order to thereby generate a decelerating torque that decelerates the vehicle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigt die einzige

  • Figur eine Sensoranordnung.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. This shows the only one
  • Figure a sensor arrangement.

Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Sensoranordnung 1. Die Sensoranordnung 1 weist eine Welle 2 auf, die um eine Rotationsachse 3 drehbar gelagert ist. Bei der Welle 2 handelt es sich gemäß dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Rotorwelle 2 eines Elektromotors. Die Welle 2 ist demnach durch eine nicht dargestellte Statorwicklung eines Stators des Elektromotors antreibbar beziehungsweise drehbar.The single figure shows a sensor arrangement in a schematic representation 1 . The sensor arrangement 1 exhibits a wave 2 on that around an axis of rotation 3 is rotatably mounted. At the wave 2 According to the embodiment shown in the figure, it is a rotor shaft 2 an electric motor. The wave 2 is accordingly drivable or rotatable by a stator winding, not shown, of a stator of the electric motor.

Die Sensoranordnung 1 weist außerdem eine Empfangseinrichtung 4 auf, die radial beabstandet von der Welle 2 gehäusefest angeordnet ist. Die Empfangseinrichtung 4 weist ein erstes Sensorelement 5 und ein zweites Sensorelement 6 auf, wobei die Sensorelemente 5 und 6 bezogen auf die Rotationsachse 3 der Welle 2 axial beabstandet voneinander angeordnet sind. Vorliegend handelt es sich bei den Sensorelementen 5 und 6 jeweils um einen Hall-Sensor 5 beziehungsweise 6. Alternativ dazu handelt es sich bei den Sensorelementen 5 und 6 jeweils um einen magnetoresistiven Sensor 5 beziehungsweise 6.The sensor arrangement 1 also has a receiving device 4th on, which are radially spaced from the shaft 2 is fixed to the housing. The receiving device 4th has a first sensor element 5 and a second sensor element 6 on, the sensor elements 5 and 6 based on the axis of rotation 3 the wave 2 are arranged axially spaced from one another. In the present case, it is the sensor elements 5 and 6 one Hall sensor each 5 respectively 6 . Alternatively, it is the sensor elements 5 and 6 each around a magnetoresistive sensor 5 respectively 6 .

Die Sensoranordnung 1 weist außerdem einen Magnetfelderzeuger 7 auf, der dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld 8 derart zu erzeugen, dass sich Magnetfeldlinien des Magnetfelds 8 durch die Welle 2 erstrecken, und dass das Magnetfeld 8 durch die Empfangseinrichtung 4 erfassbar ist. Bei dem Magnetfelderzeuger 7 handelt es sich vorliegend um einen Permanentmagnet 7. Der Magnetfelderzeuger 7 ist auf einer Rückseite, also auf einer von der Welle 2 abgewandten Seite, der Empfangseinrichtung 4 an der Empfangseinrichtung 4 angeordnet. Die Empfangseinrichtung 4 und der Magnetfelderzeuger 7 sind somit miteinander gekoppelt und bilden ein gemeinsames Bauteil aus.The sensor arrangement 1 also has a magnetic field generator 7th on, which is designed to generate a magnetic field 8th to generate such that magnetic field lines of the magnetic field 8th through the wave 2 extend, and that the magnetic field 8th by the receiving device 4th is detectable. At the magnetic field generator 7th in the present case it is a permanent magnet 7th . The magnetic field generator 7th is on a back side, so on one of the shaft 2 remote side, the receiving device 4th at the receiving device 4th arranged. The receiving device 4th and the magnetic field generator 7th are thus coupled to one another and form a common component.

Ein der Empfangseinrichtung 4 radial gegenüberliegender Axialabschnitt 9 der Welle 2, also ein Axialabschnitt der Welle 2, der sich axial auf Höhe der Empfangseinrichtung 4 befindet, weist einen linienförmigen Magnetfeldmanipulator 10 auf. Der Magnetfeldmanipulator 10 ist dazu ausgebildet, eine Eigenschaft des durch den Magnetfelderzeuger 7 erzeugten Magnetfelds 8 zu manipulieren. Beispielsweise wird durch den Magnetfeldmanipulator 10 eine Ausrichtung der Magnetfeldlinien des Magnetfelds 8 und/oder eine Feldstärke des Magnetfelds 8 manipuliert. Durch die Empfangseinrichtung 4 wird dann als Magnetfeld das durch den Magnetfeldmanipulator 10 manipulierte Magnetfeld 8 erfasst.One of the receiving device 4th radially opposite axial section 9 the wave 2 , so an axial section of the shaft 2 , which is located axially at the level of the receiving device 4th is located, has a linear magnetic field manipulator 10 on. The magnetic field manipulator 10 is designed to be a property of the magnetic field generator 7th generated magnetic field 8th to manipulate. For example, the magnetic field manipulator 10 an alignment of the magnetic field lines of the magnetic field 8th and / or a field strength of the magnetic field 8th manipulated. By the receiving device 4th is then used as the magnetic field by the magnetic field manipulator 10 manipulated magnetic field 8th detected.

Der linienförmige Magnetfeldmanipulator 10 ist derart ausgebildet, dass sich ein der Empfangseinrichtung 4 gegenüberliegender Teil des Magnetfeldmanipulators 10 bei einer Drehung der Welle 2 axial verschiebt. Die Drehung der Welle 2 beziehungsweise ein Drehwinkel der Welle 2 korrespondiert demnach mit der axialen Verschiebung des der Empfangseinrichtung 4 gegenüberliegenden Teils des Magnetfeldmanipulators 10. Hierzu ist ein erstes Ende 13 des Magnetfeldmanipulators 10 axial beabstandet von einem zweiten Ende 14 des Magnetfeldmanipulators 10. Vorliegend ist der Magnetfeldmanipulator 10 gewindeförmig ausgebildet. Der Magnetfeldmanipulator 10 erstreckt sich also wendelartig beziehungsweise schraubenlinienförmig entlang des Axialabschnitts 9 der Welle 2, sodass der gewindeförmige Magnetfeldmanipulator 10 die Welle 2 umschließt. Somit sind zumindest Drehwinkel der Welle 2 von 0 Grad bis 360 Grad durch die Sensoranordnung 1 ermittelbar. Gemäß dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Magnetfeldmanipulator 10 in Umfangsrichtung 11 der Welle 2 gesehen über einen Drehwinkel von etwa 900 Grad.The linear magnetic field manipulator 10 is designed such that one of the receiving device 4th opposite part of the magnetic field manipulator 10 when the shaft rotates 2 shifts axially. The rotation of the shaft 2 or an angle of rotation of the shaft 2 accordingly corresponds to the axial displacement of the receiving device 4th opposite part of the magnetic field manipulator 10 . There is a first ending to this 13 of the magnetic field manipulator 10 axially spaced from a second end 14th of the magnetic field manipulator 10 . Here is the magnetic field manipulator 10 designed as a thread. The magnetic field manipulator 10 thus extends helically or helically along the axial section 9 the wave 2 so that the thread-shaped magnetic field manipulator 10 the wave 2 encloses. Thus, at least angles of rotation of the shaft 2 from 0 degrees to 360 degrees through the sensor arrangement 1 determinable. According to the embodiment shown in the figure, the magnetic field manipulator extends 10 in the circumferential direction 11 the wave 2 viewed over an angle of rotation of about 900 degrees.

Vorliegend ist die Welle 2 aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Bei dem Magnetfeldmanipulator 10 handelt es sich um eine in dem ferromagnetischen Material der Welle 2 ausgebildete gewindeförmige Nut 10. Durch diese Ausgestaltung des Magnetfeldmanipulators 10 wird erreicht, dass das erzeugte Magnetfeld 8 durch den Magnetfeldmanipulator 10 einerseits und die aus dem ferromagnetischen Material ausgebildete Welle 2 andererseits jeweils unterschiedlich manipuliert wird. Somit werden in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Welle 2 beziehungsweise der axialen Verschiebung des der Empfangseinrichtung 4 gegenüberliegenden Teils des Magnetfeldmanipulators 10 jeweils unterschiedliche Eigenschaftswerte des Magnetfelds 8 durch die Sensorelemente 5 beziehungsweise 6 erfasst.Here is the wave 2 formed from a ferromagnetic material. With the magnetic field manipulator 10 it is one in the ferromagnetic material of the shaft 2 formed thread-like groove 10 . This configuration of the magnetic field manipulator 10 is achieved that the generated magnetic field 8th by the magnetic field manipulator 10 on the one hand and the shaft formed from the ferromagnetic material 2 on the other hand, each manipulated differently. Thus, depending on the angle of rotation of the shaft 2 or the axial displacement of the receiving device 4th opposite part of the magnetic field manipulator 10 different property values of the magnetic field 8th through the sensor elements 5 respectively 6 detected.

Die Sensoranordnung 1 weist außerdem ein Steuergerät 12 auf, das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem durch die Sensorelemente 5 und 6 erfassten manipulierten Magnetfeld 8 den Drehwinkel der Welle 2 zu ermitteln. Hierzu ist das Steuergerät 12 beispielsweise dazu ausgebildet, den Drehwinkel der Welle 2 durch Berechnen des Arkustangens eines Quotienten aus einem durch das erste Sensorelement 5 erfassten ersten Signal und einem durch das zweite Sensorelement 6 erfassten zweiten Signal zu ermitteln.The sensor arrangement 1 also has a control unit 12 which is designed to be dependent on the by the sensor elements 5 and 6 detected manipulated magnetic field 8th the rotation angle of the shaft 2 to determine. The control unit is for this purpose 12 for example designed to adjust the angle of rotation of the shaft 2 by calculating the arctangent of a quotient from one by the first sensor element 5 detected first signal and one by the second sensor element 6 to determine detected second signal.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012202404 A1 [0002]DE 102012202404 A1 [0002]

Claims (12)

Sensoranordnung, mit einer drehbar gelagerten Welle (2), mit einem Magnetfelderzeuger (7) und mit einer Empfangseinrichtung (4), die radial beabstandet von der Welle (2) gehäusefest angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein durch den Magnetfelderzeuger (7) erzeugtes/erzeugbares Magnetfeld (8) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Empfangseinrichtung (4) radial gegenüberliegender Axialabschnitt (9) der Welle (2) einen linienförmigen Magnetfeldmanipulator (10) zum Manipulieren des erzeugten Magnetfelds (8) aufweist, wobei der Magnetfeldmanipulator (10) derart ausgebildet ist, dass sich ein der Empfangseinrichtung (4) gegenüberliegender Teil des Magnetfeldmanipulators (10) bei einer Drehung der Welle (2) axial verschiebt.Sensor arrangement, with a rotatably mounted shaft (2), with a magnetic field generator (7) and with a receiving device (4), which is arranged radially spaced from the shaft (2) fixed to the housing and is designed to transmit a magnetic field generator (7) generated / detectable magnetic field (8), characterized in that an axial section (9) of the shaft (2) radially opposite the receiving device (4) has a linear magnetic field manipulator (10) for manipulating the generated magnetic field (8), the magnetic field manipulator (10 ) is designed such that a part of the magnetic field manipulator (10) opposite the receiving device (4) is axially displaced when the shaft (2) rotates. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (10) gehäusefest angeordnet ist.Sensor arrangement according to Claim 1 , characterized in that the magnetic field generator (10) is fixed to the housing. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (13) des Magnetfeldmanipulators (10) axial beabstandet von einem zweiten Ende (14) des Magnetfeldmanipulators (10) ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a first end (13) of the magnetic field manipulator (10) is axially spaced from a second end (14) of the magnetic field manipulator (10). Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) die Welle (2) vollumfänglich umschließt.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field manipulator (10) completely surrounds the shaft (2). Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen der Längserstreckung des linienförmigen Magnetfeldmanipulators (10) und einer Umfangsrichtung (11) der Welle (2) in Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators (10) konstant ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an angle between the longitudinal extension of the linear magnetic field manipulator (10) and a circumferential direction (11) of the shaft (2) in the longitudinal extension of the magnetic field manipulator (10) is constant. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Längserstreckung des linienförmigen Magnetfeldmanipulators (10) und der Umfangsrichtung (11) der Welle (2) sich in Längserstreckung des Magnetfeldmanipulators (10) ändert.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the angle between the longitudinal extension of the linear magnetic field manipulator (10) and the circumferential direction (11) of the shaft (2) changes in the longitudinal extension of the magnetic field manipulator (10). Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) gewindeförmig ausgebildet ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field manipulator (10) is designed in the form of a thread. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Empfangseinrichtung (4) radial gegenüberliegende Axialabschnitt (9) der Welle (2) ein ferromagnetisches Material aufweist, wobei der Magnetfeldmanipulator (10) eine in dem ferromagnetischen Material ausgebildete Nut (10) ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the axial section (9) of the shaft (2) radially opposite the receiving device (4) has a ferromagnetic material, the magnetic field manipulator (10) being a groove (10) formed in the ferromagnetic material . Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) ein ferromagnetisches Material aufweist.Sensor arrangement according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the magnetic field manipulator (10) has a ferromagnetic material. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (4) zumindest einen Hall-Sensor (5, 6) und/oder zumindest einen magnetoresistiven Sensor (5, 6) aufweist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (4) has at least one Hall sensor (5, 6) and / or at least one magnetoresistive sensor (5, 6). Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (12), das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeld (8) einen Drehwinkel der Welle (2) zu ermitteln.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a control device (12) which is designed to determine an angle of rotation of the shaft (2) as a function of the detected magnetic field (8). Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) als Rotorwelle (2) Teil eines Elektromotors ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (2) as a rotor shaft (2) is part of an electric motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4075099A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-19 Allegro MicroSystems, LLC System and related techniques that provide an angle sensor for sensing an angle of rotation of a ferromagnetic screw

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