DE102021129981A1

DE102021129981A1 - Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021129981A1
Application number: DE102021129981.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wagner; Ekkehart Fröhlich; Katalin Hadobas-Roessel; Roman Schoepe
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2023-05-17
Also published as: EP4433347A1; CN118265647A; WO2023088764A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Sensorvorrichtung (100) mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (10) und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug sowie eine Nebenrotorbaugruppe (30) für eine Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) einer solchen Sensorvorrichtung (100), wobei die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) einen mit der Welle (11) drehfest verbindbaren Hauptrotor (21), einen ersten Nebenrotor (31), eine dem ersten Nebenrotor (31) zugeordnete erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes und einen dem ersten Nebenrotor (31) zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das erste Lenkwinkel-Magnetfeld (32) der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, und wobei das erste Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist und drehfest am ersten Nebenrotor (31) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle, aufgebracht wird, und weist wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor-Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle aufgebrachten Drehmoment auf. Die Lenkwinkelsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle eingerichtet und weist einen mit der Welle drehfest und damit drehsynchron verbindbaren Hauptrotor, einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten ersten Nebenrotor, eine dem ersten Nebenrotor zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Nebenrotorbaugruppe für eine derartige Sensorvorrichtung, wobei die Nebenrotorbaugruppe einen Nebenrotor, eine drehfest mit dem Nebenrotor verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes und eine magnetische Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors erstreckenden magnetischen Abschirmelement aufweist.
Gattungsgemäße, im Folgenden auch als „kombinierte Sensorvorrichtung“ bezeichnete Sensorvorrichtungen, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sind, und die sowohl eine Drehmomentsensoreinrichtung, insbesondere eine magnetische Drehmomentsensorvorrichtung, sowie eine Lenkwinkelsensoreinrichtung aufweisen, insbesondere ebenfalls eine magnetische Lenkwinkelsensoreinrichtung, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
Die Drehmomentsensoreinrichtung dient dabei in der Regel dazu, ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Lenkmoment zu erfassen, insbesondere bei elektrischen Lenksystemen, um den elektrischen Antriebsmotor des Lenksystems basierend auf dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment anzusteuern, beispielsweise um eine entsprechende, situationsangepasste Lenkunterstützung bereitstellen zu können.
In der Regel werden Drehmomentsensoreinrichtungen mit einem Torsionsstab mit definierter, bekannter Torsionssteifigkeit eingesetzt, wobei der Torsionsstab einen ersten Teil einer axialgeteilten Welle mit einem zweiten Teil der axialgeteilten Welle verbindet. Wird ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht, bewirkt dies eine Verdrehung der beiden Teile der Welle zueinander um einen messbaren Verdrehwinkel, wobei der Verdrehwinkel sich abhängig vom aufgebrachten Drehmoment und der Steifigkeit des Torsionsstabes einstellt, so dass aus dem erfassten Verdrehwinkel bei definierter, bekannter Steifigkeit des Torsionsstabes das aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden kann.
Zur Messung des infolge eines aufgebrachten Drehmoments resultierenden Verdrehwinkels sind verschiedene Messprinzipien und Sensoranordnungen bekannt, wobei in der Regel magnetische Sensorsysteme zum Einsatz kommen, bei denen ein umlaufender, meistens als Permanentmagnet ausgebildeter Ringmagnet als Teil einer Magneteinrichtung mit dem ersten Teil der Lenkwelle drehfest verbunden wird und bei denen eine Statoreinrichtung mit einem Statorhalter, an dem in der Regel zwei magnetisch leitfähige Statorelemente befestigt sind, drehfest mit dem zweiten Teil der Welle verbunden wird. Die Statoreinrichtung, insbesondere die beiden Statorelemente, sind dabei üblicherweise in radialer Richtung mit einem kleinen Luftspalt konzentrisch um den Ringmagneten der Magneteinrichtung herum angeordnet. Über die Statoreinrichtung, insbesondere die beiden Statorelemente, kann der magnetische Fluss des Ringmagneten der Magneteinrichtung, insbesondere mithilfe zusätzlicher Bauteile in Form von sogenannten Flussleitern, zu einem Drehmoment-Magnetsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor, geleitet werden und das erzeugte Signal zur Ermittlung des aufgebrachten Drehmoments ausgewertet werden. Wird der drehfest mit dem ersten Teil der Welle verbundene Ringmagnet durch eine Rotationsbewegung der Welle relativ zur, mit dem zweiten Teil der Welle verbundenen Statoreinrichtung bewegt, ändert sich die magnetische Flussdichte in den Statorelementen, was mittels des Drehmoment-Magnetsensors erfasst werden kann. Die Änderung der magnetischen Flussdichte im Stator ist dabei u.a. abhängig von der Größe der Relativbewegung des Ringmagneten gegenüber der Statoreinrichtung, d.h. vom Verdrehwinkel. Somit kann aus der Änderung der erfassten Flussdichte auf den Verdrehwinkel geschlossen werden und aus dem Verdrehwinkel wiederum kann mit Kenntnis der Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung dient in der Regel zur Erfassung eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkels. Häufig werden Lenkwinkelsensoreinrichtungen eingesetzt, welche ein Getriebe aufweisen mit einem mit der Lenkwelle drehfest verbundenen bzw. verbindbaren Hauptrotor mit einer Außenverzahnung und wenigstens ein oder zwei Nebenrotoren, ebenfalls mit einer Außenverzahnung, die jeweils mit dem Hauptrotor kämmen. Die beiden Nebenrotoren sind in der Regel zwei kleinere Zahnräder, welche jeweils einen drehfest verbundenen Permanentmagneten aufweisen, wobei jedem Permanentmagneten jeweils ein entsprechender Lenkwinkel-Magnetsensor zugeordnet ist, gegenüber dem die Nebenrotoren drehbar sind.
Über den drehfest mit der Lenkwelle verbundenen Hauptrotor und die mit diesem kämmenden Nebenrotoren kann die Drehbewegung der Lenkwelle jeweils auf den drehfest mit dem Nebenrotor verbundenen Permanentmagneten übertragen werden. Bei einer Rotation der Permanentmagneten der Nebenrotoren ändert sich ein magnetischer Fluss der zugehörigen Magnetfelder in Abhängigkeit vom Drehwinkel, was mithilfe der zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensoren erfasst werden kann. Mithilfe der Übersetzung zwischen den Nebenrotoren und dem Hauptrotor kann der Drehwinkel der Lenkwelle ermittelt werden.
Eine Herausforderungen bei diesen kombinierten Sensorvorrichtungen ist dabei, ein sogenanntes „Übersprechen“, d.h. eine gegenseitige Störbeeinflussung der Magnetfelder von der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung durch ein „Einstreuen“ eines jeweiligen Streumagnetfeld-Anteils des Drehmomentsensor-Magnetfeldes in das Lenkwinkelsensor-Magnetfeld und eines Streumagnetfeld-Anteils des Lenkwinkelsensor-Magnetfeldes in das Drehmomentsensor-Magnetfeld, zu verhindern bzw. auf ein für die gewünschte Sensorgenauigkeit erforderliches Maß zu reduzieren.
Um die gegenseitige Störbeeinflussung der Magnetfelder von der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung zu reduzieren bzw. zu verhindern, werden in der Regel magnetische Abschirmeinrichtungen mit wenigstens einem Abschirmelement eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene konstruktive Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise aus der US 2020/0307694 A1 , der WO 2012/019947 A1 oder der EP 2 743 662 A1 .
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine alternative Sensorvorrichtung, insbesondere eine verbesserte Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere eine kompaktere Bauweise ermöglicht, vorzugsweise mit einer gleichbleibenden oder verbesserten magnetischen Abschirmung zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung sowie durch eine Nebenrotorbaugruppe mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Drehmomentsensoreinrichtung und eine Lenkwinkelsensoreinrichtung auf und ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle, aufgebracht wird, und weist wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor-Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle aufgebrachten Drehmoment auf. Die Lenkwinkelsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle eingerichtet und weist einen mit der Welle drehfest und damit drehsynchron verbindbaren Hauptrotor, einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen ersten Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten ersten Nebenrotor, eine dem ersten Nebenrotor zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf. Der erste Nebenrotor ist um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse verlaufende erste Rotationsachse relativ gegenüber dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar, wobei die erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung drehfest und damit drehsynchron mit dem ersten Nebenrotor verbunden ist, d.h. mitrotierend. Die Sensorvorrichtung weist ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur ersten Rotationsachse erstreckenden ersten magnetischen Abschirmelement auf, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung und das erste Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das erste Abschirmelement in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Abschirmelement drehfest am ersten Nebenrotor befestigt ist.
Durch die erfindungsgemäße Befestigung des magnetischen Abschirmelementes am Nebenrotor lässt sich eine kompakte Anordnung einer kombinierten Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensorvorrichtung und einer Lenkwinkelsensorvorrichtung erreichen, insbesondere mit einem geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung, sowie eine gute Abschirmung. Insbesondere lässt sich eine störende Beeinflussung des Drehmomentsensor-Magnetfeldes durch die erste Lenkwinkel-Magnetsensoreinrichtung reduzieren bzw. bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar nahezu vollständig oder vollständig vermeiden.
Darüber hinaus kann in vielen Fällen durch die auf diese Weise erreichbare, besonders nahe Anordnung des Abschirmelementes an der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung das Nutzfeld der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung verbessert werden. Insbesondere kann ein günstigerer Arbeitspunkt der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden, wodurch sich mit gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung ein stärkeres erstes Lenkwinkel-Magnetfeld realisieren lässt. Gleichzeitig kann ferner außerdem eine höhere Stabilität der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
Die Drehmomentsensor-Magneteinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorzugsweise wie bei aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Drehmomentsensoreinrichtungen üblich, ausgebildet. Für weitere Ausführungen, insbesondere hinsichtlich der grundsätzlichen Funktionsweise, wird auf den diesbezüglich einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Die Drehmomentsensorvorrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann vom Prinzip her grundsätzlich wie vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik ausgebildet sein.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls grundsätzlich wie auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise ausgebildet, wobei für weitere Informationen, insbesondere hinsichtlich detaillierter Ausführungen zur möglichen Ausgestaltung und zur Funktionsweise der Lenkwinkelsensoreinrichtung, ebenfalls auf den diesbezüglich einschlägigen Stand der Technik verwiesen wird. Die Lenkwinkelsensorvorrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann vom Prinzip her grundsätzlich wie vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Lenkwinkelsensoreinrichtung ferner insbesondere wenigstens einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten zweiten Nebenrotor, eine dem zweiten Nebenrotor zugeordnete, zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel-Magnetfeldes und einen dem zweiten Nebenrotor zugeordneten zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf, wobei der zweite Nebenrotor vorzugsweise um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse verlaufende, zweite Rotationsachse relativ gegenüber dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar ist und die zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung insbesondere drehfest und damit drehsynchron mit dem zweiten Nebenrotor verbunden ist. Hierdurch kann eine verbesserte Lenkwinkelerfassung erreicht werden, insbesondere eine genauere Lenkwinkelerfassung.
Besonders bevorzugt weist die magnetische Abschirmeinrichtung ferner wenigstens ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur zweiten Rotationsachse erstreckendes, zweites magnetisches Abschirmelement auf, um auch das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung und das zweite Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das zweite magnetische Abschirmelement vorzugsweise in axialer Richtung auf einer vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite der zweiten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist und drehfest am zweiten Nebenrotor befestigt ist. Hierdurch kann auch mit einem zweiten Nebenrotor eine kompakte Anordnung einer kombinierten Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensorvorrichtung und einer Lenkwinkelsensorvorrichtung erreicht werden, insbesondere weiterhin mit einem geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung, sowie weiterhin eine gute Abschirmung. Insbesondere lässt sich hierdurch auch eine störende Beeinflussung des Drehmomentsensor-Magnetfeldes durch die zweite Lenkwinkel-Magnetsensoreinrichtung reduzieren bzw. bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar ebenfalls nahezu vollständig oder vollständig vermeiden.
Insbesondere kann der zweite Nebenrotor bzw. eine entsprechende zweite Nebenrotorbaugruppe grundsätzlich wie der erste Nebenrotor ausgebildet sein, wobei der zweite Nebenrotor vorzugsweise ebenfalls am Hauptrotor abwälzt bzw. im Fall einer Verzahnung mit dem Hauptrotor insbesondere ebenfalls mit dem Hauptrotor kämmt. Insbesondere wälzen der erste Nebenrotor und der zweite Nebenrotor jeweils in der gleichen Ebene ab. Grundsätzlich können der erste Nebenrotor und der zweite Nebenrotor aber auch in unterschiedlichen axialen Ebenen am Hauptrotor abwälzen. Dies erfordert allerdings mehr Bauraum in axialer Richtung, insbesondere einen höher bauenden Hauptrotor. Allerdings lässt sich hierdurch in einigen Fällen ein geringerer Bauraumbedarf in radialer Richtung erreichen. Besonders bevorzugt ist der zweite Nebenrotor mit einer von der ersten Übersetzung zwischen dem ersten Nebenrotor und dem Hauptrotor verschiedenen, konstanten und gleichförmigen zweiten Übersetzung mit dem Hauptrotor mechanisch gekoppelt. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Lenkwinkelerfassung, insbesondere eine Lenkwinkelerfassung mit einer hohen Genauigkeit.
Der zweite Nebenrotor der Lenkwinkelsensoreinrichtung ermöglicht insbesondere die Bestimmung des Drehwinkels des Hauptrotors und damit der Welle nach dem Nonius-Prinzip auf aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Art und Weise.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung einen 4-poligen, insbesondere zylinderförmigen, Permanentmagneten auf oder ist ein solcher Permanentmagnet, wobei der Permanentmagnet insbesondere konzentrisch zur zugehörigen Rotationsachse des Nebenrotors angeordnet ist. Bevorzugt sind die vier Pole des Permanentmagneten auf zwei Ebenen verteilt und benachbarte Pole weisen insbesondere jeweils eine unterschiedliche Polarität auf. Durch eine derartige Anordnung lässt sich ein besonders vorteilhaftes Nutz-Magnetfeld für die Drehwinkelerfassung erzeugen. Beispielsweise können bei einem zylinderfömigen Permanentmagneten die vier Pole jeweils über eine halbe Höhe des Zylinders und jeweils halbkreisförmig ausgebildet sein bzw. jeweils eine Zylinderhälfte umfassen, welche sich über die halbe Höhe des Zylinders erstreckt.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Abschirmelement, insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement, derart nah an der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet, insbesondere derart nah am Permanentmagneten, dass wenigstens ein Luftspalt in axialer Richtung entlang der Rotationsachse des zugehörigen Nebenrotors zwischen der Lenkwinkel-Magneteinrichtung und dem zugehörigen flächigen Abschirmelement weniger als 2 mm beträgt, insbesondere weniger als 1,5 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0 mm.
Durch eine derartig nahe Anordnung des Abschirmelementes an der Lenkwinkel-Magneteinrichtung lässt sich eine besonders kompakte Anordnung der Lenkwinkelsensorvorrichtung und damit der gesamten Sensorvorrichtung erreichen, insbesondere in axialer Richtung, wodurch besonders wenig Bauraum in axialer Richtung benötigt wird.
Ferner kann hierdurch ein besonders vorteilhaftes Nutzfeld der auf diese Weise abgeschirmten Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden. Insbesondere kann ein besonders günstiger Arbeitspunkt der jeweiligen Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden, wodurch sich bei gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der Lenkwinkel-Magneteinrichtung ein stärkeres Magnetfeld erreichen lässt. Gleichzeitig kann eine besonders hohe Stabilität der auf diese Weise abgeschirmten Lenkwinkel-Magneteinrichtung gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann wenigstens ein Abschirmelement auch unmittelbar an der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung anliegen, d.h. mit unmittelbarem Kontakt zur zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung am Nebenrotor befestigt sein, insbesondere mit unmittelbarem Kontakt in den Nebenrotor eingebracht oder eingesetzt sein. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte, bauraumsparende Ausgestaltung in axialer Richtung erreichen.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Nebenrotor, insbesondere der erste Nebenrotor und/oder der zweite Nebenrotor, einen hohlzylindrischen Schaft auf, wobei die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung vorzugsweise im Inneren des Schaftes angeordnet ist und insbesondere eine Außenfläche des Schaftes, d.h. eine äußere Mantelfläche des Schaftes, zumindest teilweise eine Lagerfläche, insbesondere eine Gleitlagerfläche, für die drehbare Lagerung des Nebenrotors innerhalb der Sensorvorrichtung bildet, insbesondere zur Führung des Nebenrotors in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine besonders platzsparende Lagerung des Nebenrotors erreicht werden. Zur Reduzierung der Reibung kann auf der Lagerfläche eine entsprechende reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht sein oder der Schaft aus einen reibungsreduzierenden Material hergestellt sein.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere wenigstens ein Nebenrotor aus Kunststoff ausgebildet und im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei das zugehörige Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung vorzugsweise durch zumindest teilweises Umspritzen drehfest mit dem Nebenrotor verbunden worden sind und insbesondere mit dem Nebenrotor eine Nebenrotorbaugruppe bilden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung einer Nebenrotorbaugruppe, insbesondere eine Art Vormontage einer Nebenrotorbaugruppe. Hierdurch wiederum kann eine besonders einfache Montage der Sensorvorrichtung erreicht werden.
Insbesondere kann die Nebenrotorbaugruppe eine 3K-Baugruppe oder ein 3K-Bauteil sein, d.h. eine Baugruppe, die aus drei separaten Bauteilen zusammengesetzt ist oder ein Bauteil, das aus drei verschiedenen Werkstoffen bzw. Materialien integral gefertigt ist.
Wenigstens ein magnetisches Abschirmelement, insbesondere das erste magnetische Abschirmelement und/oder das zweite magnetische Abschirmelement ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, wobei wenigstens ein magnetisches Abschirmelement ein metallisches Abschirmblech aus einem ferromagnetischen Material sein kann.
Wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung ist vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Werkstoff, insbesondere aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Die Lenkwinkel-Magneteinrichtung ist dabei insbesondere aus einem anderen Werkstoff hergestellt, als das zugehörige magnetische Abschirmelement.
Wenigstens ein Nebenrotor ist bevorzugt aus Kunstsoff hergestellt, insbesondere aus einem nichtmagnetischem, nicht magnetisch leitenden und nicht elektrisch leitenden Kunststoff.
Alternativ können wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung und ein zugehöriges Abschirmelement auch in einen im Spritzgussverfahren hergestellten Nebenrotor eingesetzt und gegen ein Herausfallen gesichert sein, und auf andere Art und Weise als durch Umspritzen drehfest mit dem Nebenrotor verbunden sein, beispielsweise durch Einclipsen bzw. Verrasten, Verstemmen oder Kleben, einer Kombination daraus oder dergleichen.
Alternativ kann die Nebenrotorbaugruppe auch eine 2K-Baugruppe oder ein 2K-Bauteil sein, wobei hierzu der Nebenrotor beispielsweise auch aus magnetischem Material hergestellt sein kann, insbesondere aus metallischem, ferromagnetischem Material, beispielsweise aus dem gleichen Material wie die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung und insbesondere einstückig mit der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung ausgebildet sein kann und mit der Lenkwinkel-Magneteinrichtung ein gemeinsames Bauteil bilden kann.
Alternativ kann der Nebenrotor aber auch aus dem gleichen Werkstoff wie das zugehörige magnetische Abschirmelement ausgebildet sein und mit diesem ein gemeinsames Bauteil bilden. Der Nebenrotor und die Lenkwinkel-Magneteinrichtung können aber auch aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Kunststoff hergestellt sein, insbesondere im Spritzgussverfahren.
Denkbar ist auch, die Nebenrotorbaugruppe als 1 K-Baugruppe oder Bauteil auszubilden, und den Nebenrotor, die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung und das zugehörige magnetische Abschirmelement jeweils aus ein- und demselben Werkstoff herzustellen, insbesondere einstückig, d.h. in einem Stück bzw. als ein gemeinsames Bauteil. Dies geht besonders einfach im Spritzgussverfahren mit einem magnetisierbaren Kunststoff bzw. mit einem Kunststoff der mit Magnetpartikeln bzw. magnetisierbaren Partikeln gefüllt ist, wobei das resultierende Bauteil, welches in diesem Fall insbesondere eine erfindungsgemäße, einstückige Nebenrotorbaugruppe bildet, vorzugsweise nur im Zentrum um die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors herum magnetisiert wird bzw. magnetisch ausgebildet wird. Hierdurch kann ein kleines, lokales Nutz-Magnetfeld als Lenkwinkel-Magnetfeld bereitgestellt werden, welches ausreichend für eine Lenkwinkelsensorerfassung ist, aber gleichzeitig keinen allzu großes Streu- bzw. Stör-Magnetfeld erzeugt, welches die Drehmomenterfassung stört.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist insbesondere wenigstens ein Nebenrotor, insbesondere der erste Nebenrotor und/oder der zweite Nebenrotor, an einem vom zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Ende des Schaftes wenigstens einen axialen Anschlag auf, wobei das zugehörige Abschirmelement zwischen dem axialen Anschlag und der zugehörigen, im Inneren des Schaftes angeordneten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine besonders einfache Positionierung des Abschirmelementes und/oder der Lenkwinkel-Magneteinrichtung innerhalb des Nebenrotors erreicht werden. Dies wiederum ermöglicht eine einfache Montage, insbesondere eine einfache Vormontage, einer Nebenrotorbaugruppe, vor allem wenn diese aus einzeln hergestellten Bauteilen zusammengesetzt wird.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist der axiale Anschlag durch einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Vorsprung gebildet oder durch eine Schulter einer in radialer Richtung in eine Innenfläche des Schaftes eingebrachte Nut. Dies ermöglicht eine einfache Ausgestaltung und Herstellung eines axialen Anschlags zur Positionierung und/oder axialen Fixierung des Abschirmelementes im Nebenrotor in wenigstens eine Richtung.
Insbesondere, wenn der Nebenrotor durch Umspritzen des Abschirmelementes und/oder der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung hergestellt wird, kann der Schaft im fertigen Zustand auch zwei oder mehr axiale Anschläge aufweisen, um das Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung in axialer Richtung am bzw. im Nebenrotor festzulegen, d.h. zu fixieren.
Wird hingegen eine Nebenrotorbaugruppe aus Nebenrotor, Abschirmelement und zugehöriger Lenkwinkel-Magneteinrichtung aus einzelnen Bauteilen zusammengesetzt, ist vorzugsweise nur ein axialer Anschlag zur Begrenzung einer axialen Bewegung dieser beiden Bauteile in einer ersten Richtung im Nebenrotor vorgesehen, so dass das Abschirmelement und/oder die Lenkwinkel-Magneteinrichtung insbesondere von einer Seite her in axialer Richtung in den Schaft eingeschoben werden können. Bevorzugt ist in diesem Fall jedoch wenigstens ein Rastelement, Clip oder dergleichen vorgesehen, um das Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung nach dem Einsetzen auch entgegen der Einschiebe- bzw. Einsetzrichtung axial zu fixieren bzw. in axialer Richtung an ihrer jeweiligen Position zu sichern.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Lenkwinkelsensorvorrichtung, ferner einen Gehäuseabschnitt auf, der zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung wenigstens teilweise umgibt, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Nebenrotor über die Außenfläche des Schaftes, die zumindest teilweise die Lagerfläche bildet, um die zugehörige Rotationsachse drehbar im Gehäuse gelagert ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und kompakte Lagerung des Nebenrotors in der Sensorvorrichtung erreicht werden und damit eine besonders vorteilhafte Lagerung, welche insbesondere die Realisierung einer besonders kompakt bauenden Sensorvorrichtung ermöglicht.
Der Gehäuseabschnitt weist bevorzugt einen oberen Teil und einen unteren Teil auf, wobei der Nebenrotor besonders bevorzugt über die Außenfläche seines Schaftes im oberen Gehäuseteil gelagert ist, insbesondere gleitgelagert. Hierdurch kann eine besonders einfache und kompakte Lagerung des Nebenrotors in der Sensorvorrichtung erreicht werden und damit eine besonders kompakt bauende Sensorvorrichtung.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung ferner insbesondere wenigstens ein weiteres Abschirmelement auf, welches vorzugsweise in axialer Richtung auf einer von wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung abgewandten Seite wenigstens eines Lenkwinkel-Magnetsensors angeordnet ist und/oder ein weiteres Abschirmelement in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist.
Wenigstens ein Abschirmelement der Sensorvorrichtung ist insbesondere vollflächig, vorzugsweise massiv ausgebildet, d.h. ohne Ausnehmungen oder Aussparungen. Grundsätzlich ist aber auch die Verwendung eines Abschirmelementes denkbar, welches beispielsweise eine Ausnehmung, beispielsweise ein Loch oder dergleichen, aufweist, beispielsweise in der Mitte, oder sogar ein Lochmuster oder als Gitter ausgebildet ist. Wichtig ist lediglich, dass die gewünschte Abschirmwirkung erreicht wird.
Bevorzugt ist wenigstens ein Abschirmelement eben ausgebildet, wobei besonders bevorzugt das erste Abschirmelement, das zweite Abschirmelement und das wenigstens eine weitere Abschirmelement jeweils eben ausgebildet sind, beispielsweise als ebenes Abschirmblech. Alternativ können ein oder mehrere Abschirmelemente auch zumindest leicht gekrümmt sein.
In einigen Fällen kann durch ein nicht-ebenes und/oder nicht-vollflächiges bzw. nichtmassives Abschirmelement ebenfalls eine vorteilhafte bzw. in einigen Fällen sogar eine verbesserte Abschirmwirkung erreicht werden, je nach erforderlichem Einfluss auf das/die Magnetfelder zur Reduzierung des Stör-Einflusses.
Ist der wenigstens eine Lenkwinkel-Magnetsensor auf einer Leiterplatte angeordnet, insbesondere auf einer starren Leiterplatte, ist das wenigstens eine weitere Abschirmelement bevorzugt auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet, welche von dem wenigstens einen Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandt ist.
Dabei kann das wenigstens eine weitere Abschirmelement insbesondere alleine oder zusammen mit der Leiterplatte in einen Gehäuseabschnitt eingesetzt oder eingelegt sein und beispielsweise durch Verrasten, Einclipsen, Kleben oder Verstemmen oder eine Kombination daraus oder dergleichen in einem entsprechenden Gehäuseabschnitt befestigt sein.
Insbesondere kann das wenigstens eine weitere Abschirmelement zusammen oder alleine mit der Leiterplatte in den unteren Gehäuseteil eines Gehäuseabschnittes eingesetzt sein und insbesondere an diesem befestigt sein, welcher zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung wenigstens teilweise umgibt, wobei besonders bevorzugt wenigstens ein Nebenrotor zumindest teilweise in einem zugehörigen oberen Gehäuseteil des Gehäuseabschnitts drehbar gelagert ist. Die Leiterplatte und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement können alternativ oder zusätzlich auch durch Umspritzen in dem Gehäuseabschnitt, insbesondere einem unteren Gehäuseteil des Gehäuseabschnitts, befestigt sein.
Alternativ kann das weitere Abschirmelement auch direkt auf die Leiterplatte aufgelötet sein, insbesondere auf eine Unterseite der Leiterplatte.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein weiteres Abschirmelement dazu ausgebildet, sowohl einen ersten Lenkwinkel-Magnetsensor als auch einen zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor zumindest teilweise abzuschirmen, wobei das weitere Abschirmelement dazu vorzugsweise sowohl mit dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor als auch mit dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor jeweils in radialer Richtung überlappend angeordnet ist und sich insbesondere jeweils über die Ausdehnung der jeweiligen Lenkwinkel-Magnetsensoren in einer Ebene senkrecht zu den jeweiligen Rotationsachsen der zugehörigen Nebenrotoren hinaus erstreckt.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere eine Statoreinrichtung mit einem ersten Stator und einem zweiten Stator auf, wobei jeder Stator einen ringscheibenförmigen Statorkörper aufweist, der sich in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Haupt-Rotationsachse erstreckt, und wobei wenigstens ein Abschirmelement in axialer Richtung zwischen den Statorkörpern der beiden Statoren angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung lässt sich eine besonders gute Abschirmung mit einer besonders kompakten Anordnung der einzelnen Komponenten der Sensorvorrichtung erreichen, welche insbesondere nur einen geringen Bauraum in axialer Richtung benötigt.
Vorzugsweise weisen die beiden Statoren ferner, wie grundsätzlich bekannt und üblich, außerdem jeweils mehrere, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Statorlaschen auf, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken, insbesondere wenigstens im Wesentlichen parallel zur Haupt-Rotationsachse, wobei die Statorlaschen des ersten Stators und die Laschen des zweiten Stators ähnlich einer Verzahnung in axialer Richtung verschränkt ineinander greifen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sind insbesondere wenigstens das erste Abschirmelement, der erste Nebenrotor und die zugehörige, drehfest mit dem Nebenrotor verbundene erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern angeordnet. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung in axialer Richtung erreichen.
Bevorzugt sind, sofern die Lenkwinkelsensoreinrichtung einen zweiten Nebenrotor, eine zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung und ein zweites Abschirmelement aufweist, diese Komponenten ebenfalls in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern angeordnet.
Besonders bevorzugt ist ferner insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement mit wenigstens einem Statorkörper zumindest teilweise in radialer Richtung überlappend angeordnet. Durch eine derartige Anordnung lässt sich auch in radialer Richtung eine kompakte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung mit einer guten Abschirmung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden der Hauptrotor und wenigstens ein Nebenrotor vorzugsweise ein Getriebe, insbesondere ein Reibradgetriebe oder ein außenverzahntes Zahnradgetriebe. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise eine vorteilhafte Lenkwinkelsensoreinrichtung bereitgestellt werden.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, wälzen der Hauptrotor und der wenigstens eine Nebenrotor dabei insbesondere derart aufeinander ab, dass ein Wälzkreis-Durchmesser des Hauptrotors kleiner ist als ein Außendurchmesser wenigstens eines Statorkörpers. Durch eine derartig Anordnung lässt sich eine besonders kompakte Anordnung erreichen, welche besonders wenig Bauraum in axialer und radialer Richtung benötigt.
Die Rotationsachse des Nebenrotors verläuft vorzugsweise mittig durch den zugehörigen, Lenkwinkel-Magnetsensor, insbesondere in radialer Richtung außerhalb der Statorkörpers, insbesondere derart, dass der Lenkwinkel-Magnetsensor nicht mit einem der Statorkörper in radialer Richtung überlappt. Hierdurch kann der Störeinfluss der Drehmomentsensorvorrichtung auf den Lenkwinkel-Magnetsensor besonders gering gehalten werden.
Bei einer ausreichend guten Abschirmung des ersten Lenkwinkel-Magnetsensors kann der erste Lenkwinkel-Magnetsensor aber auch mit wenigstens einem Statorkörper in radialer Richtung zumindest teilweise überlappend angeordnet sein bzw. der zugehörige Nebenrotor derart weit radial innen, dass die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors den bzw. die Statorkörper jeweils durchstößt, insbesondere senkrecht. Hierdurch kann eine besonders kompakte radiale Anordnung erreicht werden und damit eine Sensorvorrichtung, die wenig Bauraum in radialer Richtung erfordert.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist die Sensorvorrichtung insbesondere derart ausgelegt, insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement, dass die Magnetfeldlinien eines Streu-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung erzeugt wird und das in die Statoreinrichtung streut, in Betrag und Richtung derart ausgebildet ist und derart in die Statoreinrichtung eingeleitet wird, dass sich der Streu-Magnetfeldanteil, der in den ersten Stator eingeleitet wird, und der Streu-Magnetfeldanteil, der in den zweiten Stator eingeleitet wird, in der Statoreinrichtung bzw. in der Drehmomentsensorvorrichtung bzw. am Magnetsensor der Drehmomentsensorvorrichtung wenigstens nahezu, insbesondere vollständig aufheben. Hierdurch kann der Streufeldeinfluss des Lenkwinkel-Magnetfeldes auf das Drehmomentsensor-Magnetfeld erheblich reduziert, bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar nahezu vollständig reduziert werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Drehmomentsensorgenauigkeit aus.
Eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe für eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist einen Nebenrotor, eine drehfest mit dem Nebenrotor verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes, und eine magnetischen Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors erstreckenden magnetischen Abschirmelement auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Abschirmelement in axialer Richtung auf einer Seite von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist, die von einer zur Anordnung eines Lenkwinkel-Magnetsensors vorgesehenen Seite abgewandt ist, und drehfest am Nebenrotor befestigt ist.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Nebenrotorbaugruppe ermöglicht durch die drehfeste Befestigung des magnetischen Abschirmelementes die Bereitstellung einer einfach ausgestalteten und in axialer Richtung besonders kompakten kombinierten Sensorvorrichtung mit einer magnetischen Drehmomentsensoreinrichtung und einer magnetischen Lenkwinkelsensoreinrichtung, die trotz ihrer kompakten Bauweise eine gute Abschirmung zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung ermöglicht. Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete und angeordnete Abschirmung, insbesondere durch die erfindungsgemäße, drehfeste Anordnung des ersten Abschirmelementes am Nebenrotor kann, mit wenig Aufwand eine Sensorvorrichtung mit einer geringen Streufeld-Beeinflussung und infolgedessen mit einer hohen Sensorgenauigkeit bereitgestellt werden.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter, nicht einschränkender Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe,
2 einen in schwarz-weiß konvertierten Fehlfarbenplot der Simulationsergebnisse einer Simulation des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung ohne eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung,
3 im Vergleich dazu des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung mit einem erfindungsgemäß drehfest am Nebenrotor befestigten Abschirmelement,
4 einen ersten Teilschnitt durch eine Baugruppe mit einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Darstellung, mit einer ersten, erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe und einer zweiten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement der ersten Nebenrotorbaugruppe,
5 eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe in Einzelteildarstellung in einem perspektivischen Schnitt,
6 einen zweiten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus 4, jedoch ohne die erste erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe,
7 einen dritten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus 4 und 6 mit einer in einen Gehäuseabschnitt eingesetzten ersten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement, und
8 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 mit einer Drehmomentsensoreinrichtung 10 und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30.
Die Drehmomentsensoreinrichtung 10 ist auf grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise ausgebildet und zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse HZ drehbare Welle 11, insbesondere eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, aufgebracht wird. Dazu weist die Drehmomentsensoreinrichtung 10 wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung (nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Drehmomentsensor-Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor (ebenfalls nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von dem auf die Welle 11 aufgebrachten Drehmoment auf. Darüber hinaus weist die Drehmomentsensoreinrichtung 10, wie aus dem Stand der Technik bekannt und üblich, eine Statoreinrichtung 12 (vgl. 4) mit einem ersten Stator und einem zweiten Stator auf, von denen jeweils nur der ringförmige Statorkörper 12A bzw. 12B in 1 schematisch angedeutet ist. Die ringscheibenförmigen Statorkörper 12A und 12B erstrecken sich dabei jeweils in einer Ebene senkrecht zur Haupt-Rotationsachse NZ und sind insbesondere parallel zueinander angeordnet. Jeder der beiden zugehörigen Statoren der Drehmomentsensoreinrichtung 10 weist ferner entsprechende sich in axialer Richtung, d. h. im Wesentlichen parallel zur Haupt-Rotationsachse NZ, erstreckende Statorlaschen 13A bzw. 13B auf, welche verzahnend ineinandergreifen siehe 4.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung 30 der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 ist, wie grundsätzlich ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle 11 eingerichtet und weist einen drehfest mit der Welle 11 verbundenen Hauptrotor 21 auf, welcher in diesem Fall eine Außenverzahnung 22 aufweist zur mechanischen Kopplung mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit einem ersten Nebenrotor 31, der Teil der erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 ist.
Der erste Nebenrotor 31 weist eine entsprechende Außenverzahnung 38 auf, die mit dem Hauptrotor 21 der Lenkwinkelsensoreinrichtung kämmt, insbesondere mit dessen Außenverzahnung 22. Dem ersten Nebenrotor 31 ist eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 zugeordnet zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 4-polig ausgebildet ist und insbesondere durch einen zylinderförmigen Permanentmagneten 32 gebildet ist. Die vier Pole N, S sind bei diesem Beispiel dabei jeweils über zwei Ebenen verteilt und wechselweise zueinander angeordnet, so dass jeweils benachbarte Pole eine unterschiedliche Polung N, Saufweisen. Dazu erstreckt sich jeder der vier Pole jeweils über eine Zylinderhälfte sowohl in radialer Richtung als auch über die Höhe des Permanentmagneten 32.
Der Nebenrotor 31 und der Hauptrotor 21 wälzen bei diesem Ausführungsbeispiel dabei mit einem Wälzkreis-Durchmesser WD zur Haupt-Rotationsachse HZ aufeinander ab, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser D der beiden Statorkörper 12A und 12B. Hierdurch kann eine besonders kompakte Anordnung der Sensorvorrichtung 100 in radialer Richtung erreicht werden.
Neben der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ist dem Nebenrotor 31 bzw. der Nebenrotorbaugruppe 30 ferner ein Lenkwinkel-Magnetsensor 35 zugeordnet, welcher beabstandet zum Nebenrotor 31 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Lenkwinkel-Magnetsensor 35 dabei auf einer Leiterplatte 34 angeordnet und an dieser befestigt. Der Magnetsensor 35 ist insbesondere ein Hall-Sensor und vorzugsweise als sogenanntes SMD-Bauteil ausgebildet. Die Verwendung eines SMD-Magnetsensors 35 ermöglicht eine besonders kompakte axiale Bauweise, da dieser nur sehr wenig axialen Bauraum benötigt.
Der Nebenrotor 31 ist um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse HZ verlaufende Rotationsachse NZ drehbar in der Sensorvorrichtung 100 gelagert und insbesondere gegenüber dem Lenkwinkel-Magnetsensor 35 drehbar, wobei die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 drehfest, d. h. mitrotierend, am ersten Nebenrotor 31 befestigt ist. Dreht sich der Nebenrotor 31 aufgrund einer Drehbewegung der Welle 11 und damit des Hauptrotors 21, welcher mit dem Nebenrotor 31 kämmt, wird eine Änderung in dem von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugten Lenkwinkel-Magnetfeld bewirkt, insbesondere eine Änderung des magnetischen Flusses zwischen der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 und dem Lenkwinkel-Magnetsensor 35, welche durch den Lenkwinkel-Magnetsensor 35 erfasst werden kann. Hierdurch kann ein proportional zum Drehwinkel des Nebenrotors 31 bzw. ein vom Drehwinkel des Nebenrotors 31 abhängiges Lenkwinkel-Sensorsignal erzeugt werden.
Des Weiteren weist die Sensorvorrichtung 100 ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung 33 auf, um die in axialer Richtung zwischen den zwei Statorkörpern 12A und 12B angeordnete Lenkwinkelsensoreinrichtung 30 magnetisch von der Statoreinrichtung 12 bzw. der Drehmomentsensoreinrichtung 10 abzuschirmen und umgekehrt.
Dazu weist die Abschirmeinrichtung 33 ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 erstreckendes Abschirmelement 33 auf, wobei das Abschirmelement 33 aus ferromagnetischen Material ausgebildet ist und erfindungsgemäß drehfest, d.h. mitrotierend, am Nebenrotor 31 befestigt ist. Dabei befindet sich das Abschirmelement 33 auf einer vom Lenkwinkel-Magnetsensor 35 abgewandten Seite der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32.
Durch die erfindungsgemäße, drehfeste Befestigung des Abschirmelementes 33 am Nebenrotor 31 kann eine gegenseitige störende magnetische Beeinflussung, insbesondere die Streuung eines Teils des Lenkwinkel-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugt wird, in die Statoreinrichtung 12, insbesondere in die beiden Statorkörper 12A an 12B, reduziert und bei entsprechender, geeigneter Auslegung der Abschirmeinrichtung 33 sogar nahezu vollständig oder vollständig vermieden werden. Insbesondere eine Streuung des Lenkwinkel-Magnetfeldes in den oberen Statorkörper 12A erheblich reduziert werden. Wie gut die Streuung in den oberen Statorkörper 12A reduziert werden kann, ist anhand der 2 und 3 erkennbar.
Durch das erfindungsgemäße Abschirmelement 33 kann auch bei einer weit in radialer Richtung innenliegenden Anordnung der Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32, insbesondere auch bei einer Anordnung mit einem Wälzkreis-Durchmesser WD, der kleiner ist als ein Außendurchmesser D der Statorkörper 12A und 12B, eine ausreichend gute Abschirmung erreicht werden.
Darüber hinaus kann in vielen Fällen durch die auf diese Weise erreichbare, besonders nahe Anordnung des Abschirmelementes 33 an der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 das Nutzfeld der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 verbessert werden. Insbesondere kann ein günstigerer Arbeitspunkt der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erreicht werden, wodurch sich mit gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ein stärkeres erstes Lenkwinkel-Magnetfeld realisieren lässt. Gleichzeitig kann ferner außerdem eine höhere Stabilität der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
2 zeigt einen in schwarz-weiß konvertierten Fehlfarbenplot der Simulationsergebnisse einer Simulation des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung 12 der Drehmomentsensoreinrichtung 10 ohne eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung 33.
In 3 ist im Vergleich dazu das sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus 1 ausbildende Lenkwinkel-Magnetfeld und dessen Streuung in die Statoreinrichtung 12 der Drehmomentsensoreinrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung mit einem erfindungsgemäß drehfest am Nebenrotor 31 befestigten Abschirmelement 33 dargestellt, wobei anhand von 3 die geringere Streuung des durch die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugten Magnetfeldes in den oberen Statorkörper 12A deutlich erkennbar ist. Hierdurch kann der Störeinfluss des Lenkwinkel-Magnetfeldes auf die Drehmomentsensoreinrichtung 10 erheblich reduziert werden.
Die erfindungsgemäße drehfeste Befestigung des Abschirmelementes 33 am Nebenrotor 31, insbesondere unmittelbar auf dem Permanentmagneten 32, insbesondere ohne einen Abstand bzw. einen Luftspalt dazwischen, ermöglicht eine besonders platzsparende axiale Ausgestaltung der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20.
Hierdurch kann die Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 insbesondere in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern 12A und 12B platziert werden, aber dennoch eine gute Abschirmung erreicht werden.
4 zeigt einen ersten Teilschnitt durch eine Baugruppe mit einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 gemäß 1 in perspektivischer Darstellung, mit einer ersten, erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 und einer zweiten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 50, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement 33 der ersten Nebenrotorbaugruppe 30.
Die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 weist einen zweiten Nebenrotor 51 auf, welcher ebenfalls über eine Außenverzahnung 37 mit dem Hauptrotor 21, insbesondere dessen Außenverzahnung 22, kämmt und auf diese Weise mit dem Hauptrotor 21 gekoppelt ist. Der zweite Nebenrotor 51 bzw. die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ist dabei über eine von einer ersten Übersetzung, mit welcher der erste Nebenrotor 31 mit dem Hauptrotor 21 gekoppelt ist, verschieden, um eine besonders vorteilhafte Erfassung eines auf die Welle 11 aufgebrachten Drehwinkels zu ermöglichen, insbesondere eine genaue Erfassung des Drehwinkels.
Die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildet, wobei die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ebenfalls eine zugehörige, allerdings nicht erkennbar dargestellte Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel-Magnetfeldes aufweist und einen dem zweiten Nebenrotor 51 zugeordneten, ebenfalls nicht erkennbar dargestellten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Lenkwinkel-Sensorsignals in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Hauptrotors 21.
Der zweite Nebenrotor 51 ist ebenfalls um eine zugehörige Rotationsachse NZ, die parallel zur Haupt-Rotationsachse HZ verläuft, relativ gegenüber dem zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar, während die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung ebenfalls drehfest mit dem zweiten Nebenrotor 51 verbunden ist.
Die Abschirmeinrichtung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100, insbesondere der Lenkwinkel-Sensoreinrichtung 30, weist in diesem Fall zwei magnetische Abschirmelemente 33 auf, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung 10 und die entsprechenden Lenkwinkel-Magnetfelder der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen. Hierzu ist am zweiten Nebenrotor 51 auf der vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite ebenfalls ein magnetisches, flächig ausgebildetes, sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse NZ des zweiten Nebenrotors 51 erstreckendes Abschirmelement 33 drehfest am zweiten Nebenrotor 51 befestigt.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 in Einzelteildarstellung in einem perspektivischen Schnitt, wobei in dieser Darstellung gut die erfindungsgemäße, drehfeste Anordnung des flächigen Abschirmelementes 33 in der erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 erkennbar ist, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel das flächige Abschirmelement 33 insbesondere unmittelbar auf der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32, welche insbesondere als Permanentmagnet ausgebildet ist, aufliegt und zusammen mit dem Permanentmagneten 32 in den Nebenrotor 31 integriert ist.
Wie anhand von dieser Darstellung außerdem gut erkennbar ist, weist der Nebenrotor 31 bzw. 51 einen hohlzylindrischen Schaft 39 mit einer Außenfläche 40 auf, welche eine Lagerfläche bildet zur Führung des Nebenrotors 31 in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 bzw. 50 für die drehbare Lagerung des Nebenrotors 31 bzw. 50 innerhalb der Sensorvorrichtung 100.
Die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ist bei diesem Beispiel dabei zusammen mit dem flächigen Abschirmelement 33 im Inneren des Schaftes 39 angeordnet, insbesondere konzentrisch zum Schaft 39.
Der Nebenrotor 31 bzw. 51 ist vorzugsweise aus einem weder elektrisch leitenden noch magnetisch leitenden Kunststoff hergestellt, insbesondere im Spritzgussverfahren, wobei der Nebenrotor 31 insbesondere durch gleichzeitiges Umspritzen des Permanentmagneten 32 und des flächigen Abschirmelementes 33 hergestellt ist, sodass die Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 somit ein integral ausgebildetes 3K-Bauteil ist, insbesondere aus drei unterschiedlichen Werkstoffen. Für eine gute Fixierung des Abschirmelementes 33 sowie außerdem auch des Permanentmagneten 32 in axialer Richtung weist der Nebenrotor 31 ferner insbesondere einen Axialanschlag 41 auf, welcher bei diesem Beispiel durch einen sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung 41 bzw. eine Schulter 41 gebildet wird.
Das Abschirmelement 33 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 dabei insbesondere ein ferromagnetisches Abschirmblech 33. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine kompakte Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 herstellen und bereitstellen mit besonders guten Abschirmeigenschaften.
Alternativ können aber auch das Abschirmelement 33 und die Magneteinrichtung 32 ebenfalls jeweils als Spritzgussbauteil hergestellt werden, wobei in diesem Fall jedoch vorzugsweise ein entsprechend mit magnetischen, insbesondere ferromagnetischen Partikeln gefüllter Kunststoff und damit ein magnetisch abschirmender bzw. magnetischer bzw. magnetisierbarer Kunststoff verwendet wird, und wobei die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 insbesondere außerdem noch geeignet magnetisiert wird vor ihrer Verwendung in einer entsprechenden Lenkwinkelsensoreinrichtung 20.
In 6 ist ein zweiter Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus 4 dargestellt, jedoch ohne die erste erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe 30.
In dieser Darstellung ist gut die kompakte Bauweise einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 zu erkennen, insbesondere die Anordnung der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 zwischen den Statorkörpern 12A an 12B in axialer Richtung sowie die hierdurch mögliche kompakte radiale Ausgestaltung der Sensorvorrichtung 100.
Bei dem beispielhalber in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 weist die Sensorvorrichtung 100 ferner einen Gehäuseabschnitt mit einem oberen Gehäuseteil 42 und einem unteren Gehäuseteil 36 auf, in welchen die Leiterplatte 34 mit dem darauf befestigt Lenkwinkel-Magnetsensor 35 und die beiden Nebenrotorbaugruppen 30 (in dieser Abbildung nicht dargestellt) und 50 eingesetzt werden können bzw. eingesetzt sind.
Der obere Gehäuseteil 42 ist dabei dazu ausgebildet, die Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50, insbesondere den ersten Nebenrotor 31 bzw. den zweiten Nebenrotor 51, gleitgelagert in radialer Richtung abzustützen, wobei am oberen Gehäuseteil 42 zu diesem Zweck eine entsprechende Gleitlagerfläche 52 eingebracht ist.
Die Leiterplatte 34 mit dem darauf befestigten Lenkwinkel-Magnetsensor 35 ist bevorzugt in den unteren Gehäuseteil 36 eingesetzt und an diesem befestigt, beispielsweise durch Verrasten, Einclipsen Verstemmen oder dergleichen.
7 zeigt einen dritten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus 4 und 6 mit einer in einen Gehäuseabschnitt 36, 42 eingesetzten ersten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement 33, wobei aus dieser Darstellung gut die Gleitlagerung der ersten Nebenrotorbaugruppe 30 im oberen Gehäuseteil 42 erkennbar ist.
Der Nebenrotor 31 bildet hier zusammen mit dem oberen Gehäuseteil 42 ein Gleitlager, wobei insbesondere die Außenfläche 40 des Schaftes 39, welche die nebenrotorseitige Lagerfläche 40 bildet, und die Lagerfläche 52 im oberen Gehäuseteil 42 das Gleitlager ausbilden.
8 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 zusätzlich ein weiteres Abschirmelement 43 vorgesehen ist, welches ebenfalls flächig ausgebildet ist und sich in einer Ebene senkrecht zur Hauptrotationsachse HZ bzw. zur Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 bzw. der Nebenrotorbaugruppe 30 erstreckt.
Dieses Abschirmelement 43 ist bevorzugt ebenfalls aus einem ferromagnetischen Blech hergestellt. Für eine besonders gute Abschirmung ist dieses weitere Abschirmelement 43 bei diesem Ausgangsbeispiel 200 unterhalb der Leiterplatte 34 angeordnet, insbesondere auf einer vom Lenkwinkel-Magnetsensor 35 abgewandten Seite der Leiterplatte 34.
Hierdurch kann eine Beeinflussung des Lenkwinkel-Magnetsensors 35 von unten her bzw. eine störende Beeinflussung durch einen Streufeld-Anteil des Lenkwinkel-Magnetfeldes vor allem in den unteren Statorkörper 12B reduziert werden. Hierdurch kann im Ergebnis die Abschirmung noch weiter verbessert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Abschirmelemente 33 und 43 dabei jeweils derart ausgelegt und insbesondere derart auf die Drehmomentsensoreinrichtung 10 abgestimmt, dass sich die Streufeld-Anteile des Lenkwinkel-Magnetfeldes, welche in die Statorkörper 12A und 12B eingeleitet werden, in Betrag und Richtung derart ausbilden, dass sie sich innerhalb der Statoreinrichtung 12 aufheben, sodass im Ergebnis keine störende Beeinflussung der Drehmomentsensoreinrichtung 10 durch das Lenkwinkel-Magnetfeld in der Statoreinrichtung entsteht. Hierdurch kann eine besonders hohe Sensorgenauigkeit erreicht werden.
Neben den beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten sind eine Vielzahl von weiteren Abwandlungen möglich, insbesondere konstruktiver Art, ohne den durch die Patentansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100, 200: erfindungsgemäße Sensorvorrichtung
10: Drehmomentsensoreinrichtung
20: Lenkwinkelsensoreinrichtung
11: Welle
12: Statoreinrichtung
12A, 12B: ringscheibenförmiger Statorkörper
13A, 13B: Statorlaschen
21: Hauptrotor
22: Außenverzahnung des Hauptrotors
30: erste, erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe
31: erster Nebenrotor
32: erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung, insbesondere 4-poliger Permanentmagnet
33: Abschirmelement
34: Leiterplatte
35: Lenkwinkel-Magnetsensor
36: unterer Gehäuseteil
37: Außenverzahnung des zweiten Nebenrotors
38: Außenverzahnung des ersten Nebenrotors
39: Schaft des Nebenrotors
40: Außenfläche am Schaft des Nebenrotors, Lagerfläche
41: Axialanschlag
42: oberer Gehäuseteil
43: weiteres Abschirmelement
50: zweite, erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe
51: zweiter Nebenrotor
52: Lagerfläche im oberen Gehäuseteil
D: Außendurchmesser Statorkörper
HZ: Haupt-Rotationsachse
NZ: Rotationsachse des Nebenrotors
WD: Wälzkreis-Durchmesser des Hauptrotors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2020/0307694 A1 [0010]
WO 2012/019947 A1 [0010]
EP 2743662 A1 [0010]

Claims

Sensorvorrichtung (100, 200) mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (10) und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Drehmomentsensoreinrichtung (10) zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet ist, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse (HZ) drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle (11), aufgebracht wird, und wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor-Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle (11) aufgebrachten Drehmoment aufweist, wobei die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle (11) eingerichtet ist und einen mit der Welle (11) drehfest verbindbaren Hauptrotor (21), einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen ersten Übersetzung mit dem Hauptrotor (21) gekoppelten ersten Nebenrotor (31), eine dem ersten Nebenrotor (31) zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor (31) zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21) aufweist, wobei der erste Nebenrotor (31) um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse (HZ) verlaufende erste Rotationsachse (NZ) relativ gegenüber dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) drehbar ist und die erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) drehfest mit dem ersten Nebenrotor (31) verbunden ist, und wobei die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur ersten Rotationsachse (NZ) erstreckenden ersten magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das erste Lenkwinkel-Magnetfeld (32) der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das erste Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Abschirmelement (33) drehfest am ersten Nebenrotor (31) befestigt ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) ferner wenigstens einen zweiten, mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor (21) gekoppelten Nebenrotor (51), eine dem zweiten Nebenrotor (51) zugeordnete, zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem zweiten Nebenrotor (51) zugeordneten zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21) aufweist, wobei der zweite Nebenrotor (51) um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse (HZ) verlaufende, zweite Rotationsachse (NZ) relativ gegenüber dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) drehbar ist und die zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) drehfest mit dem zweiten Nebenrotor (51) verbunden ist, wobei die magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) ferner wenigstens ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur zweiten Rotationsachse (NZ) erstreckendes, zweites magnetisches Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das zweite Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das zweite magnetische Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der zweiten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist und drehfest am zweiten Nebenrotor (51) befestigt ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) einen 4-poligen, zylinderförmigen, Permanentmagneten (32) aufweist oder ein solcher Permanentmagnet (32) ist, wobei der Permanentmagnet (32) konzentrisch zur zugehörigen Rotationsachse (NZ) des Nebenrotors (31, 51) angeordnet ist und die vier Pole des Permanentmagneten (32) auf zwei Ebenen verteilt sind und die vier Pole jeweils derart angeordnet sin, dass benachbarte Pole jeweils eine unterschiedliche Polarität aufweisen.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftspalt in axialer Richtung entlang der Rotationsachse (NZ) eines Nebenrotors (31, 51) zwischen wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) und dem zugehörigen flächigen Abschirmelement (33) weniger als 2 mm beträgt, insbesondere weniger als 1,5 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0 mm.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31, 51) einen hohlzylindrischen Schaft (39) aufweist, wobei die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zumindest teilweise im Inneren des Schaftes (39) angeordnet ist und eine Außenfläche (40) des Schaftes zumindest teilweise eine Lagerfläche (40) für die drehbare Lagerung des Nebenrotors (31, 51) innerhalb der Sensorvorrichtung (100, 200) bildet zur Führung des Nebenrotors (31, 51) in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse (NZ) des Nebenrotors (31, 51).
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31, 51) aus Kunststoff ausgebildet ist und im Spritzgussverfahren hergestellt ist, wobei das zugehörige Abschirmelement (33) und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) durch zumindest teilweises Umspritzen oder Verrasten drehfest mit dem Nebenrotor (31, 51) verbunden worden sind und mit dem Nebenrotor (31, 51) eine Nebenrotorbaugruppe (30, 50) bilden.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31, 51) an einem vom zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Ende des Schaftes (39) wenigstens einen axialen Anschlag (41) aufweist, wobei das zugehörige Abschirmelement (33) zwischen dem axialen Anschlag (41) und der zugehörigen, im Inneren des Schaftes (39) angeordneten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschlag (41) durch einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Vorsprung gebildet ist oder durch eine Schulter einer in radialer Richtung in eine Innenfläche des Schaftes (39) eingebrachte Nut.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200), insbesondere die Lenkwinkelsensorvorrichtung (20), ferner einen Gehäuseabschnitt (42, 36) aufweist, der zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung (20) wenigstens teilweise umgibt, wobei der Nebenrotor (31, 51) über die Außenfläche des Schaftes (40), die zumindest teilweise die Lagerfläche (40) bildet, um die zugehörige Rotationsachse drehbar in diesem Gehäuseabschnitt (42, 36) gelagert ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner wenigstens ein weiteres Abschirmelement (43) aufweist, dass in axialer Richtung auf einer von wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) abgewandten Seite wenigstens eines Lenkwinkel-Magnetsensors (35) angeordnet ist und/oder ein weiteres Abschirmelement (43) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentsensorvorrichtung (10) eine Statoreinrichtung (12) mit einem ersten Stator (12A, 13A) und einem zweiten Stator (12B, 13B) aufweist, wobei jeder Stator (12A, 13A; 12B, 13B) einen ringscheibenförmigen Statorkörper (12A, 12B) aufweist, der sich in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Haupt-Rotationsachse (HZ) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschirmelement (33) in axialer Richtung zwischen den Statorkörpern (12A, 12B) der beiden Statoren (12A, 13A; 12B, 13B) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor (21) und der wenigstens eine Nebenrotor (31, 51) aufeinander abwälzen und ein Wälzkreis-Durchmesser (WD) des Hauptrotors (21) kleiner ist als ein Außendurchmesser (D) wenigstens eines Statorkörpers (12A, 12B).
Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200) derart ausgelegt ist, insbesondere das erste Abschirmelement (33) und/oder das zweite Abschirmelement (33) und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement (43), dass die Magnetfeldlinien eines Streu-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) erzeugt wird und das in die Statoreinrichtung (12) streut, in Betrag und Richtung derart ausgebildet ist und derart in die Statoreinrichtung (12) eingeleitet wird, dass sich der Streu-Magnetfeldanteil, der in den ersten Stator (12A, 13A) eingeleitet wird, und der Streu-Magnetfeldanteil, der in den zweiten Stator (12A, 13A) eingeleitet wird, in der Drehmomentsensorvorrichtung (10) wenigstens nahezu, insbesondere vollständig aufheben.
Nebenrotorbaugruppe (30, 50) für eine Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Nebenrotorbaugruppe (30, 50) einen Nebenrotor (31,51), eine drehfest mit dem Nebenrotor (31, 51) verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes und eine magnetischen Abschirmeinrichtung (33) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors (NZ) erstreckenden magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer Seite von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist, die von einer zur Anordnung eines Lenkwinkel-Magnetsensors (35) vorgesehenen Seite abgewandt ist, und drehfest am Nebenrotor (31, 51) befestigt ist.