DE10202320A1

DE10202320A1 - Wegsensor mit magnetoelektrischem Wandlerelement

Info

Publication number: DE10202320A1
Application number: DE10202320A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Welsch; Johannes Meiwes; Juergen Boehling; Zeljko Jajtic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-31
Also published as: FR2835052A1; US20030137292A1; JP2003214894A

Abstract

Es wird ein Wegsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleitstück (3, 4; 9, 10; 15, 16; 17, 18; 22, 23) und mindestens einem Magneten (2; 7, 8; 14; 20, 21) vorgeschlagen, bei dem durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird. Alle Teile des Magnetkreises befinden sich während der Wegmessung zueinander in einer unveränderten Lage und der Magnetkreis und das Wandlerelement sind relativ zueinander bewegbar. Eine Veränderung des vom Wandlerelement auswertbaren Magnetfeldes ist durch eine Veränderung des Luftspaltes (d) im Magnetkreis während der Bewegung bewirkbar, wobei die Flussleitstücke des Magnetkreises eine solche die Bahn des Wandlerelements einschließende Kontur aufweisen, dass sich aufgrund der Änderung der Breite (d) des Luftspaltes im Bahnverlauf (5; 6; 13) ein vorgebbarerer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Wegsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement zur Erfassung der Bewegung eines Bauelements nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits aus der DE 43 17 259 A1 eine Sensoranordnung für einen Drehwinkel bekannt, bei der ein Magnetflussgenerator zur Erzeugung eines messbaren Magnetflusses in einer elektrischen Steuereinrichtung angeordnet ist. Es sind hier magnetoelektrische Wandlerelemente vorhanden, mit denen eine Änderung des Magnetflusses, hervorgerufen durch die Drehbewegung eines magnetisch leitenden Körpers, erfassbar sind.

Bei den bekannten magnetoelektrischen Wandlerelementen wird ein Messeffekt ausgenutzt, der dann entsteht, wenn die magnetische Flussdichte im Wandlerelemente in Abhängigkeit vom Winkel oder Weg verändert wird. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass im Magnetkreis bestehend aus Flussleitstücken und einem Permanentmagneten, die magnetisch leitenden Flussleitstücke und der Permanentmagnet zueinander verdreht werden und sich somit die Flussdichte am Wandlerelement ändert. Diese Prinzipien führen dazu, dass sich unerwünschte Nebeneffekte aus den Lagerspielen der bewegten Teile ergeben, die ebenfalls die Felder im Wandlerelement und damit das Messergebnis verändern.

Aus der DE 197 53 775 A1 ist bekannt, dass bei einer solchen Messvorrichtung, mit einem Hallelement als Wegsensor, Flussleitstücke aus magnetisch leitendem Material zur Lenkung der Magnetflusslinien verwendet werden. Ferner beschreibt die EP 0 670 471 A1 eine Anordnung, bei der sich keine Teile, die den Magnetkreis bilden, relativ zueinander bewegen, sondern hier wird der gesamte Magnetkreis über den magnetoelektrischen Wandler hinweggedreht. Der Messeffekt wird durch die Formgebung der Magnete erreicht, die eine definierte Luftspaltveränderung über dem Drehwinkel aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Weiterbildung eines Wegsensors zur Erfassung einer Bewegung nach der gattungsgemäßen Art mit einem magnetoelektrischem Wandlerelement und einem Magnetkreis wird gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise erreicht, dass alle Teile des Magnetkreises sich während der Wegmessung zueinander in einer unveränderten Lage befinden und der Magnetkreis und das Wandlerelement, vorzugsweise ein Hallelement, relativ zueinander bewegbar sind. Eine Veränderung des vom Wandlerelement auswertbaren Magnetfeldes wird erfindungsgemäß durch eine Veränderung des Luftspaltes im Magnetkreis bewirkt, wobei dieser während der Bewegung mit dem Wandlerelement korrespondiert. Hierbei ändert sich der Abstand der Flussleitstücke zueinan

In vorteilhafter Weise haben die Flussleitstücke des Magnetkreises eine solche die Bahn des Wandlerelementes einschließende Kontur, dass sich aufgrund der Änderung der Breite des Luftspaltes im Bahnverlauf ein vorgebbarerer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt. Das somit variable Magnetfeld wird hier weitgehend durch die Breite des Luftspaltes als Messspalt bestimmt und erlaubt auf einfache Weise eine variable Kennliniensteigung bis hin zu Winkeln oder Wegmessbereichen ohne Signalveränderungen durch sogenannte Plateaubildungen.

Vorzugsweise ist die Kontur der Flussleitstücke so geformt, dass sich eine lineare Messkurve im Bahnverlauf ergibt. Eine solche lineare Messkurve erhält man in erster Näherung, wenn die Spaltweite d des Luftspaltes reziprok zum Messweg x im Bahnverlauf, also entsprechend d = 1/x, gewählt wird. Die Induktion B im Wandlerelement liegt dann im Bereich von B_max bis B_min, wobei der theoretische Grenzwert für B_min = 0 weit außerhalb der Flussleitstücke erreicht wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Wegsensor ein Linearwegsensor und der Bahnverlauf der relativen Bewegung des Magnetkreises und des Wandlerelements ist eine Gerade. Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Wegsensor ein Radialwegsensor und der Bahnverlauf der relativen Bewegung des Magnetkreises und des Wandlerelements ist ein Kreis oder ein Kreisabschnitt.

Insbesondere bei einer Anordnung als Linearwegsensor können sich im Bahnverlauf jeweils zwei Anordnungen der Magnetkreise mit jeweils unterschiedlicher Polarisation der Magnete gegenüberliegen. Hierdurch kann sich die Induktion B im Wandlerelement dann im Bereich von +B_max bis -B_max verändern.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Wegsensor für eine Linearwegmessung mit einer geeigneten Kontur der Flussleitstücke für einen linearen Signalverlauf,
Fig. 2 einen Wegsensor für eine Linearwegmessung mit jeweils zwei im Bahnverlauf gegenüberliegenden Anordnungen der Magnetkreise mit jeweils unterschiedlicher Polarisation der Magnete,
Fig. 3 einen Wegsensor für eine radiale Wegmessung mit einer geeigneten Kontur der Flussleitstücke für einen linearen Signalverlauf,
Fig. 4 einen Wegsensor für eine radiale Wegmessung in Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 3 mit einem nahezu kreisförmigen Bahnverlauf und
Fig. 5 einen Wegsensor für eine radiale Wegmessung mit zwei um ein inneres weiteres Flussleitstück angeordneten Magneten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Linearwegsensor 1a dargestellt, der einen Magnetkreis bestehend aus einem Permanentmagneten 2 und zwei Flussleitstücken 3 und 4, beispielsweise aus Eisen, aufweist. Auf einem Bahnverlauf 5 ist ein hier nicht näher gezeigtes Hallelement als magnetoelektrischer Wandler vorhanden, wobei die Messtrecke x im Bahnverlauf 5 durch eine relative Bewegung entweder des Magnetkreises oder des Hallelements erfolgen kann. Durch eine geeignete Gestaltung der Kontur der Flussleitstücke 3 und 4 kann im Verlauf der Wegmessstrecke x ein Luftspalt mit einer veränderlichen Spaltbreite d erzeugt werden, so dass sich aufgrund der Änderung der Breite d im Bahnverlauf 5 ein durch die Kontur der Flussleitstücke 3 und 4 sowie ohne eine spezielle Formgebung des Magneten 2 ein vorgebbarer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt.
Aus Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Linearwegsensors 1b gezeigt, bei dem sich im Bahnverlauf 6 entlang der Wegmesstrecke x jeweils zwei Anordnungen der Magnetkreise mit jeweils unterschiedlich polarisierten Magneten 7 und 8 und entsprechend gestalteten Flussleitstücken 9 und 10 sowie 11 und 12 befinden. Hierbei kann sich die Induktion B im Wandlerelement entlang der Wegmesstrecke x dann im Bereich von +B_max bis -B_max verändern.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 beschreibt der Bahnverlauf 13 der Relativbewegung entlang der Messstrecke α abschnittsweise eine Kreisbahn, so dass sich hier ein Radialwegsensor 1c ergibt. Der Magnetkreis ist mit einem Magneten 14 und entsprechenden Flussleitstücken 15 und 16 ausgestattet, deren Formgebung aber nach den anhand der Fig. 1 erläuterten Prinzipien gestaltet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt in Abwandlung der Fig. 3 den Bahnverlauf 13 der Relativbewegung entlang der Messstrecke α mit nahezu einer vollständigen Kreisbahn, so dass sich auch hier ein Radialwegsensor 1d ergibt. Der Magnetkreis ist mit dem Magneten 14 und einem entsprechenden inneren Flussleitstück 17 und einem äußeren Flussleitstück 18 ausgestattet.
Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist bei einem Radialwegsensor 1e in Abwandlung gegenüber der Fig. 4 ein zusätzliches inneres Flussleitstück 19 vorhanden, an dem radial oder diametral magnetisierte Magnete 20 und 21 angebracht sind. Die für die Veränderung des Luftspaltes bedeutenden Flussleitstücke 22 und 23 sind entsprechend der Fig. 4 gestaltet.

Claims

1. Wegsensor mit mindestens einem magnetoelektrischem Wandlerelement und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleitstück (3, 4; 9, 10; 15, 16; 17, 18; 22, 23) und mindestens einem Magneten (2; 7, 8; 14; 20, 21), bei dem durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
alle Teile des Magnetkreises sich während der Wegmessung zueinander in einer unveränderten Lage befinden und der Magnetkreis und das Wandlerelement relativ zueinander bewegbar sind und dass
eine Veränderung des vom Wandlerelement auswertbaren Magnetfeldes durch eine Veränderung des Luftspaltes (d) im Magnetkreis bewirkbar ist, welcher während der Bewegung mit dem Wandlerelement korrespondiert.

2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitstücke des Magnetkreises eine solche die Bahn des Wandlerelementes einschließende Kontur aufweisen, dass sich aufgrund der Änderung der Breite (d) des Luftspaltes im Bahnverlauf (5; 6; 13) ein vorgebbarerer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt.

3. Wegsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Flussleitstücke (3, 4; 9, 10; 15, 16; 17, 18; 22, 23) so geformt ist, dass sich eine lineare Messkurve im Bahnverlauf (5; 6; 13) ergibt.

4. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor ein Linearwegsensor (1a; 1b) ist und der Bahnverlauf (5; 6) der relativen Bewegung des Magnetkreises und des Wandlerelements eine Gerade ist.

5. Wegsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor ein Radialwegsensor (1c; 1d; 1e) ist und der Bahnverlauf (13) der relativen Bewegung des Magnetkreises und des Wandlerelements ein Kreis oder ein Kreisabschnitt ist.

6. Wegsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches inneres Flussleitstück (19) vorhanden, an dem radial oder diametral magnetisierte Magnete (20, 21) angebracht sind.

7. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bahnverlauf (6) jeweils zwei Anordnungen der Magnetkreise mit jeweils unterschiedlicher Polarisation der Magnete (7, 8) gegenüberliegen.

8. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement ein Hallelement ist.