DE19623101A1 - Vorrichtung zur Positionserkennung eines rotierenden Teils - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Positionserkennung eines rotierenden Teils. Aus der DE-37 09 090 ist ein Drehwinkelsensor bekannt, bei dem mehrere magnetische Ringe übereinander angeordnet sind. Die Ringe sind unterschiedlich magnetisiert, so daß mehrere Polpaare entstehen. Für jeden magnetischen Ring erfaßt ein eigener Hall-Sensor das Magnetfeld, um aus den Signalen der Hall-Sensoren die Position des Drehteils zu bestimmen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil einer hohen Genauigkeit der Positionsbestimmung. Die Auflösung erreicht den für die magnetische Polzahl n maximalen Wert von 180°/n für zwei, einen Magnetfeldwechsel erkennende Sensoren. Die erhöhte Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessert zusätzlich die Güte des aus den Positionssignalen abgeleiteten Maßes für die Drehzahl. Somit wird ein rascheres Reagieren in Situationen erreicht, in denen beispielsweise bei Absinken der Drehzahl Sicherheitsfunktionen wie Stoppen oder Reversieren des Antriebs eingeleitet werden. Strengere Sicherheitsrichtlinien sind damit besser zu erfüllen. Auch ist es möglich, bei gleichen Sicherheitsanforderungen das rotierende Teil mit höheren Drehzahlen betreiben.

Die Verwendung zweier Magnetfeldsensoren erlaubt es, die Drehrichtung des rotierenden Teils festzustellen. Zudem erhöht sich die Systemzuverlässigkeit.

Bevorzugte Verwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung bei elektrischen Verstellantrieben, insbesondere bei Fensterheber oder Schiebedach in Kraftfahrzeugen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer magnetischen Polzahl von vier ist in der Figur dargestellt.

Beschreibung

In der Figur ist ein magnetisches Drehteil 10 gezeigt, das in n = 4 gleich große magnetische Pole in abwechselnder Nord-Süd- Verteilung aufgeteilt ist. Ein erster Winkel 14 liegt zwischen einem ersten Magnetfeldsensor 11 und einer ersten Position 13, ein zweiter Winkel 16 zwischen dem ersten Magnetfeldsensor 11 und einer zweiten Position 15, ein dritter Winkel 18 zwischen dem ersten Magnetfeldsensor 11 und einer dritten Position 17 und ein vierter Winkel 20 zwischen dem ersten Magnetfeldsensor 11 und einer vierten Position 19. Ein zweiter Magnetfeldsensor 12 nimmt in der Figur gerade die erste Position 13 ein.

Anhand des in der Figur abgebildeten Ausführungsbeispiels soll die erfindungsgemäße Vorrichtung erläutert werden. Die Zahl der magnetischen Pole beträgt gemäß der Figur vier, das heißt, n = 4. Damit ergeben sich vier mögliche Winkel, um die der zweite Magnetfeldsensor 12 gegenüber dem ersten Magnetfeldsensor 11 versetzt angeordnet werden kann, damit die hohe Auflösung erreicht wird. Diese vier möglichen Winkel werden gemäß der Formel

für einen Fehlwinkel f von 0° ermittelt. Dabei durch läuft der ganzzahlige Wert x Zahlen von Null bis n - 1, das heißt für das vorliegende Beispiel Zahlen von Null bis 3. Der erste Winkel 14 errechnet sich für x = 0 zu 45°, der zweite Winkel 16 für x = 1 zu 135°, der dritte Winkel 18 für x = 2 zu 225° und der vierte Winkel 20 für x = 3 zu 315°. Damit ergeben sich für den zweiten Magnetfeldsensor 12 vier mögliche Positionen, wie er gegenüber dem ersten Magnetfeldsensor angeordnet werden kann. Diese vier Positionen können um einen Toleranzwinkel f abweichen, wodurch sich die Auflösung verschlechtert. Für einen Fehlwinkel von 0° ist im gegebenen Fall theoretisch eine Auflösung von 45° zu erzielen.

Durch die erhöhte Auflösung verbessern sich die Rekationszeiten, um bei eventuellen Drehzahleinbrüchen, wie sie beispielsweise bei einem Einklemmvorgang bei einem Schiebedach entstehen können, Gegenmaßnahmen einzuleiten. Dadurch wird eine hohe Einklemmfederrate erreicht. Die Einklemmfederrate gibt die Kraftänderung bezogen auf den Verstellweg an.

Als Magnetfeldsensoren kommen insbesondere Hall-Sensoren zum Einsatz, die auf einen Wechsel der magnetisierten Zonen mit einem Flankenwechsel reagieren. Grundsätzlich sind Induktionsaufnehmer, Wiegand-Sensoren oder Feldplatten dazu geeignet, magnetfeldproportionale Signale abzugeben, um die Position des magnetischen Drehteils zu bestimmen.

Insbesondere bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels zweier Hall-Sensoren können die Flankenwechsel der Hall-Sensoren dazu herangezogen werden, um zum einen eine Positionsbestimmung, zum anderen eine Drehrichtungserkennung durchzuführen. Wird das magnetische Drehteil 10 in einer Drehrichtung betrieben, geben die beiden Hallsensoren abwechselnd Impulse ab. Bei einer Drehrichtungsumkehr meldet ein Hall-Sensor zwei unmittelbar hintereinander folgende Impulse, was als Kriterium für eine Drehrichtungsumkehr herangezogen wird. Die Drehrichtungsbestimmung legt bei der Positionserfassung fest, ob ein Zähler entsprechend der Hall-Sensor-Impulse inkrementiert oder dekrementiert werden soll. Der Zählerstand dient als Maß für die Position, das Zeitintervall zwischen beispielsweise zwei Impulsen als Maß für die Drehzahl.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich insbesondere bei elektrischen Verstellantrieben für Fensterheber oder Schiebedächer einsetzen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Positionserkennung eines rotierenden Teils, mit mindestens einem magnetischen Drehteil, das n magnetische Pole in Umfangsrichtung aufweist, mit zwei gegenüber dem magnetischen Drehteil feststehenden Magnetfeldsensoren, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnetfeldsensor gegenüber dem ersten Magnetfeldsensor um einen Winkel a in Drehrichtung versetzt angeordnet ist, wobei die n möglichen Winkel a gemäß der Beziehung festgelegt sind, wobei x eine wählbare ganze Zahl von Null bis n-1 ist, und wobei f einen Toleranzwinkel angibt, der erheblich kleiner als der Winkel a ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor verwendet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung bei einem Verstellantrieb.