DE3725405A1

DE3725405A1 - Vorrichtung zur bestimmung eines drehwinkels

Info

Publication number: DE3725405A1
Application number: DE19873725405
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Moser
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1989-02-09
Also published as: DE3725405C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Be stimmung eines Drehwinkels, bestehend aus einem physika lischen Meßgrößengeber und mindestens einem Hallsensor.

Es sind bereits Drehwinkelmeßgeräte bekannt, die mittels eines optischen Meßverfahrens einen Drehwinkel erfassen können. Hierbei besteht das Problem, daß die optischen Bauteile verschmutzen können und einem Alterungsprozeß unterliegen. Die Meßvorrichtung ist dann nicht mehr einsatzfähig. Darüber hinaus sind induktive Systeme bekannt, die einen konstruktiv aufwendigen Aufbau besitzen und besondere Maßnahmen zur Störgrößen kompensation erfordern. Nachteilig ist desweiteren, daß EMV-Probleme mit benachbarten Systemen bzw. Bauteilen auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine berührungslos messende, analog arbeitende Vorrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels zu schaffen, bei der trotz eines kon struktiv einfachen und robusten Aufbaus eine genaue Meß wertermittlung gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens zwei lineare, sich ortsfest gegenüber liegend angeordnete Hallsensoren mit einem dazwischen eintauchenden Meßgrößengeber vorgesehen sind, der relativ zu den Hallsensoren drehbar gelagert ist, wobei bei Drehung des Meßgrößengebers sich die senkrechten Abstände der Hallsensoren zum Meßgrößengeber gegensinnig ver ändern.

Vorteilhaft ist hierbei, daß durch die unterschiedlichen Abstände der jeweiligen Hallsensoren zum Meßgrößengeber entsprechende Sensorsignale abgeleitet werden können, die der Erfassung des Drehwinkels dienen. Durch ein besonde res Auswertungsverfahren wird eine weitestgehende tem peraturunabhängige, berührungslos arbeitende Meßvor richtung geschaffen, die auch in rauhen Umgebungsbe dingungen einsetzbar ist. Durch eine konstruktiv einfache Bauweise wird eine kostengünstige seriennahe Konstruktion geschaffen.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Meßgrößengeber auf einer Achse drehbar gelagert, als rotationssymetrisches Bauteil ausgebildet und mit einer axial definierten Steigung um die Achse angeordnet ist.

Eine weitere wesentliche Ausführungsform sieht vor, daß der Meßgrößengeber aus magnetisch leitfähigem Material besteht, wobei auf der dem Meßgrößengeber entgegenge setzten Seite der Hallsensoren jeweils ein Permanent magnet angeordnet ist. Durch die unterschiedlichen, senkrechten Abstände der Hallsensoren zu den magnetisch leitfähigen Meßgrößengeber wird der Drehwinkel bestimmt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Meßgrößengeber als Permanentmagnet ausgebildet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der Meßvorrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm von typischen Hallsensorsignalen in Abhängigkeit des Drehwinkels,

Fig. 3 das Differenzsignal der in Fig. 2 gezeigten Einzelhallsensorsignale.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehwinkels besteht im wesentlichen aus dem Meßgrößen geber 6, der zusammen mit der Achse 7 drehbar gelagert ist. Die im Abstand zum Meßgrößengeber 6 angeordneten Hallsensoren 2 a, 2 b sind zusammen mit den zugehörigen Permanentmagneten 1 a, 1 b ortsfest gehalten.

Der Meßgrößengeber ist über den Umfang gesehen mit einer gleichmäßigen Steigung versehen, so daß bei Drehung der Welle 5 unterschiedliche Sensorsignale erzeugt werden können. Ausgehend von einem minimalen Abstand 3 des Meß größengebers 6 gegenüber dem Hallsensor 2 a und einem maximalen Abstand 4 des Meßgrößengebers 6 gegenüber dem Hallsensor 2 b, ändern sich bei Drehung des Meßgrößen gebers 6 die Abstände.

In der Fig. 2 sind die Hallsensorsignale über dem Dreh winkel aufgetragen. Bei 0 Grad Drehwinkel entsprechen die Hallsensorsignale U _{S 2a} bzw. U_{S 2b} der in Fig. 1 ge zeigten Position des Meßgrößengebers 6. Dem Hall sensorsignal U _{S 2a} ist dabei ein Offsetsignal überlagert. Bei 0 Grad Drehwinkel besitzt der Hallsensor 2 a den minimalen Abstand 3 zum Meßgrößengeber 6 und erzeugt sein maximales Sensorsignal, während der Hallsensor 2 b zum Meßgrößengeber 6 den maximalen Abstand 4 einnimmt und sein minimales Sensorsignal erzeugt. Mit zunehmender Drehung in eingezeichneter Drehrichtung 8 ändern sich die Abstände des Meßgrößengebers 6 zu den Hallsensoren 2 a und 2 b und die Sensorsignale sind bei 360 Grad Drehwinkel gleich. Danach erfolgt wieder der Sprung zum 0 Grad Drehwinkel-Ausgangssignal. Das Drehwinkelsignal wird aus der Differenz der Hallsensorsignale U _{S 2a} und U _{S 2b} gebildet. Diese Signale werden jeweils bei gleichsinniger Drehrichtung erzeugt.

In Fig. 3 ist das Differenzsignal der Hallsensoren 2 a und 2 b aus der Fig. 2 wiederum über dem Drehwinkel auf getragen. Subtrahiert man das Signal vom Hallsensor 2 b vom Signal des Hallsensors 2 a, so erhält man bei 0 Grad Drehwinkel einen entsprechenden Wert und wie die Fig. 2 zeigt, verläuft dieser Wert stetig bis 0 bei 360 Grad Drehwinkel. Auf dieser Basis läßt sich mit einfachen Mitteln jederzeit der Drehwinkel in einer Vorrichtung be stimmen. Der Einbau einer solchen Vorrichtung kann problemlos an den jeweils dafür vorgesehenen Stellen erfolgen.

Bezugszeichenliste:

1 Permanentmagnet
2 Hallsensor
3 minimaler Abstand
4 maximaler Abstand
5 Welle
6 Meßgrößengeber
7 Achse
8 Drehrichtung

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehwinkels, bestehend aus einem physikalischen Meßgrößengeber und mindestens einem Hallsensor, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei lineare, sich ortsfest gegenüber liegend angeordnete Hallsensoren (2 a, 2 b) mit einem dazwischen eintauchenden Meßgrößengeber (6) vorgesehen sind, der relativ zu den Hallsensoren (2 a, 2 b) drehbar gelagert ist, wobei bei Drehung des Meßgrößengebers (6) sich die senkrechten Abstände (3, 4) der Hallsen soren (2 a, 2 b) zum Meßgrößengeber (6) gegensinnig ver ändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößengeber (6) auf einer Achse (7) drehbar gelagert, als rotationssymetrisches Bauteil ausge bildet und mit einer axial definierten Steigung um die Achse (7) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößengeber (6) aus magnetisch leitfähigem Material besteht, wobei auf der dem Meßgrößengeber (6) entgegengesetzten Seite der Hallsensoren (2 a, 2 b) jeweils ein Permanentmagnet (1 a, 1 b) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößengeber (6) als Permanentmagnet ausge bildet ist.