DE4125482C2

DE4125482C2 -

Info

Publication number: DE4125482C2
Application number: DE19914125482
Authority: DE
Inventors: Fritz 8000 Muenchen De Hofmann
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1991-04-27
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1993-06-17
Also published as: DE4125482A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmeldesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt (DE-OS 14 90 684), das magnetfeldabhängige Widerstandsverhalten von Feldplatten in der Weise für einen kontaktlosen Drehwiderstand zu nutzen, daß im Luftspalt zwischen zwei einander zugekehrten, zylindrischen Magnetpolstücken, von denen das erste feststeht und eine ebene Stirnfläche aufweist und das zweite um die Zylinderachse drehbar und mit einer zu dieser schräg verlaufenden Stirnfläche versehen ist, stirnseitig am feststehendem Polstück einander diametral gegenüberliegend zwei mit ihren Sensorachsen parallel zur Zylinderachse ausgerichtete Feldplatten befestigt sind derart, daß sich bei einer Drehung des zweiten Polstücks der Widerstandswert der einen und in gleicher Weise, jedoch mit einer der diametralen Anordnung entsprechenden Phasenverschiebung von 180°, auch der Widerstandswert der anderen Feldplatte nach Maßgabe der örtlichen Luftspaltänderung ändert. Ein derartiger Drehwiderstand, bei dem der Phasenwinkelabstand zwangsweise mit dem Winkelversatz der Sensorachsen in Umfangsrichtung der Drehachse identisch ist, ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Bei Drehmeldesystemen der beanspruchten Art hingegen, wie sie in der DE-Patentschrift 41 13 880 beschrieben sind, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird, sind die z. B. als Hallelemente ausgebildeten Magnetfeld-Sensorelemente an zueinander keilförmig geneigten, zur Drehachse des Magnetelements parallelen Befestigungsflächen des Sensorträgers mit einem gegenseitigen Winkelabstand in Umfangsrichtung der Drehhachse fest montiert, der wesentlich kleiner als der geforderte Phasen-Winkelabstand der Meßsignale gewählt ist, wobei die Winkeldifferenz zwischen dem gewählten Winkelabstand der Sensor-Meßachsen und dem geforderten Phasen-Winkelabstand der Meßsignale durch eine jeweils zur Drehachse exzentrische Anordnung der Meßachsen ausgeglichen und die unvermeidbar durch Fertigungstoleranzen bedingte Phasenwinkelstreuung durch eine in Richtung der Drehachse höhenverstellbare Positionierung des Magnetelements bezüglich der Sensorelemente eliminiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Drehmeldesystem der beanspruchten Art in Richtung einer weiteren baulichen Vereinfachung und Miniaturisierung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Drehmeldesystem gelöst.

Aufgrund der besonderen Achsgeometrie und Anordnung der Sensor elemente in einer einzigen, gemeinsamen Ebene wird erfindungsge mäß zur Befestigung der Sensorelemente am Sensorträger anstelle von zwei keilförmig zueinander geneigten nur noch eine einzige, ebene Montagefläche benötigt und dadurch einerseits der Ferti gungsaufwand für den Sensorträger reduziert und andererseits die hinsichtlich der Meßachs-Anordnung erzielbare Fertigungsgenauig keit weiter erhöht.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Mon tagefläche des Sensorträgers gemäß Anspruch 2 gegenüber der Dreh achse des Magnetelements schräg geneigt angeordnet. Der Grund hierfür besteht darin, daß bei einem hohen Miniaturisierungsgrad des Drehmeldesystems bereits eine geringe Höhenverstellung des Magnetelements zu einer relativ großen Änderung des Phasenwinkel abstandes der Meßsignale führt, wenn die Sensor-Meßachsen jeweils in einer zur Drehachse senkrechten Ebene verlaufen, während durch die bezüglich der Drehachse geneigte Anordnung der Montagefläche und der Meßachsen die Einstellempfindlichkeit des Drehmeldesy stems bewußt verringert und dadurch die Einjustierung des gefor derten Phasenwinkelabstandes erheblich erleichtert wird.

Die Befestigung der Sensorelemente auf einer gemeinsamen, ebenen Montagefläche bietet ferner, wie gemäß Anspruch 3 bevorzugt, die Möglichkeit. die beiden Sensorelemente schon bei ihrer Herstel lung als Halbleiterelemente mit einem exakten gegenseitigen Mit tenabstand. der durch die Exzentrizität ihrer Meßachsen bezüglich der Drehachse vorgegeben ist, auf einer gemeinsamen Trägerschicht anzuordnen und dadurch die durch Fertigungstoleranzen verursach ten Phasenwinkelstreuungen merklich zu reduzieren. Dabei wird eine ganz erhebliche, herstellungsmäßige Vereinfachung gemäß An spruch 4 zweckmäßigerweise dadurch erzielt, daß die beiden Sen sorelemente in Tandem-Bauweise aus einer einzigen Halbleiter schicht vorgefertigt sind, welche durch eine querverlaufende Lei terschicht in zwei nebeneinanderliegende, gleich große, jeweils ein Sensorelement bildende Teilzonen unterteilt ist.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf das eingangs genannte Hauptpatent anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Dar stellung:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des Drehmelde systems;

Fig. 2 die Aufsicht des Sensorträgers und des Magnetele ments gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der beiden Sensorele mente in der Aufsicht (Fig. 3a) und der Seitenan sicht (Fig. 3b);

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung der bei den Sensorelemente in einer modifizierten Ausfüh rungsform.

Das in den Fig. gezeigte Drehmeldesystem enthält ein zweiteiliges Gehäuse 2 aus magnetisch neutralem Material, bestehend aus einem einstückigen Sensorträger 4 und einem Gehäusedeckel 6, die von einem äußeren Abschirmblech 8 aus magnetisch weichem Material umkleidet sind, sowie ein an einer Welle 10 befestigtes Perma nent-Magnetelement 12, welches um eine gehäusefeste Drehachse D-D drehbeweglich im Gehäuse 2 gelagert ist und dessen magnetische N-S-Achse senkrecht zur Drehachse D-D verläuft.

Der Drehwinkel des Magnetelements 12 wird durch zwei Hallelemente 18 und 20 abgegriffen, welche an einer ebenen Montagefläche 36 eines einteilig am Träger 4 nach oben vorstehend angeformten Hal testegs 26 fest montiert, z. B. mit dieser verklebt sind. Die Meß achsen A, B der Sensorelemente 18, 20 verlaufen parallel zueinan der und jeweils mit einem Abstand e exzentrisch zur Drehachse D.

Die Drehlage des Magnetelements 12 wird mit hoher Genauigkeit aus den beiden, sich in Abhängigkeit vom Drehwinkel sinusförmig än dernden, um einen Phasen-Winkelabstand von 90° verschobenen, im übrigen aber identischen Meßsignalen der Sensorelemente 18, 20 ermittelt. Die aufgrund von Fertigungs- und Montagetoleranzen des Drehmeldesystems sich ergebenden Abweichungen vom geforderten Si gnalverlauf werden, mit Ausnahme der Abweichung vom Phasenwinkel abstand, durch ein den Hallelementen 18, 20 zugeordnetes Wider standsnetzwerk 28, welches aus einer mit Ausgleichswiderständen 30 bestückten, auf dem Haltesteg 26 befestigten Leiterplatine 32 besteht, ausgeglichen. Die fertigungs- und montagebedingten Pha senwinkelstreuungen hingegen werden durch einen Höhenversatz Δh des Magnetelements 12 in Richtung seiner Drehachse D korrigiert. Dies geschieht am einfachsten in der Weise, daß die Höhenlage des Magnetelements 12 durch Distanzstücke 34 unterschiedlicher Dicke, welche aus magnetisch neutralem Material bestehen, so lange verän dert wird, bis der Phasenwinkelabstand der von den Sensorelemen ten 18, 20 erzeugten Meßsignale exakt mit dem geforderten Phasen winkel-Sollabstand (90°) übereinstimmt.

Damit bei einem hohen Miniaturisierungsgrad des Drehmeldesystems, bei dem die Exzentrizität e beispielsweise 1,5 mm beträgt, also die Meßachsen A, B mit einem gegenseitigen Abstand von 3,0 mm und die Sensorelemente 18, 20 mit einem Radialabstand von 2,8 mm zur Drehachse D angeordnet sind, die Justierempfindlichkeit des Dreh meldesystems, also das Verhältnis der erzielten Phasen-Winkelän derung zum Verschiebeweg Δh des Magnetelements 12, nicht zu groß wird, ist die Montagefläche 36 in der in Fig. 1 gezeigten Weise bezüglich der Drehachse D schräg angestellt, d. h. die Meß achsen A, B liegen jeweils in einer zur Drehachse D geneigten Ebe ne, deren Schnittpunkt mit der Drehachse D unterhalb der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Mittelebene Z des Magnetelements 12 liegt. Hierdurch wird erreicht, daß der Verschiebebereich des Magnetelements 12 in Richtung Δh, der zur Korrektur der mon tagebedingt auftretenden negativen oder positiven Phasenwinkel streuungen erforderlich ist, erweitert und dadurch selbst bei einer stark miniaturisierten Bauweise eine mechanisch problemlose, hochgenaue Einstellung des geforderten Phasenwinkel-Sollabstands erhalten wird.

Gemäß Fig. 3 werden schon bei der Herstellung der Sensorelemente 18, 20 die diese jeweils bildenden Halbleiterschichten mit dem vorgegebenen Mittenabstand, also der doppelten Exzentrizität e ihrer Meßachsen A, B, auf einer gemeinsamen Trägerschicht 38 aufgebracht und dadurch die bei der Montage der Sensorelemente 18, 20 auf der Montagefläche 36 bezüglich des Meßachs-Abstandes entstehenden Einbautoleranzen eliminiert. Hinsichtlich der Steu erstromversorgung sind die Sensorelemente 18, 20 zwischen den Anschlüssen s₁ und s₂ in Reihe geschaltet, während die Meßspan nungen jeweils zwischen den Anschlußelektroden a₁ und a₂ bzw. b₁ und b₂ abgegriffen, in dem nachgeschalteten Widerstands- und Ver stärkernetzwerk 28 korrigiert und dann zur Ermittlung der Dreh position des Magnetelements 12 miteinander verglichen werden.

Eine weitere bauliche Modifikation des Sensorpaares 18, 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden die beiden Sensorelemente 18, 20 dadurch hergestellt, daß zunächst nur eine einzige, zusammenhän gende Halbleiterschicht auf dem Substrat 38 aufgebracht wird, die dann mittig durch eine querverlaufende Leiterschicht 40 in zwei gleich große, jeweils ein Sensorelement 18 bzw. 20 bildende, im Zuge der Steuerstromanschlüsse s₁ und s₂ in Reihe geschaltete Teilzonen unterteilt wird. Hierdurch läßt sich zusätzlich zu ei ner weiteren baulichen Vereinfachung der gegenseitige Meßachs-Ab stand, 2e, aus Miniaturisierungsgründen weiter reduzieren.

Im übrigen wird hinsichtlich der Bau- und Funktionsweise des be schriebenen Drehmeldesystems auf die DE-Patentschrift 41 13 880 verwiesen.

Claims

1. Drehmeldesystem, bestehend aus mindestens einem drehpositio nierbaren Magnetelement zur Erzeugung eines im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Magnetelements gerichteten Mag netfeldes sowie zwei, in Umfangsrichtung der Drehachse ver setzt zueinander mit einer Drehachse des Magnetelements nicht-parallelen Meßachsausrichtung auf einem gemeinsamen Sensorträger angeord neten Magnetfeld-Sensorelementen zur Erzeugung von sich je weils abhängig von der Drehposition des Magnetelementes än dernden, um einen fest vorgegebenen Phasenwinkel-Sollabstand zueinander verschobenen Meßsignalen, wobei die Meßachsen der Sensorelemente unter einem vom Phasenwinkel-Sollabstand ab weichenden Anstellwinkel zueinander angeordnet sind und je weils exzentrisch mit einem die Winkeldifferenz zwischen ge wähltem Anstellwinkel und Phasenwinkel-Sollabstand ausglei chenden Abstand zur Drehachse des Magnetelements verlaufen, nach DE-Patent 41 13 880, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (18, 20) mit einer zueinander parallelen Anordnung ihrer Meßachsen (A, B) auf einer gemeinsamen, ebe nen Montagefläche (36) des Sensorträgers (4) befestigt sind.

2. Drehmeldesystem nach Anspruch 1, wobei die Sensorelemente und das Magnetelement zur Einjustierung des Phasenwinkel- Sollabstands relativ zueinander höhenverstellbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagefläche (36) des Sensorträgers (4) gegenüber der Drehachse (D) des Magnetelements (12) schräg geneigt ver läuft.

3. Drehmeldesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorelemente (18, 20) auf einer gemeinsamen Träger schicht (38) hergestellte Halbleiterelemente vorgesehen sind.

4. Drehmeldesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorelemente (18, 20) in Tandem-Bauweise aus einer einzigen Halbleiterschicht hergestellt sind, die durch eine Leiterschicht (40) in zwei nebeneinanderliegende, je weils ein Sensorelement bildende Teilzonen unterteilt ist.