DE60011532T2

DE60011532T2 - Lager mit einer erkennungsvorrichtung für magnetische impulse von einem impulskodierer, wobei die erkennungsvorrichtung mehrere, auf einer linie liegende sensorelemente aufweist

Info

Publication number: DE60011532T2
Application number: DE60011532T
Authority: DE
Inventors: Pascal Desbiolles; John A. Santos; Mark Lacroix
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: BR0006035A; DE60011532D1; EP1088235B2; DE60011532T3; EP1088235B1; US6700367B1; US20040239311A1; JP4722293B2; FR2792380A1; EP1088235A1; FR2792380B1; JP2002541485A; WO2000062079A1

Description

Die Erfindung betrifft den technischen Bereich der Lager mit einem drehenden, Impulse erzeugenden Mittel, dem so genannten „Codierer"» und einer Erfassungsvorrichtung, dem so genannten „Sensor", der es ermöglicht, eine Information zu erhalten wie beispielsweise die Drehzahl, die Winkelposition und die Drehrichtung eines mit einem derartigen Lager mit eingebautem Codierer ausgestatteten Wälzlagers.
Derartige Wälzlager können beispielsweise bei Kraftfahrzeugrädern mit Antiblockiersystem eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Lager mit eingebautem Magnetcodierer, wobei der funktionsmäßig zugeordnete Sensor des Typs Magnetoresistenz oder Hallsonde ist.
Mit „Hallsonde" bezeichnet man hier Sensoren mit mindestens einem empfindlichen Element, im allgemeinen einen Halbleiter in Form einer Platte, bei dem, wenn er von einem Strom I durchlaufen wird, wobei er ferner mit einer Induktion B beaufschlagt wird, die mit dem Strom einen Winkel θ bildet, in einer senkrecht zum Strom I und zur Induktion B verlaufenden Richtung eine Spannung V der Wertigkeit V = K·I·B sinθ auftritt, wobei K „Hall-Konstante" genannt wird, und charakteristisch für das Material und die Geometrie des empfindlichen Elements ist, wobei K mit der Temperatur schwankt.
Mit „Magnetoresistenz" bezeichnet man hier einen gegenüber der Intensität eines Magnetfelds empfindlichen Varistor, anders ausgedrückt, einen Widerstand aus halbleitendem Material, deren ohmscher Wert schwankt, wenn die Intensität eines senkrecht zur Richtung des den Widerstand durchlaufenden Stroms liegenden Einrichtungs-Magnetfelds schwankt.
Die Hallsonden werden als aktive Sensoren betrachtet, weil die gelieferte Information mit einer Elektromotorkraft verbunden ist.
Wenn diese Hallsonden benutzt werden für die Positions- oder Bewegungsübersetzung, ist der die Induktion erzeugende Magnet der Erprobungskörper, auf den der zu messende Primärwert wirkt, der die sekundäre Messgröße ändert, und zwar konventionell die normale Komponente der Induktion, Messgröße, gegenüber der die Sonde unmittelbar empfindlich ist.
Aus dem Stand der Technik kennt man bereits zahlreiche Ausgestaltungen von Lagern mit eingebautem Magnetcodierer und Sensor des Typs Hallsonde oder Magnetoresistenz.
Man kann beispielsweise auf die folgenden Unterlagen Bezug nehmen:

– Patentanträge in Frankreich Nr. 2 667 947, 2 669 432, 2 669 728, 2 671 633, 2 678 691, 2 678 692, 2 690 989, 2 693 272, 2 694 082, 2 702 567, 2 710 985, 2 718 499;
– europäische Patentanträge Nr. 375 019, 420 040, 420 041, 438 624, 487 405, 488 853, 498 298, 518 157, 521 789, 522 933, 531 924, 557 931, 557 932, 647 851, 693 689, 701 132, 701 133, 714 029, 745 857, 751 311, 753 679, 767 385.

Man kann ebenfalls beispielsweise auf die folgenden, von der Antragstellerin stammenden Unterlagen Bezug nehmen:

– Patentanträge in Frankreich Nr. 2 639 689, 2 640 706, 2 645 924, 2 730 283, 2 732 458, 2 717 266, 2 701 298;
– europäische Patentanträge Nr. 371 836, 376 771, 484 195, 394 083, 607 719, 616 219, 619 438, 631 140, 652 438, 671 628, 725 281, 735 348.

Wenn man sowohl die Drehzahl des Innenrings oder des Außenrings des Lagers als auch die Drehrichtung dieses Rings kennen möchte, ist es bekannt, über zwei um 90° elektrisch Phasen verschobene Signale zu verfügen, um die Drehrichtung zu definieren.
Aus Klarheitsgründen wird hier darauf hingewiesen, dass zwei sinusförmige Signale mit gleicher Frequenz als in Quadratur bezeichnet werden, wenn diese Signale um π/2 oder 90° oder auch um einen viertel Zyklus phasenverschoben sind, d. h. wenn eines der Signale seinen Spitzenwert aufweist, während das andere durch Null läuft.
So beschreibt beispielsweise die von der Antragstellerin stammende Unterlage FR-A-2 599 794 ein Wälzlager oder Lager mit Informationssensor, das ein festes Element umfasst, das bei einer Ausführungsform zwei Hallsonden oder Magnetoresistenzen aufweist, die winkelförmig durch ein Intervall von n + 0,5n getrennt sind, wobei n die Länge eines Magnets ist.
Die Unterlage EP-A-395 783 beschreibt ein Wälzlager mit Sensor zur Messung der Drehzahl und/oder des Drehwinkels mit einer oder mehreren Hallsonden.
Bei den Vorrichtungen des oben genannten Typs kommen die phasenverschobenen Signale von zwei empfindlichen Hall-Elementen oder Magnetoresistenzen, die in einem definierten und festen Abstand zueinander auf einem Substrat oder direkt auf Silizium angebracht sind, wobei dieser Abstand vom Codierer abhängig ist.
Aufgrund des von dem Prinzip des Sensors selbst definierten Abstands zwischen den Elementen, wenn der Polabstand nicht geeignet ist, sind die von den empfindlichen Elementen kommenden Digitalsignale nicht in Quadratur.
Demnach weisen die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik die folgenden Nachteile auf:

– der Pollängenbereich, also der mit einem Dual-Sensor (d. h. mit zwei empfindlichen Elementen) nutzbare Codierbereich, dessen Pollänge fest ist, wird durch die Toleranz der Quadratur der digitalen Ausgangssignale begrenzt;
– bei einer dem Abstand zwischen den Elementen entsprechenden Pollänge ist die Toleranz bezüglich der Ausgangssignale Funktion der Technologie des Sensors und der Anordnungspräzision der empfindlichen Elemente;
– im Fall eines Dual-Sensors, der analogische Signale in Verbindung mit einem in der Unterlage WO-97/01660 oder in der Unterlage FR-97/12033 beschriebenen Interpolationsprinzip liefert, begrenzt die erforderliche Präzision bezüglich der Quadratur der analogischen Signale die Verwendung eines derartigen Sensors mit Magnetcodierern, deren Polabstand genau dem Abstand zwischen den Elementen entspricht.

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung der Drehrichtung eines Außenrings oder eines Innenrings eines Lagers, wobei diese Vorrichtung ebenfalls die Erfassung der Winkelposition und der Drehzahl des besagten Rings ermöglicht, wobei die besagte Vorrichtung eine Anpassung an verschiedene Pollängen und eine Aufhebung des magnetischen Offsets gestattet.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein Lager gemäß Patentanspruch 1.
Die fluchtenden empfindlichen Elemente werden beispielsweise in der Gruppe der Hallsonden, der Magnetoresistenzen, der Riesen-Magnetoresistenzen gewählt und in gleichem Abstand zueinander angeordnet.
Nach einer Ausführung ist das Impulse erzeugende Mittel ein ringförmiges Teil aus mit Ferritpartikeln verstärktem Synthetikmaterial, das von einer Mehrzahl von angrenzenden Bereichen mit umgekehrter Magnetisierung eines gegebenen Bereichs in Bezug auf die beiden an diesen angrenzenden Bereiche gebildet wird.
Bei einer ersten Ausführungsform umfasst die Erfassungsvorrichtung eine gerade Anzahl 2N von empfindlichen Elementen, die beispielsweise in zwei Untereinheiten von N Elementen unterteilt ist, wobei jedes empfindliche Element der ersten Untereinheit an einen ersten Addierer und jedes empfindliche Element der zweiten Untereinheit an einen zweiten Addierer angeschlossen ist, wobei die beiden von dem ersten und zweiten Addierer kommenden Summen S₁, S₂ an den Eingang eines dritten Addierers angeschlossen sind, wobei der Ausgang S₁ des ersten Addierers und, über einen Umschalter, der Ausgang S₂ des zweiten Addierers an den Eingang eines vierten Addierers angeschlossen sind, wobei die vom dritten und vierten Addierer kommenden Signale SIN = S₁ + S₂ und COS = S₁ – S₂ von einer Schaltung verarbeitet werden, um die Drehrichtung und/oder die Drehzahl und/oder die Position des Impulse erzeugenden Mittels in Bezug auf die Erfassungsvorrichtung abzuleiten.
Nach einer ersten Variante ist die Pollänge Lp des Codierers etwa gleich dem Produkt der Anzahl 2N von empfindlichen Elementen durch den Abstand d zwischen den empfindlichen Elementen, wobei die Signale SIN und COS sich dann etwa perfekt in Quadratur befinden und etwa die gleiche Amplitude aufweisen.
Nach einer zweiten Variante ist die Pollänge Lp kleiner als das Produkt der Anzahl 2N von empfindlichen Elementen durch den Abstand d zwischen den empfindlichen Elementen.
Nach einer dritten Variante ist die Pollänge Lp größer als das Produkt der Anzahl 2N von empfindlichen Elementen durch den Abstand d zwischen den empfindlichen Elementen.
Durch Programmierung wird eine gerade Anzahl 2M von empfindlichen Elementen, die kleiner ist als die Gesamtanzahl dieser Elemente 2N, verwendet, um zwei Untereinheiten von M Elementen zu bilden, wobei jedes empfindliche Element der ersten Untereinheit an einen ersten Addierer und jedes empfindliche Element der zweiten Untereinheit an einen zweiten Addierer angeschlossen ist, wobei die beiden von dem ersten und zweiten Addierer kommenden Summen an den Eingang eines dritten Addierers angeschlossen sind und, über einen Umschalter, der Ausgang des zweiten Addierers an den Eingang eines vierten Addierers angeschlossen ist, wobei die vom dritten und vierten Addierer kommenden Signale von einer Schaltung verarbeitet werden, um die Drehrichtung und/oder die Drehzahl des Impulse erzeugenden Mittels in Bezug auf die Erfassungsvorrichtung abzuleiten, wobei sich die besagten Signale etwa perfekt in Quadratur befinden.
Die Programmierung kann per EEPROM oder Zener Zapping erfolgen.
Bei einer möglichen Untervariante kann eine Verstärkerschaltung für die vom dritten und vierten Addierer kommenden Signale eine identische Amplitude wiederherstellen.
Bei einer zweiten Ausführungsform umfasst die Erfassungsvorrichtung eine Anzahl von empfindlichen Elementen, die ein Vielfaches von vier beträgt, beispielsweise unterteilt in vier Untereinheiten von P Elementen, wobei

– jedes empfindliche Element der ersten Untereinheit von P Elementen an einen ersten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S₁ liefert;
– jedes empfindliche Element der zweiten Untereinheit von P Elementen an einen zweiten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S₂ liefert;
– jedes empfindliche Element der dritten Untereinheit von P Elementen an einen dritten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S'₁ liefert;
– jedes empfindliche Element der vierten Untereinheit von P Elementen an einen vierten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S'₂ liefert;

SIN = (S1 – S2) – (S'1 – S'2);

COS = (S1 + S2) – (S'1 + S'2);

Als Variante umfasst die Erfassungsvorrichtung einen Interpolator, der die Auflösung dieser Ausgangssignale erhöht.
Bei einer Ausführung sind die empfindlichen Elemente in einen Schaltungsträger des Typs ASIC integriert. Die Erfassungsvorrichtung kann ebenfalls in einer personalisierten integrierten Schaltung des Typs ASIC enthalten sein.
Nach einer Ausführung ist das Impulse erzeugende Mittel in einer vormontierten, eine Dichtung bildenden Einheit integriert, wobei die Erfassungsvorrichtung eventuell abnehmbar mit dem festen Ring verbunden sein kann.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:
1 eine schematische Teildarstellung eines Polpaares eines Codierers und der von ihm gelieferten magnetischen, am Arbeitsluftspalt etwa sinusförmigen Induktion zeigt;
2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung darstellt;
3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung darstellt.
Ein Lager mit einem eingebauten Magnetcodierer umfasst ein mehrpoliges, drehendes, magnetische Impulse erzeugendes Mittel, den so genannten „Codierer", und eine Erfassungsvorrichtung dieses Magnetfelds, den so genannten „Sensor".
Der Codierer umfasst eine gerade Anzahl von Polen und ist entweder am Umfang eines Drehrings angeordnet oder in eine eine Dichtung bildende, vormontierte Einheit integriert.
Der mehrpolige Magnetcodierer kann beispielsweise ein ringförmiges Teil aus mit Bariumferrit- oder Strontiumferrit-Partikeln verstärktem Synthetikmaterial sein, oder aus einem anderen harten ferromagnetischen Material bestehen, das aus einer Mehrzahl von angrenzenden Bereichen mit umgekehrter Magnetisierungsrichtung eines gegebenen Bereichs in Bezug auf die beiden an diesen angrenzenden Bereiche gebildet wird.
Die Pollänge Lp des Sensors ist definiert als die Länge eines im betrachteten Leserradius gemessenen Magnetpols.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann man davon ausgehen, dass die von dem Codierer gelieferte magnetische Induktion am betrachteten Luftspalt sinusförmig ist.
1 ist eine schematische Darstellung einer Periode 1 einer beispielsweise normalen Komponente der besagten Induktion B für ein Polpaar 2, 3 des Codierers.
Die Erfassungsvorrichtung 4 umfasst eine gerade Anzahl N von empfindlichen Elementen 5 des Typs Magnetoresistenz oder Hallsonde, die in gleichem Abstand d zueinander angeordnet sind, wobei sich diese Elemente 5 etwa entlang einer Geraden D befinden, beispielsweise können die empfindlichen Elemente 5 auf einem Kreisbogen angeordnet sein, der einer Geraden angenähert sein kann.
Bei der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind vierundzwanzig Elemente 5 vorgesehen.
Diese Anordnung definiert einen Steg 6 von empfindlichen Elementen 5 von einer Länge gleich (2N – 1)d.
Die Erfassungsvorrichtung umfasst ebenfalls eine elektronische Schaltung 7 zur Verarbeitung der von den empfindlichen Elementen 5 kommenden analogischen Signale, um Informationen zu erhalten wie beispielsweise die Drehzahl und/oder die Drehrichtung und/oder den Drehwinkel des mehrpoligen Magnetcodierers und demzufolge die Drehzahl und/oder die Drehrichtung und/oder den Drehwinkel des Rings eines diesen Codierer tragenden Lagers.
Die Erfassungsvorrichtung kann integriert auf einem Substrat aus Silizium oder dergleichen, beispielsweise aus AsGa, benutzt werden, um eine personalisierte integrierte Schaltung für eine spezifische Applikation zu bilden, Schaltungen, die zuweilen mit dem Begriff ASIC (Application Specific Integrated Circuit) bezeichnet werden, um sich auf integrierte Schaltungen zu beziehen, die teilweise oder komplett dem Bedarf entsprechend konzipiert werden.
Bei der Ausführungsform von 2 ist die Einheit empfindlicher Elemente 5 in zwei Untereinheiten 8, 9 von N Elementen unterteilt (N = 12, bei der Ausführung von 2).
Jedes empfindliche Element 5 der ersten Untereinheit 8 ist an einen ersten Addierer bzw. Addierschaltung 10, wie beispielsweise einen Verstärker, angeschlossen, der die Summierung der von den ersten N empfindlichen Elementen 5 kommenden Signale Se₁, Se₂, ..., Se_N gewährleistet.
Ebenso ist jedes empfindliche Element 5 der zweiten Untereinheit 9 an einen zweiten Addierer bzw. Addierschaltung 11, wie beispielsweise einen Verstärker, angeschlossen, der die Summierung der von den anderen N empfindlichen Elementen kommenden Signale Se_(N+1), Se_(N+2), Se_(N+3), ..., Se_2N gewährleistet.
Somit erhält man zwei Summensignale: S1 = Se1 + ... + SeN S2 = Se(N+1) + ... + Se2N.
Die beiden Summen S₁ und S₂ des ersten und zweiten Addiermittels werden an den Eingang eines dritten Addiermittels bzw. Addierschaltung 12 angeschlossen.
Der Ausgang S₁ des ersten Addiermittels und, über einen Umschalter, der Ausgang S₂ des zweiten Addiermittels werden an den Eingang eines vierten Addiermittels bzw. Addierschaltung 14 angeschlossen.
Das heißt: Se1 = sin(wt – α/2) Se2 = ...... Se(2N–1) = ... Se2N = sin(wt – (1/2 + 2N – 1)α
Wobei α der Phasenverschiebung zwischen zwei empfindlichen Elementen (α = π/2N·Lp0/Lp) entspricht und die Länge Lp0 = 2Nd direkt von der Länge des Stegs empfindlicher Elemente abhängig ist.
An den Ausgängen des dritten 12 und vierten 14 Addiermittels erscheinen dann zwei sinusförmige Signale:
S₁ + S₂ (nachstehend „SIN" genannt)
und
S₁ – S₂ (nachstehend „COS" genannt)
mit jeweils SIN = sin(πLp0/2Lp)·sin(wt – πLp0/2Lp)/sin(π/2Lp·Lp0/2N) COS = 2sin2(πLp0/4Lp)·cos(wt – πLp0/2Lp)/sin(π/2/Lp·Lp0/2N) wobei d der Abstand zwischen empfindlichen Elementen ist.
Anhand der beiden obigen Formeln sieht man, dass die Erfassungsvorrichtung, wenn die Pollänge Lp gleichwertig ist mit 2Nd, zwei Signale von gleiche Amplitude SIN und COS in perfekter Quadratur liefert. Lp0 = 2Nd ist demnach die Bezugslänge, bei der die Amplituden von SIN und COS identisch sind.
Demnach ermöglicht die Vorrichtung, keine Anordnungstoleranzen der empfindlichen Elemente berücksichtigen zu müssen, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn diese empfindlichen Element auf einem Substrat angeordnet sind.
Wenn ferner die Pollänge Lp des Codierers nicht für den Sensor geeignet ist, ändert sich nur die Amplitude der Signale, während die Phase der Signale konstant gehalten wird.
Wenn die Vorrichtung dann ohne elektronisches Interpolationssystem eingesetzt wird, d. h. wenn die Signale eine identische Auflösung mit derjenigen des Magnetcodierers aufweisen, wird die Quadratur der Signale SIN und COS für einen breiten Pollängenbereich Lp aufrecht erhalten.
Im Hinblick auf die Verwendung eines Interpolators, der die Auflösung der Ausgangssignale der Erfassungsvorrichtung erhöht und beispielsweise in dem Patentantrag FR-2 754 063 beschrieben ist, müssen die analogischen Signale die folgenden Bedingungen erfüllen, um die interpolierten digitalen Signale von guter Qualität zu gewährleisten:

– in perfekter Quadratur sein;
– die gleiche Amplitude aufweisen;
– kein magnetisches und elektronisches Offset aufweisen.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung schlägt eine Erfassungsvorrichtung vor, die analogische Signale liefert, die diese drei Bedingungen in einem weiten Pollängenbereich Lp erfüllen.
Die zuvor beschriebene Erfassungsvorrichtung liefert Signale in perfekter Quadratur.
Das Verhältnis der Amplituden zwischen den analogischen Signalen SIN und COS wird von folgender Formel angegeben: R = amp(COS)/amp(SIN) = tg(πLp0/4Lp)
Man sieht, dass wenn die Länge Lp0 größer ist als die Pollänge Lp, die Amplitude des Signals SIN kleiner ist als diejenige des Signals COS.
Wenn Lp0 gleich Lp ist, sind die Amplituden der Signale SIN und COS gleich.
Wenn Lp0 kleiner ist als Lp, ist die Amplitude des Signals SIN größer als diejenige des Signals COS.
Bei einer ersten Ausführungsvariante und wenn Lp0 größer ist als Lp, besteht ein Mittel, um die Anzahl der verwendbaren Pollängen zu erhöhen darin, die Länge des Stegs auf 2M von den 2N benutzten Elementen (wobei M kleiner ist als N) durch Programmierung, beispielsweise des Typs EEPROM oder Zener zapping, zu reduzieren.
Mit EEPROM wird hier ein elektrisch löschbarer, neu programmierbarer Speicher bezeichnet, dessen Zellen jeweils beispielsweise von einem Transistor MNOS oder DIFMOS oder dergleichen gebildet werden, mit Lese- und Schreibtransistoren, wobei die von Transistoren MOS abgeleiteten Transistoren MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) einen Halbleiterspeicher bilden.
Unter Zener zapping versteht man konventionell die Zener-Anpassung, d. h. eine Korrektur des eventuellen Fehlers der von einem Entscanner für ein vorgegebenes binäres Eingangswort gelieferten Spannung, durch selektives Kurzschließen von Zener-Dioden, die in umgekehrter Richtung polarisiert sind und von konstanten Stromquellen mit wachsender Intensität versorgt werden, wobei die so erhaltene Gesamtspannung der Schaltung die an den Klemmen eines Widerstands erforderliche Korrekturspannung erzeugt.
Somit kann man einen Steg mit dreißig 0,1 mm beabstandeten empfindlichen Elementen für Pollängen zwischen 3 und 1 mm mit einem Schritt von 0,2 mm verwenden (theoretisch können zwar Werte von weniger als 1 mm verwendet werden, die jedoch kaum Magnetfelder liefern).
Demzufolge macht die Programmierung des Sensors sie brauchbar, in diesem Fall gegenüber 11 verschiedenen Pollängen.
Bei einer zweiten Ausführungsvariante kann man eins der beiden Signale in Bezug auf das andere elektronisch verstärken, um wieder eine identische Amplitude für die Signale SIN und COS zu erhalten.
Das magnetische und elektrische Offset entspricht einer kontinuierlichen Komponente (wobei angenommen wird, dass das magnetische Offset über alle empfindlichen Elemente gleichförmig ist), die sich den erfassten Signalen hinzufügt.
Da das COS durch Subtraktion der Signale S₁ und S₂ erhalten wird, wird die mit dem magnetischen Offset jeder der beiden Begriffe verbundene kontinuierliche Komponente ausgeschieden.
Das gilt nicht für das SIN, das durch Summierung sämtlicher von den empfindlichen Elementen kommender Signale erhalten wird.
Eine Lösung, sich des magnetischen Offsets bei dem SIN zu entledigen, wie in 3 dargestellt, besteht darin, den Steg in vier Quadranten je P empfindliche Elemente aufzuteilen, wobei der Steg aus 4P empfindlichen Elementen besteht, und eine elektronische Schaltung, beispielsweise auf der Basis von addierenden und umkehrenden Verstärkern, zu benutzen, um folgende Kombinationen vorzunehmen: SIN = S1 – S2 – (S'1 – S'2) COS = S1 + S2 – (S'1 + S'2).
Bei dem in 3 dargestellten Beispiel deckt der aus 4P empfindlichen Elementen bestehende Steg eine komplette magnetische Periode, d. h. dass:
Lp0 = 2Lp mit Lp0 = 2Pd
Aufgrund der Tatsache, dass das Signal SIN von jetzt an durch die Differenz zwischen zwei Differenzen erhalten wird, ist die mit dem magnetischen Offset verbundene kontinuierliche Komponente somit entfernt.
Die im Interpolator verwendeten analogischen Signale weisen demnach kein magnetisches Offset auf. Die elektronische Komponente kann ferner mit anderen, nicht in diesem Antrag beschriebenen Mitteln reduziert werden.
Wenn der Steg aus 4P empfindlichen Elementen besteht, die eine komplette magnetische Periode decken, führt die Aufteilung des Stegs in vier Quadranten, wie in 3 dargestellt, zu den Signalen SIN und COS mit folgenden Ausdrücken:
Die Aufhebung des magnetischen Offsets durch diese Aufteilung in vier Quadranten ist kompatibel mit der Verstärkung des Signals SIN oder COS, um die zulässigen Pollängen zu vergrößern, wenn die Pollänge Lp kleiner ist als die Länge Lp0.
Der Wert des Verstärkungsgrads wird dann durch die folgende Formel angegeben: R = amp(COS)/amp(SIN) = sin(πLp0/4Lp)/2sin(πLp0/8Lp).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, das von einem mehrpoligen Magnetcodierer gelieferte Magnetfeld zu messen und zwei analogische Signale zu liefern, deren Phasenverschiebung stets 90° elektrisch beträgt, und zwar unabhängig von der Pollänge des Sensors.
Die Verarbeitung dieser beiden analogischen Signale durch eine nicht dargestellte ad hoc Schaltung ermöglicht, die Drehrichtung des mehrpoligen Magnetcodierers einschl. bei kleinen Drehzahlen abzuleiten.

Claims

Lager mit einem ringförmigem, magnetische Impulse erzeugenden Mittel und einer Erfassungsvorrichtung (4) dieser Impulse, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung eine Mehrzahl von fluchtenden, analogische Signale liefernden empfindlichen Elementen (5) umfasst, sowie eine elektronische Schaltung (7) zur Verarbeitung der besagten analogischen Signale, um Signale in Quadratur zu erhalten.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fluchtenden empfindlichen Elemente (5) aus der Gruppe gewählt werden, die Hallsonden, Magnetoresistenzen, Riesen-Magnetoresistenzen umfasst.
Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die empfindlichen Elemente (5) in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulse erzeugende Mittel ein ringförmiges Teil aus mit Ferritpartikeln verstärktem Synthetikmaterial ist, das von einer Mehrzahl von angrenzenden Bereichen mit umgekehrter Magnetisierung eines gegebenen Bereichs in Bezug auf die beiden an diesen angrenzenden Bereiche gebildet wird.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (4) eine gerade Anzahl 2N von empfindlichen Elementen umfasst.
Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der 2N empfindlichen Elemente in zwei Untereinheiten (8, 9) von N Elementen unterteilt ist, wobei jedes empfindliche Element (5) der ersten Untereinheit (8) an einen ersten Addierer (10) und jedes empfindliche Element (5) der zweiten Untereinheit (9) an einen zweiten Addierer (11) angeschlossen ist, wobei die beiden von dem ersten und zweiten Addierer (10, 11) kommenden Summen (S₁, S₂) an den Eingang eines dritten Addierers (12) angeschlossen sind, wobei der Ausgang (S₁) des ersten Addierers (10) und, über einen Umschalter (13), der Ausgang (S₂) des zweiten Addierers (11) an den Eingang eines vierten Addierers (14) angeschlossen sind, wobei die vom dritten (12) und vierten (14) Addierer kommenden Signale SIN = S₁ + S₂ und COS = S₁ – S₂ von der Schaltung (7) verarbeitet werden, um die Drehrichtung und/oder die Drehzahl und/oder die Position des Impulse erzeugenden Mittels in Bezug auf die Erfassungsvorrichtung abzuleiten.
Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollänge (Lp) des ringförmigen, magnetische Impulse erzeugenden Mittels, die von der Länge eines Magnetpols gemessen am betrachteten Leserradius definiert wird, etwa dem Produkt der Anzahl (2N) der empfindlichen Elemente (5) durch den Abstand (d) zwischen empfindlichen Elementen (5) entspricht, wobei sich die Signale SIN und COS dann in etwa perfekter Quadratur befinden und etwa die gleiche Amplitude aufweisen.
Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollänge (Lp) des ringförmigen, magnetische Impulse erzeugenden Mittels kleiner ist als das Produkt der Anzahl (2N) von empfindlichen Elementen (5) durch den Abstand (d) zwischen den empfindlichen Elementen.
Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollänge (Lp) des ringförmigen, magnetische Impulse erzeugenden Mittels größer als das Produkt der Anzahl (2N) von empfindlichen Elementen (5) durch den Abstand (d) zwischen den empfindlichen Elementen.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung Programmiermittel umfasst, die dazu vorgesehen sind, dass eine gerade Anzahl (2M) von empfindlichen Elementen, die kleiner ist als die Gesamtanzahl (2N) dieser Elemente (5) verwendet werden kann, um zwei Untereinheiten von (M) Elementen zu bilden, wobei jedes empfindliche Element (5) der ersten Untereinheit an einen ersten Addierer (10) und jedes empfindliche Element der zweiten Untereinheit an einen zweiten Addierer (11) angeschlossen ist, wobei die beiden von dem ersten und zweiten Addierer (10, 11) kommenden Summen an den Eingang eines dritten Addierers (12) angeschlossen sind und, über einen Umschalter (13), der Ausgang des zweiten Addierers (11) an den Eingang eines vierten Addierers (14) angeschlossen ist, wobei die vom dritten (12) und vierten (14) Addierer kommenden Signale von einer Schaltung verarbeitet werden, um die Drehrichtung und/oder die Drehzahl des Impulse erzeugenden Mittels in Bezug auf die Erfassungsvorrichtung abzuleiten, wobei sich die besagten Signale etwa perfekt in Quadratur befinden.
Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmiermittel des Typs EEPROM sind.
Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmiermittel des Typs Zener Zapping sind.
Lager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkerschaltung für die vom dritten und vierten Addierer kommenden Signale eine identische Amplitude wiederherstellen kann.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (4) eine Anzahl von empfindlichen Elementen (5) umfasst, die ein Vielfaches von vier beträgt und in vier Untereinheiten von P Elementen unterteilt ist.
Lager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – jedes empfindliche Element (5) der ersten Untereinheit von P Elementen an einen ersten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S₁ liefert; – jedes empfindliche Element (5) der zweiten Untereinheit von P Elementen an einen zweiten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S₂ liefert; – jedes empfindliche Element (5) der dritten Untereinheit von P Elementen an einen dritten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S'₁ liefert; – jedes empfindliche Element der vierten Untereinheit von P Elementen an einen vierten Addierer angeschlossen ist, der ein Signal S'₂ liefert, und dass die Erfassungseinheit ferner eine Addierer- und Umschalterschaltung umfasst, die zwei Signale SIN und COS mit folgender Wertigkeit liefern kann: SIN = (S1 – S2) – (S'1 – S'2); COS = (S1 + S2) – (S'1 + S'2);wobei diese Signale SIN und COS kein magnetisches Offset aufweisen.
Lager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung einen Interpolator umfasst, der die Auflösung dieser Ausgangssignale erhöht.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die empfindlichen Elemente in einen Schaltungsträger des Typs ASIC integriert sind.
Lager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung in einer personalisierten integrierten Schaltung des Typs ASIC enthalten ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulse erzeugende Mittel in einer vormontierten, eine Dichtung bildenden Einheit integriert ist.
Lager nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es einen festen Ring umfasst, mit dem die Erfassungsvorrichtung verbunden ist.