EP3523608A1 - Verfahren zur absoluten positionsbestimmung, elektromotor und betätigungseinrichtung für eine reibungskupplung - Google Patents

Verfahren zur absoluten positionsbestimmung, elektromotor und betätigungseinrichtung für eine reibungskupplung

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Publication number
EP3523608A1
EP3523608A1 EP17778168.9A EP17778168A EP3523608A1 EP 3523608 A1 EP3523608 A1 EP 3523608A1 EP 17778168 A EP17778168 A EP 17778168A EP 3523608 A1 EP3523608 A1 EP 3523608A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gmr sensor
signal
sensor
electric motor
gmr
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17778168.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Dietrich
Wai-Wai Buchet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3523608A1 publication Critical patent/EP3523608A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24476—Signal processing

Definitions

  • the invention relates to a method for absolute position determination using a magnetic sensor device with a GMR sensor and a transmitter magnet, wherein the GMR sensor and the transmitter magnet are movable relative to each other.
  • the invention relates to an electric motor with a stator and a rotor and a magnetic sensor device with a GMR sensor and a transmitter magnet, wherein the GMR sensor with the stator and the encoder magnet is connected to the rotor.
  • the invention relates to an actuator for a friction clutch.
  • the invention has for its object to improve a method mentioned above.
  • the invention has for its object to improve an electric motor mentioned above.
  • the object of the invention is to improve an actuating device mentioned at the outset.
  • the method can be used for absolute angle determination.
  • the GMR sensor and the encoder magnet may be rotatable relative to each other.
  • the GMR sensor and the encoder magnet can first be rotated relative to one another in a first rotational direction and subsequently in a second rotational direction opposite to the first rotational direction.
  • the GMR sensor can be used for revolution counting.
  • the GMR sensor can also be called a multi-turn sensor.
  • the method can serve for the absolute path determination.
  • the GMR sensor and the transmitter magnet may be movable relative to each other along a path axis.
  • the GMR sensor and the transmitter magnet can first be rotated relative to one another in a first movement direction along the path axis and subsequently in a second movement direction opposite to the first movement direction along the path axis.
  • the path axis can be linear.
  • the GMR sensor is a sensor based on the giant magneto-resistance effect.
  • the GMR sensor can have a spiral.
  • the spiral may have spiral arms.
  • the spiral can be arranged in a diamond shape.
  • the GMR sensor may comprise a GMR layer stack.
  • the GMR sensor may include a reference layer and a sensor layer.
  • a magnetization state of the sensor layer may be changeable.
  • the GMR sensor may include a domain wall generator.
  • the domain wall generator may be disposed at one end of the spiral. In The domain wall generator can generate 180 ° domains.
  • the domains may be injectable and / or erasable in the coil.
  • a magnetization state of the spiral arms can be changeable under the influence of a moving magnetic field.
  • a magnetization state of the spiral arms can be variable by moving a magnetic field and the spiral relative to each other. One number of revolutions can be stored magnetically. A movement can also be detected without electrical power supply. A movement can be stored without electrical power supply. An electrical resistance value of the spiral may depend on a magnetization state.
  • the GMR sensor When the transmitter magnet and the GMR sensor are rotated relative to one another, the GMR sensor can be exposed to a rotating magnetic field.
  • the GMR sensor can have four signal states with respect to one revolution.
  • the GMR sensor may have hysteresis. As a result of hysteresis, signal states of the GMR sensor can not be distinguishable in sections.
  • the GMR sensor and the transmitter magnet can be moved relative to one another by a path / angle predetermined taking into account a movement resolution, in particular an angular resolution, of the GMR sensor.
  • the GMR sensor can have an angular resolution of 90 °.
  • the GMR sensor and the encoder magnet can be rotated relative to each other starting from an initially not assignable rotational position by approximately +/- 45 °.
  • the GMR sensor can be switched in half-bridge circuit. In each case three distinguishable signal levels can be output. In each case, a high level, a middle level and a low level can be output. Signal states of the GMR sensor may be distinguishable by combinations of signal states of different half-bridges.
  • the object underlying the invention is achieved with an electric motor having the features of claim 5.
  • the electric motor can be controlled by means of an electrical control device.
  • the electrical control device may be a controller.
  • the electric Control device may be a local controller.
  • the electrical control device may include a computing device.
  • the electrical control device may include a memory device.
  • the electrical control device may have at least one electrical signal input.
  • the electrical control device may have at least one electrical signal output.
  • the electrical control device may be structurally and / or functionally connected to at least one further electrical control device signal-conducting.
  • the signal-conducting connection can be a bus system, such as a CAN bus.
  • the electric motor may have a housing.
  • the stator can be arranged fixed to the housing.
  • the rotor may be rotatably mounted in the housing.
  • the transmitter magnet may be fixed on the rotor side.
  • the GMR sensor can be mounted on the stator.
  • the encoder magnet and the GMR sensor can limit a measuring gap for non-contact revolution counting and absolute angle determination.
  • the electric motor can serve as an actuator.
  • the electric motor may be for use in a motor vehicle.
  • the electric motor can be used to actuate an automated gearbox, an e-gas, a valve adjuster, a window adjuster, a seat adjuster, a sunroof adjuster, a mirror adjuster and / or a Gutklappenverstellers.
  • the object underlying the invention is achieved with an actuating device having the features of claim 6.
  • the actuating device may be a hydrostatic actuator.
  • the actuating device may have at least one master cylinder, at least one slave cylinder and at least one hydraulic section formed between the at least one master cylinder and the at least one slave cylinder.
  • the at least one electric motor can serve to act on the at least one master cylinder.
  • the at least one slave cylinder may be associated with the friction clutch.
  • the friction clutch may be a single clutch or a dual clutch.
  • the friction clutch can be arranged in a drive train of a motor vehicle to serve.
  • the drive train may include a prime mover.
  • the prime mover may be an internal combustion engine.
  • the drive train may have a friction clutch.
  • the drive train may have a transmission.
  • the transmission can be a manual transmission.
  • the drive train may have at least one drivable vehicle wheel.
  • the friction clutch may be used for disposition between the prime mover and the transmission.
  • the invention thus provides, inter alia, a determination of the rotation by means of GMR multiturn without angle information.
  • the outputs (half-bridge signals) of the magnetoresistive multi-turn sensor have three statuses (high, middle, low). Depending on the position of the magnet, four possible “combinations" can be seen in one revolution, but due to the inherent hysteresis of the sensor, the status can not be unambiguous - if the system allows it, the magnet will be turned slightly, eg +/- 45 °, or a piston with the magnet moved slightly to leave the hysteresis area and thereby know the exact revolution (for example, 1/4 turn).
  • an absolute angle determination is made possible.
  • An additional angle sensor can be omitted.
  • a construction effort is reduced.
  • a measuring accuracy is increased.
  • FIG. 1 shows a diagram with signal profiles of a GMR sensor at half bridges during a rotating magnetic field
  • FIG. 2 shows a detail enlargement of signal profiles of a GMR sensor at half bridges during a rotating magnetic field
  • FIG 3 shows a diagram with a signal course and an associated hysteresis signal pattern of a GMR sensor at half-bridges in a clockwise and counterclockwise rotating magnetic field.
  • Fig. 1 shows a diagram 100 with waveforms, such as 102, 104 of a GMR sensor at half-bridges during a rotating magnetic field.
  • electrical angles are plotted on an xi axis, an x2 axis and an x3 axis and electrical voltages on a y axis.
  • the signals 102, 104 can each assume three different signal levels, high, middle, low.
  • four fundamentally distinguishable signal level combinations 106, 108, 110, 112 of the signals 102, 104 are run through.
  • the signal level combination 106 is signal 102 high / signal 104 high.
  • the signal level combination 108 is signal 102 middle / signal 104 high.
  • the signal level combination 1 10 is signal 102 low / signal 104 high.
  • the signal level combination 1 12 is signal 102 middle / signal 104 middle.
  • FIG. 2 shows a detail enlargement 200 of signal curves 202, 204, such as signal curves 102, 104 according to FIG. 1, of a GMR sensor at half bridges during a rotating magnetic field. It can be seen in detail that hysteresis-conditioned the signal level combination 208 signal 202 middle / signal 204 high is briefly present even at the beginning of the signal level combination 212 signal 202 middle / signal 204 middle. Thus, a rotational position is initially unassignable. To still assign the rotational position, the magnetic field is rotated back by approximately 45 ° until the hysteresis region 214 is left and the rotational position can be assigned.
  • FIG. 3 shows a diagram 300 with a signal course 302 and an associated hysteresis-type signal pattern of a GMR sensor at half-bridges in the case of a clockwise and counterclockwise rotating magnetic field.
  • an angle of rotation of 1.5 times, corresponding to 540 °, is plotted on x-axes xi, x2 and x3 and electrical voltages are plotted on a y-axis.
  • the sinusoidal waveform 302, which results from the signal pattern of the GMR sensor, is shown on the xi-axis.
  • On the X2 axis is a signal pattern of a first half bridge applied.
  • the signal level of the first half-bridge may have a low level 304, a middle level 306 and a high level 308.
  • a signal pattern of a second half-bridge is plotted on the X3 axis.
  • the signal level of the second half-bridge may have a low level 310, a middle level 312 and a high level 314.
  • the signal pattern of the GMR sensor results in first signal levels, such as 316.
  • the signal pattern of the GMR sensor results in second signal levels, such as 318.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung mithilfe einer Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR-Sensor und der Gebermagnet relativ zueinander bewegbar sind, wobei der GMR-Sensor und der Gebermagnet zunächst in einer ersten Bewegungsrichtung und nachfolgend in einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung relativ zueinander bewegt werden, um eine hysteresebedingt zunächst nicht zuordenbare Position zuzuordnen, Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor und einer Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR- Sensor mit dem Stator und der Gebermagnet mit dem Rotor verbunden ist, wobei eine absolute Winkelposition des Rotors mit einem derartigen Verfahren bestimmbar ist, und Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung, wobei die Betätigungseinrichtung wenigstens einen derartigen Elektromotor aufweist.

Description

Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung, Elektromotor und
Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung mithilfe einer Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR-Sensor und der Gebermagnet relativ zueinander bewegbar sind. Außerdem betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor und einer Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR-Sensor mit dem Stator und der Gebermagnet mit dem Rotor verbunden ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung.
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 21 1 802.1 ist ein Verfahren bekannt zur Ermittlung einer Umdrehungszahl eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mit einem Magnetelement mittels zumindest eines gemäß dem GMR-Prinzip arbeitenden Multiturnsensors mit einem spiralförmig entlang der oder um die Drehachse angeordneten elektrischen Leiter mit bezogen auf eine Umdrehung des Magnetelements vier Signalzuständen, wobei zur Erfassung der Umdrehungszahl der Widerstand des Leiters über den Verdrehwinkel erfasst und anhand der Signalzustän- de jeweils eine Umdrehung ermittelt wird, wobei über den Verdrehwinkel zwei Signalzustände ununterscheidbar und zwischen den ununterscheidbaren Zuständen jeweils ein unterscheidbarer Schaltzustand erfasst werden, wobei aus zwei gegeneinander um die Drehachse um einen Verdrehwinkel ungleich Null verdrehten Multiturnsenso- ren eine Zuordnung einer Winkelposition des drehenden Bauteils eines ununter- scheidbaren Signalzustands des einen Multiturnsensors durch Erfassung eines unterscheidbaren Signalzustands des anderen Multiturnsensors bestimmt wird.
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 212 173.1 ist ein Verfahren bekannt zur Ermittlung einer Umdrehungszahl und einer Winkelposition ei- nes um eine Drehachse drehenden Bauteils mit einem Magnetelement mittels zumindest eines gemäß dem GMR-Prinzip arbeitenden Multiturnsensors mit einem spiralförmig entlang der oder um die Drehachse angeordneten elektrischen Leiter mit bezogen auf eine Umdrehung des Magnetelements zwei unterscheidbaren Halbbrückensignalen, wobei zur Erfassung der Umdrehungszahl der Widerstand des Leiters über den Verdrehwinkel erfasst und anhand der Halbbrückensignale jeweils eine Umdrehung ermittelt wird, wobei mittels eines gemäß dem AMR-Prinzip arbeitenden Magnetsensors die Winkelposition des Bauteils in jeweils zwei Halbkreisen ermittelt wird und mittels des Multiturnsensors ermittelt wird, in welchem der Halbkreise die Ermitt- lung der Winkelposition erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Elektromotor zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu- gründe, eine eingangs genannte Betätigungseinrichtung zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das Verfahren kann zur absoluten Winkelbestimmung dienen. Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können relativ zueinander drehbar sein. Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können zunächst in einer ersten Drehrichtung und nachfolgend in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung relativ zueinander gedreht werden. Der GMR-Sensor kann zur Umdrehungszählung dienen. Der GMR- Sensor kann auch als Multiturnsensor bezeichnet werden.
Das Verfahren kann zur absoluten Wegbestimmung dienen. Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können relativ zueinander entlang einer Wegachse bewegbar sein. Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können zunächst in einer ersten Bewegungsrichtung entlang der Wegachse und nachfolgend in einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung entlang der Wegachse relativ zueinander gedreht werden. Die Wegachse kann linear sein.
Der GMR-Sensor ist ein Sensor, der auf dem Giant-Magneto-Resistance-Effekt basiert. Der GMR-Sensor kann eine Spirale aufweisen. Die Spirale kann Spiralarme aufweisen. Die Spirale kann rautenförmig angeordnet sein. Der GMR-Sensor kann einen GMR-Schichtstapel aufweisen. Der GMR-Sensor kann eine Referenzschicht und eine Sensorschicht aufweisen. Ein Magnetisierungszustand der Sensorschicht kann veränderbar sein. Der GMR-Sensor kann einen Domänenwandgenerator aufweisen. Der Domänenwandgenerator kann an einem Ende der Spirale angeordnet sein. In dem Domänenwandgenerator können 180°-Domänen erzeugbar sein. Die Domänen können in die Spirale injizierbar und/oder wieder löschbar sein. Ein Magnetisierungszustand der Spiralarme kann unter Einfluss eines bewegten Magnetfelds veränderbar sein. Ein Magnetisierungszustand der Spiralarme kann veränderbar sein durch Bewe- gen eines Magnetfelds und der Spirale relativ zueinander. Eine Umdrehungsanzahl kann magnetisch speicherbar sein. Eine Bewegung kann auch ohne elektrische Spannungsversorgung erfassbar sein. Eine Bewegung kann auch ohne elektrische Spannungsversorgung speicherbar sein. Ein elektrischer Widerstandswert der Spirale kann von einem Magnetisierungszustand abhängig sein.
Bei einem Drehen des Gebermagnets und des GMR-Sensors relativ zueinander kann der GMR-Sensor mit einem drehenden Magnetfeld beaufschlagt sein. Der GMR- Sensor kann bezogen auf eine Umdrehung vier Signalzustände haben. Der GMR- Sensor kann eine Hysterese aufweisen. Hysteresebedingt können Signalzustände des GMR-Sensors abschnittsweise nicht unterscheidbar sein.
Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können um einen unter Berücksichtigung einer Bewegungsauflösung, insbesondere einer Winkelauflösung, des GMR-Sensors vorbestimmten Weg/Winkel relativ zueinander bewegt werden. Der GMR-Sensor kann eine Winkelauflösung von 90° aufweisen. Der GMR-Sensor und der Gebermagnet können ausgehend von einer zunächst nicht zuordenbaren Drehposition um ca. +/- 45° relativ zueinander gedreht werden.
Der GMR-Sensor kann in Halbbrückenschaltung geschaltet sein. Es können jeweils drei unterscheidbare Signalpegel ausgebbar sein. Es können jeweils ein High-Pegel, ein Middle-Pegel und ein Low-Pegel ausgebbar sein. Signalzustände des GMR- Sensors können durch Kombinationen von Signalzuständen unterschiedlicher Halbbrücken unterscheidbar sein. Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Der Elektromotor kann mithilfe einer elektrischen Kontrollvorrichtung kontrollierbar sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann ein Steuergerät sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann ein lokales Steuergerät sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann eine Rechenvorrichtung aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann eine Speichervorrichtung aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann wenigstens einen elektrischen Signaleingang aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann wenigstens einen elektrischen Signalausgang aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann baulich und/oder funktional mit wenigstens einer weiteren elektrischen Kontrollvorrichtung signalleitend verbunden sein. Zur signalleitenden Verbindung kann ein Bussystem, wie CAN-Bus, dienen. Der Elektromotor kann ein Gehäuse aufweisen. Der Stator kann gehäusefest angeordnet sein. Der Rotor kann in dem Gehäuse drehbar gelagert sein. Der Gebermagnet kann rotorseitig befestigt sein. Der GMR-Sensor kann statorseitig befestigt sein. Der Gebermagnet und der GMR-Sensor können einen Messspalt zur berührungslosen Umdrehungszählung und Absolutwinkelbestimmung begrenzen.
Der Elektromotor kann als Stellantrieb dienen. Der Elektromotor kann zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug dienen. Der Elektromotor kann zum Betätigen eines automatisierten Schaltgetriebes, eines E-Gas, eines Ventilverstellers, eines Fensterverstellers, eines Sitzverstellers, eines Schiebedachverstellers, eines Spiegelverstellers und/oder eines Luftklappenverstellers dienen.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einer Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Die Betätigungseinrichtung kann eine hydrostatische Betätigungseinrichtung sein. Die Betätigungseinrichtung kann wenigstens einen Geberzylinder, wenigstens einen Nehmerzylinder und wenigstens eine zwischen dem wenigstens einen Geberzylinder und dem wenigstens einen Nehmerzylinder gebildete hydraulische Strecke aufweisen. Der wenigstens eine Elektromotor kann zum Beaufschlagen des wenigstens einen Geberzylinders dienen. Der wenigstens eine Nehmerzylinder kann der Reibungskupplung zugeordnet sein.
Die Reibungskupplung kann eine Einfachkupplung oder eine Doppelkupplung sein. Die Reibungskupplung kann zur Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahr- zeugs dienen. Der Antriebsstrang kann eine Antriebsmaschine aufweisen. Die Antriebsmaschine kann eine Brennkraftmaschine sein. Der Antriebsstrang kann eine Reibungskupplung aufweisen. Der Antriebsstrang kann ein Getriebe aufweisen. Das Getriebe kann ein Schaltgetriebe sein. Der Antriebsstrang kann wenigstens ein an- treibbares Fahrzeugrad aufweisen. Die Reibungskupplung kann zur Anordnung zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebe dienen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Ermittlung der Umdrehung mittels GMR-Multiturn ohne Winkelinformation. Die Ausgänge (Halbbrückensignale) des magnetoresistiven Multi- turnsensors haben drei Status (high, middle, low). Je nach Position des Magnetes, sind vier mögliche„Kombinationen" in einer Umdrehung erkennbar, aber durch die inhärente Hysterese des Sensors, kann der Status nicht eindeutig sein. Wenn das System es erlaubt, wird der Magnet ein bisschen gedreht, z.B. +/-45°, oder ein Kolben mit dem Magnet etwas bewegt, um den Hysteresebereich zu verlassen und dadurch die exakte Umdrehung (beispielsweise 1/4 Umdrehung) zu kennen.
Mit der Erfindung wird zusätzlich zu einer Umdrehungszählung eine Absolutwinkelbestimmung ermöglicht. Ein zusätzlicher Winkelsensor kann entfallen. Ein Bauaufwand wird reduziert. Eine Messgenauigkeit wird erhöht.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merk- male der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft: Fig. 1 ein Diagramm mit Signalverläufen eines GMR-Sensors an Halbbrücken während eines drehenden Magnetfelds,
Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung von Signalverläufen eines GMR-Sensors an Halbbrücken während eines drehenden Magnetfelds, und Fig. 3 ein Diagramm mit einem Signalverlauf und einem zugehörigen hysteresebehafteten Signalmuster eines GMR-Sensors an Halbbrücken bei einem im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn drehenden Magnetfeld.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm 100 mit Signalverläufen, wie 102, 104 eines GMR-Sensors an Halbbrücken während eines drehenden Magnetfelds. In dem Diagramm sind auf einer xi-Achse, einer X2-Achse und einer X3-Achse Drehwinkel und auf einer y-Achse elektrische Spannungen aufgetragen. Die Signale 102, 104 können jeweils drei unter- schiedliche Signalpegel, high, middle, low, annehmen. Während einer Umdrehung, entsprechend 360°, werden vier grundsätzlich unterscheidbare Signalpegelkombinationen 106, 108, 1 10, 1 12 der Signale 102, 104 durchlaufen. Die Signalpegelkombination 106 ist Signal 102 high/Signal 104 high. Die Signalpegelkombination 108 ist Signal 102 middle/Signal 104 high. Die Signalpegelkombination 1 10 ist Signal 102 low/Signal 104 high. Die Signalpegelkombination 1 12 ist Signal 102 middle/Signal 104 middle.
Fig. 2 zeigt eine Ausschnittvergrößerung 200 von Signalverläufen 202, 204, wie Signalverläufe 102, 104 gemäß Fig. 1 , eines GMR-Sensors an Halbbrücken während ei- nes drehenden Magnetfelds. Im Detail zeigt sich, dass hysteresebedingt die Signalpegelkombination 208 Signal 202 middle/Signal 204 high kurzzeitig auch zu Beginn der Signalpegelkombination 212 Signal 202 middle/Signal 204 middle vorliegt. Damit ist eine Drehposition zunächst nicht zuordenbar. Um die Drehposition dennoch zuzuordnen wird das Magnetfeld um ca. 45° zurück gedreht, bis der Hysteresebereich 214 verlassen wird und die Drehposition zugeordnet werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm 300 mit einem Signalverlauf 302 und einem zugehörigen hysteresebehafteten Signalmuster eines GMR-Sensors an Halbbrücken bei einem im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn drehenden Magnetfeld.
In dem Diagramm sind auf x-Achsen xi , X2 und X3 ein Drehwinkel über 1 ,5 Umdrehungen, entsprechend 540°, und auf einer y-Achse elektrische Spannungen aufgetragen. An der xi-Achse ist der sinusförmige Signalverlauf 302 dargestellt, der sich aus dem Signalmuster des GMR-Sensors ergibt. An der X2-Achse ist ein Signalmuster einer ersten Halbbrücke aufgetragen. Der Signalpegel der ersten Halbbrücke kann einen Low-Pegel 304, einen Middle-Pegel 306 und einen High-Pegel 308 aufweisen. An der X3-Achse ist ein Signalmuster einer zweiten Halbbrücke aufgetragen. Der Signalpegel der zweiten Halbbrücke kann einen Low-Pegel 310, einen Middle-Pegel 312 und ei- nen High-Pegel 314 aufweisen.
Bei einem im Uhrzeigersinn drehenden Magnetfeld ergibt sich das Signalmuster des GMR-Sensors mit ersten Signalpegeln, wie 316. Bei einem im Gegenuhrzeigersinn drehenden Magnetfeld ergibt sich das Signalmuster des GMR-Sensors mit zweiten Signalpegeln, wie 318. Bei einem Wechsel der Drehrichtung ergeben sich Hysteresebereiche, wie 320.
Bezugszeichenliste
100 Diagramm
102 Signal, Signalverlauf
104 Signal, Signalverlauf
106 Signalpegelkombination
108 Signalpegelkombination
1 10 Signalpegelkombination
1 12 Signalpegelkombination
200 Ausschnittvergrößerung
202 Signal, Signalverlauf
204 Signal, Signalverlauf
208 Signalpegelkombination
212 Signalpegelkombination
2 4 Hysteresebereich
300 Diagramm
302 Signalverlauf
304 Low-Pegel
306 Middle-Pegel
308 High-Pegel
310 Low-Pegel
312 Middle-Pegel
314 High-Pegel
316 erster Signalpegel
318 zweiter Signalpegel
320 Hysteresebereich

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung mithilfe einer
Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR-Sensor und der Gebermagnet relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der GMR-Sensor und der Gebermagnet zunächst in einer ersten Bewegungsrichtung und nachfolgend in einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung relativ zueinander bewegt werden, um eine hysteresebedingt zunächst nicht zuordenbare Position zuzuordnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der GMR-Sensor und der Gebermagnet um einen unter Berücksichtigung einer
Bewegungsauflösung des GMR-Sensors vorbestimmten Weg/Winkel relativ zueinander bewegt werden.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der GMR-Sensor eine Winkelauflösung von 90° aufweist und der GMR-Sensor und der Gebermagnet ausgehend von einer zunächst nicht zuordenbaren Winkelposition um ca. +/- 45° relativ zueinander gedreht werden.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der GMR-Sensor in Halbbrückenschaltung geschaltet ist und jeweils drei unterscheidbare Signalpegel (304, 306, 308, 310, 312, 314) ausgebbar sind.
5. Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor und einer
Magnetsensorvorrichtung mit einem GMR-Sensor und einem Gebermagnet, wobei der GMR-Sensor mit dem Stator und der Gebermagnet mit dem Rotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine absolute Winkelposition des Rotors mit einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 bestimmbar ist.
Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung wenigstens einen Elektromotor nach Anspruch 5 aufweist.
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