EP3887764A1 - Drehwinkelsensor mit zwei sensorsignalen und betriebsverfahren - Google Patents

Drehwinkelsensor mit zwei sensorsignalen und betriebsverfahren

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Publication number
EP3887764A1
EP3887764A1 EP19816226.5A EP19816226A EP3887764A1 EP 3887764 A1 EP3887764 A1 EP 3887764A1 EP 19816226 A EP19816226 A EP 19816226A EP 3887764 A1 EP3887764 A1 EP 3887764A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotation
angle
axis
sensor
axial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19816226.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Kwandt
Jürgen GRIES
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Signata GmbH
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3887764A1 publication Critical patent/EP3887764A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • 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
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    • 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
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    • 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
    • G01D5/24428—Error prevention
    • G01D5/24433—Error prevention by mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for determining an angle of rotation of a magnet about an axis of rotation relative to a base support and a method for determining the angle of rotation of the magnet about the axis of rotation relative to Grundträ ger in the sensor arrangement.
  • FIG. 4 shows such a sensor arrangement 100 known from practice.
  • a sensor 102 is arranged in a stationary manner on a base support 104.
  • a magnet 106 is rotatably mounted about an axis of rotation 108 relative to the base support 104 (indicated by a double arrow) and generates a magnetic measuring field 110 (only indicated symbolically).
  • the magnet 106 assumes an (actual) angle of rotation WT about the axis of rotation 108.
  • the sensor 102 detects the measuring field 110 and the sensor arrangement 100 uses an arctangent function with the aid of an evaluation unit 112 to determine the current (determined) angle of rotation WE of the sensor.
  • FIG. 5 plotted against the actual angle of rotation WT, shows the angle of rotation WE determined on the basis of the arc tangent function. Ideally, the determined angle of rotation WE should be equal to the actual angle of rotation WT. In practice, however, the determined angle of rotation WE is prone to errors.
  • the object of the invention is to provide improvements in relation to a rotation angle detection.
  • the sensor arrangement is used to determine a (determined) angle of rotation of a magnet about an axis of rotation.
  • the angle of rotation is that of the magnet about the axis of rotation relative to a base support.
  • the sensor arrangement contains the basic carrier and the magnet.
  • the magnet is relative to the base support around the axis of rotation rotatable.
  • the magnet is in particular diametrically magnetized with respect to the axis of rotation.
  • the magnet is used to generate a magnetic measuring field or the magnet generates the measuring field at least when the sensor arrangement is in operation.
  • the magnet is in particular a permanent magnet.
  • the sensor arrangement contains a sensor.
  • the sensor is in particular a Hall sensor.
  • the sensor is arranged stationary relative to the base carrier.
  • the sensor is used to detect a first tangential component and a first axial component of the measuring field.
  • the corresponding tangential direction and axial direction are to be understood with respect to the axis of rotation.
  • the first sensor is arranged at a first circumferential position with respect to the axis of rotation and has a first radial distance from the axis of rotation.
  • the sensor arrangement contains at least one second sensor for detecting a second tangential component and a second axial component of the measuring field, the components being understood as above with respect to the axis of rotation.
  • the second sensor is arranged at a second circumferential position with respect to the axis of rotation and at a second radial distance from the axis of rotation.
  • the second circumferential position is in particular different from the first circumferential position.
  • the sensor arrangement contains an evaluation unit. This is used to determine the angle of rotation from the above-mentioned components of the measuring field detected by the sensors at the location of the sensors. The following are used: at least one of the detected tangential components and at least one of the detected axial components. In addition, at least one further of the detected tangential components or at least one of the detected axial components is used.
  • the evaluation unit determines the at least three components mentioned using an arc tangent function (atan function). So at least the three components mentioned are used for the calculation. In particular, all components detected by the sensors are used.
  • the invention is based on the following observation: If the sensor is positioned outside the axis of rotation (axis of rotation) of the magnet in a known angle of rotation sensor system (sensor arrangement), as was initially mentioned with reference to FIG. 4, the result is above the (actual) Angle of rotation a non-linear course of the sensor signal, as shown in Figure 5.
  • the form of the signal non-linearity is strongly dependent on the air gap between the magnet and the sensor and on the distance of the sensor from the magnet's axis of rotation.
  • the invention is further based on the knowledge that this nonlinearity could be linearized in the above-mentioned conventional procedure by teaching the magnetic sensor system (sensor arrangement) in a production process. This could be achieved, for example, by using the individual field components (axial / radial / tangential components detected by the sensor, here for example Bx and By) with factors (kx, ky) according to the formula for the Atan calculation
  • the invention is based on the idea of compensating for the geometrically induced non-linearity in an alternative way.
  • At least two sensors are used, which are optionally or ideally offset from one another by 60 to 120 degrees, in particular by 80 to 100 degrees, in particular by 90 °, in a circle around the axis of rotation below or above (i.e. in the axial direction with respect to the axis of rotation) ) of the magnet are arranged.
  • a different angle ratio or a different placement of the sensors on different radii can be selected.
  • the arrangement chosen is depending on the shape and magnetization of the magnet used and the selected number of sensors.
  • the arrangement of the sensors can optionally be selected so that the measured non-linear angle signals (raw angle, see below) have an almost axisymmetric course in the working area compared to the ideal, linear sensor angle straight line (ideal error-free determined rotation angle above the actual rotation angle) point.
  • the present arrangement is therefore particularly suitable for magnetic sensor systems in which the sensor is located far outside the axis of rotation of the transmitter magnet. This is particularly the case with ring magnets when the inner area of the magnet for cable bushings or similar is used and the sensor can only be placed below the outer area of the magnet on the circuit board (basic carrier).
  • This method provides a robust, inherently stable measurement signal (determined angle of rotation) with few errors over the (actual) angle of rotation and air gap, which does not require learning or compensation processes during ongoing measurement operation. Therefore, this arrangement is very advantageous for a rotation angle detection with push or pull function (displacement of the magnet between different axial positions relative to the base support or to the sensors), which must detect the angle of rotation of a control element at different distances (air gaps) with minimal error .
  • the interference of an external interference field is significantly reduced by averaging the measurement signal, since the interference field gradient between the adjacent sensors is generally low due to the greater distance between the interference field sources and the sensors.
  • This arrangement can be used for permanent magnets of any shape, but is particularly effective for rotationally symmetrical geometries such as for ring magnets and circular magnets.
  • the procedure can be used for conventional hall-based 2D angle sensors or 3D sensors.
  • At least one of the sensors is offset by an axial distance from the central plane of the magnet lying transverse to the axis of rotation in the axial direction of the axis of rotation.
  • at least two or all sensors are located in a common parallel plane to the central plane with respect to the axis of rotation.
  • the inven tion is particularly suitable.
  • At least two, in particular all of the sensors in particular have the same axial distance and / or the same radial distance from the axis of rotation. This results in symmetrical or regular arrangements for which the invention can be used particularly effectively.
  • two of the circumferential positions are offset at right angles to one another. For these two circumferential positions, this results in the respective angle, e.g. 90 °, phase-shifted sensor signals, which leads to a particularly simple error compensation by averaging between the two sensors.
  • the magnet is rotationally symmetrical to the axis of rotation. This results in particularly similar, only phased signals in the sensors.
  • the magnet is a ring magnet arranged concentrically to the axis of rotation. This has a central opening that can serve as a special cable entry. So the sensor arrangement can be used particularly cheaply in radially sparing applications.
  • an axial position of the magnet along the axis of rotation with respect to the base support is variable.
  • the change in a corresponding axial position can also be detected by the sensors.
  • the sensor arrangement is thus suitable for the detection of axial movements, in particular the above-mentioned push or pull function.
  • the axial positions of the sensors relative to the magnet change evenly.
  • the evaluation unit contains a raw angle module, which is set up to form a raw angle for the respective sensor from a respective axial component and tangential component of the same sensor using an arc tangent function, which can then be processed into the angle of rotation.
  • the two component signals of a respective sensor are already preprocessed separately for a raw angle, which enables the subsequent further processing of the raw angle in the evaluation unit. Otherwise, reference is made to the explanations above for corresponding raw angles.
  • the evaluation unit contains a mean value module, which is set up to form a mean value from at least two of the axial components and / or tangential components and / or - if present - to form determined raw angles, which can then be processed to the angle of rotation.
  • a mean value module which is set up to form a mean value from at least two of the axial components and / or tangential components and / or - if present - to form determined raw angles, which can then be processed to the angle of rotation.
  • the nonlinearities in the raw angles can be compensated for in a particularly simple manner by appropriate averaging, the nonlinearities being caused by the axial distance of the sensors from the axis of rotation.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to patent claim 10 for determining the angle of rotation of the magnet about the axis of rotation relative to the base support in the sensor arrangement according to the invention.
  • the method at least one of the tangential components and at least one of the axial components and at least one further of the tangential components or of the axial components are detected with the sensors, as explained analogously above.
  • the angle of rotation is determined from at least the detected components (depending on the determination: axial / tangential) using an arc tangent function. This can be done in the evaluation unit of the sensor arrangement. Alternatively, however, a reduced sensor arrangement without an evaluation unit can also be used in the method. The corresponding evaluation then takes place in an alternative evaluation unit, which can also be located outside the sensor arrangement.
  • a raw angle for the respective sensor is formed from a respective axial component and tangential component of the same sensor using an arc tangent function.
  • the raw angle is then processed into the angle of rotation, preferably in the evaluation unit.
  • the raw angle is formed using an unweighted arctangent function.
  • an unweighted arctangent function As explained in detail above, there is no need to intervene in the calculation of the actual arctangent function, i.e. the expansion by the factors (kx, ky) explained above can be omitted.
  • At least one mean value is formed from at least two of the axial components and / or tangential components.
  • the mean value is formed from raw angles, if any, determined. The mean value is then - preferably in the evaluation unit - processed to the angle of rotation. The corresponding procedure has already been explained analogously above.
  • individual raw angles are formed for at least two of the sensors, the positions (axial and / or radial and / or circumferential position) of the sensors being selected such that the individual raw angles are opposite an ideal straight line (determined angle of rotation via actual rotation angle) have an axially symmetrical course.
  • the angle of rotation is then determined on the basis of averaging the two raw angles.
  • an angular offset of 90 ° of the sensors with respect to the axis of rotation in the circumferential direction can be selected, so that the above-described favorable relationship between the raw angles (symmetry with respect to an ideal straight line).
  • the course of the determined rotation angle over the actual rotation angle is optimized on the basis of an FEM analysis of the measuring field at least at the location of at least one sensor.
  • the optimization is carried out in particular in such a way that, based on a rasterized FEM analysis, predeterminable axial distances and radial distances and angular offsets are selected which provide a comparatively optimal linearity of the course.
  • the parameters are varied in such a way or until a combination is found in the context of the corresponding variati on (that is, within the scope of the possibilities of placement, in particular a limited selection), in which the deviation between the determined angle of rotation and actual rotation angle (in particular within all tested placements) is minimized.
  • the corresponding sizes are checked in a radial-axial plane of the axis of rotation in a grid-like manner with a suitable grid spacing and a suitable number of grid points, and the optimal grid point (radialab
  • the person skilled in the art has a large number of selection options both for a corresponding optimization process and for a corresponding measure of the deviation between the determined and actual rotation angle. The person skilled in the art is able to make a suitable selection for a specific sensor arrangement.
  • “Specifiable” here means in particular a technically practical, as small as possible, but sufficient number of grid points to be examined, which, however, are sufficiently dense or in technically sensible gradations. are placed in a correspondingly sensible radial-axial circumference area.
  • Figure 1 shows a sensor arrangement according to the invention in plan view
  • FIG. 2 in side view
  • FIG 3 shows the raw angle of both sensors from FIGS. 1 and 2 as well as the actual and the determined angle of rotation, plotted over the actual angle of rotation
  • Figure 4 shows a sensor arrangement according to the prior art
  • FIG. 5 shows the raw angle of the sensor from FIG. 4, plotted against the actual one
  • Figure 1 top view in the direction of arrow I in Fig. 2) and Figure 2 (section in the direction of arrows II-II in Fig. 1) show a sensor arrangement 8 according to the invention.
  • This serves to determine a (determined) angle of rotation WE of a magnet 6 about an axis of rotation 12 relative to a base support 14.
  • the determined angle of rotation WE should ideally correspond to the actual angle of rotation WT of the magnet 6 about the axis of rotation 12.
  • Base carrier 14 and magnet 6 are part of the sensor arrangement 8.
  • the magnet 6 is thus rotatable about the axis of rotation 12 (indicated by a double arrow) and here magnetized diametrically with respect to the axis of rotation 12.
  • the magnet 6 thus generates a magnetic measuring field 16, which is only indicated symbolically here by field lines.
  • a first sensor 18a of the sensor arrangement 8 is arranged in a fixed position relative to the base carrier 14. This serves to detect a first tangential component KTa and a first axial component KAa of the measuring field 16.
  • "Axial”, “Tangential” etc. is to be understood here with respect to the axis of rotation 12.
  • the first sensor 18a is arranged at a first circumferential position UPa with respect to the axis of rotation 12 and with a first radial distance ARa from the axis of rotation 12.
  • the sensor arrangement 8 also contains a second sensor 18b for detecting a second tangential component KTb and a second axial component KAb of the measuring field 16.
  • the second sensor 18b is at a second circumferential position UPb with respect to the axis of rotation 12 and with a second radial distance RAb to the axis of rotation 12 arranged.
  • the sensor arrangement 8 also contains an evaluation unit 28 for determining the angle of rotation WE.
  • the evaluation unit 28 uses both tangential components KTa, b and axial components KAa, b of the first sensor 18a and second sensor 18b for this purpose, as will be explained further below.
  • Both sensors 18a, b are offset from a central plane 24 of the magnet 6 lying transversely to the axis of rotation 12 in the axial direction of the axis of rotation 12 by a first and second axial distance AAa, b, which is the same here.
  • both sensors 18a, b have the same radial distance ARa, b with respect to the axis of rotation 12.
  • the two circumferential positions UPa, b also include a right angle with respect to the axis of rotation 12 here.
  • the magnet 6 is also designed to be rotationally symmetrical to the axis of rotation 12, here as a ring magnet arranged concentrically to the axis of rotation 12. Therefore, this has a central opening 10, which serves as a bushing for cables, not shown, when installing the sensor in an application, not shown, for example a gearshift lever of an automobile.
  • the axial position PA of the magnet 6 on the axis of rotation 12 is variable, ie the magnet 6 can be moved in the direction of the double arrow shown.
  • the axial distances AAa, b change evenly with such a movement.
  • the evaluation unit 28 contains a raw angle module 32. This serves to form a raw angle WRa, b for the respective sensor 18a, b from a respective axial component KAa, b and tangential component KTa, b of the same sensor 18a, b, using an arc tangent function. which is then processed to the angle of rotation WE.
  • the evaluation unit 28 also contains an average value module 30. This is used here to form an average value M from the two determined raw angles WRa, b, which is then processed to the angle of rotation WE, or represents the determined angle of rotation WE here.
  • Figure 3 illustrates how the two raw angles WRa, b by a pure arc gens function, i.e. without the above.
  • the deviations of the curves 26 from the actual angle of rotation WT are shown greatly enlarged in the example. In practice, these range from single digits, usually below 1 °.
  • the deviations or distortions from the actual angle of rotation WT are in principle positive and negative sinusoidal.

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Abstract

Eine Sensoranordnung (8) zur Ermittlung eines Drehwinkels (WE) eines diametral magnetisierten Magneten (6) um eine Drehachse (12) relativ zu einem Grundträger (14), enthält zwei Sensoren (18a,b) an unterschiedlichen Umfangspositionen (UP- aa,b) mit Radialabstand (Ara,b) zur Drehachse (12) zur Erfassung von Tangential- (KTa,b) und Axialkomponenten (KAa,b) des Messfeldes (16) des Magneten (6), und eine Auswerteeinheit (28) zur Ermittlung des Drehwinkels (WE) aus den Komponenten anhand einer Arcustangens-Funktion. Bei einem Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels (WE) werden mit den Sensoren (18a,b) die Komponenten erfasst und aus diesen anhand einer Arcustangens-Funktion der Drehwinkel (WE) ermittelt.

Description

Drehwinkelsensor mit zwei Sensorsiqnalen und Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines Drehwinkels eines Magneten um eine Drehachse relativ zu einem Grundträger sowie ein Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels des Magneten um die Drehachse relativ zum Grundträ ger in der Sensoranordnung.
Figur 4 zeigt eine derartige, aus der Praxis bekannte Sensoranordnung 100. Ein Sensor 102 ist auf einem Grundträger 104 ortsfest angeordnet. Ein Magnet 106 ist um eine Drehachse 108 relativ zum Grundträger 104 drehbar gelagert (angedeutet durch einen Doppelpfeil) und erzeugt ein magnetisches Messfeld 110 (nur symbo lisch angedeutet). Der Magnet 106 nimmt dabei einen (tatsächlichen) Drehwinkel WT um die Drehachse 108 ein. Der Sensor 102 erfasst das Messfeld 110 und die Senso ranordnung 100 ermittelt anhand einer Arcustangens-Funktion mit Hilfe einer Aus werteeinheit 112 den aktuellen (ermittelten) Drehwinkel WE des Sensors.
Figur 5 zeigt über dem tatsächlichen Drehwinkel WT aufgetragen den anhand der Arcustangens-Funktion ermittelten Drehwinkel WE. Idealerweise sollte der ermittelte Drehwinkel WE gleich dem tatsächlichen Drehwinkel WT sein. In der Praxis ist der ermittelte Drehwinkel WE jedoch fehlerbehaftet.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf eine Drehwinkelerfas- sung anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung gemäß Patentanspruch 1. Be vorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfin dungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Be schreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Sensoranordnung dient zur Ermittlung eines (ermittelten) Drehwinkels eines Magneten um eine Drehachse. Der Drehwinkel ist derjenige des Magneten um die Drehachse relativ zu einem Grundträger. Die Sensoranordnung enthält den Grund träger und den Magneten. Der Magnet ist relativ zum Grundträger um die Drehachse drehbar. Der Magnet ist insbesondere bezüglich der Drehachse diametral magneti siert. Der Magnet dient zur Erzeugung eines magnetischen Messfeldes bzw. erzeugt der Magnet zumindest im Betrieb der Sensoranordnung das Messfeld. Der Magnet ist insbesondere ein Dauermagnet.
Die Sensoranordnung enthält einen Sensor. Der Sensor ist insbesondere ein Hall- Sensor. Der Sensor ist relativ zum Grundträger ortsfest angeordnet. Der Sensor dient zur Erfassung einer ersten Tangentialkomponente und einer ersten Axialkomponente des Messfeldes. Die entsprechende Tangentialrichtung und Axialrichtung sind be züglich der Drehachse zu verstehen. Der erste Sensor ist an einer ersten Umfangs position bezüglich der Drehachse angeordnet und weist dabei einen ersten Radial abstand zur Drehachse auf.
Die Sensoranordnung enthält mindestens ein zweiter Sensor zur Erfassung einer zweiten Tangentialkomponente und einer zweiten Axialkomponente des Messfeldes, wobei die Komponenten wie oben bezüglich der Drehachse zu verstehen sind. Der zweite Sensor ist an einer zweiten Umfangsposition bezüglich der Drehachse und mit einem zweiten Radialabstand zur Drehachse angeordnet. Die zweite Umfangspositi on ist insbesondere von der ersten Umfangsposition verschieden. Hierdurch können gezielt in Bezug auf die Magnetdrehung nach Art einer Phasenverschiebung versetz te bzw. verschobene Messsignale in den Sensoren erzeugt werden. Diese Verschie bung kann später zur Kompensation der Nichtlinearitäten genutzt werden, wie unten erläutert wird.
Die Sensoranordnung enthält eine Auswerteeinheit. Diese dient zur Ermittlung des Drehwinkels aus den am Ort der Sensoren von den Sensoren erfassten o.g. Kompo nenten des Messfeldes. Dabei werden verwendet: mindestens eine der erfassten Tangentialkomponenten und mindestens eine der erfassten Axialkomponenten. Au ßerdem wird noch mindestens eine weitere der erfassten Tangentialkomponenten oder mindestens eine der erfassten Axial komponenten verwendet. Die Ermittlung durch die Auswerteeinheit aus den mindestens drei genannten Komponenten erfolgt anhand einer Arcustangens-Funktion (atan-Funktion). Es werden also mindestens die drei genannten Komponenten zur Berechnung ver wendet. Insbesondere werden alle von den Sensoren erfassten Komponenten ver wendet.
Die Erfindung beruht auf der folgenden Beobachtung: Wird bei einer bekannten Drehwinkelsensorik (Sensoranordnung), wie sie eingangs bzgl. Fig. 4 genannt wur de, der Sensor außerhalb der Rotationsachse (Drehachse) des Magneten positio niert, so ergibt sich über dem (tatsächlichen) Drehwinkel ein nichtlinearer Verlauf des Sensorsignals, wie er in Figur 5 dargestellt ist. Die Ausprägung der Signal- Nichtlinearität ist stark abhängig vom Luftspalt zwischen Magnet und Sensor und vom Abstand des Sensors gegenüber der Magnet-Drehachse.
Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass diese Nichtlinearität bei der o.g. herkömmlichen Vorgehensweise durch Anlernen des Magnet-Sensorsystems (Sensoranordnung) in einem Produktionsprozess linearisiert werden könnte. Dies könnte z.B. dadurch erreicht werden, dass zur Atan-Berechnung die Einzelfeldkom ponenten (vom Sensor erfasste Axial-/Radial-/Tangentialkomponenten, hier bei spielsweise Bx und By) mit Faktoren (kx, ky) gemäß der Formel
belegt werden könnten.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die geometrisch induzierte Nichtlinearität auf alter native Weise zu kompensieren.
Hierzu werden mindestens zwei Sensoren verwendet, die optional bzw. idealerweise um 60 bis 120 Grad, insbesondere um 80 bis 100 Grad, insbesondere um 90° ge geneinander versetzt auf einem Kreis um die Drehachse unterhalb bzw. oberhalb (also in Axialrichtung bezüglich der Drehachse versetzt) des Magneten angeordnet sind.
Optional kann auch ein anderes Winkelverhältnis oder eine andere Platzierung der Sensoren auf verschiedenen Radien gewählt werden. Die gewählte Anordnung ist abhängig von der Form und Magnetisierung des verwendeten Magneten und der gewählten Anzahl von Sensoren.
Die Anordnung der Sensoren ist optional so zu wählen, dass die gemessenen nicht linearen Winkelsignale (Rohwinkel, siehe unten) gegenüber der idealen, linearen Sensor-Winkel-Gerade (idealer fehlerfreier ermittelter Drehwinkel über dem tatsächli chen Drehwinkel) im Arbeitsbereich einen nahezu achssymmetrischen Verlauf auf weisen.
Da die Abweichung der Sensorsignale (Rohwinkel) von der idealen Gerade jeweils größer bzw. oberhalb der Geraden oder kleiner bzw. unterhalb der Geraden ist, kann durch Mittelwertbildung der beiden Sensorsignale (Rohwinkel) der Restfehler gegen über der idealen, linearen Gerade auf ein Minimum gesenkt werden. Diese Methode führt in einem weiten Parameterbereich unabhängig von den verschiedenen Luftspal ten zu einem nahezu linearen Sensorsignal (ermittelter Drehwinkel) mit geringem Restfehler (zur idealen Geraden).
Hierdurch muss nicht in die Atan-Berechnung des Sensorsignals (Rohwinkel) einge griffen werden, um den Winkelverlauf des Sensorausgangssignals (ermittelter Dreh winkel) für verschiedene Luftspalte und Radien zu linearisieren. Aufwändige und zeit intensive Anlernprozesse (z.B.: EndOfLine) sowie luftspaltabhängige Korrekturmaß nahmen im laufenden Messbetrieb bleiben hierdurch erspart. Weiterhin ist der exakte Luftspalt zwischen Sensor und Magnet oft unbekannt und kann nur mit großer Unsi cherheit gemessen werden. Die hierfür zuvor berechneten und in einer Tabelle abge legten Korrekturfaktoren für die Luftspaltkorrektur der Sensorkennlinie würden folg lich auch immer nur mit der Ungenauigkeit der Luftspaltmessung appliziert werden können, was trotz hohem Aufwand zu einem deutlichen Restfehler des Messsignals führt. Diesen Nachteil behebt diese Erfindung.
Die vorliegende Anordnung ist daher besonders geeignet für Magnet-Sensorsysteme bei denen der Sensor weit außerhalb der Drehachse des Gebermagneten liegt. Dies ist insbesondere bei Ringmagneten der Fall, wenn der innere Bereich des Magneten für Kabeldurchführungen o.ä. benutzt wird und der Sensor nur unterhalb des äuße ren Bereiches des Magneten auf der Leiterplatte (Grundträger) Platz findet.
Die Reduktion des nichtlinearen Messfehlers durch Mittelwertbildung mehrerer Sen soren ist stark abhängig von der Platzierung der Sensoren unterhalb des Magneten. Durch moderne magnetische Feldberechnungsprogramme können die idealen Posi tionen der Sensoren, die zu einer möglichst guten Fehlerkompensation über dem Parameterbereich führen, ermittelt werden.
Durch diese Methode erhält man ein robustes, inhärent stabiles Messsignal (ermittel ter Drehwinkel) mit wenig Fehler über dem (tatsächlichen) Drehwinkel und Luftspalt, das ohne Anlern- bzw. Kompensationsprozesse im laufendenden Messbetrieb aus kommt. Daher ist diese Anordnung sehr vorteilhaft für eine Drehwinkelerfassung mit Drück- bzw. Zugfunktion (Verschiebung des Magneten zwischen unterschiedlichen Axialpositionen relativ zum Grundträger bzw. zu den Sensoren), welche den Dreh winkel eines Bedienelementes bei verschiedenen Abständen (Luftspalten) mit mini malem Fehler erfassen muss.
Weiterhin wird durch die Mittelwertbildung des Messsignals der Störeinfluss eines externen Störfeldes deutlich reduziert, da der Störfeldgradient zwischen den benach barten Sensoren im Allgemeinen aufgrund des größeren Abstandes der Störfeldquel le zur Sensorik gering ist.
Diese Anordnung ist für beliebig geformte Permanentmagnete anwendbar, aber be sonders wirksam bei rotationssymmetrischen Geometrien wie z.B. bei Ringmagneten und rondenförmigen Magneten.
Die Vorgehensweise kann für herkömmliche hallbasierte 2D-Winkelsensoren oder 3D-Sensoren angewendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einer der Senso ren gegenüber einer quer zur Drehachse liegenden Zentralebene des Magneten in Axialrichtung der Drehachse um einen Axialabstand versetzt angeordnet. Insbeson- dere gilt dies für alle Sensoren. Insbesondere befinden sich mindestens zwei oder alle Sensoren in einer gemeinsamen Parallelebene zur Zentralebene bezüglich der Drehachse. Insbesondere liegt dabei ein Luftspalt zwischen Magnet und einem ent sprechenden Sensor vor. Dies entspricht der oben angegebenen Anordnung "unter halb bzw. oberhalb" des Magneten. Für eine entsprechende Anordnung ist die Erfin dung besonders geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen mindestens zwei, insbe sondere alle der Sensoren einen gleichen Axialabstand und/oder einen gleichen Ra dialabstand zur Drehachse auf. Somit ergeben sich symmetrische bzw. regelmäßige Anordnungen, für die die Erfindung besonders wirksam einsetzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei der Umfangspositionen rechtwinklig zueinander versetzt. Für diese beiden Umfangspositionen ergeben sich damit jewei lige um den entsprechenden Winkel, z.B. 90°, phasenversetzte Sensorsignale, was zu einer besonders einfachen Fehlerkompensation durch Mittelwertbildung zwischen den beiden Sensoren führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnet rotationssymmetrisch zur Drehachse ausgebildet. Hierdurch ergeben sich besonders ähnliche, lediglich pha senversetzte Signale in den Sensoren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnet ein konzentrisch zur Drehach se angeordneter Ringmagnet. Dieser besitzt also eine zentrale Öffnung, die insbe sondere als Kabeldurchführung dienen kann. So lässt sich die Sensoranordnung be sonders günstig in radial wenig ausladenden Anwendungen einsetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Axialposition des Magneten entlang der Drehachse bezüglich des Grundträgers veränderlich. Auch die Veränderung ei ner entsprechenden Axialposition ist durch die Sensoren detektierbar. Die Sensoran ordnung eignet sich somit zur Detektion von Axialbewegungen, insbesondere der oben genannten Drück- bzw. Zugfunktion. Die Axialpositionen der Sensoren relativ zum Magneten ändern sich dabei also gleichmäßig. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Auswerteeinheit ein Rohwinkelmo- dul, das dazu eingerichtet ist, aus einer jeweiligen Axialkomponente und Tangential komponente des selben Sensors anhand einer Arcustangens-Funktion einen Roh winkel für den jeweiligen Sensor zu bilden, der dann zum Drehwinkel verarbeitbar ist.
Somit werden innerhalb der Auswerteeinheit die beiden Komponentensignale eines jeweiligen Sensors separat für sich bereits zu einem Rohwinkel vorverarbeitet, was die anschließende weitere Verarbeitung des Rohwinkels in der Auswerteeinheit er möglicht. Ansonsten wird auf die Ausführungen oben zu entsprechenden Rohwinkeln verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Auswerteeinheit ein Mittelwertmo dul, das dazu eingerichtet ist, einen Mittelwert aus mindestens zwei der Axialkompo nenten und/oder Tangentialkomponenten zu bilden und/oder - falls vorhanden - aus ermittelten Rohwinkeln zu bilden, der dann zum Drehwinkel verarbeitbar ist. Wie oben erläutert, können durch entsprechende Mittelwertbildungen besonders einfach die Nichtlinearitäten in den Rohwinkeln kompensiert werden, wobei die Nichtlinearitä ten durch den Axialabstand der Sensoren zur Drehachse verursacht sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentan spruch 10 zur Ermittlung des Drehwinkels des Magneten um die Drehachse relativ zu dem Grundträger in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Bei dem Verfahren werden mit den Sensoren mindestens eine der Tangentialkomponenten und mindes tens eine der Axial komponenten und mindestens eine weitere der Tangentialkompo nenten oder der Axialkomponenten erfasst, wie oben sinngemäß erläutert. Aus min destens den erfassten Komponenten (je nach Ermittlung: Axial / Tangential) wird der Drehwinkel anhand einer Arcustangens-Funktion ermittelt. Dies kann in der Auswer teeinheit der Sensoranordnung geschehen. Alternativ kann jedoch auch eine redu zierte Sensoranordnung ohne Auswerteeinheit in dem Verfahren verwendet werden. Die entsprechende Auswertung findet dann in einer alternativen Auswerteeinheit statt, welche sich auch außerhalb der Sensoranordnung befinden kann. Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweili gen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemä ßen Sensoranordnung erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird aus einer jeweiligen Axialkomponente und Tangentialkomponente des selben Sensors anhand einer Arcustangens- Funktion ein Rohwinkel für den jeweiligen Sensor gebildet. Der Rohwinkel wird - vor zugsweise in der Auswerteeinheit - dann zum Drehwinkel verarbeitet. Das entspre chende Vorgehen und dessen Vorteile wurden oben sinngemäß bereits im Zusam menhang mit dem Rohwinkel bzw. dem Rohwinkelmodul erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rohwinkel anhand einer ungewichte ten Arcustangens-Funktion gebildet. Wie oben ausführlich erläutert, muss so in die Berechnung der eigentlichen Arcustangens-Funktion nicht eingegriffen werden, d.h. die oben erläuterte Erweiterung um die Faktoren (kx, ky) kann entfallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mindestens ein Mittelwert aus mindestens zwei der Axialkomponenten und/oder Tangentialkomponenten gebil det. Alternativ oder zusätzlich wird der Mittelwert aus - falls vorhanden - ermittelten Rohwinkeln gebildet. Der Mittelwert wird - vorzugsweise in der Auswerteeinheit - dann zum Drehwinkel verarbeitet. Das entsprechende Vorgehen wurde sinngemäß oben bereits erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden für mindestens zwei der Sensoren individuelle Rohwinkel gebildet, wobei die Positionen (Axial- und/oder Radial- und/oder Umfangs-Position) der Sensoren so gewählt werden, dass die individuellen Rohwinkel gegenüber einer idealen Winkelgeraden (ermittelter Drehwinkel über tat sächlichem Drehwinkel) einen axialsymmetrischen Verlauf aufweisen. Der Drehwin kel wird dann anhand einer Mittelwertbildung der beiden Rohwinkel ermittelt.
Das entsprechende Vorgehen wurde sinngemäß oben bereits erläutert. Insbesonde re kann hierbei ein Winkelversatz von 90° der Sensoren bezüglich der Drehachse in Umfangsrichtung gewählt werden, sodass sich die oben erläuterte günstige Bezie- hung zwischen den Rohwinkeln (Symmetrie bezüglich einer idealen Geraden) ein stellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verlauf des ermittelten Drehwinkels über dem tatsächlichen Drehwinkel anhand einer FEM-Analyse des Messfeldes zu mindest am Ort mindestens eines Sensors optimiert. Die Optimierung wird insbeson dere derart durchgeführt, dass anhand einer gerasterten FEM-Analyse vorgebbarer Axialabstände und Radialabstände und Winkelversätze solche gewählt werden, die eine vergleichsweise optimale Linearität des Verlaufs liefern.
Durch Variation von Parametern der Anordnung, zumindest von Axialabstand und/oder Radialabstand und/oder Umfangsposition der Sensoren, verändert sich der Verlauf des tatsächlich ermittelten Drehwinkels. Gemäß der Erfindung werden die Parameter derart bzw. so lange variiert, bis im Rahmen der entsprechenden Variati on (also im Rahmen der in Erwägung gezogenen Möglichkeiten von Platzierungen, insbesondere einer begrenzten Auswahl) eine Kombination gefunden ist, bei der die Abweichung zwischen ermitteltem Drehwinkel und tatsächlichem Drehwinkel (insbe sondere innerhalb aller getesteten Platzierungen) minimiert ist. Insbesondere werden hierbei in einer Radial-Axial-Ebene der Drehachse gitterförmig mit geeignetem Git terabstand und einer geeigneten Anzahl von Gitterpunkten an allen Gitterpunkten die entsprechenden Größen überprüft und der optimale Gitterpunkt (Radialab
stand/Axialabstand) für die Platzierung des Sensors ausgewählt. Dabei wird außer dem der Umfangsversatz zwischen den Sensoren variiert. Sowohl für einen entspre chenden Optimierungsvorgang als auch für ein entsprechendes zu optimierendes Maß der Abweichung zwischen ermitteltem und tatsächlichem Drehwinkel verfügt der Fachmann über eine Vielzahl von Auswahlmöglichkeiten. Der Fachmann ist hierbei in der Lage, eine geeignete Auswahl für eine konkret vorliegende Sensoranordnung zu treffen.
Unter "vorgebbar" sind hierbei insbesondere eine technisch praxisgerechte, mög lichst kleine, aber hinreichende Anzahl von zu untersuchenden Gitterpunkten zu ver stehen, die jedoch ausreichend dicht bzw. in technisch sinnvoll abgestuften Abstän- den in einem entsprechend sinnvoll erscheinenden Radial-Axial-Umfangs-Bereich platziert sind.
Die entsprechende Optimierung kann dann theoretisch bzw. an einem Rechner durchgeführt werden, Versuche bzw. Messungen sind hierfür nicht notwendig.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung so wie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzips kizze:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in Draufsicht und
Figur 2 in Seitenansicht,
Figur 3 die Rohwinkel beider Sensoren aus Fig. 1 und 2 sowie den tatsächlichen und den ermittelten Drehwinkel, aufgetragen über dem tatsächlichen Dreh winkel,
Figur 4 eine Sensoranordnung gemäß Stand der Technik
Figur 5 den Rohwinkel des Sensors aus Fig. 4, aufgetragen über dem tatsächlichen
Drehwinkel gemäß Stand der Technik.
Figur 1 (Draufsicht in Richtung des Pfeils I in Fig. 2) und Figur 2 (Schnitt in Richtung der Pfeile ll-ll in Fig. 1 ) zeigen eine Sensoranordnung 8 gemäß der Erfindung. Diese dient zur Ermittlung eines (ermittelten) Drehwinkels WE eines Magneten 6 um eine Drehachse 12 relativ zu einem Grundträger 14. Der ermittelte Drehwinkel WE soll dabei idealerweise dem tatsächlichen Drehwinkel WT des Magneten 6 um die Dreh achse 12 entsprechen. Grundträger 14 und Magnet 6 sind hierbei Teil der Sensoran ordnung 8. Der Magnet 6 ist also um die Drehachse 12 drehbar (durch einen Dop pelpfeil angedeutet) und hier bezüglich der Drehachse 12 diametral magnetisiert. Somit erzeugt der Magnet 6 ein magnetisches Messfeld 16, welches hier lediglich symbolisch durch Feldlinien angedeutet ist. Ortsfest relativ zum Grundträger 14 ist ein erster Sensor 18a der Sensoranordnung 8 angeordnet. Dieser dient zur Erfassung einer ersten Tangentialkomponente KTa und einer ersten Axial komponente KAa des Messfeldes 16. "Axial", "Tangential" usw. ist hier bezüglich der Drehachse 12 zu verstehen. Der erste Sensor 18a ist dabei an einer ersten Umfangsposition UPa bezüglich der Drehachse 12 und mit einem ersten Radialabstand ARa zur Drehachse 12 angeordnet.
Die Sensoranordnung 8 enthält außerdem einen zweiten Sensor 18b zur Erfassung einer zweiten Tangential komponente KTb und einer zweiten Axial komponente KAb des Messfeldes 16. Der zweite Sensor 18b ist an einer zweiten Umfangsposition UPb bezüglich der Drehachse 12 und mit einem zweiten Radialabstand RAb zur Drehach se 12 angeordnet.
Die Sensoranordnung 8 enthält außerdem eine Auswerteeinheit 28 zur Ermittlung des Drehwinkels WE. Im Beispiel verwendet die Auswerteeinheit 28 hierzu beide Tangentialkomponenten KTa,b und Axialkomponenten KAa,b von erstem Sensor 18a und zweitem Sensor 18b, wie weiter unten erläutert wird.
Beide Sensoren 18a, b sind gegenüber einer quer zur Drehachse 12 liegenden Zent ralebene 24 des Magneten 6 in Axialrichtung der Drehachse 12 um einen - hier glei chen - ersten und zweiten Axialabstand AAa,b versetzt angeordnet. Außerdem wei sen beide Sensoren18a,b gegenüber der Drehachse 12 den gleichen Radialabstand ARa,b auf. Die zwei Umfangspositionen UPa,b schließen außerdem hier einen rech ten Winkel bezüglich der Drehachse 12 ein.
Der Magnet 6 ist außerdem rotationssymmetrisch zur Drehachse 12 ausgebildet, hier als konzentrisch zur Drehachse 12 angeordneter Ringmagnet. Daher weist dieser eine zentrale Öffnung 10 auf, die als Durchführung für nicht dargestellte Kabel beim Verbauen des Sensors in einer nicht dargestellten Anwendung, z.B. einem Schalthe bel eines Automobils, dient. Die Axialposition PA des Magneten 6 auf der Drehachse 12 ist veränderlich, d.h. der Magnet 6 ist in Richtung des dargestellten Doppelpfeils bewegbar. Die Axialabstände AAa,b ändern sich bei einer derartigen Bewegung gleichmäßig.
Die Auswerteeinheit 28 enthält ein Rohwinkelmodul 32. Dieses dient dazu, aus einer jeweiligen Axialkomponente KAa,b und Tangentialkomponente KTa,b des selben Sensors 18a,b anhand einer Arcustangens-Funktion einen Rohwinkel WRa,b für den jeweiligen Sensor 18a,b zu bilden, der dann zum Drehwinkel WE verarbeitet wird.
Die Auswerteeinheit 28 enthält außerdem ein Mittelwertmodul 30. Dieses dient hier dazu, einen Mittelwert M aus den beiden ermittelten Rohwinkeln WRa,b zu bilden, der dann zum Drehwinkel WE verarbeitet wird, bzw. hier den ermittelten Drehwinkel WE darstellt.
Figur 3 veranschaulicht, wie die beiden Rohwinkel WRa,b durch eine reine Arcustan gens-Funktion, also ohne die o.g. Faktoren kx, ky bzw. mit kx=ky=1 einfach ermittelt werden und daher einen nichtlinearen Verlauf 26 über dem tatsächlichen Drehwinkel WT aufweisen. Die Abweichungen der Verläufe 26 vom tatsächlichen Drehwinkel WT sind im Beispiel stark vergrößert dargestellt. In der Praxis bewegen sich diese im Be reich einstelliger Grade, in der Regel unterhalb 1 °. Die Abweichungen bzw. Verzer rungen vom tatsächlichen Drehwinkel WT sind jeweils prinzipiell positiv und negativ sinusförmig.
Durch eine Mittelwertbildung
WRa + WRb
WE = -
2
zwischen den beiden Rohwinkeln WRa,b ergibt sich jedoch dann der ermittelte Drehwinkel WE auf der idealen Gerade, die der absolute Drehwinkel WT beschreibt. Restfehler entstehen durch Nichtlinearitäten des Gesamtsystems. Bezuqszeichen
6 Magnet
8 Sensoranordnung
10 Öffnung
12 Drehachse
14 Grundträger
16 Messfeld
18a, b Sensor
24 Zentralebene
26 Verlauf
28 Auswerteeinheit
30 Mittelwertmodul
32 Rohwinkelmodul
100 Sensoranordnung
102 Sensor
104 Grundträger
106 Magnet
108 Drehachse
1 10 Messfeld
1 12 Auswerteeinheit
WT Drehwinkel (tatsächlich)
WE Drehwinkel (ermittelt)
N Nordpol
S Südpol
KAa.b Axialkomponente
KTa,b Tangentialkomponente
AAa,b Axialabstand
ARa,b Radialabstand
UPa,b Umfangsposition
M Mittelwert
PA Axialposition
WRa,b Rohwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung (8) zur Ermittlung eines Drehwinkels (WE) eines Magneten (6) um eine Drehachse (12) relativ zu einem Grundträger (14),
- mit dem Grundträger (14),
- mit dem relativ zum Grundträger (14) um die Drehachse (12) drehbaren Magneten (6) zur Erzeugung eines magnetischen Messfeldes (16),
- mit einem relativ zum Grundträger (14) ortsfesten ersten Sensor (18a) zur Erfas sung einer ersten Tangentialkomponente (KTa) und einer ersten Axialkomponente (KAa) des Messfeldes (16) bezüglich der Drehachse (12),
- wobei der erste Sensor (18a) an einer ersten Umfangsposition (UPa) bezüglich der Drehachse (12) und mit einem ersten Radialabstand (ARa) zur Drehachse (12) an geordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens ein zweiter Sensor (18b) zur Erfassung einer zweiten Tangentialkom ponente (KTb) und einer zweiten Axialkomponente (KAb) des Messfeldes (16) be züglich der Drehachse (12), an einer zweiten Umfangsposition (UPb) bezüglich der Drehachse (12) und mit einem zweiten Radialabstand (RAb) zur Drehachse (12) an geordnet ist,
- mit einer Auswerteeinheit (28) zur Ermittlung des Drehwinkels (WE) aus mindestens einer der erfassten Tangentialkomponenten (KTa-b) und mindestens einer der er fassten Axialkomponenten (KAa-b) und mindestens einer weiteren der erfassten Tangentialkomponente (KTa-b) oder Axialkomponenten (KAa-b) anhand einer Ar custangens-Funktion.
2. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens einer der Sensoren (18a, b) gegenüber einer quer zur Drehachse (12) liegenden Zentralebene (24) des Magneten (6) in Axialrichtung der Drehachse (12) um einen Axialabstand (AAa,b) versetzt angeordnet ist.
3. Sensoranordnung (8) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei der Sensoren (18a,b) einen gleichen Axialabstand (AAa,b) und/oder einen gleichen Radialabstand (ARa,b) zur Drehachse (12) aufweisen.
4. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei der Umfangspositionen (UPa,b) rechtwinklig zueinander versetzt sind.
5. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnet (6) rotationssymmetrisch zur Drehachse (12) ausgebildet ist.
6. Sensoranordnung (8) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Magnet (6) ein konzentrisch zur Drehachse (12) angeordneter Ringmagnet ist.
7. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Axialposition (PA) des Magneten (6) entlang der Drehachse (12) bezüglich des Grundträgers (14) veränderlich ist.
8. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (28) ein Rohwinkelmodul (32) enthält, das dazu eingerichtet ist, aus einer jeweiligen Axial komponente (KAa,b) und Tangentialkomponente (KTa,b) des selben Sensors (18a, b) anhand einer Arcustangens-Funktion einen Rohwinkel (WRa,b) für den jeweiligen Sensor (18a, b) zu bilden, der dann zum Drehwinkel (WE) verarbeitbar ist.
9. Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (28) ein Mittelwertmodul (30) enthält, das dazu eingerichtet ist, einen Mittelwert (M) aus mindestens zwei der Axial komponenten (KAa,b) und/oder Tangentialkomponenten (KTa,b) zu bilden und/oder - falls vorhanden - aus ermittel ten Rohwinkeln (WRa,b) zu bilden, der dann zum Drehwinkel (WE) verarbeitbar ist.
10. Verfahren zur Ermittlung eines Drehwinkels (WE) eines Magneten (6) um eine Drehachse (12) relativ zu einem Grundträger (14) in einer Sensoranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- mit den Sensoren (18a, b) mindestens eine der Tangentialkomponenten (KTa-b) und mindestens eine der Axialkomponenten (KAa-b) und mindestens eine weitere der Tangentialkomponenten (KTa-b) oder Axialkomponenten (KAa-b) erfasst werden,
- aus mindestens den erfassten Komponenten anhand einer Arcustangens-Funktion der Drehwinkel (WE) ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus einer jeweiligen Axial komponente (KAa,b) und Tangentialkomponente (KTa,b) des selben Sensors (18a, b) anhand einer Arcustangens-Funktion ein Rohwinkel (WRa,b) für den jeweiligen Sensor (18a, b) gebildet wird, der in der Auswerteeinheit (28) dann zum Drehwinkel (WE) verarbeitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohwinkel (WRa,b) anhand einer ungewichteten Arcustangens -Funktion gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Mittelwert (M) aus mindestens zwei der Axialkomponenten (KAa,b) und/oder Tangentialkomponenten (KTa,b) gebildet wird und/oder - falls vorhanden - aus ermittelten Rohwinkeln (WRa,b) gebildet wird, der dann zum Drehwinkel (WE) verarbeitet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
für mindestens zwei der Sensoren (18a, b) individuelle Rohwinkel gebildet werden, wobei die Positionen der Sensoren (18a, b) so gewählt werden, dass die individuellen Rohwinkel (18a,b) gegenüber einer idealen Winkelgeraden einen axialsymmetri schen Verlauf (26) aufweisen und der Drehwinkel (WE) anhand einer Mittelwertbil dung der beiden Rohwinkel (18a,b) ermittelt ist
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verlauf (26) des ermittelten Drehwinkels (WE) über dem tatsächlichen Drehwin kel (WT) anhand einer FEM-Analyse des Messfeldes (16) zumindest am Ort des Sensors (18) optimiert wird.
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