WO2013013855A1 - Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern - Google Patents

Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern Download PDF

Info

Publication number
WO2013013855A1
WO2013013855A1 PCT/EP2012/059459 EP2012059459W WO2013013855A1 WO 2013013855 A1 WO2013013855 A1 WO 2013013855A1 EP 2012059459 W EP2012059459 W EP 2012059459W WO 2013013855 A1 WO2013013855 A1 WO 2013013855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
multipole
field
measuring
coil
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/059459
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Welsch
Frank Schatz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to BR112014001186A priority Critical patent/BR112014001186A2/pt
Priority to EP12729372.8A priority patent/EP2734812A1/de
Priority to CN201280035760.5A priority patent/CN103718003B/zh
Priority to US14/234,240 priority patent/US9612135B2/en
Priority to JP2014522003A priority patent/JP2014521109A/ja
Publication of WO2013013855A1 publication Critical patent/WO2013013855A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • 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
    • G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils

Definitions

  • the invention relates to a device for determining motion parameters according to the preamble of independent claim 1.
  • a magnetic multipole is often used today, whose magnetic field is then measured with a magnetic sensor.
  • the multipole can be used in the form of a wheel (multipole wheel) or as a linear scale (scale).
  • Such multipoles are available in the form of adhesive tapes or on magnetized components.
  • the magnetic field is usually measured with Hall, AMR or GMR sensors. This gives an approximately sinusoidal output signal. This makes it possible to subdivide the scale given by the multipole and to specify the position even for intermediate values. For an accurate measurement, this is helpful to measure only the speed but unnecessary. More cost-effective concepts would have the advantage here.
  • Another disadvantage of these concepts is that all sensors show a significant temperature influence with respect to the signal (TKE and TKO) and also can no longer be used at temperatures above 150-200 ° C.
  • a simpler and less expensive concept is to use a simple spool for
  • a device for non-contact detection of linear or rotational movements operates with a stationary magnetoresistive chip sensor and a magnetic field transmitter device adjacent to it, leaving an air gap free, whose individual magnet segments are polarized in their polarity alternately substantially in one direction of a three-dimensional coordinate system.
  • the chip sensor is arranged with its large surfaces substantially perpendicular or parallel or in any angular position therebetween to the surface of the multipole arrangement.
  • the applicant's earlier patent application DE 10 2009 001 395.4 discloses a device for measuring a magnetic field which comprises an exciter coil and a magnetizable core material.
  • the core material has a first Weiss district and a second Weiss district, with the first Weiss district and the second Weiss district adjacent to a common Bloch wall.
  • an alternating voltage is applied to the exciting coil to form a periodically alternating magnetic field, whereby the core material is periodically re-magnetized.
  • the magnetic field to be measured and the magnetic field of the exciter coil overlap, whereby the remagnetization of the core material is shifted in time. From the temporal shift of the magnetic reversal of the core material can be concluded that the magnetic field to be measured.
  • the device has a measuring coil for measuring the magnetic field change of the core material, the time of the magnetic reversal being determined by a voltage change induced in the measuring coil, in particular a voltage pulse.
  • the inventive device for determining movement parameters with the features of independent claim 1 has the advantage that the at least one magnetic sensor is designed as a so-called Flipcore sensor with a magnetizable core, a drive coil and a measuring coil and for measuring rotational speed or measuring linear movements can be used.
  • the at least one magnetic sensor of the device according to the invention can advantageously be used to determine motion parameters
  • the essential advantage of the use of magnetic sensors designed as flip-core sensors in the device according to the invention for determining motion parameters is that these sensors have the same sensitivity as AMR / GMR sensors, but are made more robust and have no temperature dependency.
  • the at least one magnetic sensor immediately measures again correctly and delivers correct measured values for evaluation. This makes it possible to measure a field zero crossing of the alternating magnetic field very accurately when measuring rotational speeds with multipole wheels or even during the measurement of linear movements, even if the alternating magnetic field has a maximum which lies outside the measuring range of the at least one magnetic sensor. For known AMR / GMR sensors, this can only be achieved with greater effort (cost).
  • Embodiments of the present invention provide a device for determining motion parameters, which comprises a magnetic multipole, which generates an alternating magnetic field, at least one magnetic sensor for measuring the magnetic field of the magnetic multipole and an evaluation and control unit for evaluating the signals of the at least one magnetic sensor , In this case, a relative movement between the magnetic multipole and the at least one magnetic sensor can be evaluated.
  • the at least one magnetic sensor comprises a magnetizable core, a driver coil and a measuring coil, wherein the evaluation and control unit acts on the driver coil with a periodic driver signal to effect a periodic remagnetization of the core, and determines the Ummagnethneszeitfound of the core via the measuring coil.
  • the evaluation and control unit determined from the evaluation and control unit
  • Ummagnetleiterszeitticianen a current value of the effective magnetic field of the magnetic multipole within a predetermined measuring range, which represents an area around a zero crossing of the magnetic field of the magnetic see multipole.
  • Ummagnetleiterszeitticianen a current value of the effective magnetic field of the magnetic multipole within a predetermined measuring range, which represents an area around a zero crossing of the magnetic field of the magnetic see multipole.
  • Magnetic reversal of the core preferably generated by a triangular current generated in the drive coil as a drive signal. Since the effective magnetic field of the magnetic multipole influences the core core remover timing given by the periodic drive signal, the evaluation and control unit compares the core predetermined magnetization timing and the core core actual magnetization time determined to the actual effective magnetic field value of the magnetic multipole determine.
  • the at least one magnetic sensor For measuring a rotational speed or a linear movement, it is sufficient to measure the field zero crossing of the alternating magnetic field of the magnetic multipole. If, for example, the course of the field is represented as a sinusoidal curve, the at least one magnetic sensor would always measure the magnetic field around the zero crossing. The field strength of the magnetic field in this area can be measured very accurately. If the magnetic field exceeds the measurable value range, the at least one magnetic sensor no longer measures. However, it can measure without destruction and history immediately, as soon as the magnetic field is again in the measurable range of the at least one magnetic sensor. Since a period of the periodic driver signal is always required for the measurement, the measurement consists of a number of measuring points, which are measured in the measuring range of the at least one magnetic sensor.
  • the number of actual values of the effective magnetic field of the magnetic multipole determined in the given measuring range depends on a rotational frequency and / or moving speed of the relative movement between the magnetic multipole and the at least one magnetic sensor and / or on the frequency of the periodic driver signal.
  • the frequency of the periodic driver signal is advantageously chosen so that the number of measuring points in the region of the zero crossing is large enough to be able to determine the zero crossing of the alternating magnetic field of the magnetic multipole accurately.
  • the frequency of the periodic drive signal should be at least ten times, preferably at least one hundred times greater than the maximum frequency of the alternating magnetic field of the magnetic multipole at a maximum detectable speed of the relative movement between the magnetic multipole and the at least one magnetic sensor.
  • the core of the at least one magnetic sensor is formed as a soft magnetic thin-film core, which has one or more magnetic layers, wherein in each case between two magnetic layers, a separation layer is arranged to prevent a cross-layer crystallization between two adjacent magnetic layers.
  • the driver coil and the measuring coil can be arranged on a substrate layer, wherein the soft magnetic thin-film core is arranged inside the driver coil and the measuring coil and separated from the driver coil and the measuring coil by at least one insulating layer. This allows a very compact design of the at least one magnetic sensor.
  • a plurality of magnetic sensors with or without evaluation unit can be combined to form a sensor unit with which, in addition to a rotational speed and / or speed and / or traveled distance, a direction of motion can also be determined and / or an interference field can be detected and compensated.
  • two magnetic sensors are arranged at a predetermined distance in the magnetic field of the magnetic multipole. This allows depending on the predetermined distance of the two magnetic sensors, a determination of the direction of movement and / or detection and compensation of an interference field.
  • the evaluation unit determines a number of field zero crossings of the magnetic field of the magnetic multipole and calculates a speed and / or speed and / or a distance covered from the determined number of field zero crossings.
  • two magnetic sensors are required, which are mounted slightly offset from one another.
  • the evaluation unit can calculate the direction of movement of the relative movement between the magnetic multipole and the at least one magnetic sensor by the sequence with which the two magnetic cores remagnetize one after the other. Even interference fields or offset fields can in principle be detected with a suitable arrangement of two magnetic sensors.
  • a predetermined second distance between the two magnetic sensors corresponds to a distance between two adjacent zero crossings of the magnetic field of the magnetic multipole.
  • the evaluation unit advantageously recognizes a magnetic interference field or offset field if the magnetization reversal of the two measuring sensors arranged at a predetermined second distance from one another takes place at different times.
  • the evaluation unit determines a real zero-crossing torque as the mean value between the two different times of the magnetic reversal of the two measuring sensors and thereby advantageously compensates for the detected magnetic interference field or offset field.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a device according to the invention for determining motion parameters.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a magnetic sensor according to the invention for measuring a magnetic field of a magnetic multipole for the device for determining motion parameters from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective representation of an embodiment of a magnetic core for the magnetic sensor according to the invention for measuring a magnetic field of a magnetic multipole from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a device for determining motion parameters.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a device for determining motion parameters.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of a device for determining motion parameters.
  • the exemplary embodiment of a device 1 for determining motion parameters comprises a magnetic multipole 20 which generates an alternating magnetic field, at least one magnetic sensor 10 a, 10 b, 10 b 'for measuring the magnetic field of the magnetic multipole 20 and an evaluation unit 30 for evaluating the signals S A , S B , S B 'of the at least one magnetic sensor 10 a, 10 b , 10 b ', wherein a relative movement between the magnetic multipole 20 and the at least one magnetic sensor 10 a, 10 b , 10 b 'can be evaluated.
  • the device 1 for determining motion parameters may comprise only one magnetic field sensor 10a arranged in the alternating magnetic field of the multipole 20, if only one current rotational speed and / or speed speed and / or a currently traveled distance to be determined. If, in addition, the direction of motion is to be determined or an interference field is detected and compensated, then at least one further dashed-line magnetic field sensor 10b, 10b 'is required, which is arranged in the alternating magnetic field of the multipole 20.
  • the multipole 20 may, for example in the form of a
  • Rades multipole or as a linear scale (scale) are used and includes individual magnet segments, which alternate in their magnetic polarity.
  • a plurality of magnetic sensors 10a, 10b, 10b ' can be combined with or without evaluation and control unit 30 to form a sensor unit 5, with which besides a rotational speed and / or speed and / or traveled distance also determines a direction of movement and / or detects an interference field and can be compensated.
  • the at least one magnetic sensor 10a, 10b, 10b comprises a magnetizable core 16, a driver coil 18.1 and a measuring coil 18.2, whereby the evaluation and control unit 30 applies a periodic driver signal S T to the driver coil 18.1 in order to periodically remagnetise the sensor Kerns 16 to cause, and on the measuring coil 18.2 the
  • Ummagnetleiterszeitticianen determines the evaluation and control unit 30, a current value of the effective magnetic field of the magnetic multipole 20 within a predetermined measuring range, which represents an area around a zero crossing of the magnetic field of the magnetic multipole 20. Since the effective magnetic field of the magnetic multipole 20 influences the re-magnetization times of the core 16 given by the periodic driver signal S T , the evaluation and control unit 30 compares the predetermined re-magnetization time of the core 16 with the actual re-magnetization time of the core 16 and uses this comparison to determine current value of the effective magnetic field of the magnetic multipole 20.
  • the core 16 is formed as a soft-magnetic thin-film core, which is re-magnetized by the periodic driver signal S T via the driver coil 18.1 at predetermined times.
  • the driver coil 18. 1 and the measuring coil 18. 2 are preferably arranged on a substrate layer 12 made of silicon, and the soft-magnetic thin-layer core 16 is located within the driver coil 18. 1 and arranged the measuring coil 18.2 and separated by at least one insulating layer 14 of the driver coil 18.1 and the measuring coil 18.2.
  • the soft-magnetic thin-film core 16 has a plurality of magnetic layers 16.1 in the exemplary embodiment shown, wherein a separating layer 16.2 is arranged in each case between two magnetic layers 16.1 in order to prevent cross-layer crystallization between two adjacent magnetic layers 16.1.
  • the thin-film core 16 comprises only one magnetic layer 16.1, so that the separating layer 16.2 can be dispensed with.
  • the at least one magnetic sensor 10a, 10b, 10b 'always measures the current values of the magnetic field of the magnetic multipole 20 in the regions the zero crossing, which are shown in Fig. 4 to 6 as a black bar. The field strength in these areas can be measured very accurately. If the magnetic field of the magnetic multipole 20 exceeds the measurable value range, the at least one magnetic sensor 10a, 10b, 10b 'no longer measures. Once the values of the
  • Magnetic field of the magnetic multipole 20 again enter the measuring range of the at least one magnetic sensor 10a, 10b, 10b 'provides this again corresponding measured values S A , S B , S B ' for evaluation available.
  • the evaluation and control unit 30 determines a number of measuring points in the measuring range of at least one Magnetic sensor 10a, 10b, 10b 'are measured.
  • the number of actual values of the effective magnetic field of the magnetic multipole 20 determined in the given measuring range is determined by a rotational frequency and / or moving speed of the relative movement between the magnetic multipole 20 and the at least one magnetic sensor 10a, 10b, 10b 'and / or the frequency the periodic driver signal S T dependent.
  • the sensor concept corresponds to an inductive principle, wherein the induction in the measuring coil 18.2 is not due to the external field (multipole field), but due to the sudden remagnetization of the core 16 by the driver signal S T , which is provided for example as a triangular drive current S T available.
  • This sudden remagnetization can be achieved by the special geometry and the high permeability of the core 16, which is described for example in the earlier patent application DE 10 2009 001 395.4 of the applicant.
  • the frequency of the periodic drive signal S T is advantageously chosen so that the number of measurement points in the regions of the zero crossings of the magnetic field of the magnetic multipole 20 is large enough to be able to determine the zero crossings of the alternating magnetic field of the magnetic multipole 20 exactly ,
  • the frequency of the periodic drive signal S T should be at least ten times, preferably at least one hundred times greater than the maximum frequency of the alternating magnetic field of the magnetic multipole 20 at a maximum detectable speed of the relative movement between the magnetic multipole 20 and the at least one magnetic sensor 10 a , 10b, 10b '.
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment of the device 1 for determining motion parameters, in which only one magnetic sensor 10a is arranged in the alternating magnetic field of the multipole 20, which has a sinusoidal profile.
  • the multipole 20 includes, for example, individual magnetic segments, not shown, which alternate in their magnetic polarity.
  • the evaluation and control unit 30 determines the actual values of the magnetic field of the magnetic multipole 20 from the output signal S A of the magnetic sensor 10 a in the corresponding measuring range shown in bold. By counting the field zero crossings within a predetermined time window, the evaluation and control unit 30 can determine the rotational speed or determine the speed or the distance traveled.
  • Fig. 5 shows a second embodiment of the device 1 for determining
  • Motion parameters in which two magnetic sensors 10a, 10b are arranged in the alternating magnetic field of the multipole 20.
  • the magnetic field of the magnetic multipole 20 has a sinusoidal shape, and the multipole 20 includes individual magnetic segments, not shown, which alternate in their magnetic polarity.
  • the two magnetic sensors 10a, 10b are at a predetermined first distance A1 to each other in the magnetic field of the magnetic multipole 20. This means that the two magnetic sensors 10a, 10b in the illustrated second embodiment are arranged slightly offset from one another.
  • the two magnetic sensors 10a, 10b detect a field zero crossing at different times, wherein the evaluation and control unit 30 from a sequence with which the two with a predetermined first distance A1 mutually arranged measuring coils 10a, 10b, ie detect the associated field zero crossing, a direction of movement the relative movement between the magnetic multipole 20 and the at least one Magnetsen- sensor 10a, 10b calculated.
  • the evaluation and control unit 30 can determine the rotational speed or the speed or the distance traveled.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the device 1 for determining motion parameters, in which two magnetic sensors 10a, 10b 'are arranged in the alternating magnetic field of the multipole 20.
  • the magnetic field of the magnetic multipole 20 has a sinusoidal shape, and the multipole 20 includes individual magnetic segments, not shown, which alternate in their magnetic polarity.
  • the two magnetic sensors 10a, 10b 'are at a predetermined second distance
  • the two magnetic sensors 10a, 10b 'in the illustrated third embodiment have a distance from each other which corresponds to a distance between two adjacent zero crossings of the magnetic field of the magnetic multipole 20.
  • interference fields or offset fields can also be detected and compensated. If there is no interference field or offset field, the magnetic reversal of the two magnetic sensors 10a, 10b 'takes place simultaneously. When an interference field or offset field occurs, the remagnetization times of the two magnetic sensors 10a, 10b 'are shifted by the field of the multipole required for compensation of the interference field or offset field
  • the evaluation and control unit 30 can determine the speed or the speed or the distance traveled. In addition, the evaluation and control unit 30 can detect from a shift in the determined zero crossings whether an interference field or offset field is active or not. Is this done?
  • the evaluation and control unit 30 detects an interference field or offset field.
  • the evaluation and control unit 30 determines a real zero-crossing torque as the average value between the two different times of the remagnetization of the two measuring coils 10a, 10b 'and thereby compensates the detected magnetic interference field.
  • Embodiments of the present invention have provided a device for determining motion parameters, in particular for measuring rotational speed or for measuring linear movements, which advantageously can be produced inexpensively and has high sensitivity, zero offset and temperature independence.
  • embodiments of the present invention can not be destroyed by exceeding the measurement range or changed with respect to any parameters.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Ermittlung von Bewegungsparametern mit einem magnetischen Multipol (20), welcher ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, mindestens einem Magnetsensor (10a, 10b, 10b') zum Messen des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) und einer Auswerte- und Steuereinheit (30) zur Auswertung der Signale (SA, SB, SB') des mindestens einen Magnetsensors (10a, 10b, 10b'), wobei eine Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol (20) und dem mindestens einen Magnetsensor (10a, 10b, 10b') auswertbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine Magnetsensor (10a, 10b, 10b') einen magnetisierbaren Kern, eine Treiberspule und eine Messspule, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) die Treiberspule mit einem periodischen Treibersignal (ST) beaufschlagt, um eine periodische Ummagnetisierung des Kerns zu bewirken, und über die Messspule die Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns (16) ermittelt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) aus den Ummagnetisierungszeitpunkten einen aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) innerhalb eines vorgegebenen Messbereichs ermittelt, welcher einen Bereich um einen Nulldurchgang des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) repräsentiert.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 . Zur Messung von Drehzahlen, Positionen oder auch Linearbewegungen wird heute häufig ein magnetischer Multipol verwendet, dessen Magnetfeld dann mit einem Magnetsensor ausgemessen wird. Der Multipol kann in Form eines Rades (Multipolrad) oder als lineare Skala (Maßstab) eingesetzt werden. Solche Multipole sind in Form von aufklebbaren Bändern oder auf magnetisierten Bauteilen verfügbar. Das Magnetfeld wird meist mit Hall-, AMR- oder GMR-Sensoren vermessen. Daraus erhält man ein etwa sinusförmiges Ausgangssignal. Damit ist es möglich, die durch den Multipol gegebene Skala noch zu unterteilen und die Position auch bei Zwischenwerten anzugeben. Für eine genaue Messung ist das hilfreich, um nur die Drehzahl zu messen aber unnötig. Kostengünstigere Kon- zepte wären hier im Vorteil. Weiterer Nachteil dieser Konzepte ist, dass alle Sensoren einen deutlichen Temperatureinfluss bezüglich des Signals zeigen (TKE und TKO) und außerdem bei Temperaturen über 150 - 200 °C nicht mehr einsetzbar sind. Ein einfacheres und kostengünstigeres Konzept ist es, eine einfache Spule zur
Bestimmung der Drehzahl zu verwenden. Diese vermisst die aufgrund der bei Drehung oder linearer Bewegung auftretenden Feldänderungen als induzierte Spannung. In diesem Fall ist man allerdings auf eine ausreichend schnelle Bewegung des Multipols angewiesen, da die induzierte Spannung von der Ge- schwindigkeit der Feldänderung dB/dt abhängt. Bei langsamen Bewegungen versagt dieses Prinzip. Dafür sind einfache Spulen auch bei hohen Temperaturen einsetzbar, das Signal selbst ist völlig temperaturunabhängig.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2007 023 385 A1 wird beispielsweise eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Linear- oder Rotationsbewegungen beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung arbeitet mit einem ortsfesten magnetoresistiven Chipsensor und einer diesem unter Freilassung eines Luftspaltes benachbarten Magnetfeldgebereinrichtung, deren einzelne Magnetsegmente in ihrer Polung wechselweise im Wesentlichen in eine Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems magnetisiert sind. Der Chipsensor ist mit seinen Großflächen im Wesentlichen senkrecht oder parallel oder in einer beliebigen Winkellage dazwischen zur Oberfläche der Multipolanordnung angeordnet.
In der älteren Patentanmeldung DE 10 2009 001 395.4 der Anmelderin wird eine Vorrichtung zum Messen eines Magnetfelds offenbart, welche eine Erregerspule und ein magnetisierbares Kernmaterial umfasst. Das Kernmaterial weist einen ersten Weiss-Bezirk und einen zweiten Weiss-Bezirk auf, wobei der erste Weiss- Bezirk und der zweite Weiss-Bezirk an eine gemeinsame Bloch-Wand angrenzen. Zum Messen eines Magnetfelds wird an die Erregerspule eine Wechselspannung unter Ausbildung eines periodisch wechselnden Magnetfelds angelegt, wodurch das Kernmaterial periodisch ummagnetisiert wird. Das zu messende Magnetfeld und das Magnetfeld der Erregerspule überlagern sich, wodurch die Ummagnetisierung des Kernmaterials zeitlich verschoben wird. Aus der zeitlichen Verschiebung der Ummagnetisierung des Kernmaterials kann auf das zu messende Magnetfeld geschlossen werden. Zudem weist die Vorrichtung eine Messspule zum Messen der Magnetfeldänderung des Kernmaterials auf, wobei der Zeitpunkt der Ummagnetisierung durch eine in der Messspule induzierte Spannungsänderung, insbesondere einen Spannungspuls, bestimmt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der mindestens eine Magnetsensor als so genannter Flipcore- Sensor mit einem magnetisierbaren Kern, einer Treiberspule und einer Messspule ausgeführt ist und zur Drehzahlmessung oder Messung linearer Bewegungen eingesetzt werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine kostengünstige Herstellung sowie eine hohe Empfindlichkeit, eine Offsetfreiheit und eine Temperaturunabhängigkeit. Außerdem kann der mindestens eine Magnetsensor der erfindungsgemäßen Vorrich- tung zur Ermittlung von Bewegungsparametern in vorteilhafter Weise durch
Überschreiten des Messbereichs nicht zerstört oder bezüglich irgendwelcher Parameter verändert werden.
Der wesentliche Vorteil der Verwendung von als Flipcore-Sensoren ausgeführten Magnetsensoren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern besteht darin, dass diese Sensoren die gleiche Empfindlichkeit wie AMR/GMR-Sensoren aufweisen, aber robuster ausgeführt sind und keine Temperaturabhängigkeit aufweisen. Sobald die Werte des wechselnden Magnetfelds wieder in den Messbereich der Vorrichtung zur Ermittlung von Be- wegungsparametern kommen, misst der mindestens eine Magnetsensor sofort wieder richtig und liefert korrekte Messwerte zur Auswertung. Dadurch kann man bei der Messung von Drehzahlen mit Multipolrädern oder auch bei der Messung von Linearbewegungen einen Feldnulldurchgang des wechselnden Magnetfelds sehr genau messen, auch wenn das wechselnde Magnetfeld ein Maximum auf- weist, das außerhalb des Messbereichs des mindestens einen Magnetsensors liegt. Für bekannte AMR/GMR-Sensoren ist das nur mit höherem Aufwand (Kosten) erreichbar. Hall Sensoren, die ebenfalls hohe Magnetfelder aushalten und sogar noch messen können, sind dagegen nicht so empfindlich. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern zur Verfügung, welche einen magnetischen Multipol, welcher ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, mindestens einen Magnetsensor zum Messen des Magnetfelds des magnetischen Multipols und eine Auswerte- und Steuereinheit zur Auswertung der Signale des mindestens einen Magnetsensors umfasst. Hierbei kann eine Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol und dem mindestens einen Magnetsensor ausgewertet werden. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine Magnetsensor einen magnetisierbaren Kern, eine Treiberspule und eine Messspule, wobei die Auswerte- und Steuereinheit die Treiberspule mit einem periodischen Treibersignal beaufschlagt, um eine periodische Ummagnetisierung des Kerns zu bewirken, und über die Messspule die Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns ermittelt. Hierbei ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit aus den
Ummagnetisierungszeitpunkten einen aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols innerhalb eines vorgegebenen Messbereichs, welcher einen Bereich um einen Nulldurchgang des Magnetfelds des magneti- sehen Multipols repräsentiert. Bei dem mindestens einen Magnetsensor wird die
Ummagnetisierung des Kerns vorzugsweise durch einen in der Treiberspule erzeugten Dreiecksstrom als Treibersignal erzeugt. Da das wirksame Magnetfeld des magnetischen Multipols die vom periodischen Treibersignal vorgegebenen Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns beeinflusst, führt die Auswerte- und Steuereinheit einen Vergleich des vorgegebenen Ummagnetisierungszeitpunkts des Kerns und des tatsächlichen ermittelten Ummagnetisierungszeitpunkts des Kerns durch, um den aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols zu ermitteln.
Für die Messung einer Drehzahl oder einer Linearbewegung reicht es aus, den Feldnulldurchgang des wechselnden Magnetfelds des magnetischen Multipols zu messen. Stellt man den Feldverlauf beispielsweise als Sinusverlauf dar, so würde der mindestens eine Magnetsensor immer um den Nulldurchgang herum das Magnetfeld messen. Die Feldstärke des Magnetfelds in diesem Bereich kann dabei sehr genau gemessen werden. Überschreitet das Magnetfeld den messbaren Wertebereich, so misst der mindestens eine Magnetsensor nicht mehr. Er kann aber ohne Zerstörung und Historie sofort wieder messen, sobald das Magnetfeld wieder im messbaren Bereich des mindestens einen Magnetsensors ist. Da für die Messung immer eine Periode des periodischen Treibersignals erforderlich ist, besteht die Messung aus einer Anzahl von Messpunkten, welche im Messbereich des mindestens einen Magnetsensors gemessen werden. Hierbei ist die Anzahl der im vorgegebenen Messbereich ermittelten aktuellen Werte des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols von einer Drehfrequenz und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol und dem mindestens einen Magnetsensor und/oder von der Frequenz des periodischen Treibersignals abhängig. Die Frequenz des periodischen Treibersignals wird in vorteilhafter Weise so gewählt, dass die Anzahl der Messpunkte im Bereich des Nulldurchgangs groß genug ist, um den Nulldurchgang des wechselnden Magnetfelds des magnetischen Multipols genau bestimmen zu können. Zu diesem Zweck sollte die Frequenz des periodischen Treibersignals mindestens zehnmal, vorzugsweise mindestens einhundertmal größer sein als die maximale Frequenz des wechselnden Magnetfelds des magnetischen Multipols bei einer maximal erfassbaren Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol und dem mindestens einen Magnetsensor. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Kern des mindestens einen Magnetsensors als weichmagnetischer Dünnschichtkern ausgebildet ist, welcher eine magnetische Schicht oder mehrere magnetische Schichten aufweist, wobei jeweils zwischen zwei Magnetschichten eine Trennschicht angeordnet ist, um eine schichtübergreifenden Kristallation zwischen zwei benachbarten Magnetschichten zu verhindern. Des Weiteren können die Treiberspule und die Messspule auf einer Substratschicht angeordnet werden, wobei der weichmagnetische Dünnschichtkern innerhalb der Treiberspule und der Messspule angeordnet und durch mindestens eine Isolierschicht von der Treiberspule und der Messspule getrennt ist. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauform des mindestens einen Magnetsensors.
Zudem können mehrere Magnetsensoren mit oder ohne Auswerteeinheit zu einer Sensoreinheit zusammengefasst werden, mit welcher neben einer Drehzahl und/oder Geschwindigkeit und/oder einer zurückgelegten Strecke auch eine Be- wegungsrichtung ermittelt und/oder ein Störfeld erkannt und kompensiert werden können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern sind zwei Magnetsensoren mit einem vorgegebenen Abstand im Magnetfeld des magnetischen Multipols angeordnet. Dies ermöglicht in Abhängigkeit vom vorgegebenen Abstand der beiden Magnetsensoren eine Bestimmung der Bewegungsrichtung und/oder eine Erkennung und Kompensation eines Störfelds. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Ermittlung von Bewegungsparametern ermittelt die Auswerteeinheit eine Anzahl von Feldnulldurchgängen des Magnetfelds des magnetischen Multipols und berechnet aus der ermittelten Anzahl von Feldnulldurchgängen eine Drehzahl und/oder Geschwindigkeit und/oder eine zurückgelegte Strecke. Um eine Bewegungsrichtung bestimmen zu können, sind zwei Magnetsensoren erforderlich, welche leicht versetzt zueinander montiert werden. Durch die Reihenfolge, mit der die beiden Magnetkerne nacheinander ummagnetisieren, kann die Auswerteeinheit die Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol und dem mindestens einen Magnetsensor berechnen. Auch Störfelder bzw. Offsetfelder können prinzipiell mit einer geeigneten Anordnung von zwei Magnetsensoren erkannt werden. Ordnet man zwei Messspulen jeweils in zwei benachbarten Nulldurchgängen des Magnetfelds des magnetischen Multipols an, dann würde die Ummagnetisierung der beiden Messsensoren ohne Störfeld bzw. Offsetfeld gleichzeitig erfolgen. Bei Auftreten eines Stör- feldes bzw. Offsetfeldes verschiebt sich der Ummagnetisierungszeitpunkt um das zur Kompensation des Störfeldes bzw. Offsetfeldes erforderliche Magnetfeld des Multipols. Der wirkliche Nulldurchgangsmoment liegt dann exakt zwischen den beiden Ummagnetisierungsimpulsen der beiden Messsensoren. In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern entspricht ein vorgegebener zweiter Abstand zwischen den beiden Magnetsensoren einem Abstand zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen des Magnetfelds des magnetischen Multipols. In vorteilhafter Weise erkennt die Auswerteeinheit ein magnetisches Störfeld bzw. Offsetfeld, wenn die Ummagnetisierung der beiden mit dem vorgegebenen zweiten Abstand zueinander angeordneten Messsensoren zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgt. Die Auswerteeinheit ermittelt einen realen Nulldurchgangsmoment als Mittelwert zwischen den beiden verschiedenen Zeitpunkten der Ummagnetisierung der beiden Messsensoren und kompensiert dadurch in vorteilhafter Weise das erkannte magnetische Störfeld bzw. Offsetfeld.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetsensors zum Messen eines Magnetfelds eines magnetischen Multipols für die Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern aus Fig. 1 .
Fig. 3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetkerns für den erfindungsgemäßen Magnetsensor zum Messen eines Magnetfelds eines magnetischen Multipols aus Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Ermittlung von Bewegungsparametern einen magnetischen Multipol 20, welcher ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, mindestens einen Magnetsensor 10a, 10b, 10b' zum Messen des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 und eine Auswerteeinheit 30 zur Auswertung der Signale SA, SB, SB' des mindestens einen Magnetsensors 10a, 10b, 10b', wobei eine Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol 20 und dem mindestens einen Magnetsensor 10a, 10b, 10b' auswertbar ist. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, kann die Vorrichtung 1 zur Ermittlung von Bewegungsparametern nur einen im wechselndes Magnetfeld des Multipols 20 angeordneten Magnetfeldsensor 10a umfassen, wenn nur eine aktuelle Drehzahl und/oder Ge- schwindigkeit und/oder eine aktuell zurückgelegt Strecke ermittelt werden soll. Soll zusätzlich die Bewegungsrichtung ermittelt oder ein Störfeld erkannt und kompensiert werden, dann ist mindestens ein weiterer gestrichelt dargestellter Magnetfeldsensor 10b, 10b' erforderlich, der im wechselnden Magnetfeld des Multipols 20 angeordnet wird. Der Multipol 20 kann beispielsweise in Form eines
Rades (Multipolrad) oder als lineare Skala (Maßstab) eingesetzt werden und um- fasst einzelne Magnetsegmente, welche sich in ihrer magnetischen Polung abwechseln. Zudem können mehrere Magnetsensoren 10a, 10b, 10b' mit oder ohne Auswerte- und Steuereinheit 30 zu einer Sensoreinheit 5 zusammengefasst werden, mit welcher neben einer Drehzahl und/oder Geschwindigkeit und/oder einer zurückgelegten Strecke auch eine Bewegungsrichtung ermittelt und/oder ein Störfeld erkannt und kompensiert werden können.
Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine Magnetsensor 10a, 10b, 10b' ei- nen magnetisierbaren Kern 16, eine Treiberspule 18.1 und eine Messspule 18.2, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 30 die Treiberspule 18.1 mit einem periodischen Treibersignal ST beaufschlagt, um eine periodische Ummagnetisierung des Kerns 16 zu bewirken, und über die Messspule 18.2 die
Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns 16 ermittelt. Aus den
Ummagnetisierungszeitpunkten ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 30 einen aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 innerhalb eines vorgegebenen Messbereichs, welcher einen Bereich um einen Nulldurchgang des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 repräsentiert. Da das wirksame Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 die vom periodischen Treibersignal ST vorgegebenen Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns 16 be- einflusst, vergleicht die Auswerte- und Steuereinheit 30 den vorgegebenen Ummagnetisierungszeitpunkt des Kerns 16 mit dem tatsächlichen ermittelten Ummagnetisierungszeitpunkt des Kerns 16 und ermittelt durch diesen Vergleich den aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols 20.
Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist der Kern 16 als weichmagnetischer Dünnschichtkern ausgebildet, welcher durch das periodische Treibersignal ST über die Treiberspule 18.1 zu vorgegebenen Zeitpunkten ummagnetisiert wird. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, sind die Treiberspule 18.1 und die Messspule 18.2 vorzugsweise auf einer Substratschicht 12 aus Silizium angeordnet und der weichmagnetische Dünnschichtkern 16 ist innerhalb der Treiberspule 18.1 und der Messspule 18.2 angeordnet und durch mindestens eine Isolierschicht 14 von der Treiberspule 18.1 und der Messspule 18.2 getrennt. Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, weist der weichmagnetische Dünnschichtkern 16 im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere magnetische Schichten 16.1 auf, wobei jeweils zwischen zwei Magnetschichten 16.1 eine Trennschicht 16.2 angeordnet ist, um eine schichtübergreifenden Kristallation zwischen zwei benachbarten Magnetschichten 16.1 zu verhindern. Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform umfasst der Dünnschichtkern 16 nur eine Magnetschicht 16.1 , so dass auf die Trennschicht 16.2 verzichtet werden kann.
Für die Messung einer Drehzahl oder einer Linearbewegung reicht es aus, den Feldnulldurchgang des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 zu messen. Stellt man den Feldverlauf des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 als Sinus dar, wie aus Fig. 4 bis 6 ersichtlich ist, dann misst der mindestens eine Magnetsensor 10a, 10b, 10b' die aktuellen Werte des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 immer in den Bereichen um den Nulldurchgang, welche in Fig. 4 bis 6 als schwarzer Balken dargestellt sind. Die Feldstärke in diesen Bereichen kann dabei sehr genau gemessen werden. Überschreitet das Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 den messbaren Wertebereich, so misst der min- destens eine Magnetsensor 10a, 10b, 10b' nicht mehr. Sobald die Werte des
Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 wieder in den Messbereich des mindestens einen Magnetsensors 10a, 10b, 10b' eintreten stellt dieser wieder korrespondierende Messwerte SA, SB, SB' zur Auswertung zur Verfügung. Das bedeutet, dass der mindestens eine Magnetsensor 10a, 10b, 10b' durch das starke Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 nicht zerstört wird und auch keine
Historie aufbaut. Da der mindestens eine Magnetsensor 10a, 10b, 10b' durch das periodische Treibersignal angesteuert wird, um einen Feldwert des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 zu messen, ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 30 eine Anzahl von Messpunkten, die im Messbereich des mindestens ei- nen Magnetsensors 10a, 10b, 10b' gemessen werden. Die Anzahl der im vorgegebenen Messbereich ermittelten aktuellen Werte des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 ist von einer Drehfrequenz und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol 20 und dem mindestens einen Magnetsensor 10a, 10b, 10b' und/oder von der Fre- quenz des periodischen Treibersignals ST abhängig. Das Sensorkonzept entspricht einem induktiven Prinzip, wobei die Induktion in der Messspule 18.2 nicht aufgrund des äußern Feldes (Multipolfeld) entsteht, sondern aufgrund der schlagartigen Ummagnetisierung des Kerns 16 durch das Treibersignal ST, das beispielsweise als dreieckförmiger Treiberstrom ST zur Verfügung gestellt wird. Diese schlagartige Ummagnetisierung kann durch die besondere Geometrie und die hohe Permeabilität des Kerns 16 erreicht werden, welcher beispielsweise in der älteren Patentanmeldung DE 10 2009 001 395.4 der Anmelderin beschrieben wird. Die Frequenz des periodischen Treibersignals ST wird in vorteilhafter Weise so gewählt, dass die Anzahl der Messpunkte in den Bereichen der Nulldurchgänge des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 groß genug ist, um die Null- durchgänge des wechselnden Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 genau bestimmen zu können. Zu diesem Zweck sollte die Frequenz des periodischen Treibersignals ST mindestens zehnmal, vorzugsweise mindestens einhundertmal größer sein als die maximale Frequenz des wechselnden Magnetfelds des magnetischen Multipols 20 bei einer maximal erfassbaren Geschwin- digkeit der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol 20 und dem mindestens einen Magnetsensor 10a, 10b, 10b'.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Ermittlung von Bewegungsparametern, bei welcher nur ein Magnetsensor 10a im wechselnden Magnetfeld des Multipols 20 angeordnet ist, das einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Der Multipol 20 umfasst beispielsweise einzelne nicht dargestellte Magnetsegmente, welche sich in ihrer magnetischen Polung abwechseln. Die Auswerte- und Steuereinheit 30 ermittelt aus dem Ausgabesignal SA des Magnetsensors 10a im korrespondierenden fett dargestellten Messbereich um jeden Feldnulldurchgang die aktuellen Werte des Magnetfelds des magnetischen Multipols 20. Durch Zählen der Feldnulldurchgänge innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit bzw. die zurückgelegte Strecke ermitteln. Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Ermittlung von
Bewegungsparametern, bei welcher zwei Magnetsensoren 10a, 10b im wechselnden Magnetfeld des Multipols 20 angeordnet sind. Auch hier weist das Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 einen sinusförmigen Verlauf auf, und der Multipol 20 umfasst einzelne nicht dargestellte Magnetsegmente, welche sich in ihrer magnetischen Polung abwechseln. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, sind die beiden Magnetsensoren 10a, 10b mit einem vorgegebenen ersten Abstand A1 zueinander im Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 angeordnet. Das bedeutet, dass die beiden Magnetsensoren 10a, 10b im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel leicht versetzt zueinander angeordnet sind. Die beiden Magnetsensoren 10a, 10b erfassen einen Feldnulldurchgang zu verschiedenen Zeitpunkten, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 30 aus einer Reihenfolge, mit welcher die beiden mit einem vorgegebenen ersten Abstand A1 zueinander angeordneten Messspulen 10a, 10b ummagnetisieren, d.h. den zugehörigen Feldnulldurchgang detektieren, eine Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol 20 und dem mindestens einen Magnetsen- sor 10a, 10b berechnet. Durch Zählen der Nulldurchgänge innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit bzw. die zurückgelegte Strecke ermitteln.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Ermittlung von Bewegungsparametern, bei welcher zwei Magnetsensoren 10a, 10b' im wechselnden Magnetfeld des Multipols 20 angeordnet sind. Auch hier weist das Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 einen sinusförmigen Verlauf auf, und der Multipol 20 umfasst einzelne nicht dargestellte Magnetsegmente, welche sich in ihrer magnetischen Polung abwechseln. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, sind die beiden Magnetsensoren 10a, 10b' mit einem vorgegebenen zweiten Abstand
A2 zueinander im Magnetfeld des magnetischen Multipols 20 angeordnet. Das bedeutet, dass die beiden Magnetsensoren 10a, 10b' im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel einen Abstand zueinander aufweisen, welcher einem Abstand zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen des Magnetfelds des mag- netischen Multipols 20 entspricht. Dadurch können auch Störfelder bzw. Offsetfelder erkannt und kompensiert werden. Liegt kein Störfeld bzw. Offsetfeld vor, dann erfolgt die Ummagnetisierung der beiden Magnetsensor 10a, 10b' gleichzeitig. Bei Auftreten eines Störfeldes bzw. Offsetfeldes verschieben sich die Ummagnetisierungszeitpunkte der beiden Magnetsensoren 10a, 10b' um das zur Kompensation des Störfeldes bzw. Offsetfeldes erforderliche Feld des Multipols
20. Durch Zählen der Nulldurchgänge innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit bzw. die zurückgelegte Strecke ermitteln. Zusätzlich kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 aus einer Verschiebung der ermittelten Nulldurchgänge erken- nen, ob ein Störfeld bzw. Offsetfeld aktiv ist oder nicht. Erfolgt die
Ummagnetisierung der beiden mit dem vorgegebenen zweiten Abstand A2 zuei- nander angeordneten Messspulen 10a, 10b' zu verschiedenen Zeitpunkten, dann erkennt die Auswerte- und Steuereinheit 30 ein Störfeld bzw. Offsetfeld. Die Auswerte- und Steuereinheit 30 ermittelt dann einen realen Nulldurchgangsmoment als Mittelwert zwischen den beiden verschiedenen Zeitpunkten der Ummagnetisierung der beiden Messspulen 10a, 10b' und kompensiert dadurch das erkannte magnetische Störfeld.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellten eine Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern, insbesondere zur Drehzahlmessung oder zur Messung linearer Bewegungen zur Verfügung, welche in vorteilhafter Weise die kostengünstig hergestellt werden kann und eine hohe Empfindlichkeit, eine Offsetfreiheit und eine Temperaturunabhängigkeit aufweist. Außerdem können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht durch Überschreiten des Messbereichs zerstört oder bezüglich irgendwelcher Parameter verändert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern mit einem magnetischen Multipol (20), welcher ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, mindestens einem Magnetsensor (10a, 10b, 10b') zum Messen des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) und einer Auswerte- und Steuereinheit (30) zur Auswertung der Signale (SA, SB, SB ) des mindestens einen Magnetsensors (10a, 10b, 10b'), wobei eine Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol (20) und dem mindestens einen Magnetsensor (10a, 10b, 10b') auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetsensor (10a, 10b, 10b') einen magnetisierbaren Kern (16), eine Treiberspule (18.1 ) und eine Messspule (18.2) umfasst, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) die Treiberspule (18.1 ) mit einem periodischen Treibersignal (ST) beaufschlagt, um eine periodische Ummagnetisierung des Kerns (16) zu bewirken, und über die Messspule (18.2) die
Ummagnetisierungszeitpunkte des Kerns (16) ermittelt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) aus den Ummagnetisierungszeitpunkten einen aktuellen Wert des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) innerhalb eines vorgegebenen Messbereichs ermittelt, welcher einen Bereich um einen Nulldurchgang des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) repräsentiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der im vorgegebenen Messbereich ermittelten aktuellen Werte des wirksamen Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) von einer Drehfrequenz und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol (20) und dem mindestens einen Magnetsensor (10a, 10b, 10b') und/oder von der Frequenz des periodischen Treibersignals (ST) abhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (16) als weichmagnetischer Dünnschichtkern ausgebildet ist, welcher eine magnetische Schicht (16.1 ) oder mehrere magnetische Schichten (16,1 ) aufweist, wobei jeweils zwischen zwei Magnetschichten (16.1 ) eine Trennschicht (16.2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberspule (18.1 ) und die Messspule (18.2) auf einer Substratschicht (12) angeordnet sind, wobei der weichmagnetische Dünnschichtkern (16) innerhalb der Treiberspule (18.1 ) und der Messspule (18.2) angeordnet und durch mindestens eine Isolierschicht (14) von der Treiberspule (18.1 ) und der Messspule (18.2) getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetsensoren (10a, 10b, 10b') mit einem vorgegebenen Abstand (A1 , A2) im Magnetfeld des magnetischen Multipols (20) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) eine Anzahl von Feldnulldurchgängen des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters ermittelt, und aus der ermittelten Anzahl von Feldnulldurchgängen eine Drehzahl und/oder Geschwindigkeit und/oder eine zurückgelegte Strecke berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) aus einer Reihenfolge, mit welcher die beiden mit einem vorgegebenen ersten Abstand (A1 ) zueinander angeordneten Messsensoren (10a, 10b) ummagnetisieren, eine Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Multipol (20) und dem mindestens einen Magnetsensor (10a, 10b, 10b') berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener zweiter Abstand (A2) zwischen den beiden Magnetsensoren (10a, 10b') einem Abstand zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen des Magnetfelds des magnetischen Multipols (20) entspricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) ein magnetisches Störfeld erkennt, wenn die Ummagnetisierung der beiden mit dem vorgegebenen zweiten Abstand (A2) zueinander angeordneten Messsensoren (10a, 10b') zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) einen realen Nulldurchgangsmoment als Mittelwert zwischen den beiden verschiedenen Zeitpunkten der Ummagnetisierung der beiden Messsensoren (10a, 10b') ermittelt und dadurch das erkannte magnetische Störfeld kompensiert.
PCT/EP2012/059459 2011-07-22 2012-05-22 Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern WO2013013855A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112014001186A BR112014001186A2 (pt) 2011-07-22 2012-05-22 dispositivo para a determinação de parâmetros de movimentação
EP12729372.8A EP2734812A1 (de) 2011-07-22 2012-05-22 Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern
CN201280035760.5A CN103718003B (zh) 2011-07-22 2012-05-22 用于获得运动参数的装置
US14/234,240 US9612135B2 (en) 2011-07-22 2012-05-22 Device for determining motion parameters
JP2014522003A JP2014521109A (ja) 2011-07-22 2012-05-22 運動パラメータ検出装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011079631A DE102011079631A1 (de) 2011-07-22 2011-07-22 Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern
DE102011079631.2 2011-07-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013013855A1 true WO2013013855A1 (de) 2013-01-31

Family

ID=46354160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/059459 WO2013013855A1 (de) 2011-07-22 2012-05-22 Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9612135B2 (de)
EP (1) EP2734812A1 (de)
JP (1) JP2014521109A (de)
CN (1) CN103718003B (de)
BR (1) BR112014001186A2 (de)
DE (1) DE102011079631A1 (de)
WO (1) WO2013013855A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016120638B4 (de) * 2016-10-28 2018-10-18 Preh Gmbh Eingabegerät mit Betätigungsteil und magnetischem Messfeld zur Ermittlung eines Positionsparameters des Betätigungsteils
DE102018215783A1 (de) * 2018-09-18 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh Positionserfassungssystem und Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4220801A1 (de) * 1992-06-25 1994-01-05 Bosch Gmbh Robert Wegmeßsystem für eine Fahrwerkregelung
DE102007023385A1 (de) 2007-05-18 2008-11-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Linear- oder Rotationsbewegungen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3411773C2 (de) * 1984-03-30 1987-02-12 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl und/oder eines Drehwinkels einer Welle
EP0191223A3 (de) * 1984-11-09 1988-02-24 The Superior Electric Company Magnetisch arbeitender Transduktor
US6118271A (en) * 1995-10-17 2000-09-12 Scientific Generics Limited Position encoder using saturable reactor interacting with magnetic fields varying with time and with position
DE19621886C2 (de) * 1996-05-31 2000-11-30 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Magnetische Positionsmeßeinrichtung
BR9905263A (pt) * 1999-09-30 2001-06-12 Elevadores Atlas S A Sensor de posição pela permanência magnética
JP2001281308A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Sony Precision Technology Inc 磁気センサ及び位置検出装置
GB2383417B (en) * 2001-12-20 2005-10-05 Weston Aerospace Sensing method and apparatus
US7535221B2 (en) * 2006-03-17 2009-05-19 Citizen Holdings Co., Ltd. Magnetic sensor element and electronic directional measuring device
CN101563585B (zh) * 2006-12-21 2013-03-20 微-埃普西龙测量技术有限两合公司 被测物相对于传感器的位置和/或位置变化的测定方法及测定用的传感器装置
TW201033632A (en) 2009-03-09 2010-09-16 Bosch Gmbh Robert Apparatus and method for measuring magnetic field
DE102009044988A1 (de) * 2009-09-24 2011-03-31 Robert Bosch Gmbh Leistungsoptimierte Ansteuerung eines Fluxgatesensors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4220801A1 (de) * 1992-06-25 1994-01-05 Bosch Gmbh Robert Wegmeßsystem für eine Fahrwerkregelung
DE102007023385A1 (de) 2007-05-18 2008-11-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Linear- oder Rotationsbewegungen

Also Published As

Publication number Publication date
US9612135B2 (en) 2017-04-04
US20140184206A1 (en) 2014-07-03
EP2734812A1 (de) 2014-05-28
CN103718003A (zh) 2014-04-09
BR112014001186A2 (pt) 2017-02-21
CN103718003B (zh) 2017-08-11
JP2014521109A (ja) 2014-08-25
DE102011079631A1 (de) 2013-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19818799C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Winkeln
EP3563116B1 (de) Wegsensor
EP2156143B1 (de) Magnetfeldsensor
WO2007115857A2 (de) Gebervorrichtung für eine elektrische maschine
WO2014086525A1 (de) Sensorvorrichtung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements
WO2009121193A1 (de) Magnetische linearsensoranordnung
DE102013207159A1 (de) Magnetfeldsensor
DE102016225517A1 (de) Sensorvorrichtung, Sensorsystem und Lenksystem
EP1324050A2 (de) Anordnung zum Detektieren der Bewegung eines Encoders
DE102019102152A1 (de) Magnetfelddrehmoment- und/oder winkelsensor
DE102017108471A1 (de) Sensorkopf, Kombinationssensor, Drehmomentmessanordnung und Verfahren zum Messen von Drehmoment und Drehzahl
WO2011076554A1 (de) Sensoranordnung zur kombinierten drehzahl-drehmoment-erfassung
EP2734812A1 (de) Vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern
EP3695194B1 (de) Elektromagnetisches messsystem für die erfassung von länge und winkel basierend auf dem magnetoimpedanzeffekt
WO2016150616A1 (de) Sensoranordnung zur drehzahlerfassung eines rotierenden bauteils
DE102012221327A1 (de) Sensorvorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements
EP1511973B1 (de) Verfahren und anordnung zur erfassung der bewegung eines elements
WO2013013854A1 (de) Magnetsensor zum messen eines magnetfelds eines magnetischen multipols und zugehörige vorrichtung zur ermittlung von bewegungsparametern
WO2007023036A1 (de) Sensoranordnung
WO2022008265A1 (de) Omnidirektionaler drehzahl- und richtungssensor
AT520709B1 (de) Elektromagnetisches Messsystem für die Erfassung von Länge und Winkel basierend auf dem Magnetoimpedanzeffekt
EP1800144A1 (de) Magnetsensoranordnung
WO2011047932A1 (de) Absolutwert-winkelmesssystem
DE10005553C2 (de) Einrichtung zur Ermittlung einer wirksamen Umfangskraft an einem Reifen eines Fahrzeugs
WO2016202489A1 (de) Drehzahlsensorvorrichtung, verfahren zum betreiben

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012729372

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12729372

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014522003

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14234240

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014106610

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112014001186

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112014001186

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20140117