WO2014167118A1 - Sensor device having a torque sensor device and having an incremental sensor device and motor vehicle - Google Patents

Sensor device having a torque sensor device and having an incremental sensor device and motor vehicle Download PDF

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WO2014167118A1
WO2014167118A1 PCT/EP2014/057435 EP2014057435W WO2014167118A1 WO 2014167118 A1 WO2014167118 A1 WO 2014167118A1 EP 2014057435 W EP2014057435 W EP 2014057435W WO 2014167118 A1 WO2014167118 A1 WO 2014167118A1
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incremental
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Ekkehart Froehlich
Roman Schoepe
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electrical or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electrical or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
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    • B62D6/08Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Abstract

The invention relates to a sensor device (1) for a shaft, in particular a steering shaft, of a motor vehicle, comprising a torque sensor device (100) for detecting a torque applied to the shaft, wherein the torque sensor device (100) has a magnetic stator, which is designed to conduct magnetic flux and comprises two stator parts (14, 15) arranged at a distance from each other along an axis (41), which stator parts each have a ring disk (18, 19) arranged perpendicular to the axis (41), and comprising an incremental sensor device (40), which has a transmitting element (46) connected to the stator in a rotationally fixed manner and a receiving element and which is designed to output a signal pulse on the basis of a relative motion between the transmitting element (46) and the receiving element at predetermined angular intervals of the shaft, wherein a respective plane (42, 43) arranged perpendicular to the axis (41) is defined by each of the ring disks (18, 19) of the magnetic stator and the transmitting element (46) of the incremental sensor device (40) is arranged axially between the planes (42, 43).

Description

Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer  Sensor device with a torque sensor device and a
Inkrementalsensoreinnchtung und Kraftfahrzeug  Incremental sensor device and motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für eine Welle, insbesondere eine The invention relates to a sensor device for a shaft, in particular a
Lenkwelle, eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Drehmomentsensoreinrichtung sowie eine Inkrementalsensoreinnchtung. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines auf die Welle aufgebrachten Drehmoments ausgebildet, während die Steering shaft, a motor vehicle, comprising a torque sensor device and a Inkrementalsensoreinnchtung. The torque sensor device is configured to detect a torque applied to the shaft, while the
Inkrementalsensoreinnchtung zum Ausgeben von Signalimpulsen in vorbestimmten Winkelabständen der Welle dient. Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst einen magnetischen Stator, der zum Leiten von magnetischem Fluss ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse beabstandet zueinander angeordnete Statorteile umfasst, welche jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ringscheibe aufweisen. Die Incremental sensor means for outputting signal pulses at predetermined angular intervals of the shaft is used. The torque sensor device comprises a magnetic stator which is designed to conduct magnetic flux and comprises two stator parts which are arranged spaced apart from each other along an axis and which each have an annular disk arranged perpendicular to the axis. The
Inkrementalsensoreinnchtung umfasst ein mit dem Stator drehfest verbundenes Inkrementalsensoreinnchtung comprises a rotatably connected to the stator
Sendeelement sowie ein Empfangselement, wobei aufgrund einer Relativbewegung zwischen Sendeelement und Empfangselement die Signalimpulse erzeugbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer derartigen Sensorvorrichtung. Transmitting element and a receiving element, wherein due to a relative movement between the transmitting element and the receiving element, the signal pulses can be generated. The invention also relates to a motor vehicle, in particular a passenger car, with such a sensor device.
Drehmomentsensoreinrichtungen zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Torque sensor means for detecting a on a steering shaft of a
Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments sind bereits Stand der Technik. Solche Drehmomentsensoreinrichtungen können beispielsweise bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt werden. Eine Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Beispiel aus dem Motor vehicle applied torque are already prior art. Such torque sensor devices can be used for example in electric steering systems. A torque sensor device is, for example, from
Dokument US 2004/0194560 A1 sowie aus der Druckschrift DE 102 40 049 A1 bekannt. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist dabei an zwei sich in axialer Richtung Document US 2004/0194560 A1 as well as from the document DE 102 40 049 A1. The torque sensor device is at two in the axial direction
gegenüberliegenden Wellenteilen bzw. Teilwellen der Lenkwelle angebracht, welche über einen Torsionsstab miteinander verbunden sind. An dem ersten Wellenteil ist ein Magnet - etwa ein Ringmagnet - angeordnet, während auf dem anderen Wellenteil ein Halter mit einem magnetischen Stator angebracht ist, welcher dem Dauermagneten in radialer Richtung über einen kleinen Luftspalt gegenüberliegt. Über den Stator - welcher üblicherweise aus zwei separaten Statorteilen besteht - wird der magnetische Fluss des Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter geleitet, welche dann den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor - beispielsweise einen Hall-Sensor - abgeben. Eine solche Drehmomentsensoreinrichtung ist außerdem aus dem Dokument DE 10 2007 043 502 A1 bekannt. Außerdem sind aus dem Stand der Technik Lenkwinkelsensoren bekannt, welche zur Erfassung des aktuellen absoluten Lenkwinkels der Lenkwelle dienen. Eine solche Einrichtung ist zum Beispiel aus der DE 10 2008 01 1 448 A1 bekannt. Eine mounted opposite shaft parts or partial waves of the steering shaft, which are connected to each other via a torsion bar. On the first shaft part, a magnet - such as a ring magnet - arranged, while mounted on the other shaft part, a holder with a magnetic stator, which is opposite to the permanent magnet in the radial direction over a small air gap. About the stator - which usually consists of two separate stator parts - the magnetic flux of the magnet is passed to a first and a second flux guide, which then deliver the magnetic flux to a magnetic sensor - for example, a Hall sensor. Such a torque sensor device is also known from the document DE 10 2007 043 502 A1. In addition, steering angle sensors are known from the prior art, which serve to detect the current absolute steering angle of the steering shaft. Such a device is known for example from DE 10 2008 01 1 448 A1. A
Drehbewegung der Lenkwelle wird hier über ein Getriebe auf ein kleineres Zahnrad übertragen, welches einen Magneten trägt. Die Rotation des kleinen Zahnrades wird dann mithilfe eines Magnetsensors erfasst. Bekanntlich liefern Lenkwinkelsensoren ein analoges Signal, welches die augenblickliche Winkelstellung und somit den jeweils aktuellen absoluten Wert des Lenkwinkels charakterisiert. Rotary movement of the steering shaft is transmitted here via a gear on a smaller gear, which carries a magnet. The rotation of the small gear is then detected using a magnetic sensor. As is known, steering angle sensors provide an analog signal which characterizes the instantaneous angular position and thus the respective current absolute value of the steering angle.
Das Interesse richtet sich vorliegend jedoch insbesondere auf so genannte However, the interest in this case is directed in particular to so-called
Indexsensoren bzw. Inkrementalsensoren, welche im Unterschied zu den genannten Lenkwinkelsensoren ein digitales bzw. ein diskretes Signal ausgeben. Dieses digitale Signal umfasst Signalimpulse, welche aufgrund einer Relativbewegung eines Index sensors or incremental sensors, which output a digital or a discrete signal in contrast to the aforementioned steering angle sensors. This digital signal comprises signal pulses, which due to a relative movement of a
Sendeelements bezüglich eines Empfangselements erzeugt werden. Das Sendeelement ist üblicherweise so angeordnet, dass es bei Drehung der Lenkwelle eine ringförmige Bahn beschreibt, die an dem ortsfesten Empfangselement vorbeiführt. Bei einem Transmit element to be generated with respect to a receiving element. The transmitting element is usually arranged such that upon rotation of the steering shaft, it describes an annular path which leads past the stationary receiving element. At a
Passieren des Empfangselements wird ein Signalimpuls ausgegeben. Solche Passing the receiving element, a signal pulse is output. Such
Inkrementalsensoreinrichtungen dienen üblicherweise zur Plausibilisierung des absoluten Lenkwinkels, der mittels der Lenkwinkelsensoren gemessen wird. Anhand des digitalen Signals der Inkrementalsensoreinrichtung kann nämlich grob festgestellt werden, in welchem Winkelbereich der absolute Lenkwinkel liegen soll, sodass eine Überprüfung des gemessenen absoluten Winkels möglich ist. Incremental sensor devices are usually used to check the plausibility of the absolute steering angle, which is measured by means of the steering angle sensors. Namely, it can roughly be determined by means of the digital signal of the incremental sensor device in which angular range the absolute steering angle should lie, so that a check of the measured absolute angle is possible.
Zum Stand der Technik gehören auch solche Sensorvorrichtungen, bei denen die Drehmomentsensoreinrichtung einerseits sowie die Inkrementalsensoreinrichtung andererseits integral als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet sind. Eine solche Vorrichtung mit einem Drehmomentsensor und einem Inkrementalsensor ist The prior art also includes such sensor devices in which the torque sensor device on the one hand and the incremental sensor device on the other hand are integrally formed as a common structural unit. Such a device with a torque sensor and an incremental sensor is
beispielsweise aus der DE 10 2005 038 516 A1 sowie der EP 2 434 259 A1 bekannt. For example, from DE 10 2005 038 516 A1 and EP 2 434 259 A1.
Eine kombinierte Drehmoment- und Indexsensoreinrichtung ist des Weiteren aus der DE 10 2010 064 145 A1 bekannt. A combined torque and index sensor device is furthermore known from DE 10 2010 064 145 A1.
An den aus dem Stand der Technik bekannten Drehmoment- und At the known from the prior art torque and
Indexsensorvorrichtungen ist als nachteilig der Umstand anzusehen, dass diese relativ viel Bauraum beanspruchen, der insbesondere im Bereich der Lenkwelle nur beschränkt zur Verfügung steht. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kombinierte Drehmoment- und Index sensor devices is to be regarded as a disadvantage of the fact that they require a relatively large amount of space, which is limited in particular in the field of steering shaft available. It is an object of the invention to provide a combined torque and
Inkrementalsensorvorrichtung bereitzustellen, welche im Vergleich zum Stand der Technik besonders kompakt aufgebaut ist. Incremental sensor device to provide, which is particularly compact compared to the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen This object is achieved by a sensor device and by a motor vehicle with the features according to the respective independent
Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Claims solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist für eine Welle, insbesondere eine A sensor device according to the invention is for a shaft, in particular a
Lenkwelle, eines Kraftfahrzeugs konzipiert und umfasst eine Steering shaft, a motor vehicle designed and includes a
Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf die Welle aufgebrachten Torque sensor device for detecting a force applied to the shaft
Drehmoments sowie eine Inkrementalsensoreinrichtung bzw. Indexsensoreinrichtung. Die Drehmomentsensoreinrichtung hat einen magnetischen Stator, der zum Leiten von magnetischem Fluss von einem Magneten hin zu einem Flussleiter und hierdurch zu einem Magnetsensor ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse - nämlich Torque and an incremental sensor device or index sensor device. The torque sensor device has a magnetic stator configured to conduct magnetic flux from a magnet toward a flux guide and thereby to a magnetic sensor, and two along an axis - viz
insbesondere einer Drehachse der Welle - beabstandet zueinander angeordnete in particular a rotational axis of the shaft - spaced from one another
Statorteile umfasst. Die Statorteile weisen jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ringscheibe auf. Die Inkrementalsensoreinrichtung wiederum umfasst ein mit dem Stator mittelbar oder unmittelbar drehfest verbundenes Sendeelement sowie ein Stator parts includes. The stator parts each have an annular disk arranged perpendicular to the axis. The incremental sensor device, in turn, comprises a transmitting element that is connected directly or indirectly to the stator in a rotationally fixed manner, as well as a
Empfangselement. Die Inkrementalsensoreinrichtung ist so ausgebildet, dass in vorbestimmten Winkelabständen der Welle - beispielsweise pro Umdrehung oder mehrmals pro Umdrehung - jeweils ein Signalimpuls aufgrund einer Relativbewegung zwischen Sendeelement und Empfangselement ausgegeben wird. Die Receiving element. The incremental sensor device is designed so that at predetermined angular intervals of the shaft - for example, per revolution or several times per revolution - each a signal pulse due to a relative movement between the transmitting element and the receiving element is output. The
Inkrementalsensoreinrichtung gibt somit insbesondere ein digitales bzw. diskretes Signal aus. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch die Ringscheiben des magnetischen Stators jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ebene definiert ist und das Sendeelement der Inkrementalsensoreinrichtung axial zwischen den Ebenen angeordnet ist. Incremental sensor device thus outputs in particular a digital or discrete signal. According to the invention it is provided that in each case a plane arranged perpendicular to the axis is defined by the annular disks of the magnetic stator and the transmitting element of the incremental sensor device is arranged axially between the planes.
Demnach wird vorgeschlagen, das Sendeelement der Inkrementalsensoreinrichtung axial zwischen den beiden Ringscheiben des Stators anzuordnen. Im Vergleich zu Accordingly, it is proposed to arrange the transmitting element of the incremental sensor device axially between the two annular disks of the stator. Compared to
Ausführungsformen, bei denen das Sendeelement axial außerhalb des Stators liegt, kann durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sendeelements eine Sensorvorrichtung geschaffen werden, die insbesondere in axialer Richtung besonders kompakt und Platz sparend ist. Dies erweist sich insbesondere beim Einsatz der Sensorvorrichtung bei einer Lenkwelle des Kraftfahrzeugs als besonders vorteilhaft, bei welcher bekanntlich relativ wenig Bauraum zur Verfügung steht. Embodiments in which the transmitting element is located axially outside the stator can be created by the inventive arrangement of the transmitting element, a sensor device which is particularly compact and space-saving, especially in the axial direction. This proves especially when using the sensor device in a Steering shaft of the motor vehicle as particularly advantageous, in which, as is known, relatively little space is available.
Die beiden Statorteile sind bevorzugt gleich bzw. identisch ausgestaltet. Von der jeweiligen Ringscheibe stehen vorzugsweise eine Vielzahl von Zahnelementen ab, die bevorzugt in axiale Richtung zeigen und somit parallel zur Achse angeordnet sind sowie vorzugsweise äquidistant in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Durch diese Zahnelemente wird der magnetische Fluss von einem Dauermagneten empfangen und dann über die Ringscheibe an einen Flussleiter abgegeben, welcher wiederum den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor abgibt. The two stator parts are preferably identical or identical. Of the respective annular disc are preferably from a plurality of tooth elements, which preferably show in the axial direction and are thus arranged parallel to the axis and are preferably arranged distributed equidistantly in the circumferential direction. By these tooth elements of the magnetic flux is received by a permanent magnet and then delivered via the annular disc to a flux guide, which in turn emits the magnetic flux to a magnetic sensor.
Bevorzugt sind die beiden Statorteile an einem ringförmigen und insbesondere wulstartigen Halter bzw. Träger angeordnet. Dann kann das Sendeelement der Preferably, the two stator parts are arranged on an annular and in particular bead-like holder or carrier. Then the transmitting element of the
Inkrementalsensoreinrichtung an einem Außenumfang des Halters angeordnet sein. Somit wird eine Sensorvorrichtung geschaffen, welche auch in radialer Richtung sehr kompakt ausgebildet ist. Üblicherweise stehen die Ringscheiben des Stators nämlich radial über den Au ßenumfang des Halters hinaus über, sodass zwischen den Incremental sensor device may be arranged on an outer circumference of the holder. Thus, a sensor device is provided, which is also very compact in the radial direction. Usually, the annular disks of the stator are radially beyond the Au ßenumfang of the holder beyond, so between the
Ringschieben quasi ein Stauraum ausgebildet ist, der axial durch die Ringscheiben und radial durch den Au ßenumfang des Halters begrenzt ist. Dieser Stauraum wird nun für die Anordnung des Sendeelements genutzt. Außerdem erübrigt sich durch diese Anordnung der Einsatz eines zusätzlichen Halters für das Sendeelement, weil ein ohnehin vorhandener Halter des Stators genutzt wird. Ring pushing quasi a storage space is formed, which is bounded axially by the annular discs and radially through the Au ßenumfang the holder. This storage space is now used for the arrangement of the transmitting element. In addition, this arrangement eliminates the need for an additional holder for the transmitting element, because an already existing holder of the stator is used.
Der genannte Halter kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. Der Halter kann auch einstückig ausgebildet sein. The said holder may for example be formed from plastic. The holder may also be formed in one piece.
Das Empfangselement ist bevorzugt in Form eines Schalters ausgebildet, welcher immer dann kurz geschlossen wird und einen Signalimpuls erzeugt, wenn er durch das The receiving element is preferably in the form of a switch, which is always short-circuited and generates a signal pulse when passing through the
Sendeelement passiert wird bzw. wenn das Sendeelement an dem Empfangselement vorbeigeführt wird. Transmitting element is passed or when the transmitting element is guided past the receiving element.
In einer Ausführungsform ist das Sendeelement als Magnet und das Empfangselement als Magnetsensor ausgebildet. In one embodiment, the transmitting element is designed as a magnet and the receiving element as a magnetic sensor.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Magnet radial magnetisiert ist, sodass seine Magnetfeldlinien und somit die Linien eines von dem Magneten erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Au ßenseite des Magneten und somit insbesondere senkrecht zum Außenumfang des Halters verlaufen. Auf diese Art und Weise kann ein Übersprechen der Inkrementalsensoreinrichtung einerseits und der Drehmomentsensoreinrichtung andererseits verhindert oder zumindest weitgehend reduziert werden, weil die Magnetfeldlinien des Magneten nicht auf die Ringscheiben des magnetischen Stators ausgerichtet werden bzw. nicht in axialer Richtung verlaufen. It proves to be advantageous if the magnet is radially magnetized, so that its magnetic field lines and thus the lines of a magnetic field generated by the magnet substantially perpendicular to a radial Au ßenseite the magnet and thus in particular run perpendicular to the outer circumference of the holder. In this way, crosstalk of the incremental sensor device on the one hand and the torque sensor device on the other hand can be prevented or at least largely reduced because the magnetic field lines of the magnet are not aligned with the annular disks of the magnetic stator or do not extend in the axial direction.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Magnet mit seiner Magnetisierung spiegelsymmetrisch bezüglich einer axial mittig zwischen den Ebenen der Ringscheiben angeordneten Mittelebene ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der räumliche Verlauf der Magnetfeldlinien des Magnetfelds spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene ist, die axial mittig zwischen den beiden Ringscheiben und senkrecht zur Achse liegt. Diese Ausführungsform beruht darauf, dass selbst bei einer radialen Magnetisierung des Magneten insbesondere am axialen Rand des Magneten Magnetfeldlinien vorhanden sind, die zusätzlich auch eine axiale Richtungskomponente besitzen. Die Furthermore, it has proven to be advantageous if the magnet is formed with its magnetism mirror-symmetrical with respect to an axially centrally disposed between the planes of the annular discs center plane. This means that the spatial course of the magnetic field lines of the magnetic field is mirror-symmetrical with respect to the center plane, which lies axially in the middle between the two annular disks and perpendicular to the axis. This embodiment is based on the fact that magnetic field lines are present even with a radial magnetization of the magnet, in particular on the axial edge of the magnet, which additionally have an axial directional component. The
spiegelsymmetrische Ausgestaltung des Magneten bezüglich seiner Magnetisierung sorgt also dafür, dass das Magnetfeld an beiden Ringscheiben gleich ist und das Übersprechen zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Inkrementalsensoreinrichtung somit vollständig vermieden werden kann. mirror-symmetric configuration of the magnet with respect to its magnetization thus ensures that the magnetic field at both annular disks is the same and thus the crosstalk between the torque sensor device and the incremental sensor device can be completely avoided.
Hinsichtlich der Ausgestaltung des Magneten können nun verschiedenste With regard to the configuration of the magnet can now vary
Ausführungsformen vorgesehen sein: Embodiments may be provided:
Zum einen kann der Magnet ringsegmentförmig und somit in Form eines Ringsegments bzw. unvollständigen Rings ausgebildet sein und zumindest ein Polpaar oder On the one hand, the magnet may be ring-segment-shaped and thus formed in the form of a ring segment or incomplete ring and at least one pair of poles or
ausschließlich ein Polpaar aus einem Nordpol und einem Südpol aufweisen, die in Umfangsrichtung nebeneinander, insbesondere unmittelbar aneinander anschließend, angeordnet sind. Durch eine solche ringsegmentförmige Ausgestaltung des Magneten kann der Fertigungsaufwand reduziert werden. Weist der Magnet ein Polpaar aus einem Nordpol und einem Südpol auf, so wird durch die Inkrementalsensoreinrichtung immer dann ein Signalimpuls ausgegeben, wenn der Magnet den Magnetsensor passiert. Pro Umdrehung kann somit ein einziger Signalimpuls ausgegeben werden. Optional können auch mehrere einzelne Teilmagnete jeweils in Form eines Ringsegments entlang des Umfangs angeordnet sein. exclusively a pole pair of a north pole and a south pole, which are arranged in the circumferential direction next to each other, in particular immediately adjacent to each other. By such a ring-segment-shaped configuration of the magnet manufacturing costs can be reduced. If the magnet has a pole pair of a north pole and a south pole, a signal pulse is output by the incremental sensor device whenever the magnet passes the magnetic sensor. Per revolution thus a single signal pulse can be output. Optionally, a plurality of individual partial magnets may each be arranged in the form of a ring segment along the circumference.
Zum anderen kann jedoch vorgesehen sein, dass der Magnet vollumfänglich ringförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von Polpaaren aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Nordpole und die Südpole abwechselnd in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, sodass sich an jeden Nordpol in Umfangsrichtung jeweils ein Südpol und an jeden Südpol jeweils ein Nordpol unmittelbar anschließt. Es werden somit pro Umdrehung so viele Signalimpulse erzeugt und ausgegeben, wie es Polpaare gibt. Somit kann ein präziseres diskretes Signal bereitgestellt werden. On the other hand, however, it can be provided that the magnet is formed completely annular and has a plurality of pole pairs, which are arranged distributed in the circumferential direction. In particular, it is provided that the north poles and the south poles are arranged alternately distributed in the circumferential direction, so that in each case a south pole and each south pole in each case a north pole immediately adjoins each north pole in the circumferential direction. Thus, as many signal pulses are generated and output per revolution as are pole pairs. Thus, a more precise discrete signal can be provided.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Pol des Magneten in It can also be provided that at least one pole of the magnet in
Umfangsrichtung breiter als andere Pole des Magneten ausgebildet ist. Somit wird auch derjenige Signalimpuls speziell gekennzeichnet, welcher durch diesen breiteren Pol erzeugt wird. Dies hat Vorteile insbesondere hinsichtlich der Auswertung des diskreten Signals. Circumferentially wider than other poles of the magnet is formed. Thus, that signal pulse which is generated by this wider pole is also specially marked. This has advantages in particular with regard to the evaluation of the discrete signal.
Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest ein Sensorelement, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist und zum Empfangen des magnetischen Flusses von dem Stator dient. Die Leiterplatte kann dabei eine für das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung sowie für das Empfangselement der The torque sensor device preferably comprises at least one sensor element, which is arranged on a printed circuit board and serves to receive the magnetic flux from the stator. The printed circuit board can be one for the sensor element of the torque sensor device as well as for the receiving element of
Inkrementalsensoreinrichtung gemeinsame Leiterplatte sein, sodass sowohl das Incremental sensor device be common circuit board, so that both the
Sensorelement als auch das Empfangselement auf derselben Leiterplatte angeordnet sind. Somit wird die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert, weil keine zusätzliche Leiterplatte eingesetzt zu werden braucht. Sensor element and the receiving element are arranged on the same circuit board. Thus, the number of components required is reduced because no additional circuit board needs to be used.
Die Leiterplatte ist bevorzugt parallel zu den Ebenen der Ringscheiben angeordnet. The printed circuit board is preferably arranged parallel to the planes of the annular disks.
Bevorzugt ist die Leiterplatte außermittig zwischen den Ebenen der Ringscheiben angeordnet, sodass das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung axial mittig zwischen den Ebenen liegt. Somit wird eine symmetrische Drehmomentsensoreinrichtung geschaffen, bei welcher das Sensorelement in der Mittelebene und somit axial mittig zwischen den Ringscheiben angeordnet ist. Preferably, the circuit board is arranged eccentrically between the planes of the annular discs, so that the sensor element of the torque sensor device is located axially in the middle between the planes. Thus, a symmetrical torque sensor device is provided in which the sensor element is arranged in the center plane and thus axially centrally between the annular discs.
Das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung wiederum kann an einer dem Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet sein. The receiving element of the incremental sensor device, in turn, can be arranged on a side of the printed circuit board opposite the sensor element of the torque sensor device.
Alternativ kann das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung auch an derselben Seite der Leiterplatte wie das Sensorelement der Alternatively, the receiving element of the incremental sensor device on the same side of the circuit board as the sensor element of
Drehmomentsensoreinrichtung angeordnet sein. Das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung und/oder das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung kann als SMD-Bauteil (surface-mounted device) ausgebildet sein, welches auf der gemeinsamen Leiterplatte in SMT-Technologie (surface mounting technology) montiert wird. Die Leiterplatte kann somit in einem einzigen Fertigungsschritt sowohl mit dem Sensorelement als auch mit dem Empfangselement bestückt werden. Torque sensor device may be arranged. The receiving element of the incremental sensor device and / or the sensor element of the torque sensor device may be formed as an SMD component (surface-mounted device), which is mounted on the common printed circuit board in SMT technology (surface mounting technology). The circuit board can thus be equipped in a single manufacturing step with both the sensor element and with the receiving element.
Alternativ kann das Sensorelement und/oder das Empfangselement als THT-Bauteil (through hole technology) ausgebildet sein. Alternatively, the sensor element and / or the receiving element may be formed as a THT component (through hole technology).
Die Erfindung betrifft au ßerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Welle, insbesondere einer Lenkwelle, und mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ein Personenkraftwagen. The invention also relates to a motor vehicle with a shaft, in particular a steering shaft, and with a sensor device according to the invention. The motor vehicle is preferably a passenger car.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures are not only in the respectively indicated combination but also in others
Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar. Combinations or used alone.
Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The invention will now be described with reference to individual preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Fig. 1 in a schematic and perspective view a
Drehmomentsensoreinrichtung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;  A torque sensor device of a sensor device according to an embodiment of the invention;
Fig. 2 in schematischer und perspektivischer Darstellung die Fig. 2 in a schematic and perspective view of the
Drehmomentsensoreinrichtung im zusammengebauten Zustand;  Torque sensor device in the assembled state;
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch die Fig. 3 is a schematic representation of a sectional view through the
Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung zusätzlich eine Inkrementalsensoreinrichtung aufweist; Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Stirnseite der Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Sensor device, wherein the sensor device additionally comprises an incremental sensor device; 4 is a schematic illustration of an end face of the sensor device according to an embodiment of the invention;
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Stirnseite einer Leiterplatte gemäß Pfeildarstellung V aus Fig. 6; 5 is a schematic representation of an end face of a printed circuit board according to the arrow V of FIG. 6;
Fig. 6 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch die Fig. 6 is a schematic representation of a sectional view through the
Sensorvorrichtung gemäß Fig. 4 entlang einer in Fig. 4  Sensor device according to FIG. 4 along a in FIG. 4
angedeuteten Linie Vl-Vi;  indicated line Vl-Vi;
Fig. 7 bis 9 in schematischer Darstellung die Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 7 to 9 in a schematic representation of the sensor device according to a further embodiment;
Fig. 10 und 1 1 in schematischer Darstellung die Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und 10 and 1 1 in a schematic representation of the sensor device according to yet another embodiment; and
Fig. 12 bis 14 in schematischer Darstellung jeweils eine Stirnseite der Fig. 12 to 14 in a schematic representation in each case one end of the
Sensorvorrichtung, wobei unterschiedliche Ausgestaltungen eines Magneten näher erläutert werden.  Sensor device, wherein different embodiments of a magnet are explained in detail.
In Fig. 1 sind Teilkomponenten einer insgesamt mit 1 bezeichneten Sensorvorrichtung dargestellt, welche speziell für eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs konzipiert ist. Die in Fig. 1 dargestellten Komponenten sind Bestandteile einer In Fig. 1, partial components of a total of 1 designated sensor device are shown, which is designed specifically for a steering shaft of a motor vehicle. The components shown in Fig. 1 are components of a
Drehmomentsensoreinrichtung 100, welche zum Messen des Drehmoments ausgebildet ist, welches auf die Lenkwelle aufgebracht wird.  Torque sensor device 100, which is designed for measuring the torque which is applied to the steering shaft.
Die Lenkwelle beinhaltet dabei zwei Wellenteile, welche über einen Torsionsstab miteinander axial verbunden sind. An einem der Wellenteile wird ein Halter 2 drehfest angebracht, während an dem anderen Wellenteil ein in den Figuren nicht dargestellter Ringmagnet drehfest angebracht wird. Der Halter 2 ist beispielsweise ein einstückig ausgebildetes Kunststoffteil, insbesondere ein Gussbauteil. The steering shaft includes two shaft parts, which are axially connected to each other via a torsion bar. On one of the shaft parts, a holder 2 is mounted rotatably, while on the other shaft part, a ring magnet, not shown in the figures, is mounted rotationally fixed. The holder 2 is for example an integrally formed plastic part, in particular a cast component.
Der Halter 2 hat zwei axial nebeneinander angeordnete zylindrische Bereiche, nämlich einerseits einen ersten axialen zylindrischen bzw. wulstartigen Bereich 3 sowie einen in axialer Richtung versetzt angeordneten und einen etwas geringeren Durchmesser aufweisenden zweiten axialen Bereich 4. Der erste axiale Bereich 3 ist über eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Strebenpaaren 5 mit dem zweiten axialen Bereich 4 verbunden. Jedes Strebenpaar 5 besteht dabei aus zwei nebeneinander angeordneten Streben, zwischen denen eine axiale Aussparung 6 ausgebildet ist. Diese Aussparung 6 stellt auch eine Durchgangsöffnung dar. The holder 2 has two axially juxtaposed cylindrical regions, namely on the one hand a first axial cylindrical or bead-like region 3 and a in The first axial region 3 is connected to the second axial region 4 via a multiplicity of strut pairs 5 distributed in the circumferential direction. Each strut pair 5 consists of two adjacent struts, between which an axial recess 6 is formed. This recess 6 also represents a passage opening.
Der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 hat zwei axiale Randbereiche, nämlich einerseits einen ersten äußeren Randbereich 7 sowie andererseits einen zweiten axialen The first axial region 3 of the holder 2 has two axial edge regions, namely, on the one hand, a first outer edge region 7 and, on the other hand, a second axial region
Randbereich 8. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten axialen Edge region 8. In the illustrated embodiment is in the second axial
Randbereich 8 ein umlaufender Flansch 9 ausgebildet, der von dem ersten axialen Bereich 3 in radialer Richtung ein wenig nach außen absteht. In dem Flansch 9 sind eine Vielzahl von radialen Aussparungen 10 ausgebildet, welche in denselben Edge region 8, a circumferential flange 9 is formed, which protrudes slightly from the first axial region 3 in the radial direction to the outside. In the flange 9, a plurality of radial recesses 10 are formed, which in the same
Winkelpositionen wie die Aussparungen 6 ausgebildet sind. Angular positions as the recesses 6 are formed.
Auch in dem ersten axialen Randbereich 7 sind eine Vielzahl von axialen Also in the first axial edge region 7 are a plurality of axial
Aussparungen 1 1 ausgebildet, welche als axiale Vertiefungen in dem äu ßeren Rand des axialen Bereichs 3 des Halters 2 ausgeformt sind. Diese Aussparungen 1 1 sind in Umfangsrichtung versetzt zu den Aussparungen 10 angeordnet, sodass die Recesses 1 1 formed, which are formed as axial depressions in the externa ßeren edge of the axial portion 3 of the holder 2. These recesses 1 1 are arranged offset in the circumferential direction to the recesses 10, so that the
Aussparungen 1 1 in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Recesses 1 1 in the circumferential direction in each case between two adjacent
Aussparungen 10 angeordnet sind und umgekehrt. Recesses 10 are arranged and vice versa.
Zur Sensorvorrichtung 1 gehört au ßerdem ein Gleitstück 12, wie auch ein Stator 13, welcher im Ausführungsbeispiel aus einem ersten Statorteil 14 und einem zweiten Statorteil 15 besteht. Der Stator 13 ist aus einem weichmagnetischen Material gebildet und dient zum Leiten des magnetischen Flusses von dem genannten Ringmagneten hin zu einem Flussleiter und hierdurch hin zu einem Sensorelement, etwa einem Hall-Sensor. To the sensor device 1 belongs to the outside, a slider 12, as well as a stator 13, which consists in the embodiment of a first stator 14 and a second stator 15. The stator 13 is formed of a soft magnetic material and serves to conduct the magnetic flux from said ring magnet to a flux guide and thereby to a sensor element, such as a Hall sensor.
Das Gleitstück 12 hat einen inneren Umfang bzw. eine innere Hülse 17, in welche der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 aufgenommen werden kann, sodass der äu ßere Umfang des ersten Bereichs 3 an dem inneren Umfang 17 des Gleitstücks 12 gleiten kann. The slider 12 has an inner periphery 17, into which the first axial portion 3 of the holder 2 can be received, so that the outer periphery of the first portion 3 can slide on the inner periphery 17 of the slider 12.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausgestaltung des Halters 2 und der Statorteile 14, 15 ist lediglich beispielhaft und kann je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. Insbesondere die Befestigung der Statorteile 14, 15 an dem Halter 2 kann unterschiedlich gestaltet werden, sodass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebene Befestigungsart beschränkt ist. The embodiment shown in Fig. 1 of the holder 2 and the stator parts 14, 15 is merely exemplary and may be different depending on the embodiment. In particular, the attachment of the stator parts 14, 15 to the holder 2 can be designed differently, so that the invention is not limited to the manner of attachment described below.
Jedes Statorteil 14, 15 ist jeweils einstückig ausgebildet, wobei die Statorteile 14, 15 außerdem gleich ausgebildet sind. Jedes Statorteil 14, 15 weist eine flanschartige und sich in radialer Richtung erstreckende bzw. radial zeigende Ringscheibe 18 bzw. 19 auf, wie auch eine Vielzahl von Zahnelementen 20 bzw. 21 , welche von der jeweiligen Each stator part 14, 15 is in each case formed in one piece, wherein the stator parts 14, 15 are also identical. Each stator part 14, 15 has a flange-like and radially extending or radially facing annular disk 18 and 19, as well as a plurality of tooth elements 20 and 21, respectively, of the respective
Ringscheibe 18 bzw. 19 in axialer Richtung abstehen, und zwar in Richtung zum Halter 2 bzw. in Richtung zu dem jeweils anderen Statorteil 14, 15. Die Zahnelemente 20, 21 erstrecken sich somit in axialer Richtung etwa parallel zu einer Drehachse des Ring disc 18 and 19 protrude in the axial direction, in the direction of the holder 2 and in the direction of the other stator part 14, 15. The tooth elements 20, 21 thus extend in the axial direction approximately parallel to a rotational axis of the
Wellenteils. Die beiden Statorteile 14, 15 sind dabei gleich ausgebildet, sodass auch die Anzahl der Zahnelemente 20 der Anzahl der Zahnelemente 21 entspricht. Shaft part. The two stator parts 14, 15 are identical, so that the number of tooth elements 20 corresponds to the number of tooth elements 21.
Nachfolgend wird eine mögliche Befestigungsart des Stators 13 am Halter 2 beschrieben, wobei - wie bereits ausgeführt - die Erfindung nicht auf diese spezielle Befestigungsart beschränkt ist. Die Zahnelemente 20, 21 weisen jeweils einen Grundkörper 22 bzw. 23 sowie eine sich an den Grundkörper 22, 23 axial unmittelbar anschließende Lasche 24 bzw. 15 auf. Die Lasche 24, 25 hat in Umfangsrichtung eine deutlich geringere Breite als der Grundkörper 22 bzw. 23, etwa eine halbe Breite. Die Lasche 24 bzw.25 bildet auch ein axiales freies Ende 26 bzw. 27 des jeweiligen Zahnelements 20 bzw. 21 . Zur Hereinafter, a possible mounting of the stator 13 is described on the holder 2, wherein - as already stated - the invention is not limited to this special fastening. The tooth elements 20, 21 each have a base body 22 and 23 and a to the base body 22, 23 axially immediately adjacent tab 24 and 15 on. The tab 24, 25 has a significantly smaller width in the circumferential direction than the main body 22 and 23, about half a width. The tab 24 bzw.25 also forms an axial free end 26 and 27 of the respective tooth element 20 and 21st to
Befestigung des Stators 13 wird einerseits das Statorteil 14 mit seinen Zahnelementen 20 auf den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 aufgesteckt, sodass die Attachment of the stator 13 on the one hand, the stator 14 is attached with its tooth elements 20 on the second axial portion 4 of the holder 2, so that the
Zahnelemente 20 in korrespondierenden Öffnungen zwischen den Strebenpaaren 5 aufgenommen und an einem Innenumfang des ersten axialen Bereichs 3 abgestützt werden. Nach dem Aufstecken des Statorteils 14 auf den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 sind die Zahnelemente 20 im Inneren des ersten Bereichs 3 angeordnet, sodass lediglich die Laschen 24 axial über den ersten Bereich 3 hinaus überstehen. Die Laschen 24 befinden sich dann in denselben Winkelpositionen wie die Aussparungen 1 1 und können somit durch Umbiegen in diese korrespondierenden Aussparungen 1 1 aufgenommen werden, um einen sicheren Sitz des Statorteils 14 in allen Richtungen zu gewährleisten. Somit wird das Statorteil 14 sowohl in axialer Richtung als auch in Tooth elements 20 are received in corresponding openings between the pairs of struts 5 and supported on an inner periphery of the first axial portion 3. After attaching the stator part 14 to the second axial region 4 of the holder 2, the tooth elements 20 are arranged in the interior of the first region 3, so that only the tabs 24 protrude axially beyond the first region 3. The tabs 24 are then in the same angular positions as the recesses 1 1 and can thus be taken by bending into these corresponding recesses 1 1 to ensure a secure fit of the stator 14 in all directions. Thus, the stator part 14 in both the axial direction and in
Umfangsrichtung fixiert bzw. an dem Halter 2 festgelegt. Dabei wird auch die Fixed circumferential direction or fixed to the holder 2. This is also the
Ringscheibe 18 in Anlage mit dem Flansch 9 gebracht. Entsprechend erfolgt die Annular disc 18 brought into contact with the flange 9. Accordingly, the
Befestigung des zweiten Statorteils 15 am Halter 2, wobei hier die Zahnelemente 21 von der gegenüberliegenden axialen Seite in den axialen Bereich 3 des Halters 2 eingesteckt werden. Die Drehmomentsensoreinrichtung 100 ist im zusammengebauten Zustand in Fig. 2 dargestellt. Fixing the second stator 15 on the holder 2, in which case the tooth elements 21 are inserted from the opposite axial side in the axial region 3 of the holder 2. The torque sensor device 100 is shown in the assembled state in Fig. 2.
Wie bereits ausgeführt, weist die Sensorvorrichtung 1 zusätzlich eine As already stated, the sensor device 1 additionally has one
Inkrementalsensoreinrichtung bzw. eine Indexsensoreinrichtung auf, welche mit der Drehmomentsensoreinrichtung 100 als eine integrale Baueinheit ausgeführt ist. Eine solche integral ausgeführte Sensorvorrichtung 1 mit der Incremental sensor device or an index sensor device, which is designed with the torque sensor device 100 as an integral unit. Such integrally embodied sensor device 1 with the
Drehmomentsensoreinrichtung 100 und einer Inkrementalsensoreinrichtung 40 ist in einer Schnittdarstellung in Fig. 3 gezeigt. Die Drehachse der Welle ist dabei mit 41 bezeichnet. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die beiden Ringscheiben 18, 19 parallel zueinander und senkrecht zur Achse 41 angeordnet und definieren jeweils eine Ebene 42 bzw. 43, welche senkrecht zur Achse 41 orientiert ist. Axial mittig zwischen den Ebenen 42, 43 liegt eine ebenfalls radiale Mittelebene 44. Die Inkrementalsensoreinrichtung 40 umfasst ein in Form eines Magneten 45 ausgebildetes Sendeelement 46, welches an einem  Torque sensor device 100 and an incremental sensor device 40 is shown in a sectional view in Fig. 3. The axis of rotation of the shaft is designated 41. As is apparent from Fig. 3, the two annular discs 18, 19 are arranged parallel to each other and perpendicular to the axis 41 and each define a plane 42 and 43, which is oriented perpendicular to the axis 41. Axially in the middle between the planes 42, 43 is also a radial center plane 44. The incremental sensor device 40 comprises a transmitter element 46 which is designed in the form of a magnet 45 and which is connected to a
Außenumfang 47 des ersten axialen Bereichs 3 des Halters 2 angebracht ist. Outer periphery 47 of the first axial portion 3 of the holder 2 is mounted.
Der Magnet 45 liegt also in einem Zwischenbereich bzw. einem Stauraum zwischen den beiden Ringscheiben 18, 19 und ist somit axial zwischen den beiden radialen Ebenen 42, 43 angeordnet. Dabei ist der Magnet 45 in radialer Richtung magnetisiert, sodass Magnetfeldlinien 48 des Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Außenseite 49 bzw. zur Oberfläche des Magneten 45 verlaufen. Die Magnetpole befinden sich also im Wesentlichen an der radialen Außenseite des Magneten 45. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weisen die Magnetfeldlinien 48 im axialen Randbereich des Magneten 45 auch eine axiale Richtungskomponente auf, was jedoch dadurch kompensiert wird, dass die Magnetfeldlinien 48 spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene 44 verlaufen und das magnetische Feld somit gleich an den beiden Ringscheiben 18, 19 ist. Es kommt somit zu keinem Übersprechen zwischen der Inkrementalsensoreinrichtung 40 und der Drehmomentsensoreinrichtung 100. The magnet 45 thus lies in an intermediate region or a storage space between the two annular disks 18, 19 and is thus arranged axially between the two radial planes 42, 43. In this case, the magnet 45 is magnetized in the radial direction, so that magnetic field lines 48 of the magnetic field extend substantially perpendicular to a radial outer side 49 or to the surface of the magnet 45. The magnetic poles are thus located substantially on the radial outer side of the magnet 45. As is apparent from Fig. 3, the magnetic field lines 48 in the axial edge region of the magnet 45 also on an axial direction component, but this is compensated by the fact that the magnetic field lines 48 with respect to mirror symmetry the center plane 44 and thus the magnetic field is equal to the two annular discs 18, 19. Thus, there is no crosstalk between the incremental sensor device 40 and the torque sensor device 100.
In Fig. 4 ist eine axiale Stirnseite der Sensorvorrichtung 1 gezeigt, wobei zusätzlich auch eine Leiterplatte 50 sowie ein Flussleiter 51 dargestellt sind. Der Flussleiter 51 dient zum Leiten des magnetischen Flusses von dem Stator 13 hin zu einem auf der Leiterplatte angeordneten Sensorelement 52, welcher an der abgewandten Seite der Leiterplatte 50 angeordnet und somit in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist. Auf derselben Leiterplatte 50 ist des Weiteren ein Empfangselement 53 der Inkrementalsensoreinrichtung 40 angeordnet, welches in Form eines Magnetsensors ausgebildet ist. Auch dieses Empfangselement 53 ist auf der abgewandten Seite der Leiterplatte 50 angeordnet und somit lediglich gestrichelt angedeutet. 4, an axial end side of the sensor device 1 is shown, wherein in addition, a printed circuit board 50 and a flux guide 51 are shown. The flux conductor 51 serves to conduct the magnetic flux from the stator 13 toward a sensor element 52 arranged on the printed circuit board, which sensor is arranged on the opposite side of the printed circuit board 50 and is thus indicated by dashed lines in FIG. 4. Furthermore, a receiving element 53 of the incremental sensor device 40, which is in the form of a magnetic sensor, is arranged on the same printed circuit board 50. Also this receiving element 53 is arranged on the opposite side of the circuit board 50 and thus only indicated by dashed lines.
In Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch die Sensorvorrichtung 1 entlang einer in Fig. 4 angedeuteten Schnittlinie Vl-Vl dargestellt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist die FIG. 6 shows a sectional view through the sensor device 1 along a section line VI-VI indicated in FIG. As is apparent from Fig. 6, the
Leiterplatte 50 parallel zu den Ringscheiben 18, 19 angeordnet und liegt au ßerdem außermittig bezüglich der Mittelebene 44. Durch diese Anordnung der Leiterplatte 50 sind die beiden elektronischen Bauteile, nämlich das Empfangselement 53 sowie das Circuit board 50 is arranged parallel to the annular discs 18, 19 and is au ßerdem off-center with respect to the median plane 44. By this arrangement, the circuit board 50, the two electronic components, namely the receiving element 53 and the
Sensorelement 52, welche in diesem Ausführungsbeispiel auf derselben Seite der Leiterplatte 50 angeordnet sind, axial mittig zwischen den Ringscheiben 18, 19 und somit in der Mittelebene 44 angeordnet. Somit verlaufen die Magnetfeldlinien 48 direkt durch das Empfangselement 53 hindurch. Sensor element 52, which are arranged in this embodiment on the same side of the circuit board 50, axially centrally between the annular discs 18, 19 and thus arranged in the median plane 44. Thus, the magnetic field lines 48 pass directly through the receiving element 53.
Eine Draufsicht auf einen Bereich der Leiterplatte 50 gemäß der Pfeildarstellung V aus Fig. 6 ist in Fig. 5 dargestellt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann das Empfangselement 53 als SMD-Bauteil ausgeführt sein, welches auf der Leiterplatte 50 oberflächenmontiert ist. Der Magnet 45 kann dabei ein Polpaar aus einem Nordpol N und einem Südpol S aufweisen, welche in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Im A plan view of a region of the printed circuit board 50 according to the arrow V in FIG. 6 is shown in FIG. 5. As is apparent from Fig. 5, the receiving element 53 may be designed as an SMD component, which is surface mounted on the circuit board 50. The magnet 45 may have a pole pair of a north pole N and a south pole S, which are arranged side by side in the circumferential direction. in the
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist der Nordpol N in Umfangsrichtung in zwei kleinere Elemente aufgeteilt, zwischen denen sich der Südpol S befindet. Embodiment according to FIG. 5, the north pole N is divided in the circumferential direction into two smaller elements, between which the south pole S is located.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 7 bis 9 gezeigt. Hier befindet sich das Empfangselement 53 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 50 und somit an derjenigen Seite, die vom Sensorelement 52 der Drehmomentsensoreinrichtung 40 abgewandt ist. In Fig. 8 ist dabei eine Schnittansicht entlang einer in Fig. 7 angedeuteten Schnittlinie Vlll-Vlll gezeigt. Wie insbesondere aus Fig. 8 hervorgeht, ist das Another embodiment is shown in Figs. 7 to 9. Here, the receiving element 53 is located on the opposite side of the printed circuit board 50 and thus on that side, which faces away from the sensor element 52 of the torque sensor device 40. In FIG. 8, a sectional view along a section line VIII-VIII indicated in FIG. 7 is shown. As is apparent in particular from FIG. 8, this is
Empfangselement 53 au ßermittig bezüglich der Mittelebene 44 angeordnet. Eine Receiving element 53 arranged externally with respect to the median plane 44. A
Erfassung des magnetischen Felds ist jedoch deshalb möglich, weil die However, detection of the magnetic field is possible because the
Magnetfeldlinien 48 eine axiale Komponente aufweisen. Wie weiterhin aus Fig. 9 hervorgeht, in welcher eine Draufsicht auf die Leiterplatte 50 von einer in Fig. 8 mit IX bezeichneten Blickrichtung aus dargestellt ist, ist das Empfangselement 53 auch bei diesem Ausführungsbeispiel als SMD-Bauteil ausgeführt. Magnetic field lines 48 have an axial component. As further shown in Fig. 9, in which a plan view of the circuit board 50 is shown by a designated in Fig. 8 with IX viewing direction, the receiving element 53 is designed in this embodiment as an SMD component.
Eine noch weitere Ausführungsform ist in den Fig. 10 und 1 1 dargestellt. Hier befindet sich das Empfangselement 53 an derselben Seite der Leiterplatte 50 wie das A still further embodiment is shown in FIGS. 10 and 11. Here, the receiving element 53 is on the same side of the circuit board 50 as the
Sensorelement 52, ist jedoch als THT-Bauteil ausgeführt und über Anschlussdrähte an die Leiterplatte 50 angebunden. Wie bei allen anderen Ausführungsformen ist auch hier das Sensorelement 52 als SMD-Bauteil ausgeführt, kann jedoch alternativ als THT- Bauteil ausgebildet sein. Sensor element 52, however, is designed as a THT component and connected via connecting wires to the circuit board 50. As with all other embodiments is also here the sensor element 52 designed as an SMD component, but may alternatively be formed as a THT component.
Während in Fig. 10 eine Stirnseite dargestellt ist, zeigt Fig. 1 1 eine Schnittansicht, entlang einer in Fig. 10 angedeuteten Schnittlinie Xl-Xl. Wie aus Fig. 1 1 hervorgeht, wird durch das Empfangselement 53 eine radiale Komponente der Magnetfeldlinien 48 erfasst. While an end face is shown in FIG. 10, FIG. 11 shows a sectional view along a section line X1-X1 indicated in FIG. As is apparent from Fig. 1 1, a radial component of the magnetic field lines 48 is detected by the receiving element 53.
Hinsichtlich der Ausgestaltung des Magneten 45 können verschiedene With regard to the configuration of the magnet 45, various
Ausführungsformen vorgesehen sein, welche Bezug nehmend auf die Fig. 12 bis 14 nachfolgend näher beschrieben werden. Embodiments may be provided which will be described in more detail below with reference to FIGS. 12 to 14.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 weist der Magnet 45 - wie bereits ausgeführt - ein einziges Polpaar aus einem Südpol S und einem Nordpol N auf. Diese sind in In the exemplary embodiment according to FIG. 12, the magnet 45 -as already explained-has a single pole pair of a south pole S and a north pole N. These are in
Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet, wobei der Nordpol N auf zwei kleinere Elemente aufgeteilt ist, die sich beidseitig an den Südpol N in Umfangsrichtung anschließen. Circumferentially arranged side by side, wherein the north pole N is divided into two smaller elements which connect to both sides of the south pole N in the circumferential direction.
In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist der Magnet 45 also ringsegmentförmig ausgebildet. In this embodiment according to FIG. 12, the magnet 45 is thus designed in the form of a ring segment.
Demgegenüber ist der Magnet 45 gemäß Fig. 13 vollumfänglich ringförmig ausgebildet, sodass der Magnet 45 den Halter 2 vollumfänglich umschließt bzw. ummantelt. Der Magnet 45 hat eine Vielzahl von Polpaaren, wobei die Nordpole N und die Südpole S in Umfangsrichtung abwechselnd verteilt angeordnet sind. An jeden Nordpol N schließt sich somit unmittelbar ein Südpol S an. In contrast, the magnet 45 of FIG. 13 is formed entirely annular, so that the magnet 45 surrounds the holder 2 in full or encased. The magnet 45 has a plurality of pole pairs, wherein the north pole N and the south pole S are arranged alternately distributed in the circumferential direction. At each north pole N thus immediately follows a south pole S.
Die Ausgestaltung gemäß Fig. 14 entspricht im Wesentlichen der gemäß Fig. 13, wobei ein Pol 54 - im Ausführungsbeispiel ein Südpol S - im Vergleich zu den übrigen Polen in Umfangsrichtung breiter ausgeführt ist. The embodiment according to FIG. 14 essentially corresponds to that according to FIG. 13, wherein a pole 54-in the exemplary embodiment a south pole S-is made wider in the circumferential direction compared to the other poles.
Andere Magnetisierungsmuster beziehungsweise mehrere unterschiedliche Polbreiten sind ebenfalls möglich. Other magnetization patterns or several different pole widths are also possible.
Beim Drehen der Lenkwelle dreht sich auch der Magnet 45 und beschreibt eine ringförmige Bahn, welche an dem Empfangselement 53 vorbeiführt. Das When the steering shaft is rotated, the magnet 45 also rotates and describes an annular path which passes by the receiving element 53. The
Empfangselement 53 erzeugt dann ein diskretes bzw. digitales Signal mit einer Vielzahl von Signalimpulsen - beispielsweise Spannungsimpulsen -, welche mittels der Inkrementalsensoreinrichtung 40 beispielsweise an ein Steuergerät abgegeben werden. In Abhängigkeit von diesem Signal kann dann beispielsweise der absolute Lenkwinkel plausibilisiert werden, der mittels einer separaten Lenkwinkelsensoreinrichtung gemessen wird. Receiving element 53 then generates a discrete or digital signal with a plurality of signal pulses - such as voltage pulses - which by means of Incremental sensor device 40 are delivered, for example, to a control unit. Depending on this signal, for example, the absolute steering angle can then be plausibilized, which is measured by means of a separate steering angle sensor device.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Sensorvorrichtung (1 ) für eine Welle, insbesondere eine Lenkwelle, eines 1 . Sensor device (1) for a shaft, in particular a steering shaft, a
Kraftfahrzeugs, mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (100) zur Erfassung eines auf die Welle aufgebrachten Drehmoments, wobei die  A motor vehicle, comprising a torque sensor device (100) for detecting a torque applied to the shaft, wherein the
Drehmomentsensoreinrichtung (100) einen magnetischen Stator (13) aufweist, der zum Leiten von magnetischem Fluss ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse (41 ) beabstandet zueinander angeordnete Statorteile (14, 15) umfasst, welche jeweils eine senkrecht zur Achse (41 ) angeordnete Ringscheibe (18, 19) aufweisen, und mit einer Inkrementalsensoreinrichtung (40), welche ein mit dem Stator (13) drehfest verbundenes Sendeelement (46) und ein Empfangselement (53) aufweist und dazu ausgebildet ist, in vorbestimmten Winkelabständen der Welle jeweils einen Signalimpuls aufgrund einer Relativbewegung zwischen dem Sendeelement A torque sensor device (100) has a magnetic stator (13) which is designed to conduct magnetic flux and comprises two stator parts (14, 15) spaced apart from each other along an axis (41), each of which has an annular disk arranged perpendicular to the axis (41) (18, 19), and with an incremental sensor device (40), which with the stator (13) rotatably connected transmitting element (46) and a receiving element (53) and is adapted to at predetermined angular intervals of the wave in each case a signal pulse due a relative movement between the transmitting element
(46) und dem Empfangselement (53) auszugeben, (46) and the receiving element (53),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
durch die Ringscheiben (18, 19) des magnetischen Stators (13) jeweils eine senkrecht zur Achse (41 ) angeordnete Ebene (42, 43) definiert ist und das  is defined by the annular discs (18, 19) of the magnetic stator (13) each one perpendicular to the axis (41) arranged plane (42, 43) and the
Sendeelement (46) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) axial zwischen den Ebenen (42, 43) angeordnet ist.  Transmission element (46) of the incremental sensor device (40) is arranged axially between the planes (42, 43).
2. Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , 2. Sensor device (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Statorteile (14, 15) an einem ringförmigen Halter (2) angeordnet sind und das Sendeelement (46) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) an einem Au ßenumfang the stator parts (14, 15) are arranged on an annular holder (2) and the transmitting element (46) of the incremental sensor device (40) is mounted on an outer circumference
(47) des Halters (2) angeordnet ist. (47) of the holder (2) is arranged.
3. Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Sensor device (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Sendeelement (46) ein Magnet (45) ist und das Empfangselement (53) ein Magnetsensor ist.  the transmitting element (46) is a magnet (45) and the receiving element (53) is a magnetic sensor.
4. Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, 4. Sensor device (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (45) radial magnetisiert ist, sodass Magnetfeldlinien (48) eines von dem Magneten (45) erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Außenseite (49) des Magneten (45) verlaufen. characterized in that the magnet (45) is radially magnetized so that magnetic field lines (48) of a magnetic field generated by the magnet (45) extend substantially perpendicular to a radial outer side (49) of the magnet (45).
5. Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, 5. Sensor device (1) according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Magnet (45) mit seiner Magnetisierung spiegelsymmetrisch bezüglich einer axial mittig zwischen den Ebenen (42, 43) angeordneten Mittelebene (44) ausgebildet ist.  the magnet (45) with its magnetization is mirror-symmetrical with respect to a center plane (44) arranged axially centrally between the planes (42, 43).
6. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 6. Sensor device (1) according to one of claims 3 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Magnet (45) ringsegmentförmig ausgebildet ist und ein Polpaar (N, S) aus einem Nordpol (N) und einem Südpol (S) aufweist, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.  the magnet (45) is ring-segment-shaped and has a pole pair (N, S) comprising a north pole (N) and a south pole (S), which are arranged next to one another in the circumferential direction.
7. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7. Sensor device (1) according to one of claims 3 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Magnet (45) vollumfänglich ringförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von Polpaaren (N, S) aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.  the magnet (45) is completely annular and has a multiplicity of pole pairs (N, S) distributed in the circumferential direction.
8. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, 8. Sensor device (1) according to one of claims 3 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
ein Pol (54) des Magneten (45) in Umfangsrichtung breiter als ein anderer Pol (N, S) des Magneten (45) ausgebildet ist.  one pole (54) of the magnet (45) is wider in the circumferential direction than another pole (N, S) of the magnet (45).
9. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Sensor device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Drehmomentsensoreinrichtung (100) zumindest ein Sensorelement (52) aufweist, wobei das Sensorelement (52) der Drehmomentsensoreinrichtung (100) und das Empfangselement (53) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (50) angeordnet sind.  the torque sensor device (100) has at least one sensor element (52), the sensor element (52) of the torque sensor device (100) and the receiving element (53) of the incremental sensor device (40) being arranged on a common printed circuit board (50).
10. Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, 10. Sensor device (1) according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Leiterplatte (50) parallel zu den Ebenen (42, 43) angeordnet ist. the printed circuit board (50) is arranged parallel to the planes (42, 43).
1 1 . Sensorvorrichtung (1 ) nach Anspruch 9 oder 10, 1 1. Sensor device (1) according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Leiterplatte (50) au ßermittig zwischen den Ebenen (42, 43) angeordnet ist und das Sensorelement (52) der Drehmomentsensoreinrichtung (100) axial mittig zwischen den Ebenen (42, 43) angeordnet ist.  the printed circuit board (50) is placed between the planes (42, 43) and the sensor element (52) of the torque sensor device (100) is arranged axially in the middle between the planes (42, 43).
12. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , 12. Sensor device (1) according to one of claims 9 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Empfangselement (53) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) an einer dem Sensorelement (52) der Drehmomentsensoreinrichtung (100) gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (50) angeordnet ist.  the receiving element (53) of the incremental sensor device (40) is arranged on a side of the printed circuit board (50) opposite the sensor element (52) of the torque sensor device (100).
13. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , 13. Sensor device (1) according to one of claims 9 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Empfangselement (53) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) und das Sensorelement (52) der Drehmomentsensoreinrichtung (100) an ein und derselben Seite der Leiterplatte (50) angeordnet sind.  the receiving element (53) of the incremental sensor device (40) and the sensor element (52) of the torque sensor device (100) are arranged on one and the same side of the printed circuit board (50).
14. Kraftfahrzeug mit einer Welle, insbesondere einer Lenkwelle, und mit einer 14. Motor vehicle with a shaft, in particular a steering shaft, and with a
Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  Sensor device (1) according to one of the preceding claims.
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