WO2017088864A1 - Encoder und lagereinheit mit encoder - Google Patents

Encoder und lagereinheit mit encoder Download PDF

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WO2017088864A1
WO2017088864A1 PCT/DE2016/200491 DE2016200491W WO2017088864A1 WO 2017088864 A1 WO2017088864 A1 WO 2017088864A1 DE 2016200491 W DE2016200491 W DE 2016200491W WO 2017088864 A1 WO2017088864 A1 WO 2017088864A1
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WO
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encoder
sensor
magnetic
shaped cross
section
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PCT/DE2016/200491
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Mock
Florian KÖNIGER
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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 Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to US15/775,611 priority Critical patent/US20180348016A1/en
Publication of WO2017088864A1 publication Critical patent/WO2017088864A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals

Definitions

  • the invention relates to an encoder. Furthermore, the application relates to a storage unit comprising the encoder.
  • Magnetic encoders and magnetic field measuring sensors are used for non-contact detection of relative movements between stationary and moving machine parts
  • the encoder has a magnetic component that runs along the
  • the magnetic field measuring sensor detects this
  • Pole change and converts it into an electrical signal useful for computer-aided processing.
  • the number of pole pairs can be increased, which, however, is accompanied by a loss of signal strength due to the smaller pole area, so that the magnetic field measuring sensor can no longer reliably detect the magnetic field of the encoder, which results in erroneous speed detection.
  • This loss of signal strength can be compensated only conditionally by a more magnetizable material of the magnetic part.
  • an encoder for bearing units having a magnetic part connected to a carrier part, wherein the magnetic part has a formed by a plurality of magnets U-shaped cross-section, wherein the magnets are arranged alternately with alternating magnetizations, and being in a formed by the U-shaped cross-section cavity forms an approximately homogeneous magnetic field and a signal amplitude of the magnetization along the encoder circumference and within the cavity is almost independent of the position of a magnetic field measuring sensor.
  • the amplitude of the resulting sinusoidal magnetic field in a sensor is largely independent of its position or positional fluctuations due to component tolerances.
  • the magnetic part is annular.
  • the poles of the magnets of the magnet part are arranged such that always a positive pole (north pole) of a magnet is applied to the negative pole (south pole) of another magnet and vice versa.
  • an approximately homogeneous magnetic field is formed in a cavity formed by the U-shaped cross-section.
  • the almost constant amplitude of the sinusoidal magnetic field for subsequent signal processing in the sensor is used to adjust the number of switching thresholds for the implementation of the magnetic field in a digital signal (electric current or voltage).
  • a digital signal electric current or voltage
  • the U-shaped cross section according to the invention, which has a cost-reducing effect.
  • remaining fluctuations in the signal can be compensated for by appropriately adaptively tracking switching thresholds in the chip.
  • the encoder is an encoder ring.
  • the cavity is a free space.
  • the U-shaped cross-section can be produced in the cavity, which is bounded by the U-shaped cross-section of the magnets, the approximately homogeneous magnetic field in a simple manner.
  • the magnets are in the form of horseshoe magnets. This is a shape chosen for the magnets, which is easy and inexpensive to produce.
  • the magnets have a first partial regions with a first L-shaped cross section and a second partial region with a second L-shaped cross section, wherein both partial regions
  • a rotational axis of the encoder is parallel to one of the legs of the carrier part.
  • the orientation of the U-shaped cross-section extends in either an axial or radial direction.
  • the magnetic part is made of a compound consisting of carrier matrix and magnetic filler
  • thermoplastic or thermosetting plastic is composed, wherein a carrier matrix of an elastomer, thermoplastic or thermosetting plastic is composed and wherein the magnetic filler
  • hard magnetic ferrite iron, rare earth or a combination thereof.
  • connection of the magnetic part to the support member by means
  • the magnetic part is flat one side of the carrier part.
  • the magnets or the entire magnetic part can be fixed in a simple manner flat on the support member.
  • the object is achieved in particular by a bearing unit comprising a sensor and an encoder, as described above, wherein the sensor is arranged in the cavity formed by the U-shaped cross-section.
  • the bearing unit as a wheel bearing for commercial vehicles, trucks, cars, etc.
  • the conversion of the magnetic field into an electrical signal is based on the principle of the magnetoresistive effect, the Hall effect, the use of field plates, the magnetoelastic effect or the use of saturation core magnetometers.
  • the detectable with the sensor magnetic signal strength is the detectable with the sensor magnetic signal strength
  • a saturation core magnetometer also known as a fluxgate magnetometer or colloquially in German-speaking countries after the inventor as Förster probe, is used for the vectorial determination of the magnetic field.
  • the senor has a plurality of magnetic-field-measuring elements, wherein the sensor is set up to detect a direction of rotation in addition to detecting a rotational speed.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a known encoder with a sensor
  • FIG. 2 shows a section A-A through the encoder from FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic representation of magnetic field lines over the circumference of the encoder of Fig. 1,
  • FIG. 4 shows a signal strength distance graph for FIG. 2, FIG.
  • FIG. 5 is a schematic view of an encoder according to the invention with a sensor
  • FIG. 6 shows a section B-B through the encoder of FIG. 5,
  • FIG. 7 is a schematic representation of the magnetic field lines to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a distance signal strength graph for FIG. 6, FIG.
  • FIG. 10 is a graph illustrating the signal evaluation in a storage unit according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic view of a known encoder 100 with a
  • the encoder 100 is installed in a storage unit (not shown).
  • the encoder 100 has a magnetic part 5 connected to a carrier part 2.
  • the magnetic part 5 has a plurality of differently magnetized areas. The areas are arranged as juxtaposed segments with alternating
  • the magnets 6, 7 have an approximately rectangular cross-section.
  • a sensor 16 is at a distance 14 from the surface of the magnet 6 and the magnetic part 5 is arranged.
  • FIG. 3 the schematic representation of magnetic field lines over the circumference of the encoder of Fig. 1 is shown over a peripheral portion U.
  • Abszissenachse the distance 14 of the sensor is applied to a magnet.
  • On the ordinate axis is a signal strength / amplitude of the detected by the sensor
  • the smaller graphs show the associated signal curves during rotation of the encoder, the magnetic signals have a sinusoidal course over the circumference.
  • the respective amplitudes are indicated by the points 21, 22, 23 in the distance signal strength graph.
  • the shown line 20 follows a function defined by the points 21, 22, 23.
  • the signal strength is dependent on a distance 14 (according to FIG. 2) of the sensor 16 to the magnetic part 5 of the encoder 1. That the farther the sensor 16 is removed from the magnet part 5, the lower the signal strength.
  • the resulting distance 14 is subject to very large tolerance influences. A resulting minimum signal is therefore correspondingly small. Therefore, to detect the movement only a change of the magnetic
  • FIG. 5 shows the schematic view of an encoder 1 according to the invention with a sensor 16.
  • the encoder 1 is installed in a storage unit (not shown).
  • the encoder 1 has a magnetic part 5 connected to a carrier part 2.
  • Magnet part 5 has a plurality of magnets 6, 7.
  • the magnets 6, 7 are arranged annularly one behind the other with alternating magnetizations and form the magnetic part 5.
  • the magnetic part 5 is annular.
  • the poles of the magnets 6, 7 of the magnetic part 5 are arranged such that always a positive pole of a magnet 6 abuts the negative pole of another magnet 7 and vice versa.
  • the magnets 6, 7 have a U-shaped Cross-section on.
  • the magnets 6, 7 are formed as horseshoe magnets.
  • Magnets 6, 7 have a first portions 9 with a first L-shaped
  • Cross section has. Both sections 9, 10 are magnetized differently.
  • the carrier part 2 has a first leg 3 and a second leg 4.
  • a leg of the two subregions 9, 10 is flat on the leg 3 of the support part 2.
  • a contact surface 8 between the legs 3 of the support part 2 and the legs of the two sections 9, 10 is formed.
  • a sensor 16 is arranged within the U-cross-section at a distance 13 from the surface of the magnet 6 or the magnet part 5.
  • Fig. 7 is a schematic representation of the magnetic field lines to Fig. 6 shown.
  • an approximately homogeneous magnetic field 15 is formed in an area formed by the U-shaped cross-section cavity 12.
  • Cross-section can be in the cavity 12, which is formed by the U-shaped cross-section of the magnets 6, 7, generate a nearly homogeneous magnetic field in a simple manner.
  • Abszissenachse the distance 13 (according to FIG. 6) of the sensor is applied to a magnet.
  • a signal strength of the sensor is plotted.
  • the line 30 shown follows a function defined by the points 31, 32, 33.
  • the signal strength is almost independent of a distance 13 (according to FIG. 6) of the sensor 16 to the magnetic part 5 of the encoder 1.
  • FIG. 9 shows the graph for illustrating the signal evaluation in a known storage unit. There are strong fluctuations of the signal strength (magnetic field) recognizable. Safe switching is possible only at zero crossing 40. This results in a digital output signal with a pulse train 50 per pole pair.
  • FIG. 10 shows a graph for illustrating the signal evaluation in a storage unit according to the invention.
  • the signal strength magnetic field
  • Safe switching is possible not only at the zero crossing, but also at other levels 60. This results in a digital output signal with two pulse trains 70 per pole pair.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Encoder (1) für Lagereinheiten aufweisend ein mit einem Trägerteil (2) verbundenen Magnetteil (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetteil (5) einen durch eine Vielzahl an Magneten (6, 7) ausgebildeten U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Magnete (6, 7) mit alternierenden Magnetisierungen abwechselnd angeordnet sind, und wobei sich in einem vom U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum (12) ein annähernd homogenes Magnetfeld (15) ausbildet und eine Signalamplitude der Magnetisierung entlang des Encoderumfanges (U) und innerhalb des Hohlraumes (12) nahezu unabhängig von der Position eines magnetfeldmessenden Sensors (16) ist.

Description

Encoder und Lagereinheit mit Encoder
Die Erfindung betrifft einen Encoder. Ferner betrifft die Anmeldung eine_Lagereinheit aufweisend den Encoder.
Aus dem Stand der Technik sind Encoder seit langem bekannt. Magnetische Encoder und magnetfeldmessende Sensoren werden zur berührungslosen Erfassung von Relativbewegungen zwischen stehenden und beweglichen Maschinenteilen
verwendet. Der Encoder weist ein magnetisches Bauteil auf, das entlang der
Bewegungsrichtung mit einer oder mehreren alternierenden Magnetisierungen, d.h. Nord-Südpol, versehen ist. Der magnetfeldmessende Sensor erkennt diese
Polwechsel und setzt sie in ein elektrisches Signal um, die für eine computergestützte Weiterverarbeitung nützlich ist. Um die Auflösung des Systems zu erhöhen, d.h. mehr Inkremente pro Weg und/oder Drehwinkel zu erzeugen, kann man entweder mehr magnetische Pole auf den Encoder magnetisieren, oder die Signalauswertung ändern.
Die Anzahl der Polpaare lässt sich erhöhen, was jedoch, bedingt durch die kleinere Polfläche, gleichzeitig mit einem Verlust an Signalstärke einhergeht, so dass der magnetfeldmessende Sensor das Magnetfeld des Encoders nicht mehr sicher erkennen kann, was in einer fehlerhaften Drehzahlerfassung resultiert. Dieser Verlust an Signalstärke lässt sich nur bedingt durch einen stärker magnetisierbaren Werkstoff des Magnetteils kompensieren.
Um die Auflösung der Signalauswertung zu erhören gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit ist in der US 7,825,653 B2 beschrieben, wobei in einem Sensor eine Einheit enthalten ist, die eine Impulsfolge erzeugt. Nachteilig ist, dass sich ein großer Zeitversatz zwischen Sensorausgang und Encoderbewegung ergibt, da die Impulsfolge erst in einem Chip erzeugt werden muss. Eine weitere Möglichkeit ist in der US 7,923,993 B2 beschrieben, wobei ein Einsatz mehrerer Magnetspuren und mehrerer Messelemente erfolgt. Da mehrere Spuren mit exaktem Winkelversatz nötig sind, ist eine Herstellung zeit- und kostenintensiv. Es besteht somit die technische Aufgabe die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Damit soll auch ein Encoder bereitgestellt werden, bei dem ein Magnetfeld weitgehend unabhängig von der Lage oder Lageschwankungen bedingt durch
Bauteiltoleranzen von Encoder und Sensor ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Encoder für Lagereinheiten aufweisend ein mit einem Trägerteil verbundenen Magnetteil, wobei das Magnetteil einen durch eine Vielzahl an Magneten ausgebildeten U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Magnete mit alternierenden Magnetisierungen abwechselnd angeordnet sind, und wobei sich in einem vom U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum ein annähernd homogenes Magnetfeld ausbildet und eine Signalamplitude der Magnetisierung entlang des Encoderumfanges und innerhalb des Hohlraumes nahezu unabhängig von der Position eines magnetfeldmessenden Sensors ist.
Durch das Vorsehen des Encoders ist die Amplitude des resultierenden sinusförmigen Magnetfeldes in einem Sensor weitgehend unabhängig von dessen Lage oder Lageschwankungen bedingt durch Bauteiltoleranzen. Vorzugsweise ist das Magnetteil ringförmig ausgebildet. Die Pole der Magnete des Magnetteils sind derart angeordnet, dass immer ein Pluspol (Nordpol) eines Magneten am Minuspol (Südpol) eines anderen Magneten anliegt und umgekehrt. Bevorzugt bildet sich in einem vom U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum ein annähernd homogenes Magnetfeld aus.
Vorzugsweise ist die nahezu konstante Amplitude der sinusförmigen Magnetfeldes für die nachfolgende Signalverarbeitung im Sensor heranzuziehen, um die Anzahl der Schaltschwellen zur Umsetzung des Magnetfeldes in ein digitales Signal (elektrischer Strom oder Spannung) anzupassen. Somit können bei gleicher Polpaarzahl mehr Pulse aus dem System gegeben werden.
Vorzugsweise wird für den erfindungsgemäßen U-förmigen Querschnitt ein bewährter Werkstoff vergleichbar dem Stand der Technik für das Magnetteil eingesetzt, was sich kostenreduzierend auswirkt. Vorzugsweise können verbleibenden Schwankungen im Signal durch entsprechend adaptiv nachgeführte Schaltschwellen im Chip kompensiert werden. Besonders bevorzugt ist der Encoder ein Encoderring.
Bevorzugt ist der Hohlraum ein freier Raum. Durch das Vorsehen des U-förmigen Querschnitts lässt sich im Hohlraum, der vom U-förmigen Querschnitt der Magnete begrenzt ist, das annähernd homogenes Magnetfeld auf einfache Weise erzeugen.
Vorzugsweise weisen die Magnete die Form von Hufeisenmagneten auf. Damit ist eine Form für die Magnete gewählt, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Magnete einen ersten Teilbereiche mit einem ersten L-förmigen Querschnitt und einen zweiten Teilbereich mit einem zweiten L-förmigen Querschnitt auf, wobei beide Teilbereiche
unterschiedlich magnetisiert sind.
Bevorzugt liegt eine Rotationsachse des Encoders parallel zu einem der Schenkel des Trägerteils. Damit erstreckt sich die Ausrichtung des U-Förmigen Querschnittes entweder in einer axialen oder radialen Richtung.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Magnetteil aus einem Compound bestehend aus Trägermatrix und magnetischem Füllstoff
zusammengesetzt ist, wobei eine Trägermatrix aus einem Elastomer, Thermoplast oder Duroplast zusammengesetzt ist und wobei der magnetische Füllstoff
hartmagnetisches Ferrit, Eisen, seltene Erden oder eine Kombination daraus enthält.
Vorzugsweise kann ein Anbindung des Magnetteils ans Trägerteil mittels
adhäsiver/kohäsiver Methoden unter Verwendung eines Bindemittels (Primer) oder eines Bindemittelsystems (Primer und Cover) erfolgen. Zusätzlich kann ein
mechanisches Umgreifen des Trägerteils durch das Magnetteil vorgesehen werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt das Magnetteil plan an einer Seite des Trägerteils an.
Damit lassen sich die Magnete bzw. das gesamte Magnetteil auf einfache Weise flächig am Trägerteil fixieren.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Lagereinheit aufweisend einen Sensor und einen Encoder, wie oben beschrieben, wobei der Sensor im vom U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist. Durch das Vorsehen des U-förmigen Querschnitts lässt sich im Hohlraum, der vom U- förmigen Querschnitt der Magnete begrenzt ist, das annähernd homogenes
Magnetfeld auf einfache Weise erzeugen.
Vorzugsweise ist die Lagereinheit als ein Radlager für NKW, LKW, PKW, etc.
ausgebildet.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beruht die Wandlung des Magnetfelds in ein elektrisches Signal auf dem Prinzip des magnetoresistiven Effekts, des Hall- Effekts, der Verwendung von Feldplatten, dem magnetoelastischen Effekt oder der Verwendung von Saturationskern-Magnetometern.
Vorzugsweise ist die mit dem Sensor erfassbare magnetische Signalstärke
(Flussdichte oder Feldstärke) innerhalb eines tolerierten Positions-Bereiches aus technischer Sicht konstant. Ein Saturationskern-Magnetometer, auch Fluxgate- Magnetometer oder umgangssprachlich im deutschen Sprachraum nach dem Erfinder als Förster-Sonde bezeichnet, dient zur vektoriellen Bestimmung des Magnetfeldes.
Hieraus ergibt sich ein resultierendes größeres Mindestsignal. Dies kann in einer nachgeschalteten Signalverarbeitung genutzt werden, um eine Detektion der
Bewegung des Encoders zu erkennen, indem weitere Schaltpegel, also nicht nur der Nulldurchgang, eingeführt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet die
Signalauswertung im Sensor neben dem Nulldurchgang weitere und somit mehrere Schaltschwellen, um die resultierende Auflösung der ausgegebenen Impulse für eine Drehzahlerfassung zu erhöhen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Sensor mehrere magnetfeldmessende Elemente auf, wobei der Sensor eingerichtet ist, neben der Erkennung einer Drehgeschwindigkeit auch eine Drehrichtung zu detektieren.
Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten Encoders mit einem Sensor, Fig. 2 einen Schnitt A-A durch den Encoder aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Magnetfeldlinien über den Umfang des Encoders aus Fig. 1 ,
Fig. 4 einen Signalstärke-Abstand-Graphen zur Fig. 2,
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Encoders mit einem Sensor,
Fig. 6 einen Schnitt B-B durch den Encoder aus Fig. 5,
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Magnetfeldlinien zur Fig. 6,
Fig. 8 einen Abstand-Signalstärke-Graphen zur Fig. 6,
Fig. 9 einen Graphen zur Veranschaulichung der Signalauswertung bei einer bekannten Lagereinheit und
Fig. 10 einen Graphen zur Veranschaulichung der Signalauswertung bei einer erfindungsgemäßen Lagereinheit. In Fig. 1 ist die schematische Ansicht eines bekannten Encoders 100 mit einem
Sensor 16 gezeigt. Der Encoder 100 ist in eine Lagereinheit (nicht gezeigt) verbaut. Der Encoder 100 weist ein mit einem Trägerteil 2 verbundenen Magnetteil 5 auf. Das Magnetteil 5 weist eine Vielzahl an unterschiedlich magnetisierten Bereichen auf. Die Bereiche sind als nebeneinander angeordnete Segmente mit alternierenden
Magnetisierungen ausgeführt, wobei zwei jeweils Bereiche Magneten 6, 7 ausbilden, die in ihrer Gesamtheit das Magnetteil 5 ausbilden.
Wie im Schnitt A-A gemäß Fig. 2 gezeigt, weisen die Magnete 6, 7 einen annähernd rechteckigen Querschnitt auf. Ein Sensor 16 ist in einem Abstand 14 zur Oberfläche des Magneten 6 bzw. des Magnetteils 5 angeordnet.
In Fig. 3 ist die schematische Darstellung von Magnetfeldlinien über den Umfang des Encoders aus Fig. 1 über einen Umfangsabschnitt U gezeigt.
In Fig. 4 ist der Abstand-Signalstärke-Graph zur Fig. 2 gezeigt. Auf der
Abszissenachse ist der Abstand 14 des Sensors zu einem Magneten aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist eine Signalstärke/Amplitude des vom Sensor erfassten
Encodermagnetfeldes aufgetragen. Die kleineren Schaubilder zeigen die zugehörigen Signalverläufe bei Rotation des Encoders, die magnetischen Signale haben über den Umfang einen sinusartigen Verlauf. Die jeweiligen Amplituden sind mit den Punkten 21 , 22, 23 im Abstand-Signalstärke-Graph gekennzeichnet. Die gezeigte Linie 20 folgt einer Funktion, die durch die Punkte 21 , 22, 23 definiert ist. Die Signalstärke ist abhängig von einem Abstand 14 (gemäß Fig. 2) des Sensors 16 zum Magnetteil 5 des Encoders 1 . D.h. je weiter der Sensor 16 vom Magnetteil 5 entfernt ist, desto geringer wird die Signalstärke.
In technischen Anwendungen unterliegt der resultierende Abstand 14 sehr großen Toleranzeinflüssen. Ein resultierendes Mindestsignal ist daher entsprechend klein. Daher kann zur Erkennung der Bewegung nur ein Wechsel der magnetischen
Polarität (Polwechsel), also der Nulldurchgang im Signal herangezogen werden.
Zwischenstufen im Signal lassen sich nicht sicher auswerten, da die
Schwankungsbreite der Signalstärke zu groß ist. In Fig. 5 ist die schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Encoders 1 mit einem Sensor 16 gezeigt. Der Encoder 1 ist in eine Lagereinheit (nicht gezeigt) verbaut. Der Encoder 1 weist ein mit einem Trägerteil 2 verbundenes Magnetteil 5 auf. Das
Magnetteil 5 weist eine Vielzahl an Magneten 6, 7 auf. Die Magnete 6, 7 sind ringförmig hintereinander mit alternierenden Magnetisierungen angeordnet und bilden das Magnetteil 5 aus. Dabei ist das Magnetteil 5 ringförmig ausgebildet. Die Pole der Magnete 6, 7 des Magnetteils 5 sind derart angeordnet, dass immer ein Pluspol eines Magneten 6 am Minuspol eines anderen Magneten 7 anliegt und umgekehrt.
Wie im Schnitt B-B gemäß Fig. 6 gezeigt, weisen die Magnete 6, 7 einen U-förmigen Querschnitt auf. Die Magnete 6, 7 sind als Hufeisenmagnete ausgebildet. Die
Magnete 6, 7 weisen einen ersten Teilbereiche 9 mit einem ersten L-förmigen
Querschnitt und einen zweiten Teilbereich 10 mit einem zweiten L-förmigen
Querschnitt aufweist. Beide Teilbereiche 9, 10 sind unterschiedlich magnetisiert. Das Trägerteil 2 weist einen ersten Schenkel 3 und einen zweiten Schenkel 4 auf. Jeweils ein Schenkel der beiden Teilbereichen 9, 10 liegt plan am Schenkel 3 des Trägerteils 2 an. Dabei wird eine Kontaktfläche 8 zwischen dem Schenkel 3 des Trägerteils 2 und den Schenkeln der beiden Teilbereichen 9, 10 ausgebildet. Ein Sensor 16 ist innerhalb des U-Querschnitts in einem Abstand 13 zur Oberfläche des Magneten 6 bzw. des Magnetteils 5 angeordnet.
In Fig. 7 eine schematische Darstellung der Magnetfeldlinien zur Fig. 6 gezeigt. In einem vom U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum 12 ist ein annähernd homogenes Magnetfeld 15 ausbildet. Durch das Vorsehen des U-förmigen
Querschnitts lässt sich im Hohlraum 12, der vom U-förmigen Querschnitt der Magnete 6, 7 ausgebildet ist, ein annähernd homogenes Magnetfeld auf einfache Weise erzeugen.
In Fig. 8 ist der Abstand-Signalstärke-Graph zur Fig. 6 gezeigt. Auf der
Abszissenachse ist der Abstand 13 (gemäß Fig. 6) des Sensors zu einem Magneten aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist eine Signalstärke des Sensors aufgetragen. Die gezeigte Linie 30 folgt einer Funktion, die durch die Punkte 31 , 32, 33 definiert ist. Die Signalstärke ist nahezu unabhängig von einem Abstand 13 (gemäß Fig. 6) des Sensors 16 zum Magnetteil 5 des Encoders 1 .
Hieraus ergibt sich ein resultierendes größeres Mindestsignal. Dies kann in einer nachgeschalteten Signalverarbeitung genutzt werden, um eine Detektion der
Bewegung des Encoders zu erkennen, indem weitere Schaltpegel, also nicht nur der Nulldurchgang, eingeführt werden.
Eine Wandlung des Magnetfelds in ein elektrisches Signal beruht auf Basis des magnetoresistiven Effekts, des Hall-Effekts, der Verwendung von Feldplatten, des magnetoelastischen Effektes oder der Verwendung von Saturationskern- Magnetometern (Förster Sonde/Fluxgate). Die Fig. 9 zeigt den Graphen zur Veranschaulichung der Signalauswertung bei einer bekannten Lagereinheit. Es sind starke Schwankungen der Signalstärke (Magnetfeld) erkennbar. Ein sicheres Schalten ist nur im Nulldurchgang 40 möglich. Daraus resultiert ein digitales Ausgangssignal mit einer Impulsfolge 50 pro Polpaar.
Fig. 10 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Signalauswertung bei einer erfindungsgemäßen Lagereinheit. Es sind geringere Schwankungen der Signalstärke (Magnetfeld) erkennbar. Ein Sicheres Schalten ist nicht nur im Nulldurchgang möglich, sondern auch bei anderen Pegeln 60. Daraus resultiert ein digitales Ausgangssignal mit zwei Impulsfolgen 70 pro Polpaar.
Bezugszeichenliste
1 Encoder
2 Trägerteil
3 Schenkel
4 Schenkel
5 Magnetteil
6 Magnet
7 Magnet
8 Basis
9 Teilbereich
10 Teilbereich
1 1 Schnapphaken
12 Hohlraum
13 Abstand
14 Abstand
15 Magnetfeld
16 Sensor
Linie Punkt
Punkt
Punkt
Linie Punkt
Punkt
Punkt
40 Nulldurchgang
50 Pulsfolge
60 Pegel Pulsfolge Encoder Umfang

Claims

Patentansprüche
1 . Encoder (1 ) für Lagereinheiten aufweisend ein mit einem Trägerteil (2)
verbundenes Magnetteil (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Magnetteil (5) einen durch eine Vielzahl an Magneten (6, 7) ausgebildeten U- förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Magnete (6, 7) mit alternierenden
Magnetisierungen abwechselnd angeordnet sind, und wobei sich in einem vom U- förmigen Querschnitt ausgebildeten Hohlraum (12) ein annähernd homogenes
Magnetfeld (15) ausbildet und eine Signalamplitude der Magnetisierung entlang eines Encoderumfanges (U) und innerhalb des Hohlraumes (12) nahezu unabhängig von einer Position eines magnetfeldmessenden Sensors (16) ist.
2. Encoder (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei die Magnete (6, 7) einen ersten Teilbereich (9) mit einem ersten L-förmigen Querschnitt und einen zweiten Teilbereich (10) mit einem zweiten L-förmigen Querschnitt aufweisen und wobei beide Teilbereiche (9, 10) unterschiedlich magnetisiert sind.
3. Encoder (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetteil (5) aus einem Compound bestehend aus Trägermatrix und magnetischem Füllstoff zusammengesetzt ist, wobei die Trägermatrix aus einem Elastomer, Thermoplast oder Duroplast zusammengesetzt ist und wobei der magnetische Füllstoff
hartmagnetisches Ferrit, Eisen, seltene Erden oder eine Kombination daraus enthält.
4. Encoder (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetteil (5) plan an einem Schenkel (3) des Trägerteils (2) anliegt.
5. Lagereinheit aufweisend einen Sensor (16) und einen Encoder (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (16) im vom U-förmigen
Querschnitt ausgebildeten Hohlraum (12) angeordnet ist.
6. Lagereinheit gemäß Anspruch 5, wobei die Wandlung des Magnetfelds (15) in ein elektrisches Signal auf dem Prinzip des magnetoresistiven Effekts, des Hall-Effekts, der Verwendung von Feldplatten, dem magnetoelastischen Effekt oder der Verwendung von Saturationskern-Magnetometern beruht.
7. Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei eine Signalauswertung im Sensor (16) neben einem Nulldurchgang weitere und somit mehrere Schaltschwellen verwendet, um eine resultierende Auflösung ausgegebener Impulse für eine
Drehzahlerfassung zu erhöhen.
8. Lagereinheit gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Sensor (16) mehrere magnetfeldmessende Elemente aufweist, wobei der Sensor eingerichtet ist, neben der Erkennung einer Drehgeschwindigkeit auch eine Drehrichtung zu detektieren.
PCT/DE2016/200491 2015-11-26 2016-10-26 Encoder und lagereinheit mit encoder WO2017088864A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/775,611 US20180348016A1 (en) 2015-11-26 2016-10-26 Encoder and bearing unit comprising an encoder

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015223418.5 2015-11-26
DE102015223418 2015-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017088864A1 true WO2017088864A1 (de) 2017-06-01

Family

ID=57570484

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