WO2018041296A1 - Sensoranordnung zur bestimmung einer anzahl von umdrehungen eines permanentmagneten - Google Patents

Sensoranordnung zur bestimmung einer anzahl von umdrehungen eines permanentmagneten Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for determining a number of revolutions of a permanent magnet.
  • the permanent magnet is in particular arranged rotatable relative to a stationary first sensor.
  • the sensor arrangement is provided for determining a number of revolutions of a drive unit of an actuator, preferably a clutch actuator.
  • the clutch actuator is in particular for actuating a clutch, for. B. a friction clutch, a motor vehicle.
  • the drive unit is in particular a rotor of an electric motor, which is connected in a rotationally fixed manner to the permanent magnet, so that the number of revolutions of the rotor can be determined.
  • On the number of revolutions of the rotor is in particular a position of a displaceable in an axial direction, actuation unit of the actuator along the axial direction determinable.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems known from the prior art.
  • a particularly suitable sensor arrangement for determining a number of revolutions of a permanent magnet is to be proposed, wherein the number of revolutions of a drive unit of an actuator should be determinable over the number of revolutions of the permanent magnet.
  • the object is solved by the features of the independent claim.
  • Advantageous developments are the subject of the dependent claims. The features listed individually in the claims can be combined in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and details of the figures, with further embodiments of the invention are shown.
  • the invention relates to a sensor arrangement for determining a number of revolutions of a permanent magnet, wherein end faces of the permanent magnet each lie in an X-Y plane and a central axis extends transversely to the X-Y plane and coaxial with a rotation axis of the permanent magnet; wherein the permanent magnet has exactly two poles arranged in the X-Y plane on opposite sides of the permanent magnet so that the permanent magnet is diametrically magnetized; wherein the permanent magnet has an opening coaxial with the central axis; wherein an inner peripheral surface and an outer peripheral surface each extend substantially parallel to the central axis; wherein a, relative to the rotatable about the axis of rotation rotatable permanent magnet arranged first sensor in an axial direction, that is parallel to the axis of rotation, at a distance from the permanent magnet and in a radial direction radially outside the outer peripheral surface is arranged at a distance from the axis of rotation; wherein the distance is selected such that a vector sum of a
  • the distance between the axis of rotation and a center of the first sensor along the radial direction is determined.
  • a magnetic field of the permanent magnet has a magnetic flux that can be represented at any position in the magnetic field by a vector; wherein the vector comprises a tangential magnetic field direction, a radial magnetic field direction and a normal magnetic field direction; wherein the tangential magnetic field direction is parallel to the XY plane and parallel to an orientation of the poles; in which the radial magnetic field direction is parallel to the XY plane and transverse to the orientation of the poles; wherein the normal magnetic field direction is transverse to the tangential magnetic field direction and the radial magnetic field direction; wherein the first sensor is a multi-turn sensor suitable for determining a number of revolutions of the permanent magnet, the first sensor for determining the number of revolutions detecting magnetic field directions of magnetic flux in the radial magnetic field direction and the tangential magnetic field direction.
  • the inner peripheral surface and / or the outer peripheral surface may have a different shape from a parallel extension to the central axis, z. B. a curvature or conicity or the like.
  • the permanent magnet in particular has a substantially hollow cylindrical shape and a central axis extending between two, in particular parallel to each other end faces along a rotation axis.
  • the permanent magnet is diametrically magnetized, i. H. the two magnetic poles are each disposed on an outer circumferential surface, on opposite sides of the permanent magnet.
  • the poles can be connected by a straight line that intersects the axis of rotation of the permanent magnet.
  • the opening arranged coaxially with the central axis extends from the first end side to the second end side.
  • the inner peripheral surface formed by the opening extends parallel to the central axis and is in particular circular.
  • the outer peripheral surface is in particular circular.
  • the first limit is 12 mT [MilliTesla], preferably 15 mT, and the second limit is 37 mT, preferably 35 mT.
  • the diameter of the outer peripheral surface is in particular an average diameter. That if deviations from a circular shape or from an outer peripheral surface parallel to the rotation axis are present, the average diameter, averaged by surface portions arranged at different diameters, can be used to determine the diameter of the outer circumferential surface.
  • the distance is determined between each other, along the axial direction, nearest points of the first sensor and permanent magnet.
  • the first sensor with a maximum deviation of 10% of the determined distance from the axis of rotation is to be arranged.
  • the permanent magnet between the end faces has a thickness of 3 to 6 mm.
  • the arrangement of the first sensor at a predetermined distance from the axis of rotation or to the outer peripheral surface of the permanent magnet surprisingly leads to a smaller difference between a minimum vector sum and a maximum vector sum of the magnetic flux density in the radial magnetic field direction and the tangential magnetic field direction, in particular over the service life of the permanent magnet and taking into account the case of use occurring tolerances. Furthermore, a smaller spread of the vector sum occurs.
  • tolerances occurring in the application in particular tolerances with respect to the distance in the radial direction and with respect to a distance in the axial direction between the first sensor and the permanent magnet, which may occur during assembly of the sensor arrangement or when arranged in an actuator and the possibly can additionally vary during rotation of the permanent magnet, lead to larger errors in the measurement of the number of revolutions of the permanent magnet.
  • the difference between the minimum vector sum and the maximum vector sum could be significantly reduced.
  • the sensor arrangement comprises a second sensor, which is arranged stationary relative to the rotatable permanent magnet, wherein the second sensor is a single-turn sensor which is suitable for determining an angular position within a single revolution of the permanent magnet.
  • the first sensor and the second sensor detect differently aligned magnetic fluxes.
  • the second sensor detects the exact angular position of the permanent magnet within one revolution and the first sensor the number of revolutions. Together, such a precise angular position or a position along an axial direction of an actuator can be provided.
  • the first and the second sensor in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation, equally spaced from the permanent magnet, in particular in a common XY plane.
  • an actuator at least comprising a shaft having a rotation axis and a sensor arrangement according to the invention, wherein the permanent magnet is arranged coaxially to the shaft and rotatably connected to the shaft.
  • the actuator is a clutch actuator, wherein the actuator comprises a drive unit as a shaft and an actuating unit, wherein the actuating unit is displaceable by an rotation of the drive unit along an axial direction, wherein at least the number of revolutions of the drive unit and thus a position of the Actuator along the axial direction can be determined.
  • the actuator comprises a planetary roller screw (PWG) as an actuating unit.
  • PWG planetary roller screw
  • Such an actuator with a Planetenskylzgewindespindel is z. B. from WO 2015/1 17612 A1, which is hereby incorporated by reference in its entirety in terms of the structure of the actuator proposed therein.
  • the actuator comprises an electric motor with a stator and a rotor, wherein the rotor forms the shaft.
  • the rotor is rotatably connected to a sleeve of a planetary gear, which comprises the Planetendoilzgewindespindel, and supported in the sleeve planet carriers, so that a rotatably supported Planetenannalzgewindespindel upon rotation of the rotor and the sleeve supported in the planet carrier in the axial direction is.
  • the Planetenskylzgewindespindel in this case forms the actuator of the actuator.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic.
  • Like reference numerals designate like objects. Show it: 1 shows an actuator with a sensor arrangement in a side view in section;
  • FIG. 3 shows the sensor arrangement from FIG. 2 in a side view in section
  • FIG. 4 shows the sensor arrangement from FIGS. 2 and 3 in a further side view in FIG
  • FIG. 5 shows the course of the magnetic flux density of the magnetic flux in the magnetic field directions over a distance from the axis of rotation.
  • a hollow cylindrical permanent magnet 1 is arranged coaxially to a rotation axis 8.
  • a stationary relative to the rotatable permanent magnet 1 second sensor 50 is used to determine the angular position 3 of the permanent magnet.
  • the second sensor 50 is a single-turn sensor having a measuring range of 360 degrees.
  • a single-turn sensor is a sensor that can not detect a number of revolutions 36, as it only resolves an angular range of 360 degrees (ie it detects an angular position within one revolution 36).
  • the second sensor 50 is arranged in a radial direction 35 at a distance from the axis of rotation 8.
  • the second sensor 50 is thus not arranged on the axis of rotation 8 of the permanent magnet 1, but at a distance from the axis of rotation 8.
  • the second sensor 50 is arranged in the axial direction 34, ie parallel to the axis of rotation 8, at a distance from the permanent magnet 1 ,
  • the sensor arrangement 3 comprises a first sensor 3 arranged stationary relative to the rotatable permanent magnet 1, the first sensor 33 being a multi-turn sensor suitable for determining a number of revolutions 36 of the permanent magnet 1.
  • the first sensor 33 is in the axial direction 34, ie parallel to the axis of rotation 8, at a distance 19 from the permanent magnet 1 and in the radial direction 35 radially outward of the second sensor 50 and at a distance 20 from the axis of rotation 8.
  • the first sensor 33 detects the magnetic field directions of the magnetic flux 27 in the radial magnetic field direction 30 and the tangential magnetic field direction 29 for determining the number of revolutions 36.
  • the second sensor 50 thus detects the exact angular position of the permanent magnet 1 within one revolution 36 and the first sensor 33 the number of revolutions 36. Together, a precise angular position or a position 42 along an axial direction 34 of an actuator 37 can be provided.
  • the actuator 37 comprises a shaft 38 with a rotation axis 8 and a sensor arrangement 2, wherein the permanent magnet 1 is arranged coaxially to the shaft 38 and rotatably connected to the shaft 38.
  • the actuator 37 is a clutch actuator, wherein the actuator 37 comprises a drive unit 39 as a shaft 38 and an actuator unit 40, wherein the actuator unit 40 by a rotation 41 of the drive unit 39 along the axial direction 34 is displaceable, wherein at least the number of revolutions of the drive unit 39 and thus a position 42 of the actuating unit 40 along the axial direction 34 can be determined.
  • Actuator 37 comprises a planetary roller screw spindle (PWG) 43 as actuating unit 40.
  • PWG planetary roller screw spindle
  • Such an actuator 37 with a planetary roller screw 43 is known from WO 2015/1 17612 A1, which is hereby incorporated by reference in its entirety with respect to the construction of the actuator proposed therein.
  • the actuator 37 comprises an electric motor 45 with a stator 46 and a rotor 47, wherein the rotor 47 forms the shaft 38.
  • the rotor 47 is rotatably connected to a sleeve 48 of the Planetenxxlzgewindespindel 43 comprehensive planetary gear 44, and supported in the sleeve 48 planet carriers 49 so that a rotatably supported Planetenskylzgewindespindel 43 upon rotation 41 of the rotor 47 and supported in the sleeve 48 Planet carrier 49 in the axial direction 34 is displaced.
  • the Planetenskylzgewindespindel 43 forms the actuator unit 40 of the actuator 37th
  • FIG. 2 shows a sensor arrangement 2 in a plan view along the axial direction 34.
  • FIG. 3 shows the sensor arrangement 2 from FIG. 2 in a side view in section AA.
  • FIGS. 2 and 3 will be described jointly below.
  • the sensor arrangement 2 comprises the first sensor 33 and the permanent magnet 1.
  • the end faces 4, 5 of the permanent magnet 1 lie in an XY plane 6, and a central axis 7 extends transversely to the XY plane 6 and coaxially with a rotation axis 8 of the permanent magnet 1.
  • the permanent magnet 1 has exactly two poles 9, 10, which are arranged in the XY plane 6 on opposite sides 1 1, 12 of the permanent magnet 1, so that the permanent magnet 1 is diametrically magnetized.
  • a magnetic field 26 of the permanent magnet 1 has a magnetic flux 27 which can be represented at any position 28 in the magnetic field 26 by a vector.
  • the vector comprises a tangential magnetic field direction 29, a radial magnetic field direction 30 and a normal (axial) magnetic field direction 31; the tangential magnetic field direction 29 being parallel to the XY plane 6 and parallel to the orientation 32 of the poles 9, 10; wherein the radial magnetic field direction 30 is parallel to the X-Y plane 6 and transverse to the orientation 32 of the poles 9, 10; wherein the normal magnetic field direction 31 extends transversely to the tangential magnetic field direction 29 and the radial magnetic field direction 30.
  • the permanent magnet 1 shown here is a hollow cylinder with an outer circumferential line 16 in circular form 18, ie with a diameter 25, and a central axis 7 which extends between two mutually parallel end faces 4, 5 along a rotation axis 8.
  • the permanent magnet 1 is diametrically magnetized, that is, the two magnetic poles 9, 10 are respectively disposed on the outer peripheral surface 15, on opposite sides 1 1, 12 of the permanent magnet 1.
  • the poles 9, 10 can be connected to each other by a straight line that intersects the central axis 8 of the permanent magnet 1 (see arrow for alignment 32).
  • the first sensor 33 is arranged in a radial direction 35 at a distance 20 from the axis of rotation 8 and from the permanent magnet or its outer circumferential surface 15.
  • the first sensor 33 is thus not arranged on the axis of rotation 8 of the permanent magnet 1, but at a distance 20 from the axis of rotation 8.
  • the first sensor 33 is in the axial direction 34, ie parallel to the axis of rotation 8, at a distance 19 from the permanent magnet 1 arranged.
  • the permanent magnet 1 shown here has coaxial with the central axis 7 an opening 13, wherein an inner peripheral surface 14 and an outer peripheral surface 15 each extend parallel to the central axis 7.
  • the 4 shows the sensor arrangement 2 from FIGS. 2 and 3 in a further side view in section.
  • the distance 19 is determined between each other, along the axial direction 34, nearest points of the first sensor 33 and permanent magnet 1.
  • the permanent magnet 1 between the end faces 4, 5 has a thickness 53 of 3 to 6 mm.
  • the distance 20 is determined between the axis of rotation 8 and a center of the first sensor 33 along the radial direction 35.
  • FIG. 5 shows the course of the magnetic flux density 51 of the magnetic flux 27 in the magnetic field directions 29, 30 over a distance 20 of the first sensor 33 from the axis of rotation 8.
  • the wide curves for the radial flux density 21 and the tangential flux density 22 already take into account a possible Deviation of a distance 19 of +/- 0.5 mm (see shaded representation of the permanent magnet in Fig. 4).
  • the first sensor 33 is to be arranged opposite the axis of rotation 33 (see shaded representation of the first sensor 33 in FIG. 4).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (2) zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen (36) eines Permanentmagneten (1), wobei Stirnflächen (4, 5) des Permanentmagneten jeweils in einer X-Y-Ebene (6) liegen und sich eine zentrale Achse (7) quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse (8) des Permanentmagneten erstreckt. Der Permanentmagnet weist koaxial zu der zentralen Achse eine Öffnung (13) auf sowie genau zwei Pole (9, 10) auf, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten (11, 12) des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist. Eine Innenumfangsfläche (14) und eine Außenumfangsfläche (15) erstrecken sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse. Ein erster Sensor (33) ist gegenüber dem um die Drehachse drehbaren Permanentmagnet ortsfest angeordnet, wobei er in einer axialen Richtung (34), also parallel zur Drehachse, in einer Distanz von dem Permanentmagneten und in einer radialen Richtung (35) radial außerhalb der Außenumfangsfläche in einem Abstand (20) von der Drehachse angeordnet ist. Der Abstand ist so gewählt ist, dass eine Vektorsumme einer radialen Flussdichte (21) und einer tangentialen Flussdichte (22) einen ersten Grenzwert (23) nicht unterschreitet und einen zweiten Grenzwert (24) nicht überschreitet.

Description

Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen eines
Permanentmagneten
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen eines Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist insbesondere drehbar gegenüber einem ortsfesten ersten Sensor angeordnet. Insbesondere ist die Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen einer Antriebseinheit eines Aktors, bevorzugt eines Kupplungsaktors, vorgesehen. Der Kupplungsaktor ist insbesondere zur Betätigung einer Kupplung, z. B. einer Reibkupplung, eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die Antriebseinheit ist insbesondere ein Rotor eines Elektromotors, der mit dem Permanentmagneten drehfest verbunden ist, so dass Anzahl von Umdrehungen des Rotors bestimmbar ist. Über die Anzahl von Umdrehungen des Rotors ist insbesondere eine Stellung einer, in einer axialen Richtung verlagerbaren, Betätigungseinheit des Aktors entlang der axialen Richtung bestimmbar.
Bei Kupplungsaktoren ist eine genaue Bestimmung der axialen Position einer Betätigungseinheit bzw. der Winkelposition z. B. eines Rotors notwendig. Bei neuen Konstruktionen solcher Kupplungsaktoren ist es nun notwendig, die dafür verwendeten Sensoren in einem Abstand von einer Drehachse anzuordnen. Dabei müssen auch dynamische Toleranzen (also im Betrieb des Kupplungsaktors auftretende Abweichungen von einer Ausgangslage) berücksichtigt werden, z. B. eine Exzentrizität einzelner Komponenten sowie ein sich ändernder Luftspalt zwischen erstem Sensor und einem verwendeten Permanentmagneten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine besonders geeignete Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen eines Permanentmagneten vorgeschlagen werden, wobei über die Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten die Anzahl von Umdrehungen einer Antriebseinheit eines Aktors bestimmbar sein soll. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen eines Permanentmagneten, wobei Stirnflächen des Permanentmagneten jeweils in einer X-Y-Ebene liegen und sich eine zentrale Achse quer zu der X-Y-Ebene und koaxial zu einer Drehachse des Permanentmagneten erstreckt; wobei der Permanentmagnet genau zwei Pole aufweist, die in der X-Y-Ebene an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet diametral magnetisiert ist; wobei der Permanentmagnet koaxial zu der zentralen Achse eine Öffnung aufweist; wobei eine Innenumfangsfläche und eine Au- ßenumfangsfläche sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse erstrecken; wobei ein, gegenüber dem um die Drehachse drehbaren Permanentmagnet ortsfest angeordneter erster Sensor in einer axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, in einer Distanz von dem Permanentmagneten und in einer radialen Richtung radial außerhalb der Außenumfangsfläche in einem Abstand von der Drehachse angeordnet ist; wobei der Abstand so gewählt ist, dass eine Vektorsumme einer radialen Flussdichte und einer tangentialen Flussdichte einen ersten Grenzwert nicht unterschreitet und einen zweiten Grenzwert nicht überschreitet.
Insbesondere wird der Abstand zwischen Drehachse und einer Mitte des ersten Sensors entlang der radialen Richtung bestimmt.
Insbesondere weist ein Magnetfeld des Permanentmagneten einen magnetischen Fluss aufweist, der an jeder Position im Magnetfeld durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung, eine radiale Magnetfeldrichtung und eine normale Magnetfeldrichtung umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und parallel zu einer Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung parallel zur X-Y-Ebene und quer zur Ausrichtung der Pole verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung und der radialen Magnetfeldrichtung verläuft; wobei der erste Sensor ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten geeignet ist, wobei der erste Sensor zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses in der radialen Magnetfeldrichtung und der tangentialen Magnetfeldrichtung erfasst.
Insbesondere können die Innenumfangsfläche und/oder die Außenumfangsfläche eine, von einer parallelen Erstreckung zu der zentralen Achse abweichende Gestalt aufweisen, z. B. eine Krümmung oder Konizität oder ähnliches.
Der Permanentmagnet hat insbesondere eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form und eine zentrale Achse, die sich zwischen zwei, insbesondere zueinander parallelen Stirnflächen entlang einer Drehachse erstreckt. Der Permanentmagnet ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole sind jeweils an einer Außenumfangsfläche, an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet. Die Pole können durch eine Gerade, die die Drehachse des Permanentmagneten schneidet, miteinander verbunden werden. Die Lage der Magnetfeldrichtungen, der Ebene und der zentralen Achse werden in der Figurenbeschreibung weiter erläutert.
Die koaxial zu der zentralen Achse angeordnete Öffnung erstreckt sich von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite. Die durch die Öffnung gebildete Innenumfangsfläche erstreckt sich parallel zu der zentralen Achse und ist insbesondere kreisförmig.
Die Außenumfangsfläche ist insbesondere kreisförmig.
Insbesondere beträgt der erste Grenzwert 12 mT [MilliTesla], bevorzugt 15 mT, und der zweite Grenzwert 37 mT, bevorzugt 35 mT.
Insbesondere ist der Abstand durch Abstand = k * Durchmesser Außenumfangsfläche + R0 bestimmt, wobei k und R0 in Abhängigkeit von zumindest dem Durchmesser der Außenumfangsfläche und der Distanz bestimmt sind.
Der Durchmesser der Außenumfangsfläche ist insbesondere ein durchschnittlicher Durchmesser. D.h. sollten Abweichungen von einer Kreisform oder von einer zu der Drehachse parallelen Außenumfangsfläche vorliegen, kann der durchschnittliche Durchmesser, gemittelt nach Flächenanteilen, die auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind, zur Bestimmung des Durchmessers der Außenumfangsfläche herangezogen werden.
Die Distanz wird insbesondere zwischen den einander, entlang der axialen Richtung, nächsten Punkten von erstem Sensor und Permanentmagnet bestimmt.
Insbesondere gilt bei einer Distanz zwischen 3 und 6 mm [Millimeter] und einem Durchmesser der Außenumfangsfläche zwischen 18 und 30 mm für k und R0:
k = 0,36 und
Ro = 7,45.
Insbesondere ist der erste Sensor mit einer maximalen Abweichung von 10 % von dem ermittelten Abstand gegenüber der Drehachse anzuordnen.
Insbesondere weist der Permanentmagnet zwischen den Stirnflächen eine Dicke von 3 bis 6 mm auf.
Die Anordnung des ersten Sensors in einem vorbestimmten Abstand zur Drehachse bzw. zur Außenumfangsfläche des Permanentmagnete führt überraschenderweise zu einer geringeren Differenz zwischen einer minimalen Vektorsumme und einer maximalen Vektorsumme der magnetischen Flussdichte in der radialen Magnetfeldrichtung und der tangentialen Magnetfeldrichtung, insbesondere über die Einsatzzeit bzw. Lebensdauer des Permanentmagneten und unter Berücksichtigung der im Einsatzfall auftretenden Toleranzen. Weiterhin tritt eine geringere Streuung der Vektorsumme auf.
Die im Einsatzfall auftretenden Toleranzen (insbesondere Toleranzen hinsichtlich des Abstands in der radialen Richtung und hinsichtlich einer Distanz in der axialen Richtung zwischen dem ersten Sensor und dem Permanentmagneten), die bei Zusammenbau der Sensoranordnung bzw. bei Anordnung in einem Aktor auftreten können und die ggf. bei Drehung des Permanentmagneten zusätzlich variieren können, führen zu größeren Fehlern bei der Messung der Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten.
Infolge der Anordnung des ersten Sensors in einem berechneten Abstand von der Drehachse konnte die Differenz zwischen der minimalen Vektorsumme und der maximalen Vektorsumme deutlich reduziert werden.
Insbesondere umfasst die Sensoranordnung einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten ortsfest angeordneten zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor ein Singleturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Winkelposition innerhalb einer einzigen Umdrehung des Permanentmagneten geeignet ist.
Bevorzugt erfassen der erste Sensor und der zweite Sensor unterschiedlich ausgerichtete magnetische Flüsse. Dabei erfasst der zweite Sensor die genaue Winkelposition des Permanentmagneten innerhalb einer Umdrehung und der erste Sensor die Anzahl der Umdrehungen. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung entlang einer axialen Richtung eines Aktors bereitgestellt werden.
Dabei wird für die Sensoranordnung lediglich ein Permanentmagnet benötigt, dessen Magnetfeld durch zwei Sensoren erfasst wird.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Sensor in der axialen Richtung, also parallel zur Drehachse, gleichermaßen beabstandet von dem Permanentmagneten angeordnet, insbesondere in einer gemeinsamen X-Y-Ebene. Es wird weiter ein Aktor vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Welle mit einer Drehachse sowie eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, wobei der Permanentmagnet koaxial zur Welle angeordnet und drehfest mit der Welle verbunden ist.
Insbesondere ist der Aktor ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor eine Antriebseinheit als Welle und eine Betätigungseinheit umfasst, wobei die Betätigungseinheit durch eine Drehung der Antriebseinheit entlang einer axialen Richtung verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung zumindest die Anzahl von Umdrehungen der Antriebseinheit und damit eine Stellung der Betätigungseinheit entlang der axialen Richtung bestimmbar ist.
Bevorzugt umfasst der Aktor eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) als Betätigungseinheit. Ein solcher Aktor mit einer Planetenwälzgewindespindel ist z. B. aus der WO 2015/1 17612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird.
Insbesondere umfasst der Aktor einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor die Welle bildet.
Im Falle des PWG ist der Rotor mit einer Hülse eines Planetengetriebes, das die Planetenwälzgewindespindel umfasst, und den in der Hülse abgestützten Planetenträgern drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel bei Drehung des Rotors und der in der Hülse abgestützten Planetenträger in der axialen Richtung verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel bildet in diesem Fall die Betätigungseinheit des Aktors.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen: Fig. 1 : einen Aktor mit einer Sensoranordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 2: eine Sensoranordnung in einer Draufsicht;
Fig. 3: die Sensoranordnung aus Fig. 2 in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 4: die Sensoranordnung aus Fig. 2 und 3 in einer weiteren Seitenansicht im
Schnitt; und
Fig. 5: den Verlauf der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses in den Magnetfeldrichtungen über einem Abstand von der Drehachse.
Fig. 1 zeigt einen Aktor 37 mit einer Sensoranordnung 3 in einer Seitenansicht im Schnitt. Ein hohlzylindrischer Permanentmagnet 1 ist koaxial zu einer Drehachse 8 angeordnet. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneter zweiter Sensor 50 dient zur Bestimmung der Winkelposition 3 des Permanentmagneten 1 . Der zweite Sensor 50 ist ein Singleturnsensor, der einen Messbereich von 360 Winkelgrad aufweist. Ein Singleturnsensor ist ein Sensor, der keine Anzahl von Umdrehungen 36 erfassen kann, da er nur einen Winkelbereich von 360 Winkelgrad auflöst (er erfasst also eine Winkelposition innerhalb einer Umdrehung 36).
Der zweite Sensor 50 ist in einer radialen Richtung 35 beabstandet von der Drehachse 8 angeordnet. Der zweite Sensor 50 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 1 angeordnet, sondern in einem Abstand von der Drehachse 8. Der zweite Sensor 50 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, in einer Distanz von dem Permanentmagneten 1 angeordnet.
Weiter umfasst die Sensoranordnung 3 einen, gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneten ersten Sensor 3, wobei der erste Sensor 33 ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen 36 des Permanentmagneten 1 geeignet ist. Der erste Sensor 33 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, in einer Distanz 19 von dem Permanentmagneten 1 und in der radialen Richtung 35 radial außen von dem zweiten Sensor 50 und in einem Abstand 20 von der Drehachse 8 angeordnet. Der erste Sensor 33 erfasst zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen 36 die Magnetfeldrichtungen des magnetischen Flusses 27 in der radialen Magnetfeldrichtung 30 und der tangentialen Magnetfeldrichtung 29.
Der zweite Sensor 50 erfasst also die genaue Winkelposition des Permanentmagneten 1 innerhalb einer Umdrehung 36 und der erste Sensor 33 die Anzahl der Umdrehungen 36. Zusammen kann so eine genaue Winkelposition bzw. eine Stellung 42 entlang einer axialen Richtung 34 eines Aktors 37 bereitgestellt werden.
Dabei wird für die Sensoranordnung 2 lediglich ein Permanentmagnet 1 benötigt, dessen Magnetfeld 26 durch zwei Sensoren 33, 50 erfasst wird.
Der Aktor 37 umfasst eine Welle 38 mit einer Drehachse 8 sowie eine Sensoranordnung 2, wobei der Permanentmagnet 1 koaxial zur Welle 38 angeordnet und drehfest mit der Welle 38 verbunden ist.
Der Aktor 37 ist ein Kupplungsaktor, wobei der Aktor 37 eine Antriebseinheit 39 als Welle 38 und eine Betätigungseinheit 40 umfasst, wobei die Betätigungseinheit 40 durch eine Drehung 41 der Antriebseinheit 39 entlang der axialen Richtung 34 verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung 2 zumindest die Anzahl von Umdrehungen der Antriebseinheit 39 und damit eine Stellung 42 der Betätigungseinheit 40 entlang der axialen Richtung 34 bestimmbar ist.
Der Aktor 37 umfasst eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) 43 als Betätigungseinheit 40. Ein solcher Aktor 37 mit einer Planetenwälzgewindespindel 43 ist aus der WO 2015/1 17612 A1 bekannt, die hinsichtlich des Aufbaus des dort vorgeschlagenen Aktors hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird. Der Aktor 37 umfasst einen Elektromotor 45 mit einem Stator 46 und einem Rotor 47, wobei der Rotor 47 die Welle 38 bildet. Der Rotor 47 ist mit einer Hülse 48, des die Planetenwälzgewindespindel 43 umfassenden Planetengetriebes 44, und mit den in der Hülse 48 abgestützten Planetenträgern 49 drehfest verbunden, so dass eine drehfest abgestützte Planetenwälzgewindespindel 43 bei Drehung 41 des Rotors 47 und der in der Hülse 48 abgestützten Planetenträger 49 in der axialen Richtung 34 verlagerbar ist. Die Planetenwälzgewindespindel 43 bildet die Betätigungseinheit 40 des Aktors 37.
Fig. 2 zeigt eine Sensoranordnung 2 in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung 34. Fig. 3 zeigt die Sensoranordnung 2 aus Fig. 2 in einer Seitenansicht im Schnitt A- A. Die Fig. 2 und 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Die Sensoranordnung 2 umfasst den ersten Sensor 33 und den Permanentmagneten 1 . Die Stirnflächen 4, 5 des Permanentmagneten 1 liegen in einer X-Y-Ebene 6 und eine zentrale Achse 7 erstreckt sich quer zu der X-Y-Ebene 6 und koaxial zu einer Drehachse 8 des Permanentmagneten 1 . Der Permanentmagnet 1 weist genau zwei Pole 9, 10 auf, die in der X-Y-Ebene 6 an einander gegenüberliegenden Seiten 1 1 , 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet 1 diametral magnetisiert ist. Ein Magnetfeld 26 des Permanentmagneten 1 weist einen magnetischen Fluss 27 auf, der an jeder Position 28 im Magnetfeld 26 durch einen Vektor darstellbar ist. Der Vektor umfasst eine tangentiale Magnetfeldrichtung 29, eine radiale Magnetfeldrichtung 30 und eine normale (axiale) Magnetfeldrichtung 31 ; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung 29 parallel zur X-Y-Ebene 6 und parallel zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung 30 parallel zur X- Y-Ebene 6 und quer zur Ausrichtung 32 der Pole 9, 10 verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung 31 quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 und der radialen Magnetfeldrichtung 30 verläuft. Ein gegenüber dem drehbaren Permanentmagneten 1 ortsfest angeordneter erster Sensor 33 erfasst zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen 36 des Permanentmagneten 1 die Magnetfeldrichtungen 29, 30, 31 des magnetischen Flusses 27 in der tangentialen Magnetfeldrichtung 29 und der radialen Magnetfeldrichtung 30. Der hier dargestellte Permanentmagnet 1 ist ein Hohlzylinder mit einer Außenum- fangslinie 16 in Kreisform 18, d. h. mit einem Durchmesser 25, und einer zentralen Achse 7, die sich zwischen zwei, zueinander parallelen Stirnflächen 4, 5 entlang einer Drehachse 8 erstreckt. Der Permanentmagnet 1 ist diametral magnetisiert, d. h. die beiden magnetischen Pole 9, 10 sind jeweils an der Außenumfangsfläche15, an einander gegenüberliegenden Seiten 1 1 , 12 des Permanentmagneten 1 angeordnet. Die Pole 9, 10 können durch eine Gerade, die die zentrale Achse 8 des Permanentmagneten 1 schneidet, miteinander verbunden werden (siehe Pfeil für Ausrichtung 32).
Der erste Sensor 33 ist in einer radialen Richtung 35 in einem Abstand 20 von der Drehachse 8 und von dem Permanentmagneten bzw. dessen Außenumfangsfläche 15 angeordnet. Der erste Sensor 33 ist also nicht auf der Drehachse 8 des Permanentmagneten 1 angeordnet, sondern in einem Abstand 20 von der Drehachse 8. Der erste Sensor 33 ist in der axialen Richtung 34, also parallel zur Drehachse 8, in einer Distanz 19 von dem Permanentmagneten 1 angeordnet.
Der hier dargestellte Permanentmagnet 1 weist koaxial zu der zentralen Achse 7 eine Öffnung 13 auf, wobei eine Innenumfangsfläche 14 und eine Außenumfangsfläche 15 sich jeweils parallel zu der zentralen Achse 7 erstrecken.
Fig. 4 zeigt die Sensoranordnung 2 aus Fig. 2 und 3 in einer weiteren Seitenansicht im Schnitt. Die Distanz 19 wird zwischen den einander, entlang der axialen Richtung 34, nächsten Punkten von erstem Sensor 33 und Permanentmagnet 1 bestimmt. Weiter weist der Permanentmagnet 1 zwischen den Stirnflächen 4, 5 eine Dicke 53 von 3 bis 6 mm auf. Der Abstand 20 wird zwischen Drehachse 8 und einer Mitte des ersten Sensors 33 entlang der radialen Richtung 35 bestimmt.
Die im Einsatzfall auftretenden Toleranzen (insbesondere Toleranzen hinsichtlich des Abstands 20 in der radialen Richtung 35 und hinsichtlich einer Distanz 19 in der axialen Richtung 34 zwischen dem ersten Sensor 33 und dem Permanentmagneten 1 ), die bei Zusammenbau der Sensoranordnung 2 bzw. bei Anordnung in einem Aktor 37 auftreten können und die ggf. bei Drehung des Permanentmagneten 1 zusätzlich variieren können (hier als schattiert angedeutet), führen zu größeren Fehlern bei der Messung der Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten 1 .
Infolge der Anordnung des ersten Sensors 33 in einem berechneten Abstand 20 von der Drehachse 8 bzw. zur Außenumfangsfläche 15 des Permanentmagneten 1 konnte die Differenz zwischen der minimalen Vektorsumme und der maximalen Vektorsumme deutlich reduziert werden. Weiterhin tritt eine geringere Streuung der Vektorsumme auf.
Fig. 5 zeigt den Verlauf der magnetischen Flussdichte 51 des magnetischen Flusses 27 in den Magnetfeldrichtungen 29, 30 über einem Abstand 20 des ersten Sensors 33 von der Drehachse 8. Die breiten Kurven für die radiale Flussdichte 21 und die tangentiale Flussdichte 22 berücksichtigen bereits eine mögliche Abweichung einer Distanz 19 von +/- 0,5 mm (siehe schattierte Darstellung des Permanentmagneten in Fig. 4).
In diesem Bereich 54 um einen (idealen) Abstand 20 ist der erste Sensor 33 gegenüber der Drehachse 33 anzuordnen (siehe schattierte Darstellung des ersten Sensors 33 in Fig. 4).
Bezuqszeichenliste Permanentmagnet
Sensoranordnung
Winkelposition
erste Stirnfläche
zweite Stirnfläche
X-Y-Ebene
zentrale Achse
Drehachse
erster Pol
zweiter Pol
erste Seite
zweite Seite
Öffnung
Innenumfangsfläche
Außenumfangsfläche
Außenumfangslinie
Querschnitt
Kreisform
Distanz
Abstand
radiale Flussdichte
tangentiale Flussdichte
erster Grenzwert
zweiter Grenzwert
Durchmesser
Magnetfeld
magnetischer Fluss
Position
tangentiale Magnetfeldrichtung radiale Magnetfeldrichtung normale Magnetfeldrichtung Ausrichtung
erster Sensor
axiale Richtung
radiale Richtung
Umdrehung
Aktor
Welle
Antriebseinheit
Betätigungseinheit
Drehung
Stellung
Planetenwälzgewindespindel Planetengetriebe
Elektromotor
Stator
Rotor
Hülse
Planetenträger
zweiter Sensor
magnetische Flussdichte Winkel
Dicke
Bereich

Claims

Patentansprüche
1 . Sensoranordnung (2) zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen (36) eines Permanentmagneten (1 ), wobei Stirnflächen (4, 5) des Permanentmagneten (1 ) jeweils in einer X-Y-Ebene (6) liegen und sich eine zentrale Achse (7) quer zu der X-Y-Ebene (6) und koaxial zu einer Drehachse (8) des Permanentmagneten (1 ) erstreckt; wobei der Permanentmagnet (1 ) genau zwei Pole (9, 10) aufweist, die in der X-Y-Ebene (6) an einander gegenüberliegenden Seiten (1 1 , 12) des Permanentmagneten (1 ) angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet (1 ) diametral magnetisiert ist; wobei der Permanentmagnet (1 ) koaxial zu der zentralen Achse (7) eine Öffnung (13) aufweist; wobei eine Innenumfangsfläche (14) und eine Außenumfangsfläche (15) sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse (7) erstrecken; wobei ein, gegenüber dem um die Drehachse (8) drehbaren Permanentmagnet (1 ) ortsfest angeordneter erster Sensor (33) in einer axialen Richtung (34), also parallel zur Drehachse (8), in einer Distanz (19) von dem Permanentmagneten (1 ) und in einer radialen Richtung (35) radial außerhalb der Außenumfangsfläche (15) in einem Abstand (20) von der Drehachse (8) angeordnet ist; wobei der Abstand (20) so gewählt ist, dass eine Vektorsumme einer radialen Flussdichte (21 ) und einer tangentialen Flussdichte (22) einen ersten Grenzwert (23) nicht unterschreitet und einen zweiten Grenzwert (24) nicht überschreitet.
2. Sensoranordnung (2) nach Anspruch 1 , wobei ein Magnetfeld (26) des Permanentmagneten (1 ) einen magnetischen Fluss (27) aufweist, der an jeder Position
(28) im Magnetfeld (26) durch einen Vektor darstellbar ist; wobei der Vektor eine tangentiale Magnetfeldrichtung (29), eine radiale Magnetfeldrichtung (30) und eine normale Magnetfeldrichtung (31 ) umfasst; wobei die tangentiale Magnetfeldrichtung (26) parallel zur X-Y-Ebene (6) und parallel zu einer Ausrichtung (32) der Pole (9, 10) verläuft; wobei die radiale Magnetfeldrichtung (30) parallel zur X- Y-Ebene (6) und quer zur Ausrichtung (32) der Pole (9, 10) verläuft; wobei die normale Magnetfeldrichtung (31 ) quer zur der tangentialen Magnetfeldrichtung
(29) und der radialen Magnetfeldrichtung (30) verläuft; wobei der erste Sensor (33) ein Multiturnsensor ist, der zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen (36) des Permanentmagneten (3) geeignet ist, wobei der erste Sensor (33) zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen (36) die Magnetfeldrichtungen (29, 30) des magnetischen Flusses (14) in der radialen Magnetfeldrichtung (29) und der tangentialen Magnetfeldrichtung (30) erfasst.
3. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Grenzwert (23) 12 mT [MilliTesla] und der zweite Grenzwert (24) 37 mT beträgt.
4. Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand (20) durch
Abstand = k * Durchmesser Außenumfangsfläche + R0 ;
bestimmt ist; wobei k und R0 in Abhängigkeit von zumindest dem Durchmesser
(25) der Außenumfangsfläche (15) und der Distanz (19) bestimmt sind.
5. Sensoranordnung (2) nach Anspruch 4, wobei bei einer Distanz (19) zwischen 3 und 6 mm [Millimeter] und einem Durchmesser (25) der Außenumfangsfläche (15) zwischen 18 und 30 mm für k und R0 gilt:
k = 0,36 und
Ro = 7,45.
6. Sensoranordnung (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Permanentmagnet (1 ) zwischen den Stirnflächen (4, 5) eine Dicke (53) von 3 bis 6 mm aufweist.
7. Aktor (37), zumindest umfassend eine Welle (38) mit einer Drehachse (8) sowie eine Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Permanentmagnet (1 ) koaxial zur Welle (38) angeordnet und drehfest mit der Welle (38) verbunden ist.
8. Aktor (37) nach Anspruch 7, wobei der Aktor (37) ein Kupplungsaktor ist, wobei der Aktor (37) eine Antriebseinheit (39) als Welle (38) und eine Betätigungseinheit (40) umfasst, wobei die Betätigungseinheit (40) durch eine Drehung (41 ) der Antriebseinheit (39) entlang einer axialen Richtung (34) verlagerbar ist, wobei durch die Sensoranordnung (2) zumindest die Anzahl von Umdrehungen (36) der Antriebseinheit (39) und damit eine Stellung (42) der Betätigungseinheit (40) entlang der axialen Richtung (34) bestimmbar ist.
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US16/316,811 US10739163B2 (en) 2016-08-30 2017-08-10 Sensor assembly for determining a number of rotations of a permanent magnet
DE112017004298.4T DE112017004298A5 (de) 2016-08-30 2017-08-10 Sensoranordnung zur Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen eines Permanentmagneten
CN201780046459.7A CN109564106B (zh) 2016-08-30 2017-08-10 用于确定永磁体的回转的数量的传感器装置
KR1020197005514A KR102462298B1 (ko) 2016-08-30 2017-08-10 영구 자석의 회전의 수 측정을 위한 센서 어셈블리

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT523216A1 (de) * 2019-11-29 2021-06-15 B & R Ind Automation Gmbh Positionsbestimmung eines beweglichen Bauteils relativ zu einem ortsfesten Bauteil
US11761793B2 (en) 2020-05-26 2023-09-19 Analog Devices International Unlimited Company Magnetic sensor package
WO2022106034A1 (en) 2020-11-20 2022-05-27 Analog Devices International Unlimited Company A magnetic sensing device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5602472A (en) * 1993-01-15 1997-02-11 Hughes Electronics Apparatus and method for determining angular position and rotational speed using a rotating magnet and a directional magnetometer
DE10334869B3 (de) * 2003-07-29 2004-09-16 Tech3 E.K. Drehwinkelsensor
EP1610095A1 (de) * 2004-06-21 2005-12-28 HERA Rotterdam B.V. Drehgeber zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels einer Welle
DE102009039574A1 (de) * 2008-09-08 2010-03-11 Infineon Technologies Ag Aussermittiges Winkelmesssystem
DE102014116844A1 (de) * 2013-11-19 2015-06-03 Infineon Technologies Ag Außeraxiale Magnetfeld-Winkelsensoren
WO2015117612A2 (de) 2014-02-06 2015-08-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aktor mit planetenwälzgewindespindel (pwg)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2919385B1 (fr) * 2007-07-24 2009-10-09 Moving Magnet Tech Mmt Capteur magnetique sans contact de position absolue multitour a arbre traversant
JP2009109274A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Aisin Seiki Co Ltd 回転角度検出装置
US8030917B2 (en) * 2007-12-11 2011-10-04 Nippon Soken, Inc. Over one turn rotation angle sensor using rotating magnetic field
DE102009001253B3 (de) * 2009-03-02 2010-06-24 Zf Friedrichshafen Ag Mehrstufengetriebe
JP2010249670A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Yazaki Corp 回転角センサ
JP5358367B2 (ja) * 2009-09-15 2013-12-04 日本電産サンキョー株式会社 エンコーダーシステム
DE102011103576A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-06 Megamotive Gmbh & Co. Kg Drehwinkelsensor
JP6089943B2 (ja) * 2013-05-09 2017-03-08 日立金属株式会社 回転角センサ
JP6648022B2 (ja) * 2013-09-11 2020-02-14 ボーンズ、インコーポレイテッド 高分解能の多回転センサに関連するデバイスおよび方法
DE112014004555A5 (de) * 2013-10-01 2016-07-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Positionierung eines umspritzten Stators für einen Kupplungsaktor oder einen Getriebeaktor und Einbringen eines Rotorlagemagneten in einen solchen Aktor
DE102014207139A1 (de) * 2014-04-14 2015-10-15 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung für eine berührungslose Drehwinkelerfassung
US10168184B2 (en) 2015-08-12 2019-01-01 Infineon Technologies Ag Angle sensing in an off-axis configuration
US10605626B2 (en) * 2017-06-12 2020-03-31 Infineon Technologies Ag Angle sensor bridges including star-connected magnetoresistive elements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5602472A (en) * 1993-01-15 1997-02-11 Hughes Electronics Apparatus and method for determining angular position and rotational speed using a rotating magnet and a directional magnetometer
DE10334869B3 (de) * 2003-07-29 2004-09-16 Tech3 E.K. Drehwinkelsensor
EP1610095A1 (de) * 2004-06-21 2005-12-28 HERA Rotterdam B.V. Drehgeber zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels einer Welle
DE102009039574A1 (de) * 2008-09-08 2010-03-11 Infineon Technologies Ag Aussermittiges Winkelmesssystem
DE102014116844A1 (de) * 2013-11-19 2015-06-03 Infineon Technologies Ag Außeraxiale Magnetfeld-Winkelsensoren
WO2015117612A2 (de) 2014-02-06 2015-08-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aktor mit planetenwälzgewindespindel (pwg)

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