WO2018202239A1

WO2018202239A1 - Sensoranordnung und verfahren zum erzeugen einer positionswechselsignalfolge

Info

Publication number: WO2018202239A1
Application number: PCT/DE2018/100313
Authority: WO
Inventors: Christian Mock; Florian KÖNIGER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2018-11-08
Also published as: DE102017109531B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge mit einer solchen Sensoranordnung, umfassend: einen Multipolencoder (02) aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren (03), die eine Abtastebene (04) mit in einer Abtastrichtung abwechselnden magnetischen Polen bereitstellen, und einen Magnetfeld-Sensor (01), der eine erste Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer vertikalen Komponente eines externen Magnetfeldes, eine zweite Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer horizontalen Komponente des externen Magnetfeldes und eine dritte Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer horizontalen Komponente des Magnetfeldes erzeugt. Um eine höhere Impulszahl zu generieren, ohne dass die Polpaarzahl am Multipolencoder (02) im gleichen Maße erhöht werden muss, werden die magnetischen Polpaare (03) des Multipolencoders (02) und der Magnetfeldsensor (01) so zueinander gedreht, dass die horizontale Feldstärke eine x'-Ausgangsspannung (08) und eine y'-Ausgangsspannung (09) erzeugt, die eine im wesentlichen gleich große Amplitude haben. Bei jedem Nulldurchgang der ersten Ausgangsspannung z' (07), der x'-Ausgangsspannung (08) und der y'-Ausgangsspannung (09), sowie bei jeder Gleichheit von erster Ausgangsspannung (07) und x'-Ausgangsspannung (08) bzw. y'-Ausgangsspannung (09) wird ein Schaltsignalpuls der Positionswechselsignalfolge (10) ausgegeben.

Description

Sensoranordnung und Verfahren zum Erzeugen einer

Positionswechselsignalfolge

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge, welche einen Multipolencoder und einen

Magnetfeldsensor umfasst, sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer

Positionswechselsignalfolge.

Der Multipolencoder stellt eine Abtastebene bereit, die aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinander folgenden magnetischen Polen gebildet wird. Der

Multipolencoder besteht aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren, wobei sich die Magnetfeldausrichtung der jeweils aufeinanderfolgenden Polpaare abwechselt. Der Magnetfeldsensor, im Folgenden auch Sensor genannt, besitzt eine Sensorfläche die z.B. einen anisotropen magnetoresistiven Effekt zeigt. Die

Sensorfläche, oder genauer gesagt die sensitive Fläche, besteht in der Regel aus einer Wheatstone-Brücke mit mehreren Magnetfeldsensor-Elementen. Dem

Fachmann sind derartige Magnetfeldsensoren und dafür geeignete Materialen bekannt. Eine bevorzugt eingesetzte Magnetfeldsensorart ist ein xMR- (magneto- resistive-) Sensor. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die im Folgenden

beschriebene Erfindung ist nicht auf diese Magnetfeldsensorart beschränkt. Weitere geeignete Magnetfeldsensoren sind Hall-Sensoren, sowie Kombinationen aus mehreren.

Um mit der Sensoranordnung Dreh- oder Linearbewegungen erfassen zu können, ist der Multipolencoder in der Abtastrichtung relativ zum Sensor bewegbar, wobei während dieser Bewegung das gewünschte Sensorsignal erzeugt wird. Während der Relativbewegung läuft ein in Abtastrichtung veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität, welches von den aufeinanderfolgenden magnetischen Polen erzeugt wird, durch die Sensorfläche. Die Stärke dieses veränderlichen Magnetfeldes in Abtastrichtung zeigt daher beim Übergang zwischen benachbarten Polen bzw. in Polmitte jeweils einen Nulldurchgang. Die Position des Nulldurchganges hängt von der Abtastrichtung ab; in y-Richtung ist der Nulldurchgang des Magnetfeldes in Polmitte, in z-Richtung ist der Nulldurchgang zwischen den benachbarten Polen. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoranordnungen bekannt, die der berührungslosen Erfassung einer Relativbewegung zwischen zwei Maschinenteilen dienen. Solche Sensoranordnungen kommen beispielsweise bei Rotationslagern zur Erfassung der Drehzahl zum Einsatz. An Radlagern werden mit derartigen

Sensoranordnungen die Drehzahlen der Fahrzeugräder und daraus die jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten ermittelt. Auf magnetischen Wirkprinzipien basierende Sensoranordnungen verwenden magnetische codierte Bauteile, sogenannte

Multipolencoder, die entlang einer Abtastebene gleichmäßig verteilte magnetische Pole aufweisen, wobei sich benachbarte Pole in ihrer Magnetfeldausrichtung abwechseln, so dass in der Abtastebene auf einen Nordpol ein Südpol folgt und in Abtastrichtung daran anschließend wiederum ein Nordpol folgt usw. Der

Feldstärkeverlauf in Abtastrichtung weist somit an den Grenzlinien zwischen den benachbarten Polen bzw. in Polmitte einen Nulldurchgang auf. Das Magnetfeld des Multipolencoders kann mit Hilfe unterschiedlicher Sensoren erfasst bzw. abgetastet werden. Beispielsweise kommen Hall-Sensoren zum Einsatz. Ebenso ist der Einsatz von Sensoren bekannt, die den magnetoresistiven Effekt ausnutzen. Bei jedem Nulldurchgang im Magnetfeld bzw. im daraus abgeleiteten elektrischen Signal wird ein Schaltsignalpuls bzw. Schaltsignal am Ausgang des Sensors erzeugt, der eine digitale (rechteckige) Form hat, d. h. zwischen zwei Pegeln„High" und„Low" für eine festgegebene Zeitdauer - Pulsdauer - wechselt. Die Auflösung derartiger Sensor- /Encoder-Anordnungen ist u.a. dadurch begrenzt, dass die Polpaarzahl des

Multipolencoders nicht beliebig vergrößert werden kann, da die Polbreite und die damit erzielbare magnetische Signalstärke proportional zur Polpaarzahl abnimmt. Entlang einer vorgegebenen Strecke in der Abtastrichtung können unter

Berücksichtigung der gewünschten magnetischen Signalstärke somit nur eine begrenzte Anzahl von Polpaaren angeordnet werden. In herkömmlichen

Sensoranordnungen ist die Impulszahl des Ausgangssignals des Sensors somit durch die mögliche Polpaarzahl begrenzt.

Aus der DE 10 2008 059 401 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Anzahl der Flanken bzw. Impulse durch Erfassung und Auswertung mehrerer phasenversetzter Komponenten des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes erhöht wird. Um dies zu erreichen, muss entweder eines der erfassten Signale invertiert oder eine zusätzliche Magnetfeldkomponente erfasst werden. Beim Invertieren entsteht eine Totzeit. Die Erfassung einer dritten Magnetfeldkomponente ist zwar denkbar, diese ist aber im Vergleich zu den anderen beiden Komponenten bei herkömmlicher Magnetisierung viel zu klein, sodass die praktische Umsetzung scheitert.

Sensoranordnungen mit Multipolencodern und dementsprechenden

Signalverarbeitungsschaltungen sind beispielsweise in DE 10 2013 000 432 A1 , DE 10 2013 000 430 A1 , DE 10 2012 201 348 A1 , DE 10 2012 202 404 A1 ,

DE 10 2015 1 15 247 A1 , DE 10 2007 000 440 A1 oder US 7 140 258 B2 gezeigt.

Verfahren zur Erhöhung der Zahl von Schaltsignalpulsen zur Verbesserung der Auflösung ist beispielsweise in DE 36 39 208 A1 gezeigt. Magnetfeldsensoren, die Magnetfeldkomponenten in drei Raumrichtungen erfassen können sind beispielsweise in dem Datenblatt TLV493D-A1 B6 3D Magnetic Sensor, Infineon, 29.01 .2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/lnfineon-TLV493D-A1 B6- DS-v01_00-EN.pdf?fileld=5546d462525dbac40152a6b85c760e80 oder dem

Anwendungshinweis 3D Magnetic Sensor for Angle Measurement, Infineon, Juni 2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/lnfineon-3D_AppNote_AngleMeasurement- AN-v01_00-EN. pdf?fileld=5546d4625607bd13015607dbd576002b gezeigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der bekannten berührungslosen Erfassung von Relativbewegungen eine

Sensoranordnung bereitzustellen und ein Verfahren zu schaffen, womit sich eine höhere Impulszahl erreichen lässt, so dass sich eine höhere Ortsauflösung der Sensoranordnung ergibt, ohne dass die Polpaarzahl am Multipolencoder im gleichen Maße erhöht werden muss. Dies soll bei gleichbleibender Qualität des

Ausgangssignals erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung zum Erzeugen einer

Positionswechselsignalfolge nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder mit einer Abtastebene aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinanderfolgenden magnetischen Polen. Die aufeinanderfolgenden Pole werden von aneinandergereihten Polpaaren bereitgestellt, die abwechselnde Magnetfeldausrichtungen besitzen, so dass in der Abtastebene jeweils neben einem Nordpol eines ersten Polpaares ein Südpol liegt, dem wiederum ein Nordpol eines benachbarten Polpaares folgt usw. Weiterhin umfasst die

Sensoranordnung einen Magnetfeldsensor. Der Multipolencoder ist in der

Abtastrichtung relativ zum Sensor bewegbar, so dass bei der Relativbewegung der Sensor einem veränderlichen Magnetfeld mit alternierender Polarität ausgesetzt ist. Der Magnetfeldsensor ist derart beschaffen, dass er alle drei Raumkomponenten des ihn durchdringenden Magnetfeldes erfassen, sowie diese in elektrische Signale für die nachfolgende Verarbeitung umwandeln kann.

Die Anzahl der verwertbaren Pulse kann dadurch erhöht werden, dass alle drei Feldkomponenten des Magnetfeldes einbezogen werden und nicht nur die

Hauptkomponenten in einer horizontalen und in einer vertikalen Richtung.

Um im Sensor in allen drei Richtungen eine verwertbare Signalstärke zu erreichen, werden entweder die Grenzflächen der Magnetisierung im Multipolencoder um 45° gedreht, oder der Sensor bzw. die sensitiven Messelemente im Sensor um 45° gedreht. Dadurch entstehen in x- und y-Richtung des Sensors zwei betragsmäßig gleichgroße Magnetfeldsignale x', y', die in Verbindung mit der z-Komponente bzw. dem daraus resultierenden dritten Magnetfeldsignal z' entsprechend verrechnet werden. Die Stärke der z'-Komponente bleibt bei dieser gedrehten Anordnung unverändert.

Die Positionswechselsignalfolge im Ausgangsignal des Sensors setzt sich zusammen aus Schaltsignalpulsen, die bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung, der y' -Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung erzeugt werden, und aus Schaltsignalpulsen, die dann erzeugt werden, wenn die x'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung und wenn die y'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung.

Die Aufspaltung der horizontalen Magnetfeldkomponenten in eine x'-Komponente und eine y'-Komponente wird dadurch erreicht, dass die Grenzlinien zwischen

benachbarten Polpaaren des Multipolencoders zur Abtastrichtung in einem Winkel von 45° gedreht sind. In diesem Fall ist die Sensorfläche im Wesentlichen parallel zur Abtastebene des Multipolencoders ausgerichtet, während die Abtastrichtung y senkrecht zur y-Richtung des Sensors steht.

Alternativ kann die Relativdrehung zwischen Sensor und Encoder dadurch erreicht werden, dass der Magnetfeldsensor bzw. die sensitiven Messelemente im

Sensorgehäuse zur Abtastrichtung in einem Winkel von 45°, bei Rotation um die z- Achse des Sensors, gedreht ist. Analog zu der ersten Alternative der Relativdrehung sind bei dieser zweiten Möglichkeit die Grenzlinien zwischen benachbarten Polpaaren des Multipolencoders zur Abtastrichtung y im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.

Mit anderen Worten lässt sich die Funktionsweise der Erfindung auch wie folgt erläutern: Präziser beschrieben ist es so: Der Sensor„sieht" zwei

Magnetfeldkomponenten x', y' parallel zur Abtastebene, entweder weil der Encoder diese erzeugt, im Fall dass die Grenzlinien der Magnetisierung gekippt sind, oder weil der Encoder herkömmlich gestaltet ist und der Sensor selbst gegenüber der

Abtastrichtung gedreht angeordnet ist. Im letztgenannten Fall wird also vom Encoder selbst keine zweite Magnetfeld-Komponente x erzeugt, diese entsteht nur im Sensor, da er gedreht angeordnet ist.

Aus den elektrischen Signalen des Sensors wird ein Nulldurchgang oder ein vergleichbares Ereignis herausgefiltert, anhand dessen ein Schaltsignal für einen Zähler o. dgl. abgeleitet werden kann. Dazu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Magnetfeldsensor eine Signalverarbeitungsschaltung umfasst, die ein Schaltsignal erzeugt in Abhängigkeit von einem Nulldurchgang der z'- Ausgangsspannung, einem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung, einem

Nulldurchgang der y'-Ausgangsspannung, einem Nulldurchgang der Differenz der x'- Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung und einem Nulldurchgang der Differenz der y'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung. Damit ergeben sich bei einem vollständigen Polwechsel des Multipolencoder-Magnetfeldes acht Schaltsignale.

Die beschriebene Folge von Schaltsignalen kann auf unterschiedliche Art ausgewertet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Auswertung darin, dass die Signalverarbeitungsschaltung ein Geschwindigkeitssignal ausgibt, das von der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Magnetfeldsensor und

Multipolencoder abhängt. Das Geschwindigkeitssignal besteht aus einer Folge von digitalen (zwei Pegel) Signalpulsen, deren zeitlicher Abstand zueinander

(Flankenabstand) repräsentativ für die Geschwindigkeit steht, also je kürzer die Zeiten, desto größer die Geschwindigkeit. Die Auswahl der Magnetfeldsensoren ist nicht beschränkt. Es können sowohl Hall- als auch xMR (magneto resistiv) oder eine Kombination daraus zum Einsatz kommen. Auch andere Sensorprinzipien sind denkbar (z.B. Fluxgate). Entscheidend ist die Möglichkeit, die drei Raumkomponenten des Magnetfeldes simultan erfassen zu können.

Mit der Sensoranordnung lässt sich somit eine Positionswechselsignalfolge erzeugen, indem Schaltsignalpulse bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung oder der y'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung erzeugt werden, und

Schaltsignalpulse erzeugt werden, wenn die x'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung und wenn die y'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung. Damit ergibt sich bei einer Feldumkehr des Magnetfeldes, d. h. Vorbeilauf eines Polpaares am Sensor, eine Positionswechselsignalfolge von insgesamt acht Schaltsignalpulsen. Um zu erkennen, dass die x'- bzw. y'-Ausgangsspannung gleich groß wie die z'-Ausgangsspannung ist, wird eine erste Differenzspannung zwischen der

z'-Ausgangsspannung und der x'-Ausgangsspannung und eine zweite

Differenzspannung zwischen der z'-Ausgangsspannung und der y'- Ausgangsspannung gebildet. Der Nulldurchgang der ersten und der zweiten

Differenzspannung wird erfasst und zum Ausgeben eines Schaltsignalpulses genutzt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der

Sensoranordnung;

Fig. 3 den Verlauf der einzelnen Ausgangssignale eines Magnetfeldsensors und die daraus abgeleiteten Schaltpunkte;

Fig. 4 eine Signalverarbeitungsschaltung für die Sensoranordnung.

Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes gesagt ist.

Soweit in der folgenden Beschreibung von xMR-Sensoren gesprochen wird, ist damit keine Einschränkung auf diesen Sensortyp gemeint, sondern lediglich ein Beispiel für einen geeigneten Magnetfeldsensor. Andere Arten von Sensoren können ebenfalls eingesetzt werden.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten perspektivischen Darstellung den prinzipiellen Grundaufbau einer Sensoranordnung. Die Sensoranordnung umfasst einen Sensor 01 mit darin integrierten Sensorelementen, die sich in einer Sensorfläche erstrecken. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung einen Multipolencoder 02, der im Wege der Vereinfachung hier als langgestrecktes Band dargestellt ist. Der Multipolencoder 02 besitzt zahlreiche magnetische Polpaare 03, die mit abwechselnder

Magnetfeldausrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die damit entstehende Kette aus den Polpaaren 03 erstreckt sich in einer Abtastrichtung y, welche der relativen Bewegungsrichtung zwischen dem Sensor 01 und dem Multipolencoder 02 entspricht. Die Verfahr Richtung des Multipolencoders 02 ist durch eine strichpunktierte Mittellinie entlang der aneinandergereihten Polpaare 03 verdeutlicht. Zur besseren Einordnung der jeweiligen Richtungen ist außerdem ein Koordinatenkreuz mit den Koordinaten x, y, z dargestellt. Eine Abtastebene 04, die durch die zum Sensor gewandten

Oberflächen der Polpaare 03 gebildet ist, erstreckt sich in der x-y-Ebene des

Koordinatensystems. Die sich zwischen den benachbarten Polpaaren ausbildenden Magnetfelder sind durch die eingezeichneten Magnetfeldlinien 05 symbolisiert.

Eine Besonderheit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Grenzlinien 06 zwischen jeweils benachbarten Polpaaren 03 nicht rechtwinklig zur Abtastrichtung y verlaufen sondern in einem Winkel von in diesem Fall bevorzugten 45°. Dieser Winkel kann in anderen Ausführungsformen abweichend gewählt werden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Konstellation des Sensors 01 in Bezug auf den Encoder 02. In dieser Konstellation ist der Multipolencoder 02 mit mehreren Polpaaren 03 versehen, deren Grenzlinien parallel zueinander und rechtwinklig zur Abtastrichtung y angeordnet sind. Hingegen ist der Sensor 01 bezüglich des Encoders 02 in einem Winkel von etwa 45° positioniert. Damit wird erreicht, dass der Sensor 01 bezogen auf sein inneres Koordinatensystem, welches zur Orientierung in der Nähe des Sensors eingezeichnet wurde, von einer vertikalen Komponente des Encoder-Magnetfeldes durchdrungen wird und auch von zwei horizontalen Komponenten des externen

Magnetfeldes, nämlich einer x'-Komponente und einer y'-Komponente. Aufgrund der Ausrichtung des Sensors in einem 45°-Winkel bezüglich des Encoders 02, ist sichergestellt, dass die beiden Horizontalkomponenten des Magnetfeldes im Sensor im Wesentlichen gleich groß sind, so dass auch die x'- und y'-Ausgangsspannungen eine im Wesentlichen gleiche große Amplitude aufweisen.

Fig. 3 zeigt schematisch die drei Ausgangsspannungen des Sensors 01 , die jeweils durch die drei Komponenten des Encoder-Magnetfeldes im Sensor erzeugt werden. Eine z'-Ausgangsspannung 07 wird in der Darstellung durch die vertikale z- Komponente des externen Magnetfeldes erzeugt, eine x'-Ausgangsspannung 08 wird durch eine x-Komponente des externen Magnetfeldes erzeugt, und eine y'- Ausgangsspannung 09 wird durch eine y-Komponente des externen Magnetfeldes erzeugt. Sowohl durch eine entsprechende Sensoranordnung gegenüber dem Multipolencoder wie auch durch Auslegung von Eingangsverstärkern 1 1 (Fig 4) werden die Amplituden der Spannungen auf einen gleichen Wert normiert.

Als Trigger für ein Schaltsignal werden bei den Ausgangsspannungen 07, 08, 09 jeweils die Nulldurchgänge genutzt. Diese Nulldurchgänge sind als offene Kreise auf der Nulllinie in dem Diagramm dargestellt. Darüber hinaus werden auch diejenigen Ereignisse als Trigger für ein Schaltsignal genutzt, bei denen die Ausgangsspannung einer der beiden Horizontalkomponenten x', y' gleich groß wie die

z' -Ausgangsspannung ist, die durch die vertikale Feldstärkenkomponente erzeugt wird. Diese Ereignisse sind ebenfalls als offene Kreise abseits der Nulllinie in dem Diagramm dargestellt. Bei jedem dieser Ereignisse wird ein Schaltsignal erzeugt, so dass sich insgesamt eine Positionswechselsignalfolge 10 von Schaltsignalen ergibt. Bei einem vollständigen Polwechsel des Multipolencoders 02, d. h. einem

vollständigen Durchlauf eines Polpaares 03 ergeben sich somit acht Schaltsignale im Vergleich zu nur zwei oder vier im Stand der Technik.

Eine streng periodische Folge von Schaltsignalpulsen ergibt sich nur dann, wenn die Amplituden der drei Ausgangsspannungen gleich groß sind. Nur dann haben die Nulldurchgänge bzw. die Ereignisse, bei denen die x'- und y'-Ausgangsspannungen 08, 09 einer der beiden Horizontalkomponenten gleich groß wie die z'-

Ausgangsspannung 07 ist, denselben Abstand auf der Zeitachse voneinander. Aus diesem Grund sind die drei Spannungen wie oben bereits erwähnt auf einen gleichen Maximalwert normiert. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung, um aus den in Fig. 3 gezeigten Ausgangsspannungen die gewünschte Positionswechselsignalfolge 10 zu erzeugen. Die Auswerteschaltung umfasst zur Signalverarbeitung eine

Verstärkerstufe 1 1 mit drei Verstärkerbausteinen für die drei Ausgangsspannungen 07, 08, 09. Mit diesen Verstärkerbausteinen wird sichergestellt, dass die generierten Schaltpunkte im gleichen Winkelabstand auftreten, indem die entsprechenden

Ausgangsspannungen des Sensors 01 auf gleiche Amplituden gebracht werden. Bei den so aufbereiteten Ausgangsspannungen wird mit drei Vergleichern/Schmitt- Triggern 12 der jeweilige Nulldurchgang ermittelt. Des Weiteren wird mittels zweier Differenzverstärker/Subtrahierer 13 jeweils eine erste Differenzspannung aus der Ausgangsspannung 07 und der Ausgangsspannung 08, d. h. z'-Komponente minus x'- Komponente, und eine zweite Differenzspannung aus der Ausgangsspannung 07 und der Ausgangsspannung 09 gebildet, d. h. z'-Komponente minus y'-Komponente. Bei diesen beiden Differenzspannungen wird mit zwei weiteren Vergleichern/Schmitt- Triggern 12 ebenfalls der jeweilige Nulldurchgang ermittelt. Insgesamt erhält man so fünf Nulldurchgangsereignisse, nämlich drei Nulldurchgänge der drei

Ausgangsspannungen und zwei Nulldurchgänge bei Gleichheit einer der horizontalen Ausgangsspannungen 08, 09 mit der vertikalen Ausgangsspannung 07. Diese fünf Nulldurchgangsereignisse werden in einem XOR-Gatter 14 zusammengeführt und lösen jeweils ein Schaltsignal aus. Die resultierende Folge 10 von Schaltsignalen ist in Fig. 4 nochmals rechts gezeigt.

Die in Figur 4 schematisch gezeigte Signalverarbeitung ist vorzugsweise zusammen mit den Messelementen für die Umwandlung der drei Magnetfeldkomponenten in elektrische Signale im selben Gehäuse des Magnetfeldsensors in Halbleiterbauweise integriert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können sowohl angewendet werden auf Positionswechselsignalfolgen, die durch eine

Drehwinkeländerung von Magnetfeldencoder gegenüber Magnetfeldsensor erzeugt werden, also bei rotierenden Komponenten, als auch auf

Positionswechselsignalfolgen, die durch ein Verschieben von Magnetfeldencoder gegenüber Magnetfeldsensor über eine Strecke erzeugt werden, also bei linear beweglichen Komponenten.

Bezuqszeichenliste Magnetfeldsensor

Multipolencoder

Polpaare

Abtastebene

Magnetfeld

Grenzlinie

erste Ausgangsspannung

x-Ausgangsspannung

y-Ausgangsspannung

Positionswechselsignalfolge

Verstärkerstufe

Vergleicher/Schmitt Trigger

Differenzverstärker/Subtrahierer

XOR-Gatter Abtastrichtung

Claims

Patentansprüche

1 . Sensoranordnung zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge,

umfassend:

- einen Multipolencoder (02) aus mehreren aneinander angrenzenden

Polpaaren (03), der eine Abtastebene (04) mit in einer Abtastrichtung (y) abwechselnden magnetischen Polen bereitstellt;

- einen Magnetfeldsensor (01 ), der eine z'-Ausgangsspannung (07) in

Abhängigkeit von einer senkrecht zur Abtastebene (04) wirkenden

Komponente des vom Multipolencoder (02) erzeugten Magnetfeldes, eine x'- Ausgangsspannung (08) in Abhängigkeit von einer ersten parallel zur Abtastebene (04) wirkenden Komponente und eine y'-Ausgangsspannung (09) in Abhängigkeit von einer zweiten parallel zur Abtastebene (04) wirkenden Komponente des vom Multipolencoder (02) erzeugten

Magnetfeldes generiert;

wobei:

- die magnetischen Polpaare (03) des Multipolencoders (02) und der Magnetfeldsensor (01 ) so zueinander gedreht sind, dass die vom Magnetfeldsensor (01 ) generierte x'-Ausgangsspannung (08) und y'-Ausgangsspannung (09) gleich große Amplituden aufweisen, und

- eine Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen ist zum:

• Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10) bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung (08), der

y'-Ausgangsspannung (09) und der z'-Ausgangsspannung (07),

• Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10), wenn die x'-Ausgangsspannung (08) gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung (07), und

• Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10), wenn die y'-Ausgangsspannung (09) gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung (07).

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinien (06) zwischen benachbarten Polpaaren (03) des Multipolencoders (02) zur Abtastrichtung (y) in einem Winkel von 45° gedreht sind, und dass die Messelemente des Magnetfeldsensors (01 ) im Wesentlichen parallel zur Abtastebene (04) des Multipolencoders (02) ausgerichtet sind, und dass die Abtastrichtung (y) senkrecht zur y-Richtung der Messelemente des

Magnetfeldsensors (01 ) steht.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Messelemente des Magnetfeldsensors (01 ) im Wesentlichen parallel zur Abtastebene (04) des Multipolencoders (02) ausgerichtet sind, und dass die y- Richtung der Messelemente des Magnetfeldsensors (01 ) zur Abtastrichtung (y) in einem Winkel von 45°, bei Rotation um die z-Achse, gedreht sind, und dass die Grenzlinien (06) zwischen benachbarten Polpaaren (03) des

Multipolencoders (02) im Wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung (y) ausgerichtet sind.

4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (01 ) die Signalverarbeitungsschaltung umfasst, die ein Schaltsignal erzeugt in Abhängigkeit von einem Nulldurchgang der z'- Ausgangsspannung (07), von einem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung (08), einem Nulldurchgang der y'-Ausgangsspannung (09), einem

Nulldurchgang der Differenz der x'-Ausgangsspannung (08) und der z'- Ausgangsspannung (07) und einem Nulldurchgang der Differenz der y'-Ausgangsspannung (09) und der z'-Ausgangsspannung (07).

5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsschaltung ein Geschwindigkeitssignal ausgibt, das von der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Magnetfeldsensor (01 ) und Multipolencoder (02) abhängt.

6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (01 ) in Halbleiterbauweise gestaltet ist und den magnetoresistiven Effekt oder den Hall-Effekt nutzt. Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge mit einer

Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend folgende Schritte:

- Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10) bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung (08), der

y' -Ausgangsspannung (09) und der z'-Ausgangsspannung (07),

- Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10), wenn die x'-Ausgangsspannung (08) gleich groß ist wie die

z'-Ausgangsspannung (07), und

- Ausgeben eines Schaltsignalpulses der Positionswechselsignalfolge (10), wenn die y'-Ausgangsspannung (09) gleich groß ist wie die

z'-Ausgangsspannung (07).

Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine erste Differenzspannung zwischen der z'-Ausgangsspannung (07) und der x'-Ausgangsspannung (08) und eine zweite Differenzspannung zwischen der z'-Ausgangsspannung (07) und der y'-Ausgangsspannung (09) gebildet wird und der Nulldurchgang der ersten und der zweiten Differenzspannung erfasst wird zum Ausgeben eines Schaltsignalpulses.