WO2020201174A1 - Rotor position sensor for a motor vehicle steering system with magnetic shielding - Google Patents

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WO2020201174A1
WO2020201174A1 PCT/EP2020/058886 EP2020058886W WO2020201174A1 WO 2020201174 A1 WO2020201174 A1 WO 2020201174A1 EP 2020058886 W EP2020058886 W EP 2020058886W WO 2020201174 A1 WO2020201174 A1 WO 2020201174A1
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position sensor
sensor
shielding device
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Sándor KOVÁCS
Tivadar Kristóf TÓTH
Ábel VÉR
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Thyssenkrupp Presta Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
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    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B62D5/0406—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box including housing for electronic control unit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K11/01—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for shielding from electromagnetic fields, i.e. structural association with shields
    • H02K11/014—Shields associated with stationary parts, e.g. stator cores
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    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0235—Determination of steering angle by measuring or deriving directly at the electric power steering motor

Definitions

  • the present invention relates to a rotor position sensor having the features of the preamble of claim 1.
  • Electromechanical motor vehicle power steering systems have servo units that can be arranged as an auxiliary power support device on a pinion or a toothed rod of the steering gear.
  • An electric motor of the servo unit has a rotor position sensor (RPS) that measures the angle of rotation of the motor shaft.
  • the RPS signal is used to control the electric motor.
  • RPS include magnetic sensors, the measurement of which can very easily be disturbed by external magnetic fields.
  • the object of the present invention is to specify a rotor position sensor which has a reduced influence of an existing magnetic interference field on the determination of the rotor position.
  • a rotor position sensor for detecting a rotational position of a motor shaft of an electric motor of a motor vehicle steering system has a Encoder magnet, which is connected to the motor shaft, a stationary sensor, which is assigned to the encoder magnet, and an evaluation unit, which is set up to determine the rotational position based on the signals from the sensor, is provided, the rotor position sensor comprising a shielding device that is set up for this purpose to shield the sensor from external magnetic interference fields.
  • the sensor is specifically shielded from the outside, which significantly improves the accuracy of determining the rotational position of the motor shaft.
  • the sensor is preferably arranged on a circuit board which is connected to the shielding device.
  • the shielding device has a soft magnetic material. It is at least partially made of this material.
  • the material is in particular ferritic steel.
  • the shielding device is made in one piece from the material.
  • the shielding device is rotationally symmetrical and is arranged symmetrically to the sensor.
  • the shielding device can be hat-shaped or hemispherical, for example, it being preferably hollow and thin-walled.
  • the shielding device with the circuit board preferably closes a limited space which is located on the side of the circuit board opposite the sensor.
  • the shielding device is hollow and cylindrical and surrounds the sensor on the circumferential side, concentrically to the longitudinal axis of the motor shaft. It is preferably attached to the printed circuit board on its side close to the sensor and is designed to be open towards the encoder magnet, so that the functionality of the sensor is not restricted.
  • the transmitter magnet is a permanent two-pole magnet.
  • the sensor preferably has at least one xMR or Hall sensor.
  • xMR sensors work based on magnetoresistive effects.
  • the class of xMR sensors includes, for example, AMR and GMR sensors.
  • the transducer magnet is generally preferably mounted on a support pin which is connected to one end of the motor shaft.
  • an electromechanical power steering for a motor vehicle which comprises an electric motor having a rotor position sensor described above.
  • Fig. 1 a schematic representation of an electromechanical
  • Fig. 4 two spatial views of a magnetic shield
  • Fig. 5 a three-dimensional representation of a magnetic Ablevor direction
  • Fig. 6 Two spatial views of a further magnetic shielding device
  • FIG. 7 a longitudinal section through a rotor position sensor with the magnetic shielding device shown in FIG. 6.
  • FIG. 1 is an electromechanical motor vehicle power steering 1 with a steering wheel 2 which is rotatably coupled to a steering shaft 3,
  • the driver brings in via the steering wheel 2
  • the torque is then transmitted to a steering pinion 4 via the steering shaft 3.
  • the pinion 4 meshes in a known manner with a toothed segment 50 of a rack 5.
  • the steering pinion 4, together with the rack 5, forms a steering gear.
  • the rack 5 is slidably mounted in a third steering housing in the direction of its longitudinal axis. At its free end, the rack 5 is connected to tie rods 6 via ball joints, not shown.
  • the tie rods 6 themselves are connected in a known manner via stub legs each with a steered wheel 7 of the motor vehicle.
  • a rotation of the steering wheel 2 leads via the connection of the steering shaft 3 and the pinion 4 to a longitudinal displacement of the rack 5 and thus to a pivoting of the steered wheels 7.
  • the steered wheels 7 experience a reaction that counteracts the steering movement via a track 70. To pivot the wheels 7, a force is consequently required which makes a corresponding torque on the steering wheel 2 necessary.
  • Electric motor 8 with a rotor position sensor (RPS) of a servo unit 9 is provided to support the driver in this steering movement.
  • the servo unit 9 can be coupled as an auxiliary power support device 9, 10, 11 either to a steering shaft 3, the steering pinion 4 or the rack 5.
  • the respective auxiliary staff 9,10,11 enters
  • the three different auxiliary power supports 9, 10, 11 shown in FIG. 1 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is occupied by an assistant.
  • the servo unit can act as a superimposed steering on the
  • FIG. 2 shows a rotor position sensor 12 for detecting the rotational position of a rotating motor shaft 13 of the electric motor.
  • the rotor position sensor 12 has an encoder magnet 14 which is connected to the motor shaft 13 in a rotationally fixed manner.
  • the encoder magnet 14 is fastened to a carrier pin 15 which is inserted into a recess which is made in an end face of the motor shaft 13.
  • the encoder magnet 14 is preferably a two-pole magnet, which is mounted on an end of the support pin 15 remote from the shaft sits.
  • a sensor 17 fixed to the housing on a printed circuit board 16 detects changes in the magnetic field which occur when the encoder magnet 14 and the motor shaft 13 rotate.
  • the sensor 17 can be arranged on both sides of the circuit board 16.
  • the corresponding sensor signals of the sensor 17 are evaluated in a regulating or control unit (not shown) and can be used to adjust the electric motor.
  • the sensor 17 is, for example, an AMR sensor (anisotropic magnetoresistive effect) or a Hall sensor.
  • the poles of the encoder magnet 14 are preferably formed by permanent magnets. If the rotor position sensor 12 is located in an external source (not shown) and can be used to adjust the electric motor.
  • the sensor 17 is, for example, an AMR sensor (anisotropic magnetoresistive effect) or a Hall sensor.
  • the poles of the encoder magnet 14 are preferably formed by permanent magnets. If the rotor position sensor 12 is located in an external
  • FIG. 3 shows the dependence of the accuracy of the measurement of the position of the motor shaft on the rotational position with a magnetic interference field 19 and without a magnetic interference field 20, the interference field being on the order of 1000 A / m.
  • the accuracy of the measurement deteriorates significantly
  • the senor is therefore magnetically shielded in order to reduce the influence of a magnetic interference field.
  • FIGS 4 to 6 show various possible shielding devices
  • the shielding devices 21, 22, 23 are made of a soft magnetic material with high magnetic conductivity and low coercive field strength, in particular ferritic steel.
  • the shielding devices 21, 22, 23 are usually made of a material which is suitable for low-frequency magnetic shielding. With the help of these shields 21,22,23 it is possible to remove the field lines from external
  • FIG. 4 shows a hat-shaped, hollow shielding device 21 having a curvature 24 which is enclosed by a flat edge 25.
  • the edge 25 lies on the one remote from the arch Side on the side of the circuit board remote from the motor shaft.
  • the shielding device 21 forms a completely closed space with the circuit board.
  • the sensor is outside of this space.
  • the shielding device is designed or arranged rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the motor shaft, the sensor being arranged centrally to the longitudinal axis on the circuit board.
  • the hat-shaped shielding device 21 thus shields the sensor on the opposite side of the printed circuit board against magnetic interference fields to the outside.
  • a cylindrical shielding device 22 is shown with an annular base. Lugs 27 for positioning and fastening the shielding device 22 on the circuit board are provided on one end face of the lateral surface 26.
  • the shielding device 22 is arranged on the circuit board in such a way that the jacket of the cylindrical shielding device 22 surrounds the sensor concentrically to the longitudinal axis of the motor shaft.
  • the shielding device 22 is on the side near the motor shaft
  • the shielding device 22 is preferably located on the same side of the circuit board on which the sensor is located.
  • FIG. 6 shows a further conceivable embodiment of the shielding device 23 which is hemispherical and hollow.
  • Figure 7 shows the arrangement of the hemispherical shielding device 23 in a rotor position sensor 12.
  • the hemispherical shielding device 23 is also on the side of the printed circuit board remote from the motor shaft, rotationally symmetrical to the longitudinal axis 100.
  • the shielding device 23 is in the mounted state Plant with its annular end face on the circuit board 16.
  • the shielding device 23 and the circuit board 16 form a space that is completely closed off from the outside.
  • the sensor 17 is outside this space.
  • the sensor 17 is arranged centrally to the longitudinal axis on the opposite side of the circuit board 16.
  • the hemispherical Ablevor direction 23 thus shields the sensor 17 against magnetic interference fields to the outside.

Abstract

The invention relates to a rotor position sensor (12) for detecting a rotational position of a motor shaft of an electric motor (8) of a motor vehicle steering system (1), comprising a transducer magnet (14) connected to the motor shaft (13), a stationary sensor (17) assigned to the transducer magnet (14), and an evaluation unit which is designed to determined the rotational position based on the signals of the sensor (17), wherein the rotor position sensor (12) comprises a shielding device (21, 22, 23) which is designed to shield the sensor (17) against external interfering magnetic fields.

Description

Rotorlagesensor für eine Kraftfahrzeuglenkung mit magnetischer Abschirmung Rotor position sensor for a motor vehicle steering system with magnetic shielding
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorlagesensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The present invention relates to a rotor position sensor having the features of the preamble of claim 1.
Elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkungen weisen Servoeinheiten auf, die als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer Zahn stange des Lenkgetriebes angeordnet sein können. Ein Elektromotor der Servoeinheit weist einen Rotorlagesensor (RPS) auf, der den Drehwinkel der Motorwelle misst. Das RPS Signal wird zur Steuerung des Elektromotors verwendet. Derzeit verwendete RPS umfassen magnetische Sensoren, deren Messung sehr leicht durch externe Magnetfelder gestört werden kann. Electromechanical motor vehicle power steering systems have servo units that can be arranged as an auxiliary power support device on a pinion or a toothed rod of the steering gear. An electric motor of the servo unit has a rotor position sensor (RPS) that measures the angle of rotation of the motor shaft. The RPS signal is used to control the electric motor. Currently used RPS include magnetic sensors, the measurement of which can very easily be disturbed by external magnetic fields.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Rotorlagesensor anzugeben, der einen verringerten Einfluss eines vorhandenen magnetischen Störfeldes auf die Ermittlung der Rotorlage aufweist. The object of the present invention is to specify a rotor position sensor which has a reduced influence of an existing magnetic interference field on the determination of the rotor position.
Diese Aufgabe wird von einem Rotorlagesensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Demnach ist ein Rotorlagesensor zum Erfassen einer Drehlage einer Motor welle eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung aufweisend einen Gebermagneten, der mit der Motorwelle verbunden ist, einen ortsfesten Sensor, der dem Gebermagneten zugeordnet ist und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand der Signale des Sensors die Drehlage zu bestimmen, vorgesehen, wobei der Rotorlagesensor eine Abschirmvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Sensor vor externen magnetischen Störfeldern abzuschirmen. Die Abschirmung des Sensors erfolgt dabei gezielt nach außen hin, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung der Drehlage der Motorwelle deutlich verbessert wird. This object is achieved by a rotor position sensor with the features of claim 1. Advantageous developments result from the subclaims. Accordingly, a rotor position sensor for detecting a rotational position of a motor shaft of an electric motor of a motor vehicle steering system has a Encoder magnet, which is connected to the motor shaft, a stationary sensor, which is assigned to the encoder magnet, and an evaluation unit, which is set up to determine the rotational position based on the signals from the sensor, is provided, the rotor position sensor comprising a shielding device that is set up for this purpose to shield the sensor from external magnetic interference fields. The sensor is specifically shielded from the outside, which significantly improves the accuracy of determining the rotational position of the motor shaft.
Vorzugsweise ist der Sensor auf einer Leiterplatte angeordnet, die mit der Abschirmvorrichtung verbunden ist. The sensor is preferably arranged on a circuit board which is connected to the shielding device.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Abschirmvorrichtung ein weichmagnetisches Material auf. Sie ist dabei zumindest teilweise aus diesem Material gebildet. Das Material ist insbesondere ferritischer Stahl. Vorzugs weise ist die Abschirmvorrichtung einstückig aus dem Material gefertigt. In an advantageous embodiment, the shielding device has a soft magnetic material. It is at least partially made of this material. The material is in particular ferritic steel. Preferably, the shielding device is made in one piece from the material.
Es ist vorteilhaft, wenn die Abschirmvorrichtung rotationssymmetrisch ist und symmetrisch zum Sensor angeordnet ist. Die Abschirmvorrichtung kann beispielsweise hutförmig oder halbkugelförmig sein, wobei sie bevorzugt hohl und dünnwandig ist. In diesem Fall schließt die Abschirmvorrichtung mit der Leiterplatte vorzugsweise einen begrenzten Raum ab, der sich auf der dem Sensor gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befindet. It is advantageous if the shielding device is rotationally symmetrical and is arranged symmetrically to the sensor. The shielding device can be hat-shaped or hemispherical, for example, it being preferably hollow and thin-walled. In this case, the shielding device with the circuit board preferably closes a limited space which is located on the side of the circuit board opposite the sensor.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Abschirmvorrichtung hohl zylindrisch ist und den Sensor umfangsseitig, konzentrisch zur Längsachse der Motorwelle umgibt. Dabei ist sie bevorzugt mit der Leiterplatte auf ihrer sensornahen Seite befestigt und zum Gebermagneten hin offen ausgebildet, so dass die Funktionalität des Sensors nicht eingeschränkt ist. However, it can also be provided that the shielding device is hollow and cylindrical and surrounds the sensor on the circumferential side, concentrically to the longitudinal axis of the motor shaft. It is preferably attached to the printed circuit board on its side close to the sensor and is designed to be open towards the encoder magnet, so that the functionality of the sensor is not restricted.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gebermagnet ein permanenter Zweipol-Magnet. Der Sensor weist vorzugsweise wenigstens einen xMR- oder Hall-Sensor auf. xMR-Sensoren funktionieren basierend auf magneto- resistiven Effekten. Die Klasse der xMR-Sensoren umfasst beispielsweise AMR- und GMR-Sensoren. Der Gebermagnet ist allgemein bevorzugt auf einem Trägerstift befestigt ist, der mit einem Ende der Motorwelle verbunden ist. In a preferred embodiment, the transmitter magnet is a permanent two-pole magnet. The sensor preferably has at least one xMR or Hall sensor. xMR sensors work based on magnetoresistive effects. The class of xMR sensors includes, for example, AMR and GMR sensors. The transducer magnet is generally preferably mounted on a support pin which is connected to one end of the motor shaft.
Weiterhin ist eine elektromechanische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, die einen Elektromotor aufweisend einen zuvor beschriebenen Rotorlagesensor umfasst. Furthermore, an electromechanical power steering for a motor vehicle is provided, which comprises an electric motor having a rotor position sensor described above.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen : Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Identical or functionally identical components are provided with the same reference symbols in the figures. Show it :
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Fig. 1: a schematic representation of an electromechanical
Hilfskraftlenkung, Power steering,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Rotorlagesensors in einem magnetischen Störfeld, 2: a schematic representation of a rotor position sensor in a magnetic interference field,
Fig. 3: eine Darstellung der Abhängigkeit der Genauigkeit der RPS 3: an illustration of the dependency of the accuracy of the RPS
Messung von dem Drehwinkel, Measurement of the angle of rotation,
Fig. 4: zwei räumliche Ansichten einer magnetischen Abschirmvor Fig. 4: two spatial views of a magnetic shield
richtung, direction,
Fig. 5: eine räumliche Darstellung einer magnetischen Abschirmvor richtung, Fig. 5: a three-dimensional representation of a magnetic Abschirmvor direction,
Fig. 6: zwei räumliche Ansichten einer weiteren magnetischen Abschirm vorrichtung, sowie Fig. 6: Two spatial views of a further magnetic shielding device, and
Fig. 7: einen Längsschnitt durch einen Rotorlagesensor mit der in Fig. 6 gezeigten magnetischen Abschirmvorrichtung. FIG. 7: a longitudinal section through a rotor position sensor with the magnetic shielding device shown in FIG. 6.
In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, In the figure 1 is an electromechanical motor vehicle power steering 1 with a steering wheel 2 which is rotatably coupled to a steering shaft 3,
schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein shown schematically. The driver brings in via the steering wheel 2
entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 4 übertragen. Das Ritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 50 einer Zahnstange 5. Das Lenkritzel 4 bildet zusammen mit der Zahnstange 5 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 5 ist in einem dritten Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit Spurstangen 6 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 6 selbst sind in bekannter Weise über Achs schenkel mit je einem gelenkten Rad 7 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 7. Die gelenkten Räder 7 erfahren über eine Fahrbahn 70 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 7 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein a corresponding torque as a steering command in the steering shaft 3. The torque is then transmitted to a steering pinion 4 via the steering shaft 3. The pinion 4 meshes in a known manner with a toothed segment 50 of a rack 5. The steering pinion 4, together with the rack 5, forms a steering gear. The rack 5 is slidably mounted in a third steering housing in the direction of its longitudinal axis. At its free end, the rack 5 is connected to tie rods 6 via ball joints, not shown. The tie rods 6 themselves are connected in a known manner via stub legs each with a steered wheel 7 of the motor vehicle. A rotation of the steering wheel 2 leads via the connection of the steering shaft 3 and the pinion 4 to a longitudinal displacement of the rack 5 and thus to a pivoting of the steered wheels 7. The steered wheels 7 experience a reaction that counteracts the steering movement via a track 70. To pivot the wheels 7, a force is consequently required which makes a corresponding torque on the steering wheel 2 necessary. One
Elektromotor 8 mit einem Rotorlagensensor (RPS) einer Servoeinheit 9 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 9 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 9, 10, 11 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 4 oder der Zahnstange 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 9,10,11 trägt ein Electric motor 8 with a rotor position sensor (RPS) of a servo unit 9 is provided to support the driver in this steering movement. The servo unit 9 can be coupled as an auxiliary power support device 9, 10, 11 either to a steering shaft 3, the steering pinion 4 or the rack 5. The respective auxiliary staff 9,10,11 enters
Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 4 und/oder in die Auxiliary torque in the steering shaft 3, the steering pinion 4 and / or in the
Zahnstange 5 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 9,10,11 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Rack 5, whereby the driver is supported in the steering work. The three different auxiliary power supports 9, 10, 11 shown in FIG. 1 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is occupied by an assistant. The servo unit can act as a superimposed steering on the
Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 4 oder der Zahnstange 5 angeordnet sein. Steering column or as an auxiliary power support device on the pinion 4 or the rack 5.
Figur 2 zeigt einen Rotorlagesensor 12 zur Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Motorwelle 13 des Elektromotors. Der Rotorlagesensor 12 weist einen Gebermagneten 14 auf, der drehfest mit der Motorwelle 13 verbunden ist. Der Gebermagnet 14 ist an einem Trägerstift 15 befestigt, der in eine Ausnehmung eingesetzt ist, welche in eine Stirnseite der Motorwelle 13 eingebracht ist. Bei dem Gebermagneten 14 handelt es sich bevorzugt um einen Zweipol-Magneten, der auf einem wellenfernen Ende des Trägerstifts 15 sitzt. Ein auf einer Leiterplatte 16 gehäusefest angeordneter Sensor 17 detektiert Magnetfeldänderungen, welche bei Rotation des Gebermagneten 14 sowie der Motorwelle 13 entstehen. Der Sensor 17 kann an beiden Seiten der Leiterplatte 16 angeordnet werden. Die entsprechenden Sensorsignale des Sensors 17 werden in einer nicht dargestellten Regel- oder Steuereinheit ausgewertet und können zur Einstellung des Elektromotors herangezogen werden. Bei dem Sensor 17 handelt es sich zum Beispiel um einen AMR- Sensor (anisotroper magnetoresistiver Effekt) oder um einen Hall-Sensor. Die Pole des Gebermagnetes 14 sind bevorzugt durch Permanentmagnete gebildet. Befindet sich der Rotorlagesensor 12 in einem externen FIG. 2 shows a rotor position sensor 12 for detecting the rotational position of a rotating motor shaft 13 of the electric motor. The rotor position sensor 12 has an encoder magnet 14 which is connected to the motor shaft 13 in a rotationally fixed manner. The encoder magnet 14 is fastened to a carrier pin 15 which is inserted into a recess which is made in an end face of the motor shaft 13. The encoder magnet 14 is preferably a two-pole magnet, which is mounted on an end of the support pin 15 remote from the shaft sits. A sensor 17 fixed to the housing on a printed circuit board 16 detects changes in the magnetic field which occur when the encoder magnet 14 and the motor shaft 13 rotate. The sensor 17 can be arranged on both sides of the circuit board 16. The corresponding sensor signals of the sensor 17 are evaluated in a regulating or control unit (not shown) and can be used to adjust the electric motor. The sensor 17 is, for example, an AMR sensor (anisotropic magnetoresistive effect) or a Hall sensor. The poles of the encoder magnet 14 are preferably formed by permanent magnets. If the rotor position sensor 12 is located in an external
magnetischen Störfeld 18, hat dies große Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messung der Drehlage der Motorwelle 13. magnetic interference field 18, this has a major impact on the accuracy of the measurement of the rotational position of the motor shaft 13.
Figur 3 zeigt die Abhängigkeit der Genauigkeit der Messung der Position der Motorwelle von der Drehlage mit magnetischem Störfeld 19 und ohne magnetischem Störfeld 20, wobei das Störfeld eine Größenordnung von 1000 A/m hat. Die Genauigkeit der Messung verschlechtert sich deutlich bei FIG. 3 shows the dependence of the accuracy of the measurement of the position of the motor shaft on the rotational position with a magnetic interference field 19 and without a magnetic interference field 20, the interference field being on the order of 1000 A / m. The accuracy of the measurement deteriorates significantly
Vorliegen eines solchen externen magnetischen Störfeldes. Erfindungsgemäß wird daher der Sensor magnetisch abgeschirmt, um den Einfluss eines magnetischen Störfeldes zu verringern. Existence of such an external magnetic interference field. According to the invention, the sensor is therefore magnetically shielded in order to reduce the influence of a magnetic interference field.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen verschiedene mögliche Abschirmvorrichtung Figures 4 to 6 show various possible shielding devices
21,22,23. Die Abschirmvorrichtungen 21,22,23 sind aus einem weich magnetischen Material mit hoher magnetischer Leitfähigkeit und kleiner Koerzitivfeldstärke, insbesondere ferritischem Stahl, hergestellt. Üblicherweise sind die Abschirmvorrichtungen 21,22,23 aus einem Material hergestellt, das für die niederfrequente magnetische Abschirmung geeignet ist. Mit Hilfe dieser Abschirmungen 21,22,23 ist es möglich, die Feldlinien von externen 21,22,23. The shielding devices 21, 22, 23 are made of a soft magnetic material with high magnetic conductivity and low coercive field strength, in particular ferritic steel. The shielding devices 21, 22, 23 are usually made of a material which is suitable for low-frequency magnetic shielding. With the help of these shields 21,22,23 it is possible to remove the field lines from external
magnetischen Feldern um den Sensor 17 herumzulenken und somit die To direct magnetic fields around the sensor 17 and thus the
Beeinflussung der Rotorlagemessung durch Störfelder, ganz oder wenigstens zu einem erheblichen Teil zu unterbinden. Influence of the rotor position measurement by interference fields, to be completely or at least to a considerable extent prevented.
Figur 4 zeigt eine hutförmige hohle Abschirmvorrichtung 21 aufweisend eine Wölbung 24, die von einem planen Rand 25 umschlossen ist. Der Rand 25 liegt im eingebauten Zustand der Abschirmvorrichtung 21 auf der wölbungsfernen Seite auf der motorwellenfernen Seite der Leiterplatte auf. Die Abschirm vorrichtung 21 bildet mit der Leiterplatte einen vollkommen nach außen hin abgeschlossenen Raum aus. Der Sensor liegt außerhalb dieses Raumes. Die Abschirmvorrichtung ist rotationsymmetrisch zur Längsachse der Motorwelle ausgestaltet bzw. angeordnet, wobei der Sensor mittig zur Längsachse auf der Leiterplatte angeordnet ist. Die hutförmige Abschirmvorrichtung 21 schirmt somit den Sensor auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte gegen magnetische Störfelder nach außen hin ab. FIG. 4 shows a hat-shaped, hollow shielding device 21 having a curvature 24 which is enclosed by a flat edge 25. In the installed state of the shielding device 21, the edge 25 lies on the one remote from the arch Side on the side of the circuit board remote from the motor shaft. The shielding device 21 forms a completely closed space with the circuit board. The sensor is outside of this space. The shielding device is designed or arranged rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the motor shaft, the sensor being arranged centrally to the longitudinal axis on the circuit board. The hat-shaped shielding device 21 thus shields the sensor on the opposite side of the printed circuit board against magnetic interference fields to the outside.
In Figur 5 ist eine zylindrische Abschirmvorrichtung 22 mit einer ringförmigen Grundfläche dargestellt. Auf einer Stirnseite der Mantelfläche 26 sind Nasen 27 zur Positionierung und Befestigung der Abschirmvorrichtung 22 auf der Leiterplatte vorgesehen. Die Abschirmvorrichtung 22 wird auf der Leiterplatte so angeordnet, dass der Mantel der zylindrischen Abschirmvorrichtung 22 den Sensor konzentrisch zur Längsachse der Motorwelle umfangseitig umgibt. Die Abschirmvorrichtung 22 ist dabei auf der motorwellennahen Seite der In Figure 5, a cylindrical shielding device 22 is shown with an annular base. Lugs 27 for positioning and fastening the shielding device 22 on the circuit board are provided on one end face of the lateral surface 26. The shielding device 22 is arranged on the circuit board in such a way that the jacket of the cylindrical shielding device 22 surrounds the sensor concentrically to the longitudinal axis of the motor shaft. The shielding device 22 is on the side near the motor shaft
Leiterplatte befestigt und zwischen Leiterplatte und Zweipol-Magnet PCB attached and between PCB and two-pole magnet
angeordnet. Vorzugsweise befindet sich die Abschirmvorrichtung 22 auf derselben Seite der Leiterplatte, auf der sich der Sensor befindet. arranged. The shielding device 22 is preferably located on the same side of the circuit board on which the sensor is located.
Figur 6 zeigt eine weitere denkbare Ausführungsform der Abschirmvorrichtung 23, die halbkugelförmig ausgeformt und hohl ist. Figur 7 zeigt die Anordnung der halbkugelförmigen Abschirmvorrichtung 23 in einem Rotorlagesensor 12. Wie im Beispiel der hutförmigen Abschirmvorrichtung beschrieben, liegt die halbkugelförmige Abschirmvorrichtung 23 ebenfalls auf der motorwellenfernen Seite der Leiterplatte, rotationssymmetrisch zur Längsachse 100. Im Idealfall im montierten Zustand liegt die Abschirmvorrichtung 23 in Anlage mit ihrer ringförmigen Stirnfläche auf der Leiterplatte 16. In der Praxis gibt es immer eine kleine Lücke zwischen der Leiterplatte 16 und der Abschirmung. Die Abschirmvorrichtung 23 bildet mit der Leiterplatte 16 einen vollkommen nach außen hin abgeschlossenen Raum aus. Der Sensor 17 liegt außerhalb dieses Raumes. Der Sensor 17 ist mittig zur Längsachse auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 16 angeordnet. Die halbkugelförmige Abschirmvor richtung 23 schirmt somit den Sensor 17 gegen magnetische Störfelder nach außen hin ab. FIG. 6 shows a further conceivable embodiment of the shielding device 23 which is hemispherical and hollow. Figure 7 shows the arrangement of the hemispherical shielding device 23 in a rotor position sensor 12. As described in the example of the hat-shaped shielding device, the hemispherical shielding device 23 is also on the side of the printed circuit board remote from the motor shaft, rotationally symmetrical to the longitudinal axis 100. In the ideal case, the shielding device 23 is in the mounted state Plant with its annular end face on the circuit board 16. In practice there is always a small gap between the circuit board 16 and the shield. The shielding device 23 and the circuit board 16 form a space that is completely closed off from the outside. The sensor 17 is outside this space. The sensor 17 is arranged centrally to the longitudinal axis on the opposite side of the circuit board 16. The hemispherical Abschirmvor direction 23 thus shields the sensor 17 against magnetic interference fields to the outside.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Rotorlagesensor (12) zum Erfassen einer Drehlage einer Motorwelle eines Elektromotors (8) einer Kraftfahrzeuglenkung (1) aufweisend einen Gebermagneten (14), der mit der Motorwelle (13) verbunden ist, einen ortsfesten Sensor (17), der dem Gebermagneten (14) zugeordnet ist und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand der Signale des Sensors (17) die Drehlage zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorlagesensor (12) eine Abschirmvorrichtung (21,22,23) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Sensor (17) vor externen magnetischen Störfeldern abzuschirmen. 1. Rotor position sensor (12) for detecting a rotational position of a motor shaft of an electric motor (8) of a motor vehicle steering system (1) having a transmitter magnet (14) which is connected to the motor shaft (13), a stationary sensor (17) which connects to the transmitter magnet ( 14) and an evaluation unit which is set up to determine the rotational position based on the signals from the sensor (17), characterized in that the rotor position sensor (12) comprises a shielding device (21, 22, 23) which is set up for this purpose to shield the sensor (17) from external magnetic interference fields.
2. Rotorlagesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17) auf einer Leiterplatte (16) angeordnet ist, die mit der Abschirmvorrichtung (21,22,23) verbunden ist. 2. Rotor position sensor according to claim 1, characterized in that the sensor (17) is arranged on a circuit board (16) which is connected to the shielding device (21,22,23).
3. Rotorlagesensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (21,22,23) ein weichmagnetisches Material aufweist. 3. rotor position sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the shielding device (21,22,23) comprises a soft magnetic material.
4. Rotorlagesensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (21,22,23) aus ferritischem Stahl hergestellt ist. 4. rotor position sensor according to claim 3, characterized in that the shielding device (21,22,23) is made of ferritic steel.
5. Rotorlagesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (21,22,23) rotations symmetrisch ist und symmetrisch zum Sensor (17) angeordnet ist. 5. Rotor position sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding device (21,22,23) is rotationally symmetrical and is arranged symmetrically to the sensor (17).
6. Rotorlagesensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (21,23) hutförmig oder halbkugelförmig ist. 6. Rotor position sensor according to claim 5, characterized in that the shielding device (21, 23) is hat-shaped or hemispherical.
7. Rotorlagesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (21,23) mit der Leiterplatte (16) einen begrenzten Raum abschließt, der sich auf der dem Sensor (17) gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (16) befindet. 7. rotor position sensor according to claim 6, characterized in that the shielding device (21, 23) with the circuit board (16) closes a limited space which is on the side of the circuit board (16) opposite the sensor (17).
8. Rotorlagesensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (22) hohlzylindrisch ist und den Sensor (17) umfangsseitig, konzentrisch zur Längsachse der Motorwelle (100) umgibt. 8. Rotor position sensor according to claim 5, characterized in that the shielding device (22) is hollow-cylindrical and surrounds the sensor (17) on the circumferential side, concentrically to the longitudinal axis of the motor shaft (100).
9. Rotorlagesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (22) mit der Leiterplatte (16) auf ihrer sensornahen9. rotor position sensor according to claim 6, characterized in that the shielding device (22) with the printed circuit board (16) on its sensor near
Seite befestigt ist und zum Gebermagneten (14) hin offen ist. Side is attached and is open to the encoder magnet (14).
10. Rotorlagesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (14) ein permanenter Zweipol- Magnet ist. 10. Rotor position sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter magnet (14) is a permanent two-pole magnet.
11. Rotorlagesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17) wenigstens einen xMR- oder Hall-Sensor aufweist. 11. Rotor position sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (17) has at least one xMR or Hall sensor.
12. Rotorlagesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (14), auf einem Trägerstift (15) befestigt ist, der mit einem Ende der Motorwelle (13) verbunden ist. 12. Rotor position sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the encoder magnet (14) is fastened on a carrier pin (15) which is connected to one end of the motor shaft (13).
13. Elektromechanische Servolenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor (8) aufweisend einen Rotorlagesensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12. 13. Electromechanical power steering (1) for a motor vehicle, comprising an electric motor (8) having a rotor position sensor (12) according to one of the preceding claims 1 to 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043639A1 (en) * 2008-11-11 2010-05-12 Zf Lenksysteme Gmbh Sensor device for detecting the rotational position of a rotating shaft
WO2018074549A1 (en) * 2016-10-19 2018-04-26 日本精工株式会社 Sensor mounting structure, electric motor, and electric power steering device
DE112017001193T5 (en) * 2016-03-09 2018-11-15 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Electric drive device and electric power steering device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043639A1 (en) * 2008-11-11 2010-05-12 Zf Lenksysteme Gmbh Sensor device for detecting the rotational position of a rotating shaft
DE112017001193T5 (en) * 2016-03-09 2018-11-15 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Electric drive device and electric power steering device
WO2018074549A1 (en) * 2016-10-19 2018-04-26 日本精工株式会社 Sensor mounting structure, electric motor, and electric power steering device

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