WO2023088764A1 - Sensorvorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und einer lenkwinkelsensoreinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Sensorvorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und einer lenkwinkelsensoreinrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2023088764A1
WO2023088764A1 PCT/EP2022/081403 EP2022081403W WO2023088764A1 WO 2023088764 A1 WO2023088764 A1 WO 2023088764A1 EP 2022081403 W EP2022081403 W EP 2022081403W WO 2023088764 A1 WO2023088764 A1 WO 2023088764A1
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rotor
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Thomas Wagner
Ekkehart Froehlich
Katalin Hadobas-Roessel
Roman Schoepe
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01D2205/28—The target being driven in rotation by additional gears

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device with a torque sensor device and a steering angle sensor device for a motor vehicle.
  • the torque sensor device is set up to detect a torque that is applied to a shaft that can rotate about a main axis of rotation, in particular a steering shaft, and has at least one torque sensor magnet device for generating a torque sensor magnetic field and at least one torque magnet sensor for generating a torque - Sensor signal depending on a torque applied to the shaft.
  • the steering angle sensor device is set up to detect a rotation angle of the shaft and has a main rotor that can be connected to the shaft for rotation and thus rotationally synchronously, a first secondary rotor that is mechanically coupled to the main rotor with a constant and uniform transmission ratio, a first steering angle magnet device assigned to the first secondary rotor for generating a first steering angle magnetic field, and a first steering angle magnetic sensor assigned to the first secondary rotor for generating at least one first sensor signal as a function of a rotation angle of the main rotor.
  • the present invention relates to a secondary rotor assembly for such a sensor device, wherein the secondary rotor assembly has a secondary rotor, a steering angle magnet device connected in rotation with the secondary rotor for generating a steering angle magnetic field, and a magnetic shielding device with at least one flat surface and located in a plane perpendicular to the Axis of rotation of the sub-rotor extending magnetic shielding element.
  • Generic sensor devices also referred to below as “combined sensor device”, which are designed for use in a motor vehicle and which have both a torque sensor device, in particular a magnetic torque sensor device, and a steering angle sensor device, in particular also a magnetic steering angle sensor device, are from the prior art basically known.
  • the torque sensor device is generally used to detect a steering torque applied by a driver to the steering shaft, in particular in electric steering systems, in order to control the electric drive motor of the steering system based on the steering torque applied by the driver, for example in order to provide appropriate, situation-adapted steering assistance can.
  • torque sensor devices are used with a torsion bar with a defined, known torsional rigidity, the torsion bar connecting a first part of an axially split shaft to a second part of the axially split shaft. If a torque is applied to the shaft, this causes the two parts of the shaft to rotate relative to one another by a measurable angle of rotation, with the angle of rotation being adjusted as a function of the applied torque and the rigidity of the torsion bar, so that from the recorded angle of rotation with a defined, known rigidity of the Torsion bar applied torque can be determined.
  • a rotating ring magnet usually designed as a permanent magnet
  • a stator device with a stator holder to which two magnetically conductive stator elements are usually attached, is rotationally connected to the second part of the shaft.
  • the stator device in particular the two stator elements, are usually arranged in the radial direction with a small air gap concentrically around the ring magnet of the magnet device.
  • the magnetic flux of the ring magnet of the magnet device can be conducted via the stator device, in particular the two stator elements, in particular with the help of additional components in the form of so-called flux conductors, to a torque magnetic sensor, for example a Hall sensor, and the generated signal can be used to determine the applied Torque are evaluated.
  • a torque magnetic sensor for example a Hall sensor
  • the generated signal can be used to determine the applied Torque are evaluated. If the ring magnet, which is rotationally connected to the first part of the shaft, is moved by a rotational movement of the shaft relative to the stator device connected to the second part of the shaft, the magnetic flux density in the stator elements changes, which can be detected by the torque magnetic sensor.
  • the change in the magnetic flux density in the stator is dependent, among other things, on the size of the relative movement of the ring magnet with respect to the stator device, ie on the angle of rotation.
  • the angle of rotation can be deduced from the detected flux density and the torque applied to the shaft can be determined from the angle of
  • the steering angle sensor device is generally used to detect a steering angle applied by the driver.
  • Steering angle sensor devices are often used which have a gear with a main rotor which is or can be connected to the steering shaft and has external teeth, and at least one or two secondary rotors, also with external teeth, which each mesh with the main rotor.
  • the two secondary rotors are usually two smaller gears, each of which has a non-rotatably connected permanent magnet, with each permanent magnet being assigned a corresponding steering angle magnetic sensor relative to which the secondary rotors can be rotated.
  • the rotational movement of the steering shaft can be transmitted to the permanent magnets that are rotationally connected to the secondary rotor via the main rotor that is rotationally connected to the steering shaft and the secondary rotors that mesh with it.
  • a magnetic flux of the associated magnetic fields changes depending on the angle of rotation, which can be detected using the associated steering angle magnetic sensors.
  • the angle of rotation of the steering shaft can be determined using the translation between the secondary rotors and the main rotor.
  • a challenge with these combined sensor devices is a so-called “crosstalk”, i.e. mutual interference of the magnetic fields from the torque sensor device and the steering angle sensor device by "scattering" a respective stray magnetic field component of the torque sensor magnetic field into the steering angle sensor magnetic field and a stray magnetic field Proportion of the steering angle sensor magnetic field in the torque sensor magnetic field to prevent or reduce to a level required for the desired sensor accuracy.
  • magnetic shielding devices with at least one shielding element are generally used. From the prior art are different Structural configurations are known, for example from US 2020/0307694 A1, WO 2012/019947 A1 or EP 2 743 662 A1.
  • an object of the present invention to provide an alternative sensor device, in particular an improved sensor device, which in particular enables a more compact design, preferably with a constant or improved magnetic shielding between the torque sensor device and the steering angle sensor device.
  • a sensor device has a torque sensor device and a steering angle sensor device and is designed for use in a motor vehicle.
  • the torque sensor device is set up to detect a torque that is applied to a shaft that can rotate about a main axis of rotation, in particular a steering shaft, and has at least one torque sensor magnet device for generating a torque sensor magnetic field and at least one torque magnet sensor for generating a torque -Sensor signal as a function of a torque applied to the shaft.
  • the steering angle sensor device is set up to detect a rotation angle of the shaft and has a main rotor that can be connected to the shaft for rotation and thus rotationally synchronously, a first secondary rotor that is mechanically coupled to the main rotor with a constant and uniform first transmission ratio, a first steering angle magnet device that is assigned to the first secondary rotor generating a first steering angle magnetic field, and a first steering angle magnetic sensor assigned to the first secondary rotor for generating at least one first sensor signal as a function of a rotational angle of the main rotor.
  • the first auxiliary rotor can be rotated relative to the first steering angle magnetic sensor about a first axis of rotation running parallel to the main axis of rotation, the first steering angle magnetic device rotating and therefore being rotationally synchronously connected to the first auxiliary rotor, ie rotating with it.
  • the sensor device also has a magnetic shielding device with at least one flat and located in one plane first magnetic shielding element extending perpendicularly to the first axis of rotation in order to at least partially shield the torque sensor magnetic field of the torque sensor device and the first steering angle magnetic field of the steering angle sensor device from one another, the first shielding element in the axial direction on a side of the first steering angle Magnetic device is arranged.
  • a sensor device is characterized in that the first magnetic shielding element is rotationally fastened to the first auxiliary rotor.
  • the inventive attachment of the magnetic shielding element to the secondary rotor allows a compact arrangement of a combined sensor device with a torque sensor device and a steering angle sensor device to be achieved, in particular with a small installation space requirement in the axial direction, and good shielding.
  • an interfering influence on the torque sensor magnetic field by the first steering angle magnetic sensor device can be reduced or even almost completely or completely avoided with a corresponding design of the magnetic shielding device.
  • the useful field of the first steering angle magnet device can be improved in many cases by the particularly close arrangement of the shielding element on the first steering angle magnet device that can be achieved in this way.
  • a more favorable operating point of the first steering-angle magnetic device can be achieved, as a result of which a stronger first steering-angle magnetic field can be implemented with the same volume or space requirement of the first steering-angle magnetic device.
  • greater stability of the first steering angle magnet device against demagnetization or aging can also be achieved.
  • the torque sensor magnet device of the torque sensor device of a sensor device according to the invention is preferably designed as is customary in generic torque sensor devices known from the prior art.
  • the torque sensor device of a sensor device according to the invention can be designed in principle as above in connection with the explanation of the prior art.
  • the steering angle sensor device of a sensor device according to the invention is preferably also basically designed in the manner known from the prior art, with further information, in particular with regard to detailed explanations of the possible design and functioning of the steering angle sensor device, also being referred to the relevant prior art .
  • the steering angle sensor device of a sensor device according to the invention can be designed as above in connection with the explanation of the prior art.
  • the steering angle sensor device also has in particular at least one second secondary rotor mechanically coupled to the main rotor with a constant and uniform transmission ratio, a second steering angle magnet device assigned to the second secondary rotor for generating a second steering angle magnetic field and a second steering angle magnetic sensor assigned to the second auxiliary rotor for generating at least one second sensor signal as a function of a rotation angle of the main rotor, the second auxiliary rotor preferably being rotatable about a second rotation axis running parallel to the main axis of rotation relative to the second steering angle magnetic sensor and the second steering angle magnet device, in particular, rotates and is therefore rotationally synchronously connected to the second auxiliary rotor.
  • an improved steering angle detection can be achieved, in particular a more precise steering angle detection.
  • the magnetic shielding device also has at least one second magnetic shielding element that is flat and extends in a plane perpendicular to the second axis of rotation, in order to also at least partially shield the torque sensor magnetic field of the torque sensor device and the second steering angle magnetic field of the steering angle sensor device from one another, with the second magnetic shielding element is preferably arranged in the axial direction on a side of the second steering angle magnetic device that faces away from the second steering angle magnetic sensor and is fastened to the second auxiliary rotor in a rotationally fixed manner.
  • a compact arrangement of a combined sensor device with a torque sensor device and a steering angle sensor device can be achieved, in particular with a small space requirement in the axial direction, as well as good shielding.
  • this also allows a disruptive influence on the torque sensor magnetic field by the second steering angle magnetic sensor device to be reduced or, with a corresponding design of the magnetic shielding device, to be avoided almost completely or completely.
  • the second secondary rotor or a corresponding second secondary rotor assembly can basically be designed like the first secondary rotor, with the second secondary rotor preferably also rolling on the main rotor or, in the case of gearing with the main rotor, in particular also meshing with the main rotor.
  • the first auxiliary rotor and the second auxiliary rotor each roll in the same plane.
  • the first auxiliary rotor and the second auxiliary rotor can also roll in different axial planes on the main rotor.
  • this requires more installation space in the axial direction, in particular a higher main rotor.
  • the second secondary rotor is mechanically coupled to the main rotor with a constant and uniform second transmission ratio that is different from the first transmission ratio between the first secondary rotor and the main rotor. This enables a particularly advantageous steering angle detection, in particular a steering angle detection with a high level of accuracy.
  • the second secondary rotor of the steering angle sensor device makes it possible in particular to determine the angle of rotation of the main rotor and thus of the shaft according to the vernier principle in a manner that is fundamentally known from the prior art.
  • At least one steering angle magnet device has a 4-pole, in particular cylindrical, permanent magnet or is such a permanent magnet, with the permanent magnet being arranged in particular concentrically to the associated axis of rotation of the secondary rotor.
  • the four poles of the permanent magnet are preferably distributed over two levels and adjacent poles in particular each have a different polarity.
  • a particularly advantageous useful magnetic field can be generated for detecting the angle of rotation.
  • the four poles can each be formed over half the height of the cylinder and each have a semicircular shape or each comprise a half of a cylinder which extends over half the height of the cylinder.
  • At least one shielding element in particular the first shielding element and/or the second shielding element, is arranged so close to the associated steering angle magnet device, in particular so close to the permanent magnet, that at least one air gap in axial direction along the axis of rotation of the associated secondary rotor between the steering angle magnet device and the associated flat shielding element is less than 2 mm, in particular less than 1.5 mm, 1 mm, 0.5 mm or 0 mm.
  • a particularly advantageous useful field of the steering angle magnet device shielded in this way can be achieved in this way.
  • a particularly favorable operating point of the respective steering angle magnet device can be achieved, as a result of which a stronger magnetic field can be achieved with the same volume or space requirement for the steering angle magnet device.
  • a particularly high degree of stability of the steering angle magnet device shielded in this way against demagnetization or aging can be achieved.
  • At least one shielding element can also rest directly on the associated steering angle magnet device, ie be attached to the secondary rotor with direct contact with the associated steering angle magnet device, in particular be introduced or inserted with direct contact into the secondary rotor.
  • This allows a particularly compact, space-saving design to be achieved in the axial direction.
  • at least one auxiliary rotor in particular the first auxiliary rotor and/or the second auxiliary rotor, has a hollow-cylindrical shaft, with the associated steering-angle magnet device preferably being arranged inside the shaft, and in particular a The outer surface of the shaft, i.e.
  • an outer lateral surface of the shaft at least partially forms a bearing surface, in particular a slide bearing surface, for the rotatable mounting of the secondary rotor within the sensor device, in particular for guiding the secondary rotor in the radial direction during rotation about the associated axis of rotation of the secondary rotor.
  • a particularly space-saving mounting of the secondary rotor can be achieved in a simple manner.
  • a corresponding friction-reducing coating can be applied to the bearing surface, or the shaft can be made from a friction-reducing material.
  • At least one secondary rotor is made of plastic and is produced by injection molding, the associated shielding element and/or the associated steering angle magnet device preferably being connected to the secondary rotor in a rotationally tested manner by at least partial overmoulding and in particular form a slave rotor assembly with the slave rotor.
  • the slave rotor assembly may be a 3K assembly or component, i.e., an assembly composed of three separate components or a component integrally manufactured from three different materials.
  • At least one magnetic shielding element in particular the first magnetic shielding element and/or the second magnetic shielding element, is preferably made of a ferromagnetic material, it being possible for at least one magnetic shielding element to be a metallic shielding plate made of a ferromagnetic material.
  • At least one steering angle magnet device is preferably made of a magnetizable material, in particular a ferromagnetic material. The steering angle magnet device is in particular made from a different material than the associated magnetic shielding element.
  • At least one secondary rotor is preferably made from plastic, in particular from a non-magnetic, non-magnetically conductive and non-electrically conductive plastic.
  • At least one steering angle magnet device and an associated shielding element can also be inserted into an injection-molded secondary rotor and secured against falling out, and connected to the secondary rotor in a different manner than by injection molding, for example by clipping or latching, caulking or gluing, a combination thereof, or the like.
  • the secondary rotor assembly can also be a 2K assembly or a 2K component, for which purpose the secondary rotor can also be made of magnetic material, for example, in particular of metallic, ferromagnetic material, for example of the same material as the associated steering angle magnet device and in particular in one piece can be formed with the associated steering angle magnetic device and can form a common component with the steering angle magnetic device.
  • the secondary rotor can also be made of magnetic material, for example, in particular of metallic, ferromagnetic material, for example of the same material as the associated steering angle magnet device and in particular in one piece can be formed with the associated steering angle magnetic device and can form a common component with the steering angle magnetic device.
  • the secondary rotor can also be made of the same material as the associated magnetic shielding element and can form a common component with it.
  • the auxiliary rotor and the steering angle magnet device can also be made of a magnetic or magnetizable plastic, in particular by injection molding.
  • the secondary rotor assembly as a 1K assembly or component, and to manufacture the secondary rotor, the associated steering angle magnet device and the associated magnetic shielding element from one and the same material, in particular in one piece, ie in one piece or as a common one component.
  • a small, local useful magnetic field can be provided as a steering angle magnetic field, which is sufficient for detecting a steering angle sensor, but at the same time does not generate an excessively large stray or interference magnetic field that interferes with torque detection.
  • At least one auxiliary rotor in particular the first auxiliary rotor and/or the second auxiliary rotor, has at least one axial stop on an end of the shaft facing away from the associated steering angle magnetic sensor, the associated Shielding element is arranged between the axial stop and the associated steering angle magnet device arranged inside the shaft.
  • the axial stop is formed by a projection extending inwards in the radial direction or by a shoulder of a groove introduced in the radial direction in an inner surface of the shaft. This enables a simple configuration and manufacture of an axial stop for positioning and/or axially fixing the shielding element in the secondary rotor in at least one direction.
  • the shaft can also have two or more axial stops in the finished state in order to Shielding and / or the associated steering angle magnetic device set in the axial direction on or in the secondary rotor, ie to fix.
  • a secondary rotor assembly is composed of the secondary rotor, shielding element and associated steering angle magnet device from individual components, preferably only one axial stop is provided to limit an axial movement of these two components in a first direction in the secondary rotor, so that the shielding element and/or the steering angle Magnetic device can be inserted in particular from one side in the axial direction in the shaft.
  • at least one latching element, clip or the like is preferably provided in order to also fix the shielding element and/or the associated steering angle magnet device axially after insertion against the direction of insertion or insertion or in the axial direction at their respective position to back up.
  • the sensor device in particular the steering angle sensor device, also has a housing section which at least partially surrounds the steering angle sensor device, wherein in a particularly advantageous configuration of a sensor device according to the present invention the secondary rotor is Outer surface of the shaft, which at least partially forms the bearing surface, is rotatably mounted in the housing about the associated axis of rotation.
  • the housing section preferably has an upper part and a lower part, with the secondary rotor being particularly preferably mounted in the upper housing part via the outer surface of its shaft, in particular in a sliding manner.
  • the secondary rotor being particularly preferably mounted in the upper housing part via the outer surface of its shaft, in particular in a sliding manner.
  • the sensor device also has in particular at least one further shielding element, which preferably extends in the axial direction is arranged on a side facing away from at least one steering angle magnetic device of at least one steering angle magnetic sensor and/or a further shielding element is arranged in the axial direction on a side of the first steering angle magnetic device facing away from the first steering angle magnetic sensor.
  • At least one shielding element of the sensor device is in particular designed to cover the entire surface, preferably solidly, i.e. without recesses or openings.
  • a shielding element is also conceivable which has, for example, a recess, for example a hole or the like, for example in the middle, or even a hole pattern or is designed as a grid. It is only important that the desired shielding effect is achieved.
  • At least one shielding element is preferably of planar design, with the first shielding element, the second shielding element and the at least one further shielding element particularly preferably being planar in each case, for example as a planar shielding plate.
  • one or more shielding elements can also be at least slightly curved.
  • a non-planar and/or non-full-area or non-solid shielding element can also achieve an advantageous or in some cases even an improved shielding effect, depending on the required influence on the magnetic field(s) to reduce the interfering influence.
  • the at least one steering angle magnetic sensor is arranged on a printed circuit board, in particular on a rigid printed circuit board, the at least one further shielding element is preferably arranged on a side of the printed circuit board which faces away from the at least one steering angle magnetic sensor.
  • the at least one further shielding element can be used or inserted in a housing section alone or together with the printed circuit board and fastened in a corresponding housing section, for example by latching, clipping, gluing or caulking or a combination thereof or the like.
  • the at least one further shielding element can be inserted together or alone with the printed circuit board in the lower housing part of a housing section and in particular attached to it, which at least partially surrounds the steering angle sensor device, with at least one secondary rotor particularly preferably being at least partially in an associated upper housing part of the Housing section is rotatably mounted.
  • the printed circuit board and/or at least one further shielding element can also be attached by overmolding in the housing section, in particular a lower housing part of the housing section.
  • the further shielding element can also be soldered directly onto the printed circuit board, in particular onto an underside of the printed circuit board.
  • At least one further shielding element is designed to at least partially shield both a first magnetic steering angle sensor and a second magnetic steering angle sensor, with the further shielding element preferably being connected to both the first magnetic steering angle sensor and is also arranged with the second steering angle magnetic sensor in each case overlapping in the radial direction and in particular extends in each case over the extent of the respective steering angle magnetic sensors in a plane perpendicular to the respective axes of rotation of the associated secondary rotors.
  • the torque sensor device has, in particular, a stator device with a first stator and a second stator, each stator having a stator body in the form of an annular disk, which extends in the radial direction in a plane perpendicular to the main axis of rotation extends, and wherein at least one shielding element is arranged in the axial direction between the stator bodies of the two stators.
  • a stator device with a first stator and a second stator, each stator having a stator body in the form of an annular disk, which extends in the radial direction in a plane perpendicular to the main axis of rotation extends, and wherein at least one shielding element is arranged in the axial direction between the stator bodies of the two stators.
  • the two stators also have, as is generally known and customary, a plurality of stator lugs which are distributed uniformly in the circumferential direction and which at least partially extend in the axial direction, in particular at least essentially parallel to the main axis of rotation, the stator lugs of the first stator and the lugs of the second stator interlock in an interlocked manner in the axial direction, similar to toothing.
  • At least the first shielding element, the first auxiliary rotor and the associated first steering angle magnet device connected to the auxiliary rotor in a rotationally fixed manner are arranged in the axial direction between the two stator bodies. This allows a particularly compact design of the sensor device to be achieved in the axial direction.
  • the steering angle sensor device has a second secondary rotor, a second steering angle magnet device and a second shielding element, these components are preferably also arranged in the axial direction between the two stator bodies.
  • the first shielding element and/or the second shielding element and/or at least one further shielding element is/are arranged so as to at least partially overlap with at least one stator body in the radial direction.
  • the main rotor and at least one secondary rotor preferably form a gear, in particular a friction wheel gear or an externally toothed gear wheel.
  • the main rotor and the at least one secondary rotor roll over one another in this way in particular from that a pitch circle diameter of the main rotor is smaller than an outer diameter of at least one stator body.
  • the axis of rotation of the secondary rotor preferably runs centrally through the associated steering angle magnetic sensor, in particular in the radial direction outside of the stator body, in particular in such a way that the steering angle magnetic sensor does not overlap with one of the stator bodies in the radial direction.
  • the first magnetic steering angle sensor can also be arranged with at least one stator body at least partially overlapping in the radial direction or the associated secondary rotor so far radially inward that the associated axis of rotation of the secondary rotor Stator body pierces each, in particular vertically.
  • the sensor device is designed in particular in such a way, in particular the first shielding element and/or the second shielding element and/or at least one further shielding element, that the magnetic field lines of a stray Magnetic field that is generated by the steering angle magnet device and that scatters in the stator device, is designed in such a way in terms of magnitude and direction and is introduced into the stator device in such a way that the stray magnetic field component, which is introduced into the first stator, and the stray -Magnetic field component, which is introduced into the second stator, in the stator device or in the torque sensor device or on the magnetic sensor of the torque sensor device at least almost, in particular completely cancel.
  • a secondary rotor assembly according to the invention for a sensor device according to the invention has a secondary rotor, a steering angle magnet device connected to the secondary rotor in a rotationally fixed manner for generating a steering angle magnetic field, and a magnetic shielding device with at least one flat magnetic shielding element extending in a plane perpendicular to the axis of rotation of the secondary rotor and is characterized in that the magnetic shielding member is disposed in the axial direction on a side of the steering angle magnet means opposite to a side for arranging a steering angle magnetic sensor, and is rotatably fixed to the sub rotor.
  • an auxiliary rotor assembly designed according to the invention makes it possible to provide a simply designed combined sensor device that is particularly compact in the axial direction and has a magnetic torque sensor device and a magnetic steering angle sensor device, which, despite its compact design, enables good shielding between the torque sensor device and the steering angle sensor device.
  • the shielding designed and arranged according to the invention in particular the inventive non-rotatable arrangement of the first shielding element on the secondary rotor, can be used with little effort to provide a sensor device with little influence from the stray field and consequently with high sensor accuracy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a sensor device according to the invention with a torque sensor device and a steering angle sensor device with an auxiliary rotor assembly according to the invention
  • FIG. 2 shows a black-and-white converted false color plot of the simulation results of a simulation of the steering angle magnetic field forming in the sensor device according to the invention from FIG. 1 and its scattering in the stator device of the torque sensor device without a shielding device according to the invention
  • FIG. 4 shows a first partial section through an assembly with individual components of a sensor device according to FIG. 1 in a perspective view, with a first auxiliary rotor assembly according to the invention and a second auxiliary rotor assembly according to the invention, but without the shielding element according to the invention of the first auxiliary rotor assembly
  • FIG. 5 shows an auxiliary rotor assembly according to the invention in an individual representation in a perspective section
  • FIG. 6 shows a second partial section in a further perspective view of a differently assembled assembly with other components of the sensor device according to the invention from FIG. 4, but without the first auxiliary rotor assembly according to the invention
  • 7 shows a third partial section in a further perspective view of a differently assembled assembly with other components of the sensor device according to the invention from FIGS. 4 and 6 with a first auxiliary rotor assembly according to the invention inserted into a housing section, but without the shielding element according to the invention
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a sensor device according to the invention with an auxiliary rotor assembly according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a sensor device 100 according to the invention with a torque sensor device 10 and a steering angle sensor device 20 with an auxiliary rotor assembly 30 according to the invention.
  • the torque sensor device 10 is designed in a manner known from the prior art and is set up to detect a torque which is applied to a shaft 11 rotatable about a main axis of rotation HZ, in particular a steering shaft of a motor vehicle.
  • the torque sensor device 10 has at least one torque sensor magnet device (not shown) for generating a torque sensor magnetic field and at least one torque magnet sensor (also not shown) for generating a torque sensor signal as a function of the torque applied to the shaft 11.
  • the torque sensor device 10 as is known and customary from the prior art, has a stator device 12 (cf. Fig.
  • stator body 12A or 12B in Fig 1 is indicated schematically.
  • the annular disk-shaped stator bodies 12A and 12B each extend in a plane perpendicular to the main axis of rotation NZ and are in particular arranged parallel to one another.
  • Each of the two associated stators of the torque sensor device 10 also has corresponding stator lugs 13A and 13B which extend in the axial direction, i.e. essentially parallel to the main axis of rotation NZ, and which intermesh, see Fig. 4.
  • the steering angle sensor device 30 of the sensor device 100 according to the invention is, as is also known in principle from the prior art, set up to detect a rotational angle of the shaft 11 and has a main rotor 21 which is connected to the shaft 11 in terms of rotation and which in this case has external teeth 22 for mechanical purposes Coupling with a constant and uniform gear ratio to a first slave rotor 31, which is part of the slave rotor assembly 30 according to the invention.
  • the first auxiliary rotor 31 has a corresponding external toothing 38 which meshes with the main rotor 21 of the steering angle sensor device, in particular with its external toothing 22.
  • the first auxiliary rotor 31 is assigned a steering angle magnet device 32 for generating a first steering angle magnetic field, with the Steering angle magnet device is designed with 4 poles and is formed in particular by a cylindrical permanent magnet 32 .
  • the four poles N, S are each distributed over two levels and arranged alternately to one another, so that adjacent poles have a different polarity N, S.
  • each of the four poles extends over one half of the cylinder both in the radial direction and over the height of the permanent magnet 32.
  • the auxiliary rotor 31 and the main rotor 21 roll off one another with a pitch circle diameter WD relative to the main axis of rotation HZ, which is smaller than an outer diameter D of the two stator bodies 12A and 12B.
  • a particularly compact arrangement of sensor device 100 in the radial direction can be achieved.
  • the secondary rotor 31 or the secondary rotor assembly 30 is also assigned a steering angle magnetic sensor 35 which is arranged at a distance from the secondary rotor 31 .
  • the steering angle magnetic sensor 35 is arranged on a printed circuit board 34 and attached to it.
  • the magnetic sensor 35 is in particular a Hall sensor and preferably designed as a so-called SMD component. The use of an SMD magnetic sensor 35 enables a particularly compact axial design, since it requires very little axial space.
  • Auxiliary rotor 31 is mounted in sensor device 100 so as to be rotatable about an axis of rotation NZ running parallel to the main axis of rotation HZ and, in particular, can be rotated with respect to steering angle magnetic sensor 35, steering angle magnetic device 32 rotating, i.e. rotating with it, being attached to first auxiliary rotor 31. If the secondary rotor 31 rotates due to a rotary movement of the shaft 11 and thus of the main rotor 21, which meshes with the secondary rotor 31, a change in the steering angle magnetic field generated by the steering angle magnet device 32 is caused, in particular a change in the magnetic flux between the steering angle - Magnetic device 32 and the steering angle magnetic sensor 35, which can be detected by the steering angle magnetic sensor 35. As a result, a steering angle sensor signal that is proportional to the angle of rotation of the secondary rotor 31 or dependent on the angle of rotation of the secondary rotor 31 can be generated.
  • the sensor device 100 also has a magnetic shielding device 33 to magnetically shield the steering angle sensor device 30 arranged in the axial direction between the two stator bodies 12A and 12B from the stator device 12 or the torque sensor device 10 and vice versa.
  • the shielding device 33 has a flat shielding element 33 extending in a plane perpendicular to the axis of rotation NZ of the secondary rotor 31, with the shielding element 33 being formed from ferromagnetic material and being fixed to the secondary rotor 31 in a rotating manner, i.e. co-rotating.
  • Shielding element 33 is located on a side of steering angle magnetic device 32 that faces away from steering angle magnetic sensor 35.
  • the non-rotatable attachment of the shielding element 33 to the auxiliary rotor 31 according to the invention prevents mutual disruptive magnetic interference, in particular the scattering of part of the steering angle magnetic field that is generated by the steering angle magnetic device 32, in the stator device 12, in particular in the two stator bodies 12A at 12B, and with a corresponding, suitable design of the shielding device 33 can even be avoided almost completely or completely.
  • a scattering of the steering angle magnetic field in the upper stator body 12A can be significantly reduced. How well the scattering in the upper stator body 12A can be reduced can be seen from FIGS. 2 and 3.
  • the shielding element 33 allows the stator bodies 12A and 12B to be , adequate shielding can be achieved.
  • the effective field of the steering angle magnet device 32 can be improved in many cases by the particularly close arrangement of the shielding element 33 on the steering angle magnet device 32 that can be achieved in this way.
  • a more favorable operating point of the steering angle magnet device 32 can be achieved, as a result of which a stronger first steering angle magnet field can be implemented with the same volume or space requirement of the steering angle magnet device 32 .
  • greater stability of the steering angle magnet device 32 against demagnetization or aging can also be achieved.
  • Fig. 2 shows a black-and-white converted false color plot of the simulation results of a simulation of the steering angle magnetic field forming in sensor device 100 according to the invention from Fig. 1 and its scattering in the stator device 12 of the torque sensor device 10 without a shielding device 33 according to the invention.
  • FIG. 3 shows the steering angle magnetic field that forms in sensor device 100 according to the invention from FIG 3 clearly shows the lower scattering of the magnetic field generated by the steering angle magnet device 32 in the upper stator body 12A.
  • the interfering influence of the steering angle magnetic field on the torque sensor device 10 can be significantly reduced.
  • the inventive non-rotatable attachment of the shielding element 33 on the secondary rotor 31, in particular directly on the permanent magnet 32, in particular without a Distance or an air gap between them enables a particularly space-saving axial configuration of the steering angle sensor device 20.
  • the steering angle sensor device 20 can be placed between the two stator bodies 12A and 12B, in particular in the axial direction, but good shielding can still be achieved.
  • Fig. 4 shows a first partial section through an assembly with individual components of a sensor device 100 according to the invention as shown in Fig. 1 in a perspective view, with a first auxiliary rotor assembly 30 according to the invention and a second auxiliary rotor assembly 50 according to the invention, but without the shielding element 33 according to the invention of the first auxiliary rotor assembly 30.
  • the second auxiliary rotor assembly 50 has a second auxiliary rotor 51 which also meshes with the main rotor 21 , in particular its external toothing 22 , via external teeth 37 and is coupled to the main rotor 21 in this way.
  • the second secondary rotor 51 or the second secondary rotor assembly 50 is different from a first gear ratio, with which the first secondary rotor 31 is coupled to the main rotor 21, in order to enable a particularly advantageous detection of an angle of rotation applied to the shaft 11, in particular accurate detection of the angle of rotation.
  • the second secondary rotor assembly 50 is also designed according to the invention in this exemplary embodiment, with the second secondary rotor assembly 50 likewise having an associated steering angle magnet device, although not shown in the diagram, for generating a second steering angle magnetic field, and a steering angle sensor associated with the second secondary rotor 51, also not shown in the diagram.
  • Magnetic sensor for generating at least one second steering angle sensor signal as a function of the angle of rotation of the main rotor 21.
  • the second auxiliary rotor 51 can also be rotated about an associated axis of rotation NZ, which runs parallel to the main axis of rotation HZ, relative to the associated steering-angle magnetic sensor, while the associated steering-angle magnetic device is also rotationally connected to the second auxiliary rotor 51.
  • the shielding device of sensor device 100 according to the invention, in particular steering angle sensor device 30, has two magnetic shielding elements 33 in order to at least partially shield the torque sensor magnetic field of torque sensor device 10 and the corresponding steering angle magnetic fields of steering angle sensor device 20 from one another.
  • a magnetic, flat shielding element 33 extending in a plane perpendicular to the axis of rotation NZ of the second auxiliary rotor 51 is fixed in a rotationally fixed manner to the second auxiliary rotor 51 on the side facing away from the second steering angle magnetic sensor.
  • Fig. 5 shows a perspective section of an auxiliary rotor assembly 30 or 50 according to the invention in an individual representation, the non-rotatable arrangement of the flat shielding element 33 according to the invention in the auxiliary rotor assembly 30 or 50 according to the invention being clearly recognizable in this representation, with the flat shielding element in this exemplary embodiment 33 rests in particular directly on the associated steering angle magnet device 32, which is designed in particular as a permanent magnet and is integrated together with the permanent magnet 32 in the secondary rotor 31.
  • the secondary rotor 31 or 51 has a hollow-cylindrical shaft 39 with an outer surface 40, which forms a bearing surface for guiding the secondary rotor 31 in the radial direction during rotation about the associated axis of rotation NZ of the secondary rotor 31 or 50 for the rotatable mounting of the auxiliary rotor 31 or 50 within the sensor device 100.
  • the steering angle magnet device 32 is arranged together with the flat shielding element 33 inside the shaft 39, in particular concentrically to the shaft 39.
  • the secondary rotor 31 or 51 is preferably made from a plastic that is neither electrically conductive nor magnetically conductive, in particular using an injection molding process, with the secondary rotor 31 being produced in particular by simultaneous overmoulding of the permanent magnet 32 and the flat shielding element 33, so that the secondary rotor assembly 30 or 50 thus is an integrally formed 3K component, in particular made of three different materials.
  • the auxiliary rotor 31 also has, in particular, an axial stop 41 which, in this example, is formed by a projection 41 or a shoulder 41 extending radially inwards.
  • the shielding element 33 is in particular a ferromagnetic shielding plate 33. This makes it possible to produce and provide a compact auxiliary rotor assembly 30 or 50 with particularly good shielding properties in a particularly simple manner.
  • the shielding element 33 and the magnetic device 32 can also each be produced as an injection-molded component, in which case, however, preferably a plastic filled with magnetic, in particular ferromagnetic particles and thus a magnetically shielding or magnetic or magnetizable plastic is used, and the steering angle magnet device 32, in particular, also being suitably magnetized before it is used in a corresponding steering angle sensor device 20.
  • FIG. 6 shows a second partial section in a further perspective view of a differently composed assembly with other components of the sensor device 100 according to the invention from FIG. 4, but without the first auxiliary rotor assembly 30 according to the invention.
  • This representation clearly shows the compact design of a sensor device 100 according to the invention, in particular the arrangement of the steering angle sensor device 20 between the stator bodies 12A and 12B in the axial direction and the compact radial configuration of the sensor device 100 that is possible as a result.
  • sensor device 100 also has a housing section with an upper housing part 42 and a lower housing part 36, in which the printed circuit board 34 with the steering angle magnetic sensor 35 attached thereon and the two auxiliary rotor assemblies 30 (Not shown in this figure) and 50 can be used or are used.
  • the upper housing part 42 is designed to support the secondary rotor assembly 30 or 50, in particular the first secondary rotor 31 or the second secondary rotor 51, in a plain bearing in the radial direction, with a corresponding plain bearing surface 52 being introduced on the upper housing part 42 for this purpose.
  • the printed circuit board 34 with the steering angle magnetic sensor 35 attached thereto is preferably inserted into the lower housing part 36 and attached to it, for example by latching, clipping, caulking or the like.
  • Fig. 7 shows a third partial section in a further perspective view of a differently assembled assembly with other components of the sensor device 100 according to the invention from Figs. 4 and 6 with a first auxiliary rotor assembly 30 according to the invention inserted into a housing section 36, 42, but without the shielding element 33 according to the invention, the plain bearing of the first auxiliary rotor assembly 30 in the upper housing part 42 can be clearly seen from this representation.
  • the secondary rotor 31 forms a plain bearing here together with the upper housing part 42, with the outer surface 40 of the shaft 39, which forms the bearing surface 40 on the secondary rotor side, and the bearing surface 52 in the upper housing part 42 forming the plain bearing.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a sensor device 200 according to the invention with an auxiliary rotor assembly 30 according to the invention, a further shielding element 43 also being provided in this exemplary embodiment of a sensor device 200 according to the invention, which is also of flat design and is in a plane perpendicular to the main axis of rotation HZ or to the axis of rotation NZ of the auxiliary rotor 31 or the auxiliary rotor assembly 30 .
  • This shielding element 43 is preferably also made from a ferromagnetic sheet metal.
  • this further shielding element 43 is arranged below the printed circuit board 34 in this starting example 200, in particular on a side of the printed circuit board 34 facing away from the steering angle magnetic sensor 35.
  • an influencing of the steering angle magnetic sensor 35 from below or an interfering influence by a stray field portion of the steering angle magnetic field, especially in the lower stator body 12B, can be reduced.
  • the shielding can be improved even further as a result.
  • the shielding elements 33 and 43 are each designed in such a way and, in particular, are matched to the torque sensor device 10 in such a way that the stray field components of the steering angle magnetic field, which are introduced into the stator bodies 12A and 12B, are formed in such a way in terms of amount and direction that they cancel each other out within the stator device 12, with the result that the torque sensor device 10 is not adversely affected by the steering angle magnetic field in the stator device.
  • a particularly high sensor accuracy can be achieved.
  • a large number of further modifications are possible, in particular of a structural nature, without departing from the scope of protection defined by the patent claims.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Sensorvorrichtung (100) mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (10) und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug sowie eine Nebenrotorbaugruppe (30) für eine Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) einer solchen Sensorvorrichtung (100), wobei die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) einen mit der Welle (11) drehfest verbindbaren Hauptrotor (21), einen ersten Nebenrotor (31), eine dem ersten Nebenrotor (31) zugeordnete erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes und einen dem ersten Nebenrotor (31) zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das erste Lenkwinkel-Magnetfeld (32) der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, und wobei das erste Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist und drehfest am ersten Nebenrotor (31) befestigt ist.

Description

Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle, aufgebracht wird, und weist wenigstens eine Drehmomentsensor- Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor-Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment- Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle aufgebrachten Drehmoment auf. Die Lenkwinkelsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle eingerichtet und weist einen mit der Welle drehtest und damit drehsynchron verbindbaren Hauptrotor, einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten ersten Nebenrotor, eine dem ersten Nebenrotor zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Nebenrotorbaugruppe für eine derartige Sensorvorrichtung, wobei die Nebenrotorbaugruppe einen Nebenrotor, eine drehtest mit dem Nebenrotor verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes und eine magnetische Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors erstreckenden magnetischen Abschirmelement aufweist.
Gattungsgemäße, im Folgenden auch als „kombinierte Sensorvorrichtung“ bezeichnete Sensorvorrichtungen, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sind, und die sowohl eine Drehmomentsensoreinrichtung, insbesondere eine magnetische Drehmomentsensorvorrichtung, sowie eine Lenkwinkelsensoreinrichtung aufweisen, insbesondere ebenfalls eine magnetische Lenkwinkelsensoreinrichtung, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die Drehmomentsensoreinrichtung dient dabei in der Regel dazu, ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Lenkmoment zu erfassen, insbesondere bei elektrischen Lenksystemen, um den elektrischen Antriebsmotor des Lenksystems basierend auf dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment anzusteuern, beispielsweise um eine entsprechende, situationsangepasste Lenkunterstützung bereitstellen zu können.
In der Regel werden Drehmomentsensoreinrichtungen mit einem Torsionsstab mit definierter, bekannter Torsionssteifigkeit eingesetzt, wobei der Torsionsstab einen ersten Teil einer axialgeteilten Welle mit einem zweiten Teil der axialgeteilten Welle verbindet. Wird ein Drehmoment auf die Welle aufgebracht, bewirkt dies eine Verdrehung der beiden Teile der Welle zueinander um einen messbaren Verdrehwinkel, wobei der Verdrehwinkel sich abhängig vom aufgebrachten Drehmoment und der Steifigkeit des Torsionsstabes einstellt, so dass aus dem erfassten Verdrehwinkel bei definierter, bekannter Steifigkeit des Torsionsstabes das aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden kann.
Zur Messung des infolge eines aufgebrachten Drehmoments resultierenden Verdrehwinkels sind verschiedene Messprinzipien und Sensoranordnungen bekannt, wobei in der Regel magnetische Sensorsysteme zum Einsatz kommen, bei denen ein umlaufender, meistens als Permanentmagnet ausgebildeter Ringmagnet als Teil einer Magneteinrichtung mit dem ersten Teil der Lenkwelle drehtest verbunden wird und bei denen eine Statoreinrichtung mit einem Statorhalter, an dem in der Regel zwei magnetisch leitfähige Statorelemente befestigt sind, drehtest mit dem zweiten Teil der Welle verbunden wird. Die Statoreinrichtung, insbesondere die beiden Statorelemente, sind dabei üblicherweise in radialer Richtung mit einem kleinen Luftspalt konzentrisch um den Ringmagneten der Magneteinrichtung herum angeordnet. Über die Statoreinrichtung, insbesondere die beiden Statorelemente, kann der magnetische Fluss des Ringmagneten der Magneteinrichtung, insbesondere mithilfe zusätzlicher Bauteile in Form von sogenannten Flussleitern, zu einem Drehmoment-Magnetsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor, geleitet werden und das erzeugte Signal zur Ermittlung des aufgebrachten Drehmoments ausgewertet werden. Wird der drehtest mit dem ersten Teil der Welle verbundene Ringmagnet durch eine Rotationsbewegung der Welle relativ zur, mit dem zweiten Teil der Welle verbundenen Statoreinrichtung bewegt, ändert sich die magnetische Flussdichte in den Statorelementen, was mittels des Drehmoment- Magnetsensors erfasst werden kann. Die Änderung der magnetischen Flussdichte im Stator ist dabei u.a. abhängig von der Größe der Relativbewegung des Ringmagneten gegenüber der Statoreinrichtung, d.h. vom Verdrehwinkel. Somit kann aus der Änderung der erfassten Flussdichte auf den Verdrehwinkel geschlossen werden und aus dem Verdrehwinkel wiederum kann mit Kenntnis der Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung dient in der Regel zur Erfassung eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkels. Häufig werden Lenkwinkelsensoreinrichtungen eingesetzt, welche ein Getriebe aufweisen mit einem mit der Lenkwelle drehtest verbundenen bzw. verbindbaren Hauptrotor mit einer Außenverzahnung und wenigstens ein oder zwei Nebenrotoren, ebenfalls mit einer Außenverzahnung, die jeweils mit dem Hauptrotor kämmen. Die beiden Nebenrotoren sind in der Regel zwei kleinere Zahnräder, welche jeweils einen drehtest verbundenen Permanentmagneten aufweisen, wobei jedem Permanentmagneten jeweils ein entsprechender Lenkwinkel-Magnetsensor zugeordnet ist, gegenüber dem die Nebenrotoren drehbar sind.
Über den drehtest mit der Lenkwelle verbundenen Hauptrotor und die mit diesem kämmenden Nebenrotoren kann die Drehbewegung der Lenkwelle jeweils auf den drehtest mit dem Nebenrotor verbundenen Permanentmagneten übertragen werden. Bei einer Rotation der Permanentmagneten der Nebenrotoren ändert sich ein magnetischer Fluss der zugehörigen Magnetfelder in Abhängigkeit vom Drehwinkel, was mithilfe der zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensoren erfasst werden kann. Mithilfe der Übersetzung zwischen den Nebenrotoren und dem Hauptrotor kann der Drehwinkel der Lenkwelle ermittelt werden.
Eine Herausforderungen bei diesen kombinierten Sensorvorrichtungen ist dabei, ein sogenanntes „Übersprechen“, d.h. eine gegenseitige Störbeeinflussung der Magnetfelder von der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung durch ein „Einstreuen“ eines jeweiligen Streumagnetfeld-Anteils des Drehmomentsensor- Magnetfeldes in das Lenkwinkelsensor-Magnetfeld und eines Streumagnetfeld-Anteils des Lenkwinkelsensor-Magnetfeldes in das Drehmomentsensor-Magnetfeld, zu verhindern bzw. auf ein für die gewünschte Sensorgenauigkeit erforderliches Maß zu reduzieren.
Um die gegenseitige Störbeeinflussung der Magnetfelder von der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung zu reduzieren bzw. zu verhindern, werden in der Regel magnetische Abschirmeinrichtungen mit wenigstens einem Abschirmelement eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene konstruktive Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise aus der US 2020/0307694 A1 , der WO 2012/019947 A1 oder der EP 2 743 662 A1 .
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine alternative Sensorvorrichtung, insbesondere eine verbesserte Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere eine kompaktere Bauweise ermöglicht, vorzugsweise mit einer gleichbleibenden oder verbesserten magnetischen Abschirmung zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung sowie durch eine Nebenrotorbaugruppe mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Drehmomentsensoreinrichtung und eine Lenkwinkelsensoreinrichtung auf und ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle, aufgebracht wird, und weist wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor- Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle aufgebrachten Drehmoment auf. Die Lenkwinkelsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle eingerichtet und weist einen mit der Welle drehtest und damit drehsynchron verbindbaren Hauptrotor, einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen ersten Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten ersten Nebenrotor, eine dem ersten Nebenrotor zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf. Der erste Nebenrotor ist um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse verlaufende erste Rotationsachse relativ gegenüber dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar, wobei die erste Lenkwinkel- Magneteinrichtung drehtest und damit drehsynchron mit dem ersten Nebenrotor verbunden ist, d.h. mitrotierend. Die Sensorvorrichtung weist ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur ersten Rotationsachse erstreckenden ersten magnetischen Abschirmelement auf, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung und das erste Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das erste Abschirmelement in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel- Magnetsensor abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Abschirmelement drehtest am ersten Nebenrotor befestigt ist.
Durch die erfindungsgemäße Befestigung des magnetischen Abschirmelementes am Nebenrotor lässt sich eine kompakte Anordnung einer kombinierten Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensorvorrichtung und einer Lenkwinkelsensorvorrichtung erreichen, insbesondere mit einem geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung, sowie eine gute Abschirmung. Insbesondere lässt sich eine störende Beeinflussung des Drehmomentsensor-Magnetfeldes durch die erste Lenkwinkel-Magnetsensoreinrichtung reduzieren bzw. bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar nahezu vollständig oder vollständig vermeiden.
Darüber hinaus kann in vielen Fällen durch die auf diese Weise erreichbare, besonders nahe Anordnung des Abschirmelementes an der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung das Nutzfeld der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung verbessert werden. Insbesondere kann ein günstigerer Arbeitspunkt der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden, wodurch sich mit gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung ein stärkeres erstes Lenkwinkel-Magnetfeld realisieren lässt. Gleichzeitig kann ferner außerdem eine höhere Stabilität der ersten Lenkwinkel- Magneteinrichtung gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
Die Drehmomentsensor-Magneteinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorzugsweise wie bei aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Drehmomentsensoreinrichtungen üblich, ausgebildet. Für weitere Ausführungen, insbesondere hinsichtlich der grundsätzlichen Funktionsweise, wird auf den diesbezüglich einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Die Drehmomentsensorvorrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann vom Prinzip her grundsätzlich wie vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik ausgebildet sein.
Die Lenkwinkelsensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls grundsätzlich wie auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise ausgebildet, wobei für weitere Informationen, insbesondere hinsichtlich detaillierter Ausführungen zur möglichen Ausgestaltung und zur Funktionsweise der Lenkwinkelsensoreinrichtung, ebenfalls auf den diesbezüglich einschlägigen Stand der Technik verwiesen wird. Die Lenkwinkelsensorvorrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann vom Prinzip her grundsätzlich wie vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Lenkwinkelsensoreinrichtung ferner insbesondere wenigstens einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor gekoppelten zweiten Nebenrotor, eine dem zweiten Nebenrotor zugeordnete, zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel-Magnetfeldes und einen dem zweiten Nebenrotor zugeordneten zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors auf, wobei der zweite Nebenrotor vorzugsweise um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse verlaufende, zweite Rotationsachse relativ gegenüber dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar ist und die zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung insbesondere drehtest und damit drehsynchron mit dem zweiten Nebenrotor verbunden ist. Hierdurch kann eine verbesserte Lenkwinkelerfassung erreicht werden, insbesondere eine genauere Lenkwinkelerfassung.
Besonders bevorzugt weist die magnetische Abschirmeinrichtung ferner wenigstens ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur zweiten Rotationsachse erstreckendes, zweites magnetisches Abschirmelement auf, um auch das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung und das zweite Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das zweite magnetische Abschirmelement vorzugsweise in axialer Richtung auf einer vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite der zweiten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist und drehtest am zweiten Nebenrotor befestigt ist. Hierdurch kann auch mit einem zweiten Nebenrotor eine kompakte Anordnung einer kombinierten Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensorvorrichtung und einer Lenkwinkelsensorvorrichtung erreicht werden, insbesondere weiterhin mit einem geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung, sowie weiterhin eine gute Abschirmung. Insbesondere lässt sich hierdurch auch eine störende Beeinflussung des Drehmomentsensor-Magnetfeldes durch die zweite Lenkwinkel- Magnetsensoreinrichtung reduzieren bzw. bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar ebenfalls nahezu vollständig oder vollständig vermeiden.
Insbesondere kann der zweite Nebenrotor bzw. eine entsprechende zweite Nebenrotorbaugruppe grundsätzlich wie der erste Nebenrotor ausgebildet sein, wobei der zweite Nebenrotor vorzugsweise ebenfalls am Hauptrotor abwälzt bzw. im Fall einer Verzahnung mit dem Hauptrotor insbesondere ebenfalls mit dem Hauptrotor kämmt. Insbesondere wälzen der erste Nebenrotor und der zweite Nebenrotor jeweils in der gleichen Ebene ab. Grundsätzlich können der erste Nebenrotor und der zweite Nebenrotor aber auch in unterschiedlichen axialen Ebenen am Hauptrotor abwälzen. Dies erfordert allerdings mehr Bauraum in axialer Richtung, insbesondere einen höher bauenden Hauptrotor. Allerdings lässt sich hierdurch in einigen Fällen ein geringerer Bauraumbedarf in radialer Richtung erreichen. Besonders bevorzugt ist der zweite Nebenrotor mit einer von der ersten Übersetzung zwischen dem ersten Nebenrotor und dem Hauptrotor verschiedenen, konstanten und gleichförmigen zweiten Übersetzung mit dem Hauptrotor mechanisch gekoppelt. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Lenkwinkelerfassung, insbesondere eine Lenkwinkelerfassung mit einer hohen Genauigkeit.
Der zweite Nebenrotor der Lenkwinkelsensoreinrichtung ermöglicht insbesondere die Bestimmung des Drehwinkels des Hauptrotors und damit der Welle nach dem Nonius-Prin- zip auf aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Art und Weise.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung einen 4-poligen, insbesondere zylinderförmigen, Permanentmagneten auf oder ist ein solcher Permanentmagnet, wobei der Permanentmagnet insbesondere konzentrisch zur zugehörigen Rotationsachse des Nebenrotors angeordnet ist. Bevorzugt sind die vier Pole des Permanentmagneten auf zwei Ebenen verteilt und benachbarte Pole weisen insbesondere jeweils eine unterschiedliche Polarität auf. Durch eine derartige Anordnung lässt sich ein besonders vorteilhaftes Nutz-Magnetfeld für die Drehwinkelerfassung erzeugen. Beispielsweise können bei einem zylinderfömigen Permanentmagneten die vier Pole jeweils über eine halbe Höhe des Zylinders und jeweils halbkreisförmig ausgebildet sein bzw. jeweils eine Zylinderhälfte umfassen, welche sich über die halbe Höhe des Zylinders erstreckt.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Abschirmelement, insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement, derart nah an der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet, insbesondere derart nah am Permanentmagneten, dass wenigstens ein Luftspalt in axialer Richtung entlang der Rotationsachse des zugehörigen Nebenrotors zwischen der Lenkwinkel- Magneteinrichtung und dem zugehörigen flächigen Abschirmelement weniger als 2 mm beträgt, insbesondere weniger als 1 ,5 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0 mm.
Durch eine derartig nahe Anordnung des Abschirmelementes an der Lenkwinkel- Magneteinrichtung lässt sich eine besonders kompakte Anordnung der Lenkwinkelsensorvorrichtung und damit der gesamten Sensorvorrichtung erreichen, insbesondere in axialer Richtung, wodurch besonders wenig Bauraum in axialer Richtung benötigt wird.
Ferner kann hierdurch ein besonders vorteilhaftes Nutzfeld der auf diese Weise abgeschirmten Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden. Insbesondere kann ein besonders günstiger Arbeitspunkt der jeweiligen Lenkwinkel-Magneteinrichtung erreicht werden, wodurch sich bei gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der Lenkwinkel- Magneteinrichtung ein stärkeres Magnetfeld erreichen lässt. Gleichzeitig kann eine besonders hohe Stabilität der auf diese Weise abgeschirmten Lenkwinkel- Magneteinrichtung gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann wenigstens ein Abschirmelement auch unmittelbar an der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung anliegen, d.h. mit unmittelbarem Kontakt zur zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung am Nebenrotor befestigt sein, insbesondere mit unmittelbarem Kontakt in den Nebenrotor eingebracht oder eingesetzt sein. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte, bauraumsparende Ausgestaltung in axialer Richtung erreichen. In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Nebenrotor, insbesondere der erste Nebenrotor und/oder der zweite Nebenrotor, einen hohlzylindrischen Schaft auf, wobei die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung vorzugsweise im Inneren des Schaftes angeordnet ist und insbesondere eine Außenfläche des Schaftes, d.h. eine äußere Mantelfläche des Schaftes, zumindest teilweise eine Lagerfläche, insbesondere eine Gleitlagerfläche, für die drehbare Lagerung des Nebenrotors innerhalb der Sensorvorrichtung bildet, insbesondere zur Führung des Nebenrotors in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine besonders platzsparende Lagerung des Nebenrotors erreicht werden. Zur Reduzierung der Reibung kann auf der Lagerfläche eine entsprechende reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht sein oder der Schaft aus einen reibungsreduzierenden Material hergestellt sein.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere wenigstens ein Nebenrotor aus Kunststoff ausgebildet und im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei das zugehörige Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung vorzugsweise durch zumindest teilweises Umspritzen drehtest mit dem Nebenrotor verbunden worden sind und insbesondere mit dem Nebenrotor eine Nebenrotorbaugruppe bilden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung einer Nebenrotorbaugruppe, insbesondere eine Art Vormontage einer Nebenrotorbaugruppe. Hierdurch wiederum kann eine besonders einfache Montage der Sensorvorrichtung erreicht werden.
Insbesondere kann die Nebenrotorbaugruppe eine 3K-Baugruppe oder ein 3K-Bauteil sein, d.h. eine Baugruppe, die aus drei separaten Bauteilen zusammengesetzt ist oder ein Bauteil, das aus drei verschiedenen Werkstoffen bzw. Materialien integral gefertigt ist.
Wenigstens ein magnetisches Abschirmelement, insbesondere das erste magnetische Abschirmelement und/oder das zweite magnetische Abschirmelement ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material, wobei wenigstens ein magnetisches Abschirmelement ein metallisches Abschirmblech aus einem ferromagnetischen Material sein kann. Wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung ist vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Werkstoff, insbesondere aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Die Lenkwinkel-Magneteinrichtung ist dabei insbesondere aus einem anderen Werkstoff hergestellt, als das zugehörige magnetische Abschirmelement.
Wenigstens ein Nebenrotor ist bevorzugt aus Kunstsoff hergestellt, insbesondere aus einem nichtmagnetischem, nicht magnetisch leitenden und nicht elektrisch leitenden Kunststoff.
Alternativ können wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung und ein zugehöriges Abschirmelement auch in einen im Spritzgussverfahren hergestellten Nebenrotor eingesetzt und gegen ein Herausfallen gesichert sein, und auf andere Art und Weise als durch Umspritzen drehtest mit dem Nebenrotor verbunden sein, beispielsweise durch Einclipsen bzw. Verrasten, Verstemmen oder Kleben, einer Kombination daraus oder dergleichen.
Alternativ kann die Nebenrotorbaugruppe auch eine 2K-Baugruppe oder ein 2K-Bauteil sein, wobei hierzu der Nebenrotor beispielsweise auch aus magnetischem Material hergestellt sein kann, insbesondere aus metallischem, ferromagnetischem Material, beispielsweise aus dem gleichen Material wie die zugehörige Lenkwinkel- Magneteinrichtung und insbesondere einstückig mit der zugehörigen Lenkwinkel- Magneteinrichtung ausgebildet sein kann und mit der Lenkwinkel-Magneteinrichtung ein gemeinsames Bauteil bilden kann.
Alternativ kann der Nebenrotor aber auch aus dem gleichen Werkstoff wie das zugehörige magnetische Abschirmelement ausgebildet sein und mit diesem ein gemeinsames Bauteil bilden. Der Nebenrotor und die Lenkwinkel-Magneteinrichtung können aber auch aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Kunststoff hergestellt sein, insbesondere im Spritzgussverfahren.
Denkbar ist auch, die Nebenrotorbaugruppe als 1 K-Baugruppe oder Bauteil auszubilden, und den Nebenrotor, die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung und das zugehörige magnetische Abschirmelement jeweils aus ein- und demselben Werkstoff herzustellen, insbesondere einstückig, d.h. in einem Stück bzw. als ein gemeinsames Bauteil. Dies geht besonders einfach im Spritzgussverfahren mit einem magnetisierbaren Kunststoff bzw. mit einem Kunststoff der mit Magnetpartikeln bzw. magnetisierbaren Partikeln gefüllt ist, wobei das resultierende Bauteil, welches in diesem Fall insbesondere eine erfindungsgemäße, einstückige Nebenrotorbaugruppe bildet, vorzugsweise nur im Zentrum um die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors herum magnetisiert wird bzw. magnetisch ausgebildet wird. Hierdurch kann ein kleines, lokales Nutz-Magnetfeld als Lenkwinkel-Magnetfeld bereitgestellt werden, welches ausreichend für eine Lenkwinkelsensorerfassung ist, aber gleichzeitig keinen allzu großes Streu- bzw. Stör- Magnetfeld erzeugt, welches die Drehmomenterfassung stört.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist insbesondere wenigstens ein Nebenrotor, insbesondere der erste Nebenrotor und/oder der zweite Nebenrotor, an einem vom zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Ende des Schaftes wenigstens einen axialen Anschlag auf, wobei das zugehörige Abschirmelement zwischen dem axialen Anschlag und der zugehörigen, im Inneren des Schaftes angeordneten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine besonders einfache Positionierung des Abschirmelementes und/oder der Lenkwinkel-Magneteinrichtung innerhalb des Nebenrotors erreicht werden. Dies wiederum ermöglicht eine einfache Montage, insbesondere eine einfache Vormontage, einer Nebenrotorbaugruppe, vor allem wenn diese aus einzeln hergestellten Bauteilen zusammengesetzt wird.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist der axiale Anschlag durch einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Vorsprung gebildet oder durch eine Schulter einer in radialer Richtung in eine Innenfläche des Schaftes eingebrachte Nut. Dies ermöglicht eine einfache Ausgestaltung und Herstellung eines axialen Anschlags zur Positionierung und/oder axialen Fixierung des Abschirmelementes im Nebenrotor in wenigstens eine Richtung.
Insbesondere, wenn der Nebenrotor durch Umspritzen des Abschirmelementes und/oder der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung hergestellt wird, kann der Schaft im fertigen Zustand auch zwei oder mehr axiale Anschläge aufweisen, um das Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung in axialer Richtung am bzw. im Nebenrotor festzulegen, d.h. zu fixieren.
Wird hingegen eine Nebenrotorbaugruppe aus Nebenrotor, Abschirmelement und zugehöriger Lenkwinkel-Magneteinrichtung aus einzelnen Bauteilen zusammengesetzt, ist vorzugsweise nur ein axialer Anschlag zur Begrenzung einer axialen Bewegung dieser beiden Bauteile in einer ersten Richtung im Nebenrotor vorgesehen, so dass das Abschirmelement und/oder die Lenkwinkel-Magneteinrichtung insbesondere von einer Seite her in axialer Richtung in den Schaft eingeschoben werden können. Bevorzugt ist in diesem Fall jedoch wenigstens ein Rastelement, Clip oder dergleichen vorgesehen, um das Abschirmelement und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung nach dem Einsetzen auch entgegen der Einschiebe- bzw. Einsetzrichtung axial zu fixieren bzw. in axialer Richtung an ihrer jeweiligen Position zu sichern.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Lenkwinkelsensorvorrichtung, ferner einen Gehäuseabschnitt auf, der zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung wenigstens teilweise umgibt, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Nebenrotor über die Außenfläche des Schaftes, die zumindest teilweise die Lagerfläche bildet, um die zugehörige Rotationsachse drehbar im Gehäuse gelagert ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und kompakte Lagerung des Nebenrotors in der Sensorvorrichtung erreicht werden und damit eine besonders vorteilhafte Lagerung, welche insbesondere die Realisierung einer besonders kompakt bauenden Sensorvorrichtung ermöglicht.
Der Gehäuseabschnitt weist bevorzugt einen oberen Teil und einen unteren Teil auf, wobei der Nebenrotor besonders bevorzugt über die Außenfläche seines Schaftes im oberen Gehäuseteil gelagert ist, insbesondere gleitgelagert. Hierdurch kann eine besonders einfache und kompakte Lagerung des Nebenrotors in der Sensorvorrichtung erreicht werden und damit eine besonders kompakt bauende Sensorvorrichtung.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung ferner insbesondere wenigstens ein weiteres Abschirmelement auf, welches vorzugsweise in axialer Richtung auf einer von wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung abgewandten Seite wenigstens eines Lenkwinkel-Magnetsensors angeordnet ist und/oder ein weiteres Abschirmelement in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel-Magneteinrichtung angeordnet ist.
Wenigstens ein Abschirmelement der Sensorvorrichtung ist insbesondere vollflächig, vorzugsweise massiv ausgebildet, d.h. ohne Ausnehmungen oder Aussparungen. Grundsätzlich ist aber auch die Verwendung eines Abschirmelementes denkbar, welches beispielsweise eine Ausnehmung, beispielsweise ein Loch oder dergleichen, aufweist, beispielsweise in der Mitte, oder sogar ein Lochmuster oder als Gitter ausgebildet ist. Wichtig ist lediglich, dass die gewünschte Abschirmwirkung erreicht wird.
Bevorzugt ist wenigstens ein Abschirmelement eben ausgebildet, wobei besonders bevorzugt das erste Abschirmelement, das zweite Abschirmelement und das wenigstens eine weitere Abschirmelement jeweils eben ausgebildet sind, beispielsweise als ebenes Abschirmblech. Alternativ können ein oder mehrere Abschirmelemente auch zumindest leicht gekrümmt sein.
In einigen Fällen kann durch ein nicht-ebenes und/oder nicht-vollflächiges bzw. nichtmassives Abschirmelement ebenfalls eine vorteilhafte bzw. in einigen Fällen sogar eine verbesserte Abschirmwirkung erreicht werden, je nach erforderlichem Einfluss auf das/die Magnetfelder zur Reduzierung des Stör-Einflusses.
Ist der wenigstens eine Lenkwinkel-Magnetsensor auf einer Leiterplatte angeordnet, insbesondere auf einer starren Leiterplatte, ist das wenigstens eine weitere Abschirmelement bevorzugt auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet, welche von dem wenigstens einen Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandt ist.
Dabei kann das wenigstens eine weitere Abschirmelement insbesondere alleine oder zusammen mit der Leiterplatte in einen Gehäuseabschnitt eingesetzt oder eingelegt sein und beispielsweise durch Verrasten, Einclipsen, Kleben oder Verstemmen oder eine Kombination daraus oder dergleichen in einem entsprechenden Gehäuseabschnitt befestigt sein. Insbesondere kann das wenigstens eine weitere Abschirmelement zusammen oder alleine mit der Leiterplatte in den unteren Gehäuseteil eines Gehäuseabschnittes eingesetzt sein und insbesondere an diesem befestigt sein, welcher zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung wenigstens teilweise umgibt, wobei besonders bevorzugt wenigstens ein Nebenrotor zumindest teilweise in einem zugehörigen oberen Gehäuseteil des Gehäuseabschnitts drehbar gelagert ist. Die Leiterplatte und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement können alternativ oder zusätzlich auch durch Umspritzen in dem Gehäuseabschnitt, insbesondere einem unteren Gehäuseteil des Gehäuseabschnitts, befestigt sein.
Alternativ kann das weitere Abschirmelement auch direkt auf die Leiterplatte aufgelötet sein, insbesondere auf eine Unterseite der Leiterplatte.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein weiteres Abschirmelement dazu ausgebildet, sowohl einen ersten Lenkwinkel-Magnetsensor als auch einen zweiten Lenkwinkel- Magnetsensor zumindest teilweise abzuschirmen, wobei das weitere Abschirmelement dazu vorzugsweise sowohl mit dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor als auch mit dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor jeweils in radialer Richtung überlappend angeordnet ist und sich insbesondere jeweils über die Ausdehnung der jeweiligen Lenkwinkel- Magnetsensoren in einer Ebene senkrecht zu den jeweiligen Rotationsachsen der zugehörigen Nebenrotoren hinaus erstreckt.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere eine Statoreinrichtung mit einem ersten Stator und einem zweiten Stator auf, wobei jeder Stator einen ringscheibenförmigen Statorkörper aufweist, der sich in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Haupt-Rotationsachse erstreckt, und wobei wenigstens ein Abschirmelement in axialer Richtung zwischen den Statorkörpern der beiden Statoren angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung lässt sich eine besonders gute Abschirmung mit einer besonders kompakten Anordnung der einzelnen Komponenten der Sensorvorrichtung erreichen, welche insbesondere nur einen geringen Bauraum in axialer Richtung benötigt. Vorzugsweise weisen die beiden Statoren ferner, wie grundsätzlich bekannt und üblich, außerdem jeweils mehrere, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Statorlaschen auf, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken, insbesondere wenigstens im Wesentlichen parallel zur Haupt-Rotationsachse, wobei die Statorlaschen des ersten Stators und die Laschen des zweiten Stators ähnlich einer Verzahnung in axialer Richtung verschränkt ineinander greifen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sind insbesondere wenigstens das erste Abschirmelement, der erste Nebenrotor und die zugehörige, drehtest mit dem Nebenrotor verbundene erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern angeordnet. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung in axialer Richtung erreichen.
Bevorzugt sind, sofern die Lenkwinkelsensoreinrichtung einen zweiten Nebenrotor, eine zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung und ein zweites Abschirmelement aufweist, diese Komponenten ebenfalls in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern angeordnet.
Besonders bevorzugt ist ferner insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement mit wenigstens einem Statorkörper zumindest teilweise in radialer Richtung überlappend angeordnet. Durch eine derartige Anordnung lässt sich auch in radialer Richtung eine kompakte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung mit einer guten Abschirmung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden der Hauptrotor und wenigstens ein Nebenrotor vorzugsweise ein Getriebe, insbesondere ein Reibradgetriebe oder ein außen verzahntes Zahnradgetriebe. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise eine vorteilhafte Lenkwinkelsensoreinrichtung bereitgestellt werden.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, wälzen der Hauptrotor und der wenigstens eine Nebenrotor dabei insbesondere derart aufeinander ab, dass ein Wälzkreis-Durchmesser des Hauptrotors kleiner ist als ein Außendurchmesser wenigstens eines Statorkörpers. Durch eine derartig Anordnung lässt sich eine besonders kompakte Anordnung erreichen, welche besonders wenig Bauraum in axialer und radialer Richtung benötigt.
Die Rotationsachse des Nebenrotors verläuft vorzugsweise mittig durch den zugehörigen, Lenkwinkel-Magnetsensor, insbesondere in radialer Richtung außerhalb der Statorkörpers, insbesondere derart, dass der Lenkwinkel-Magnetsensor nicht mit einem der Statorkörper in radialer Richtung überlappt. Hierdurch kann der Störeinfluss der Drehmomentsensorvorrichtung auf den Lenkwinkel-Magnetsensor besonders gering gehalten werden.
Bei einer ausreichend guten Abschirmung des ersten Lenkwinkel-Magnetsensors kann der erste Lenkwinkel-Magnetsensor aber auch mit wenigstens einem Statorkörper in radialer Richtung zumindest teilweise überlappend angeordnet sein bzw. der zugehörige Nebenrotor derart weit radial innen, dass die zugehörige Rotationsachse des Nebenrotors den bzw. die Statorkörper jeweils durchstößt, insbesondere senkrecht. Hierdurch kann eine besonders kompakte radiale Anordnung erreicht werden und damit eine Sensorvorrichtung, die wenig Bauraum in radialer Richtung erfordert.
In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer Weiterbildung, ist die Sensorvorrichtung insbesondere derart ausgelegt, insbesondere das erste Abschirmelement und/oder das zweite Abschirmelement und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement, dass die Magnetfeldlinien eines Streu-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung erzeugt wird und das in die Statoreinrichtung streut, in Betrag und Richtung derart ausgebildet ist und derart in die Statoreinrichtung eingeleitet wird, dass sich der Streu-Magnetfeldanteil, der in den ersten Stator eingeleitet wird, und der Streu-Magnetfeldanteil, der in den zweiten Stator eingeleitet wird, in der Statoreinrichtung bzw. in der Drehmomentsensorvorrichtung bzw. am Magnetsensor der Drehmomentsensorvorrichtung wenigstens nahezu, insbesondere vollständig aufheben. Hierdurch kann der Streufeldeinfluss des Lenkwinkel-Magnetfeldes auf das Drehmomentsensor-Magnetfeld erheblich reduziert, bei entsprechender Auslegung der magnetischen Abschirmeinrichtung sogar nahezu vollständig reduziert werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Drehmomentsensorgenauigkeit aus. Eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe für eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist einen Nebenrotor, eine drehtest mit dem Nebenrotor verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes, und eine magnetischen Abschirmeinrichtung mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors erstreckenden magnetischen Abschirmelement auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Abschirmelement in axialer Richtung auf einer Seite von der Lenkwinkel- Magneteinrichtung angeordnet ist, die von einer zur Anordnung eines Lenkwinkel- Magnetsensors vorgesehenen Seite abgewandt ist, und drehtest am Nebenrotor befestigt ist.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Nebenrotorbaugruppe ermöglicht durch die drehfeste Befestigung des magnetischen Abschirmelementes die Bereitstellung einer einfach ausgestalteten und in axialer Richtung besonders kompakten kombinierten Sensorvorrichtung mit einer magnetischen Drehmomentsensoreinrichtung und einer magnetischen Lenkwinkelsensoreinrichtung, die trotz ihrer kompakten Bauweise eine gute Abschirmung zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Lenkwinkelsensoreinrichtung ermöglicht. Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete und angeordnete Abschirmung, insbesondere durch die erfindungsgemäße, drehfeste Anordnung des ersten Abschirmelementes am Nebenrotor kann, mit wenig Aufwand eine Sensorvorrichtung mit einer geringen Streufeld-Beeinflussung und infolgedessen mit einer hohen Sensorgenauigkeit bereitgestellt werden.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter, nicht einschränkender Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer Drehmomentsensoreinrichtung und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe,
Fig. 2 einen in schwarz-weiß konvertierten Fehlfarbenplot der Simulationsergebnisse einer Simulation des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus Fig. 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung ohne eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung,
Fig. 3 im Vergleich dazu des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus Fig. 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung der Drehmomentsensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung mit einem erfindungsgemäß drehtest am Nebenrotor befestigten Abschirmelement,
Fig. 4 einen ersten Teilschnitt durch eine Baugruppe mit einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, mit einer ersten, erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe und einer zweiten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement der ersten Nebenrotorbaugruppe,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe in Einzelteildarstellung in einem perspektivischen Schnitt,
Fig. 6 einen zweiten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus Fig. 4, jedoch ohne die erste erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe, Fig. 7 einen dritten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung aus Fig. 4 und 6 mit einer in einen Gehäuseabschnitt eingesetzten ersten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement, und
Fig. 8 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 mit einer Drehmomentsensoreinrichtung 10 und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30.
Die Drehmomentsensoreinrichtung 10 ist auf grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise ausgebildet und zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse HZ drehbare Welle 11 , insbesondere eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, aufgebracht wird. Dazu weist die Drehmomentsensoreinrichtung 10 wenigstens eine Drehmomentsensor- Magneteinrichtung (nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Drehmomentsensor- Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor (ebenfalls nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von dem auf die Welle 11 aufgebrachten Drehmoment auf. Darüber hinaus weist die Drehmomentsensoreinrichtung 10, wie aus dem Stand der Technik bekannt und üblich, eine Statoreinrichtung 12 (vgl. Fig. 4) mit einem ersten Stator und einem zweiten Stator auf, von denen jeweils nur der ringförmige Statorkörper 12A bzw. 12B in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Die ringscheibenförmigen Statorkörper 12A und 12B erstrecken sich dabei jeweils in einer Ebene senkrecht zur Haupt-Rotationsachse NZ und sind insbesondere parallel zueinander angeordnet. Jeder der beiden zugehörigen Statoren der Drehmomentsensoreinrichtung 10 weist ferner entsprechende sich in axialer Richtung, d. h. im Wesentlichen parallel zur Haupt-Rotationsachse NZ, erstreckende Statorlaschen 13A bzw. 13B auf, welche verzahnend ineinandergreifen siehe Fig. 4. Die Lenkwinkelsensoreinrichtung 30 der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 ist, wie grundsätzlich ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle 11 eingerichtet und weist einen drehtest mit der Welle 11 verbundenen Hauptrotor 21 auf, welcher in diesem Fall eine Außenverzahnung 22 aufweist zur mechanischen Kopplung mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit einem ersten Nebenrotor 31 , der Teil der erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 ist.
Der erste Nebenrotor 31 weist eine entsprechende Außenverzahnung 38 auf, die mit dem Hauptrotor 21 der Lenkwinkelsensoreinrichtung kämmt, insbesondere mit dessen Außenverzahnung 22. Dem ersten Nebenrotor 31 ist eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 zugeordnet zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 4-polig ausgebildet ist und insbesondere durch einen zylinderförmigen Permanentmagneten 32 gebildet ist. Die vier Pole N, S sind bei diesem Beispiel dabei jeweils über zwei Ebenen verteilt und wechselweise zueinander angeordnet, so dass jeweils benachbarte Pole eine unterschiedliche Polung N, Saufweisen. Dazu erstreckt sich jeder der vier Pole jeweils über eine Zylinderhälfte sowohl in radialer Richtung als auch über die Höhe des Permanentmagneten 32.
Der Nebenrotor 31 und der Hauptrotor 21 wälzen bei diesem Ausführungsbeispiel dabei mit einem Wälzkreis-Durchmesser WD zur Haupt-Rotationsachse HZ aufeinander ab, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser D der beiden Statorkörper 12A und 12B. Hierdurch kann eine besonders kompakte Anordnung der Sensorvorrichtung 100 in radialer Richtung erreicht werden.
Neben der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ist dem Nebenrotor 31 bzw. der Nebenrotorbaugruppe 30 ferner ein Lenkwinkel-Magnetsensor 35 zugeordnet, welcher beabstandet zum Nebenrotor 31 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Lenkwinkel-Magnetsensor 35 dabei auf einer Leiterplatte 34 angeordnet und an dieser befestigt. Der Magnetsensor 35 ist insbesondere ein Hall-Sensor und vorzugsweise als sogenanntes SMD-Bauteil ausgebildet. Die Verwendung eines SMD-Magnetsensors 35 ermöglicht eine besonders kompakte axiale Bauweise, da dieser nur sehr wenig axialen Bauraum benötigt. Der Nebenrotor 31 ist um eine parallel zur Haupt-Rotationsachse HZ verlaufende Rotationsachse NZ drehbar in der Sensorvorrichtung 100 gelagert und insbesondere gegenüber dem Lenkwinkel-Magnetsensor 35 drehbar, wobei die Lenkwinkel- Magneteinrichtung 32 drehtest, d. h. mitrotierend, am ersten Nebenrotor 31 befestigt ist. Dreht sich der Nebenrotor 31 aufgrund einer Drehbewegung der Welle 11 und damit des Hauptrotors 21 , welcher mit dem Nebenrotor 31 kämmt, wird eine Änderung in dem von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugten Lenkwinkel-Magnetfeld bewirkt, insbesondere eine Änderung des magnetischen Flusses zwischen der Lenkwinkel- Magneteinrichtung 32 und dem Lenkwinkel-Magnetsensor 35, welche durch den Lenkwinkel-Magnetsensor 35 erfasst werden kann. Hierdurch kann ein proportional zum Drehwinkel des Nebenrotors 31 bzw. ein vom Drehwinkel des Nebenrotors 31 abhängiges Lenkwinkel-Sensorsignal erzeugt werden.
Des Weiteren weist die Sensorvorrichtung 100 ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung 33 auf, um die in axialer Richtung zwischen den zwei Statorkörpern 12A und 12B angeordnete Lenkwinkelsensoreinrichtung 30 magnetisch von der Statoreinrichtung 12 bzw. der Drehmomentsensoreinrichtung 10 abzuschirmen und umgekehrt.
Dazu weist die Abschirmeinrichtung 33 ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 erstreckendes Abschirmelement 33 auf, wobei das Abschirmelement 33 aus ferromagnetischen Material ausgebildet ist und erfindungsgemäß drehtest, d.h. mitrotierend, am Nebenrotor 31 befestigt ist. Dabei befindet sich das Abschirmelement 33 auf einer vom Lenkwinkel-Magnetsensor 35 abgewandten Seite der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32.
Durch die erfindungsgemäße, drehfeste Befestigung des Abschirmelementes 33 am Nebenrotor 31 kann eine gegenseitige störende magnetische Beeinflussung, insbesondere die Streuung eines Teils des Lenkwinkel-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugt wird, in die Statoreinrichtung 12, insbesondere in die beiden Statorkörper 12A an 12B, reduziert und bei entsprechender, geeigneter Auslegung der Abschirmeinrichtung 33 sogar nahezu vollständig oder vollständig vermieden werden. Insbesondere eine Streuung des Lenkwinkel-Magnetfeldes in den oberen Statorkörper 12A erheblich reduziert werden. Wie gut die Streuung in den oberen Statorkörper 12A reduziert werden kann, ist anhand der Fig. 2 und 3 erkennbar.
Durch das erfindungsgemäße Abschirmelement 33 kann auch bei einer weit in radialer Richtung innenliegenden Anordnung der Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. der Lenkwinkel- Magneteinrichtung 32, insbesondere auch bei einer Anordnung mit einem Wälzkreis- Durchmesser WD, der kleiner ist als ein Außendurchmesser D der Statorkörper 12A und 12B, eine ausreichend gute Abschirmung erreicht werden.
Darüber hinaus kann in vielen Fällen durch die auf diese Weise erreichbare, besonders nahe Anordnung des Abschirmelementes 33 an der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 das Nutzfeld der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 verbessert werden. Insbesondere kann ein günstigerer Arbeitspunkt der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erreicht werden, wodurch sich mit gleichem Volumen bzw. Raumerfordernis der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ein stärkeres erstes Lenkwinkel-Magnetfeld realisieren lässt. Gleichzeitig kann ferner außerdem eine höhere Stabilität der Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 gegen Entmagnetisierung bzw. Alterung erreicht werden.
Fig. 2 zeigt einen in schwarz-weiß konvertierten Fehlfarbenplot der Simulationsergebnisse einer Simulation des sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus Fig. 1 ausbildenden Lenkwinkel-Magnetfeldes und dessen Streuung in die Statoreinrichtung 12 der Drehmomentsensoreinrichtung 10 ohne eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung 33.
In Fig. 3 ist im Vergleich dazu das sich in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus Fig. 1 ausbildende Lenkwinkel-Magnetfeld und dessen Streuung in die Statoreinrichtung 12 der Drehmomentsensoreinrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung mit einem erfindungsgemäß drehtest am Nebenrotor 31 befestigten Abschirmelement 33 dargestellt, wobei anhand von Fig. 3 die geringere Streuung des durch die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 erzeugten Magnetfeldes in den oberen Statorkörper 12A deutlich erkennbar ist. Hierdurch kann der Störeinfluss des Lenkwinkel- Magnetfeldes auf die Drehmomentsensoreinrichtung 10 erheblich reduziert werden.
Die erfindungsgemäße drehfeste Befestigung des Abschirmelementes 33 am Nebenrotor 31 , insbesondere unmittelbar auf dem Permanentmagneten 32, insbesondere ohne einen Abstand bzw. einen Luftspalt dazwischen, ermöglicht eine besonders platzsparende axiale Ausgestaltung der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20.
Hierdurch kann die Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 insbesondere in axialer Richtung zwischen den beiden Statorkörpern 12A und 12B platziert werden, aber dennoch eine gute Abschirmung erreicht werden.
Fig. 4 zeigt einen ersten Teilschnitt durch eine Baugruppe mit einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, mit einer ersten, erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 und einer zweiten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 50, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement 33 der ersten Nebenrotorbaugruppe 30.
Die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 weist einen zweiten Nebenrotor 51 auf, welcher ebenfalls über eine Außenverzahnung 37 mit dem Hauptrotor 21 , insbesondere dessen Außenverzahnung 22, kämmt und auf diese Weise mit dem Hauptrotor 21 gekoppelt ist. Der zweite Nebenrotor 51 bzw. die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ist dabei über eine von einer ersten Übersetzung, mit welcher der erste Nebenrotor 31 mit dem Hauptrotor 21 gekoppelt ist, verschieden, um eine besonders vorteilhafte Erfassung eines auf die Welle 11 aufgebrachten Drehwinkels zu ermöglichen, insbesondere eine genaue Erfassung des Drehwinkels.
Die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildet, wobei die zweite Nebenrotorbaugruppe 50 ebenfalls eine zugehörige, allerdings nicht erkennbar dargestellte Lenkwinkel-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel-Magnetfeldes aufweist und einen dem zweiten Nebenrotor 51 zugeordneten, ebenfalls nicht erkennbar dargestellten Lenkwinkel- Magnetsensor zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Lenkwinkel-Sensorsignals in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Hauptrotors 21.
Der zweite Nebenrotor 51 ist ebenfalls um eine zugehörige Rotationsachse NZ, die parallel zur Haupt-Rotationsachse HZ verläuft, relativ gegenüber dem zugehörigen Lenkwinkel-Magnetsensor drehbar, während die zugehörige Lenkwinkel- Magneteinrichtung ebenfalls drehtest mit dem zweiten Nebenrotor 51 verbunden ist. Die Abschirmeinrichtung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100, insbesondere der Lenkwinkel-Sensoreinrichtung 30, weist in diesem Fall zwei magnetische Abschirmelemente 33 auf, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung 10 und die entsprechenden Lenkwinkel-Magnetfelder der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen. Hierzu ist am zweiten Nebenrotor 51 auf der vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor abgewandten Seite ebenfalls ein magnetisches, flächig ausgebildetes, sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse NZ des zweiten Nebenrotors 51 erstreckendes Abschirmelement 33 drehtest am zweiten Nebenrotor 51 befestigt.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 in Einzelteildarstellung in einem perspektivischen Schnitt, wobei in dieser Darstellung gut die erfindungsgemäße, drehfeste Anordnung des flächigen Abschirmelementes 33 in der erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 erkennbar ist, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel das flächige Abschirmelement 33 insbesondere unmittelbar auf der zugehörigen Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32, welche insbesondere als Permanentmagnet ausgebildet ist, aufliegt und zusammen mit dem Permanentmagneten 32 in den Nebenrotor 31 integriert ist.
Wie anhand von dieser Darstellung außerdem gut erkennbar ist, weist der Nebenrotor 31 bzw. 51 einen hohlzylindrischen Schaft 39 mit einer Außenfläche 40 auf, welche eine Lagerfläche bildet zur Führung des Nebenrotors 31 in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 bzw. 50 für die drehbare Lagerung des Nebenrotors 31 bzw. 50 innerhalb der Sensorvorrichtung 100.
Die Lenkwinkel-Magneteinrichtung 32 ist bei diesem Beispiel dabei zusammen mit dem flächigen Abschirmelement 33 im Inneren des Schaftes 39 angeordnet, insbesondere konzentrisch zum Schaft 39.
Der Nebenrotor 31 bzw. 51 ist vorzugsweise aus einem weder elektrisch leitenden noch magnetisch leitenden Kunststoff hergestellt, insbesondere im Spritzgussverfahren, wobei der Nebenrotor 31 insbesondere durch gleichzeitiges Umspritzen des Permanentmagneten 32 und des flächigen Abschirmelementes 33 hergestellt ist, sodass die Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 somit ein integral ausgebildetes 3K-Bauteil ist, insbesondere aus drei unterschiedlichen Werkstoffen. Für eine gute Fixierung des Abschirmelementes 33 sowie außerdem auch des Permanentmagneten 32 in axialer Richtung weist der Nebenrotor 31 ferner insbesondere einen Axialanschlag 41 auf, welcher bei diesem Beispiel durch einen sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung 41 bzw. eine Schulter 41 gebildet wird.
Das Abschirmelement 33 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 dabei insbesondere ein ferromagnetisches Abschirmblech 33. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine kompakte Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50 herstellen und bereitstellen mit besonders guten Abschirmeigenschaften.
Alternativ können aber auch das Abschirmelement 33 und die Magneteinrichtung 32 ebenfalls jeweils als Spritzgussbauteil hergestellt werden, wobei in diesem Fall jedoch vorzugsweise ein entsprechend mit magnetischen, insbesondere ferromagnetischen Partikeln gefüllter Kunststoff und damit ein magnetisch abschirmender bzw. magnetischer bzw. magnetisierbarer Kunststoff verwendet wird, und wobei die Lenkwinkel- Magneteinrichtung 32 insbesondere außerdem noch geeignet magnetisiert wird vor ihrer Verwendung in einer entsprechenden Lenkwinkelsensoreinrichtung 20.
In Fig. 6 ist ein zweiter Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus Fig. 4 dargestellt, jedoch ohne die erste erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe 30.
In dieser Darstellung ist gut die kompakte Bauweise einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 zu erkennen, insbesondere die Anordnung der Lenkwinkelsensoreinrichtung 20 zwischen den Statorkörpern 12A an 12B in axialer Richtung sowie die hierdurch mögliche kompakte radiale Ausgestaltung der Sensorvorrichtung 100.
Bei dem beispielhalber in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 weist die Sensorvorrichtung 100 ferner einen Gehäuseabschnitt mit einem oberen Gehäuseteil 42 und einem unteren Gehäuseteil 36 auf, in welchen die Leiterplatte 34 mit dem darauf befestigt Lenkwinkel-Magnetsensor 35 und die beiden Nebenrotorbaugruppen 30 (in dieser Abbildung nicht dargestellt) und 50 eingesetzt werden können bzw. eingesetzt sind. Der obere Gehäuseteil 42 ist dabei dazu ausgebildet, die Nebenrotorbaugruppe 30 bzw. 50, insbesondere den ersten Nebenrotor 31 bzw. den zweiten Nebenrotor 51 , gleitgelagert in radialer Richtung abzustützen, wobei am oberen Gehäuseteil 42 zu diesem Zweck eine entsprechende Gleitlagerfläche 52 eingebracht ist.
Die Leiterplatte 34 mit dem darauf befestigten Lenkwinkel-Magnetsensor 35 ist bevorzugt in den unteren Gehäuseteil 36 eingesetzt und an diesem befestigt, beispielsweise durch Verrasten, Einclipsen Verstemmen oder dergleichen.
Fig. 7 zeigt einen dritten Teilschnitt in einer weiteren perspektivischen Ansicht einer anders zusammengesetzten Baugruppe mit anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100 aus Fig. 4 und 6 mit einer in einen Gehäuseabschnitt 36, 42 eingesetzten ersten erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30, jedoch ohne das erfindungsgemäße Abschirmelement 33, wobei aus dieser Darstellung gut die Gleitlagerung der ersten Nebenrotorbaugruppe 30 im oberen Gehäuseteil 42 erkennbar ist.
Der Nebenrotor 31 bildet hier zusammen mit dem oberen Gehäuseteil 42 ein Gleitlager, wobei insbesondere die Außenfläche 40 des Schaftes 39, welche die nebenrotorseitige Lagerfläche 40 bildet, und die Lagerfläche 52 im oberen Gehäuseteil 42 das Gleitlager ausbilden.
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 mit einer erfindungsgemäßen Nebenrotorbaugruppe 30, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 zusätzlich ein weiteres Abschirmelement 43 vorgesehen ist, welches ebenfalls flächig ausgebildet ist und sich in einer Ebene senkrecht zur Hauptrotationsachse HZ bzw. zur Rotationsachse NZ des Nebenrotors 31 bzw. der Nebenrotorbaugruppe 30 erstreckt.
Dieses Abschirmelement 43 ist bevorzugt ebenfalls aus einem ferromagnetischen Blech hergestellt. Für eine besonders gute Abschirmung ist dieses weitere Abschirmelement 43 bei diesem Ausgangsbeispiel 200 unterhalb der Leiterplatte 34 angeordnet, insbesondere auf einer vom Lenkwinkel-Magnetsensor 35 abgewandten Seite der Leiterplatte 34. Hierdurch kann eine Beeinflussung des Lenkwinkel-Magnetsensors 35 von unten her bzw. eine störende Beeinflussung durch einen Streufeld-Anteil des Lenkwinkel-Magnetfeldes vor allem in den unteren Statorkörper 12B reduziert werden. Hierdurch kann im Ergebnis die Abschirmung noch weiter verbessert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Abschirmelemente 33 und 43 dabei jeweils derart ausgelegt und insbesondere derart auf die Drehmomentsensoreinrichtung 10 abgestimmt, dass sich die Streufeld-Anteile des Lenkwinkel-Magnetfeldes, welche in die Statorkörper 12A und 12B eingeleitet werden, in Betrag und Richtung derart ausbilden, dass sie sich innerhalb der Statoreinrichtung 12 aufheben, sodass im Ergebnis keine störende Beeinflussung der Drehmomentsensoreinrichtung 10 durch das Lenkwinkel- Magnetfeld in der Statoreinrichtung entsteht. Hierdurch kann eine besonders hohe Sensorgenauigkeit erreicht werden. Neben den beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten sind eine Vielzahl von weiteren Abwandlungen möglich, insbesondere konstruktiver Art, ohne den durch die Patentansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.
Bezuqszeichenliste:
100, 200 erfindungsgemäße Sensorvornchtung
10 Drehmomentsensoreinrichtung
20 Lenkwinkelsensoreinrichtung
11 Welle
12 Statoreinrichtung
12A, 12B ringscheibenförmiger Statorkörper
13A, 13B Statorlaschen
21 Hauptrotor
22 Außenverzahnung des Hauptrotors
30 erste, erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe
31 erster Nebenrotor
32 erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung, insbesondere 4-poliger
Permanentmagnet
33 Abschirmelement
34 Leiterplatte
35 Lenkwinkel-Magnetsensor
36 unterer Gehäuseteil
37 Außenverzahnung des zweiten Nebenrotors
38 Außenverzahnung des ersten Nebenrotors
39 Schaft des Nebenrotors
40 Außenfläche am Schaft des Nebenrotors, Lagerfläche
41 Axialanschlag
42 oberer Gehäuseteil
43 weiteres Abschirmelement
50 zweite, erfindungsgemäße Nebenrotorbaugruppe
51 zweiter Nebenrotor
52 Lagerfläche im oberen Gehäuseteil
D Außendurchmesser Statorkörper
HZ Haupt-Rotationsachse
NZ Rotationsachse des Nebenrotors
WD Wälzkreis-Durchmesser des Hauptrotors

Claims

29
Patentansprüche Sensorvorrichtung (100, 200) mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (10) und einer Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Drehmomentsensoreinrichtung (10) zum Erfassen eines Drehmoments eingerichtet ist, das auf eine um eine Haupt-Rotationsachse (HZ) drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle (1 1 ), aufgebracht wird, und wenigstens eine Drehmomentsensor-Magneteinrichtung zum Erzeugen eines Drehmomentsensor- Magnetfeldes sowie wenigstens einen Drehmoment-Magnetsensor zum Erzeugen eines Drehmoment-Sensorsignals in Abhängigkeit von einem auf die Welle (1 1 ) aufgebrachten Drehmoment aufweist, wobei die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zum Erfassen eines Drehwinkels der Welle (1 1 ) eingerichtet ist und einen mit der Welle (1 1 ) drehtest verbindbaren Hauptrotor (21 ), einen mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen ersten Übersetzung mit dem Hauptrotor (21 ) gekoppelten ersten Nebenrotor (31 ), eine dem ersten Nebenrotor (31 ) zugeordnete, erste Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines ersten Lenkwinkel-Magnetfeldes, und einen dem ersten Nebenrotor (31 ) zugeordneten ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21 ) aufweist, wobei der erste Nebenrotor (31 ) um eine parallel zur Haupt-
Rotationsachse (HZ) verlaufende erste Rotationsachse (NZ) relativ gegenüber dem ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) drehbar ist und die erste Lenkwinkel- Magneteinrichtung (32) drehtest mit dem ersten Nebenrotor (31 ) verbunden ist, und wobei die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner eine magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur ersten Rotationsachse (NZ) erstreckenden ersten magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor- Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das erste Lenkwinkel- Magnetfeld (32) der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das erste Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel- 30
Magneteinrichtung (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Abschirmelement (33) drehtest am ersten Nebenrotor (31 ) befestigt ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) ferner wenigstens einen zweiten, mechanisch mit einer konstanten und gleichförmigen Übersetzung mit dem Hauptrotor (21 ) gekoppelten Nebenrotor (51 ), eine dem zweiten Nebenrotor (51 ) zugeordnete, zweite Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines zweiten Lenkwinkel- Magnetfeldes, und einen dem zweiten Nebenrotor (51 ) zugeordneten zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Hauptrotors (21 ) aufweist, wobei der zweite Nebenrotor (51 ) um eine parallel zur Haupt-
Rotationsachse (HZ) verlaufende, zweite Rotationsachse (NZ) relativ gegenüber dem zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) drehbar ist und die zweite Lenkwinkel- Magneteinrichtung (32) drehtest mit dem zweiten Nebenrotor (51 ) verbunden ist, wobei die magnetische Abschirmeinrichtung (33, 43) ferner wenigstens ein flächig ausgebildetes und sich in einer Ebene senkrecht zur zweiten Rotationsachse (NZ) erstreckendes, zweites magnetisches Abschirmelement (33) aufweist, um das Drehmomentsensor-Magnetfeld der Drehmomentsensoreinrichtung (10) und das zweite Lenkwinkel-Magnetfeld der Lenkwinkelsensoreinrichtung (20) zumindest teilweise gegeneinander abzuschirmen, wobei das zweite magnetische Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer vom zweiten Lenkwinkel-Magnetsensor (35) abgewandten Seite der zweiten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist und drehtest am zweiten Nebenrotor (51 ) befestigt ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) einen 4- poligen, zylinderförmigen, Permanentmagneten (32) aufweist oder ein solcher Permanentmagnet (32) ist, wobei der Permanentmagnet (32) konzentrisch zur zugehörigen Rotationsachse (NZ) des Nebenrotors (31 , 51 ) angeordnet ist und die vier Pole des Permanentmagneten (32) auf zwei Ebenen verteilt sind und die vier Pole jeweils derart angeordnet sin, dass benachbarte Pole jeweils eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftspalt in axialer Richtung entlang der Rotationsachse (NZ) eines Nebenrotors (31 , 51) zwischen wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) und dem zugehörigen flächigen Abschirmelement (33) weniger als 2 mm beträgt, insbesondere weniger als 1 ,5 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0 mm. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31 , 51) einen hohlzylindrischen Schaft (39) aufweist, wobei die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zumindest teilweise im Inneren des Schaftes (39) angeordnet ist und eine Außenfläche (40) des Schaftes zumindest teilweise eine Lagerfläche (40) für die drehbare Lagerung des Nebenrotors (31 , 51 ) innerhalb der Sensorvorrichtung (100, 200) bildet zur Führung des Nebenrotors (31 , 51) in radialer Richtung während einer Rotation um die zugehörige Rotationsachse (NZ) des Nebenrotors (31 , 51). Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31 , 51) aus Kunststoff ausgebildet ist und im Spritzgussverfahren hergestellt ist, wobei das zugehörige Abschirmelement (33) und/oder die zugehörige Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) durch zumindest teilweises Umspritzen oder Verrasten drehtest mit dem Nebenrotor (31 , 51) verbunden worden sind und mit dem Nebenrotor (31 , 51) eine Nebenrotorbaugruppe (30, 50) bilden. Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nebenrotor (31 , 51 ) an einem vom zugehörigen Lenkwinkel- Magnetsensor (35) abgewandten Ende des Schaftes (39) wenigstens einen axialen Anschlag (41) aufweist, wobei das zugehörige Abschirmelement (33) zwischen dem axialen Anschlag (41) und der zugehörigen, im Inneren des Schaftes (39) angeordneten Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschlag (41 ) durch einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Vorsprung gebildet ist oder durch eine Schulter einer in radialer Richtung in eine Innenfläche des Schaftes (39) eingebrachte Nut. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200), insbesondere die Lenkwinkelsensorvorrichtung (20), ferner einen Gehäuseabschnitt (42, 36) aufweist, der zumindest die Lenkwinkelsensorvorrichtung (20) wenigstens teilweise umgibt, wobei der Nebenrotor (31 , 51 ) über die Außenfläche des Schaftes (40), die zumindest teilweise die Lagerfläche (40) bildet, um die zugehörige Rotationsachse drehbar in diesem Gehäuseabschnitt (42, 36) gelagert ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200) ferner wenigstens ein weiteres Abschirmelement (43) aufweist, dass in axialer Richtung auf einer von wenigstens einer Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) abgewandten Seite wenigstens eines Lenkwinkel-Magnetsensors (35) angeordnet ist und/oder ein weiteres Abschirmelement (43) in axialer Richtung auf einer vom ersten Lenkwinkel- Magnetsensor (35) abgewandten Seite der ersten Lenkwinkel- Magneteinrichtung (32) angeordnet ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentsensorvorrichtung (10) eine Statoreinrichtung (12) mit einem ersten Stator (12A, 13A) und einem zweiten Stator (12B, 13B) aufweist, wobei jeder Stator (12A, 13A; 12B, 13B) einen ringscheibenförmigen Statorkörper (12A, 12B) aufweist, der sich in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Haupt- Rotationsachse (HZ) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschirmelement (33) in axialer Richtung zwischen den Statorkörpern (12A, 12B) der beiden Statoren (12A, 13A; 12B, 13B) angeordnet ist. Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptrotor (21 ) und der wenigstens eine Nebenrotor (31 , 51 ) aufeinander abwälzen und ein Wälzkreis-Durchmesser (WD) des Hauptrotors (21 ) kleiner ist als ein Außendurchmesser (D) wenigstens eines Statorkörpers (12A, 12B). 33 Sensorvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100, 200) derart ausgelegt ist, insbesondere das erste Abschirmelement (33) und/oder das zweite Abschirmelement (33) und/oder wenigstens ein weiteres Abschirmelement (43), dass die Magnetfeldlinien eines Streu-Magnetfeldes, das von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) erzeugt wird und das in die Statoreinrichtung (12) streut, in Betrag und Richtung derart ausgebildet ist und derart in die Statoreinrichtung (12) eingeleitet wird, dass sich der Streu-Magnetfeldanteil, der in den ersten Stator (12A, 13A) eingeleitet wird, und der Streu-Magnetfeldanteil, der in den zweiten Stator (12A, 13A) eingeleitet wird, in der Drehmomentsensorvorrichtung (10) wenigstens nahezu, insbesondere vollständig aufheben. Nebenrotorbaugruppe (30, 50) für eine Sensorvorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Nebenrotorbaugruppe (30, 50) einen Nebenrotor (31 , 51), eine drehtest mit dem Nebenrotor (31 , 51 ) verbundene Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) zum Erzeugen eines Lenkwinkel-Magnetfeldes und eine magnetischen Abschirmeinrichtung (33) mit wenigstens einem flächig ausgebildeten und sich in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Nebenrotors (NZ) erstreckenden magnetischen Abschirmelement (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Abschirmelement (33) in axialer Richtung auf einer Seite von der Lenkwinkel-Magneteinrichtung (32) angeordnet ist, die von einer zur Anordnung eines Lenkwinkel-Magnetsensors (35) vorgesehenen Seite abgewandt ist, und drehtest am Nebenrotor (31 , 51) befestigt ist.
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