DE10202319A1

DE10202319A1 - Winkelsensor mit magnetoelektrischem Wandlerelement

Info

Publication number: DE10202319A1
Application number: DE10202319A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wendel; Dieter Dick
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-31
Also published as: JP2003214895A; US20030137291A1; FR2835054A1

Abstract

Es wird ein Winkelsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement (6, 7) und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleitstück (2, 3, 4, 8; 12) und mindestens einem Magneten (5) vorgeschlagen, bei dem durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement (6, 7) messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird. Ein erstes Flussleitstück (2, 3, 4), der mindestens eine Magnet (5) und das mindestens eine Wandlerelement (6, 7) befinden sich während der Winkelmessung zueinander in einer unveränderten Lage, wobei relativ zu diesen Teilen (3, 4, 5, 6, 7) ein zweites Flussleitstück (8) drehbar ist. Eine Veränderung des vom Wandlerelement (6, 7) auswerbaren Magnetfeldes ist durch eine Veränderung des Luftspaltes im Magnetkreis während der Drehung des zweiten Flussleitstückes (8) bewirkbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement zur Erfassung der Drehbewegung eines Bauelements nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits aus der DE 43 17 259 A1 eine Sensoranordnung für einen Drehwinkel bekannt, bei der ein Magnetflussgenerator zur Erzeugung eines messbaren Magnetflusses in einer elektrischen Steuereinrichtung angeordnet ist. Es sind hier magnetoelektrische Wandlerelemente vorhanden, mit denen eine Änderung des Magnetflusses, hervorgerufen durch die Drehbewegung eines magnetisch leitenden Körpers, erfassbar sind.

Bei den bekannten magnetoelektrischen Wandlerelementen wird ein Messeffekt ausgenutzt, der dann entsteht, wenn die magnetische Flussdichte im Wandlerelemente in Abhängigkeit vom Winkel verändert wird. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass im Magnetkreis bestehend aus Flussleitstücken und Permanentmagnet, magnetisch leitende Flussleitstücke und der Permanentmagnet zueinander verdreht werden und sich somit die Flussdichte am Wandlerelement ändert.

Aus der DE 197 53 775 A1 ist ferner bekannt, dass bei einer solchen Messvorrichtung mit einem Hallelement als Wegsensor Flussleitstücke aus magnetisch leitendem Material zur Lenkung der Magnetflusslinien verwendet werden. Ferner beschreibt die EP 0 670 471 A1 eine Anordnung, bei der sich keinerlei Teile, die den Magnetkreis bilden, relativ zueinander bewegen. Hier wird somit der gesamte Magnetkreis über den magnetoelektrischen Wandler hinweggedreht. Der Messeffekt wird durch die Formgebung der Magnete erreicht, die eine definierte Luftspaltveränderung über dem Drehwinkel aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Weiterbildung eines Winkelsensor der eingangs angegebenen Art mit mindestens einem magnetoelektrischem Wandlerelement und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleitstück und mindestens einem Magneten, bei dem durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird, befindet sich ein erstes Flussleitstück, der mindestens eine Magnet und das Wandlerelement während der Winkelmessung zueinander in einer unveränderten Lage. Relativ zu diesen Teile ist erfindungsgemäß ein zweites Flussleitstück bewegbar, wobei in vorteilhafter Weise eine Veränderung des vom Wandlerelement auswertbaren Magnetfeldes durch eine Veränderung des Luftspaltes im Magnetkreis während der relativen Bewegung des zweiten Flussleitstückes bewirkbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet sich das erste feststehende Flussleitstück mit dem mindestens einen Magneten und dem Wandlerelement radial außen auf der Bewegungsbahn des Winkelsensors. Das zweite, hier drehbewegte Flussleitstück liegt radial innen im Zentrum des Winkelsensors und weist im Verlauf seines radialen Umfangs eine solche Kontur auf, dass sich bei einer Drehbewegung aufgrund der Änderung der Breite des Luftspaltes zum Magneten und/oder zum mindestens einen Wandlerelement ein vorgebbarerer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt.

Im einzelnen kann das erste Flussleitstück aus zwei halbkreisförmigen Einzelflussleitstücken bestehen, die jeweils ein Wandlerelement, vorzugsweise Hallelemente bzw. Hall-ICs, einschließen. Hier kann auf einfache Weise der Magnet an einem der Einzelflussleitstücke der Kontur des zweiten drehbaren Flussleitstücks gegenüberliegend gehalten sein. Dem Magneten gegenüberliegend kann auch ein entsprechend geformter Vorsprung im jeweils anderen Einzelflussleitstück vorhanden sein.

Andererseits kann auch das erste Flussleitstück aus einem Vollkreis bestehen, an dem innen jeweils die Wandlerelemente und diametral gegenüberliegend der Magnet gehalten sind. Hierbei ist vorteilhaft, dass nur zwei Flussleitstücke benötigt werden, nämlich ein fester (Stator) und ein drehbarer (Rotor), und dass der Summenluftspalt beim Hallelement und beim Magneten auch bei radialem Lagerspiel in erster Näherung gleich ist, so dass hierdurch keine negativen Auswirkungen auf das Messergebnis erfolgen.

Die Kontur des zweiten Flussleitstücks kann in besonders vorteilhafter Weise so geformt sein, dass sich zwei radial gegenüberliegende Nocken (Doppelnocken) mit vorgegebener Anstiegsflanke, zur Bewirkung eines nahezu linearen Signalverlaufs im Wandlerelement bis zu einem Winkel von ca. 140°, ergeben. Durch die beidseitig zum Stator hin überstehenden Doppelnocken am Rotor ist dieser Magnetkreis insbesondere axial unempfindlich. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform mit einem Einfachnocken vorteilhaft anwendbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Winkelsensor mit einem ersten aus zwei Teilen bestehenden feststehenden Flussleitstück und einem zweiten drehbaren Flussleitstück und mit einer ersten Anordnung von Hallelementen und einem Magneten und
Fig. 2 einen Winkelsensor mit einem ersten einstückigen feststehenden Flussleitstück und einem zweiten drehbaren Flussleitstück und mit einer zweiten Anordnung von Hallelementen und einem Magneten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Winkelsensor 1a dargestellt, der einen Magnetkreis aus einem ersten radial außen liegenden Flussleitstück 2 (Stator) aus zwei Einzelflussleitstücken 3 und 4, einem Permanentmagneten 5, zwei Hallelementen 6 und 7 als elektromagnetischen Wandler und einem inneren drehbaren Flussleitstück 8 (Rotor) aufweist.
Die Hallelemente 6 und 7 sind gegenüberliegend zwischen den Einzelflussleitstücken 3 und 4 angeordnet und der Magnet 5 liegt rechtwinklig dazu innen am Einzelflussleitstück 4, wobei am gegenüberliegenden Einzelflussleitstück 2 ein entsprechender Vorsprung 9 gebildet ist, der die gleiche Kontur wie der Magnet 5 aufweist.
Das innere Flussleitstück 8 ist drehbar, wobei durch eine geeignete Gestaltung seiner, äußeren Kontur, hier mit Doppelnocken 10 und 11 im Verlauf des Drehwinkels, zum Magneten 5 und zum Vorsprung 9 hin, ein Luftspalt mit einer veränderlichen Spaltbreite erzeugt werden kann, wodurch wiederum der magnetische Fluss im gesamten Magnetkreis verändert wird. Aufgrund einer entsprechenden Gestaltung der Kontur des Flussleitstücks 8 ist damit ein vorgebbarerer Signalverlauf in den Hallelementen 6 und 7 während der Drehbewegung detektierbar.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors 1b gezeigt, bei dem ein einstückiges erstes Flussleitstück 12 vorhanden ist, bei dem innen gegenüberliegend die Hallelemente 6 und 7 und der Magnet 5 angeordnet sind. Das innere drehbare Flussleitstück 8 ist auch hier durch eine geeignete Gestaltung seiner äußeren Kontur mit Doppelnocken 10 und 11 im Verlauf des Drehwinkels geeignet, einen Luftspalt mit einer veränderlichen Spaltbreite, wie anhand der Fig. 1 erläutert, zu erzeugen.

Claims

1. Winkelsensor mit mindestens einem magnetoelektrischem Wandlerelement (6, 7) und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleitstück (2, 3, 4, 8; 12) und mindestens einem Magneten (5), bei dem durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement (6, 7) messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
sich ein erstes Flussleitstück (2, 3, 4), der mindestens eine Magnet (5) und das mindesten eine Wandlerelement (6, 7) sich während der Winkelmessung zueinander in einer unveränderten Lage befinden, wobei relativ zu diesen Teilen (3, 4, 5, 6, 7) ein zweites Flussleitstück (8) drehbar ist und dass
eine Veränderung des vom Wandlerelement (6, 7) auswertbaren Magnetfeldes durch eine Veränderung des Luftspaltes im Magnetkreis während der Drehung des zweiten Flussleitstückes (8) bewirkbar ist.

2. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste feststehende Flussleitstück (2, 3, 4) mit dem mindestens einen Magneten (5) und dem Wandlerelement (6, 7) sich radial außen auf der Bewegungsbahn des Winkelsensors (1) befinden und dass
das zweite drehbewegte Flussleitstück (8) radial innen im Zentrum des Winkelsensors (1) liegt und im Verlauf seines radialen Umfangs eine solche Kontur aufweist, mit der sich aufgrund der Änderung der Breite des Luftspaltes zum Magneten (5) und/oder zum mindestens einen Wandlerelement (6, 7) ein vorgebbarerer Signalverlauf im Wandlerelement (6, 7)) ergibt.

3. Winkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Flussleitstück (2) aus zwei halbkreisförmigen Einzelflussleitstücken (3, 4) besteht, die an ihrer Verbindungsstelle jeweils ein Wandlerelement (6, 7) einschließen und dass
der Magnet (5) an einem der Einzelflussleitstücke (4) der Kontur des zweiten drehbaren Flussleitstücks (8) gegenüberliegend gehalten ist.

4. Winkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Magneten (5) gegenüberliegend ein entsprechend geformter Vorsprung (9) im jeweils anderen Einzelflussleitstück (3)vorhanden ist.

5. Winkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flussleitstück (12) aus einem Vollkreis besteht, an dem innen jeweils die Wandlerelemente (6, 7) und diametral gegenüberliegend der Magnet (5) gehalten ist.

6. Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des zweiten Flussleitstücks (8) so geformt ist, dass sich zwei radial gegenüberliegende Nocken (10,11) mit vorgegebener Anstiegsflanke ergeben.

7. Winkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wandlerelement ein Hallelement (6, 7) ist.