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DE3882962T2 - Multidrehungs-Positionsgeber. - Google Patents

Multidrehungs-Positionsgeber.

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Publication number
DE3882962T2
DE3882962T2 DE88121691T DE3882962T DE3882962T2 DE 3882962 T2 DE3882962 T2 DE 3882962T2 DE 88121691 T DE88121691 T DE 88121691T DE 3882962 T DE3882962 T DE 3882962T DE 3882962 T2 DE3882962 T2 DE 3882962T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic
magnet
flux
rotation shaft
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE88121691T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3882962D1 (de
Inventor
Bruce Charles Beihoff
Mark Allan Juds
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Corp
Original Assignee
Eaton Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Corp filed Critical Eaton Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE3882962D1 publication Critical patent/DE3882962D1/de
Publication of DE3882962T2 publication Critical patent/DE3882962T2/de
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/22—Detecting rotary movement by converting the rotary movement into a linear movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/26—Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

    Technisches Gebiet der Erfindung
  • Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung ist das der Wellenpositionssensoren und genauer das Erfassen der Position einer Mehrfachdrehungswellenvorrichtung, wie z.B. der Lenkwelle in einem Fahrzeug.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Gebiet der Wellenpositionssensoren. Es gibt ein spezielles Problem bei Positionen von Wellen, die von Mehrfachdrehungswellen eingenommen werden. Es ist technisch durchführbar, ein unzweideutiges Signal von einer Kodiervorrichtung einer Welle bereitzustellen, um die Position einer Einzeldrehung der Welle zu erfassen. Dies ist jedoch nicht der Fall bei einer Welle, die über eine Mehrzahl von Drehungen betrieben werden kann.
  • Oft ist es bei einer Mehrfachdrehungen ausführenden Welle erwünscht, solch ein Ausgangssignal bereitzustellen. Dies ist der Fall bei der Erfassung der Position des Lenkrades eines motonsierten Fahrzeugs. Typischerweise kann ein Lenkrad über eine Mehrzahl von Drehungen von einer vollständigen Linkskurven- zu einer vollständigen Rechtskurvenstellung betrieben werden. Nur das Erfassen der Position der Welle mit einer Mehrdeutigkeit einer vollen Drehung würde nicht eindeutig die Position der gesteuerten Räder erfassen. Somit wäre solch ein System ohne Zusatzeinrichtungen unzweckmäßig, um eine Anzeige der Kurvenfahrt des Fahrzeugs zu schaffen.
  • Dieses Problem kann mit einer Hilfseinrichtung gelöst werden, die einen Teil der Sensorvorrichtung bildet. Ein mechanisches Untersetzungsgetriebe könnte eingesetzt werden, um die Mehrfachdrehungsbewegung in eine Bewegung von weniger als einer Umdrehung einer zweiten Welle zu untersetzen. Eine auf dieser zweiten Welle sitzende Wellenkodiervorrichtung könnte damit die Mehrdeutigkeit beseitigen. Alternativ könnte eine Kodiervorrichtung der Welle auf der Hauptwelle mit einem elektronischen System verbunden werden, um sowohl die Drehungen im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn zu zählen, um für die Auflösung der Mehrdeutigkeit zu sorgen. Aufgrund von Nachteilen bei diesen Systemen, wie z.B. einem mechanischen Spiel im Falle eines mechanischen Untersetzungssystems und aufgrund der Notwendigkeit von zusätzlichen, komplexen Schaltungen für elektronische Systeme, besteht in der Technik die Nachfrage für ein einfaches System zum unzweideutigen Erfassen der Position einer Mehrfachdrehungswelle.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Wellenpositionssensor zum Ermitteln der Position einer Mehrfachdrehungswelle. Solche Mehrfachdrehungswellen werden zum Beispiel bei dem Lenkrad eines Fahrzeugs eingesetzt. Diese Erfindung arbeitet in zwei Schritten.
  • Zuerst wird die Drehung der Mehrfachdrehungswelle in eine lineare Bewegung umgewandelt. Dies wird unter Verwendung einer Mehrfachdrehungsschraube und einer sich nicht drehenden Mutter eueicht. Die sich nicht drehende Mutter ist auf der Mehrfachdrehungsschraube gelagert, die sich in der gleichen Weise wie die Welle dreht, deren Position ermittelt werden soll. Die Mehrfachdrehungsschraube verursacht eine lineare Bewegung der sich nicht drehenden Mutter.
  • Als zweites wird diese lineare Bewegung in ein elektrisches Wellenpositionssignal umgewandelt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet dies infolge eines sich verändernden Magnetflusses statt. Ein Magnet, der vorzugsweise ein Permanentmagnet ist, wird auf der sich nicht drehenden Mutter angebracht und bewegt sich mit der linearen Bewegung der sich nicht drehenden Mutter. Die lineare Bewegung des Magneten wird unter Verwendung einer oder mehrerer magnetischer Widerstandsanordnungen in ein elektrisches Signal umgewandelt.
  • Bei einer ersten Ausführungsform wird eine einzelne magnetische Widerstandsanordnung eingesetzt. Jeweils eine Flußplatte ist auf jeder Seite der linearen Bahn des Magneten angeordnet. Diese Flußplatten sind mit einem engen Spalt gegenüber einem Ende der linearen Bahn des Magneten ausgebildet. Die einzelne magnetische Widerstandsanordnung ist in diesem engen Spalt angeordnet. Der magnetische Fluß von dem Magneten, wie er von der magnetischen Widerstandsanordnung in dem engen Spalt zwischen den Flußplatten erfaßt wird, verändert sich mit der Position des Magneten entlang der linearen Bahn. Eine elektrische Schaltungsanordnung mißt den Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung, wobei dieser Widerstand mit dem Magnetfluß variiert, und sie erzeugt ein elektrisches Positionssignal, das kennzeichnend für die Drehposition der Mehrfachdrehungswelle ist.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform werden zwei magnetische Widerstandsanordnungen eingesetzt. Die zwei Flußplatten sind mit zwei engen Spalten ausgebildet, einer an jedem Ende der linearen Bahn des Magneten. Die magnetischen Widerstandsanordnungen sind in den entsprechenden engen Spalten angeordnet. Der Magnetfluß von dem Magneten, wie er von jeder der magnetischen Widerstandsanordnungen erfaßt wird, variiert mit der Position des Magneten entlang der linearen Bahn. Die elektrische Schaltungsanordnung mißt die Widerstandsdifferenz zwischen den zwei magnetischen Widerstandsanordnungen. Diese Widerstandsdifferenz variiert mit der Position des Magneten. Die elektrische Schaltungsanordnung erzeugt das dieser Widerstandsdifferenz entsprechende Positionssignal.
  • Lineares Ansprechen kann durch verschiedene Techniken erreicht werden. Ein Flußnebenschluß ist zwischen der Position einer magnetischen Widerstandsanordnung und der Bahn des Magneten angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, daß der Magnetfluß durch die magnetische Widerstandsanordnung in erster Linie aufgrund des Flusses durch die zwei Flußplatten verursacht wird, und nicht aufgrund des Nahfelds des Magneten. Der Abstand der Flußplatten von der linearen Bahn des Magneten wird gesteuert, um ein lineares Widerstandsansprechverhalten bei der oder bei den magnetischen Widerstandsanordnung(en) zu bewirken. Dadurch wird der Magnetfluß von dem Magneten in den Flußplatten größer oder kleiner, wenn der Abstand größer oder kleiner ist. Eine dritte Methode zur Erzeugung eines linearen Ansprechverhaltens besteht darin, die magnetische Permeabilität der Flußplatten In Abhängigkeit von der Position entlang der linearen Bahn zu variieren. Diese Veränderung der magnetischen Permeabilität kann am leichtesten erreicht werden, indem die Dicke der Flußplatten variiert wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen Aspekte und Aufgaben der vorliegenden Erfindung können aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen verstanden werden, wobei:
  • Figur 1 die Methode zur Umwandlung der Bewegung der Mehrfachdrehungswelle in eine lineare Bewegung veranschaulicht;
  • Figur 2 die magnetischen Komponenten einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der eine einzelne magnetische Widerstandsanordnung benutzt wird;
  • Figur 3 die elektrische Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • Figur 4 die magnetischen Komponenten einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der zwei magnetische Widerstandsanordnungen eingesetzt werden; und
  • Figur 5 die elektrische Schaltungsanordnung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Figur 1 veranschaulicht den mechanischen Teil der vorliegenden Erfindung, der die Mehrfachdrehungsbewegung der Welle in eine lineare Bewegung umwandelt. Eine Mehrfachdrehungswelle 10 ist mechanisch mit der Welle verbunden, deren Position ermittelt werden soll. Diese Verbindung ist so ausgelegt, daß Übereinstimmung zwischen der Drehbewegung der Welle, deren Position ermittelt werden soll, und der Mehrfachdrehungswelle 10 sichergestellt ist. Es ist möglich, daß die Mehrfächdrehungswelle 10 als ein Teil der Welle ausgebildet ist, deren Position ermittelt werden soll. Alternativ könnte die Mehrfachdrehungswelle 10 über ein Getriebe- oder Riemensystem mit solch einer Welle verbunden sein.
  • Die Mehrfachdrehungswelle 10 beinhaltet ein Gewinde 15. An entsprechenden Enden des Gewindes 15 sind Endstopper 20 und 25 auf der Mehrfachdrehungswelle 10 angeordnet. Die Endstopper 20 und 25 verhindern, daß die sich nicht drehende Mutter 30 von den Enden des Gewindes 15 herunterläuft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Endstopper 20 und 25 dem erlaubten Bewegungsbereich der Welle, deren Position ermittelt werden soll. Ein Magnet 40 ist mit der sich nicht drehenden Mutter 30 über eine Welle 35 verbunden. Der Magnet 40 ist vorzugsweise ein Permanentmagnet.
  • Aus Figur 1 ist zu erkennen, daß die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird. Wenn sich die Mehrfachdrehungswelle 10 dreht, verursacht das Gewinde 15, daß die sich nicht drehende Mutter 30 zwischen den Endstoppem 20 und 25 linear bewegt. Dies bewirkt wiederum, daß sich der Magnet 40 entlang einer linearen Bahn 45 zwischen einem ersten Ende 43 und einem zweiten Ende 47 bewegt. Die lineare Bewegung des Magneten 40 wird dazu benutzt, ein elektrisches Positionssignal in einer Weise zu erzeugen, die unten detailliert beschrieben wird.
  • Figur 2 veranschaulicht die magnetischen Komponenten gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf jeder Seite der Bahn 45 des Magneten 40 befindet sich eine von zwei Flußplatten 50 und 55. Diese Flußplatten 50 und 55 umgeben die Bahn 45 des Magneten 40 von dem ersten Ende 43 bis zu den zweiten Ende 47. Die Mehrfachdrehungswelle 10, das Gewinde 15, die Endstopper 20 und 25 und die sich nicht drehende Mutter 30 sind in Figur 2 aus Gründen der Klarheit nicht veranschaulicht, obschon diese Teile unter den in Figur 2 veranschaulichten Flußplatten 50 und 55 liegen. Die Flußplaften 50 und 55 sind so angeordnet, daß sie zwischen sich einen engen Spalt 53 jenseits des ersten Endes 43 bilden. Eine magnetische Widerstandsanordnung 70 ist in diesem engen Spalt 53 angeordnet. Ein Flußnebenschluß 60 ist jenseits des ersten Endes 43 der Bahn 45 zwischen der magnetischen Widerstandsanordnung 70 und dem Magneten 40 angeordnet.
  • Die Position der Mehrfachdrehungswelle 10 wird durch Erfassen des Magnetflusses in dem engen Spalt 53 ermittelt. Die Flußplatten 50 und 55 und der Flußnebenschluß 60 sind aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, wie z.B. Stahl ausgebildet. Somit dienen die Flußplatten 50 und 55 und der Flußnebenschluß 60 dazu, zu bewirken, daß die magnetischen Feldlinien von dem Magneten 40 diesen Anordnungen folgen. Wie veranschaulicht in Figur 2 verändert sich der Abstand 57 zwischen der Bahn 45 und der Flußplatte 55 in Abhängigkeit von der Position entlang der Bahn 45. Der Abstand der Flußplatte 50 von der Bahn 45 verändert sich in gleicher Weise. Infolgedessen berühren eine größere Anzahl magnetischer Flußlinien von dem Magneten 40 die Flußplatten 50 und 55, wenn sich der Magnet 40 näher bei dem ersten Ende 43 der Bahn 45 befindet. Da die Flußplatten 50 und 55 aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet sind, folgen im wesentlichen alle jener Flußlinien, die die Flußplatten 50 und 55 berühren, diesen Flußplatten, und sie erscheinen infolgedessen über dem engen Spalt 53. Die magnefische Widerstandsanordnung 70 ist in dem engen Spalt 53 angeordnet, um die Größe des Magnetflusses zu ermitteln. Die magnetische Widerstandsanordnung 70 zeigt in Anwesenheit einer unterschiedlichen Magnetflußintensität einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand. Somit ist der Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung 70 ein Maß für die Position des Magneten 40 entlang der Bahn 45 und somit für die Position der Mehrfachdrehungswelle 10.
  • Der Flußnebenschluß 60 ist vorgesehen, um die Linearität des Ansprechverhaltens zwischen dem Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung 70 und der Position des Magneten 40 zu steigern. Der Flußnebenschluß 60 dient dazu, den Nahfeldmagnetismus von dem Magneten 40 abzublocken, damit er die magnetische Widerstandsanordnung 70 nicht direkt erreicht, das heißt ohne den Flußplatten 50 und 55 zu folgen. In der Abwesenheit des Flußnebenschlusses 60 würde Magnetfluß von dem Magneten 40 die magnetische Widerstandsanordnung 70 direkt von dem Magneten 40 erreichen, insbesondere dann, wenn sich der Magnet 40 nahe dem ersten Ende 43 befindet. Dieser direkte Einfluß von Magnetfluß würde zu einem nicht-linearen Ansprechverhalten des Widerstands der magnetischen Widerstandsanordnung 70 auf die Stellung des Magneten 40 führen.
  • Eine zusätzliche Einstellung der Linearität kann über den Abstand 57 zwischen der Bahn 45 und den Flußplatten 50 und 55 vorgenommen werden. Die Form des Auseinanderlaufens der Flußplatten 50 und 55 bestimmt die Beziehung zwischen der Stellung des Magneten 40 entlang der Bahn 45 und dem über dem engen Spalt 53 auftretenden Fluß. Es ist möglich, ein nicht-lineares Auseinanderlaufen der Flußplatten 50 und 55 vorzusehen, um die Nichtlinearität des Ansprechens der magnetischen Widerstandsanordnung 70 auf Magnetfluß auszugleichen.
  • Figur 3 veranschaulicht in schematischer Form die elektrische Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Widerstands der magnetischen Widerstandsanordnung 70. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die magnetische Widerstandsanordnung als eine Wheatstone-Brücke ausgebildet. Dies ermöglicht eine größere Empfindlichkeit gegenüber jeglichen durch Veränderungen der magnetischen Felder verursachten Änderungen des Widerstandes. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Konstantstromquelle 100 eingesetzt, um die gegenüberliegenden Zweige 2 und 4 der Wheatstone-Brücke der magnetischen Widerstandsanordnung 70 zu versorgen. Die über die anderen zwei Zweige 1 und 3 auftretende Spannungsdifferenz wird gemessen. Die Spannung bei Zweig 1 wird an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 110 angelegt, und die Spannung bei Zweig 3 wird an den nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 110 angelegt. Der Operationsverstärker 110 liefert somit an einem Ausgang 115 ein Maß für den differentiellen Widerstand in der magnetischen Widerstandsanordnung 70.
  • Figur 4 veranschaulicht die magnetischen Komponenten gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der zwei magnetische Widerstandsanordnungen eingesetzt werden. Auf jeder Seite der Bahn 45 des Magneten 40 befinden sich eine von zwei Flußplatten 51 und 56. Diese Flußplatten 51 und 56 sind ähnlich den in Fig. 2 veranschaulichten Flußplatten 50 und 55. Die Flußplatten 51 und 56 sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen die Bahn 45 des Magneten 40 umgeben. Die Flußplatten 51 und 56 bilden zwischen einander einen ersten engen Spalt 54 jenseits des ersten Endes 43 und einen zweiten engen Spalt 58 jenseits des zweiten Endes 47. Eine erste magnetische Widerstandsanordnung 71 ist in dem ersten engen Spalt 54 angeordnet und eine zweite magnetische Widerstandsanordnung 73 ist in dem zweiten engen Spalt 58 angeordnet. Eine erster Flußnebenschluß 61 ist jenseits des ersten Endes 43 der Bahn 45 zwischen der ersten magnetischen Widerstandsanordnung 71 und dem Magneten 40 angeordnet. In gleicher Weise ist ein zweiter Flußnebenschluß 63 jenseits des zweiten Endes 47 zwischen der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung 73 und dem Magneten 40 angeordnet.
  • Die Position der Mehrfachdrehungswelle 10 wird ermittelt, indem der Magnetfluß in den engen Spalten 54 und 58 ermittelt wird. Die Flußplatten 51 und 56 und die Flußnebenschlüsse 61 und 63 sind aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet, wie z.B. Stahl. Da die Flußplatten 51 und 56 im wesentlichen den Magneten 40 umgeben, tritt der Magnetfluß von dem Magneten 40 entweder über dem ersten engen Spalt 54 oder dem zweiten engen Spalt 58 auf. Die Summe der Magnetflüsse am ersten engen Spalt 54 und am zweiten engen Spalt 58 ist im wesentlichen konstant. Die Differenz der Magnetflüsse zwischen dem Magnetfluß am ersten engen Spalt 54 und dem Magnetfluß am zweiten engen Spalt 58 ist jedoch kennzeichnend für die Position entlang der Bahn 45 des Magneten 40. Somit ist die Differenz des elektrischen Widerstandes zwischen dem Widerstand der ersten magnetischen Widerstandsanordnung 71 und dem Widerstand der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung 73 ein Maß für die Position des Magneten 40 entlang der Bahn 45 und somit für die Position der Mehrfachdrehungswelle 10.
  • Das lineare Ansprechverhalten kann in der gleichen Weise gesteuert werden, wie zuvor in Verbindung mit Figur 2 beschrieben wurde. Insbesondere sind ein erster Flußnebenschluß 61 und ein zweiter Flußnebenschluß 63 vorgesehen, um die erste magnetische Widerstandsanordnung 71 bzw. die zweite magnetische Widerstandsanordnung 73 gegenüber direktem Magnetfluß von dem Magneten 40 abzuschirmen. Figur 4 veranschaulicht auch die veränderliche Dicke 59 der Flußplatte 56, die für eine zusätzliche Linearitätssteuerung sorgen kann. Die Variation der Dicke 59 der Flußplatten 51 und 56 ist ein Mittel zur Steuerung der magnetischen Permeabilität dieser Flußnebenschlüsse als eine Funktion der Position entlang der Bahn 45. Solch eine Steuerung der magnetischen Permeabilität schafft ein zusätzliches Mittel für die Einstellung des linearen Ansprechverhaltens des Sensors.
  • Figur 5 veranschaulicht schematisch die elektrische Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Differenz des elektrischen Widerstandes zwischen der ersten magnetischen Widerstandsanordnung 71 und der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung 73 und somit zum Ermitteln der Position der Mehrfachdrehungswelle 10. Eine Konstantstromquelle 120 versorgt die erste magnetische Widerstandsanordnung 71, die wiederum mit einem Operationsverstärker 130 verbunden ist. Ebenso versorgt eine Konstantstromquelle 125 die zweite magnetische Widerstandsanordnung 73, die mit einem Operationsverstärker 135 verbunden ist. Diese magnetischen Widerstandsanordnungen sind in der gleichen Weise wie veranschaulicht in Figur 3 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 130, der den Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung 71 darstellt, ist mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 140 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 135, der den Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung 73 darstellt, ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 140 verbunden. Der Operationsverstärker 140 bildet die Differenz dieser beiden Signale. Wenn der Magnet 40 angetrieben wird, um sich der einen oder der anderen der magnetischen Widerstandsanordnungen 71 oder 73 zu nähern, steigt das Signal jener Anordnung an, während das Signal der anderen magnetischen Widerstandsanordnung, von der sich der Magnet 40 wegbewegt, proportional abnimmt. Somit repräsentiert das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 140, das an dem Ausgang 145 erscheint, die Position des Magneten 40 entlang der Bahn 45 und somit die Position der Mehrfachdrehungswelle 10.

Claims (16)

1. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor zum Ermitteln der Position einer Mehrfachdrehungen ausführenden Welle, mit:
einer Mehrfachdrehungsschraube (15), die so angeordnet ist, daß sie sich zusammen mit der Mehrfachdrehungswelle (10) dreht;
einer sich nicht drehenden Mutter (30), die auf der Mehrfachdrehungsschraube (15) für eine lineare Bewegung in Abhängigkeit von der Drehung der Mehrfachdrehungsschraube (15) gelagert ist;
einem Magneten (40), der auf der sich nicht drehenden Mutter (30) für eine lineare Bewegung entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn (45) von einem ersten Ende (43) zu einem zweiten Ende (47) zusammen mit der linearen Bewegung der sich nicht drehenden Mutter (30) angeordnet ist;
zwei Flußplatten (50, 55) aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, die an gegenüberliegenden Seiten der Bewegungsbahn (45) des Magneten (40) angeordnet sind und zwischen sich einen engen Spalt (53) gegenüber dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) aufweisen;
einer in dem engen Spalt (53) zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) sitzenden magneüschen Widerstandsanordnung (70), die einen von dem sie durchsetzenden Magnetfluß abhängigen elektrischen Widerstand hat; und
einer mit der magnetischen Widerstandsanordnung (70) verbundenen elektrischen Schaltungsanordnung (100) zum Messen des elektrischen Widerstandes der magnetischen Widerstandsanordnung (70) und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachdrehungswelle kennzeichnenden Positionssignals, das proportional dem elektrischen Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung ist.
2. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Mehrfachdrehungswelle (10) mit einem Fahrzeuglenkrad verbunden ist und das Positionssignal die Position des Lenkrades anzeigt.
3. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Magnet (40) ein Permanentmagnet ist.
4. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 1, ferner versehen mit:
einem Flußnebenschluß (60) aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, der zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) gegenüber dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) angeordnet ist, um die magnetische Widerstandsanordnung (70) gegen unmittelbare Magnetfelder von dem Magneten (40) abzuschirmen, wodurch der die magnetische Widerstandsanordnung (70) durchsetzende Magnetfluß in erster Linie von den beiden Flußplatten (50, 55) stammt.
5. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei:
die beiden Flußplatten (50, 55) einen gegenseitigen Abstand haben, der für Teile der beiden Flußplatten, die von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) weiter entfernt sind, zunimmt, wodurch der Magnetfluß von dem Magneten (40) innerhalb des engen Spalts (53) am größten ist, wenn sich der Magnet nahe dem ersten Ende der Bewegungsbahn befindet.
6. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 5, wobei:
der Abstand zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) derart variiert, daß der elektrische Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung (70) sich mit dem Abstand des Magneten (40) von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) linear ändert.
7. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei:
die magnetische Permeabilität der beiden Flußplatten (50, 55) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) derart variiert, daß der elektrische Widerstand der magnetischen Widerstandsanordnung (70) sich mit dem Abstand des Magneten (40) von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) linear ändert.
8. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 7, wobei:
die magnetische Permeabilität der beiden Flußplatten (50, 55) durch Variieren der Dicke (59) der Flußplatten (50, 55) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) geändert wird.
9. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor zum Ermitteln der Position einer Mehrfachdrehungen ausführenden Welle, mit:
einer Mehrlachdrehungsschraube (15) die so angeordnet ist, daß sie sich zusammen mit der Mehrfachdrehungswelle (10) dreht;
einer sich nicht drehenden Mutter (30), die auf der Mehrfachdrehungsschraube (15) für eine lineare Bewegung in Abhängigkeit von der Drehung der Mehrfachdrehungsschraube (15) gelagert ist;
einem Magneten (40), der auf der sich nicht drehenden Mutter (30) für eine lineare Bewegung entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn (45) von einem ersten Ende (43) zu einem zweiten Ende (47) zusammen mit der linearen Bewegung der sich nicht drehenden Mutter (30) angeordnet ist;
zwei Flußplatten (51, 56) aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, die an gegenüberliegenden Seiten der Bewegungsbahn (45) des Magneten (40) angeordnet sind und zwischen sich einen ersten engen Spalt (54) gegenüber dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) sowie einen zweiten engen Spalt (58) gegenüber dem zweiten Ende (47) der Bewegungsbahn (45) aufweisen;
einer in dem ersten engen Spalt (54) zwischen den beiden Flußplatten (51, 56) sitzenden ersten magnetischen Widerstandsanordnung (71), die einen von dem sie durchsetzenden Magnetfluß abhängigen elektrischen Widerstand hat;
einer in dem zweiten engen Spalt (58) zwischen den beiden Flußplatten (51, 56) sitzenden zweiten magnetischen Widerstandsanordnung (73), die einen von dem sie durchsetzenden Magnetfluß abhängigen elektrischen Widerstand hat; und
einer mit der ersten und der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung (71, 73) verbundenen elektrischen Schaltungsanordnung (Fig. 5), zum Messen des elektrischen Widerstandes der ersten und zweiten magnetischen Widerstandsanordnungen (71, 73) und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachdrehungswelle (10) kennzeichnenden Positionssignals, das proportional der Differenz zwischen dem elektrischen Widerstand der ersten magnetischen Widerstandsanordnung (71) und dem elektrischen Widerstand der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung (73) ist.
10. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 9, wobei die Mehrfachdrehungswelle (10) mit einem Fahrzeuglenkrad verbunden ist und das Positionssignal die Position des Lenkrades anzeigt.
11. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 9, wobei der Magnet (40) ein Permanentmagnet ist.
12. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 9, ferner versehen mit:
einem ersten Flußnebenschluß (6l) aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, der zwischen den beiden Flußplatten (51, 56) gegenüber dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) angeordnet ist, um die erste magnetische Widerstandsanordnung (71) gegenüber direkten Magnetfeldern von dem Magneten (40) abzuschirmen, so daß der die erste magnetische Widerstandsanordnung (71) durchsetzende Magnetfluß hauptsächlich von den beiden Flußplatten (51, 56) stammt; und
einem zweiten Flußnebenschluß (63) aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität, der zwischen den beiden Flußplatten (51, 56) gegenüber dem zweiten Ende (47) der Bewegungsbahn (45) angeordnet ist, um die zweite magnetische Widerstandsanordnung (73) gegenüber direkten Magnetfeldern von dem Magneten (40) abzuschirmen, so daß der die zweite magnetische Widerstandsanordnung (73) durchsetzende Magnetfluß hauptsächlich von den beiden Flußplatten (51, 56) stammt.
13. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 9, wobei:
der Abstand zwischen den beiden Flußplatten (51, 56) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) derart variiert, daß die Differenz zwischen dem elektrischen Widerstand der ersten magnetischen Widerstandsanordnung (71) und dem elektrischen Widerstand der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung (73) sich in Abhängigkeit von dem Abstand des Magneten (40) von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) linear ändert.
14. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 9, wobei:
die magnetische Permeabilität der beiden Flußplatten (51, 56) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) derart variiert, daß sich die Differenz zwischen dem elektrischen Widerstand der ersten magnetischen Widerstandsanordnung (71) und dem elektrischen Widerstand der zweiten magnetischen Widerstandsanordnung (73) in Abhängigkeit von dem Abstand des Magneten (40) von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbahn (45) linear ändert.
15. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor nach Anspruch 14, wobei:
die magnetische Permeabilität der beiden Flußplatten (51, 56) durch Ändern der Dicke (59) der Flußplatten (51, 56) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Ende (43) der Bewegungsbalm (45) variiert wird.
16. Mehrfachdrehungswellen-Positionssensor zum Ermitteln der Position einer Mehrfachdrehungen ausführenden Welle, mit:
einem Magneten (40) zum Erzeugen von Magnetfluß;
einer mit der Mehrfachdrehungswelle (10) und dem Magneten (40) verbundenen Anordnung (30) zum Umsetzen der Mehrfachdrehungsbewegung der Mehrfachdrehungswelle (10) in eine lineare Bewegung des Magneten (40) entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn (45);
mindestens einer magnetischen Widerstandsanordnung (70), die so angeordnet ist, daß sie den Magnetfluß von dem Magneten (40) aufhimmt, der sich in Abhängigkeit von der Stellung des Magneten (40) entlang der Bewegungsbahn (45) ändert, wobei die mindestens eine magnetische Widerstandsanordnung (70) einen von der Größe des aufgenommenen Magnetflusses abhängigen elektrischen Widerstand hat;
einer mit der mindestens einen magnetischen Widerstandsanordnung (70) verbundenen elektrischen Schaltungsanordnung (100) zum Messen des elektrischen Widerstandes der mindestens einen magnetischen Widerstandsanordnung (70) und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachdrehungswelle (10) kennzeichnenden Positionssignals, das proportional dem elektrischen Widerstand der mindestens einen magnetischen Widerstandsanordnung (70) ist.
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