EP3837518A1 - Drehmomentsensorvorrichtung, verfahren zum bestimmen eines drehmoments, stator und statoranordnung - Google Patents

Drehmomentsensorvorrichtung, verfahren zum bestimmen eines drehmoments, stator und statoranordnung

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Publication number
EP3837518A1
EP3837518A1 EP19742745.3A EP19742745A EP3837518A1 EP 3837518 A1 EP3837518 A1 EP 3837518A1 EP 19742745 A EP19742745 A EP 19742745A EP 3837518 A1 EP3837518 A1 EP 3837518A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
tabs
sensor device
magnetic
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.)
Pending
Application number
EP19742745.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ekkehart Fröhlich
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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 Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP3837518A1 publication Critical patent/EP3837518A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means

Definitions

  • Torque sensor device method for determining a torque
  • the invention relates to a torque sensor device for detecting a torque applied to a shaft, in particular for detecting a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle, the torque sensor device having a magnet arrangement, a stator arrangement and a magnet sensor arrangement.
  • the invention further relates to a method for determining a torque applied to a shaft by means of a torque sensor device.
  • the invention relates to a stator and a stator arrangement for a torque sensor device.
  • Generic torque sensor devices in particular for steering shafts of motor vehicles, are known in principle from the prior art, for example from DE 10 2013 006 379 A1 or EP 1 269 133 B1.
  • Torque sensor devices of this type are used, for example, in electric steering systems in order to control the electric drive motor of the steering system based on a steering torque applied by a driver, for example in order to provide appropriate steering assistance.
  • Torque sensor devices are generally used for this purpose in connection with an axially split shaft and with a torsion bar with a defined, known torsional rigidity, the torsion bar connecting a first part of the axially split shaft to a second part of the axially split shaft.
  • a magnet arrangement with at least one magnetic element is connected to the first part of the steering shaft in a rotating test
  • a stator arrangement with one or more magnetically conductive stators is rotationally connected to the second part of the shaft, the stator arrangement being arranged concentrically around the magnet arrangement, in particular the magnet element, as a rule in the radial direction with a small air gap in between.
  • the stator arrangement which usually comprises two separate stators, each with an annular disk-shaped region, the magnetic flux of a magnetic field generated by the magnet arrangement can be converted into a magnetic sensor arrangement with at least one
  • Magnetic sensor such as a Hall sensor, are routed and evaluated.
  • the magnet arrangement connected to the first part of the shaft in particular its magnetic element, is moved by a rotational movement of the shaft relative to the stator arrangement connected to the second part of the shaft, the magnetic flux density in the stator arrangement changes, in particular in the individual ones
  • Stators which can be detected by means of the magnetic sensor arrangement.
  • the change in the magnetic flux density in the stator arrangement depends, inter alia, on the size of the relative movement of the magnet arrangement, in particular the respective magnetic elements, with respect to the stator arrangement, in particular with respect to the individual stators, i.e. from the angle of rotation.
  • the twist angle can thus be inferred from the change in the detected flux density, and the twist angle in turn can be used to determine the torque applied to the shaft with knowledge of the torsional rigidity of the torsion bar.
  • a further magnetic field for example a magnetic field of a further sensor device or one in the vicinity of the
  • Torque sensor device existing, for example from nearby electrical machines, such as electric motors or generators, or High-current lines, generated magnetic interference field, there may be an, in particular undesirable, influence on the flux transmitted to the magnetic sensor device, in particular a change in the transmitted flux density generated by the magnetic interference field, which leads to an incorrect, but plausible and therefore not recognized as faulty sensor signal leads to an incorrect torque value as a result.
  • US 2016/0091574 A1 proposes to provide at least one additional magnetic element that is arranged symmetrically to the magnetic element of the further sensor device in order to compensate for the influence of the magnetic field of the magnetic element of the further sensor device on the actual sensor device.
  • this requires knowledge of the direction of the interfering magnetic field.
  • An object of the invention is to provide an alternative, in particular an improved,
  • Torque sensor device with a reduced influence of at least one external magnetic interference field present in the vicinity of the torque sensor device on a torque value to be determined. Another object is to provide an alternative, in particular improved, method for determining a torque applied to a shaft as well as an alternative, in particular improved stator and an alternative, in particular improved stator arrangement, for an alternative, in particular improved torque sensor device.
  • a torque sensor device for detecting a torque applied to a shaft, in particular for detecting one on a shaft
  • the torque applied to the steering shaft of a motor vehicle has a magnetic arrangement, a stator arrangement and a magnetic sensor arrangement, wherein the magnet arrangement is designed to generate at least one magnetic field, wherein a magnetic flux can be generated in the stator arrangement, and wherein the
  • Magnet arrangement and the stator arrangement are movable relative to each other in the circumferential direction.
  • the magnet arrangement and the stator arrangement are designed and arranged relative to one another such that a relative magnetic movement between the magnet arrangement and the stator arrangement in the circumferential direction about a center axis of the torque sensor device in the stator arrangement can produce a first magnetic flux with a first magnetic flux direction and, in particular simultaneously, a second magnetic flux with a second flow direction opposite to the first flow direction.
  • the stator arrangement is designed to handle the first magnetic flux generated in the stator arrangement and the second generated in the stator arrangement
  • the magnetic sensor arrangement of a torque sensor device comprises a first magnetic sensor and to detect the second magnetic flux a second magnetic sensor.
  • Torque sensor device the magnet arrangement and the stator arrangement are designed and arranged relative to one another such that the generated first
  • magnetic flux and the second magnetic flux have the same amount or strength, i.e. are the same size, and only in opposite
  • Torque in particular for detecting a on a steering shaft
  • a torque sensor device is preferably designed to detect a torque applied to a shaft, the shaft having a first part and a second part rotatable relative to the first part, and in particular the first part and the second part of the shaft being connected to one another by means of a torsion bar are.
  • An invention is preferred
  • Torque sensor device is designed to detect the rotation of the first part of the shaft relative to the second part of the shaft.
  • Torsional stiffness of the torsion bar of the shaft can be used to determine the applied torque from the detected rotation of the shaft.
  • the magnet arrangement preferably has and is at least one magnetic element for generating at least one magnetic field, in particular the at least one
  • Magnet element of the magnet arrangement in particular can be arranged concentrically to the shaft, i.e. such that the center axis of the torque sensor device with the
  • Axis of rotation of the shaft is aligned, wherein the magnet arrangement, in particular the at least one magnet element of the magnet arrangement, can in particular be connected to a first part of the shaft in a rotational test.
  • the at least one magnet element of the magnet arrangement is preferably a permanent magnet, in particular a completely closed ring magnet or a ring magnet-like magnet that is almost closed in the circumferential direction, the magnet element in particular having a plurality of ring magnet segments of opposite polarity or corresponding pole pairs, each with in the circumferential direction
  • opposite polarity are arranged adjacent to each other, in particular two adjacent sections of opposite polarity form a pair of poles.
  • the number of pole pairs in the circumferential direction particularly preferably corresponds to the number of tabs of the first and / or the second stator.
  • magnet arrangement has one or more further magnetic elements, these are particularly preferably likewise configured as described above and in particular are arranged concentrically with the at least one magnetic element.
  • a “ring magnet-like magnet” is understood here to mean a magnet, in particular a permanent magnet which, although not completely closed in the circumferential direction, is designed in such a way that it is almost
  • the stator arrangement can preferably also be arranged concentrically to the shaft and in particular can be connected to a second part of the shaft in a rotational test.
  • the stator arrangement is in particular arranged at least partially concentrically to the magnet arrangement, in particular to the at least one magnet element, the stator arrangement in particular being arranged at least partially around the outside of the magnet arrangement, preferably around the at least one magnet element and in particular with a defined air gap therebetween.
  • the stator arrangement serves, in particular, and is preferably designed to conduct a magnetic flux of the magnetic field generated by the magnet arrangement to the magnetic sensor arrangement.
  • the torque sensor device has in particular at least one flux conductor, preferably at least two flux conductors arranged in parallel and at a distance from one another. This enables better resolution and thus better accuracy of the torque sensor device to be achieved.
  • At least one of the flux conductors is preferably arranged on the stator arrangement and is either attached directly to the stator arrangement or indirectly via a holder.
  • the flux conductor or flux conductors can also be arranged on a housing of the torque sensor device.
  • At least one magnetic sensor is in particular a simple Hall sensor with which a magnetic flux density of a magnetic field running perpendicular to the sensor surface of the Hall sensor or a portion of the magnetic flux density running perpendicular to the sensor surface of the magnetic field can be detected, with particular preference at least the first magnetic sensor, in particular all the magnetic sensors of the first
  • Receiving device are arranged fixed to the housing, i.e. stationary or stationary with respect to the rotatable shaft.
  • the torque sensor device in particular also has a control device which is designed to, depending on the magnetic fluxes detected by means of the magnetic sensor arrangement, switch one to the other
  • Torque sensor device functionally connected shaft to determine a torque applied to the shaft.
  • the inventive design of the torque sensor device and the magnetic fluxes generated in this way in opposite directions make it possible to easily differentiate the sensor signals generated by the magnetic sensor arrangement, in particular by forming a difference between a first sensor signal generated by the first magnetic sensor and a second one generated by the second magnetic sensor Sensor signal, a magnetic interference flow, that is in the direction of the first magnetic flux or the second magnetic flux, ie in the direction of a sensor useful signal that characterizes a torque value, works out, in particular in the middle.
  • the stator arrangement has in particular a first stator, a second stator and a third stator, which are each arranged concentrically to one another along the center axis, the third stator in the axial direction, based on the center axis of the stator arrangement, is arranged between the first stator and the second stator, with a relative movement between the magnet arrangement and the stator arrangement in the circumferential direction producing the first magnetic flux with the first magnetic flux direction between the first stator and the third stator in the stator arrangement and, in particular simultaneously, the second magnetic flux can be generated in the stator arrangement with the second flow direction opposite the first flow direction between the second stator and the third stator.
  • an inventive stator has in particular a first stator, a second stator and a third stator, which are each arranged concentrically to one another along the center axis, the third stator in the axial direction, based on the center axis of the stator arrangement, is arranged between the first stator and the second stator, with a relative movement
  • the magnet arrangement and the stator arrangement are in particular designed and arranged relative to one another such that the first magnetic flux and the second magnetic flux are each generated in such a way that the first direction of flow and the second direction of magnetic flux run counter to one another and in each case parallel to the center axis of the stator arrangement.
  • Torque sensor device in particular one designed to compensate for an external interference field acting in the direction of flow of a useful signal
  • the first and / or the second stator has in particular one
  • annular disc-shaped stator body and extending from this in an axial direction tabs, the tabs are arranged distributed in particular in the circumferential direction, in particular evenly distributed with spacing gaps between them.
  • the stator body of the first and / or the second stator in particular each has a radially inner edge and a radially outer edge, the tabs extending in particular from the radially inner edge of the annular disk-shaped stator body, in particular all to the same side, ie in the same direction.
  • the first stator and the second stator in particular each comprise an annular disk-shaped stator body and tabs which differ from the associated one
  • Each stator body extends in an axial direction, the first stator and the second stator being designed and arranged such that the tabs of the first stator and the second stator each extend in the axial direction from the associated stator body in the direction of the third stator.
  • the “axial” directional reference relates to a direction parallel to the axis of rotation of the shaft or to a direction parallel to the center axis of the torque sensor device, the directional indication "Circumferential direction” corresponding to a direction of rotation around this axis of rotation or center, the direction “radial” to a direction that is perpendicular to the axial and circumferential direction.
  • the indication of direction “tangential” refers accordingly to a direction which is perpendicular to the axial direction and the radial direction.
  • the third stator comprises in particular a stator ring and first plates and second plates, the first plates and second plates each extending in opposite axial directions away from the stator ring of the third stator.
  • the first tabs extend in particular in a first axial direction away from the stator ring and the second tabs in a second axial direction opposite to the first axial direction away from the stator ring.
  • first tabs and the second tabs of the third stator are in particular each arranged distributed in the circumferential direction, in particular evenly and with spacing gaps between them.
  • the third stator has in particular a double number of tabs compared to the first stator and the second stator, but in particular in each case an equal number of first and second tabs. That the number of the first tabs of the third stator preferably corresponds to the number of tabs of the first stator and / or the number of tabs of the second stator, the number of tabs of the first stator and the number of tabs of the second stator being in particular the same.
  • first tabs and the second tabs of the third stator are in particular arranged at least partially offset from one another in the circumferential direction, in particular in each case completely offset from one another.
  • the first tabs and the second tabs of the third stator are arranged in the circumferential direction in particular at least partially overlapping, preferably completely overlapping, in particular in alignment in the axial direction.
  • first tabs and the second tabs of the third stator are arranged alternately in the circumferential direction at least over part of the circumference of the stator, preferably over the entire circumference of the stator, in particular without overlap.
  • first tabs and second tabs can also be arranged to overlap in the circumferential direction, in particular in alignment in the axial direction.
  • stator is particularly simple and inexpensive to manufacture, in particular as a simple stamped and bent part, the tabs being punched out together with the stator body and then being able to be bent accordingly in the respective associated axial direction, for example first tabs. "up” and second tabs "down”.
  • the latter in particular in alignment, has the advantage that a
  • Magnet arrangement with constant polarity in the axial direction can be used, in particular a single, sleeve-shaped magnetic element with constant polarity in the axial direction, which extends over the axial length of the stator and has an alternating polarity in the circumferential direction, is sufficient to the in a torque sensor device according to the invention to generate the first magnetic flux and the second magnetic flux in opposite directions.
  • a magnetic element is particularly simple and therefore inexpensive to manufacture.
  • the first tabs of the third stator are arranged offset in particular in the circumferential direction from the tabs of the first stator and in particular intermeshingly engage in spacing gaps between the tabs of the first stator and / or the second tabs of the third stator are in The circumferential direction is offset from the tabs of the second stator and in particular intermeshingly engages in spacing gaps between the tabs of the second stator.
  • the first tabs of the third stator mesh with tabs of the first stator and the second tabs of the third stator preferably mesh with tabs of the second stator. In this way, a particularly compact arrangement of the stator arrangement in the axial direction can be achieved, as well as good forwarding of the magnetic flux.
  • the stator ring of the third stator is in particular formed by an annular disk-shaped stator body which is arranged concentrically to the center axis and extends in the radial direction, and the first tabs and the second tabs extend away from this stator body, in particular in
  • a torque sensor device can be formed in a particularly simple manner, in particular a torque sensor device that is particularly compact in the axial direction and requires only a few components.
  • the first tabs and the second tabs are in particular formed in one piece with the stator body. This enables a particularly compact and in some cases also weight-saving stator arrangement and requires a maximum of a few steps to assemble a torque sensor device according to the invention.
  • a torque sensor device can be formed in a particularly simple manner with such a stator.
  • the stator body of the third stator has in particular a radially inner edge and a radially outer edge, the first plates and the second plates in particular each extending away from the radially inner edge of the annular disk-shaped stator body, in particular in opposite axial directions.
  • a torque sensor device according to the invention can be formed in a particularly simple manner with such a stator.
  • the stator ring of the third stator comprises in particular a first annular disk-shaped stator body which is arranged concentrically to the center axis and extends in the radial direction and a second one which is arranged concentrically to the center axis and which is radial Direction-extending, annular disc-shaped stator body, wherein the first tabs of the third stator are connected to the first stator body, in particular are formed integrally / integrally therewith, and extend away from the first stator body, and wherein the second tabs of the third stator are connected to the second stator body are, in particular are integrally formed / integrally therewith, and extend away from the second stator body.
  • the first stator body and the second stator body are arranged at a distance from one another, in particular in the axial direction.
  • the third stator can also be formed by two stators, in particular two stators, which are each designed as a first stator or second stator and are arranged with their tabs facing away from each other. In this way, a torque sensor device can be provided in a simple manner, in particular on the basis of existing components or assemblies, which enables compensation of an external magnetic interference field.
  • Torque sensor device in particular two torque sensor assemblies arranged one above the other in the axial direction and known from the prior art, for example two identical ones, for example according to the torque sensor assemblies formed in DE 10 2013 006 379 A1 or EP 1 269 133 B1, each with at least one magnetic element, two Stator elements and at least one associated magnetic sensor, wherein the third stator each through the two neighboring ones middle stators is formed, wherein the two torque sensor assemblies are in particular designed and arranged such that a relative movement between the stator elements and the magnet of the respective assembly generates a magnetic flux that is transmitted to the associated magnetic sensor, and wherein the two assemblies each such and are arranged relative to one another such that, according to the invention, a first magnetic flux with a first direction of flow and, in particular simultaneously, a second magnetic flux with a second,
  • a torque sensor device can be provided in a simple manner, in particular on the basis of existing components or assemblies, which enables compensation of an external magnetic interference field.
  • the magnet arrangement has, in particular, a magnet element which extends in the axial direction, in particular over an entire axial length of the third stator, in particular along the first and the second tabs in the axial direction.
  • a torque sensor device can be provided which only requires one magnetic element.
  • a polarity of the magnet arrangement, in particular of the at least one magnet element is constant in the axial direction.
  • the magnetic element can be manufactured particularly easily and is therefore inexpensive.
  • the first tabs and the second tabs of the third stator are in each case aligned in the axial direction over the circumference, in particular in order to bring about the generation of the first magnetic flux and the second magnetic flux with opposite flux directions.
  • Torque sensor device in particular, a polarity of the magnet arrangement, in particular of the at least one magnetic element, is constant in the axial direction and the torque sensor device also has a third stator, the first tabs and second tabs of which are arranged so as to be completely overlapping in the circumferential direction, in particular in the axial direction, with the first tabs and the second tabs of the third stator overlap at least partially sections of different polarity, in particular in the circumferential direction.
  • the magnet arrangement has in particular a first section extending in the axial direction and a second section extending in the axial direction, with at least one position in FIG
  • Circumferential direction of the magnet arrangement in particular at any position in
  • the first section extends in particular in the axial direction along the first tabs of the third stator.
  • the second section extends in particular in the axial direction along the second tabs of the third stator.
  • this enables the production of the third stator as a stamped and bent part, which in this case has first and second tabs which are offset in the circumferential direction in order to produce the first magnetic flux and the second magnetic flux with opposite flux directions.
  • the magnet arrangement has in particular a first section extending in the axial direction and a second section extending in the axial direction, the polarity of the first axial section being at least at one position in the circumferential direction of the magnet arrangement, in particular at each position in the circumferential direction at this position is opposite to the polarity of the second axial section at this position, the torque sensor device further comprising a third stator, the first tabs and second tabs in FIG.
  • the circumferential direction are each arranged at least partially offset from one another, in particular in each case completely offset from one another, the first tabs and the second tabs of the third stator overlap portions of different polarity, in particular in the circumferential direction.
  • the first axial section and the second axial section adjoin one another in the axial direction and are in particular part of a common magnetic element, in particular part of an entire axial magnet axial length of the third stator extending magnetic element. This enables a particularly compact configuration in the axial direction to be achieved.
  • the magnet arrangement comprises a single magnetic element with two axial sections, each of which has poles arranged alternately in the circumferential direction, the two axial sections being arranged offset by one pole in the circumferential direction, so that always opposite in the axial direction Poles are adjacent, in particular adjacent to each other. This enables a particularly compact configuration in the axial direction to be achieved.
  • both magnetic sensors in particular a wired magnetic sensor with connecting pins, the magnetic sensor being arranged in the axial direction between the third stator and one of the other two stators and in particular being arranged in this way, that the connection pins point outwards in the radial direction.
  • connection pins are in particular at least one wired
  • Magnetic sensor soldered to a circuit board in particular to a circuit board which is arranged with its circuit board level parallel to the center axis of the stator arrangement or the torque sensor device.
  • Connection pins can also be connected to a lead frame, in particular inserted directly into it, in particular with a lead frame which is arranged with its lead frame plane parallel to the center axis of the stator arrangement. In this way, a compact arrangement and connection to a printed circuit board can be achieved with wired magnetic sensors.
  • At least one magnetic sensor of the magnetic sensor arrangement is an SMD magnetic sensor, the magnetic sensor being arranged in particular in the axial direction at the level of the third stator and in particular being arranged on a printed circuit board which is connected to it PCB level normal is arranged oriented to the center axis of the stator arrangement or the torque sensor device.
  • SMD magnetic sensor the magnetic sensor being arranged in particular in the axial direction at the level of the third stator and in particular being arranged on a printed circuit board which is connected to it PCB level normal is arranged oriented to the center axis of the stator arrangement or the torque sensor device.
  • SMD Surface-Mount Device
  • the torque sensor device has in particular a first one
  • At least one flux conductor is a stamped part or a
  • Stamped and bent part preferably all flow conductors. This enables a particularly simple, inexpensive and, in terms of geometry, flexible production of the flow conductors.
  • a torque sensor device in particular if the two magnetic sensors of the magnetic sensor arrangement are wired magnetic sensors, in particular the two flux conductors of the first flux conductor pair and / or the second flux conductor pair are each geometrically identical or identical parts, in particular all flux conductors being geometrically identical, are in particular identical parts.
  • a torque sensor device in particular at least one flux conductor of the first flux conductor pair and a flux conductor of the second pair of flux conductors of the same design or identical parts, in particular if the two magnetic sensors of the magnetic sensor arrangement are SMD magnetic sensors, in particular a first flux conductor of the first
  • Fluxleitertown with a first flux conductor of the second flux conductor pair is geometrically identical or as the same part and a second flux conductor of the first
  • the flux conductors of the first are in particular
  • the flux conductor pair is arranged in the axial direction between the third stator and the first stator and the flux conductor of the second flux conductor pair between the third stator and the second stator, the first magnetic sensor being arranged in particular between the two flux conductors of the first flux conductor pair and the second magnetic sensor in particular between the two flux conductors of the second pair of river conductors.
  • Magnetic sensor arrangement SMD magnetic sensors the flux conductors in particular each have a collecting surface and a tab that extends normal to the center axis and projects radially outward from the collecting surface, wherein
  • the collecting surface of the flux conductors extends in particular in each case normal to the center axis, ie in the radial direction and in the circumferential direction, with the collecting surface preferably being in the case of the first flux conductors and the tab in the axial direction is arranged in different planes, while in the second flow conductors the tab in particular lies in one plane with the associated collecting surface, the second flow conductors in particular L-shaped (tab arranged at the end of the collecting surface) or T-shaped (Tab arranged in the middle of the collecting surface) are formed.
  • the tab and the collecting surface are preferably connected by means of a connecting section extending in the axial direction in order to compensate for the offset between the different levels. In this way, a functionally advantageous but nevertheless simple configuration and arrangement of the flow conductors can be achieved.
  • the first flux conductor, in particular its collecting surface, of the first flux conductor pair is arranged in particular in the axial direction between the first stator and the third stator, and the associated second flux conductor, in particular its collecting surface, is arranged between the third stator and the second stator arranged.
  • the first flux conductor of the second pair of flux conductors, in particular its collecting surface is arranged in particular between the second stator and the third stator, and the associated second flux conductor in particular between the third stator and the first stator.
  • the two outer flux conductors or just one of them can be arranged in the axial direction outside the first or second stator.
  • one or more flux conductors can also have one or more others
  • the collecting surface of at least one flux conductor in particular all flux conductors, can be arranged as an alternative to the above-described configurations, each parallel to the center axis of the
  • Extend stator assembly i.e. in the circumferential direction and in the axial direction, in which case at least one collecting surface is formed by a ring segment or ring jacket segment which extends only partially over the circumference or by a ring segment or ring jacket segment which extends almost over the entire circumference or by a ring or ring jacket which is closed in the circumferential direction can.
  • a collecting surface of the first flux conductor of the first flux conductor pair projects in particular in the axial direction over the edge of the stator body of the first stator.
  • a collecting surface of the second flux conductor of the second flux conductor pair projects in particular in the axial direction over the edge of the stator body of the second stator.
  • the collecting surfaces of the second flux conductors of the first flux conductor pair and of the second flux conductor pair each protrude in particular in the axial direction over the edge of the stator ring of the third stator.
  • the second flow guides can also be combined to form a common flow guide and, in particular, be formed in one piece or integrally.
  • the flux densities in particular their
  • Changes caused by a relative movement between the magnet arrangement and the stator arrangement can be easily, at least partially, in some cases completely, a compensation of a disturbance which is caused by an external magnetic interference field present in the vicinity of the torque sensor device, when detecting a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle, in particular calculate it out or center it away.
  • the calculated difference is divided by the factor two before determining the torque applied to the shaft as a function of the difference calculated from the first sensor signal and the second sensor signal.
  • Torque sensor device an external, magnetic interference field can usually be assumed with sufficient approximation, this overlap equally on both useful fields.
  • a stator according to the invention for a torque sensor device for detecting a torque applied to a shaft, in particular for detecting a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle, in particular for a torque sensor device according to the invention, comprises a radial one
  • stator body Direction extending stator body and first tabs and second tabs, wherein the first tabs and second tabs each in opposite axial directions extend away from this stator body.
  • the first tabs and the second tabs are in particular formed in one piece with the stator body.
  • the stator body is designed in particular in the form of an annular disk and has a radially inner edge and a radially outer edge, the first tabs and the second tabs in particular each extending away from the radially inner edge of the annular disk-shaped stator body, in particular in
  • first tabs and the second tabs are each arranged at least partially offset from one another in the circumferential direction, in particular in each case completely offset from one another, or the first tabs and the second tabs are arranged at least partially overlapping in the circumferential direction, preferably completely overlapping , in particular in alignment in the axial direction.
  • Detection of a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle in particular for a torque sensor device according to the invention, has a first stator, a second stator and a third stator, which are each arranged concentrically to one another along a center axis, the third stator being in the axial direction with respect to the center axis is arranged between the first stator and the second stator, the third stator being designed according to the invention.
  • a torque sensor device according to the invention can be formed in a particularly simple manner.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Torque sensor device with a first embodiment of a stator arrangement according to the invention with a first embodiment of a stator according to the invention in perspective view
  • FIG. 2c shows the magnetic element of the torque sensor device from FIG. 2a in
  • FIGS. 1 and 2a shows the stator according to the invention from FIGS. 1 and 2a in a partial representation in
  • Fig. 3a shows a second embodiment of an inventive
  • Torque sensor device with a second embodiment of a stator arrangement according to the invention with a second embodiment of a stator according to the invention in perspective view
  • FIG. 3b shows the torque sensor device from FIG. 3a in a side view, but without the flux conductors
  • FIG. 3c shows the torque sensor device from FIG. 3a without the magnetic element
  • FIG. 3d shows the stator according to the invention from FIG. 3a in individual parts
  • Fig. 4 shows a third embodiment of an inventive
  • Torque sensor device with soldered to a circuit board
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment of an inventive
  • Fig. 6 shows a fifth embodiment of an inventive
  • Fig. 7 shows a sixth embodiment of an inventive
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a torque sensor device 10 according to the invention with a first embodiment of a stator arrangement 1 1 according to the invention with a first embodiment of a stator 1 1 C according to the invention in perspective view
  • the torque sensor device 10 for detecting a steering shaft of a motor vehicle, not shown here applied torque is formed and arranged concentrically with its center axis Z to the axis of rotation of the steering shaft and can be connected to the steering shaft in a manner known from the prior art, the steering shaft having a first part and a second part, each by means of a Torsion bar are connected in the axial direction and can be rotated relative to each other by applying a torque.
  • Torque sensor device 10 the twist can be detected and the torque applied to the shaft can be determined on the basis thereof.
  • the respective components preferably each have a circular contour.
  • Magnetic field is formed, can be connected to the first part of the steering shaft rotation test, while the stator arrangement 1 1 is designed for rotationally fixed connection to the second part of the steering shaft and via a not shown here
  • Stator holder can be connected to the second part of the steering shaft rotation test.
  • Torque sensor device 10 has a magnet arrangement with in this example a single magnet element 12, a stator arrangement 11 and a magnetic sensor arrangement 13.
  • the magnet arrangement in particular the magnet element 12, and the stator arrangement 11 are in the circumferential direction, i.e. about the center axis Z, movable relative to one another and designed according to the invention and arranged relative to one another such that by a corresponding relative movement, in particular as a result of a
  • a first magnetic flux F1 with a first magnetic flux direction is generated and a second magnetic flux F2 with a second flux direction opposite to the first flux direction (see FIG. 2a), the first flux using the first magnetic sensor 13A the
  • Magnetic sensor arrangement 13 can be detected and the second magnetic flux by means of the second magnetic sensor 13B.
  • the magnetic element 12 is arranged within the stator arrangement 11, in particular concentrically to this or the center axis Z of the stator arrangement
  • Torque sensor device 10 and with an air gap between them, the magnetic element 12 extending in the axial direction along the center axis Z almost over the entire length of the stator arrangement 1 1, which is only on the edges, 1, protrudes slightly upwards and slightly downwards over the magnetic element 12.
  • the magnetic element 12 can also be longer in the axial direction than the stator arrangement 11, that is to say above and / or below over the edges 11 A / 11 B
  • stator element 11 and magnetic element 12 have no effect on the symmetry of the components.
  • the stator arrangement 11 has a total of three stators, a first stator 11 A, a second stator 11 B and a third stator 11 C, which are likewise arranged concentrically to one another.
  • the third stator 1 1 C is arranged in the axial direction, based on the center axis Z, between the first stator 1 1 A and the second stator 1 1 B.
  • All three stators 1 1 A, 1 1 B, and 1 1 C each have an annular disk-shaped stator body R1, R2 or R3, and tabs L1, L2, L3-1 and L3-2 extending in the axial direction therefrom ,
  • the first stator 1 1 A has, just like the second stator 1 1 B with the tabs L2, tabs L1 which only extend in one direction, while the third stator 1 1 C according to the invention has first tabs L3-1, which are extend in a first axial direction away from the stator body R3, and second tabs L3-2, which extend away from the stator body R3 in an opposite axial direction.
  • the tabs L1 and L2 of the first stator 1 1 A and the second stator 1 1 B each extend in the direction of the third stator 1 1 C, the first tabs L3-1 of which extend in the direction of the first stator 1 1 A and whose second tabs L3-2 extend in the direction of the second stator 11B.
  • the individual tabs L1, L2, L3-1, L3-2 of the 3 stators 1 1 A, 1 1 B and 1 1 C are each distributed uniformly in the circumferential direction with corresponding ones
  • the first stator 1 1 A and the second stator 1 1 B each having 8 tabs which are evenly distributed in the circumferential direction, while the third stator 1 1 C has a total of 16 tabs L3-1 and L3-2,
  • first tabs L3-1 and 8 second tabs L3-2 see also FIGS. 2a, 2b and 2d.
  • the first tabs L3-1 and the second tabs L3-2 of the third stator 11 C are in this exemplary embodiment of a stator 11 C according to the invention
  • the circumferential direction is completely offset from one another and alternately.
  • the individual stators 1 1 A, 1 1 B and 1 1 C are arranged with respect to one another in such a way that the tabs L1 of the first stator 1 1 A and the first tabs L3-1 of the third stator 1 1 C mesh with one another, likewise the tabs L2 of the second stator 1 1 B and the second tabs L3-2 of the third stator 1 1 C.
  • the first magnetic sensor 13A is provided for detecting the first magnetic flux F1, which is generated between the first stator 1 1 C and the third stator 1 1 C, and for detecting the second magnetic flux F2, which is between the second stator 1 1 B and the third stator 1 1 C is generated, the second magnetic sensor 13B is provided, wherein in this embodiment, the two magnetic sensors 13A and 13B are respectively wired magnetic sensors 13A and 13B, which are used for electrical
  • Printed circuit board also have connection pins not shown in FIG. 1 (cf. FIG. 4: printed circuit board LP and connection pins 31).
  • flux conductors 14A, 14B, 15A and 15B are provided, each of which flux conductor pairs 14 and
  • first magnetic flux F1 is bundled and amplified by means of the first flux conductor pair 14 and directed to the first magnetic sensor 13A and by means of the second flux conductor pair 15 the second magnetic flux F2, which is detected by the second magnetic sensor 13B.
  • all four flux conductors 14A, 14B, 15A, 15B are identical, that is to say formed as identical parts, and each formed by rectangular, flat, plate-like segments which are arranged radially inside the ring-shaped stator bodies R1, R2 and R3, each with an axial one Distance between them and in each case between the two associated stators 1 1 A and 1 1 C or 1 1 B and 1 1 C.
  • one or more of the flux conductors 14A, 14B, 15A and 15B could also be used as arcuate segments, in particular with the stator bodies R1, R2 or R2 parallel edges.
  • the first magnetic sensor 13A and the second magnetic sensor 13B are sandwiched in the axial direction between the two associated flux conductors 14A and 14B or 15A and 15B of the respectively associated flux conductor pair 14 or 15 arranged.
  • FIG. 2a shows the torque sensor device 10 from FIG. 1 in a more detailed, also perspective view compared to FIG. 1, but without the
  • Magnetic sensors 13A and 13B by means of which in particular the design of the stator arrangement 11 with the interlocking tabs L1, L2, L3-1 and L3-2 and the magnetic element 12 can be recognized, especially in connection with FIGS. 2b to 2d.
  • FIG. 2b shows the torque sensor device 10 from FIG. 1 without the magnetic element 12
  • FIG. 2c shows the magnetic element 12 of the torque sensor device from FIG. 2a in individual parts
  • FIG. 2d shows the stator 11C from FIGS. 1 and 2a in individual parts in perspective View.
  • the magnetic element 12 in this exemplary embodiment is a closed ring magnet designed as a permanent magnet with two axial sections 12A and 12B, each with alternating polarity P1 and P2 in the circumferential direction, the two axial sections 12A and 12B are circumferentially offset from one another by a pole P1 and P2, respectively.
  • stator arrangement 11 In connection with the stator arrangement 11, in particular in connection with a third stator 11 C designed according to FIG. 2d with first lugs L3-1 and second lugs L3-2 arranged offset in the circumferential direction, causes a relative movement in the circumferential direction between the in the manner described above, the magnetic element 12 and the stator arrangement 1 1 that the first magnetic flux F1 and the second magnetic flux F2 each with
  • the respective orientation of the vectors of the magnetic fluxes F1 and F2 depends on the direction of the relative movement in the circumferential direction between the magnetic element 12 and the stator arrangement 11. The vectors of the magnetic fluxes F1 and F2 thus point away from one another in a first direction of relative movement and away from one another in a second direction.
  • 3a to 3b is a second embodiment of a torque sensor device 20 according to the invention with a second
  • Sensor device 20 shows a perspective view.
  • 3b shows the torque sensor device 20 in a side view, but without the flux conductors 14, 15 or 14A, 14B, 15A, 15B.
  • 3c shows the torque sensor device 20 in a side view, but in this case without the magnetic element 22 and
  • FIG. 3d shows the stator according to the invention from FIG. 3a in individual parts in a perspective view.
  • the magnetic element 22 has a constant polarity in the axial direction and the first tabs L3-1 and the second tabs L3-2 of the third stator 21 C are arranged in alignment in the circumferential direction.
  • the opposite first and second directions of flow also make it possible, as in the exemplary embodiment described above, to average out and thus calculate out a disturbance caused by an external magnetic interference field by simple difference formation.
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a torque sensor device 30 according to the invention with magnetic sensors 13A, 13B soldered to a circuit board LP in a perspective view, it being clearly visible in this illustration that the connection pins 31 of the two magnetic sensors 13A and 13B are each guided radially outward and are soldered to a circuit board LP arranged parallel to the center axis Z with its circuit board level.
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of a torque sensor device 40 according to the invention in a perspective view, but without magnetic sensors, this torque sensor device 40 basically being the
  • Torque sensor device 10 from FIGS. 1 and 2a to 2d corresponds, but is designed for use with magnetic sensors designed as SMD components, which requires flux conductors 44A, 44B, 45A and 45B that are configured differently and arranged differently.
  • the other components are identical to the torque sensor device 10.
  • two flux conductors 44A and 44B and 45A and 45B each form a flux conductor pair 44 and 45.
  • the two flux conductors 44A and 44B of the first flux conductor pair 44 are not both between the first stator 1 1A and the third stator 11 C, but the second flux conductor 44B is arranged on the side of the third stator 1 1 C facing away from the first stator 1 1 A on its stator body and is fastened to it.
  • first flux conductors 44A and 45A are designed as identical parts and the second flux conductors 44B and 45B, all flux conductors 44A, 44B, 45A and 45B each extending in the radial direction and in the circumferential direction
  • the torque sensor device 40 is designed to use magnetic sensors designed as SMD components, which enable and / or require a different arrangement, the flux conductors 44A, 44B, 45A and 45B or the flux conductor pairs 44 and 45 are each designed accordingly.
  • both magnetic sensors can be arranged on a common printed circuit board in a common plane, in particular on a printed circuit board that can be arranged with its printed circuit board plane normal to the center axis Z, the collecting surface 46 and the tab 47 of the second flux conductors 44B and 45B are each in one arranged common plane, while the first flux conductors 44A and 45A each have a connecting section 48 extending in the axial direction 48 between the collecting surface 46 and the tab 47, each of the connecting section 48 in FIG
  • the tabs 47 of the second flow conductors 44B and 45B are each arranged at one end of the collecting surfaces 46, so that there is an L-shaped geometry for the second flow conductors 44B and 45B.
  • the tabs 47 could also be arranged in the middle of the collecting surface 46, so that a T-shaped geometry results, with which in some cases a better concentration or concentration of the magnetic flux can be achieved, since this in particular means the use of larger collecting surfaces 46 allows.
  • the collecting surfaces 46 can also project in the axial direction on the stator edge, either only in one direction or in both, as in the exemplary embodiments in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of a torque sensor device 50 according to the invention in a perspective view, this exemplary embodiment of a torque sensor device 50 according to the invention differing from the previously described exemplary embodiment only in the geometric configuration and arrangement of the flux conductors 54A, 54B, 55A, and 55B.
  • flux conductors 54A and 54B and 55A and 55B each form a pair of flux conductors 54 and 55.
  • all flux conductors 54A and 54B and 55A and 55B have an axially and circumferentially extending one
  • Collection surface 46 which is formed in each case by a jacket segment extending only over part of the circumference, and which in each case protrudes in the axial direction on both sides beyond the edge of the respective adjacent stator body.
  • the configuration with tabs 57 and in each case one connecting section 58 extending in the axial direction is similar to that described above
  • the jacket segment-like configuration of the flow conductors 54A and 54B and 55A and 55B, in particular the two inner second flow conductors 54B and 55B, enables these two flow conductors 54B and 55B to be combined into one component, i.e. a one-piece or integral configuration, so that nominally only three flux conductors are required, which reduces the assembly effort of the torque sensor device 50 in comparison to the torque sensor devices 10, 20, 30 and 40 described above, each with four flux conductors to be fastened.
  • FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of a torque sensor device 60 according to the invention in a perspective view, this exemplary embodiment being based on the torque sensor device 20 from FIGS. 3a to 3d, however, in contrast to this, it is designed for the arrangement of SMD magnetic sensors and flow conductors designed accordingly 64A and 64B, and 65A and 65B, which differs from the torque sensor device 50 explained with reference to FIG. 6
  • a small gap in the circumferential direction may alternatively be provided and the collecting areas in particular only be formed over a circumferential angle of 358 ° or at most 355 ° or even at most only 350 °, or, as described above, only over a significantly smaller angular range of, for example, 30 ° to 60 °.
  • flow conductors 64A and 64B and 65A and 65B are essentially similar to the flow conductors 54A and 54B and 55A and 55B from FIG. 6 and also have corresponding tabs 67 and the first flow conductors 64A and 65A also have corresponding connection sections 68.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentsensorvorrichtung (10) zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, ein Verfahren zum Bestimmen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung (10), einen Stator sowie eine Statoranordnung (11) für eine Drehmomentsensorvorrichtung (10), wobei die Drehmomentsensorvorrichtung (10) eine Magnetanordnung, eine Statoranordnung (11) und eine Magnetsensoranordnung (13) aufweist, wobei die Magnetanordnung und die Statoranordnung (11) derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet sind, dass durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung in Umfangsrichtung ein erster magnetischer Fluss (F1) mit einer ersten magnetischen Flussrichtung erzeugbar ist und ein zweiter magnetischer Fluss (F2) mit einer der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung, wobei die Magnetsensoranordnung (13) einen ersten Magnetsensor (13A) umfasst zum Erfassen des ersten magnetischen Flusses (F1) und einen zweiten Magnetsensor (13B) zum Erfassen des zweiten magnetischen Flusses (F2).

Description

Drehmomentsensorvorrichtung, Verfahren zum Bestimmen eines Drehmoments,
Stator und Statoranordnung
Die Erfindung betrifft Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, wobei die Drehmomentsensorvorrichtung eine Magnetanordnung, eine Statoranordnung und eine Magnetsensoranordnung aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verfahren zum Bestimmen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Stator sowie eine Statoranordnung für eine Drehmomentsensorvorrichtung.
Gattungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtungen, insbesondere für Lenkwellen von Kraftfahrzeugen, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2013 006 379 A1 oder der EP 1 269 133 B1.
Derartige Drehmomentsensorvorrichtungen werden beispielsweise bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt, um den elektrischen Antriebsmotor des Lenksystems basierend auf einem von einem Fahrer aufgebrachten Lenkmoment anzusteuern, beispielsweise um eine entsprechende Lenkunterstützung bereitzustellen.
In der Regel werden Drehmomentsensorvorrichtungen dazu in Verbindung mit einer axial geteilten Welle und mit einem Torsionsstab mit definierter, bekannter Torsionssteifigkeit eingesetzt, wobei der Torsionsstab dabei einen ersten Teil der axial geteilten Welle mit einem zweiten Teil der axial geteilten 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 sehr häufig magnetische Sensorvorrichtungen oder -Systeme zum Einsatz kommen, bei denen eine Magnetanordnung mit wenigstens einem Magnetelement, meistens mit einem umlaufenden, als Permanentmagnet ausgebildeten Ringmagneten, mit dem ersten Teil der Lenkwelle drehtest verbunden ist, und eine Statoranordnung mit einem oder mehreren, magnetisch leitfähigen Statoren drehtest mit dem zweiten Teil der Welle verbunden ist, wobei die Statoranordnung dabei in der Regel in radialer Richtung mit einem kleinen Luftspalt dazwischen konzentrisch um die Magnetanordnung, insbesondere das Magnetelement, herum angeordnet ist. Über die Statoranordnung, welche üblicherweise zwei separate Statoren mit jeweils einem ringscheibenförmigen Bereich umfasst, kann der magnetische Fluss eines mittels der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes zu einer Magnetsensoranordnung mit wenigstens einem
Magnetsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor, geleitet werden und ausgewertet werden.
Wird die drehtest mit dem ersten Teil der Welle verbundene Magnetanordnung, insbesondere deren Magnetelement, durch eine Rotationsbewegung der Welle relativ zu der mit dem zweiten Teil der Welle verbundenen Statoranordnung bewegt, ändert sich die magnetische Flussdichte in der Statoranordnung, insbesondere in den einzelnen
Statoren, was mittels der Magnetsensoranordnung erfasst werden kann. Die Änderung der magnetischen Flussdichte in der Statoranordnung ist dabei unter anderem abhängig von der Größe der Relativbewegung der Magnetanordnung, insbesondere der jeweiligen Magnetelemente, gegenüber der Statoranordnung, insbesondere gegenüber den einzelnen Statoren, 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 Torsionsstabs das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment bestimmt werden.
Durch eine Überlagerung des von der Magnetanordnung der Drehmomentsensor vorrichtung erzeugten Magnetfelds mit einem weiteren Magnetfeld, beispielsweise einem Magnetfeld einer weiteren Sensorvorrichtung oder einem in der Umgebung der
Drehmomentsensorvorrichtung vorhandenen, beispielsweise von in der Nähe befindlicher, elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, oder Hochstromleitungen, erzeugten magnetischen Störfeld, kann es zu einer, insbesondere unerwünschten, Beeinflussung des an die Magnetsensoreinrichtung übertragenen Flusses kommen, insbesondere zu einer durch das magnetische Störfeld erzeugten Änderung der übertragenen Flussdichte, was zu einem falschen, jedoch plausiblen und damit nicht als fehlerhaft erkannten Sensorsignal führt und infolgedessen zu einem falschen Drehmomentwert.
Zur Kompensation einer durch ein Magnetfeld einer weiteren Sensorvorrichtung verursachten Störung, dem sogenannten„Übersprechen“, schlägt die
US 2016/0091574 A1 vor, wenigstens ein zusätzliches Magnetelement vorzusehen, dass symmetrisch zum Magnetelements der weiteren Sensorvorrichtung angeordnet ist, um den Einfluss des Magnetfeldes des Magnetelements der weiteren Sensorvorrichtung auf die eigentliche Sensorvorrichtung zu kompensieren. Dies setzt jedoch insbesondere die Kenntnis der Richtung des störenden Magnetfeldes voraus.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative, insbesondere verbesserte,
Drehmomentsensorvorrichtung bereitzustellen, insbesondere eine
Drehmomentsensorvorrichtung mit einem verringerten Einfluss wenigstens eines, in der Umgebung der Drehmomentsensorvorrichtung vorhandenen, externen magnetischen Störfeldes auf einen zu bestimmenden Drehmomentwert. Eine weitere Aufgabe ist es, ein alternatives, insbesondere verbessertes, Verfahren zum Bestimmen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments bereitzustellen sowie einen alternativen, insbesondere verbesserten Stator und eine alternative, insbesondere verbesserten Statoranordnung, für eine alternative, insbesondere verbesserte Drehmomentsensorvorrichtung.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, durch einen erfindungsgemäßen Stator sowie durch eine erfindungsgemäße Statoranordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert.
Eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine
Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments weist eine Magnet- anordnung, eine Statoranordnung und eine Magnetsensoranordnung auf, wobei die Magnetanordnung zum Erzeugen wenigstens eines Magnetfeldes ausgebildet ist, wobei in der Statoranordnung ein magnetischer Fluss erzeugbar ist, und wobei die
Magnetanordnung und die Statoranordnung in Umfangsrichtung relativ zueinander bewegbar sind.
Erfindungsgemäß sind die Magnetanordnung und die Statoranordnung derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung in Umfangsrichtung um eine Zentrumsachse der Drehmomentsensorvorrichtung in der Statoranordnung ein erster magnetischer Fluss mit einer ersten magnetischen Flussrichtung erzeugbar ist und, insbesondere gleichzeitig, ein zweiter magnetischer Fluss mit einer der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung.
Dabei ist die Statoranordnung dazu ausgebildet, den in der Statoranordnung erzeugten ersten magnetischen Fluss und den in der Statoranordnung erzeugten zweiten
magnetischen Fluss an die Magnetsensorvorrichtung zu leiten. Zum Erfassen des ersten magnetischen Flusses umfasst die Magnetsensoranordnung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung einen ersten Magnetsensor und zum Erfassen des zweiten magnetischen Flusses einen zweiten Magnetsensor.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung sind die Magnetanordnung und die Statoranordnung derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass der erzeugte erste
magnetische Fluss und der zweite magnetische Fluss einen gleichen Betrag bzw. die gleiche Stärke aufweisen, d.h. gleich groß sind, und lediglich in entgegengesetzte
Richtungen orientiert sind.
Drehmomentvorrichtungen zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten
Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines
Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, insbesondere deren Aufbau und
Funktionsweise sind einem zuständigen Fachmann aus dem Stand grundsätzlich bekannt. Insbesondere aus der DE 10 2013 006 379 A1 oder der EP 1 269 133 B1 , auf die hiermit für weitere Informationen zur grundsätzlichen Funktionsweise und zum grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung ausdrücklich verwiesen wird.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung dabei zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments ausgebildet, wobei die Welle einen ersten Teil und einen, relativ zum ersten Teil verdrehbaren, zweiten Teil aufweist und insbesondere der erste Teil und der zweite Teil der Welle mittels eines Torsionsstabs miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße
Drehmomentsensorvorrichtung dabei dazu ausgebildet, die Verdrehung des ersten Teils der Welle gegenüber dem zweiten Teil der Welle zu erfassen. Mit Kenntnis der
Torsionssteifigkeit des Torsionsstabs der Welle kann aus der erfassten Verdrehung der Welle das aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden.
Bevorzugt weist die Magnetanordnung wenigstens ein Magnetelement zum Erzeugen wenigstens eines Magnetfeldes auf und ist, insbesondere das wenigstens eine
Magnetelement der Magnetanordnung, insbesondere konzentrisch zur Welle anordbar, d.h. derart, dass die Zentrumsachse der Drehmomentsensorvorrichtung mit der
Rotationsachse der Welle fluchtet, wobei die Magnetanordnung, insbesondere das wenigstens eine Magnetelement der Magnetanordnung insbesondere mit einem ersten Teil der Welle drehtest verbindbar ist.
Das wenigstens eine Magnetelement der Magnetanordnung ist dabei vorzugsweise ein Permanentmagnet, insbesondere ein vollständig geschlossener Ringmagnet oder ein ringmagnetähnlicher, in Umfangsrichtung nahezu geschlossener Magnet, wobei das Magnetelement insbesondere mehrere Ringmagnetsegmente gegensätzlicher Polung oder entsprechenden Polpaaren aufweist, die in Umfangsrichtung jeweils mit
entgegengesetzter Polung aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei insbesondere zwei aneinander angrenzende Abschnitte entgegengesetzter Polung ein Polpaar bilden. Die Anzahl der Polpaare in Umfangsrichtung entspricht dabei besonders bevorzugt der Anzahl der Laschen des ersten und/oder des zweiten Stators.
Weist die Magnetanordnung ein oder mehrere weitere Magnetelemente auf, sind diese besonders bevorzugt ebenfalls wie vorbeschrieben ausgebildet und insbesondere konzentrisch zu dem wenigstens einen Magnetelement angeordnet. Unter einem„ringmagnetähnlichen Magneten“ wird vorliegend im Sinne der Erfindung ein Magnet verstanden, insbesondere ein Permanentmagnet, der zwar in Umfangsrichtung nicht vollständig geschlossen ist, aber derart ausgebildet ist, dass er nahezu,
insbesondere vollständig, wie ein vollständig geschlossen ausgebildeter Ringmagnet wirkt.
Die Statoranordnung ist vorzugsweise ebenfalls konzentrisch zur Welle anordbar und insbesondere mit einem zweiten Teil der Welle drehtest verbindbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung ist die Statoranordnung insbesondere zumindest teilweise konzentrisch zur Magnetanordnung angeordnet, insbesondere zu dem wenigstens einen Magnetelement, wobei die Statoranordnung insbesondere zumindest teilweise außen um die Magnetanordnung herum angeordnet, vorzugsweise um das wenigstens eine Magnetelement herum und insbesondere mit einem definierten Luftspalt dazwischen.
Die Statoranordnung dient dabei insbesondere dazu und ist vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen magnetischen Fluss des von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes an die Magnetsensoranordnung zu leiten.
Zur Bündelung, insbesondere zur Verstärkung, und zur Weiterleitung des magnetischen Flusses von der Statoranordnung an die erste Magnetsensoranordnung kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere wenigstens einen Flussleiter, vorzugsweise wenigstens zwei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Flussleiter, aufweist. Dadurch kann eine bessere Auflösung und damit eine bessere Genauigkeit der Drehmomentsensorvorrichtung erreicht werden. Bevorzugt ist wenigstens einer der Flussleiter an der Statoranordnung angeordnet und entweder direkt an der Statoranordnung befestigt oder indirekt über einen Halter. Der bzw. die Flussleiter können aber auch an einem Gehäuse der Drehmomentsensorvorrichtung angeordnet sein.
Wenigstens ein Magnetsensor, vorzugsweise beide Magnetsensoren der Magnetsensor anordnung, ist insbesondere ein einfacher Hall-Sensor, mit dem eine senkrecht zur Sensorfläche des Hall-Sensors verlaufende magnetische Flussdichte eines Magnetfeldes bzw. ein Anteil der senkrecht zur Sensorfläche verlaufenden magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes detektiert werden kann, wobei besonders bevorzugt wenigstens der erste Magnetsensor, insbesondere sämtliche Magnetsensoren der ersten
Empfangseinrichtung, gehäusefest angeordnet sind, d.h. stationär bzw. ortsfest gegenüber der drehbaren Welle.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmoment
sensorvorrichtung weist die Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere außerdem eine Steuerungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem mittels der Magnetsensoranordnung erfassten magnetischen Flüsse, ein auf eine mit der
Drehmomentsensoreinrichtung funktionsgemäß verbundenen Welle ein auf die Welle aufgebrachtes Drehmoment zu bestimmen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Drehmomentsensorvorrichtung und die auf diese Weise in entgegengesetzten Richtungen erzeugten magnetischen Flüsse lässt sich durch eine einfache Differenzbildung der mittels der Magnetsensoranordnung erzeugten Sensorsignale, insbesondere durch eine Differenzbildung eines mittels des ersten Magnetsensors erzeugten ersten Sensorsignals und eines mittels des zweiten Magnetsensors erzeugten zweiten Sensorsignals, ein magnetischer Störfluss, der in Richtung des ersten magnetische Flusses bzw. des zweiten magnetischen Flusses, d.h. in Richtung eines einen Drehmomentwert charakterisierenden Sensor-Nutzsignals, wirkt, herausrechnen, insbesondere wegmittein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist die Statoranordnung insbesondere einen ersten Stator, einen zweiten Stator und einen dritten Stator auf, die jeweils konzentrisch zueinander entlang der Zentrumsachse angeordnet sind, wobei der dritte Stator in axialer Richtung, bezogen auf die Zentrumsachse der Statoranordnung, zwischen dem ersten Stator und dem zweiten Stator angeordnet ist, wobei durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung in Umfangsrichtung der erste magnetische Fluss mit der ersten magnetischen Flussrichtung zwischen dem ersten Stator und dem dritten Stator in der Statoranordnung erzeugbar ist und, insbesondere gleichzeitig, der zweite magnetische Fluss mit der der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung zwischen dem zweiten Stator und dem dritten Stator in der Statoranordnung erzeugbar ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung sind die Magnetanordnung und die Statoranordnung insbesondere derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass der erste magnetische Fluss und der zweite magnetische Fluss jeweils derart erzeugt werden, dass die erste Flussrichtung und die zweite magnetische Flussrichtung entgegengesetzt zueinander und jeweils parallel zur Zentrumsachse der Statoranordnung verlaufen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen, zur Kompensation eines externen magnetischen Störfeldes ausgebildeten
Drehmomentsensorvorrichtung, insbesondere einer zur Kompensation eines externen, in Flussrichtung eines Nutzsignals wirkenden Störfeldes ausgebildeten
Drehmomentsensorvorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist der erste und/oder der zweite Stator insbesondere einen
ringscheibenförmigem Statorkörper und sich von diesem in einer axialen Richtung weg erstreckende Laschen auf, wobei die Laschen insbesondere in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, insbesondere gleichmäßig verteilt mit Abstandslücken dazwischen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist der Statorkörper des ersten und/oder des zweiten Stators insbesondere jeweils einen radial inneren Rand und einen radial äußeren Rand auf, wobei sich die Laschen insbesondere vom radial inneren Rand des ringscheibenförmigen Statorkörpers aus weg erstrecken, insbesondere alle zur gleichen Seite, d.h. in eine gleiche Richtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung umfassen der erste Stator und der zweite Stator insbesondere jeweils einen ringscheibenförmigem Statorkörper und Laschen, welche sich vom zugehörigen
Statorkörper jeweils in eine axiale Richtung weg erstrecken, wobei der erste Stator und der zweite Stator derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sich die Laschen des ersten Stators und des zweiten Stators jeweils in axialer Richtung vom zugehörigen Statorkörper in Richtung des drittens Stators erstrecken.
Die Richtungsangabe„axial“ bezieht sich vorliegend jeweils in fachüblicher Weise auf eine Richtung parallel zur Rotationsache der Welle bzw. auf eine Richtung parallel zur Zentrumsachse der Drehmomentsensorvorrichtung, die Richtungsangabe „Umfangsrichtung“ entsprechend auf eine Rotationsrichtung um diese Rotations- bzw. Zentrumsachse, die Richtungsangabe„radial“ auf eine Richtung, die senkrecht auf der axialen und Umfangsrichtung steht. Die Richtungsangabe„tangential“ bezieht sich entsprechend auf eine Richtung, welche senkrecht auf der axialen Richtung und der radialen Richtung steht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung umfasst der dritte Stator insbesondere einen Statorring und erste Laschen und zweite Laschen, wobei sich die ersten Laschen und zweiten Laschen jeweils in entgegensetzen axialen Richtungen vom Statorring des dritten Stators weg erstrecken. Die ersten Laschen erstrecken sich dabei insbesondere in einer ersten axialen Richtung vom Statorring weg und die zweiten Laschen in einer zur ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung weg vom Statorring. Hierdurch lässt sich eine axial besonders kompakt bauende Drehmomentsensorvorrichtung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind insbesondere die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators insbesondere jeweils in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, insbesondere gleichmäßig und mit Abstandslücken dazwischen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist der dritte Stator insbesondere eine doppelte Anzahl an Laschen gegenüber dem ersten Stator und dem zweiten Stator auf, insbesondere jedoch jeweils eine gleiche Anzahl erster und zweiter Laschen. D.h. die Anzahl der ersten Laschen des dritten Stators entspricht bevorzugt der Anzahl der Laschen des ersten Stators und/oder der Anzahl der Laschen des zweiten Stators, wobei die Anzahl der Laschen des ersten Stators und die Anzahl der Laschen des zweiten Stators insbesondere gleich ist.
Für Drehmomentsensorvorrichtungen für Lenkwellen von Kraftfahrzeugen, insbesondere für den Einsatz in Personenkraftwagen (PKW), hat sich eine Anzahl von 8 Laschen für den ersten Stator und den zweiten Stator und von insgesamt 16 Laschen (8 erste Laschen und 8 zweite Laschen) für den dritten Stator als besonders vorteilhaft herausgestellt. Andere Konfigurationen, wie beispielsweise 6 Laschen für den ersten Stator und den zweiten Stator und 12 Laschen für den dritten Stator, sind aber ebenfalls möglich, je nach Durchmesser der Lenkwelle sowie dem gewünschten Messbereich. In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators in Umfangsrichtung insbesondere jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators in Umfangsrichtung insbesondere zumindest teilweise überlappend angeordnet, vorzugsweise vollständig überlappend, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend.
D.h., dass bevorzugt die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators in Umfangsrichtung zumindest über einen Teil des Umfangs des Stators abwechselnd angeordnet sind, vorzugweise über den gesamten Umfang des Stators, insbesondere ohne Überlappung. Alternativ können die ersten Laschen und zweiten Laschen in Umfangsrichtung aber auch überlappend angeordnet sein, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend.
Erstere, versetzte Anordnung hat den Vorteil, dass der Stator besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist, insbesondere als einfaches Stanzbiegeteil, wobei die Laschen zusammen mit dem Statorkörper ausgestanzt werden können und dann entsprechend in die jeweilige zugehörige axiale Richtung umgebogen werden können, erste Laschen bspw. nach„oben“ und zweite Laschen nach„unten“.
Letztere, insbesondere fluchtende, Anordnung hat den Vorteil, dass eine
Magnetanordnung mit konstanter Polung in axialer Richtung verwendet werden kann, insbesondere ist ein einziges, hülsenförmiges Magnetelement mit konstanter Polung in axialer Richtung, dass sich über die axiale Länge des Stators erstreckt und eine abwechselnde Polung in Umfangsrichtung aufweist, ausreichend, um in einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung den ersten magnetischen Fluss und den zweiten magnetischen Fluss in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen. Ein derartiges Magnetelement ist besonders einfach und damit kostengünstig herstellbar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die ersten Laschen des dritten Stators insbesondere in Umfangsrichtung versetzt zu den Laschen des ersten Stators angeordnet und greifen insbesondere kämmend in Abstandslücken zwischen den Laschen des ersten Stators ein und/oder die zweiten Laschen des dritten Stators sind in Umfangsrichtung versetzt zu den Laschen des zweiten Stators angeordnet und greifen insbesondere kämmend in Abstandslücken zwischen den Laschen des zweiten Stators ein. Dabei greifen insbesondere die ersten Laschen des dritten Stators kämmend in Laschen des ersten Stators ein und die zweiten Laschen des dritten Stators greifen bevorzugt kämmend in Laschen des zweiten Stators ein. Hierdurch kann eine besonders kompakte Anordnung der Statoranordnung in axialer Richtung erreicht werden sowie eine gute Weiterleitung des magnetischen Flusses.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist der Statorring des dritten Stators insbesondere durch einen konzentrisch zur Zentrumsachse angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden, ringscheibenförmigen Statorkörper gebildet und die ersten Laschen und die zweiten Laschen erstrecken sich von diesem Statorkörper weg, insbesondere in
entgegengesetzten axialen Richtungen. Mit einem derartigen Stator lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine erfindungsgemäße Drehmomentsensor vorrichtung ausbilden, insbesondere eine in axialer Richtung besonders kompakte und nur wenig Bauteile erfordernder Drehmomentsensorvorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen insbesondere einstückig mit dem Statorkörper ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und in einigen Fällen auch gewichtsparende Statoranordnung und erfordert maximal wenige Handgriffe zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung.
Mit einem derartigen Stator lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung ausbilden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist der Statorkörper des dritten Stators insbesondere einen radial inneren Rand und einen radial äußeren Rand auf, wobei sich die ersten Laschen und die zweiten Laschen insbesondere jeweils vom radial inneren Rand des ringscheibenförmigen Statorkörpers aus weg erstrecken, insbesondere in entgegengesetzte axiale Richtungen. Mit einem derartigen Stator lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung ausbilden.
In einer alternativen, aber in einigen Fällen ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung, umfasst der Statorring des dritten Stators insbesondere einen ersten, konzentrisch zur Zentrumsachse angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden, ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten, konzentrisch zur Zentrumsachse angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden, ringscheibenförmigen Statorkörper, wobei die ersten Laschen des dritten Stators mit dem ersten Statorkörper verbunden sind, insbesondere einstückig/integral mit diesem ausgebildet sind, und sich vom ersten Statorkörper weg erstrecken, und wobei die zweiten Laschen des dritten Stators mit dem zweiten Statorkörper verbunden sind, insbesondere einstückig/integral mit diesem ausgebildet sind, und sich vom zweiten Statorkörper weg erstrecken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind der erste Statorkörper und der zweite Statorkörper dabei insbesondere in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet. D.h. der dritte Stator kann alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit nur einem ringscheibenförmigen Statorkörper, von dem sich die Laschen in entgegengesetzte axiale Richtungen erstrecken, auch durch zwei Statoren gebildet sein, insbesondere zwei Statoren, die jeweils wie ein erster Stator oder zweiter Stator ausgebildet sind und jeweils mit ihren Laschen voneinander weg weisend angeordnet sind. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise, insbesondere auf Basis vorhandener Komponenten oder Baugruppen, eine Drehmomentsensorvorrichtung bereitgestellt werden, die eine Kompensation eines externen magnetischen Störfeldes ermöglicht.
In einer alternativen, in einigen Fällen ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung weist die
Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere zwei in axialer Richtung übereinander angeordnete, aus dem Stand der Technik bekannte Drehmomentsensorbaugruppen auf, beispielsweise zwei jeweils identische, beispielsweise gemäß der in der DE 10 2013 006 379 A1 oder der EP 1 269 133 B1 ausgebildete Drehmomentsensorbaugruppen mit jeweils wenigstens einem Magnetelement, zwei Statorelementen und wenigstens einem zugehörigen Magnetsensor, wobei der dritte Stator jeweils durch die beiden benachbarten mittleren Statoren gebildet ist, wobei die beiden Drehmomentsensorbaugruppen dabei insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Relativbewegung zwischen den Statorelementen und dem Magneten der jeweiligen Baugruppe einen magnetischen Fluss erzeugt, der an den zugehörigen Magnetsensor übertragen wird, und wobei die beiden Baugruppen jeweils derart und relativ zueinander angeordnet sind, dass gemäß der Erfindung ein erster magnetischer Fluss mit einer ersten Flussrichtung und, insbesondere gleichzeitig, ein zweiter magnetischer Fluss mit einer zweiten,
entgegengesetzten Flussrichtung erzeugt wird. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise, insbesondere auf Basis vorhandener Komponenten oder Baugruppen eine Drehmomentsensorvorrichtung bereitgestellt werden, die eine Kompensation eines externen magnetischen Störfeldes ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist die Magnetanordnung insbesondere ein Magnetelement auf, das sich in axialer Richtung insbesondere über eine gesamte axiale Länge des dritten Stators erstreckt, insbesondere entlang der ersten und der zweiten Laschen in axialer Richtung. Hierdurch kann eine Drehmomentsensorvorrichtung bereitgestellt werden, welche nur ein Magnetelement erfordert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist insbesondere eine Polung der Magnetanordnung, insbesondere des wenigstens einen Magnetelements, in axialer Richtung konstant. Hierdurch lässt sich das Magnetelement besonders einfach hersteilen und damit kostengünstig. In diesem Fall sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators in axialer Richtung über den Umfang insbesondere jeweils fluchtend angeordnet, um insbesondere die Erzeugung des ersten magnetischen Flusses und des zweiten magnetischen Flusses mit entgegengesetzten Flussrichtungen zu bewirken.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung ist insbesondere eine Polung der Magnetanordnung, insbesondere des wenigstens einen Magnetelements, in axialer Richtung konstant und die Drehmomentsensorvorrichtung weist ferner einen dritten Stator auf, dessen erste Laschen und zweite Laschen in Umfangsrichtung vollständig überlappend angeordnet sind, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend, wobei die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators dabei insbesondere in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise Abschnitte unterschiedlicher Polung überlappen.
In einer vorteilhaften, insbesondere alternativen, Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung weist die Magnetanordnung insbesondere einen ersten, sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt und einen zweiten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt auf, wobei an wenigstens einer Position in
Umfangsrichtung der Magnetanordnung, insbesondere an jeder Position in
Umfangsrichtung, die Polung des ersten axialen Abschnitts an dieser Position
entgegengesetzt zur Polung des zweiten axialen Abschnitts an dieser Position ist.
Der erste Abschnitt erstreckt sich dabei insbesondere in axialer Richtung entlang der ersten Laschen des dritten Stators. Der zweite Abschnitt erstreckt sich insbesondere in axialer Richtung entlang der zweiten Laschen des dritten Stators. Dies ermöglicht zum einen die Herstellung des dritten Stators als Stanzbiegeteil, welcher in diesem Fall in Umfangsrichtung versetzt angeordnete erste und zweite Laschen aufweist, um die Erzeugung des ersten magnetischen Flusses und des zweiten magnetischen Flusses mit entgegengesetzten Flussrichtungen zu bewirken.
In einer Weiterbildung weist die Magnetanordnung insbesondere einen ersten, sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt und einen zweiten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt auf, wobei an wenigstens einer Position in Umfangsrichtung der Magnetanordnung, insbesondere an jeder Position in Umfangsrichtung, die Polung des ersten axialen Abschnitts an dieser Position entgegengesetzt zur Polung des zweiten axialen Abschnitts an dieser Position ist, wobei die Drehmomentsensorvorrichtung ferner einen dritten Stator aufweist, dessen erste Laschen und zweite Laschen in
Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt, wobei die ersten Laschen und die zweiten Laschen des dritten Stators dabei insbesondere in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise Abschnitte unterschiedlicher Polung überlappen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung grenzen der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt in axialer Richtung insbesondere aneinander an und sind insbesondere Teil eines gemeinsamen Magnetelements, insbesondere Teil eines sich in axialer Richtung über eine gesamte axiale Länge des dritten Stators erstreckenden Magnetelements. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung in axialer Richtung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung umfasst die Magnetanordnung ein einziges Magnetelement mit zwei axialen Abschnitten, die jeweils in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete Pole aufweisen, wobei die zwei axiale Abschnitte in Umfangsrichtung um einen Pol versetzt zueinander angeordnet sind, so dass in axialer Richtung stets entgegengesetzte Pole benachbart, insbesondere aneinander angrenzend sind. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung in axialer Richtung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist insbesondere wenigstens ein Magnetsensor der Magnetsensoranordnung, beide Magnetsensoren, insbesondere ein bedrahteter Magnetsensor mit Anschlusspins, wobei der Magnetsensor in axialer Richtung zwischen dem dritten Stator und einem der anderen beiden Statoren angeordnet ist und insbesondere derart angeordnet ist, dass die Anschlusspins in radialer Richtung nach außen zeigen. Hierdurch lässt sich mit bedrahteten Magnetsensoren eine kompakte Anordnung erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die Anschlusspins insbesondere wenigstens eines bedrahteten
Magnetsensors auf eine Leiterplatte gelötet, insbesondere auf eine Leiterplatte, die mit ihrer Leiterplattenebene parallel zur Zentrumsachse der Statoranordnung bzw. der Drehmomentsensorvorrichtung orientiert angeordnet ist. Alternativ können die
Anschlusspins auch mit einem Stanzgitter verbunden sein, insbesondere direkt in dieses eingesteckt sein, insbesondere mit einem Stanzgitter, das mit seiner Stanzgitterebene parallel zur Zentrumsachse der Statoranordnung orientiert angeordnet ist. Hierdurch lässt sich mit bedrahteten Magnetsensoren eine kompakte Anordnung und Verbindung mit einer Leiterplatte erreichen.
In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist insbesondere wenigstens ein Magnetsensor der Magnetsensoranordnung, insbesondere beide Magnetsensoren, ein SMD-Magnetsensor, wobei der Magnetsensor insbesondere in axialer Richtung auf Höhe des dritten Stators angeordnet ist und insbesondere auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die mit ihrer Leiterplattenebene normal zur Zentrumsachse der Statoranordnung bzw. der Drehmomentsensorvorrichtung orientiert angeordnet ist. Hierdurch lässt sich mit SMD-Magnetsensoren eine kompakte Anordnung und Verbindung mit einer Leiterplatte erreichen.
„SMD“ steht für Surface-Mount Device (oberflächenmontiertes Bauelement), wobei SMD- Bauteile im Gegensatz vorbeschriebenen„bedrahteten“ Bauteilen, die für die
Durchsteckmontage (Through Hole Technology, THT) vorgesehen sind, keine
Drahtanschlüsse aufweisen, sondern mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf eine Leiterplatte gelötet werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung weist die Drehmomentsensorvorrichtung insbesondere ein erstes
Flussleiterpaar mit zwei Flussleitern zur Bündelung, insbesondere zur Verstärkung, und zur Weiterleitung des ersten magnetischen Flusses an die Magnetsensoranordnung, insbesondere an den ersten Magnetsensor, sowie ein zweites Flussleiterpaar mit zwei Flussleitern zur Bündelung, insbesondere zur Verstärkung, und zur Weiterleitung des zweiten magnetischen Flusses an die Magnetsensoranordnung, insbesondere den zweiten Magnetsensor, auf, wobei insbesondere wenigstens zwei der Flussleiter geometrisch gleich ausgebildet sind oder Gleichteile sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist insbesondere wenigstens ein Flussleiter ein Stanzteil oder ein
Stanzbiegeteil, vorzugsweise sämtliche Flussleiter. Dies ermöglicht eine besonders einfache, kostengünstige und bzgl. der Geometrie flexible Herstellung der Flussleiter.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung, insbesondere wenn die beiden Magnetsensoren der Magnetsensoranordnung bedrahtete Magnetsensoren sind, sind insbesondere die beiden Flussleiter des ersten Flussleiterpaares und/oder des zweiten Flussleiterpaares jeweils geometrisch gleich ausgebildet oder Gleichteile, wobei insbesondere sämtliche Flussleiter geometrisch gleich ausgebildet sind, insbesondere Gleichteile sind. Hierdurch ergibt sich ein
Kostenreduktionspotenzial.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind insbesondere wenigstens ein Flussleiter des ersten Flussleiterpaares und ein Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares gleich ausgebildet oder Gleichteile, insbesondere, wenn die beiden Magnetsensoren der Magnetsensoranordnung SMD- Magnetsensoren sind, wobei insbesondere ein erster Flussleiter des ersten
Flussleiterpaares mit einem ersten Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares geometrisch gleich oder als Gleichteil ausgebildet ist und ein zweiter Flussleiter des ersten
Flussleiterpaares mit einem zweiten Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares. Bei der Verwendung von SMD-Magnetsensoren sind pro Flussleiterpaar jeweils zwei
unterschiedliche Flussleitergeometrien erforderlich. Sind jeweils zwei Flussleiter verschiedener Paare gleich ausgebildet, ergibt sich ein Kostenreduktionspotenzial aufgrund der reduzierten Teilevielfalt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung, insbesondere wenn die beiden Magnetsensoren der Magnetsensoranordnung bedrahtete Magnetsensoren sind, sind insbesondere die Flussleiter des ersten
Flussleiterpaares in axialer Richtung zwischen dem dritten Stator und dem ersten Stator angeordnet und die Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares zwischen dem dritten Stator und zweiten Stator, wobei der erste Magnetsensor insbesondere zwischen den beiden Flussleitern des ersten Flussleiterpaares angeordnet ist und der zweite Magnetsensor insbesondere zwischen den beiden Flussleitern des zweiten Flussleiterpaares. Hierdurch ergibt sich eine funktional vorteilhafte und bauraumsparende Anordnung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung, insbesondere, wenn die beiden Magnetsensoren der
Magnetsensoranordnung SMD-Magnetsensoren sind, weisen die Flussleiter insbesondere jeweils eine Sammelfläche und eine sich normal zur Zentrumsachse erstreckende und von der Sammelfläche radial nach außen hervorstehende Lasche auf, wobei
insbesondere jeweils die Laschen der Flussleiter eines Flussleiterpaares
gegenüberliegend angeordnet sind und der zugehörige Magnetsensor insbesondere dazwischen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung, insbesondere, wenn die beiden Magnetsensoren der
Magnetsensoranordnung SMD-Magnetsensoren sind, erstreckt sich die Sammelfläche der Flussleiter insbesondere jeweils normal zur Zentrumsachse, d.h. in radialer Richtung und in Umfangsrichtung, wobei bei den ersten Flussleitern vorzugsweise die Sammelfläche und die Lasche in axialer Richtung in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, während bei den zweiten Flussleitern die Lasche insbesondere jeweils mit der zugehörigen Sammelfläche in einer Ebene liegt, wobei die zweiten Flussleiter insbesondere L-förmig (Lasche am Ende der Sammelfläche angeordnet) oder T-förmig (Lasche in der Mitte der Sammelfläche angeordnet) ausgebildet sind. Bei den ersten Flussleitern sind die Lasche und die Sammelfläche dabei bevorzugt mittels eines sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungsabschnitts verbunden, um den Versatz zwischen den verschiedenen Ebenen auszugleichen. Hierdurch kann eine funktional vorteilhafte aber dennoch einfache Ausgestaltung und Anordnung der Flussleiter erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist der erste Flussleiter, insbesondere dessen Sammelfläche, des ersten Flussleiterpaares insbesondere in axialer Richtung zwischen erstem Stator und dem dritten Stator angeordnet und der zugehörige zweite Flussleiter, insbesondere dessen Sammelfläche, zwischen dem dritten Stator und dem zweiten Stator angeordnet. Der erste Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares, insbesondere dessen Sammelfläche, ist insbesondere zwischen dem zweiten Stator und dem dritten Stator angeordnet, und der zugehörige zweite Flussleiter insbesondere zwischen dem dritten Stator und dem ersten Stator.
Alternativ können die beiden äußeren Flussleiter oder auch nur einer beiden, in axialer Richtung außerhalb des ersten bzw. zweiten Stators angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung können ein oder mehrere Flussleiter auch eine oder mehrere weitere
Sammelflächen aufweisen, welche sich beispielsweise in axialer Richtung und
Umfangsrichtung erstrecken und insbesondere in radialer Richtung außen am Rand über den Statorkörper des ersten bzw. zweiten bzw. den Statorring des dritten Stators überstehen können. Hierdurch kann bei entsprechender Ausgestaltung eine bessere Bündelung bzw. Konzentration des magnetischen Flusses erreicht werden, wodurch sich die Signalqualität wenigstens eines Sensorsignals verbessern lässt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung, insbesondere, wenn die beiden Magnetsensoren der Magnetsensoranordnung SMD-Magnetsensoren sind, kann sich die Sammelfläche wenigstens eines Flussleiters, insbesondere sämtlicher Flussleiter alternativ zu den vorbeschriebenen Ausgestaltungen jeweils parallel zur Zentrumsachse der
Statoranordnung erstrecken, d.h. in Umfangsrichtung und in axialer Richtung, wobei in diesem Fall wenigstens ein Sammelfläche durch ein sich nur teilweise über den Umfang erstreckendes Ringsegment oder Ringmantelsegment oder durch sich ein nahezu über den gesamten Umfang erstreckendes Ringsegment oder Ringmantelsegment oder durch einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring oder Ringmantel gebildet sein kann.
Mittels dieser Anordnung lässt sich in einigen Anwendungsfällen eine bessere Bündelung bzw. Konzentration des magnetischen Flusses erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung steht insbesondere eine Sammelfläche des ersten Flussleiters des ersten Flussleiterpaares insbesondere in axialer Richtung über den Rand des Statorkörpers des ersten Stators über. Mittels dieser Anordnung lässt sich in einigen Anwendungsfällen eine bessere Bündelung bzw. Konzentration des magnetischen Flusses erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung steht insbesondere eine Sammelfläche des zweiten Flussleiters des zweiten Flussleiterpaares insbesondere in axialer Richtung über den Rand des Statorkörpers des zweiten Stators über. Mittels dieser Anordnung lässt sich in einigen Anwendungsfällen eine bessere Bündelung bzw. Konzentration des magnetischen Flusses erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung stehen insbesondere die Sammelflächen der zweiten Flussleiter des ersten Flussleiterpaares und des zweiten Flussleiterpaares jeweils insbesondere in axialer Richtung über den Rand des Statorrings des dritten Stators über. Mittels dieser
Anordnung lässt sich in einigen Anwendungsfällen eine bessere Bündelung bzw.
Konzentration des magnetischen Flusses erreichen.
Die zweiten Flussleiter können in diesem Fall auch zu einem gemeinsamen Flussleiter zusammengefasst sein und insbesondere einstückig bzw. integral ausgebildet sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung, insbesondere mittels einer vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung, ist
gekennzeichnet durch die Schritte:
Erfassen einer ersten magnetischen Flussdichte mittels eines ersten Magnetsensors und Erzeugen eines ersten Sensorsignals,
Erfassen einer zweiten magnetischen Flussdichte mittels eines zweiten Magnetsensors und Erzeugen eines zweiten Sensorsignals,
Berechnen einer Differenz aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal, und
Bestimmen des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal berechneten Differenz.
Mittels eines derartigen Verfahrens, wobei die Flussdichten, insbesondere deren
Änderungen durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung erzeugt werden, lässt sich auf einfache Art und Weise zumindest teilweise, in einigen Fällen auch vollständig, eine Kompensation einer Störung, die durch ein externes, in der Umgebung der Drehmomentsensoreinrichtung vorhandenes magnetisches Störfeld verursacht ist, bei einer Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments erreichen, insbesondere herausrechnen bzw. weg mittein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Bestimmen des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal berechneten Differenz, die berechnete Differenz durch den Faktor zwei dividiert. Dadurch erhält man auf einfache Weise ein mit aus dem Stand der Technik bekannten Drehmomentsensorvorrichtungen vergleichbares, insbesondere identisches, Nutzsignal, so dass die Steuerungseinrichtung einer aus dem Stand der Technik bekannten Drehmomentsensorvorrichtung und/oder die bisher verwendeten Algorithmen zur Bestimmung des aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von dem ermittelten Nutzsignal insbesondere unverändert übernommen werden können.
Das Verfahren soll dabei anhand des folgenden Beispiels näher erläutert werden: Bei der Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments mittels einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung entstehen zwei magnetische, symmetrische sogenannte Nutzfelder, die jeweils durch den ersten magnetischen Fluss bzw. den zweiten magnetischen Fluss charakterisiert sind, und die jeweils gleich groß und in entgegengesetzter Richtung orientiert sind. Existiert in der Umgebung der
Drehmomentsensorvorrichtung ein externes, magnetisches Störfeld, kann man in der Regel mit ausreichender Näherung annehmen, dieses überlagere sich gleichermaßen auf beide Nutzfelder.
Erfasst man jeweils erfindungsgemäß die zugehörigen Nutzsignale, d.h. die aus den erfassten ersten und zweiten magnetischen Flüssen erzeugten ersten und zweiten Sensorsignale und bildet eine Differenz aus diesen, wird ein durch das externe Störfeld hervorgerufener Anteil herausgemittelt, was anhand der folgenden Gleichungen einfach nachvollziehbar ist, wobei gilt: Nutzsignal N1 = X (mT), Nutzsignal N2 = -X (mT).
Das Störsignal S = Y (mT) überlagert sich additiv gleich auf beide Nutzsignale N1 und N2, was zu den resultierendes Einzelsignalen N1 s = X+Y (mT), N2s = -X+Y (mT) führt.
Ist die Störung S = Y (mT) = 0, d.h. existiert keine Störung, ergibt sich nach einer
Differenzbildung für das Ausgangssignal: A = N1 -N2 = 2X (mT).
Überlagert sich eine Störung ergibt sich nach einer Differenzbildung für das
Ausgangssignal: As = N1 s-N2s = X+Y-(-X+Y) = 2X (mT) = A, d.h. die Störanteile wurden herausgemittelt und das Ausgangssignal entspricht trotz der vorhandenen Störung dem Ausgangssignal ohne Störung.
Teilt man dieses noch durch 2, ergibt sich A/2 = X (mT), d.h. das reine, einfache
Nutzsignal.
Ein erfindungsgemäßer Stator für eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung, umfasst einen sich in radialer
Richtung erstreckenden Statorkörper und erste Laschen und zweite Laschen, wobei sich die ersten Laschen und zweiten Laschen jeweils in entgegensetzen axialen Richtungen von diesem Statorkörper weg erstrecken. Mit einem derartigen Stator lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine erfindungsgemäße
Drehmomentsensorvorrichtung ausbilden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen insbesondere einstückig mit dem Statorkörper ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensor vorrichtung ist der Statorkörper insbesondere ringscheibenförmig ausgebildet und weist einen radial inneren Rand und einen radial äußeren Rand auf, wobei sich die ersten Laschen und die zweiten Laschen insbesondere jeweils vom radial inneren Rand des ringscheibenförmigen Statorkörpers aus weg erstrecken, insbesondere in
entgegengesetzte axiale Richtungen.
In einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Stators sind die ersten Laschen und die zweiten Laschen dabei in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt, oder die ersten Laschen und die zweiten Laschen sind in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappend angeordnet, vorzugsweise vollständig überlappend, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend.
Eine erfindungsgemäße Statoranordnung für eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur
Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung, weist einen ersten Stator, einen zweiten Stator und einen dritten Stator auf, die jeweils konzentrisch zueinander entlang einer Zentrumsachse angeordnet sind, wobei der dritte Stator in axialer Richtung, bezogen auf die Zentrumsachse, zwischen dem ersten Stator und dem zweiten Stator angeordnet ist, wobei der dritte Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist. Mit einer derartigen Statoranordnung lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung ausbilden.
Die mit Bezug auf eine Drehmomentsensorvorrichtung beschriebenen Merkmale und vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für ein erfindungsgemäßes Verfahren, für einen erfindungsgemäßen Stator sowie für eine erfindungsgemäße Statoranordnung und umgekehrt.
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 alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern sie technisch ausführbar und insbesondere sinnvoll sind.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2a die Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 1 in detaillierterer, ebenfalls
perspektivischer Darstellung gegenüber Fig. 1 , jedoch ohne die Magnetsensoren,
Fig. 2b die Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 1 ohne das Magnetelement,
Fig. 2c das Magnetelement der Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 2a in
Einzelteildarstellung,
Fig. 2d den erfindungsgemäßen Stator aus Fig. 1 und 2a in Einzelteildarstellung in
perspektivischer Ansicht,
Fig. 3a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3b die Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 3a in Seitenansicht, jedoch ohne die Flussleiter,
Fig. 3c die Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 3a ohne das Magnetelement,
Fig. 3d den erfindungsgemäßen Stator aus Fig. 3a in Einzelteildarstellung in
perspektivischer Ansicht,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung mit an einer Leiterplatte angelöteten
Magnetsensoren in perspektivischer Darstellung,
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung in perspektivischer Darstellung und
Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drehmomentsensorvorrichtung in perspektivischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment sensorvorrichtung 10 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung 1 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators 1 1 C in perspektivischer Darstellung, wobei die Drehmomentsensorvorrichtung 10 zur Erfassung eines auf eine hier nicht dargestellte Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments ausgebildet ist und konzentrisch mit ihrer Zentrumsachse Z zur Rotationsachse der Lenkwelle angeordnet und mit der Lenkwelle auf aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt Art und Weise verbunden werden kann, wobei die Lenkwelle einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, die jeweils mittels eines Torsionsstabes in axialer Richtung verbunden sind und so durch Aufbringung eines Drehmoments gegeneinander verdrehbar sind. Mithilfe der erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung 10 kann die Verdrehung erfasst werden und anhand dieser das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment ermittelt werden.
Die in nahezu allen der Figuren erkennbare Polygonform bzw. -kontur der einzelnen Komponenten dient dabei nur der zeichnerischen Vereinfachung. Bevorzugt weisen die jeweiligen Komponenten jeweils eine kreisrunde Kontur auf.
Die Magnetanordnung mit dem Magnetelement 12, das zum Erzeugen eines
Magnetfeldes ausgebildet ist, kann dabei mit dem ersten Teil der Lenkwelle drehtest verbunden werden, während die Statoranordnung 1 1 zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Teil der Lenkwelle ausgebildet ist und über einen hier nicht dargestellten
Statorhalter mit dem zweiten Teil der Lenkwelle drehtest verbunden werden kann.
Zur Erfassung des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments weist die
erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung 10 eine Magnetanordnung mit in bei diesem Beispiel einem einzigen Magnetelement 12, eine Statoranordnung 1 1 sowie eine Magnetsensoranordnung 13 auf.
Die Magnetanordnung, insbesondere das Magnetelement 12, und die Statoranordnung 1 1 sind dabei in Umfangsrichtung, d.h. um die Zentrumsachse Z, relativ zueinander bewegbar und erfindungsgemäß derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass durch eine entsprechende Relativbewegung, insbesondere infolge eines
Aufbringens eines Drehmoments auf die Lenkwelle, ein erster magnetischer Fluss F1 mit einer ersten magnetischen Flussrichtung erzeugt wird und ein zweiter magnetischer Fluss F2 mit einer der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung (vgl. Fig. 2a), wobei der erste Fluss mittels des ersten Magnetsensors 13A der
Magnetsensoranordnung 13 erfasst werden kann und der zweite magnetische Fluss mittels des zweiten Magnetsensors 13B.
Das Magnetelement 12 ist dabei innerhalb der Statoranordnung 1 1 angeordnet, insbesondere konzentrisch zu dieser bzw. der Zentrumsachse Z der
Drehmomentsensorvorrichtung 10, und mit einem Luftspalt dazwischen, wobei sich das Magnetelement 12 dabei in axialer Richtung entlang der Zentrumsachse Z nahezu über die gesamte Länge der Statoranordnung 1 1 erstreckt, welche lediglich an den Rändern, bezogen auf die in Fig. 1 gezeigte Darstellung, leicht nach oben und leicht nach unten über das Magnetelement 12 übersteht.
Alternativ kann aber auch das Magnetelement 12 in axialer Richtung länger als die Statoranordnung 1 1 sein, also oben und/oder unten über die Ränder 1 1 A/1 1 B
überstehen. Das ist besonders in einer Konfiguration gemäß Figur 3 vorteilhaft, da so eine Tolaranz zwischen Statorelement 1 1 und Magnetelement 12 keine Auswirkung auf die Symmetrie der Komponenten hat.
Die Statoranordnung 1 1 gemäß Figur 1 weist insgesamt drei Statoren auf, einen ersten Stator 1 1 A, einen zweiten Stator 1 1 B sowie einen dritten Stator 1 1 C, welche ebenfalls konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der dritte Stator 1 1 C ist dabei in axialer Richtung, bezogen auf die Zentrumsachse Z, zwischen dem ersten Stator 1 1 A und dem zweiten Stator 1 1 B angeordnet. Alle drei Statoren 1 1 A, 1 1 B, und 1 1 C weisen dabei jeweils einen ringscheibenförmigen Statorkörper R1 , R2 bzw. R3 auf sowie sich von diesem in axialer Richtung jeweils weg erstreckende Laschen L1 , L2, L3-1 sowie L3-2.
Der erste Stator 1 1 A weist dabei, genau wie der zweite Stator 1 1 B mit den Laschen L2, jeweils sich nur in einer Richtung erstreckende Laschen L1 auf, während der dritte Stator 1 1 C erfindungsgemäß erste Laschen L3-1 aufweist, welche sich in einer ersten axialen Richtung vom Statorkörper R3 weg erstrecken, sowie zweite Laschen L3-2, welche sich in einer entgegengesetzten axialen Richtung vom Statorkörper R3 weg erstrecken.
Die Laschen L1 bzw. L2 des ersten Stators 1 1 A bzw. des zweiten Stators 1 1 B erstrecken sich dabei jeweils in Richtung des dritten Stators 1 1 C, dessen erste Laschen L3-1 sich in Richtung des ersten Stators 1 1 A erstrecken und dessen zweite Laschen L3-2 sich in Richtung des zweiten Stators 1 1 B erstrecken.
Die einzelnen Laschen L1 , L2, L3-1 , L3-2 der 3 Statoren 1 1 A, 1 1 B und 1 1 C sind dabei jeweils gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet mit entsprechenden
Abstandslücken dazwischen, wobei der erste Stator 1 1 A und der zweite Stator 1 1 B jeweils 8 Laschen aufweisen, welche in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, während der dritte Stator 1 1 C insgesamt 16 Laschen L3-1 und L3-2 aufweist,
insbesondere 8 erste Laschen L3-1 und 8 zweite Laschen L3-2, siehe auch Fig. 2a, 2b und 2d. Die ersten Laschen L3-1 und die zweiten Laschen L3-2 des dritten Stators 1 1 C sind bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators 1 1 C dabei in
Umfangsrichtung vollständig versetzt zueinander angeordnet und jeweils abwechselnd. Die einzelnen Statoren 1 1 A, 1 1 B und 1 1 C sind dabei derart zueinander angeordnet, dass die Laschen L1 des ersten Stators 1 1 A und die ersten Laschen L3-1 des dritten Stators 1 1 C kämmend ineinandergreifen, ebenso die Laschen L2 des zweiten Stators 1 1 B und die zweiten Laschen L3-2 des dritten Stators 1 1 C.
Zur Erfassung des ersten magnetischen Flusses F1 , der zwischen dem ersten Stator 1 1 C und dem dritten Stator 1 1 C erzeugt wird, ist der erste Magnetsensor 13A vorgesehen und zur Erfassung des zweiten magnetischen Flusses F2, der zwischen dem zweiten Stator 1 1 B und dem dritten Stator 1 1 C erzeugt wird, ist der zweite Magnetsensor 13B vorgesehen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Magnetsensoren 13A und 13B jeweils bedrahtete Magnetsensoren 13A und 13B sind, die zur elektrischen
Kontaktierung, insbesondere zum Verlöten mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten
Leiterplatte, ebenfalls in Fig. 1 nicht dargestellte Anschlusspins aufweisen (vgl. Fig. 4: Leiterplatte LP und Anschlusspins 31 ).
Zur Bündelung bzw. zur Verstärkung der magnetischen Flüsse F1 , F2 sind jeweils Flussleiter 14A, 14B, 15A und 15B vorgesehen, welche jeweils Flussleiterpaare 14 bzw.
15 bilden, wobei mittels des ersten Flussleiterpaares 14 der erste magnetische Fluss F1 gebündelt und verstärkt wird und zum ersten Magnetsensor 13A geleitet wird und mittels des zweiten Flussleiterpaares 15 der zweite magnetische Fluss F2, welcher vom zweiten Magnetsensor 13B erfasst wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle vier Flussleiter 14A, 14B, 15A, 15B gleich, d. h. als Gleichteile ausgebildet, und jeweils durch rechteckige, flache, plattenartige Segmente gebildet, welche radial innerhalb der ringscheibenförmigen Statorkörper R1 , R2 und R3 angeordnet sind, jeweils mit einem axialen Abstand dazwischen und jeweils zwischen den zwei zugehörigen Statoren 1 1 A und 1 1 C bzw. 1 1 B und 1 1 C. Alternativ könnten ein oder mehrere der Flussleiter 14A, 14B, 15A und 15B auch als bogenförmige Segmente, insbesondere mit zu den Statorkörpern R1 , R2 bzw. R2 parallelen Rändern, ausgebildet sein. Der erste Magnetsensor 13A und der zweite Magnetsensor 13B, sind in diesem Fall, da sie als bedrahtete Magnetsensoren 13A und 13B ausgebildet sind, in axialer Richtung jeweils sandwichartig zwischen den beiden zugehörigen Flussleitern 14A und 14B bzw. 15A und 15B des jeweils zugehörigen Flussleiterpaares 14 bzw. 15 angeordnet.
Die Fig. 2a zeigt die Drehmomentsensorvorrichtung 10 aus Fig. 1 in detaillierterer, ebenfalls perspektivischer Darstellung gegenüber Fig. 1 , jedoch ohne die
Magnetsensoren 13A und 13B, anhand welcher insbesondere die Ausgestaltung der Statoranordnung 1 1 mit den ineinandergreifenden Laschen L1 , L2, L3-1 und L3-2 sowie des Magnetelements 12 erkennbar ist, vor allem in Verbindung mit den Fig. 2b bis 2d.
Fig. 2b zeigt die Drehmomentsensorvorrichtung 10 aus Fig. 1 ohne das Magnetelement 12, Fig. 2c das Magnetelement 12 der Drehmomentsensorvorrichtung aus Fig. 2a in Einzelteildarstellung und Fig. 2d den erfindungsgemäßen Stator 1 1 C aus Fig. 1 und 2a in Einzelteildarstellung in perspektivischer Ansicht.
Wie anhand der Fig. 2a und 2c gut erkennbar ist, ist das Magnetelement 12 bei diesem Ausführungsbeispiel ein als Permanentmagnet ausgebildeter, geschlossener Ringmagnet mit zwei axialen Abschnitten 12A und 12B mit jeweils in Umfangsrichtung alternierend wechselnder Polung P1 bzw. P2, wobei die beiden axialen Abschnitte 12A und 12B in Umfangsrichtung um einen Pol P1 bzw. P2 versetzt zueinander angeordnet sind.
In Verbindung mit der Statoranordnung 1 1 , insbesondere in Verbindung mit einem gemäß Fig. 2d ausgestalteten, erfindungsgemäßen dritten Stator 1 1 C mit in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordneten ersten Laschen L3-1 und zweiten Laschen L3-2, bewirkt eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen dem auf vorbeschriebene Art und Weise ausgebildeten Magnetelement 12 und der Statoranordnung 1 1 , dass der erste magnetische Fluss F1 und der zweite magnetische Fluss F2 jeweils mit
entgegengesetzten Richtungen, aber mit gleicher Größe, d.h. mit gleichem Betrag, erzeugt werden, was beispielsweise durch die Pfeile bzw. Vektoren rechts von der Abbildung symbolisiert ist. Die jeweilige Orientierung der Vektoren der magnetischen Flüsse F1 und F2 hängt dabei von der Richtung der Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen Magnetelement 12 und Statoranordnung 1 1 ab. So zeigen die Vektoren der magnetischen Flüsse F1 und F2 bei einer ersten Richtung der Relativbewegung zueinander und bei einer zweiten Richtung der Relativbewegung voneinander weg. Dies ermöglicht, durch eine einfache Differenzbildung der infolge des jeweils erfassten Flusses F1 bzw. F2 mittels der Magnetsensoren 13A und 13B erzeugten Sensorsignale das Ausmitteln und damit Herausrechnen einer von einem externen magnetischen Störfeld verursachten Störung, die jeweils zu einer gleichen unerwünschten Beeinflussung des ersten magnetischen Flusses F1 und des zweiten magnetischen Flusses F2 geführt hat.
Anhand der Fig. 3a bis 3b wird im Folgenden ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung 20 mit einem zweiten
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Statoranordnung 21 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators 21 C erläutert, wobei Fig. 3a dieses zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment
sensorvorrichtung 20 in perspektivischer Darstellung zeigt.
Fig. 3b zeigt die Drehmomentsensorvorrichtung 20 in Seitenansicht, jedoch ohne die Flussleiter 14, 15 bzw. 14A, 14B, 15A, 15B. Fig. 3c zeigt die Drehmomentsensor vorrichtung 20 in Seitenansicht, jedoch in diesem Fall ohne das Magnetelement 22 und Fig. 3d zeigt den erfindungsgemäßen Stator aus Fig. 3a in Einzelteildarstellung in perspektivischer Ansicht.
Im Unterschied zu der zuvor beispielhaft beschriebenen Drehmomentsensorvorrichtung 10 weist bei dieser Drehmomentsensorvorrichtung 20 das Magnetelement 22 eine konstante Polung in axialer Richtung auf und die ersten Laschen L3-1 und die zweiten Laschen L3-2 des dritten Stators 21 C sind in Umfangsrichtung fluchtend angeordnet.
In diesem Fall bewirkt eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen dem
Magnetelement 22 und der Statoranordnung 21 , dass der erste magnetische Fluss F1‘ und der zweite magnetische Fluss F2‘ ebenfalls erfindungsgemäß jeweils mit
entgegengesetzten Richtungen und mit gleicher Größe, d.h. mit gleichem Betrag, erzeugt werden. Das ist beispielhaft durch die Pfeile bzw. Vektoren der magnetischen Flüsse F1‘ und F2‘ in Fig. 3b symbolisiert. Die jeweilige Orientierung der Vektoren der magnetischen Flüsse F1‘ und F2‘ hängt dabei von der Richtung der Relativbewegung in
Umfangsrichtung zwischen Magnetelement 12 und Statoranordnung 1 1 ab. So zeigen die Vektoren der magnetischen Flüsse F1‘ und F2‘ bei einer ersten Richtung der Relativbewegung zueinander und bei einer zweiten Richtung der Relativbewegung voneinander weg.
Die entgegengesetzten ersten und zweiten Flussrichtungen ermöglichen jedoch auch in diesem Fall, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, durch eine einfache Differenzbildung das Ausmitteln und damit Herausrechnen einer von einem externen magnetischen Störfeld verursachten Störung.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment sensorvorrichtung 30 mit an einer Leiterplatte LP angelöteten Magnetsensoren 13A, 13B in perspektivischer Darstellung, wobei in dieser Darstellung gut erkennbar ist, dass die Anschlusspins 31 der beiden Magnetsensoren 13A und 13B jeweils radial nach außen geführt sind und mit einer mit ihrer Leiterplattenebene parallel zur Zentrumsachse Z angeordneten Leiterplatte LP verlötet sind.
Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment sensorvorrichtung 40 in perspektivischer Darstellung, jedoch ohne Magnetsensoren, wobei diese Drehmomentsensorvorrichtung 40 grundsätzlich der
Drehmomentsensorvorrichtung 10 aus den Fig. 1 und 2a bis 2d entspricht, jedoch zur Verwendung mit als SMD-Bauteile ausgebildeten Magnetsensoren ausgebildet ist, was geometrisch anders ausgestaltete und anders angeordnete Flussleiter 44A, 44B, 45A und 45B erfordert. Die übrigen Bauteile sind identisch zur Drehmomentsensorvorrichtung 10 ausgebildet.
Auch hier bilden jeweils wieder zwei Flussleiter 44A und 44B sowie 45A und 45B ein Flussleiterpaar 44 bzw. 45. Allerdings sind die beiden Flussleiter 44A und 44B des ersten Flussleiterpaares 44 dabei diesmal nicht beide zwischen dem ersten Stator 1 1 A und dem dritten Stator 1 1 C angeordnet, sondern der zweite Flussleiter 44B ist auf der vom ersten Stator 1 1 A abgewandten Seite des dritten Stators 1 1 C an dessen Statorkörper angeordnet und an diesem befestigt.
Entsprechend ist nur der erste Flussleiter 45A des zweiten Flussleiterpaares 45 zwischen dem zweiten Stator 1 1 B und dem dritten Stator 1 1 C angeordnet, während der zweite Flussleiter 45B dieses zweiten Flussleiterpaares 45 auf der vom zweiten Stator 1 1 B abgewandten Seite des dritten Stators 1 1 C an dessen Statorkörper angeordnet und an diesem befestigt ist.
Dabei sind lediglich jeweils die ersten Flussleiter 44A und 45A als Gleichteile ausgebildet sowie die zweiten Flussleiter 44B und 45B, wobei sämtliche Flussleiter 44A, 44B, 45A und 45B jeweils eine sich in radialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckende
Sammelfläche 46 zum Sammeln des magnetischen Flusses F1 bzw. F2 und eine sich in einer Ebene parallel zur Sammelfläche 46 erstreckende Lasche 47 zum Weiterleiten des magnetischen Flusses F1 bzw. F2 an zugehörige Magnetsensoren aufweisen, wobei die zugehörigen Magnetsensoren jeweils zwischen den Laschen 47 beider Flussleiter 44A und 44B bzw. 45A und 45B der beiden Flussleiterpaare 44 bzw. 45 angeordnet werden können.
Da die Drehmomentsensorvorrichtung 40 zur Verwendung von als SMD-Bauteilen ausgebildeten Magnetsensoren ausgebildet ist, welche eine andere Anordnung ermöglichen und/oder erfordern, sind die Flussleiter 44A, 44B, 45A und 45B bzw. die Flussleiterpaare 44 und 45 jeweils entsprechend ausgestaltet.
Damit beide Magnetsensoren auf einer gemeinsamen Leiterplatte in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden können, insbesondere auf einer Leiterplatte, die mit ihrer Leiterplattenebene normal zur Zentrumsachse Z orientiert angeordnet werden kann, sind die Sammelfläche 46 und die Lasche 47 der zweiten Flussleiter 44B und 45B jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, während die ersten Flussleiter 44A und 45A zwischen der Sammelfläche 46 und der Lasche 47 jeweils einen sich in axialer Richtung 48 erstreckenden Verbindungsabschnitt 48 aufweisen, welcher jeweils die in
unterschiedlichen Ebenen angeordneten Sammelfläche 46 mit der zugehörigen Lasche 47 des jeweiligen ersten Flussleiters 44B und 45B verbindet.
Die Laschen 47 der zweiten Flussleiter 44B und 45B sind bei diesem Ausführungsbeispiel dabei jeweils an einem Ende der Sammelflächen 46 angeordnet, so dass sich eine L- förmige Geometrie für die zweiten Flussleiter 44B und 45B ergibt. Alternativ könnten die Laschen 47 auch in der Mitte der Sammelfläche 46 angeordnet sein, so dass sich eine T- förmige Geometrie ergibt, mit welcher sich in einigen Fällen eine bessere Konzentration bzw. Bündelung des magnetischen Flusses erreichen lässt, da dies insbesondere die Verwendung größerer Sammelflächen 46 ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich können die Sammelflächen 46 auch jeweils in axialer Richtung am Statorrand überstehen, entweder nur in eine Richtung oder in beide, wie bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 6 und 7.
Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment sensorvorrichtung 50 in perspektivischer Darstellung, wobei dieses Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentsensorvorrichtung 50 sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich in der geometrischen Ausgestaltung und Anordnung der Flussleiter 54A, 54B, 55A, und 55B unterscheidet.
Auch hier bilden jeweils wieder zwei Flussleiter 54A und 54B sowie 55A und 55B ein Flussleiterpaar 54 bzw. 55. Allerdings weisen in diesem Fall sämtliche Flussleiter 54A und 54B sowie 55A und 55B eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende
Sammelfläche 46 auf, die jeweils durch ein sich nur über einen Teil des Umfangs erstreckendes Mantelsegment gebildet ist, und welche jeweils in axialer Richtung zu beiden Seiten über den Rand des jeweiligen benachbarten Statorkörpers übersteht. Die Ausgestaltung mit Laschen 57 und jeweils einem sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungsabschnitt 58 ist ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen
Drehmomentsensorvorrichtung 40.
Die mantelsegmentartige Ausgestaltung der Flussleiter 54A und 54B sowie 55A und 55B, insbesondere der beiden inneren zweiten Flussleiter 54B und 55B, ermöglicht eine Zusammenfassung dieser beiden Flussleiter 54B und 55B zu einem Bauteil, d.h. eine einstückige bzw. integrale Ausgestaltung, so dass nominal nur noch drei Flussleiter erforderlich sind, was den Montageaufwand der Drehmomentsensorvorrichtung 50 im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Drehmomentsensorvorrichtungen 10, 20, 30 und 40 mit jeweils vier zu befestigenden Flussleitern reduziert.
Fig. 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmoment sensorvorrichtung 60 in perspektivischer Darstellung, wobei dieses Ausführungsbeispiel auf der Drehmomentsensrovorrichtung 20 aus den Fig. 3a bis 3d basiert, jedoch im Gegensatz zu dieser zur Anordnung von SMD-Magnetsensoren ausgebildet ist und hierfür entsprechend ausgebildete Flussleiter 64A und 64B sowie 65A und 65B aufweist, welche sich von der anhand von Fig. 6 erläuterten Drehmomentsensorvorrichtung 50
dahingehend unterscheiden, dass die Sammelflächen 66 der Flussleiter 64A und 64B sowie 65A und 65B vollständig umlaufend, d.h. über einen Winkel von 360°, ausgebildet sind. Hierdurch kann eine verbesserte Bündelung der magnetischen Flüsse erreicht werden.
In einigen Fällen kann es vorteilhaft oder erforderlich sein, insbesondere
herstellungsbedingt, alternativ eine kleine Lücke in Umfangsrichtung vorzusehen und die Sammelflächen insbesondere nur über einen Umfangswinkel von 358° oder höchsten 355° oder sogar von höchstens nur 350° auszubilden, oder wie zuvor beschrieben, nur über einen deutlich kleineren Winkelbereich von beispielsweise 30° bis 60°.
Im Übrigen sind die Flussleiter 64A und 64B sowie 65A und 65B im Wesentlichen ähnlich zu den Flussleitern 54A und 54B sowie 55A und 55B aus Fig. 6 ausgebildet und weisen ebenfalls entsprechende Laschen 67 auf und die ersten Flussleiter 64A und 65A außerdem entsprechende Verbindungsabschnitte 68.
Bezuaszeichenliste:
10, 20, 30, 40, 50, 60 erfindungsgemäße Drehmomentsensorvorrichtung 1 1 , 21 erfindungsgemäße Statoranordnung
1 1 A erster Stator
1 1 B zweiter Stator
1 1 C, 21 C dritter Stator, erfindungsgemäßer Stator
12, 22 Magnetelement
12A erster axialer Abschnitt des Magnetelements
12B zweiter axialer Abschnitt des Magnetelements
13 Magnetsensoranordnung
13A erster Magnetsensor
13B zweiter Magnetsensor
14, 44, 54, 64 erstes Flussleiterpaar
14A, 44A, 54A, 64A erster Flussleiter des ersten Flussleiterpaares 14B, 44B, 54B, 64B zweiter Flussleiter des ersten Flussleiterpaares
15, 45, 55, 65 zweites Flussleiterpaar
15A, 45A, 55A, 65A erster Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares 15B, 45B, 55B, 65B zweiter Flussleiter des zweiten Flussleiterpaares 31 Anschlusspins
46, 56, 66 Sammelfläche
47, 57, 67 Lasche
48, 58, 68 Verbindungsabschnitt
F1 , F 1‘ erster magnetischer Fluss
F2, F2‘ zweiter magnetischer Fluss
L1 Laschen des ersten Stators
L2 Laschen des zweiten Stators
L3-1 erste Laschen des dritten Stators
L3-2 zweite Laschen des dritten Stators
LP Leiterplatte
P1 Magnetsegment mit erster Polung
P2 Magnetsegment mit zweiter Polung
R1 ringscheibenförmiger Statorkörper des ersten Stators
R2 ringscheibenförmiger Statorkörper des zweiten Stators
R3 ringscheibenförmiger Statorkörper des dritten Stators
Z Zentrumsachse

Claims

Patentansprüche
1 . Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments,
wobei die Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) eine Magnetanordnung, eine Statoranordnung (1 1 , 21 ) und eine
Magnetsensoranordnung (13) aufweist,
wobei die Magnetanordnung zum Erzeugen wenigstens eines Magnetfeldes ausgebildet ist,
wobei in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) ein magnetischer Fluss erzeugbar ist, wobei die Magnetanordnung und die Statoranordnung (1 1 , 21 ) in
Umfangsrichtung relativ zueinander bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnetanordnung und die Statoranordnung (1 1 , 21 ) derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet sind, dass durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung (1 1 , 21 ) in Umfangsrichtung um eine Zentrumsachse (Z) der Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) ein erster magnetischer Fluss (F1 , F1’) mit einer ersten magnetischen Flussrichtung erzeugbar ist und ein zweiter magnetischer Fluss (F2, F2’) mit einer der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung,
wobei die Statoranordnung dazu ausgebildet ist, den in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) erzeugten ersten magnetischen Fluss (F1 , F1’) und den in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) erzeugten zweiten magnetischen Fluss (F2, F2‘) an die Magnetsensorvorrichtung (13) zu leiten, und
wobei die Magnetsensoranordnung (13) einen ersten Magnetsensor (13A) umfasst zum Erfassen des ersten magnetischen Flusses (F1 , F1’) und einen zweiten Magnetsensor (13B) zum Erfassen des zweiten magnetischen Flusses (F2, F2’).
2. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Statoranordnung (1 1 , 21 ) einen ersten Stator (1 1 A), einen zweiten Stator (1 1 B) und einen dritten Stator (1 1 C, 21 C) aufweist, die jeweils konzentrisch zueinander entlang der Zentrumsachse (Z) angeordnet sind, wobei der dritte Stator (1 1 C, 21 C) in axialer Richtung, bezogen auf die Zentrumsachse (Z) der Statoranordnung (1 1 , 21 ), zwischen dem ersten Stator (1 1 A) und dem zweiten Stator (1 1 B) angeordnet ist, wobei durch eine Relativbewegung zwischen der Magnetanordnung und der Statoranordnung (1 1 , 21 ) in Umfangsrichtung der erste magnetische Fluss (F1 , F1’) mit der ersten magnetischen Flussrichtung zwischen dem ersten Stator (1 1 A) und dem dritten Stator (1 1 C, 21 C) in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) erzeugbar ist und der zweite magnetische Fluss (F2, F2’) mit der der ersten Flussrichtung entgegengesetzten zweiten Flussrichtung zwischen dem zweiten Stator (1 1 B) und dem dritten Stator (1 1 C, 21 C) in der Statoranordnung (1 1 , 21 ) erzeugbar ist.
3. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stator (1 1 A) und der zweite Stator (1 1 B) jeweils einen ringscheibenförmigem Statorkörper (R1 , R2) und Laschen (L1 , L2) umfassen, welche sich vom zugehörigen Statorkörper (R1 , R2) jeweils in eine axiale Richtung weg erstrecken, wobei der erste Stator (1 1 A) und der zweite Stator (1 1 B) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sich die Laschen (L1 , L2) des ersten Stators (1 1 A) und des zweiten Stators (1 1 B) jeweils in axialer Richtung vom zugehörigen Statorkörper (R1 , R2) in Richtung des drittens Stators (11 C, 21 C) erstrecken.
4. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Stator (11 C,
21 C) einen Statorring und erste Laschen (L3-1 ) und zweite Laschen (L3-2) umfasst, wobei sich die ersten Laschen (L3-1 ) und zweiten Laschen (L3-2) jeweils in entgegensetzen axialen Richtungen vom Statorring des dritten Stators (11 C, 21 C) weg erstrecken.
5. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 30, 40, 50) nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) des dritten Stators (11 C) in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt.
6. Drehmomentsensorvorrichtung (20, 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erstes Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) des dritten Stators (21 C) in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappend angeordnet sind, vorzugsweise vollständig überlappend, insbesondere in axialer Richtung
miteinander fluchtend.
7. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Laschen (L3-1 ) des dritten Stators (1 1 C, 21 C) in Umfangsrichtung versetzt zu den Laschen (L1 ) des ersten
Stators (1 1 A) angeordnet sind und insbesondere kämmend in Abstandslücken zwischen den Laschen (L1 ) des ersten Stators (1 1 A) eingreifen und/oder die zweiten Laschen (L3-2) des dritten Stators (11 C, 21 C) in Umfangsrichtung versetzt zu den Laschen (L2) des zweiten Stators (1 1 B) angeordnet sind und insbesondere kämmend in Abstandslücken zwischen den Laschen (L2) des zweiten Stators (1 1 B) eingreifen.
8. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring des dritten Stators (1 1 C, 21 C) durch einen konzentrisch zur Zentrumsachse (Z) angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden, ringscheibenförmigen Statorkörper (R3) gebildet ist und sich die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) von diesem Statorkörper (R3) weg erstrecken.
9. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung ein Magnetelement (12, 22) aufweist, das sich in axialer Richtung, insbesondere über eine gesamte axiale Länge des dritten Stators (1 1 C, 21 C), erstreckt.
10. Drehmomentsensorvorrichtung (20, 60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polung (P1 , P2) der Magnetanordnung, insbesondere des wenigstens einen Magnetelements (22), in axialer Richtung konstant ist.
1 1. Drehmomentsensorvorrichtung (20, 60) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorvorrichtung (20, 60) ferner einen dritten Stator (21 C) aufweist, dessen erste Laschen (L3-1 ) und zweite Laschen (L3- 2) in Umfangsrichtung vollständig überlappend angeordnet sind, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend, wobei die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) des dritten Stators (21 C) dabei insbesondere in
Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise Abschnitte unterschiedlicher Polung (P1 , P2) überlappen.
12. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung einen ersten, sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt (12A) und einen zweiten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt (12B) aufweist, wobei an wenigstens einer Position in Umfangsrichtung der Magnetanordnung, insbesondere an jeder Position in
Umfangsrichtung, die Polung (P1 , P2) des ersten axialen Abschnitts (12A) an dieser Position entgegengesetzt zur Polung (P1 , P2) des zweiten axialen Abschnitts (12B) an dieser Position ist.
13. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 30, 40, 50) nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorvorrichtung (10, 30, 40, 50) ferner einen dritten Stator (1 1 C) aufweist, dessen erste Laschen (L3-1 ) und zweite Laschen (L3-2) in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt, wobei die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) des dritten Stators (21 C) dabei insbesondere in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise Abschnitte unterschiedlicher Polung (P1 , P2) überlappen.
14. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste axiale Abschnitt (12A) und der zweite axiale Abschnitt (12B) in axialer Richtung aneinander angrenzen und insbesondere Teil eines gemeinsamen Magnetelements (12) sind.
15. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein
Magnetsensor (13A, 13B) der Magnetsensoranordnung, insbesondere beide Magnetsensoren (13A, 13B), ein bedrahteter Magnetsensor mit Anschlusspins (31 ) ist, wobei der Magnetsensor (13A, 13B) in axialer Richtung zwischen dem dritten Stator (1 1 C, 21 C) und einem der anderen beiden Statoren (1 1 A, 1 1 B) angeordnet ist und insbesondere derart angeordnet ist, dass die Anschlusspins (31 ) in radialer Richtung nach außen zeigen.
16. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein
Magnetsensor der Magnetsensoranordnung, insbesondere beide Magnetsensoren, ein SMD-Magnetsensor ist, wobei der Magnetsensor in axialer Richtung auf Höhe des dritten Stators (11 C, 21 C) angeordnet ist und insbesondere auf einer
Leiterplatte angeordnet ist, die mit ihrer Leiterplattenebene normal zur
Zentrumsachse (Z) der Statoranordnung (1 1 , 21 ) orientiert angeordnet ist.
17. Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) ein erstes Flussleiterpaar (14, 44, 54, 64) mit zwei Flussleitern (14A, 14B; 44A, 44B; 54A, 54B; 64A, 64B) zur Bündelung, insbesondere zur Verstärkung, und zur Weiterleitung des ersten magnetischen Flusses (F1 , F1‘) an die Magnetsensoranordnung (13), insbesondere an den ersten Magnetsensor (13A, 13B), sowie ein zweites Flussleiterpaar (15, 45, 55, 65) mit zwei Flussleitern (15A, 15B; 45A, 45B; 55A, 55B; 65A, 65B) zur Bündelung, insbesondere zur Verstärkung, und zur Weiterleitung des zweiten magnetischen Flusses (F2, F2‘) an die Magnetsensoranordnung (13), insbesondere den zweiten Magnetsensor (13B), aufweist, wobei insbesondere wenigstens zwei der Flussleiter (14A, 14B, 15A, 15B; 44A, 45A; 44B, 45B; 54A, 55A; 54B, 55B; 64A, 65A; 64B, 65B) geometrisch gleich ausgebildet sind oder Gleichteile sind.
18. Verfahren zur Bestimmen eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60), insbesondere mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60), die nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erfassen einer ersten magnetischen Flussdichte (F1 , F1‘) mittels eines ersten Magnetsensors (13A) und Erzeugen eines ersten Sensorsignals,
Erfassen einer zweiten magnetischen Flussdichte (F2, F2‘) mittels eines zweiten Magnetsensors (13B) und Erzeugen eines zweiten Sensorsignals, insbesondere gleichzeitig, Berechnen einer Differenz aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal, und
Bestimmen des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal berechneten Differenz.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen des auf die Welle aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal berechneten Differenz, die berechnete Differenz durch den Faktor zwei dividiert wird.
20. Stator (1 1 C, 21 C) für eine Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten
Drehmoments, insbesondere für eine Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30,
40, 50, 60), die nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1 1 C, 21 C) einen sich in radialer Richtung erstreckenden Statorkörper (R3) und erste Laschen (L3-1 ) und zweite Laschen (L3- 2) umfasst, wobei sich die ersten Laschen (L3-1 ) und zweiten Laschen (L3-2) jeweils in entgegensetzen axialen Richtungen von diesem Statorkörper (R3) weg erstrecken.
21. Stator (1 1 C, 21 C) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) in Umfangsrichtung jeweils zumindest teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere jeweils vollständig zueinander versetzt,
ODER dadurch, dass
die ersten Laschen (L3-1 ) und die zweiten Laschen (L3-2) in Umfangsrichtung zumindest teilweise überlappend angeordnet sind, vorzugsweise vollständig überlappend, insbesondere in axialer Richtung miteinander fluchtend.
22. Statoranordnung (1 1 , 21 ) für eine Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40,
50, 60) zur Erfassung eines auf eine Welle aufgebrachten Drehmoments, insbesondere zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments, insbesondere für eine Drehmomentsensorvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60), die nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist, wobei die Statoranordnung (1 1 , 21 ) einen ersten Stator ( 11 A) , einen zweiten Stator (1 1 B) und einen dritten Stator (1 1 C, 21 C) aufweist, die jeweils konzentrisch zueinander entlang einer Zentrumsachse (Z) angeordnet sind,
wobei der dritte Stator (1 1 C, 21 C) in axialer Richtung, bezogen auf die Zentrumsachse (Z), zwischen dem ersten Stator und dem zweiten Stator angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Stator (1 1 C, 21 C) nach einem der Ansprüche 20 oder 21 ausgebildet ist.
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