WO2019110183A1 - Sensoranordnung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements - Google Patents

Sensoranordnung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements Download PDF

Info

Publication number
WO2019110183A1
WO2019110183A1 PCT/EP2018/078437 EP2018078437W WO2019110183A1 WO 2019110183 A1 WO2019110183 A1 WO 2019110183A1 EP 2018078437 W EP2018078437 W EP 2018078437W WO 2019110183 A1 WO2019110183 A1 WO 2019110183A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
incremental angle
angle sensor
wheel
sensor signal
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/078437
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Rolew
Fabian Utermoehlen
Guy-Edward Michalski
Andre Yashan
Daniel Matthie
Thomas Preiss
Sven Neubauer
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2019110183A1 publication Critical patent/WO2019110183A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24457—Failure detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Definitions

  • Sensor arrangement for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation
  • a rotation property is generally a property to understand, which at least partially describes the rotation of the rotating element. This may, for example, be an angular velocity, a rotational speed, an angular acceleration, a rotation angle or another property which may characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. Examples of such sensors are described in Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 2nd edition, 2012, pages 63-74 and 120-129.
  • a rotational speed of a rotor or an angular position of a rotor of an electric machine, in particular an electric machine of an electric vehicle can be determined.
  • a position of a camshaft of an internal combustion engine can be determined relative to a crankshaft with a so-called phase encoder by means of a Hall sensor.
  • a donor wheel is mounted on the rotating axle.
  • a device for detecting a rotating part of an internal combustion engine in which the rotating part of a Geberradrise is provided with a plurality of regular teeth, wherein at least two distinguishable fiducial marks are provided.
  • the encoder disc is either mounted on the camshaft or on the shaft in the distributor.
  • DE 10 2013 203 937 Al an electrical Machine with a rotor which is rotatably mounted in a stator about a rotational axis, wherein at least one optical sensor is provided, which is mounted stationary relative to the stator and which has an optical detection range.
  • the rotor has one here
  • Marking device with at least one optical mark.
  • Adjust conditions of the machine such as the electric machine. Furthermore, usually high costs arise during assembly and / or when changing sensor arrangements of the type described. Furthermore, functional safety plays a role in sensor arrangements of the type mentioned and / or in the machines in which these sensor arrangements determine at least one rotational property of at least one Rotary axis rotating element usually be installed, a big role. Furthermore, the determination of the at least one happens
  • Rotational property of the rotating about the axis of rotation element often too slow.
  • a sensor arrangement for determining at least one rotational property of a rotating element is proposed.
  • a “sensor arrangement for determining at least one rotational property of a rotating element” can in principle be understood to mean any device which is suitable for detecting the at least one rotational property and which, for example, can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected property, such as a voltage or a current. Combinations of properties can also be detected.
  • a "rotation property” can basically be understood as meaning a property which at least partially describes the rotation of the rotating element.
  • This may be, for example, an angular velocity, a rotational speed, a rotational direction, an angular acceleration, an angular position or other properties which may at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element.
  • the rotational property may be a position, in particular an angular position, or a rotational speed or a rotational speed
  • an "angular position" can basically be understood to mean a rotational angle of a rotatable device, for example of the rotating element or of the encoder wheel, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation.
  • the sensor arrangement can be set up in particular for use in a motor vehicle, in particular in an internal combustion engine or an electric motor.
  • a "rotating element" can basically be understood to mean any element which has an axis of rotation and rotates about it.
  • the rotating element may be a shaft in an engine, for example a camshaft.
  • an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or a combination of both variables can be determined.
  • the rotating element can also be a rotating element of an electric motor, for example a rotor.
  • the sensor arrangement for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation comprises at least one encoder wheel which can be connected to the rotating element, wherein the transmitter wheel has a transmitter wheel profile.
  • the sensor arrangement furthermore comprises at least one first incremental angle sensor and at least one second incremental angle sensor, wherein the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the at least one encoder wheel are arranged relative to one another such that at least one first sensor signal generated by the first incremental angle sensor and at least one of the second
  • Inkrementalwinkelsensor generated second sensor signal are out of phase with each other.
  • Donor wheel may in the context of the present invention
  • the invention should be understood to mean any element which, as a component of the encoder wheel, contributes to effecting the at least one measurable signal when the encoder wheel is connected to the rotating element per revolution of the rotating element. In particular, it may be at the
  • Profile element to act any shaping of the contour of the encoder wheel, in particular a bulge, such as a pin-shaped, a tooth-shaped or a serrated bulge, or a notch or a recess, such as a hole.
  • the serrated bulge may be referred to as a tooth and the notch may be referred to as a gap.
  • the encoder wheel may comprise at least one ferromagnetic material.
  • the at least one profile element may comprise at least one ferromagnetic material.
  • the profile element may, for example, a circular contour of the
  • the profile element can contribute to the formation of the measurable signal by electrical, magnetic or optical properties.
  • a donor wheel in particular a donor wheel with a circular contour, have a plurality of profile elements, which can be arranged such that at least two successive profile elements have different magnetic properties.
  • Such a partially differently magnetized encoder wheel can also be referred to as a pole wheel or as a multipole wheel.
  • the profile element may have a dimension D in a direction of extension tangential to the encoder wheel.
  • the profile element can be formed as a tooth and the tooth can have a dimension DZ tangentially to the encoder wheel in the extension direction.
  • the profile element can be formed as a gap and the gap can span direction tangential to the Encoder wheel have a dimension DL.
  • the dimension DL may have a value of 1 mm to 8 mm, preferably 2 mm to 5 mm, particularly preferably 3.5 mm.
  • the dimension DZ is a dimension of 1 mm to 8 mm, preferably 2 mm to 5 mm, particularly preferably 3.5 mm.
  • the at least one encoder wheel may have at least one profile element.
  • the sender wheel may in particular have a multiplicity of profile elements.
  • the sender wheel may have a radius r.
  • an “incremental angle sensor” can in principle be understood to mean any sensor which detects an angular position of an element connected to a transmitter wheel discontinuously, for example at least once per revolution, and at least one measurement signal corresponding to at least one element rotating about at least one axis of rotation can generate a detected angular position, in particular an electrical measurement signal, for example a voltage or a current.
  • the incremental angle sensor can be set up to detect an angular position of the element per revolution of the element connected to the sender wheel and rotating about at least one axis of rotation.
  • the incremental angle sensor can also be set up to detect a multiplicity of angular positions of the element connected to the transmitter wheel and rotating about at least one axis of rotation.
  • the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the at least one encoder wheel are arranged relative to one another such that at least one first sensor signal generated by the first incremental angle sensor and at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor are out of phase with one another.
  • a “sensor signal” can in principle be understood to be any measurable signal which differs from a sensor according to a detected by the sensor property is generated.
  • the sensor signal may be an electrical signal, for example a voltage or a current.
  • phase-shifted can basically be understood as meaning a relation of the sensor signals with respect to at least two sensor signals, wherein the sensor signals are generated periodically according to at least one property of at least one periodic operation.
  • the sensor signals themselves may be periodic.
  • the sensor signals may have the period of the periodic process whose at least one property they detect.
  • the sensor signals may be said to be out of phase if they coincide in their periods, but not in the times of their zero crossings.
  • the sensor signals may be generated periodically, in particular in the context of the at least partial detection of the same periodic process, and may coincide in their period. In particular, the period may correspond to a duration of one complete revolution of the rotating element.
  • the relation of the phase-shifted sensor signals can be described in more detail by a phase shift. Voices the two out of phase
  • the first sensor signal and the second sensor signal are
  • the first sensor signal and the second sensor signal have a phase shift.
  • the phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal may be constant.
  • the period of the first sensor signal and the period of the second sensor signal may change, in particular according to a change in the duration of the complete revolution of the rotating element.
  • the phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal may be constant even with the changing period duration.
  • the phase shift between the first sensor signal and the second Sensor signal may be in particular a quarter of the period. Another phase shift is possible in principle.
  • the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor may be selected from the group consisting of: an active one
  • Inkrementalwinkelsensor a single Hall sensor; a differential Hall sensor; a GMR-based sensor; a TMR based sensor; an AMR-based sensor; an inductive incremental angle sensor.
  • an “active incremental angle sensor” can basically be understood as meaning any incremental angle sensor which detects a measurement signal corresponding to one
  • the Property can generate, in particular an electrical measurement signal, such as a voltage or a current, wherein the measurement signal is generated at a constant magnetic flux, for example in the presence of a static magnetic field.
  • the active incremental angle sensor can in particular at least one Hall element and / or at least one
  • Magnetic field generator in particular a permanent magnet and / or an electromagnet include.
  • Incremental angle sensor be designed as a single-Hall sensor.
  • a “single Hall sensor” can be understood as meaning any sensor, in particular an active incremental angle sensor, which comprises a Hall element.
  • the single Hall sensor may comprise at least one magnetic field generator, in particular a permanent magnet and / or an electromagnet.
  • the active in particular a permanent magnet and / or an electromagnet.
  • Inkrementalwinkelsensor be designed as a differential Hall sensor.
  • a “differential Hall sensor” can be understood as any sensor, in particular an active incremental angle sensor, which comprises a plurality of Hall elements, for example two Hall elements, preferably three Hall elements. Accordingly, the Hall elements of the differential Hall sensor may be referred to as a first Hall element, a second Hall element and a third Hall element. Furthermore, the differential Hall sensor at least one
  • Magnetic field generator in particular a permanent magnet and / or an electromagnet include.
  • the differential Hall sensor and / or an evaluation unit described in more detail below can be set up to at least one difference between a Hall voltage of the first Hall element and the second Hall element and a difference between a Hall voltage to determine the second and the third Hall element.
  • the differential Hall sensor at least one
  • the Hall element in particular the first and / or the second and / or the third Hall element, in a
  • Extending direction tangential to the encoder wheel have a dimension of 0.2 mm to 5 mm, preferably from 0.3 mm to 2.5 mm, particularly preferably from 0.4 mm to 1 mm.
  • the active incremental angle sensor can also be used on other
  • the active incremental angle sensor may be based on at least one of the following effects: a GMR effect; a TMR effect; an AMR effect.
  • GMR, TMR and AMR stand for the commonly used English terms “giant magnetoresistance” (GMR), “tunnel magnetoresistance” (TMR) and “anisotropic magnetoresistance” (AMR).
  • GMR giant magnetoresistance
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • AMR anisotropic magnetoresistance
  • Incremental angle sensor as already mentioned as inductive
  • Inkrementalwinkelsensor be configured. Under an "inductive
  • Incremental angle sensor can in the context of the present invention basically an arbitrary incremental angle sensor are understood, which can generate a measurement signal corresponding to a detected property, in particular an electrical measurement signal, such as a voltage or a current, wherein a generation of the measurement signal based on a change in a magnetic flux density.
  • the inductive incremental angle sensor can in particular at least one coil and / or at least one
  • Magnetic field generator in particular a permanent magnet and / or an electromagnet include.
  • the inductive incremental angle sensor may also comprise further elements, in particular at least one core at least partially surrounded by the coil.
  • the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor can be configured identically.
  • Inkrementalwinkelsensor be configured as active incremental angle sensors, in particular as a differential Hall sensors.
  • the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the at least one encoder wheel are arranged relative to one another such that at least one first sensor signal generated by the first incremental angle sensor and at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor are out of phase with one another.
  • a first distance A1 of the first incremental angle sensor to the axis of rotation and a second distance A2 of the second incremental angle sensor to the axis of rotation may be the same.
  • the sensor arrangement can have a transmitter wheel and the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the one transmitter wheel can be arranged in the same plane.
  • the first incremental angle sensor and the second incremental angle sensor can be arranged offset from one another on a circular path around the encoder wheel, in particular about the axis of rotation.
  • Incremental angle sensor and the second incremental angle sensor with respect to the axis of rotation include an angle a.
  • this may have the sender wheel at least one gap and at least one tooth and the angle a can satisfy the following equation:
  • the angle a may be selected such that the phase shift between the first sensor signal and the second sensor signal is one quarter of the period of the first sensor signal, the second sensor signal and the rotating element.
  • the angle a can satisfy the following equation:
  • angles ⁇ and g described later and described in detail can satisfy equations (1) and (2) (see equations (3), (4), (5) and (6) below).
  • the sensor arrangement may comprise a plurality of encoder wheels.
  • the plurality of encoder wheels can be arranged offset in the axial direction along the axis of rotation.
  • the Sensor arrangement comprise two encoder wheels, which can be referred to as a first encoder wheel and a second encoder wheel.
  • the first sender wheel and the second sender wheel can be arranged offset along the axis of rotation.
  • the sensor arrangement may have a first transmitter wheel with a first transmitter wheel profile and a second transmitter wheel with a second transmitter wheel profile, wherein the first incremental angle sensor and the first transmitter wheel may be arranged in a first plane, wherein the second incremental angle sensor and the second transmitter wheel arranged in a second plane could be.
  • first transmitter wheel profile and transmitter wheel profile of the first transmitter wheel as well as the terms second transmitter wheel profile and transmitter wheel profile of the second transmitter wheel are used synonymously.
  • the planes can be spaced apart by a distance A3 of 1 mm to 10 cm, preferably 2 mm to 5 cm, particularly preferably 3 mm to 3 cm.
  • the first encoder wheel profile and the second encoder wheel profile can be formed identically.
  • the encoder wheel profile of the first encoder wheel can be arranged rotated in relation to the encoder wheel profile of the second encoder wheel with respect to the axis of rotation.
  • the projection of the first Geberradprofils and the projection of the second Geberradprofils with respect to the axis of rotation may include an angle ß.
  • the angle ⁇ may be selected such that the phase shift between the first
  • Sensor signal and the second sensor signal is a quarter of the period of the first sensor signal, the second sensor signal and the rotating element.
  • another phase shift is possible.
  • the angle ⁇ can satisfy the equations (1) and (2) already formulated above for the angle a:
  • encoder wheels in particular the first sender wheel with the first sender wheel profile and the second sender wheel with the second sender wheel profile, can also be arranged in alignment with respect to the axis of rotation.
  • Inkrementalwinkelsensor be offset from one another.
  • the first incremental angle sensor may be compared to the second
  • Inkrementalwinkelsensor be arranged rotated with respect to the axis of rotation.
  • Inkrementalwinkelsensors in the direction of the axis of rotation offset along a circular path around the encoder wheel, in particular around the axis of rotation, have.
  • Incremental angle sensors with respect to the axis of rotation include an angle g.
  • the angle g can satisfy the equations (1) and (2) already formulated above for the angles a and ⁇ :
  • p is the sum of the dimension DL of the gap and the dimension DZ of the tooth.
  • r is the radius of the encoder wheel.
  • the incremental angle sensor and the second incremental angle sensor may also be arranged in alignment with respect to the axis of rotation.
  • the sensor arrangement may comprise at least one evaluation unit, wherein the evaluation unit may be configured to detect the first sensor signal and the second sensor signal.
  • the evaluation unit can be designed as a single unit. However, the evaluation unit can also be completely or partially outsourced to a control unit, in particular in a central control. Furthermore, the evaluation unit can also be wholly or partially incorporated in the first incremental angle sensor and / or in the second
  • Inkrementalwinkelsensor be integrated, in particular in the form of at least one ASIC.
  • the common abbreviation ASIC stands for the English term application-specific integrated circuit.
  • the evaluation unit may have at least one first evaluation circuit, wherein the first
  • Evaluation circuit is arranged to prepare the first sensor signal. Furthermore, the evaluation unit can have at least one second evaluation circuit, wherein the second evaluation circuit is set up to process the second sensor signal.
  • the first sensor signal and / or the second sensor signal may in particular each comprise a plurality of sensor signals.
  • the first sensor signal and / or the second sensor signal may each comprise two sensor signals, as in the example of FIG.
  • the evaluation unit can be set up to compare the difference between the Hall voltage of the first Hall element and the second Hall element with at least one first upper threshold value and / or with at least one first lower threshold value. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical zero when the first upper threshold value is exceeded by the ASIC. Furthermore, the evaluation unit can be set up to output a logical one when the first lower threshold value is undershot by the ASIC. Furthermore, the evaluation unit can be set up to compare the difference between the Hall voltage of the second Hall element and of the third Hall element with at least one second upper threshold value and / or with at least one second lower threshold value. Furthermore, the evaluation unit can be set up to be at a
  • the evaluation unit can be set up to output a logical one when the second lower threshold value is undershot by the ASIC.
  • the evaluation unit may be configured to determine from the first sensor signal and / or from the second sensor signal the at least one rotation property of the rotating element. Furthermore, the evaluation unit can be set up to conclude from a comparison of the first sensor signal and the second sensor signal to a direction of rotation of the rotating element. Furthermore, the evaluation unit can be configured to conclude from the first sensor signal and the second sensor signal to a functionality of the sensor arrangement. Under a "functionality of the sensor arrangement" can in the context of the present invention in principle a state regarding a healthiness, in particular a functionality, the sensor arrangement are understood. So the evaluation unit
  • the first sensor signal and the second sensor signal be set up in particular to close from the first sensor signal and the second sensor signal, in particular from the presence or absence of the phase shift on a serviceability or a defective state of the sensor arrangement, for example, one by a
  • EMC electromagnetic interference, in particular an EMC event, caused defect state.
  • EMC electromagnetic interference
  • An EMC event may in particular be an electromagnetic interference event.
  • the sensor arrangement can be set up to pass on the first sensor signal and / or the second sensor signal to the control unit.
  • the evaluation unit can be set up around the first one
  • the evaluation unit can also be formed as part of the control unit. Alternatively, however, the control unit can also be set up as part of the evaluation unit.
  • a method for determining at least one rotational property of a rotating element about at least one axis of rotation is proposed, the method comprising the use of at least one with the rotating element-connecting encoder wheel, wherein the encoder wheel has a Geberradprofil. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also another
  • Sequence is possible in principle. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
  • the method steps are: a) generating at least one first sensor signal by at least one first incremental angle sensor; and b) generating at least one second sensor signal by at least one second incremental angle sensor, wherein the first sensor signal and the second sensor signal are out of phase with each other.
  • the method can in particular be carried out using a sensor arrangement according to the present invention, that is to say according to one of the abovementioned embodiments or according to one of the embodiments described below in more detail. Accordingly, for
  • the method may include:
  • the method may include:
  • the method may include:
  • the rotation property of the first sensor signal and / or the second sensor signal can be determined by an evaluation unit and / or by the control unit.
  • the method may include:
  • a time offset of the arrival of the first sensor signal and the second sensor signal can be determined by the control unit.
  • the method may include:
  • the first sensor signal and / or the second sensor signal may each comprise a plurality of sensor signals
  • the sensor arrangement may have a simple and / or flexible structure, in particular a simple and / or flexible sensor structure.
  • the sensor arrangement may have only one encoder wheel and the first incremental angle sensor, the second incremental angle sensor and the one encoder wheel may be arranged in the same plane.
  • the sensor arrangement may have a first encoder wheel and a second encoder wheel, wherein the first incremental angle sensor and the first encoder wheel may be arranged in a first plane, wherein the second incremental angle sensor and the second encoder wheel may be arranged in a second plane.
  • the sensor arrangement may have a first encoder wheel and a second encoder wheel, wherein the first incremental angle sensor and the first encoder wheel may be arranged in a first plane, wherein the second incremental angle sensor and the second encoder wheel may be arranged in a second plane.
  • Inkrementalwinkelsensors and the second incremental angle sensor in particular by the combination of two individual sensors, high
  • the sensor arrangement according to the invention can reduce costs compared with the prior art, in particular during assembly and / or during complete and / or partial replacement of the sensor arrangement, since the first incremental angle sensor and / or the second incremental angle sensor are radial with respect to the at least a sensor wheel may be arranged and, for example, a motor shaft must not completely enclose, as may be the case with other sensor arrangements of the prior art, in particular for example in a resolver. Furthermore, it may be possible for the sensor arrangement to be able to quickly recognize a direction of rotation of the rotating element, in particular at the latest after a passage has taken place
  • inventive method for a large number, in particular all types of electric machines can be used. Furthermore, it may be advantageous that in the case of the present device and / or in the case of the present method, the rotational speed of the rotating element does not have to be derived from an absolute angle information of the resolver by a differentiation.
  • Figures 1A, 1B and IC a first, as a differential Hall sensor
  • FIG. 2 shows an embodiment of a sensor arrangement in a front view
  • FIG. 4 shows another embodiment of the
  • FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B show two further embodiments of the invention
  • FIG. 7 is a flowchart of a device according to the invention.
  • the sensor arrangement 110 for determining at least one
  • Rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation 112 comprises at least one encoder wheel 114 which can be connected to the rotating element, the transmitter wheel 114 having a transmitter wheel profile 116.
  • the sensor arrangement 110 further comprises at least a first one
  • Incremental angle sensor 118 and at least a second
  • Incremental angle sensor 120 wherein the first incremental angle sensor 118, the second incremental angle sensor 120 and the at least one encoder wheel 114 are arranged such that at least one of the first incremental angle sensor 118 generated first sensor signal 122 and at least one generated by the second incremental angle sensor 120 second
  • Incremental angle sensor 118 and second incremental angle sensor 120 may be selected from the group consisting of: an active one
  • FIG. 1A shows, by way of example, a first incremental angle sensor 112 designed as a differential Hall sensor 127 with a transmitter wheel 114.
  • the differential Hall sensor 127 may have a plurality of Hall elements 128, for example two Hall elements 128, preferably three Hall elements 128, as shown in Figure 1A. Accordingly, the Hall elements 128 of the differential Hall sensor 127 may be referred to as a first Hall element 130, a second Hall element 132, and a third Hall element 134.
  • the differential Hall sensor 127 may comprise at least one magnetic field generator 136, in particular a permanent magnet 138 and / or an electromagnet, as shown in Figure 1A.
  • the permanent magnet 138 may be a
  • the differential Hall sensor 127 and / or an evaluation unit 140 may be configured to detect at least one difference between a Hall voltage of the first Hall element 130 and the second Hall element 132 and a difference between a Hall voltage Hall voltage to determine the second Hall element 132 and the third Hall element 134.
  • the differential Hall sensor 127 may include at least one sensor signal 142 according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element 130 and the second Hall element 132 and at least one further sensor signal 142 according to the difference between the Hall voltage of the second Hall element 132 and the third Hall element 134.
  • the Hall element 128, in particular the first Hall element 130 and / or the second Hall element 132 and / or the third Hall element 134, in a direction of extension tangential to the encoder wheel 114th have a dimension of 0.2 mm to 5 mm, preferably from 0.3 mm to 2.5 mm, particularly preferably from 0.4 mm to 1 mm.
  • FIGS. 1B and 1C each show a first sensor signal 122, as with the first one configured as a differential Hall sensor 127
  • the Incremental angle sensor 118 can be generated.
  • the first sensor signal 122 may comprise a plurality of sensor signals 142, in particular two sensor signals 142 according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element 130 and the second Hall element 132 and according to the difference between the Hall voltage of the second Hall element 132 and the third Hall element 134, as shown in Figures 1B and C. More specifically, according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element 130 and the second Hall element 132, the sensor signal 142 may be referred to as the A channel 144 and the sensor signal 142 may be referred to as the difference between the Hall voltage of the second Hall element 132 and the third Hall element 134 may be referred to as B channel 146.
  • the sensor signal 142 according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element 130 and the second Hall element 132 and the sensor signal 142 according to the difference between the Hall voltage of the second Hall element 132 and the third Hall element 134 may each be a difference signal 147 are designated.
  • the evaluation circuit 140 for example, using an AS IC, not shown here, which may be part of the evaluation circuit 140, output a logical zero when at least one of the two difference signal 147 exceeds an upper threshold, and the
  • Evaluation circuit 140 for example using the ASIC, can output a logical one if at least one of the two difference signals 147 exceeds a lower threshold.
  • the common abbreviation ASIC stands for the English term "application-specific integrated Circuit", which can be translated as an application-specific integrated circuit.
  • the sensor signal 142 may be calculated according to the difference between the Hall voltage of the first Hall element 130 and of the second Hall element 132 and the sensor signal 142 may be out of phase with each other according to the difference between the Hall voltage of the second Hall element 132 and the third Hall element 132. Accordingly, the two differential signals may have a phase shift.
  • the first sensor signal 122 is for two different ones
  • the sensor device 110 has next to at least a first
  • Incremental angle sensor 118 at least a second incremental angle sensor 120 on.
  • Incremental angle sensor 120 may be configured identically. In particular, the first incremental angle sensor 118 and the second
  • Inkrementalwinkelsensor 120 be configured as active incremental angle sensors 126, in particular as a differential Hall sensors 127. However, the first incremental angle sensor 118 and the second incremental angle sensor 120 can also be configured differently. The first
  • the incremental angle sensor 118, the second incremental angle sensor 120 and the at least one encoder wheel 114 are arranged relative to one another such that at least one first sensor signal 122 generated by the first incremental angle sensor 118 and at least one second sensor signal generated by the second incremental angle sensor 120 are out of phase with one another.
  • Incremental angle sensor 120 to the axis of rotation 112 may be the same, as shown in Figure 2.
  • the sensor arrangement 110 can
  • Have encoder wheel 114 and the first incremental angle sensor 118, the second incremental angle sensor 120 and the one encoder wheel 114 may be arranged in the same plane, as shown in Figure 2.
  • FIG. 2 shows the sensor arrangement 110 in a coordinate system comprising an x-axis and a y-axis.
  • Incremental angle sensor 120 offset from each other on a circular path around the encoder wheel 114, in particular about the axis of rotation 112, be arranged, as also seen in Figure 2. Furthermore, the first
  • Incremental angle sensor 118 and the second incremental angle sensor 120 with respect to the axis of rotation 112 include an angle a, as illustrated in Figure 2.
  • the encoder wheel 114 may have a radius r, as shown in particular in Figures 2 and 5A.
  • the encoder wheel 114 has a Geberradprofil 116, the at least one
  • Profile element 152 may include.
  • the transmitter wheel profile 116 may comprise a plurality of profile elements 152, for example a plurality of teeth 154 and a plurality of gaps 156.
  • the tooth 154 may have a dimension DZ in an extension direction tangential to the transmitter wheel 114, as shown in FIG.
  • the profile element 152 may be formed as a gap 156, and the gap 156 may have a dimension DL that is tangential to the transmitter wheel 114, as can also be seen in FIG.
  • the dimension DL may have a value of 1 mm to 8 mm, preferably 2 mm to 5 mm, particularly preferably 3.5 mm.
  • the dimension DZ may in particular have a value of 1 mm to 8 mm, preferably 2 mm to 5 mm, particularly preferably of 3.2 mm.
  • the dimension DL can exceed the dimension DZ by a value of 5% to 15%, preferably 7% to 12%, particularly preferably 10%.
  • the tooth 154 may have a height HZ, wherein an extension direction of the height HZ may extend in the radial direction of the encoder wheel 114, as shown in FIG.
  • the encoder wheel 114 may have at least one gap 156 and at least one tooth 154, and the angle ⁇ shown in particular in FIG. 2 may satisfy the following equation:
  • p is the sum of the dimension DL of the gap 156 and the
  • the angle a can be selected in this way be that the phase shift between the first sensor signal 122 and the second sensor signal is a quarter of the period of the first sensor signal 122, the second sensor signal and the rotating element.
  • the angle a can satisfy the following equation:
  • angles ⁇ and g which are still introduced below and described in greater detail, can also satisfy equations (1) and (2).
  • FIG. 4 shows a sensor arrangement 110 in a perspective view. As seen there, the first incremental angle sensor 118 and the second
  • Incremental angle sensor 120 may be incorporated in a common housing 158 with a plug 160.
  • FIG. 5A shows a further embodiment of the sensor arrangement 110 in a front view.
  • the sensor assembly 110 may include a plurality of encoder wheels 114. As shown in Figure 5A, the
  • Sensor arrangement 110 in particular two encoder wheels 114 include, which may be referred to as the first encoder wheel 162 and second encoder wheel 164.
  • the sensor arrangement 110 may have a first transmitter wheel 162 with a first transmitter wheel profile 166 and a second transmitter wheel 164 with a second transmitter wheel profile 168, wherein the first incremental angle sensor 118 and the first transmitter wheel 162 may be arranged in a first plane, wherein the second incremental angle sensor 120 and the second sender wheel 164 may be arranged in a second plane, as shown in Figure 5A.
  • first encoder wheel profile 166 and encoder wheel profile 116 of the first transmitter wheel 114 as well as the terms second transmitter wheel profile 168 and transmitter wheel profile 116 of the second transmitter wheel 164 are used synonymously.
  • the planes just described can be spaced apart by a distance A3 from 1 mm to 10 cm, preferably from 2 mm to 5 cm, particularly preferably from 3 mm to 3 cm.
  • the first encoder wheel profile 166 and the second transmitter wheel profile 168 may be formed identically.
  • the sender wheel profile 116 of the first sender wheel 162 and the sender wheel profile 116 of the second sender wheel 164 can be arranged offset to one another, as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • a projection of the first encoder wheel profile 166 in the direction the rotation axis 112 and a projection of the second Geberradprofils 168 in the direction of the rotation axis 112 have an offset 170.
  • the projection of the first Geberradprofils 166 and the projection of the second Geberradprofils 168 with respect to the rotation axis 112 include an angle ß.
  • the angle ⁇ may be selected such that the phase shift between the first sensor signal 122 and the second sensor signal is one quarter of the period of the first sensor signal, the second sensor signal and the rotating element.
  • Rotation axis 112 and a projection of the second incremental angle sensor 120 in the direction of the rotation axis 112 completely overlap and
  • FIG. 5B shows in schematic form a section of the sensor arrangement 110 from FIG. 5A in a plan view. To illustrate an arrangement of the first encoder wheel 162 with the first Geberradprofil 166 and the second encoder wheel 164 with the second Geberradprofil 168 and the first
  • FIGS. 5A and 5B show the sensor arrangement 110 in one
  • Coordinate system comprising an x-axis, a y-axis and a z-axis.
  • FIGS. 5B and 6B one possible direction of rotation of the rotating element and of the first encoder wheel 162 which can be connected to the rotating element and of the second encoder wheel 164 which can be connected to the rotating element is indicated by a circular arrow in each case.
  • FIG. 6A shows a further embodiment of the sensor arrangement 110 in a front view.
  • the sensor arrangement 110 can have, in particular, the first transmitter wheel 162 with the first transmitter wheel profile 166 and the second transmitter wheel 164 with the second transmitter wheel profile 168, wherein the first incremental angle sensor 118 and the first transmitter wheel 162 can be arranged in a first plane , where the second
  • Incremental angle sensor 120 and the second encoder wheel 164 may be arranged in a second plane. Furthermore, as illustrated in FIG. 6A by the front view of the sensor arrangement 110, a projection of the first transmitter wheel 162 with the first transmitter wheel profile 166 in the direction of the rotation axis 112 and a projection of the second transmitter wheel 164 with the second encoder wheel profile 168 completely overlap in the direction of the axis of rotation and in particular have no offset 170.
  • the first transmitter wheel profile 166 and the second transmitter wheel profile 168 may be identical.
  • the first incremental angle sensor 118 and the second incremental angle sensor 120 may be staggered with each other as shown in FIGS. 6A and 6B. In particular, the first
  • Incremental angle sensor 118 and the second incremental angle sensor 120 have an offset 170.
  • Incremental angle sensor 118 in the direction of the rotation axis 112 and a projection of the second incremental angle sensor 120 in the direction of
  • Rotation axis 112 an offset 170 along a circular path around a
  • Projection of the first encoder wheel 162 and / or the second encoder wheel 164, in particular around the axis of rotation 112, have.
  • the projection of the first incremental angle sensor and the projection of the second incremental angle sensor with respect to the axis of rotation may include an angle g.
  • FIG. 6B shows in schematic form a section of the sensor arrangement 110 from FIG. 6A in a plan view. To illustrate an arrangement of the first encoder wheel 162 with the first Geberradprofil 166 and the second encoder wheel 164 with the second Geberradprofil 168 and the first
  • FIGS. 6A and 6B show the sensor arrangement 110 in one
  • Coordinate system comprising an x-axis, a y-axis and a z-axis.
  • the sensor arrangement 110 may include at least one evaluation unit not shown in the figures, wherein the evaluation unit may be configured to detect the first sensor signal 122 and the second sensor signal.
  • the evaluation unit can be designed as a single unit. However, the evaluation unit can also be wholly or partly in a likewise not shown in the figures control unit, in particular in a central processing unit.
  • the evaluation unit can also be wholly or partially incorporated in the first incremental angle sensor and / or in the second
  • the evaluation unit may have at least one first evaluation circuit, wherein the first Evaluation circuit is arranged to prepare the first sensor signal. Furthermore, the evaluation unit can have at least one second evaluation circuit, wherein the second evaluation circuit is set up to process the second sensor signal.
  • a method for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation 112, the method comprising the use of at least one encoder wheel 114 connecting the rotating element, the encoder wheel 114 having a transmitter wheel profile 116.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
  • the method comprises generating at least one first sensor signal 122 by at least one first incremental angle sensor 118; and in a second step b) (method step 174) generating at least one second sensor signal by at least one second incremental angle sensor 120, the first sensor signal 122 and the second sensor signal being out of phase with one another.
  • the method may also include further, not shown in the figures steps.
  • the method may include one or more or all of the following steps:
  • the rotation property of the first sensor signal 122 and / or the second sensor signal can be determined by an evaluation unit and / or by the control unit.
  • the method may include: f) comparing the first sensor signal 122 with the second sensor signal by the control unit.
  • a time offset of the arrival of the first sensor signal 122 and of the second sensor signal can be determined by the control unit.
  • the method may include:

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (110) umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad (114), wobei das Geberrad (114) ein Geberradprofil (116) aufweist. Weiterhin weist die Sensoranordnung (110) weiterhin mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor (118) und mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor (120) aufweist, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118), der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) und das mindestens eine Geberrad (114) derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor (118) erzeugtes erstes Sensorsignal (122) und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor (120) erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.

Description

Beschreibung
Titel
Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Unter einer Rotationseigenschaft ist dabei allgemein eine Eigenschaft zu verstehen, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, einen Drehwinkel oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements charakterisieren kann. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120- 129 beschrieben.
Beispielsweise kann eine Drehzahl eines Rotors oder eine Winkelposition eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine eines Elektrofahrzeugs bestimmt werden. Weiterhin kann auch eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem so genannten Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden.
Typischerweise wird auf der sich drehenden Achse ein Geberrad angebracht. Auf dem Geberrad können sich Zähne befinden, die durch den Hall-Sensor abgetastet werden, wenn sich die Nockenwelle dreht.
So wird in der DE 40 11 503 Al eine Vorrichtung zur Erfassung eines rotierenden Teils einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der das rotierende Teil eine Geberradscheibe mit einer Vielzahl von regelmäßigen Zähnen versehen ist, wobei wenigstens zwei unterscheidbare Bezugsmarken vorgesehen sind. Die Geberscheibe ist entweder au der Nockenwelle befestigt oder auf der Welle im Zündverteiler. Ferner ist in der DE 10 2013 203 937 Al eine elektrische Maschine mit einem Rotor, welcher in einem Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist beschrieben, wobei zumindest ein optischer Sensor bereitgestellt ist, welcher bezüglich des Stators ortsfest gelagert ist und welcher einen optischen Erfassungsbereich aufweist. Der Rotor weist hier eine
Markierungseinrichtung mit zumindest einer optischen Markierung auf.
Trotz der durch derartige Sensorvorrichtungen bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor Verbesserungspotenzial. So benötigen
Sensorvorrichtungen der beschriebenen Art häufig viel Bauraum und/oder lassen sich in ihrem Aufbau in der Regel nicht an die spezifischen baulichen
Gegebenheiten der Maschine, beispielsweise der elektrischen Maschine, anpassen. Weiterhin entstehen üblicherweise hohe Kosten bei einer Montage und/oder bei einem Wechsel von Sensoranordnungen der beschriebenen Art. Ferner spielt eine funktionale Sicherheit bei Sensoranordnungen der genannten Art und/oder bei den Maschinen, in welche diese Sensoranordnungen zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements in der Regel verbaut werden, eine große Rolle. Weiterhin geschieht die Bestimmung der mindestens einen
Rotationseigenschaft des um die Rotationsachse rotierenden Elements häufig zu langsam.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einer„Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer„Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Drehrichtung, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaften handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann.
Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, oder um eine Drehzahl oder um eine
Kombination beider Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Winkelposition“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder des Geberrads, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden werden.
Die Sensoranordnung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, eingerichtet sein. Unter einem„rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eine Rotationsachse aufweist und um diese rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle in einer Antriebsmaschine sein, beispielsweise eine Nockenwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Kombination beider Größen bestimmt werden. Ferner kann es sich bei dem rotierenden Element auch um ein rotierendes Element eines Elektromotors handeln, beispielsweise um einen Rotor.
Die Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad, wobei das Geberrad ein Geberradprofil aufweist. Die Sensoranordnung umfasst weiterhin mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor und mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten
Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Unter einem„Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung
grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares
Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, beispielsweise eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Unter einem„Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung
grundsätzlich die Gesamtheit von Profilelementen und von zwischen den Profilelementen angeordneten Zwischenräumen des Geberrads verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilelemente verstanden werden. Unter einem„Profilelement“ des Geberrads kann im Rahmen der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches als Bestandteil des Geberrads dazu beiträgt, bei Verbindung des Geberrads mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements das mindestens eine messbare Signal zu bewirken. Insbesondere kann es sich bei dem
Profilelement um eine beliebige Ausformung der Kontur des Geberrads handeln, insbesondere eine Ausbuchtung, beispielsweise eine stiftförmige, eine zahnförmige oder eine zackenförmige Ausbuchtung, oder eine Einkerbung oder eine Aussparung, beispielsweise ein Loch. Insbesondere kann die zackenförmige Ausbuchtung als Zahn bezeichnet werden und die Einkerbung kann als Lücke bezeichnet werden. Insbesondere kann das Geberrad mindestens ein ferromagnetisches Material umfassen. Insbesondere kann das mindestens eine Profilelement mindestens ein ferromagnetisches Material umfassen. Das Profilelement kann jedoch eine beispielsweise kreisförmige Kontur des
Geberrads auch unverändert lassen. Insbesondere kann das Profilelement durch elektrische, magnetische oder optische Eigenschaften zu der Entstehung des messbaren Signals beitragen. Beispielsweise kann ein Geberrad, insbesondere ein Geberrad mit kreisförmiger Kontur, eine Mehrzahl von Profilelementen aufweisen, welche derart angeordnet sein können, dass mindestens zwei aufeinanderfolgende Profilelemente unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Ein solches abschnittsweise unterschiedlich magnetisiertes Geberrad kann auch als Polrad oder als Multipolrad bezeichnet werden. Das Profilelement kann in einer Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung D aufweisen. Insbesondere kann das Profilelement als Zahn ausgeformt sein und der Zahn kann in der Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung DZ aufweisen. Weiterhin kann das Profilelement als Lücke ausgeformt sein und die Lücke kann Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung DL aufweisen. Insbesondere kann die Abmessung DL einen Wert von 1 mm bis 8 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm besonders bevorzugt von 3,5 mm aufweisen. Weiterhin kann die Abmessung DZ
insbesondere einen Wert von 1 mm bis 8 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm besonders bevorzugt von 3,2 mm aufweisen. Insbesondere kann die Abmessung DL die Abmessung DZ um einen Wert von 5 % bis 15 %, bevorzugt 7 % bis 12 %, besonders bevorzugt von 10 % überschreiten. Das mindestens eine Geberrad kann mindestens ein Profilelement aufweisen. Das Geberrad kann insbesondere eine Vielzahl von Profilelement aufweisen. Das Geberrad kann einen Radius r aufweisen.
Unter einem„Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, der eine Winkelposition eines mit einem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements diskontinuierlich, beispielsweise mindestens ein Mal pro Umdrehung, erfassen und mindestens ein Messsignal entsprechend der mindestens einen erfassten Winkelposition erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Insbesondere kann der Inkrementalwinkelsensor eingerichtet sein, um pro Umdrehung des mit dem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements eine Winkelposition des Elements zu erfassen. Der Inkrementalwinkelsensor kann aber auch eingerichtet sein, um eine Vielzahl von Winkelpositionen des mit dem Geberrad verbundenen, um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements zu erfassen.
Der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad sind derart zueinander angeordnet, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Unter dem Ausdruck „zueinander angeordnet sein“ kann bezüglich beliebiger Objekte im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass die Objekte in Relation zueinander positioniert sind und/oder eine Lage eines Objektes im Raum entsprechend der Lage mindestens eines weiteren Objektes gewählt ist.
Unter einem„Sensorsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges messbares Signal verstanden werden, welches von einem Sensor gemäß einer von dem Sensor erfassten Eigenschaft erzeugt ist. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsignal um ein elektrisches Signal handeln, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom.
Das mindestens eine von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugte erste Sensorsignal und das mindestens eine von dem zweiten
Inkrementalwinkelsensor erzeugte zweite Sensorsignal sind gegeneinander phasenverschoben. Unter dem Begriff„phasenverschoben“ kann bezüglich mindestens zweier Sensorsignale im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Relation der Sensorsignale verstanden werden, wobei die Sensorsignale gemäß mindestens einer Eigenschaft mindestens eines periodischen Vorgangs periodisch erzeugt sind. Dementsprechend können die Sensorsignale selber periodischen sein. Insbesondere können die Sensorsignale die Periodendauer des periodischen Vorgangs aufweisen, dessen mindestens eine Eigenschaft sie erfassen. Die Sensorsignale können als phasenverschoben bezeichnet werden, wenn sie in ihren Periodendauern übereinstimmen, in den Zeitpunkten ihrer Nulldurchgänge jedoch nicht. Die Sensorsignale können insbesondere im Rahmen der zumindest teilweisen Erfassung desselben periodischen Vorgangs periodisch erzeugt sein und in ihrer Periodendauer übereinstimmen. Insbesondere kann die Periodendauer einer Dauer einer vollständigen Umdrehung des rotierenden Elements entsprechen. Die Relation der phasenverschobenen Sensorsignale kann durch eine Phasenverschiebung näher beschrieben werden. Stimmen die zwei phasenverschobenen
Sensorsignale in ihrer Periodendauer überein oder ist die Periodendauer des einen Signals ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer des anderen Signals, so ist die Phasenverschiebung für die Dauer des periodischen Vorgangs konstant. Das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal sind
gegeneinander phasenverschoben. Das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal weisen eine Phasenverschiebung auf. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann konstant sein. Die Periodendauer des ersten Sensorsignals und die Periodendauer des zweiten Sensorsignals können sich ändern, insbesondere entsprechend einer Änderung der Dauer der vollständigen Umdrehung des rotierenden Elements.
Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann auch bei der sich ändernder Periodendauer konstant sein. Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal kann insbesondere ein Viertel der Periode betragen. Auch eine andere Phasenverschiebung ist grundsätzlich möglich.
Der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem aktiven
Inkrementalwinkelsensor; einem Einzel-Hall-Sensor; einem Differenzial-Hall- Sensor; einem GMR-basierten Sensor; einem TMR-basierten Sensor; einem AMR-basierten Sensor; einem induktiven Inkrementalwinkelsensor.
Unter einem„aktiven Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Inkrementalwinkelsensor verstanden werden, der ein Messsignal entsprechend einer erfassten
Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei das Messsignal bei konstantem magnetischen Fluss erzeugt wird, beispielsweise bei Anwesenheit eines statischen Magnetfelds. Der aktive Inkrementalwinkelsensor kann insbesondere mindestens ein Hallelement und/oder mindestens einen
Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Insbesondere kann der aktive
Inkrementalwinkelsensor als Einzel-Hall-Sensor ausgebildet sein. Unter einem „Einzel-Hall-Sensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiger Sensor, insbesondere ein aktiver Inkrementalwinkelsensor, verstanden werden, weicher ein Hall-Element umfasst. Weiterhin kann der Einzel-Hall-Sensor mindestens einen Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Weiterhin kann der aktive
Inkrementalwinkelsensor als Differenzial-Hall-Sensor ausgebildet sein. Unter einem„Differenzial -Hall-Sensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiger Sensor, insbesondere ein aktiver Inkrementalwinkelsensor, verstanden werden, weicher eine Mehrzahl von Hall- Elementen, beispielsweise zwei Hall-Elemente, bevorzugt drei Hall-Elemente, umfasst. Dementsprechend können die Hall-Elemente des Differenzial-Hall-Sensors als ein erstes Hall- Element, ein zweites Hall- Element und ein drittes Hall- Element bezeichnet werden. Weiterhin kann der Differenzial-Hall-Sensor mindestens einen
Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Insbesondere kann der Differenzial -Hall-Sensor und/oder eine weiter unten noch näher beschriebene Auswerteeinheit eingerichtet sein, um mindestens eine Differenz zwischen einer Hall-Spannung des ersten Hall-Elements und des zweiten Hall-Elements sowie eine Differenz zwischen einer Hallspannung das zweiten und des dritten Hall- Elements zu bestimmen. Weiterhin kann der Differenzial-Hall-Sensor mindestens ein
Sensorsignal gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements und des zweiten Hall- Elements sowie mindestens ein weiteres
Sensorsignal gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung das zweiten und des dritten Hall- Elements. Insbesondere kann das Hall- Element, insbesondere das erste und/oder das zweite und/oder das dritte Hall- Element, in einer
Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad eine Abmessung aufweisen von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 2,5 mm, besonders bevorzugt von 0,4 mm bis 1 mm.
Weiterhin kann der aktive Inkrementalwinkelsensor auch auf weiteren
magnetischen Effekten, insbesondere magnetoresistiven Effekten, beruhen. Beispielsweise kann der aktive Inkrementalwinkelsensor auf mindestens einem der folgenden Effekte beruhen: einem GMR-Effekt; einem TMR-Effekt; einem AMR-Effekt. Hierbei stehen die Abkürzungen GMR, TMR und AMR für die üblicherweise benutzten englischen Begriffe„giant magnetoresistance“ (GMR), „tunnel magnetoresistance“ (TMR) und„anisotrope magnetoresistance“ (AMR). Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite
Inkrementalwinkelsensor wie bereits erwähnt auch als induktiver
Inkrementalwinkelsensor ausgestaltet sein. Unter einem„induktiven
Inkrementalwinkelsensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Inkrementalwinkelsensor verstanden werden, der ein Messsignal entsprechend einer erfassten Eigenschaft erzeugen kann, insbesondere ein elektrisches Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, wobei eine Erzeugung des Messsignals auf einer Änderung einer magnetischen Flussdichte beruht. Der induktive Inkrementalwinkelsensor kann insbesondere mindestens eine Spule und/oder mindestens einen
Magnetfelderzeuger, insbesondere einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten, umfassen. Der induktive Inkrementalwinkelsensor kann auch weitere Elemente, insbesondere mindestens einen von der Spule zumindest teilweise umgebenen Kern umfassen. Der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor können identisch ausgestaltet sein.
Insbesondere können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite
Inkrementalwinkelsensor als aktive Inkrementalwinkelsensoren, insbesondere als Differenzial -Hall-Sensoren ausgestaltet sein. Der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das mindestens eine Geberrad sind derart zueinander angeordnet, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes erstes Sensorsignal und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Ein erster Abstand Al des ersten Inkrementalwinkelsensors zu der Rotationsachse und ein zweiter Abstand A2 des zweiten Inkrementalwinkelsensors zu der Rotationsachse können gleich sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung ein Geberrad aufweisen und der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das eine Geberrad können in derselben Ebene angeordnet sein. Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor zueinander versetzt auf einer Kreisbahn um das Geberrad, insbesondere um die Rotationsachse, angeordnet sein. Weiterhin können der erste
Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor bezüglich der Rotationsachse einen Winkel a einschließen. Insbesondere kann das das Geberrad mindestens eine Lücke und mindestens einen Zahn aufweisen und der Winkel a kann folgender Gleichung genügen:
2pt * a/360° F n*p mit n Element der natürlichen Zahlen (1)
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung DL der Lücke und der Abmessung DZ des Zahns. Hierbei ist r ein Radius des Geberrads. Insbesondere kann der Winkel a derart gewählt sein, dass die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal ein Viertel der Periode des ersten Sensorsignals, das zweiten Sensorsignals und des rotierenden Elements beträgt. Auch eine andere Phasenverschiebung ist jedoch möglich. Insbesondere kann der Winkel a folgender Gleichung genügen:
2pt * a/360° = (n+0.25)*p mit n Element der natürlichen Zahlen (2)
Auch die weiter unten noch eingeführten und näher beschriebenen Winkel ß und g können den Gleichungen (1 ) und (2) genügen (siehe Gleichungen (3), (4), (5) und (6) unten).
Weiterhin kann die Sensoranordnung eine Vielzahl von Geberrädern umfassen. Insbesondere kann die Vielzahl von Geberrädern in axialer Richtung entlang der Rotationsachse versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung zwei Geberräder umfassen, welche als erstes Geberrad und als zweites Geberrad bezeichnet werden können. Insbesondere können das erste Geberrad und das zweite Geberrad entlang der Rotationsachse versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung ein erstes Geberrad mit einem ersten Geberradprofil und ein zweites Geberrad mit einem zweiten Geberradprofil aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor und das erste Geberrad in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor und das zweite Geberrad in einer zweiten Ebene angeordnet sein können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe erstes Geberradprofil und Geberradprofil des ersten Geberrads sowie die Begriffe zweites Geberradprofil und Geberradprofil des zweiten Geberrads gleichbedeutend verwendet. Insbesondere können die Ebenen beabstanded sein um einen Abstand A3 von 1 mm bis 10 cm, bevorzugt von 2 mm bis 5 cm, besonders bevorzugt von 3 mm bis 3 cm. Insbesondere können das erste Geberradprofil und das zweite Geberradprofil identisch ausgeformt sein.
Weiterhin können das Geberradprofil des ersten Geberrads und das
Geberradprofil des zweiten Geberrads zueinander versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann das Geberradprofil des ersten Geberrads im Vergleich zu dem Geberradprofil des zweiten Geberrads bezüglich der Rotationsachse verdreht angeordnet sein. Insbesondere kann eine Projektion des ersten
Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse und eine Projektion des zweiten Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse einen Versatz, insbesondere einen Versatz entlang einer Kreisbahn um das Geberrad, insbesondere um die Rotationsachse, aufweisen. Insbesondere können die Projektion des ersten Geberradprofils und die Projektion des zweiten Geberradprofils bezüglich der Rotationsachse einen Winkel ß einschließen. Insbesondere kann der Winkel ß derart gewählt sein, dass die Phasenverschiebung zwischen dem ersten
Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal ein Viertel der Periode des ersten Sensorsignals, das zweiten Sensorsignals und des rotierenden Elements beträgt. Auch eine andere Phasenverschiebung ist jedoch möglich. Insbesondere kann der Winkel ß den weiter oben bereits für den Winkel a formulierten Gleichungen (1 ) und (2) genügen:
2pt * ß/360° F n*p mit n Element der natürlichen Zahlen (3)
2pt * ß/360° = (n+0.25)*p mit n Element der natürlichen Zahlen (4) Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung DL der Lücke und der Abmessung DZ des Zahns. Hierbei ist r der Radius des Geberrads. Die Vielzahl von
Geberrädern, insbesondere das erste Geberrad mit dem ersten Geberradprofil und das zweite Geberrad mit dem zweiten Geberradprofil, können jedoch auch fluchtend bezüglich der Rotationsachse angeordnet sein.
Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor und der zweite
Inkrementalwinkelsensor zueinander versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann der erste Inkrementalwinkelsensor im Vergleich zu dem zweiten
Inkrementalwinkelsensor bezüglich der Rotationsachse verdreht angeordnet sein. Insbesondere kann eine Projektion des ersten Inkrementalwinkelsensors in Richtung der Rotationsachse und eine Projektion des zweiten
Inkrementalwinkelsensors in Richtung der Rotationsachse einen Versatz entlang einer Kreisbahn um das Geberrad, insbesondere um die Rotationsachse, aufweisen. Insbesondere können die Projektion des ersten
Inkrementalwinkelsensors und die Projektion des zweiten
Inkrementalwinkelsensors bezüglich der Rotationsachse einen Winkel g einschließen. Insbesondere kann der Winkel g den weiter oben bereits für die Winkel a und ß formulierten Gleichungen (1 ) und (2) genügen:
2pt * g/360° F n*p mit n Element der natürlichen Zahlen (5)
2pt * g/360° = (n+0.25)*p mit n Element der natürlichen Zahlen (6)
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung DL der Lücke und der Abmessung DZ des Zahns. Hierbei ist r der Radius des Geberrads. Der erste
Inkrementalwinkelsensor und der zweite Inkrementalwinkelsensor können jedoch auch fluchtend bezüglich der Rotationsachse angeordnet sein.
Weiterhin kann die Sensoranordnung mindestens eine Auswerteeinheit umfassen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet sein kann, um das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal zu erfassen. Die Auswerteeinheit kann als einzelne Einheit ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann jedoch auch ganz oder teilweise in eine Steuereinheit, insbesondere in eine zentrale Steuerung, ausgelagert sein. Weiterhin kann die Auswerteeinheit auch ganz oder teilweise in den ersten Inkrementalwinkelsensor und/oder in den zweiten
Inkrementalwinkelsensor integriert sein, insbesondere in Form mindestens eines ASIC. Hierbei steht die gängige Abkürzung ASIC für den englischen Ausdruck application-specific integrated Circuit. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine erste Auswerteschaltung aufweisen, wobei die erste
Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das erste Sensorsignal aufzubereiten. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine zweite Auswerteschaltung aufweisen, wobei die zweite Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das zweite Sensorsignal aufzubereiten. Das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal können insbesondere jeweils eine Mehrzahl von Sensorsignal umfassen. Insbesondere können das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal jeweils zwei Sensorsignale umfassen, wie am Beispiel des
Differenzial-Hall-Sensors beschrieben. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Differenz zwischen der Hall-Spannung des ersten Hall- Elements und des zweiten Hall- Elements mit mindestens einem ersten oberen Schwellwert und/oder mit mindestens einem ersten unteren Schwellwert zu vergleichen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Überschreiten des ersten oberen Schwellwerts durch den ASIC eine logische Null auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Unterschreiten des ersten unteren Schwellwerts durch den ASIC eine logische Eins auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Differenz zwischen der Hall-Spannung des zweiten Hall- Elements und des dritten Hall- Elements mit mindestens einem zweiten oberen Schwellwert und/oder mit mindestens einem zweiten unteren Schwellwert zu vergleichen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem
Überschreiten des zweiten oberen Schwellwerts durch den ASIC eine logische Null auszugeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um bei einem Unterschreiten des zweiten unteren Schwellwerts durch den ASIC eine logische Eins auszugeben.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und/oder aus dem zweiten Sensorsignal die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Weiterhin kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein um aus einem Vergleich des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignal auf eine Drehrichtung des rotierenden Elements zu schließen. Ferner kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal auf eine Funktionalität der Sensoranordnung zu schließen. Unter einer„Funktionalität der Sensoranordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Zustand betreffend eine Intaktheit, insbesondere eine Funktionsfähigkeit, der Sensoranordnung verstanden werden. So kann die Auswerteeinheit
insbesondere eingerichtet sein, um aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal, insbesondere aus der Anwesenheit oder der Abwesenheit der Phasenverschiebung auf eine Intaktheit oder einen Defektzustand der Sensoranordnung zu schließen, beispielsweise auf einen durch eine
elektromagnetische Störung, insbesondere ein EMV-Ereignis, hervorgerufenen Defektzustand. Hierbei steht die Abkürzung EMV für elektromagnetische
Verträglichkeit. Bei einem EMV-Ereignis kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Störereignis handeln.
Weiterhin kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal an die Steuereinheit weiterzugeben.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein um das erste
Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal an die Steuereinheit
weiterzugeben. Wie bereits beschrieben, kann die Auswerteeinheit auch als Teil der Steuereinheit ausgeformt sein. Alternativ kann aber auch die Steuereinheit als Teil der Auswerteeinheit eingerichtet sein. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines mit dem rotierenden elementverbindenden Geberrads umfasst, wobei das Geberrad ein Geberradprofil aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere
Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
Die Verfahrensschritte sind: a) Erzeugen mindestens eines ersten Sensorsignals durch mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor; und b) Erzeugen mindestens eines zweiten Sensorsignals durch mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor, wobei das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.
Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen, durchgeführt werden. Dementsprechend kann für
Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung der Sensoranordnung verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
c) Weitergeben des ersten Sensorsignals an eine Steuereinheit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
d) Weitergeben des zweiten Sensorsignals an die Steuereinheit.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
e) Bestimmen der Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal.
Insbesondere kann die Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal durch eine Auswerteeinheit und/oder durch die Steuereinheit bestimmt werden.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
f) Vergleichen des ersten Sensorsignals mit dem zweiten Sensorsignal durch die Steuereinheit.
Insbesondere kann von der Steuereinheit ein zeitlicher Versatz des Eintreffens des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals bestimmt werden.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
g) Vergleichen der aus dem ersten Sensorsignal bestimmten
Rotationseigenschaft mit der aus dem zweiten Sensorsignal bestimmten Rotationseigenschaft. Insbesondere können das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal jeweils eine Mehrzahl von Sensorsignalen umfassen
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es möglich sein, dass die Sensoranordnung einen einfachen und/oder flexiblen Aufbau, insbesondere einen einfachen und/oder flexiblen Sensoraufbau, aufweisen kann. Insbesondere kann bei einem axial begrenzten Bauraum die Sensoranordnung lediglich ein Geberrad aufweisen und der erste Inkrementalwinkelsensor, der zweite Inkrementalwinkelsensor und das eine Geberrad können in derselben Ebene angeordnet sein. Weiterhin kann die Sensoranordnung bei einem radial begrenzten Bauraum ein erstes Geberrad und ein zweites Geberrad aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor und das erste Geberrad in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor und das zweite Geberrad in einer zweiten Ebene angeordnet sein können. Weiterhin kann es möglich sein, dass die
erfindungsgemäße Sensoranordnung wenig Bauraum, insbesondere weniger Bauraum als der Stand der Technik, benötigt. Insbesondere kann die
erfindungsgemäße Sensoranordnung sehr kleinbauend sein.
Ferner kann es möglich sein, dass durch eine Kombination des ersten
Inkrementalwinkelsensors und des zweiten Inkrementalwinkelsensors, insbesondere durch die Kombination von zwei Einzelsensoren, hohe
Anforderungen an eine funktionale Sicherheit erfüllbar sein können. Weiterhin ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik Kosten reduziert, insbesondere bei der Montage und/oder bei einem vollständigen und/oder teilweisen Wechsel der Sensoranordnung, da der erste Inkrementalwinkelsensor und/oder der zweite Inkrementalwinkelsensor radial bezüglich des mindestens einen Geberrads angeordnet sein können und beispielsweise eine Motorwelle nicht komplett umschließen müssen, wie dies bei anderen Sensoranordnungen des Standes der Technik der Fall sein kann, insbesondere beispielsweise bei einem Resolver. Ferner kann es möglich sein, dass die Sensoranordnung eine Drehrichtung des rotierenden Elements schnell erkennen kann, insbesondere spätestens nach einem Passieren eines
Profilelements, insbesondere nach dem Passieren eines Zahns. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das
erfindungsgemäße Verfahren für eine große Anzahl, insbesondere alle Arten, von elektrischen Maschinen einsetzbar sein kann. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass im Falle der vorliegenden Vorrichtung und/oder im Falle des vorliegenden Verfahrens die Drehzahl des rotierenden Elements nicht aus einer Absolutwinkelinformation des Resolvers durch eine Differentiation abgeleitet werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den
Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.
Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und IC einen ersten, als Differenzial-Hall-Sensor
ausgestalteten Inkrementalwinkelsensor mit einem Geberrad (Figur 1A), ein erstes Sensorsignal umfassend zwei Signale (Figur 1B) und ein weiteres erstes Sensorsignal umfassend zwei Signale (FigurlC);
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer Vorderansicht;
Figur 3 ein Ausschnitt eines Geberradprofils in einer
Vorderansicht;
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Sensoranordnung in einer perspektivischen Ansicht;
Figuren 5A, 5B, 6A und 6B zwei weitere Ausführungsbeispiele der
Sensoranordnung in einer Vorderansicht (Figuren 5A und 6A) sowie jeweils ein Ausschnitt der beiden Sensoranordnungen in einer Draufsicht (Figuren 5B und 6B); und
Figur 7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine
Rotationsachse rotierenden Elements.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Sensoranordnung 110 zur Bestimmung mindestens einer
Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements umfasst mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad 114, wobei das Geberrad 114 ein Geberradprofil 116 aufweist. Die Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin mindestens einen ersten
Inkrementalwinkelsensor 118 und mindestens einen zweiten
Inkrementalwinkelsensor 120, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor 118, der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 und das mindestens eine Geberrad 114 derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor 118 erzeugtes erstes Sensorsignal 122 und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor 120 erzeugtes zweites
Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Der erste
Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem aktiven
Inkrementalwinkelsensor 126; einem Einzel-Hall-Sensor; einem Differenzial-Hall- Sensor 127; einem GMR-basierten Sensor; einem TMR-basierten Sensor; einem AMR-basierten Sensor; einem induktiven Inkrementalwinkelsensor. Figur 1A zeigt beispielhaft einen ersten, als Differenzial-Hall-Sensor 127 ausgestalteten Inkrementalwinkelsensor 112 mit einem Geberrad 114. Der Differenzial-Hall- Sensor 127 kann eine Mehrzahl von Hall- Elementen 128, beispielsweise zwei Hall- Elemente 128, bevorzugt drei Hall- Elemente 128, umfassen, wie in Figur 1A dargestellt. Dementsprechend können die Hall- Elemente 128 des Differenzial - Hall-Sensors 127 als ein erstes Hall- Element 130, ein zweites Hall- Element 132 und ein drittes Hall-Element 134 bezeichnet werden. Weiterhin kann der Differenzial -Hall-Sensor 127 mindestens einen Magnetfelderzeuger 136, insbesondere einen Dauermagneten 138 und/oder einen Elektromagneten, umfassen, wie in Figur 1A gezeigt. Der Dauermagnet 138 kann einen
magnetischen Nordpol 137 und einen magnetischen Südpol 139 umfassen. Insbesondere kann der Differenzial -Hall-Sensor 127 und/oder eine weiter unten noch näher beschriebene Auswerteeinheit 140 eingerichtet sein, um mindestens eine Differenz zwischen einer Hall-Spannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 sowie eine Differenz zwischen einer Hallspannung das zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134 zu bestimmen. Weiterhin kann der Differenzial-Hall-Sensor 127 mindestens ein Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 sowie mindestens ein weiteres Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134. Insbesondere kann das Hall- Element 128, insbesondere das erste Hall- Element 130 und/oder das zweite Hall- Element 132 und/oder das dritte Hall- Element 134, in einer Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad 114 eine Abmessung aufweisen von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 2,5 mm, besonders bevorzugt von 0,4 mm bis 1 mm.
Die Figuren 1B und IC zeigen jeweils ein erstes Sensorsignal 122 wie es mit dem als Differenzial-Hall-Sensor 127 ausgestalteten, ersten
Inkrementalwinkelsensor 118 erzeugt sein kann. Das erste Sensorsignal 122 kann eine Mehrzahl von Sensorsignalen 142 umfassen, insbesondere zwei Sensorsignale 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 sowie gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134, wie in den Figuren 1B und C dargestellt. Insbesondere kann das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 als A- Kanal 144 bezeichnet werden und das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134 kann als B- Kanal 146 bezeichnet werden. Weiterhin können das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 und das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134 jeweils als Differenzsignal 147 bezeichnet werden. Insbesondere kann die Auswerteschaltung 140, beispielsweise unter Nutzung eines hier nicht dargestellten AS IC, der Bestandteil der Auswerteschaltung 140 sein kann, eine logische Null ausgeben, wenn mindestens eines der beiden Differenzsignal 147 eine obere Schwelle überschreitet, und die
Auswerteschaltung 140, beispielsweise unter Nutzung des ASIC, kann eine logische Eins ausgeben, wenn mindestens eines der beiden Differenzsignale 147 eine untere Schwelle überschreitet. Hierbei steht die auch im Deutschen gängige Abkürzung ASIC für den englischen Begriff„application-specific integrated Circuit“, welcher als anwendungsspezifische integrierte Schaltung übersetzt werden kann. Aufgrund einer räumlichen Anordnung des ersten Hall- Elements 130, des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134, wie beispielsweise in Figur 1A zu sehen, können das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des ersten Hall- Elements 130 und des zweiten Hall- Elements 132 und das Sensorsignal 142 gemäß der Differenz zwischen der Hallspannung des zweiten Hall- Elements 132 und des dritten Hall- Elements 134 gegeneinander phasenverschoben sein. Dementsprechend können die beiden Differenzsignale eine Phasenverschiebung aufweisen. In den Figuren 1A und 1B ist das erste Sensorsignal 122 für zwei verschiedene
Drehrichtungen, angezeigt durch jeweils einen kreisförmigen Pfeil, des mit dem rotierenden Element verbindbaren Geberrads 114 als eine Signalstärke 148 gegen eine Zeit aufgetragen. Eine Detektion der Drehrichtung kann insbesondere durch eine Vorzeichenauswertung der Phasenverschiebung der beiden
Differenzsignale 147 geschehen.
Die Sensorvorrichtung 110 weist neben mindestens einem ersten
Inkrementalwinkelsensor 118 mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor 120 auf. Der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite
Inkrementalwinkelsensor 120 können identisch ausgestaltet sein. Insbesondere können der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite
Inkrementalwinkelsensor 120 als aktive Inkrementalwinkelsensoren 126, insbesondere als Differenzial -Hall-Sensoren 127 ausgestaltet sein. Der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 können aber auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Der erste
Inkrementalwinkelsensor 118, der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 und das mindestens eine Geberrad 114 sind derart zueinander angeordnet, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor 118 erzeugtes erstes Sensorsignal 122 und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor 120 erzeugtes zweites Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind. Ein erster Abstand Al des ersten Inkrementalwinkelsensors 118 zu der
Rotationsachse 112 und ein zweiter Abstand A2 des zweiten
Inkrementalwinkelsensors 120 zu der Rotationsachse 112 können gleich sein, wie in Figur 2 gezeigt. Insbesondere kann die Sensoranordnung 110 ein
Geberrad 114 aufweisen und der erste Inkrementalwinkelsensor 118, der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 und das eine Geberrad 114 können in derselben Ebene angeordnet sein, wie in Figur 2 dargestellt. Zur Verdeutlichung einer Anordnung in derselben Ebene zeigt Figur 2 die Sensoranordnung 110 in einem Koordinatensystem umfassend eine x-Achse und eine y-Achse. Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite
Inkrementalwinkelsensor 120 zueinander versetzt auf einer Kreisbahn um das Geberrad 114, insbesondere um die Rotationsachse 112, angeordnet sein, wie ebenfalls in Figur 2 zu sehen. Weiterhin können der erste
Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 bezüglich der Rotationsachse 112 einen Winkel a einschließen, wie in Figur 2 verdeutlicht. Weiterhin kann das Geberrad 114 einen Radius r aufweisen, wie insbesondere in den Figuren 2 und 5A dargestellt.
Das Geberrad 114 weist ein Geberradprofil 116 auf, das mindestens ein
Profilelement 152 umfassen kann. Insbesondere kann das Geberradprofil 116 eine Mehrzahl von Profilelementen 152 umfassen, beispielsweise eine Mehrzahl von Zähnen 154 und eine Mehrzahl von Lücken 156. Der Zahn 154 kann in einer Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad 114 eine Abmessung DZ aufweisen, wie in Figur 3 gezeigt. Weiterhin kann das Profilelement 152 als Lücke 156 ausgeformt sein und die Lücke 156 kann Erstreckungsrichtung tangential zu dem Geberrad 114 eine Abmessung DL aufweisen, wie ebenfalls in Figur 3 zu sehen. Insbesondere kann die Abmessung DL einen Wert von 1 mm bis 8 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm besonders bevorzugt von 3,5 mm aufweisen. Weiterhin kann die Abmessung DZ insbesondere einen Wert von 1 mm bis 8 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm besonders bevorzugt von 3,2 mm aufweisen. Insbesondere kann die Abmessung DL die Abmessung DZ um einen Wert von 5 % bis 15 %, bevorzugt 7 % bis 12 %, besonders bevorzugt von 10 % überschreiten. Weiterhin kann der Zahn 154 eine Höhe HZ aufweisen, wobei eine Erstreckungsrichtung der Höhe HZ in radialer Richtung des Geberrads 114 verlaufen kann, wie in Figur 3 dargestellt.
Insbesondere kann das Geberrad 114 mindestens eine Lücke 156 und mindestens einen Zahn 154 aufweisen und der, insbesondere in Figur 2 gezeigte, Winkel a kann folgender Gleichung genügen:
2pt * a/360° * n*p mit n Element der natürlichen Zahlen (1)
Hierbei ist p die Summe aus der Abmessung DL der Lücke 156 und der
Abmessung DZ des Zahns 154. Insbesondere kann der Winkel a derart gewählt sein, dass die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal 122 und dem zweiten Sensorsignal ein Viertel der Periode des ersten Sensorsignals 122, des zweiten Sensorsignals und des rotierenden Elements beträgt. Insbesondere kann der Winkel a folgender Gleichung genügen:
2pt * a/360° = (n+0.25)*p mit n Element der natürlichen Zahlen (2)
Auch die weiter unten noch eingeführten und näher beschriebenen Winkel ß und g können den Gleichungen (1 ) und (2) genügen.
Figur 4 zeigt eine Sensoranordnung 110 in perspektivischer Ansicht. Wie dort zu sehen, können der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite
Inkrementalwinkelsensor 120 in ein gemeinsames Gehäuse 158 mit einem Stecker 160 eingebracht sein.
Figur 5A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 110 in einer Ansicht von vorne. Die Sensoranordnung 110 kann eine Vielzahl von Geberrädern 114 umfassen. Wie in Figur 5A dargestellt, kann die
Sensoranordnung 110 insbesondere zwei Geberräder 114 umfassen, welche als erstes Geberrad 162 und als zweites Geberrad 164 bezeichnet werden können. Insbesondere kann die Sensoranordnung 110 ein erstes Geberrad 162 mit einem ersten Geberradprofil 166 und ein zweites Geberrad 164 mit einem zweiten Geberradprofil 168 aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und das erste Geberrad 162 in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 und das zweite Geberrad 164 in einer zweiten Ebene angeordnet sein können, wie in Figur 5A dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe erstes Geberradprofil 166 und Geberradprofil 116 des ersten Geberrads 114 sowie die Begriffe zweites Geberradprofil 168 und Geberradprofil 116 des zweiten Geberrads 164 gleichbedeutend verwendet. Insbesondere können die gerade beschriebenen Ebenen beabstanded sein um einen Abstand A3 vonl mm bis 10 cm, bevorzugt von 2 mm bis 5 cm, besonders bevorzugt von 3 mm bis 3 cm. Insbesondere können das erste Geberradprofil 166 und das zweite Geberradprofil 168 identisch ausgeformt sein. Weiterhin können das Geberradprofil 116 des ersten Geberrads 162 und das Geberradprofil 116 des zweiten Geberrads 164 zueinander versetzt angeordnet sein, wie in den Figuren 5A und 5B dargestellt. Insbesondere kann eine Projektion des ersten Geberradprofils 166 in Richtung der Rotationsachse 112 und eine Projektion des zweiten Geberradprofils 168 in Richtung der Rotationsachse 112 einen Versatz 170 aufweisen. Insbesondere können die Projektion des ersten Geberradprofils 166 und die Projektion des zweiten Geberradprofils 168 bezüglich der Rotationsachse 112 einen Winkel ß einschließen. Insbesondere kann der Winkel ß derart gewählt sein, dass die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Sensorsignal 122 und dem zweiten Sensorsignal ein Viertel der Periode des ersten Sensorsignals, des zweiten Sensorsignals und des rotierenden Elements beträgt. Wie in Figur 5A weiterhin durch die Vorderansicht der Sensoranordnung 110 veranschaulicht, können eine Projektion des ersten Inkrementalwinkelsensors 118 in Richtung der
Rotationsachse 112 und eine Projektion des zweiten Inkrementalwinkelsensors 120 in Richtung der Rotationsachse 112 vollständig überlappen und
insbesondere keinen Versatz 170 aufweisen.
Figur 5B zeigt in schematischer Form einen Ausschnitt der Sensoranordnung 110 aus Figur 5A in einer Draufsicht. Zur Verdeutlichung einer Anordnung von dem ersten Geberrad 162 mit dem ersten Geberradprofil 166 und dem zweiten Geberrad 164 mit dem zweiten Geberradprofil 168 sowie dem ersten
Inkrementalwinkelsensor 118 und dem zweiten Inkrementalwinkelsensor 120 zeigen die Figur 5A und 5B die Sensoranordnung 110 in einem
Koordinatensystem umfassend eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse. In den Figuren 5B und 6B ist eine mögliche Drehrichtung des rotierenden Elements und des mit dem rotierenden Element verbindbaren ersten Geberrads 162 und des mit dem rotierenden Element verbindbaren zweiten Geberrads 164, angezeigt durch jeweils einen kreisförmigen Pfeil.
Die Figur 6A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 110 in einer Vorderansicht. Die Sensoranordnung 110 kann, wie in Figur 6A dargestellt, insbesondere das erste Geberrad 162 mit dem ersten Geberradprofil 166 und das zweites Geberrad 164 mit dem zweiten Geberradprofil 168 aufweisen, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und das erste Geberrad 162 in einer ersten Ebene angeordnet sein können, wobei der zweite
Inkrementalwinkelsensor 120 und das zweite Geberrad 164 in einer zweiten Ebene angeordnet sein können. Ferner können, wie in Figur 6A durch die Vorderansicht der Sensoranordnung 110 veranschaulicht, eine Projektion des ersten Geberrads 162 mit dem ersten Geberradprofil 166 in Richtung der Rotationsachse 112 und eine Projektion des zweiten Geberrads 164 mit dem zweiten Geberradprofil 168 in Richtung der Rotationsachse vollständig überlappen und insbesondere keinen Versatz 170 aufweisen. Insbesondere können das erste Geberradprofil 166 und das zweite Geberradprofil 168 identisch sein. Weiterhin können der erste Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 zueinander versetzt angeordnet sein, wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt. Insbesondere können der erste
Inkrementalwinkelsensor 118 und der zweite Inkrementalwinkelsensor 120 einen Versatz 170 aufweisen. Insbesondere können eine Projektion des ersten
Inkrementalwinkelsensors 118 in Richtung der Rotationsachse 112 und eine Projektion des zweiten Inkrementalwinkelsensors 120 in Richtung der
Rotationsachse 112 einen Versatz 170 entlang einer Kreisbahn um eine
Projektion des ersten Geberrads 162 und/oder des zweiten Geberrads 164, insbesondere um die Rotationsachse 112, aufweisen. Insbesondere können die Projektion des ersten Inkrementalwinkelsensors und die Projektion des zweiten Inkrementalwinkelsensors bezüglich der Rotationsachse einen Winkel g einschließen.
Figur 6B zeigt in schematischer Form einen Ausschnitt der Sensoranordnung 110 aus Figur 6A in einer Draufsicht. Zur Verdeutlichung einer Anordnung von dem ersten Geberrad 162 mit dem ersten Geberradprofil 166 und dem zweiten Geberrad 164 mit dem zweiten Geberradprofil 168 sowie dem ersten
Inkrementalwinkelsensor 118 und dem zweiten Inkrementalwinkelsensor 120 zeigen die Figur 6A und 6B die Sensoranordnung 110 in einem
Koordinatensystem umfassend eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse.
Weiterhin kann die Sensoranordnung 110 mindestens eine in den Figuren nicht dargestellte Auswerteeinheit umfassen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet sein kann, um das erste Sensorsignal 122 und das zweite Sensorsignal zu erfassen. Die Auswerteeinheit kann als einzelne Einheit ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann jedoch auch ganz oder teilweise in eine ebenfalls in den Figuren nicht dargestellte Steuereinheit, insbesondere in eine zentrale
Steuerung, ausgelagert sein. Weiterhin kann die Auswerteeinheit auch ganz oder teilweise in den ersten Inkrementalwinkelsensor und/oder in den zweiten
Inkrementalwinkelsensor integriert sein, insbesondere in Form mindestens eines ASIC. Hierbei steht die gängige Abkürzung ASIC für den englischen Ausdruck application-specific integrated Circuit. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine erste Auswerteschaltung aufweisen, wobei die erste Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das erste Sensorsignal aufzubereiten. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mindestens eine zweite Auswerteschaltung aufweisen, wobei die zweite Auswerteschaltung eingerichtet ist, um das zweite Sensorsignal aufzubereiten.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines mit dem rotierenden elementverbindenden Geberrads 114 umfasst, wobei das Geberrad 114 ein Geberradprofil 116 aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
Wie in Figur 7 dargestellt, umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt a) (Verfahrensschritt 172) ein Erzeugen mindestens eines ersten Sensorsignals 122 durch mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor 118; und in einem zweiten Schritt b) (Verfahrensschritt 174) ein Erzeugen mindestens eines zweiten Sensorsignals durch mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor 120, wobei das erste Sensorsignal 122 und das zweite Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.
Weiterhin kann das Verfahren auch weitere, in den Figuren nicht dargestellte Schritte umfassen. Insbesondere kann das Verfahren einen oder mehrere oder alle der folgenden Schritte umfassen:
c) Weitergeben des ersten Sensorsignals 122 an eine Steuereinheit.
d) Weitergeben des zweiten Sensorsignals an die Steuereinheit.
e) Bestimmen der Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal 122
und/oder dem zweiten Sensorsignal.
Insbesondere kann die Rotationseigenschaft aus dem ersten Sensorsignal 122 und/oder dem zweiten Sensorsignal durch eine Auswerteeinheit und/oder durch die Steuereinheit bestimmt werden.
Weiterhin kann das Verfahren umfassen: f) Vergleichen des ersten Sensorsignals 122 mit dem zweiten Sensorsignal durch die Steuereinheit.
Insbesondere kann von der Steuereinheit ein zeitlicher Versatz des Eintreffens des ersten Sensorsignals 122 und des zweiten Sensorsignals bestimmt werden. Weiterhin kann das Verfahren umfassen:
g) Vergleichen der aus dem ersten Sensorsignal 122 bestimmten
Rotationseigenschaft mit der aus dem zweiten Sensorsignal bestimmten Rotationseigenschaft.

Claims

Ansprüche
1. Sensoranordnung (110) zur Bestimmung mindestens einer
Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, wobei die Sensoranordnung (110) mindestens ein mit dem rotierenden Element verbindbares Geberrad (114) aufweist, wobei das Geberrad (114) ein Geberradprofil (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (110) weiterhin mindestens einen ersten
Inkrementalwinkelsensor (118) und mindestens einen zweiten
Inkrementalwinkelsensor (120) aufweist, wobei der erste
Inkrementalwinkelsensor (118), der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) und das mindestens eine Geberrad (114) derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein von dem ersten Inkrementalwinkelsensor (118) erzeugtes erstes Sensorsignal (122) und mindestens ein von dem zweiten Inkrementalwinkelsensor (120) erzeugtes zweites Sensorsignal
gegeneinander phasenverschoben sind.
2. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118) und der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einem aktiven
Inkrementalwinkelsensor (126); einem Einzel-Hall-Sensor; einem Differenzial- Hall-Sensor (127); einem GMR-basierten Sensor; einem TMR-basierten Sensor; einem AMR-basierten Sensor; einem induktiven
Inkrementalwinkelsensor.
3. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) ein Geberrad (114) aufweist, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118), der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) und das Geberrad (114) in derselben Ebene angeordnet sind.
4. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118) und der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) zueinander versetzt auf einer Kreisbahn um das Geberrad (114) angeordnet sind.
5. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) eine Vielzahl von Geberrädern (114) umfasst.
6. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensoranordnung (110) ein erstes Geberrad (114, 162) mit einem ersten Geberradprofil (166) und ein zweites Geberrad (114, 164) mit einem zweiten Geberradprofil (168) aufweist, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118) und das erste Geberrad (162) in einer ersten Ebene angeordnet sind, wobei der zweite Inkrementalwinkelsensor (120) und das zweite Gerberrad (164) in einer zweiten Ebene angeordnet sind.
7. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Geberradprofil (166) und das zweite Geberradprofil (168) zueinander versetzt angeordnet sind.
8. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Inkrementalwinkelsensor (118) und der zweite
Inkrementalwinkelsensor (120) zueinander versetzt angeordnet sind.
9. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) mindestens eine Auswerteeinheit umfasst, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, das erste Sensorsignal (122) und das zweite Sensorsignal zu erfassen.
10. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus dem ersten Sensorsignal (122) und dem zweiten Sensorsignal auf eine auf eine Funktionalität der
Sensoranordnung (110) zu schließen.
11. Sensoranordnung (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus einem Vergleich des ersten Sensorsignals (122) und des zweiten Sensorsignals auf eine
Drehrichtung des rotierenden Elements zu schließen.
12. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements, wobei das Verfahren die Verwendung mindestens eines mit dem rotierenden Element
verbindbaren Geberrads (114) umfasst, wobei das Geberrad (114) ein
Geberradprofil (116) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a) Erzeugen mindestens eines ersten Sensorsignals (122) durch mindestens einen ersten Inkrementalwinkelsensor (118); und
b) Erzeugen mindestens eines zweiten Sensorsignals durch mindestens einen zweiten Inkrementalwinkelsensor (120), wobei das erste Sensorsignal (122) und das zweite Sensorsignal gegeneinander phasenverschoben sind.
PCT/EP2018/078437 2017-12-06 2018-10-17 Sensoranordnung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements Ceased WO2019110183A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017222020.1A DE102017222020A1 (de) 2017-12-06 2017-12-06 Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
DE102017222020.1 2017-12-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019110183A1 true WO2019110183A1 (de) 2019-06-13

Family

ID=63963024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/078437 Ceased WO2019110183A1 (de) 2017-12-06 2018-10-17 Sensoranordnung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017222020A1 (de)
WO (1) WO2019110183A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113252939A (zh) * 2021-05-13 2021-08-13 中国长江电力股份有限公司 基于图像识别技术的水轮发电机组蠕动探测方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4011503A1 (de) 1990-04-10 1991-10-17 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur erfassung eines rotierenden teils einer brennkraftmaschine
US5719496A (en) * 1995-06-07 1998-02-17 Durakool Incorporated Dual-element proximity sensor for sensing the direction of rotation of a ferrous target wheel
EP1186894A1 (de) * 2000-09-07 2002-03-13 Sem Ab Winkelgeschwindigkeitssensor mit Referenzmarke
DE102005025417A1 (de) * 2005-06-02 2006-12-07 Siemens Ag Lagegeber
DE102013203937A1 (de) 2013-03-07 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine ohne Resolver
DE102015211383A1 (de) * 2015-06-19 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Drehzahlsensorvorrichtung, Verfahren zum Betreiben
WO2018133978A1 (de) * 2017-01-23 2018-07-26 Robert Bosch Gmbh Geberradanordnung und verfahren zum ermitteln einer absolutwinkelposition und einer drehrichtung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4011503A1 (de) 1990-04-10 1991-10-17 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur erfassung eines rotierenden teils einer brennkraftmaschine
US5719496A (en) * 1995-06-07 1998-02-17 Durakool Incorporated Dual-element proximity sensor for sensing the direction of rotation of a ferrous target wheel
EP1186894A1 (de) * 2000-09-07 2002-03-13 Sem Ab Winkelgeschwindigkeitssensor mit Referenzmarke
DE102005025417A1 (de) * 2005-06-02 2006-12-07 Siemens Ag Lagegeber
DE102013203937A1 (de) 2013-03-07 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine ohne Resolver
DE102015211383A1 (de) * 2015-06-19 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Drehzahlsensorvorrichtung, Verfahren zum Betreiben
WO2018133978A1 (de) * 2017-01-23 2018-07-26 Robert Bosch Gmbh Geberradanordnung und verfahren zum ermitteln einer absolutwinkelposition und einer drehrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Sensoren im Kraftfahrzeug", 2012, pages: 63 - 74,120-129

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113252939A (zh) * 2021-05-13 2021-08-13 中国长江电力股份有限公司 基于图像识别技术的水轮发电机组蠕动探测方法及装置
CN113252939B (zh) * 2021-05-13 2023-12-05 中国长江电力股份有限公司 基于图像识别技术的水轮发电机组蠕动探测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017222020A1 (de) 2019-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3884239B1 (de) Winkelsensor mit mehrpoligem magnet für eine kraftfahrzeuglenkung
EP3555571B1 (de) Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements
EP3571474B1 (de) Geberradanordnung und verfahren zum ermitteln einer absolutwinkelposition und einer drehrichtung
EP2929297B1 (de) Sensorvorrichtung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements
DE102016202378B4 (de) Anordnung zur Erfassung der Winkelposition eines drehbaren Bauteils
DE102011005066B4 (de) Sensoranordnung
EP3721175B1 (de) Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements
EP3207337B1 (de) Sensor zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements
WO2012038169A1 (de) Sensorsystem und verfahren zur inkrementellen drehzahlmessung
DE102018211216A1 (de) Geberradanordnung und Verfahren zum Ermitteln einer Absolutwinkelposition und einer Drehrichtung
WO2007014599A1 (de) Vorrichtung zur detektion von umdrehungen einer lenkwelle
DE102009055275A1 (de) Sensoranordnung zur kombinierten Drehzahl-Drehmoment-Erfassung
EP2339299A2 (de) Drehwinkelsensoranordnung und Verfahren zur Feststellung der Drehposition einer Welle
WO2019110183A1 (de) Sensoranordnung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines um mindestens eine rotationsachse rotierenden elements
DE102018213649A1 (de) Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements
DE10228663A1 (de) Anordnung zum Bestimmen der Lage eines Körpers
DE102012221327A1 (de) Sensorvorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements
WO2019120688A1 (de) Geberradanordnung und verfahren zum ermitteln einer absolutwinkelposition und einer drehrichtung
DE102016224854A1 (de) Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
WO2016202489A1 (de) Drehzahlsensorvorrichtung, verfahren zum betreiben
DE102017211996B4 (de) Sensoreinheit und Anordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils
DE102017221761A1 (de) Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
DE102018213648A1 (de) Sensorsystem und Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements
DE102017223087A1 (de) Geberradanordnung und Verfahren zum Ermitteln einer Absolutwinkelposition und einer Drehrichtung
DE102014224295B3 (de) Winkelgeber und Anordnung zur Ermittlung von Unwucht und/oder Last

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18792387

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18792387

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1