DE102006038268A1

DE102006038268A1 - Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen

Info

Publication number: DE102006038268A1
Application number: DE102006038268A
Authority: DE
Inventors: Horst Müller
Original assignee: Takata Petri AG
Current assignee: Takata Petri AG
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen, insbesondere für Lenkwinkelsensoren, mit einem auf einem Rotor angeordneten Permanentmagneten. Zur Schaffung einer Vorrichtung zur Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen ohne Zufuhr von externer elektrischer Energie ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Permanentmagneten (2) zwei auf einem Stator (1) angeordnete Spulen (4, 5) als Antennen zugeordnet sind, die räumlich nebeneinander so versetzt angeordnet sind, dass bei einer schnellen Drehung eine eindeutige Trennung und Auswertung der Signale der Antennen gewährleistet ist, dass bei einer langsamen Drehung die Signale der Antennen immer überlappend erzeugt werden und dass für die Auswertung der Signale der Antennen eine Auswerteschaltung auf einem Stator (3) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen insbesondere eines Lenkrades ist neben Lösungen mit einer mechanischen Ankopplung auch eine Lösung mit einer berührungslosen Erkennung bekannt geworden. So ist aus der DE 197 03 903 A1 ein Lenkwinkelsensor bekannt, bei dem sich mittels eines elektromechanischen Bauteils ein vom Drehwinkel oder einer Drehwinkeländerung abhängiges elektrisches Signal erzeugen lässt, indem an einer Lenkspindel ein Dauermagnet angebracht ist, in dessen Bereich sich ein feststehender magnetfeldempfindlicher Sensor befindet. Als solcher ist ein Hallsensor vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen ohne Zufuhr von externer elektrischer Energie zu schaffen, bei der anstelle eines Hallsensors ein anderen Sensor vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Bei einer Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen, insbesondere für Lenkwinkelsensoren, mit einem auf einem Rotor angeordneten Permanentmagneten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Permanentmagneten zwei auf einem Stator angeordnete Spulen als Antennen zugeordnet sind, die räumlich nebeneinander so versetzt angeordnet sind, dass bei einer schnellen Drehung eine eindeutige Trennung und Auswertung der Signale der Antennen gewährleistet ist, dass bei einer langsamen Drehung die Signale der Antennen immer überlappend erzeugt werden, und dass für die Auswertung der Signale der Antennen eine Auswerteschaltung auf einem Stator vorgesehen ist.
Mit dieser Anordnung ist eine berührungslose und geräuschlose Mehrfachumdrehungserkennung möglich. Die Anordnung funktioniert ohne Spannungsversorgung und ist einfach zu montieren. Weiterhin wird die Gesamtbauhöhe nicht verändert, da die Baugruppe in die normale Elektronik integrierbar ist.
In einer Ausführungsform sind die Spulen so nebeneinander angeordnet, dass der Permanentmagnet bei Rechtsdrehung des Rotors zunächst an der ersten Spule und anschließend an der zweiten Spule vorbeigedreht wird und dass der Permanentmagnet bei Linksdrehung des Rotors zunächst an der zweiten Spule und anschließend an der ersten Spule vorbeigedreht wird.
Der Permanentmagnet ist so angeordnet, dass dessen Pole bei Drehung des Rotors nacheinander an den Spulen vorbeigeführt werden.
Vorzugsweise ist ein stabförmiger Permanentmagnet angeordnet. Dabei weist der Permanentmagnet eine solche Länge auf, dass er in einer Drehstellung des Rotors, bei der sich der Permanentmagnet im Bereich der Spulen befindet, gleichzeitig beiden Spulen zumindest teilweise gegenüberliegt. Wenn sich der Permanentmagnet im Bereich der Spulen befindet, liegt er den Spulen mit einer Längsseite gegenüber.
Jeder Spule kann ein Gleichrichter zur Erzeugung eines Signals nachgeordnet sein, und den Gleichrichtern ist eine Auswerteschaltung nachgeordnet.
Es ist vorzugsweise eine Auswerteschaltung vorgesehen, die UND-Gatter aufweist, die an den Ausgängen der Gleichrichter liegen, wobei der Signalausgang des ersten Gleichrichters an einem ersten Eingang eines ersten Und-Gatters liegt, wobei der Signalausgang des zweiten Gleichrichters über einen Inverter an einem zweiten Eingang des ersten Und-Gatters, weiterhin an einem ersten Eingang eines zweiten Und-Gatters und über einen Inverter an einem zweiten Eingang des zweiten Und-Gatters liegt, und weiterhin an zwei Eingängen eines dritten Und-Gatters liegt, dass den Ausgängen des ersten und zweiten Und-Gatters ein Flip-Flop nachgeordnet ist und dass der Ausgang des Flip-Flop und der Ausgang des dritten Und-Gatters an den Eingängen eines dreistufigen Vorwärts/Rückwärts Binärzählers mit Takteingang liegen.
Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 die Anordnung der Komponenten auf den mechanischen Bauteilen Rotor und Stator;
2 die zeitliche Zuordnung der Signale der Spulen bei einer Rechtsdrehung des Rotors;
3 die zeitliche Zuordnung der Signale der Spulen bei einer Linksdrehung des Rotors;
4 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung;
Am Rand eines Rotors 1, der z.B. auf einer nicht dargestellten Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, befindet sich ein stabförmiger Permanentmagnet 2. Diesem sind auf einem Stator 3, der z.B. an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, zwei Spulen 4 und 5 als Antennen zugeordnet. Diese Antennen sind so versetzt zueinander angeordnet, dass sie bei Drehung des Rotors 1 nacheinander dem Magnertfeld des Permanentmagneten 2 ausgesetzt werden. Die Antennen sind weiterhin so versetzt angeordnet, dass bei einer schnellen Drehung des Permanentmagneten 2 eine eindeutige Trennung und Auswertung der mittels der Spulen erzeugten Signale S1 und S2 gewährleistet ist. Ebenso ist gewährleistet, dass bei einer langsamen Drehung des Permanentmagneten 2 die Signale S1 und S2 immer überlappend erzeugt werden. Wenn sich der Permanentmagnet 2 im Bereich der Spulen 4 und 5 befindet, liegt er diesen mit einer Längsseite gegenüber, wie es aus der 1 ersichtlich ist. Jeder Spule 4, 5 ist ein Gleichrichter 6, 7 zur Erzeugung von Signalen S1 und S2 nachgeordnet.
Wie aus der 1 ersichtlich ist, gelangt bei einer Rechtsdrehung des Rotors 1 zunächst der Südpol S des Permanentmagneten 2 in den Bereich der Spule 4. Beim Weiterdrehen durchstreicht das Magnetfeld des Permanentmagneten 2 die Spule 4. Dabei wird in der Spule 4 eine Spannung induziert. Diese Spannung wird gleichgerichtet, in nicht dargestellten Kondensatoren gespeichert und zur Versorgung der Auswerteschaltung bereitgestellt. Weiterhin wird daraus das Signal S1 generiert, dessen Verlauf in der 2 dargestellt ist. Zeitversetzt wird bei der weiteren Rechtsdrehung des Rotors 1 auch in der Spule 5 eine Spannung induziert aus der ein Signal S2 gewonnen wird. Dieses zeitversetzte Signal S2 ist ebenfalls aus der 2 ersichtlich.
Bei Linksdrehung des Rotors 1 gelangt zunächst der Nordpol N des Permanentmagneten 2 in den Bereich der Spule 5. Beim Weiterdrehen durchstreicht das Magnetfeld deshalb zunächst diese Spule und induziert dort eine Spannung. Aus dieser wird nach Gleichrichtung das Signal S2 gewonnen, wie es in der 3 dargestellt ist. Weiterhin wird auch diese Spannung zur Versorgung der Auswerteschaltung bereitgestellt. Zeitversetzt wird beim weiteren Linksdrehen auch in der Spule 4 eine Spannung induziert, aus der nach Gleichrichtung das Signal S1 generiert wird, wie aus der 3 erkennbar ist.
Infolge dieses unterschiedlichen Zeitversatzes der Signale S1 und S2 bei Links- und Rechtsdrehung ist es möglich in der sich anschließenden Auswerteschaltung die Drehrichtung des Rotors zu erkennen. Diese in der 4 als Blockschaltbild dargestellte Auswerteschaltung weist drei UND-Gatter 8, 9, 10 auf. Den UND-Gattern 8 und 9 ist ein Flip-Flop 11 mit Set und Clear-Eingang nachgeordnet, wobei der Ausgang des Flip-Flop ebenso wie der Ausgang des UND-Gatters 10 an Eingängen eines Vorwärts/Rückwärts-Binär-Zählers 12 liegt.
Das Signal S1 wird einem Eingang 13 des UND-Gatters 8 direkt zugeführt. Das Signal S2 wird über einen Inverter 14 dem zweiten Eingang 15 des UND-Gatters 8 zugeführt. Weiterhin wird das Signal S2 dem UND-Gatter 9 über einen ersten Eingang 16 direkt und an einem zweiten Eingang 17 über einen Inverter 18 zugeführt. Das Signal S2 wird auch dem UND-Gatter 10 über zwei Eingänge 19, 20 direkt zugeführt.
Das Flip-Flop 11 erzeugt aus den Signalen S1 und S2 ein Signal S3, das die Drehrichtung des Rotors 1 angibt. Das UND-Gatter 10 erzeugt ein Signal S4, das als Taktimpuls den Zähler entsprechend der Drehrichtung des Rotors 1 vorwärts oder rückwärts zählt. Die Ausgänge des Vorwärts-Rückwärts-Zählers sind an einen nicht dargestellten statischen Speicher angeschlossen, der von einer ebenfalls nicht dargestellten separaten Elektronik ausgelesen werden kann, wenn diese mit Betriebsspannung versorgt wird.

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Drehwinkeländerungen und Mehrfachumdrehungen, insbesondere für Lenkwinkelsensoren, mit einem auf einem Rotor angeordneten Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass dem Permanentmagneten (2) zwei auf einem Stator (1) angeordnete Spulen (4, 5) als Antennen zugeordnet sind, die räumlich nebeneinander so versetzt angeordnet sind, dass bei einer schnellen Drehung eine eindeutige Trennung und Auswertung der Signale der Antennen gewährleistet ist, dass bei einer langsamen Drehung die Signale der Antennen immer überlappend erzeugt werden, und dass für die Auswertung der Signale der Antennen eine Auswerteschaltung auf einem Stator (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (4, 5) so nebeneinander angeordnet sind, dass der Permanentmagnet (2) bei Rechtsdrehung des Rotors (1) zunächst an der ersten Spule (4) und anschließend an der zweiten Spule (5) vorbeigedreht wird und dass der Permanentmagnet (2) bei Linksdrehung des Rotors (1) zunächst an der zweiten Spule (5) und anschließend an der ersten Spule (4) vorbeigedreht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) so angeordnet ist, dass dessen Pole (N, S) bei Drehung des Rotors (1) nacheinander an den Spulen (4, 5) vorbeigeführt werden.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stabförmiger Permanentmagnet (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) eine solche Länge aufweist, dass er in einer Drehstellung des Rotors (1), bei der sich der Permanentmagnet (2) im Bereich der Spulen (4, 5) befindet, gleichzeitig beiden Spulen (4, 5) zumindest teilweise gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) den Spulen (4, 5) mit einer Längsseite gegenüberliegt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spule (4, 5) ein Gleichrichter (6, 7) zur Erzeugung eines Signals nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Gleichrichtern (6, 7) die Auswerteschaltung nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung Und-Gatter (8, 9, 10) aufweist, die an den Ausgängen der Gleichrichter (6, 7) liegen, wobei der Signalausgang des ersten Gleichrichters (6) an einem ersten Eingang (13) eines ersten Und-Gatters (8) liegt, wobei der Signalausgang des zweiten Gleichrichters (7) über einen Inverter (14) an einem zweiten Eingang (15) des ersten Und-Gatters (8), weiterhin an einem ersten Eingang (16) eines zweiten Und-Gatters (9) und über einen Inverter (18) an einem zweiten Eingang (17) des zweiten Und-Gatters (9) liegt, und weiterhin an zwei Eingängen (19, 20) eines dritten Und-Gatters (10) liegt, dass den Ausgängen des ersten und zweiten Und-Gatters ein Flip-Flop 11) nachgeordnet ist und dass der Ausgang des Flip-Flop (11) und der Ausgang des dritten Und-Gatters (10) an den Eingängen eines dreistufigen Vorwärts/rückwärts Binärzählers (12) mit Takteingang liegen.