Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit und eine Anordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils, insbesondere eine Sensoreinheit und eine Anordnung zur berührungsfreien Erfassung einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Rotors eines Elektromotors oder einer Ventilklappe oder einer Drehachse eines Stellglieds.The present invention relates to a sensor unit and an arrangement for detecting the position of a component, in particular a sensor unit and an arrangement for non-contact detection of an angular position of a rotatable about a rotation axis rotor of an electric motor or a valve flap or a rotation axis of an actuator.
Zur Erfassung der Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils ist es bekannt, magnetisch basierte Winkelsensoren zu verwenden. Die GB 2 505 226 A offenbart beispielsweise eine Anordnung, ein Verfahren und einen Sensor zum Messen einer Winkelposition unter Verwendung eines mehrpoligen Magneten mit Kompensation von magnetischen Stör-/Fremdfeldern. Die darin offenbarte Anordnung weist einen an einem Rotor angebrachten mehrpolpaarigen Magneten und einen feststehenden Sensor auf. Der Sensor umfasst mehrere auf einem Kreis angeordnete Sensorelemente, die im Wesentlichen in zwei Gruppen zum Messen der parallel zur Sensorebene wirksamen Magnetfeldkomponenten angeordnet sind. Durch die darin offenbarte Anordnung können homogene magnetische Stör-/Fremdfelder weitestgehend kompensiert werden. Jedoch wird mit dem segmentierten mehrpolpaarigen Magneten der nutzbare Winkelmessbereich eingeschränkt, so dass nur ein Bereich von 360° geteilt durch die Anzahl der Polpaare des Magneten erfasst werden kann.For detecting the angular position of a rotatable about a rotational axis component, it is known to use magnetically based angle sensors. The GB 2 505 226 A discloses, for example, an arrangement, a method, and a sensor for measuring an angular position using a multipole magnet with magnetic interference / stray field compensation. The arrangement disclosed therein has a multi-pole paired magnet mounted on a rotor and a stationary sensor. The sensor comprises a plurality of sensor elements arranged on a circle, which are arranged essentially in two groups for measuring the magnetic field components which are effective parallel to the sensor plane. By the arrangement disclosed therein homogeneous magnetic interference / foreign fields can be largely compensated. However, with the segmented multi-pole paired magnet, the usable angle measurement range is limited so that only a range of 360 degrees divided by the number of pole pairs of the magnet can be detected.
Ferner sind aus der EP 0 916 074 B1 , US 2015/276893 A1 , DE 10 2015 001 553 B3 , DE 10 2014 005 247 A1 , DE 10 2004 064 185 B4 und der DE 698 16 755 T2 jeweils Vorrichtungen zur Erfassung der Winkelposition eines drehbaren Bauteils bekannt. Auch diese Offenbarungen basieren auf Differenzbildung zur Unterdrückung von magnetischen Stör-/Fremdfeldern. Dabei werden parallele Komponenten des Magnetfelds erfasst und deshalb auch nur diejenigen Magnetfeldkomponenten gemessen, die orthogonal zur Sensorebene wirken. Magnetisch sensitive Sensoren, wie z. B. magnetoresistive Sensoren oder vertikale Hallzellen, die parallel zur Sensorebene messen, können nicht verwendet werden.Furthermore, from the EP 0 916 074 B1 . US 2015/276893 A1 . DE 10 2015 001 553 B3 . DE 10 2014 005 247 A1 . DE 10 2004 064 185 B4 and the DE 698 16 755 T2 each device for detecting the angular position of a rotatable member known. These disclosures are based on difference formation for the suppression of magnetic interference / foreign fields. In this case, parallel components of the magnetic field are detected and therefore only those magnetic field components which act orthogonal to the sensor plane are measured. Magnetically sensitive sensors, such. B. magnetoresistive sensors or vertical Hall cells that measure parallel to the sensor plane can not be used.
Aus der DE 10 2009 042 473 A1 ist ein Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Winkelsensors mit mindestens zwei Sensorelementen bekannt, die eine Ebene aufspannen und mit einem von dieser Ebene beabstandetem und drehbarem Element zur Variation eines Feldes, sowie einen bürstenlosen Elektromotor, der nach diesem Verfahren angesteuert wird. Um ein Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Winkelsensors mit mindestens zwei Sensorelementen anzugeben, dass mit vollkreisabbildenden Sensorelementen Messergebnisse von hoher Auflösung produziert, erfassen die Sensorelemente mindestens einen ersten und einen zweiten voneinander linear unabhängigen Vektor des in dieser Ebene anliegenden Feldes, wobei zusätzlich eine weitere Größe erfasst wird, die abhängig von dem Abstand zwischen der Ebene und dem drehbaren Element ist und wobei mit dem Betrag der weiteren Größe die Amplituden der Signale des ersten und zweiten Sensorelementes gesteuert wird.From the DE 10 2009 042 473 A1 a method for evaluating signals of an angle sensor having at least two sensor elements is known, which span a plane and with a spaced-apart from this plane and rotatable element for varying a field, and a brushless electric motor, which is controlled by this method. In order to provide a method for evaluating signals of an angle sensor with at least two sensor elements that produces measuring results of high resolution with full circle imaging sensor elements, the sensor elements detect at least first and second linearly independent vector of the applied in this plane field, in addition, a further size is detected, which is dependent on the distance between the plane and the rotatable element and wherein the amplitude of the signals of the first and second sensor element is controlled with the amount of the further size.
Aus der noch nicht veröffentlichen deutschen Patentanmeldung (DE) 10 2016 202 378.0 ist eine Anordnung bekannt, mit der magnetische Stör-/Fremdfelder zumindest teilweise kompensiert werden können. Die daraus bekannte Anordnung kann jedoch im Hinblick auf geometrische Toleranzen der Einzelbauteile, die montagebedingt und/oder materialbedingt sein können, zu große Messungenauigkeiten aufweisen.From the not yet published German patent application (DE) 10 2016 202 378.0 An arrangement is known with which magnetic interference / foreign fields can be at least partially compensated. The arrangement known from this, however, can have too large inaccuracies in terms of geometric tolerances of the individual components, which may be due to installation and / or material.
Die WO 2016/139135 A1 betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Positionsbestimmung eines magnetischen Körpers mittels einem oder mehrerer Magnetfeldsensoren, der sich relativ zu dem einen oder den mehreren Magnetfeldsensoren bewegt. Bei dem Verfahren wird mit den Magnetfeldsensoren wiederholt lokal eine oder mehrere von drei Richtungskomponenten der magnetischen Flussdichte des vom magnetischen Körper erzeugten Magnetfeldes erfasst und ausgewertet, um die jeweilige Position des magnetischen Körpers zu bestimmen. Die Magnetfeldsensoren sind dabei im Nahfeld des magnetischen Körpers angeordnet. Die Auswertung erfolgt zumindest teilweise mit einem optimalen Schätzer auf Basis eines Magnetfeldmodells. Mit dem Verfahren und der zugehörigen Anordnung lassen sich bis zu sechs mechanische Freiheitsgrade des magnetischen Körpers auf kleinstem Raum bestimmen.The WO 2016/139135 A1 relates to a method and an arrangement for determining the position of a magnetic body by means of one or more magnetic field sensors, which moves relative to the one or more magnetic field sensors. In the method, one or more of three direction components of the magnetic flux density of the magnetic field generated by the magnetic body are repeatedly detected and evaluated locally with the magnetic field sensors to determine the respective position of the magnetic body. The magnetic field sensors are arranged in the near field of the magnetic body. The evaluation is carried out at least partially with an optimal estimator based on a magnetic field model. With the method and the associated arrangement, up to six mechanical degrees of freedom of the magnetic body can be determined in the smallest space.
Die EP 1 668 378 B1 offenbart einen Sensor für die Detektion der Richtung eines Magnetfeldes in einer Ebene. Der daraus bekannte Sensor weist mehrere Magnetfeldsensoren und Logik- und Auswerteschaltungen auf. Jedem Magnetfeldsensor ist eine Messachse derart zugeordnet, dass der Absolutbetrag des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors dann am größten ist, wenn das Magnetfeld parallel zu der zugeordneten Messachse verläuft.The EP 1 668 378 B1 discloses a sensor for detecting the direction of a magnetic field in a plane. The sensor known therefrom comprises a plurality of magnetic field sensors and logic and evaluation circuits. Each magnetic field sensor is associated with a measuring axis such that the absolute value of the output signal of the magnetic field sensor is greatest when the magnetic field is parallel to the associated measuring axis.
Magnetische Stör-/Fremdfelder können durch nahegelegene Permanentmagnete, Elektromagnete oder auch durch eine in der Umgebung verlaufende Stromleitung erzeugt werden. Im Zuge der Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere im Hinblick auf z. B. das 48-Volt-Bordnetz, in dem Stromstärken von über 1.000 Ampere auftreten können, oder aufgrund von naheliegend verbauten Magneten werden der magnetischen Nutzfeldquelle zunehmend magnetische Stör-/Fremdfelder überlagert, die das Signal des Sensors beeinflussen können und somit die Messungen des magnetischen Drehgebers negativ verfälschen können. Magnetic interference / foreign fields can be generated by nearby permanent magnets, electromagnets or by an existing in the environment power line. In the course of the electrification of vehicles, in particular with regard to z. As the 48-volt electrical system, can occur in the currents of more than 1,000 amps, or due to nearby installed magnet magnetic field source increasingly magnetic interference / foreign fields are superimposed, which can affect the signal of the sensor and Thus, the measurements of the magnetic encoder can distort negatively.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sensoreinheit und eine Anordnung bereitzustellen, mit denen die Position eines Bauteils zuverlässig, möglichst genau und, bei einem sich um eine Drehachse drehenden Bauteil, über einen Winkelmessbereich von 360° erfasst werden kann und die robust gegenüber magnetischen Stör-/Fremdfeldern und gegenüber von geometrischen Toleranzen sind.The object of the present invention is to provide a sensor unit and an arrangement with which the position of a component can be detected reliably, as accurately as possible and, in the case of a component rotating about an axis of rotation, over an angular measurement range of 360 ° and robust against magnetic Stör- / Fremdfeldern and against geometric tolerances.
Diese Aufgabe wird mit der Sensoreinheit gemäß unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with the sensor unit according to independent claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, eine Sensoreinheit und eine Anordnung zum Erfassen der Position eines sich bewegenden (translatorisch und/oder rotatorisch) Bauteils vorzusehen, bei denen eine Vielzahl magnetisch sensitiver Elemente derart angeordnet sind, dass nach einer relativen Positionierung zu einem Magneten bzw. einem ferromagnetischen Bauteile zumindest ein Sensorelementpaar bestehend aus zwei magnetisch sensitiven Elementen auswählbar ist, die im Hinblick auf die Messgenauigkeit am günstigsten angeordnet sind. Insbesondere sind die ausgewählten magnetisch sensitiven Elemente im Hinblick auf durch die geometrischen Toleranzen hervorgerufenen Verschiebungen am günstigsten angeordnet.The present invention is essentially based on the idea to provide a sensor unit and an arrangement for detecting the position of a moving (translational and / or rotational) component, in which a plurality of magnetically sensitive elements are arranged such that after a relative positioning a magnet or a ferromagnetic components at least one sensor element pair consisting of two magnetically sensitive elements can be selected, which are arranged in terms of the accuracy of measurement most favorable. In particular, the selected magnetically sensitive elements are arranged most favorably with respect to displacements caused by the geometrical tolerances.
Bei der Erfassung einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils werden beispielsweise zwei Sensorelementpaare ausgewählt, dessen magnetisch sensitive Elemente dann im Hinblick auf die Messgenauigkeit am günstigsten angeordnet sind, wenn diese auf einem Kreis um einen Mittelpunkt äquidistant angeordnet sind, der der Drehachse am nächsten ist. Somit sind die Abstände der magnetisch sensitiven Elemente der beiden Sensorelementpaare zur Drehachse im Wesentlichen ähnlich, vorzugsweise im Wesentlichen gleich. Bei der Erfassung einer Wegposition eines entlang einer Bewegungsbahn beweglichen Bauteils liegen diejenigen magnetisch sensitiven Elemente eines Sensorelementpaares im Hinblick auf die Messgenauigkeit dann am günstigsten, wenn diese den betragsmäßig größten Wert für das erfasste Magnetfeld ausgeben.When detecting an angular position of a rotatable about a rotational axis component, for example, two pairs of sensor elements are selected, the magnetically sensitive elements are then arranged in terms of the accuracy of measurement most favorable when they are arranged on a circle about a center equidistant, which is closest to the axis of rotation , Thus, the distances of the magnetically sensitive elements of the two pairs of sensor elements to the axis of rotation are substantially similar, preferably substantially equal. When detecting a path position of a component movable along a movement path, those magnetically sensitive elements of a sensor element pair are the most favorable in terms of measurement accuracy if they output the largest value for the detected magnetic field in terms of absolute value.
Erfindungsgemäß ist somit eine Sensoreinheit zum Erfassen der Position eines Bauteils vorgesehen, die zumindest sechs in einer Messebene angeordnete magnetisch sensitive Elemente, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Magnetfeld ausschließlich entlang einer sich orthogonal zur Messebene erstreckenden Messrichtung zu erfassen, und eine Auswerteeinheit aufweist, die mit den magnetisch sensitiven Elementen der Sensoreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, ein der Position des Bauteils entsprechendes Positionssignal basierend auf den Signalen von einem ersten Sensorelementpaar von magnetisch sensitiven Elementen und/oder basierend auf den Signalen von einem zweiten Sensorelementpaar von magnetisch sensitiven Elementen zu ermitteln.According to the invention, a sensor unit is thus provided for detecting the position of a component which has at least six magnetically sensitive elements arranged in a measuring plane, each of which is designed to detect a magnetic field exclusively along a measuring direction extending orthogonal to the measuring plane, and has an evaluation unit which connected to the magnetically sensitive elements of the sensor unit and is adapted to determine a position of the component corresponding position signal based on the signals from a first pair of sensor elements of magnetically sensitive elements and / or based on the signals from a second pair of sensor elements of magnetically sensitive elements.
Durch das Anordnen von mehreren, zumindest sechs, magnetisch sensitiven Elementen in der Messebene können somit diejenigen zwei oder vier magnetisch sensitiven Elemente zum Erfassen der Position des Bauteils ausgewählt werden, mit denen eine möglichst genaue Erfassung der Position des Bauteils trotz vorhandenem Versatz zwischen der Sensoreinheit und dem Bauteil aufgrund geometrischer Toleranzen und einwirkender magnetischer Stör-/Fremdfeldern realisiert werden kann. Wenn die relative Positionierung zwischen der Sensoreinheit und dem Bauteil abgeschlossen ist und unverändert bleibt, ist eine einmalige Auswahl, beispielsweise durch eine nicht-flüchtige Speichervorrichtung, der für die Messung vorgesehenen magnetisch sensitiven Elemente offenbart.By arranging a plurality of, at least six, magnetically sensitive elements in the measuring plane, those two or four magnetically sensitive elements for detecting the position of the component can thus be selected, with which the position of the component is detected as accurately as possible despite the existing offset between the sensor unit and the component due to geometric tolerances and acting magnetic interference / foreign fields can be realized. When the relative positioning between the sensor unit and the component is completed and remains unchanged, a one-time selection, for example by a non-volatile memory device, of the magnetically sensitive elements provided for the measurement is disclosed.
Dazu werden die Signale derjenigen zwei oder vier magnetisch sensitiven Elemente herangezogen, mit denen der Fehler der ermittelten Position des Bauteils am geringsten ist. Insbesondere bilden zwei Sensorelementpaare von magnetisch sensitiven Elementen eine Sensorgruppierung, mit der die Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils erfasst werden kann.For this purpose, the signals of those two or four magnetically sensitive elements are used, with which the error of the determined position of the component is the lowest. In particular, two sensor element pairs of magnetically sensitive elements form a sensor array with which the angular position of a component rotatable about an axis of rotation can be detected.
Gibt beispielsweise eines der mehreren magnetisch sensitiven Elemente einen Wert von ungefähr Null für die parallel zur Drehachse verlaufende Magnetfeldkomponente aus, werden vier magnetisch sensitive Elemente um dieses eine magnetisch sensitive Element ermittelt, die auf einem Umfang eines Kreises liegen, dessen Mittelpunkt auf dem einen magnetisch sensitiven Element liegt, das den Wert von ungefähr Null für die parallel zur Drehachse verlaufende Magnetfeldkomponente ausgibt. Geben jedoch die magnetisch sensitiven Elemente eines Sensorpaares jeweils betragsmäßig ähnliche Werte für die parallel zur Drehachse verlaufenden Magnetfeldkomponenten aus, so werden genau diese vier magnetisch sensitive Elemente bestimmt. Diese vier magnetisch sensitiven Elemente sind dann auf einem Umfang eines Kreises äquidistant angeordnet, dessen Mittelpunkt im Inneren eines imaginären Quadrats liegt, an dessen Eckpunkte genau diese vier magnetisch sensitiven Elemente angeordnet sind.If, for example, one of the plurality of magnetically sensitive elements has a value of approximately zero for the magnetic field component running parallel to the axis of rotation, four magnetically sensitive elements are detected around this one magnetically sensitive element, which lie on a circumference of a circle whose center is magnetically sensitive on one side Element that outputs the value of about zero for the parallel to the axis of rotation extending magnetic field component. However, if the magnetically sensitive elements of a sensor pair each have similar values for the magnetic field components running parallel to the axis of rotation, exactly these four magnetically sensitive elements are determined. These four magnetically sensitive elements are then arranged equidistantly on a circumference of a circle, the center of which lies in the interior of an imaginary square, at whose vertices exactly these four magnetically sensitive elements are arranged.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit werden die Signale aller magnetisch sensitiven Elemente erfasst und es werden diejenigen magnetisch sensitive Elemente als zum ersten Sensorelementpaar von magnetisch sensitiven Elementen zugehörig definiert, die jeweils den betragsmäßig größten Wert ausgeben, und/oder es werden diejenigen magnetisch sensitive Elemente als zum zweiten Sensorelementpaar von magnetisch sensitiven Elementen zugehörig definiert, die jeweils den betragsmäßig größten Wert ausgeben. Zusätzlich oder alternativ können bei einer zur Erfassung der Winkelposition des Bauteils ausgebildeten Sensoreinheit ein vorbestimmter Durchmesser für den Kreis festgelegt werden und diejenigen magnetisch sensitiven Elemente ausgewählt werden, deren Signale bei einer Vollkreisdrehung jeweils betragsmäßig im Wesentlichen symmetrisch sind.In a preferred embodiment of the sensor unit according to the invention, the signals of all magnetically sensitive elements are detected and those magnetically sensitive elements are defined as belonging to the first sensor element pair of magnetically sensitive elements, each of which outputs the greatest value, and / or those magnetically sensitive elements are defined as belonging to the second sensor element pair of magnetically sensitive elements, each of which has the largest magnitude Output value. Additionally or alternatively, at a sensor unit designed to detect the angular position of the component, a predetermined diameter for the circle can be defined and those magnetically sensitive elements can be selected whose signals are substantially symmetrical in absolute value in a full circle rotation.
Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Auswahl der Sensorelementpaare ohne Einfluss von magnetischen Fremd-/Störfeldern erfolgt.In this preferred embodiment, it is advantageous if the selection of the sensor element pairs takes place without the influence of magnetic foreign / interference fields.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet ist, ein der Winkelposition des sich um eine Drehachse drehenden Bauteils entsprechendes Winkelsignal basierend auf den Signalen von denjenigen vier magnetisch sensitiven Elemente des ersten und zweiten Sensorelementpaares zu ermitteln, die jeweils auf einem Umfang eines Kreises um einen Mittelpunkt, der in der Messebene der Drehachse am nächsten liegt, äquidistant zueinander angeordnet sind.In an advantageous embodiment, the sensor unit is designed to determine an angle signal corresponding to the angular position of the component rotating about a rotation axis based on the signals from those four magnetically sensitive elements of the first and second sensor element pair, each on a circumference of a circle around one Center, which is closest to the axis of rotation in the measurement plane, are arranged equidistant from each other.
Die beiden magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorelementpaares sind dann auf dem Umfang des Kreises jeweils gegenüber voneinander angeordnet. Vorzugsweise ist der Radius des Kreises größtmöglich, wodurch der Einfluss von geometrischen Toleranzen zumindest teilweise reduziert werden kann.The two magnetically sensitive elements of each sensor element pair are then arranged on the circumference of the circle relative to each other. Preferably, the radius of the circle is as large as possible, whereby the influence of geometrical tolerances can be at least partially reduced.
Dadurch, dass bei größeren Kreisdurchmessern der Einfluss von geometrischen Toleranzen kleiner wird, allerdings die Sensoreinheit damit empfindlicher gegenüber inhomogenen magnetischen Stör-/Fremdfeldern wird, wenn diese gekrümmte Feldlinien aufweisen (z. B. ein Stromkabel in der Nähe der Sensoreinheit), kann es bevorzugt sein, die Dichte der magnetisch sensitiven Elemente mit abnehmendem Radius zu vergrößern. Das heißt, dass in näherer Umgebung um die Drehachse mehr magnetisch sensitive Elemente auf der Sensoreinheit angeordnet werden als in einer entfernteren Umgebung. Denn je kleiner der Durchmesser des Kreises ist, auf dem die für die Messung vorgesehenen magnetisch sensitiven Elemente angeordnet sind, desto weniger Einfluss haben inhomogene magnetische Stör-/Fremdfelder, wobei wiederum eine höhere Empfindlichkeit zu geometrischen Toleranzen vorhanden sein können.Because the influence of geometrical tolerances becomes smaller with larger circle diameters, however, the sensor unit thus becomes more sensitive to inhomogeneous magnetic interference fields when they have curved field lines (eg a power cable in the vicinity of the sensor unit), it may be preferred be to increase the density of the magnetically sensitive elements with decreasing radius. This means that more magnetically sensitive elements are arranged on the sensor unit in the immediate vicinity of the axis of rotation than in a more distant environment. Because the smaller the diameter of the circle is, on which the magnetically sensitive elements provided for the measurement are arranged, the less influence inhomogeneous magnetic interference / foreign fields, in turn, a higher sensitivity to geometric tolerances may be present.
Ferner kann es dabei bevorzugt sein, dass der Mittelpunkt des Kreises dadurch ermittelt wird, dass dieser demjenigen magnetisch sensitiven Element am nächsten liegt, welches den betragsmäßig kleinsten Wert ausgibt. Folglich können nach dem Bestimmen desjenigen magnetisch sensitiven Elements, das den betragsmäßig kleinsten Wert ausgibt, die magnetisch sensitiven Elemente der beiden Sensorelementpaare derart bestimmt werden, dass diese von diesem dann zentral angeordneten magnetisch sensitiven Element gleich beabstandet sind.Furthermore, it may be preferred that the center of the circle is determined by being closest to that magnetically sensitive element which outputs the smallest value. Consequently, after determining that magnetically sensitive element which outputs the smallest value in terms of value, the magnetically sensitive elements of the two sensor element pairs can be determined such that they are equally spaced from this then centrally arranged magnetically sensitive element.
In einer weitere vorteilhaften Ausgestaltung sind die magnetisch sensitiven Elemente zumindest teilweise entlang einer in der Messebene verlaufenden ersten Achse und/oder zumindest teilweise entlang zumindest einer in der Messebene parallel zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse jeweils äquidistant zueinander angeordnet.In a further advantageous embodiment, the magnetically sensitive elements are arranged at least partially along a first axis extending in the measuring plane and / or at least partially along at least one in the measuring plane parallel to the first axis extending second axis each equidistantly from each other.
Vorzugsweise sind die auf der ersten Achse angeordneten magnetisch sensitiven Elemente und/oder die auf der zumindest einen zweiten Achse angeordneten magnetisch sensitiven Elemente jeweils ferner auf zumindest einer in der Messebene unter einem vorbestimmten Winkel zur ersten Achse verlaufenden dritten Achse angeordnet. Noch bevorzugter ist es, wenn die zumindest sechs magnetisch sensitiven Elemente matrizenartig mit zumindest zwei Zeilen und zumindest drei Spalten angeordnet sind.Preferably, the magnetically sensitive elements arranged on the first axis and / or the magnetically sensitive elements arranged on the at least one second axis are each further arranged on at least one third axis extending in the measuring plane at a predetermined angle to the first axis. It is even more preferable if the at least six magnetically sensitive elements are arranged like a matrix with at least two rows and at least three columns.
Dabei kann es bevorzugt sein, dass ein magnetisch sensitives Element des ersten Sensorelementpaares auf der ersten Achse und das andere magnetisch sensitive Element des ersten Sensorelementpaares auf der zumindest einen zweiten Achse angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich ist ein magnetisch sensitives Element des zweiten Sensorelementpaares auf der ersten Achse und das andere magnetisch sensitive Elemente des zweiten Sensorelementpaares auf der zweiten Achse angeordnet.It may be preferred that a magnetically sensitive element of the first sensor element pair on the first axis and the other magnetically sensitive element of the first sensor element pair are arranged on the at least one second axis. Alternatively or additionally, a magnetically sensitive element of the second sensor element pair is arranged on the first axis and the other magnetically sensitive elements of the second sensor element pair are arranged on the second axis.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die magnetisch sensitiven Elemente des ersten Sensorelementpaares auf der ersten Achse angeordnet sind und die magnetisch sensitiven Elemente des zweiten Sensorelementpaares auf der zumindest einen dritten Achse angeordnet sind, wobei die erste Achse als Mittelsenkrechte zu den magnetisch sensitiven Elementen des zweiten Sensorelementpaares verläuft und die dritte Achse als Mittelsenkrechte zu den magnetisch sensitiven Elementen des ersten Sensorelementpaares verläuft.Furthermore, it may be preferred that the magnetically sensitive elements of the first sensor element pair are arranged on the first axis and the magnetically sensitive elements of the second sensor element pair are arranged on the at least one third axis, the first axis being perpendicular to the magnetically sensitive elements of the second sensor element pair extends and the third axis extends as a perpendicular bisector to the magnetically sensitive elements of the first sensor element pair.
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit eine erste Auswahleinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Verbindung zu den magnetisch sensitiven Elementen des ersten Sensorelementpaares herzustellen, und/oder eine zweite Auswahleinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Verbindung zu den magnetisch sensitiven Elementen des zweiten Sensorelementpaares herzustellen. Die beiden Auswahleinheiten sind folglich bevorzugt dazu ausgebildet, die Auswahl derjenigen magnetisch sensitiven Elemente zu treffen, mit denen die Position des Bauteils ermittelt werden soll. Diese Auswahl ist vorzugsweise erst nach einer Zusammenstellung mit einem Magneten jeweils einmalig zu treffen.Preferably, the evaluation unit comprises a first selection unit, which is designed to establish a connection to the magnetically sensitive elements of the first sensor element pair, and / or a second selection unit, which is designed to establish a connection to the magnetically sensitive elements of the second sensor element pair. The two selection units are therefore preferably designed to make the selection of those magnetically sensitive elements with which the position of the component is to be determined. This selection is preferably to be made only once after a compilation with a magnet each once.
In einer derart bevorzugte Ausführungsform weist die Auswerteeinheit ferner eine nichtflüchtige Speichervorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die von der erste Auswahleinheit und/oder zweiten Auswahleinheit getroffene Auswahl der ausgewählten magnetisch sensitiven Elemente des ersten und/oder zweiten Sensorelementpaares nicht-flüchtig zu speichern. Das heißt, dass nach der von den Auswahleinheiten getroffene Auswahl der für die Erfassung der Position des Bauteils ausgewählten magnetisch sensitiven Elemente die Schaltstellungen der Auswahleinheiten einmalig und dauerhaft gespeichert wird, auch bei Abschaltung der gesamten Sensoreinheit. Somit steht bei einem erneuten Einschalten der Sensoreinheit diese Auswahl wieder bereit, damit die Position des Bauteils wieder so genau wie möglich erfasst werden kann.In such a preferred embodiment, the evaluation unit further comprises a non-volatile memory device which is designed to non-volatile store the selection of the selected magnetically sensitive elements of the first and / or second sensor element pair made by the first selection unit and / or second selection unit. This means that after the choice made by the selection units selected for the detection of the position of the component magnetically sensitive elements, the switching positions of the selection units is stored once and permanently, even when switching off the entire sensor unit. Thus, when the sensor unit is switched on again, this selection is again available, so that the position of the component can again be detected as accurately as possible.
Gemäß eines weiteren Aspekts ist eine Anordnung zum Erfassen der Position eines Bauteils offenbart, die einen Magneten, der dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, und eine erfindungsgemäße Sensoreinheit aufweist. Die Sensoreinheit ist vom Magneten beabstandet angeordnet und dazu ausgebildet, das Magnetfeld entlang einer orthogonal zur Messebene verlaufenden Messrichtung zu erfassen und daraus ein der Position des Bauteils entsprechendes Positionssignal zu ermitteln.According to a further aspect, an arrangement for detecting the position of a component is disclosed, which has a magnet, which is designed to generate a magnetic field, and a sensor unit according to the invention. The sensor unit is arranged at a distance from the magnet and designed to detect the magnetic field along a measuring direction orthogonal to the measuring plane and to determine therefrom a position signal corresponding to the position of the component.
In vorteilhafter Weise ist der Magnet oder die Sensoreinheit um eine Drehachse drehbar angeordnet und die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet, das Magnetfeld entlang der Messrichtung zu erfassen und daraus ein einer Winkelposition des Bauteils entsprechendes Winkelsignal auszugeben.Advantageously, the magnet or the sensor unit is arranged to be rotatable about an axis of rotation and the sensor unit is designed to detect the magnetic field along the measuring direction and to output therefrom an angle signal corresponding to an angular position of the component.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Magnet oder die Sensoreinheit entlang einer Bewegungsbahn beweglich angeordnet und die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet, das Magnetfeld entlang der Messrichtung zu erfassen und daraus ein der Wegposition des Bauteils entsprechendes Positionssignal zu ermitteln.In an alternative advantageous embodiment, the magnet or the sensor unit is arranged movably along a movement path and the sensor unit is designed to detect the magnetic field along the measuring direction and to determine therefrom a position signal corresponding to the path position of the component.
Das Bauteil kann ein separates Bauteil sein, das mit dem Magneten oder der Sensoreinheit gekoppelt ist. Das Bauteil kann beispielsweise integral mit dem Magneten ausgebildet sein oder kann ein ferromagnetisches Element sein. Ein ferromagnetisches Element kann beispielweise dazu ausgebildet sein, das Magnetfeld eines ortsfesten Magneten zu verändern.The component may be a separate component that is coupled to the magnet or the sensor unit. The component may for example be formed integrally with the magnet or may be a ferromagnetic element. A ferromagnetic element can be designed, for example, to change the magnetic field of a stationary magnet.
Weitere Aufgaben und Merkmale der erfindungsgemäßen Anordnung werden dem Fachmann beim Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
- 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung zum Erfassen der Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils zeigt, die eine erfindungsgemäße Sensoreinheit aufweist,
- 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit zeigt, die mit einer beispielhaften Auswerteeinheit verbunden ist,
- 3 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Sensoreinheit der 2 zeigt, bei der beispielhaft ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind,
- 4 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Sensoreinheit der 2 zeigt, bei der andere beispielhaft ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind,
- 5 eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoreinheit zeigt,
- 6 eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoreinheit zeigt, bei der beispielhaft ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind,
- 7 eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoreinheit zeigt, mit der eine Wegposition eines Bauteils erfasst werden kann und beispielhaft ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind,
- 8 eine Draufsicht der Sensoreinheit der 7 zeigt, mit der eine Wegposition eines Bauteils erfasst werden kann und beispielhaft andere ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind, und
- 9 eine Draufsicht einer noch weiteren beispielhaften Sensoreinheit zeigt, mit der eine Wegposition und/oder eine Winkelposition eines Bauteils erfasst werden kann und beispielhaft ausgewählte magnetisch sensitive Elemente gekennzeichnet sind.
Further objects and features of the arrangement according to the invention will become apparent to those skilled in the art upon exercise of the present teachings and consideration of the accompanying drawings, in which: - 1 FIG. 2 shows a schematic view of an exemplary arrangement for detecting the angular position of a component rotatable about a rotation axis, which has a sensor unit according to the invention, FIG.
- 2 shows a schematic view of a sensor unit according to the invention, which is connected to an exemplary evaluation unit,
- 3 a plan view of the sensor unit of the invention 2 shows, are identified in the example selected magnetically sensitive elements,
- 4 a plan view of the sensor unit of the invention 2 shows, in which other exemplarily selected magnetically sensitive elements are characterized,
- 5 a top view of another sensor unit according to the invention shows
- 6 FIG. 2 shows a top view of a further sensor unit according to the invention, in which selected magnetically sensitive elements are identified by way of example,
- 7 shows a plan view of a further sensor unit according to the invention, with which a path position of a component can be detected and exemplarily selected magnetically sensitive elements are identified,
- 8th a plan view of the sensor unit of 7 shows, with a Wegposition a component can be detected and by way of example other selected magnetically sensitive elements are characterized, and
- 9 shows a plan view of yet another exemplary sensor unit with which a path position and / or an angular position of a component can be detected and selected by way of example selected magnetically sensitive elements.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in allen dargestellten Figuren sämtliche Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals. For reasons of clarity, all elements may not be marked with reference numerals in all figures shown.
Die Beschreibung der 1 bis 6 erläutert beispielhaft das Erfassen einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils. Die Beschreibung der 7 bis 9 hingegen erläutert beispielhaft das Erfassen einer Wegposition eines entlang einer linearen Bewegungsbahn beweglichen Bauteils. Es wird jedoch ausdrücklich festgehalten, dass die in den 1 bis 6 gezeigten Sensoreinheiten auch jeweils dazu geeignet sind, die Wegposition eines entlang einer linearen Bewegungsbahn beweglichen Bauteils zu erfassen. Ebenfalls ist die Sensoreinheit der 9 dazu geeignet, die Winkelposition eines sich um eine Drehachse drehbaren Bauteils zu erfassen. The description of 1 to 6 exemplifies the detection of an angular position of a rotatable about a rotational axis component. The description of 7 to 9 on the other hand exemplifies the detection of a path position of a movable along a linear trajectory component. It is expressly stated, however, that in the 1 to 6 Sensor units shown are also each suitable to detect the path position of a movable along a linear trajectory component. Also, the sensor unit is the 9 adapted to detect the angular position of a rotatable about a rotational axis component.
In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass sich ein Magnet gemeinsam mit dem Bauteil, dessen Position mittels der erfindungsgemäßen Sensoreinheit erfasst werden soll, bewegt und die erfindungsgemäße Sensoreinheit relativ zum Bauteil (und Magneten) unbeweglich und ortsfest angeordnet ist. Alternativ kann sich aber auch die Sensoreinheit gemeinsam mit dem Bauteil drehen, wobei dann der Magnet relativ zum Bauteil unbeweglich und ortsfest angeordnet ist.In the exemplary embodiments illustrated in the drawings, it is assumed by way of example that a magnet moves together with the component whose position is to be detected by means of the sensor unit according to the invention, and the sensor unit according to the invention is arranged immovably and stationary relative to the component (and magnet). Alternatively, however, the sensor unit can rotate together with the component, in which case the magnet is arranged immovable and stationary relative to the component.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung 1 zum Erfassen der Winkelposition φ eines um eine Drehachse 100 drehbaren Bauteils 2. Das drehbare Bauteil 2 kann beispielsweise eine Welle eines Rotors eines Gleichstrommotors sein. In weiteren Ausführungsbeispielen der Anordnung 1 kann das drehbare Bauteil 2 eine Drosselklappenwelle eines Drosselklappenstützens einer Brennkraftmaschine oder eines Aktuators zur mechanischen Verstellung sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann das drehbare Bauteil 2 mit dem Magneten 10 integral ausgebildet sein oder kann ein ferromagnetisches Element sein. Ein ferromagnetisches Element kann beispielweise dazu ausgebildet sein, das Magnetfeld eines ortsfesten Magneten zu verändern.The 1 shows an exemplary arrangement 1 for detecting the angular position φ of one about a rotation axis 100 rotatable component 2 , The rotatable component 2 For example, it may be a shaft of a rotor of a DC motor. In further embodiments of the arrangement 1 can the rotatable component 2 a throttle shaft of a throttle valve support of an internal combustion engine or an actuator for mechanical adjustment. In still other embodiments, the rotatable component 2 with the magnet 10 may be integrally formed or may be a ferromagnetic element. A ferromagnetic element can be designed, for example, to change the magnetic field of a stationary magnet.
Die Anordnung 1 der 1 weist einen Magneten 10 auf, der dazu ausgebildet ist, ein im Wesentlichen symmetrisches Magnetfeld 20 zu erzeugen. In der 1 sind die Magnetfeldlinien des Magnetfelds 20 schematisch eingezeichnet. Wie in der 1 dargestellt, weist der Magnet 10 zwei Pole auf, nämlich einen Nordpol 12 und einen Südpol 14. Insbesondere ist das Magnetfeld 20 symmetrisch zur Trennebene zwischen Nordpol 12 und Südpol 14. Das Bauteil 2 ist mit dem Magneten 10 gekoppelt und um die Drehachse 100 drehbar (siehe eingezeichneten Pfeil 4 in der 1) .The order 1 of the 1 has a magnet 10 which is adapted to a substantially symmetrical magnetic field 20 to create. In the 1 are the magnetic field lines of the magnetic field 20 schematically drawn. Like in the 1 shown, the magnet points 10 two poles, namely a north pole 12 and a south pole 14 , In particular, the magnetic field 20 symmetrical to the dividing plane between the North Pole 12 and South Pole 14 , The component 2 is with the magnet 10 coupled and about the axis of rotation 100 rotatable (see indicated arrow 4 in the 1 ).
Die in der 1 dargestellte Anordnung 1 weist ferner eine vom Magneten 10 beabstandete und erfindungsgemäße Sensoreinheit 300 auf. Die Sensoreinheit 300 ist z. B. ein Sensorchip und ist in einer Messrichtung 206 magnetisch sensitiv, die orthogonal zu einer Messebene 200 verläuft, die durch eine erste Achse (oder erste Richtung) 202, beispielsweise eine x-Achse, und eine orthogonal zu dieser verlaufenden zweiten Achse (oder zweite Richtung) 204, beispielsweise eine y-Achse, aufgespannt wird. Folglich beträgt der vorbestimmte Winkel α zwischen der ersten Achse 202 und der zweiten Achse 204 in der gezeigten Ausführungsform 90°. Die beiden Achsen 202, 204 sind jeweils orthogonal zur Drehachse 100 angeordnet, so dass folglich die Messebene 200 der Sensoreinheit 300 im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse 100 verläuft. In anderen Ausführungsformen kann der Winkel α jeden anderen Winkel als 90° annehmen, beispielsweise 120°.The in the 1 illustrated arrangement 1 also has one from the magnet 10 spaced and inventive sensor unit 300 on. The sensor unit 300 is z. B. a sensor chip and is in a measuring direction 206 magnetically sensitive, orthogonal to a measuring plane 200 passes through a first axis (or first direction) 202 For example, an x-axis, and a second axis orthogonal thereto (or second direction) 204 , For example, a y-axis, is spanned. Consequently, the predetermined angle α is between the first axis 202 and the second axis 204 in the embodiment shown 90 °. The two axes 202 . 204 are each orthogonal to the axis of rotation 100 arranged, so that consequently the measurement plane 200 the sensor unit 300 essentially orthogonal to the axis of rotation 100 runs. In other embodiments, the angle α may be any angle other than 90 °, for example 120 °.
Die Sensoreinheit 300 ist dazu ausgebildet, auf Magnetfeldkomponenten magnetisch sensitiv zu sein, die orthogonal zur Messebene 200 und somit parallel zur Messrichtung 206 verlaufen. Die Sensoreinheit 300 ist ferner dazu ausgebildet, auf Magnetfeldkomponenten nicht magnetisch sensitiv zu sein, die parallel zur oder in der Messebene 200 verlaufen.The sensor unit 300 is designed to be magnetically sensitive to magnetic field components that are orthogonal to the measurement plane 200 and thus parallel to the measuring direction 206 run. The sensor unit 300 is further adapted to be non-magnetically sensitive to magnetic field components parallel to or in the measurement plane 200 run.
Die Sensoreinheit 300 ist in der in der 1 dargestellten Anordnung 100 ortsfest angeordnet und dazu ausgebildet, das Magnetfeld 20 des sich mit dem Bauteil 2 gemeinsam drehenden Magneten 10 zu erfassen und daraus ein der Winkelposition φ des Bauteils 2 entsprechendes Winkelsignal 44 auszugeben.The sensor unit 300 is in the in the 1 illustrated arrangement 100 Fixedly arranged and adapted to the magnetic field 20 of dealing with the component 2 together rotating magnet 10 to capture and from this one of the angular position φ of the component 2 corresponding angle signal 44 issue.
Die Sensoreinheit 300 der 1 ist aus Gründen der Einfachheit nur mit vier magnetisch sensitiven Elementen 302, 304, 306, 308 gezeigt, obwohl an dieser Stelle ausdrücklich festgehalten wird, dass eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zumindest sechs magnetisch sensitive Elemente aufweist. Zum Zwecke der Erklärung der Auswertung der Signale von vier magnetisch sensitiven Elementen zum Ermitteln der Winkelposition des drehbaren Bauteils 2 sind in der 1 lediglich vier magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 dargestellt.The sensor unit 300 of the 1 is for simplicity only with four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 shown, although it is expressly stated at this point that an inventive arrangement 1 has at least six magnetically sensitive elements. For the purpose of explaining the evaluation of the signals of four magnetically sensitive elements for determining the angular position of the rotatable member 2 are in the 1 only four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 shown.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 1 das Messprinzip zur Erfassung der Winkelposition φ des drehbaren Bauteils 2 mit insgesamt vier magnetisch sensitiven Elementen 302, 304, 306, 308 beschrieben, wobei dieses Messprinzip auch für die Sensoreinheiten 300 der 2 bis 6 und 9 gilt.The following is with reference to the 1 the measuring principle for detecting the angular position φ of the rotatable component 2 with a total of four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 described, this measuring principle also for the sensor units 300 of the 2 to 6 and 9 applies.
Die Sensoreinheit 300 der 1 weist ein in der Messebene 200 angeordnetes erstes Sensorelementpaar 301 auf, das aus den beiden entlang einer ersten Achse 201, die parallel zur ersten Richtung bzw. ersten Achse 202 verläuft, angeordneten magnetisch sensitiven Elementen 302, 304 gebildet wird. Die Sensoreinheit 300 weist außerdem ein in der Messebene 200 angeordnetes zweites Sensorelementpaar 303 auf, das aus den beiden entlang einer zur ersten Achse 301 unter dem vorbestimmten Winkel α verlaufenden zweiten Achse 203, die parallel zur zweiten Richtung bzw. zweiten Achse 204 verläuft, angeordneten magnetisch sensitiven Elementen 306, 308 gebildet wird. Die vier magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 sind auf einem Umfang eines Kreises K angeordnet, der sich um einen Mittelpunkt M mit einem Radius R erstreckt. Der Mittelpunkt M liegt dabei idealerweise auf der Drehachse 100. In weiteren Ausgestaltungen liegt der Mittelpunkt M der Drehachse 100 am nächsten (siehe z. B. 3 und 4) .The sensor unit 300 of the 1 has one in the trade fair level 200 arranged first sensor element pair 301 on, coming from the two along a first axis 201 parallel to the first direction or first axis 202 runs, arranged magnetically sensitive elements 302 . 304 is formed. The sensor unit 300 also indicates one in the measurement level 200 arranged second Sensor element pair 303 up, that's from the two along one to the first axis 301 under the predetermined angle α extending second axis 203 parallel to the second direction or second axis 204 runs, arranged magnetically sensitive elements 306 . 308 is formed. The four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 are arranged on a circumference of a circle K, which extends around a center M having a radius R. The center M is ideally located on the axis of rotation 100 , In further embodiments, the center M of the axis of rotation 100 closest (see eg 3 and 4 ).
Die vier magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 sind auf dem Umfang des Kreises K äquidistant zueinander beabstandet angeordnet, wobei die magnetisch sensitiven Elemente 302, 304 des ersten Sensorelementpaars 301 gegenüberliegend angeordnet sind und die magnetisch sensitiven Elemente 306, 308 des zweiten Sensorelementpaars 303 ebenfalls gegenüberliegend angeordnet sind.The four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 are arranged on the circumference of the circle K equidistant from each other, wherein the magnetically sensitive elements 302 . 304 of the first pair of sensor elements 301 are arranged opposite and the magnetically sensitive elements 306 . 308 of the second pair of sensor elements 303 are also arranged opposite each other.
Der 1 kann ferner entnommen werden, dass die vier magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 jeweils dazu ausgebildet sind, das Magnetfeld 20 entlang der Messrichtung 206 zu erfassen, die parallel zur Drehachse 100 und orthogonal zur Messebene 200 verläuft.Of the 1 it can also be seen that the four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 are each adapted to the magnetic field 20 along the measuring direction 206 to capture, parallel to the axis of rotation 100 and orthogonal to the measurement level 200 runs.
In der 1 deuten die Pfeile 22, 24, 26, 28 jeweils die erfassten Magnetfeldkomponenten der zugeordneten magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 an, die entlang der Messrichtung 206 erfasst werden. Aus der 1 kann entnommen werden, dass aufgrund des jeweils gleichmäßigen Abstands der jeweiligen magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorelementpaars 301, 303 zur Drehachse 100 den gleichen betragsmäßigen Wert anzeigen, wobei die jeweiligen Richtungen der Magnetfeldkomponenten entgegengesetzt sind. So erfasst zum Beispiel das magnetisch sensitive Element 302 des ersten Sensorelementpaars 301 die Magnetfeldkomponente 22 in positiver Messrichtung 306, wobei das andere magnetisch sensitive Element 304 des ersten Sensorelementpaars 301 die Magnetfeldkomponente 24 in negativer Messrichtung 206 erfasst, wobei die Magnetfeldkomponenten 22, 26 im Wesentlichen betragsmäßig gleich sind.In the 1 interpret the arrows 22 . 24 . 26 . 28 in each case the detected magnetic field components of the associated magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 on, along the measuring direction 206 be recorded. From the 1 can be seen that due to the respective uniform spacing of the respective magnetically sensitive elements of each sensor element pair 301 . 303 to the axis of rotation 100 indicate the same magnitude value, with the respective directions of the magnetic field components being opposite. For example, the magnetically sensitive element is detected 302 of the first pair of sensor elements 301 the magnetic field component 22 in positive measuring direction 306 , wherein the other magnetically sensitive element 304 of the first pair of sensor elements 301 the magnetic field component 24 in negative measuring direction 206 detected, the magnetic field components 22 . 26 are essentially the same in terms of amount.
In ähnlicher Weise erfasst das magnetisch sensitive Element 306 des zweiten Sensorelementpaares 301 die Magnetfeldkomponente 26 und das magnetisch sensitive Element 308 des zweiten Sensorelementpaares 303 die Magnetfeldkomponente 28. Auch hier sind die beiden Magnetfeldkomponenten 26, 28 relativ zur Messrichtung 206 entgegengesetzt, jedoch betragsmäßig im Wesentlichen gleich.Similarly, the magnetically sensitive element is detected 306 of the second sensor element pair 301 the magnetic field component 26 and the magnetically sensitive element 308 of the second sensor element pair 303 the magnetic field component 28 , Again, the two magnetic field components 26 . 28 relative to the measuring direction 206 opposite but substantially equal in magnitude.
In der 1 ist ferner beispielhaft ein magnetisches Stör-/Fremdfeld 400 eingezeichnet, das an allen magnetisch sensitiven Elementen 302, 304, 306, 308 in gleicher Richtung betragsmäßig gleichermaßen einwirkt. Dieses magnetische Stör-/Fremdfeld 400 kann die Messung der Winkelposition φ des drehbaren Bauteils 2 verfälschen.In the 1 is also an example of a magnetic interference / foreign field 400 drawn on all magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 In the same direction amounts act equally. This magnetic interference / foreign field 400 can measure the angular position φ of the rotatable component 2 distort.
Durch die folgende Auswertung der Signale der vier magnetisch sensitiven Elemente 302, 304, 306, 308 kann der negative Einfluss des magnetischen Stör-/Fremdfelds 400 kompensiert werden. Dazu werden die magnetisch sensitiven Elemente 302, 304 des ersten Sensorelementpaars 301 mit einem ersten Auswerteelement 41 einer Auswerteeinheit 40 verbunden. Das Auswerteelement 41 ist vorzugsweise ein Differenzbilder, das die Differenz der Signale der beiden magnetisch sensitiven Elemente 302, 304 des ersten Sensorelementpaars 301 bildet. Aufgrund der Tatsache, dass die Vorzeichen der beiden Signale der magnetisch sensitiven Elemente 302, 304 des ersten Sensorelementpaars unterschiedlich sind und eine Differenz gebildet wird, erfolgt eine betragsmäßige Addition der Magnetfeldkomponenten 22, 24, wobei der Einfluss des magnetischen Stör-/Fremdfelds 400 herauskompensiert wird. Da nämlich das magnetische Stör-/Fremdfeld 400 an den beiden magnetisch sensitiven Elementen 302, 304 in der gleichen Richtung wirkt, werden durch die Subtraktion diese beiden Einflüsse eliminiert. Im Anschluss daran, das heißt nach der Kompensierung des magnetischen Stör-/Fremdfelds, wird aus der Differenz die Hälfte genommen und bildet somit das erste Komponentensignal, welches später weiterverarbeitet wird.By the following evaluation of the signals of the four magnetically sensitive elements 302 . 304 . 306 . 308 can the negative influence of the magnetic interference / foreign field 400 be compensated. These are the magnetically sensitive elements 302 . 304 of the first pair of sensor elements 301 with a first evaluation element 41 an evaluation unit 40 connected. The evaluation element 41 is preferably a difference image representing the difference of the signals of the two magnetically sensitive elements 302 . 304 of the first pair of sensor elements 301 forms. Due to the fact that the sign of the two signals of the magnetically sensitive elements 302 . 304 of the first sensor element pair are different and a difference is formed, there is a magnitude addition of the magnetic field components 22 . 24 , where the influence of the magnetic interference / foreign field 400 is compensated out. Because the magnetic interference / foreign field 400 at the two magnetically sensitive elements 302 . 304 acts in the same direction, these two influences are eliminated by the subtraction. Following this, that is after the compensation of the magnetic interference / foreign field, half of the difference is taken and thus forms the first component signal, which is further processed later.
In gleicher Weise werden die magnetisch sensitiven Elemente 306, 308 des zweiten Sensorelementpaars 303 mit einem zweiten Auswerteelement 42 der Auswerteeinheit 40 verbunden. Das zweite Auswerteelement 42 ist wiederum vorzugsweise ein Differenzbilder und kann somit den Einfluss des magnetischen Stör-/Fremdfelds 400 auf die Signale der magnetisch sensitiven Elemente 306, 308 des zweiten Sensorelementpaares 303 kompensieren, wie es bereits im Hinblick auf das erste Auswerteelement 41 beschrieben worden ist. Das Ausgangssignal des zweiten Auswerteelements 42 stellt dann das zweite Komponentensignal.In the same way, the magnetically sensitive elements 306 . 308 of the second pair of sensor elements 303 with a second evaluation element 42 the evaluation unit 40 connected. The second evaluation element 42 is again preferably a difference image and thus can influence the magnetic interference / foreign field 400 to the signals of the magnetically sensitive elements 306 . 308 of the second sensor element pair 303 compensate, as it already did with regard to the first evaluation element 41 has been described. The output signal of the second evaluation element 42 then sets the second component signal.
Insbesondere beschreibt das erste Komponentensignal den Richtungsanteil der Winkelposition φ des Bauteils 2 entlang der ersten Richtung 202, wobei das zweite Komponentensignal den Richtungsanteil der Winkelposition φ des Bauteils 2 entlang der zweiten Richtung 204 beschreibt.In particular, the first component signal describes the directional component of the angular position φ of the component 2 along the first direction 202 wherein the second component signal is the directional component of the angular position φ of the component 2 along the second direction 204 describes.
Die Auswerteeinheit 40 weist ferner ein drittes Auswerteelement 43 auf, das mit dem ersten Auswerteelement 41 und dem zweiten Auswerteelement 42 verbunden und dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Komponentensignal und dem zweiten Komponentensignal die Winkelposition φ des drehbaren Bauteils 2 anzeigende Winkelsignal 44 erzeugt.The evaluation unit 40 also has a third evaluation element 43 on, with the first evaluation element 41 and the second evaluation element 42 connected and adapted to, from the first component signal and the second component signal, the angular position φ of the rotatable member 2 indicating angle signal 44 generated.
Die Verbindung der Auswerteeinheit 40 mit den magnetisch sensitiven Elementen der ersten und zweiten Sensorelementpaare 301, 303 können mittels geeigneter Verbindungsleitungen, wie beispielsweise Bonddrähte (in der 2 mit durchgezogenen Linien dargestellt), realisiert sein. In weiteren Ausgestaltungen der Anordnung 1 können die Verbindungen der Auswerteeinheit 40 mit den magnetisch sensitiven Elementen der ersten und zweiten Sensorelementpaare 301, 303 auch drahtlos realisiert sein, beispielsweise einer geeigneten Funkverbindung.The connection of the evaluation unit 40 with the magnetically sensitive elements of the first and second pairs of sensor elements 301 . 303 can by means of suitable connecting lines, such as bonding wires (in the 2 shown with solid lines), be realized. In further embodiments of the arrangement 1 can the connections of the evaluation unit 40 with the magnetically sensitive elements of the first and second pairs of sensor elements 301 . 303 be implemented wirelessly, for example, a suitable radio connection.
In weiteren Ausgestaltungen können zwischen den magnetisch sensitiven Elementen und der Auswerteeinheit 40 weitere Auswerteschaltungen eingesetzt sein, um Quereinflüsse, wie z. B. Temperaturabhängigkeiten und mechanische Streßempfindlichkeiten, zu unterdrücken. Beispielsweise können zwischen den magnetisch sensitiven Elementen und der Auswerteeinheit Modulations- und Demodulationsschaltungen angeordnet sein. In further embodiments, between the magnetically sensitive elements and the evaluation unit 40 be used to further evaluation circuits to cross influences, such. As temperature dependencies and mechanical stress sensitivities to suppress. For example, modulation and demodulation circuits can be arranged between the magnetically sensitive elements and the evaluation unit.
Ferner können die magnetisch sensitiven Elemente aus mehreren Einzelelementen, wie beispielsweise Hall-Zellen und/oder 2- oder 4-fach Brückenschaltungen von einzelnen magnetoresitiven Einzelwiderständen, aufgebaut sein. Außerdem können die Auswerteelemente weitere Auswerteschaltungen beinhalten. Die magnetisch sensitiven Elemente können z.B. vertikale Hall-Zellen sein. Ferner kann zumindest eines der magnetisch sensitiven Elemente auf dem magnetoresistiven Effekt (MR) basieren. Beispielsweise besteht ein auf dem magnetoresistiven Effekt beruhendes magnetisch sensitives Element aus einem anisotropen magnetoresistiven (AMR), einem riesenmagnetoresistiven (GMR) oder Tunnel-magnetoresistiven (TMR) Element.Furthermore, the magnetically sensitive elements can be composed of a plurality of individual elements, such as Hall cells and / or 2 or 4-fold bridge circuits of individual magnetoresistive individual resistors. In addition, the evaluation elements may include further evaluation circuits. The magnetically sensitive elements may e.g. be vertical Hall cells. Furthermore, at least one of the magnetically sensitive elements can be based on the magnetoresistive effect (MR). For example, a magneto-sensitive element based on the magnetoresistive effect consists of an anisotropic magnetoresistive (AMR), a giant magnetoresistive (GMR) or tunneling magnetoresistive (TMR) element.
Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 300, die mehrere, zumindest aber sechs, magnetische sensitive Elemente, die gemäß der 2 in mehreren Zeilen und Spalten angeordnet sind. Folglich ergibt sich eine matrizenartige Anordnung der magnetisch sensitiven Elemente. Dabei ist die Anordnung der magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheit 300 entlang den Zeilen und Spalten jeweils vorzugsweise äquidistant.The 2 shows an exemplary embodiment possibility of the sensor unit according to the invention 300 which comprise a plurality of, but at least six, magnetic-sensitive elements which, according to the 2 arranged in several rows and columns. Consequently, a matrix-like arrangement of the magnetically sensitive elements results. In this case, the arrangement of the magnetically sensitive elements of the sensor unit 300 preferably equidistant along the rows and columns, respectively.
Obwohl in der 2 die magnetisch sensitiven Elemente in insgesamt sieben Zeilen und sieben Spalten angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Vielmehr kann die Anordnung entlang zumindest einer Zeile mit zumindest sechs Spalten erfolgen. Auch ist es möglich, weniger oder mehr als sieben Zeilen und/oder Spalten vorzusehen.Although in the 2 the magnetically sensitive elements are arranged in a total of seven rows and seven columns, the present invention is not limited thereto. Rather, the arrangement can take place along at least one line with at least six columns. It is also possible to provide fewer or more than seven rows and / or columns.
Die Auswerteeinheit 40 weist, wie in der 2 dargestellt, eine erste Auswahleinheit 52 und eine zweite Auswahleinheit 54 auf. Die erste Auswahleinheit 52 ist zwischen der Sensoreinheit 300 und dem ersten Auswerteelement 41 angeordnet und umfasst zwei Schalter 521, 522, von denen jeder dazu ausgebildet ist, jeweils ein magnetisch sensitives Element des ersten Sensorpaares 301 mit dem ersten Auswerteelement 41 zu verbinden. In ähnlicher Weise ist die zweite Auswahleinheit 54 zwischen der Sensoreinheit 300 und dem zweiten Auswerteelement 42 angeordnet und umfasst zwei Schalter 541, 542, von denen jeder dazu ausgebildet ist, ein magnetisch sensitives Element des zweiten Sensorpaares 303 mit dem zweiten Auswerteelement 42 zu verbinden.The evaluation unit 40 points, as in the 2 shown, a first selection unit 52 and a second selection unit 54 on. The first selection unit 52 is between the sensor unit 300 and the first evaluation element 41 arranged and includes two switches 521 . 522 , each of which is designed to each have a magnetically sensitive element of the first sensor pair 301 with the first evaluation element 41 connect to. Similarly, the second selection unit 54 between the sensor unit 300 and the second evaluation element 42 arranged and includes two switches 541 . 542 each of which is adapted to a magnetically sensitive element of the second sensor pair 303 with the second evaluation element 42 connect to.
Insbesondere sind die magnetisch sensitiven Elemente jeweils mit einer Leitung 5201, 5202, 5203, 5204, 5205, 5206, 5207 verbunden, mit denen sich jeweils die Schalter 521, 522 verbinden können, um eine Verbindung zum ersten Auswerteelement 41 herzustellen. Ferner sind die magnetisch sensitiven Elemente jeweils mit einer Leitung 5401, 5402, 5403, 5404, 5405, 5406, 5407 verbunden, mit denen sich jeweils die Schalter 541, 542 verbinden können, um eine Verbindung zum zweiten Auswerteelement 42 herzustellen. Hierzu sind beispielsweise in der 2 nicht gezeigte Schalter vorgesehen, die eine Verbindung des jeweiligen magnetisch sensitiven Elements mit der zugehörigen Leitung 5201, 5202, 5203, 5204, 5205, 5206, 5207, 5401, 5402, 5403, 5404, 5405, 5406, 5407 herstellen kann. Dabei ist jedes magnetisch sensitive Element separat ansteuerbar, wobei jedes Sensorelement nur von einer Auswahleinheit 52, 54 bzw. einem Schalter 521, 522, 541, 542 ansteuerbar ist. Folglich kann ein magnetisch sensitives Element nicht gleichzeitig von zwei Schaltern 521, 522, 541, 542 angesteuert werden.In particular, the magnetically sensitive elements are each with a line 5201 . 5202 . 5203 . 5204 . 5205 . 5206 . 5207 connected, with each of which the switches 521 . 522 can connect to the first evaluation element 41 manufacture. Furthermore, the magnetically sensitive elements are each with a line 5401 . 5402 . 5403 . 5404 . 5405 . 5406 . 5407 connected, with each of which the switches 541 . 542 can connect to a connection to the second evaluation element 42 manufacture. For this purpose, for example, in the 2 not shown switch provided, the connection of the respective magnetically sensitive element with the associated line 5201 . 5202 . 5203 . 5204 . 5205 . 5206 . 5207 . 5401 . 5402 . 5403 . 5404 . 5405 . 5406 . 5407 can produce. In this case, each magnetically sensitive element can be controlled separately, wherein each sensor element only by a selection unit 52 . 54 or a switch 521 . 522 . 541 . 542 is controllable. Consequently, a magnetically sensitive element can not simultaneously from two switches 521 . 522 . 541 . 542 be controlled.
Alternativ kann für jedes magnetisch sensitive Element eine separate elektrische Leitung vorgesehen werden, die mit der ersten bzw. zweiten Auswahleinheit 52, 54 verbunden sind. In einer solchen Ausgestaltung weist die Auswahleinheit 52, 54 ferner auch für jedes magnetisch sensitive Element einen separaten Schalter auf.Alternatively it can be provided for each magnetically sensitive element, a separate electrical line, with the first and second selection unit 52 . 54 are connected. In such an embodiment, the selection unit 52 . 54 Furthermore, for each magnetically sensitive element on a separate switch.
Beispielsweise sind, wie in der 2 exemplarisch dargestellt, die in der ersten Zeile angeordneten sieben magnetisch sensitiven Elemente an der Leitung 5401 angeschlossen und über diese mit der ersten Auswahleinheit 52 verbunden. In ähnlicher Weise sind z. B. die in der ersten Spalte angeordneten sieben magnetisch sensitiven Elemente an der Leitung 5201 angeschlossen und über diese mit der zweiten Auswahleinheit 54 verbunden.For example, as in the 2 exemplified, arranged in the first row seven magnetically sensitive elements on the line 5401 connected and via this with the first selection unit 52 connected. Similarly, z. B. arranged in the first column seven magnetically sensitive elements on the line 5201 connected and via this with the second selection unit 54 connected.
Zur Auswahl der für die Messung auszuwählenden vier magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorpaars 301, 303 können nach der Montage der Anordnung 1 sämtliche magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheit 300 separat über die Schalter 521, 522, 541, 542 und den nicht dargestellten weiteren Schalter angesteuert und vorzugsweise über die Komponentensignale vermessen werden. Wie bereits oben erwähnt werden dann diejenigen magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorpaars 301, 303 ausgewählt, die auf einem Umfang eines Kreis K mit Radius R um einen Mittelpunkt M liegen, der der Drehachse 100 am nächsten liegt. Diese Auswahl wird beispielhaft mit Bezug auf die 3 und 4 genauer beschrieben. To select the four magnetically sensitive elements of each sensor pair to select for the measurement 301 . 303 can after assembly of the arrangement 1 all magnetically sensitive elements of the sensor unit 300 separately via the switches 521 . 522 . 541 . 542 and the further switch, not shown, controlled and preferably measured via the component signals. As already mentioned above, those magnetically sensitive elements of each sensor pair are then 301 . 303 selected lying on a circumference of a circle K of radius R about a center M, that of the axis of rotation 100 is closest. This selection will be made by way of example with reference to FIGS 3 and 4 described in more detail.
Diese von den beiden Auswahleinheiten 52, 54 getroffene Auswahl wird dann in einem nichtflüchtigen Speicherelement 56 gespeichert, damit die bereits für die genaueste Messung ausgewählten magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorelementpaares 301, 303 nach Ausschalten und nach jeder erneuten Inbetriebnahme der Anordnung 1 bzw. Sensoreinheit 300 dauerhaft zur Verfügung stehen.These from the two selection units 52 . 54 The selection made is then stored in a non-volatile memory element 56 stored so that the already selected for the most accurate measurement magnetically sensitive elements of each sensor element pair 301 . 303 after switching off and after each restart of the arrangement 1 or sensor unit 300 be permanently available.
Die 3 zeigt die Sensoreinheit 300 der 2 in größerem Detail. In der 3 ist beispielhaft der Schnittpunkt der Drehachse 100 mit der Messebene 200 eingezeichnet, wobei bereits zwei Möglichkeiten für die Auswahl der zur Ermittlung der Winkelposition des Bauteils 2 vorgesehenen magnetisch sensitiven Elemente gekennzeichnet sind, nämlich mittels unterschiedlichen Schraffuren.The 3 shows the sensor unit 300 of the 2 in greater detail. In the 3 is an example of the intersection of the axis of rotation 100 with the trade fair level 200 already two possibilities for the selection of the determination of the angular position of the component 2 provided magnetically sensitive elements are marked, namely by means of different hatching.
Aus der 3 geht hervor, dass die magnetisch sensitiven Elemente matrizenartig in mehreren Zeilen und Spalten angeordnet sind. Insbesondere sind die magnetisch sensitiven Elemente entlang einer ersten Achse 3001 äquidistant zueinander angeordnet, die sich parallel zur ersten Richtung 202 erstreckt. Ferner sind die magnetisch sensitiven Elemente entlang zumindest einer zweiten Achse 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007 jeweils äquidistant zueinander angeordnet, die sich jeweils parallel zur ersten Achse 3001 erstrecken und von dieser beabstandet sind. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Achsen 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007 jeweils gleich.From the 3 shows that the magnetically sensitive elements are arranged like a matrix in several rows and columns. In particular, the magnetically sensitive elements are along a first axis 3001 equidistant to each other, which are parallel to the first direction 202 extends. Furthermore, the magnetically sensitive elements are along at least a second axis 3002 . 3003 . 3004 . 3005 . 3006 . 3007 each equidistantly arranged to each other, each parallel to the first axis 3001 extend and are spaced therefrom. Preferably, the distance between the axes 3001 . 3002 . 3003 . 3004 . 3005 . 3006 . 3007 always the same.
Die magnetisch sensitiven Elemente sind ferner entlang zumindest einer dritten Achse 3101, 3102, 3103, 3104, 3105, 3106, 3107 jeweils äquidistant zueinander angeordnet, die sich jeweils orthogonal zur ersten Achse 3001 und somit parallel zur zweiten Richtung 204 erstrecken. Vorzugweise ist der Abstand zwischen den dritten Achsen 3101, 3102, 3103, 3104, 3105, 3106, 3107 jeweils gleich und entspricht dem Abstand zwischen den Achsen 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007. Auch ist der äquidistante Abstand der magnetisch sensitiven Elemente auf den mehreren Achsen jeweils gleich.The magnetically sensitive elements are further along at least a third axis 3101 . 3102 . 3103 . 3104 . 3105 . 3106 . 3107 each equidistant to each other, each orthogonal to the first axis 3001 and thus parallel to the second direction 204 extend. Preferably, the distance between the third axes 3101 . 3102 . 3103 . 3104 . 3105 . 3106 . 3107 each equal and corresponds to the distance between the axes 3001 . 3002 . 3003 . 3004 . 3005 . 3006 . 3007 , Also, the equidistant spacing of the magnetically sensitive elements on the multiple axes is the same.
Die Drehachse 100 der 3 ist bezüglich des Mittelpunkts der Matrix, d.h. dem Schnittpunkt der beiden Richtungsachsen 202, 204, radial versetzt. Folglich ist es in der 3 bevorzugt, die schräg schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 für die Erfassung der Winkelposition φ des Bauteils 2 zu verwenden. Insbesondere liegen diese vier magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 äquidistant zueinander beabstandet auf einem Kreis K mit Radius R um einen Mittelpunkt M, der der Drehachse 100 am nächsten liegt.The rotation axis 100 of the 3 is with respect to the center of the matrix, ie the intersection of the two directional axes 202 . 204 , radially offset. Consequently, it is in the 3 preferably, the obliquely hatched labeled magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 for the detection of the angular position φ of the component 2 to use. In particular, these four magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 equidistant from each other on a circle K of radius R about a center M, that of the axis of rotation 100 is closest.
Dabei bilden jeweils gegenüberliegende magnetisch sensitive Elemente ein Sensorelementpaar 301, 303. In der 3 bilden beispielsweise die magnetisch sensitiven Elemente 312, 314 das erste Sensorelementpaar 301 und die magnetisch sensitiven Elemente 316, 318 bilden das zweite Sensorelementpaar 303. Somit ist jeweils ein magnetisch sensitives Element 314, 316 eines jeden Sensorelementpaares 301, 302 auf der ersten Achse 3001 angeordnet, wobei das jeweils andere magnetisch sensitive Element eines jeden Sensorelementpaares 301, 303 auf einer der zweiten Achsen 3002 angeordnet ist.In each case opposite magnetically sensitive elements form a sensor element pair 301 . 303 , In the 3 form, for example, the magnetically sensitive elements 312 . 314 the first sensor element pair 301 and the magnetically sensitive elements 316 . 318 form the second pair of sensor elements 303 , Thus, each is a magnetically sensitive element 314 . 316 of each sensor element pair 301 . 302 on the first axis 3001 arranged, wherein the respective other magnetically sensitive element of each sensor element pair 301 . 303 on one of the second axes 3002 is arranged.
Die Auswahl dieser vier magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 erfolgt wiederum durch die in der 2 dargestellten Auswahleinheiten 52, 54. Ferner erfolgt diese Auswahl erst nach dem Zusammenstellen der Sensoreinheit 300 mit dem Magneten 10 und dem Bauteil 2, da das Zusammenstellen geometrischen Toleranzen unterliegt und erst nach dem Zusammenstellen diejenigen vier magnetisch sensitiven Elemente ausgewählt werden, mit denen das genaueste Messergebnis und folglich der geringste Messfehler zu erwarten ist.The selection of these four magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 again by the in the 2 Selection units shown 52 . 54 , Furthermore, this selection is done only after assembling the sensor unit 300 with the magnet 10 and the component 2 since the assembly is subject to geometric tolerances and only after assembly are selected those four magnetically sensitive elements with which the most accurate measurement result and consequently the lowest measurement error can be expected.
Alternativ zu den schräg schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elementen 312, 314, 316, 318 können die vier vertikal schraffierten magnetisch sensitiven Elemente 322, 324, 326, 328 der 3 verwendet werden. Dies kann deshalb bevorzugt sein, da diese auf einem Kreis K' mit Radius R' um den Mittelpunkt M äquidistant zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Radius R' größer ist als der Radius R. Durch eine Auswahl eines größeren Radius kann die Messgenauigkeit zumindest teilweise erhöht werden.Alternatively to the diagonally hatched labeled magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 can be the four vertically hatched magnetically sensitive elements 322 . 324 . 326 . 328 of the 3 be used. This may therefore be preferred since they are arranged equidistant from each other on a circle K 'of radius R' about the center M, wherein the radius R 'is greater than the radius R. By a selection of a larger radius, the measurement accuracy can be at least partially increase.
In der 4 ist die Sensoreinheit 300 der 3 dargestellt, wobei die Drehachse 100 wiederum relativ zum Mittelpunkt der Messebene 200 radial versetzt ist. Gemäß der 4 ist es vorteilhaft, die schräg schraffiert oder alternativ vertikal schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente zum Ermitteln der Winkelposition φ des Bauteils 2 zu verwenden.In the 4 is the sensor unit 300 of the 3 shown, wherein the axis of rotation 100 again relative to the center of the measurement plane 200 is radially offset. According to the 4 It is advantageous, the obliquely hatched or alternatively marked vertically hatched magnetically sensitive elements for determining the angular position φ of the component 2 to use.
Insbesondere liegt der Mittelpunkt M des Kreises K mit Radius R, auf dem die magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 äquidistant zueinander angeordnet sind, wiederum der Drehachse 100 am nächsten, weshalb ausgerechnet die schräg schraffiert oder vertikal schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente ausgewählt wurden, mit denen die Winkelposition φ des Bauteils 2 so genau wie möglich erfasst werden kann.In particular, the center M of the circle K lies at radius R, on which the magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 are arranged equidistantly from each other, in turn the axis of rotation 100 Next, which is why the obliquely hatched or vertically hatched marked magnetically sensitive elements were selected, with which the angular position φ of the component 2 can be recorded as accurately as possible.
Die magnetisch sensitiven Elemente eines jeden Sensorelementpaares 301, 303 sind wiederum auf dem Kreis gegenüberliegend zueinander angeordnet, wobei die magnetisch sensitiven Elemente 312, 314 des ersten Sensorpaares 301 auf der zweiten Achse 3002 angeordnet sind und die magnetisch sensitiven Elemente 316, 318 des zweiten Sensorpaares 303 auf der dritten Achse 3101 angeordnet sind. Dabei ist die dritte Achse 3101 eine Mittelsenkrechte zu den magnetisch sensitiven Elementen 312, 314 des ersten Sensorelementpaares 301 und die dritte Achse 3101 ist eine Mittelsenkrechte zu den magnetisch sensitiven Elementen 316, 316 des zweiten Sensorelementpaares 303.The magnetically sensitive elements of each sensor element pair 301 . 303 are in turn arranged on the circle opposite each other, wherein the magnetically sensitive elements 312 . 314 of the first sensor pair 301 on the second axis 3002 are arranged and the magnetically sensitive elements 316 . 318 of the second sensor pair 303 on the third axis 3101 are arranged. Here is the third axis 3101 a perpendicular bisector to the magnetically sensitive elements 312 . 314 of the first sensor element pair 301 and the third axis 3101 is a perpendicular bisector to the magnetically sensitive elements 316 . 316 of the second sensor element pair 303 ,
Alternativ können die magnetisch sensitiven Elemente 322, 324, 326, 328 zum Ermitteln der Winkelposition verwendet werden, die auf einem Kreis K' mit Radius R' um den Mittelpunkt M liegen, wobei der Radius R' größer ist als der Radius R. Damit kann wiederum die Messgenauigkeit zumindest teilweise erhöht werden.Alternatively, the magnetically sensitive elements 322 . 324 . 326 . 328 be used to determine the angular position, which lie on a circle K 'with radius R' to the center M, wherein the radius R 'is greater than the radius R. Thus, in turn, the measurement accuracy can be at least partially increased.
In der 4 liegt die Drehachse 100 einem relativ zu den ausgewählten magnetisch sensitiven Elementen 312, 314, 316, 318 zentral angeordneten magnetisch sensitiven Element 311 am nächsten. Der Mittelpunkt M der Kreise K, K' liegt aufgrund der äquidistanten Anordnung aller magnetisch sensitiven Elemente auf diesem zentralen magnetisch sensitiven Element 311. Das zentral angeordnete magnetisch sensitive Element 311 kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass die Signale von sämtlichen magnetisch sensitiven Elementen erfasst werden und dasjenige als das zentrale magnetisch sensitive Element 311 definiert wird, dass den betragsmäßig kleinsten Wert anzeigt. Dieses magnetisch sensitive Element 311 liegt dann der Drehachse 100 am nächsten.In the 4 is the axis of rotation 100 one relative to the selected magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 centrally arranged magnetically sensitive element 311 the next. The center M of the circles K, K 'is due to the equidistant arrangement of all magnetically sensitive elements on this central magnetically sensitive element 311 , The centrally arranged magnetically sensitive element 311 can be determined, for example, that the signals are detected by all magnetically sensitive elements and that as the central magnetically sensitive element 311 is defined, that indicates the smallest amount. This magnetically sensitive element 311 then lies the axis of rotation 100 the next.
Je nach Lage der Drehachse 100 können die vier magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 gemäß der 3 oder 4 angeordnet sein. Bei beiden Alternativen liegt jeweils dem Mittelpunkt M der Kreise K mit Radius R, auf dem die vier magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 äquidistant zueinander angeordnet sind, der Drehachse 100 am nächsten, weshalb genau diese vier magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 jeweils zum Ermitteln der Winkelposition φ des Bauteils 2 verwendet werden. Alternativ könnten jeweils die magnetisch sensitiven Elemente 322, 324, 326, 328 verwendet werden.Depending on the position of the axis of rotation 100 can the four magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 according to the 3 or 4 be arranged. In both alternatives, in each case the center M of the circles K with radius R, on which the four magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 Are equidistant from each other, the axis of rotation 100 the next, why exactly these four magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 in each case for determining the angular position φ of the component 2 be used. Alternatively, each could be the magnetically sensitive elements 322 . 324 . 326 . 328 be used.
Die 5 zeigt eine weitere mögliche matrizenartige Anordnung der magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheit 300, bei der die Zeilen bzw. Spalten zueinander versetzt sind. Auch hier können wiederum in Abhängigkeit der Lage der Drehachse 100 jeweils zwei Sensorelementpaare 301, 303 ermittelt werden, deren magnetisch sensitiven Elemente auf einem Kreis K mit Radius R um einen Mittelpunkt M äquidistant zueinander angeordnet sind, der der Drehachse 100 am nächsten liegt.The 5 shows a further possible matrix-like arrangement of the magnetically sensitive elements of the sensor unit 300 in which the rows or columns are offset from one another. Again, in turn, depending on the position of the axis of rotation 100 two pairs of sensor elements each 301 . 303 are determined, the magnetically sensitive elements are arranged on a circle K with radius R about a center M equidistant from each other, that of the axis of rotation 100 is closest.
Durch die matrizenartigen Anordnungen der magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheiten 300 der 3 bis 5 kann der größtmögliche Versatz der Drehachse 100 bezüglich der jeweiligen Mittelpunkte M der Kreise K, K', auf dem die vier für die Ermittlung des Winkelsignals 44 ausgewählten magnetisch sensitiven Elemente 312, 314, 316, 318 äquidistant zueinander angeordnet sind, zumindest auf die Hälfte des äquidistanten Abstands von benachbarten magnetisch sensitiven Elementen beschränkt werden. Je nach Auflösung der Matrix kann damit folglich der durch den Versatz der Drehachse 100 eingebrachte Messfehler zumindest teilweise reduziert werden.By the matrix-like arrangements of the magnetically sensitive elements of the sensor units 300 of the 3 to 5 can be the largest possible misalignment of the axis of rotation 100 with respect to the respective centers M of the circles K, K ', on which the four for the determination of the angle signal 44 selected magnetically sensitive elements 312 . 314 . 316 . 318 are equidistant from each other, are limited to at least half of the equidistant spacing of adjacent magnetically sensitive elements. Depending on the resolution of the matrix can thus thus by the offset of the axis of rotation 100 introduced measuring errors are at least partially reduced.
Es ist selbstredend, dass das von der ersten und zweiten Achse 202, 204 aufgespannte zweidimensionale Koordinatensystem in der Messebene verdreht sein kann. Somit könnten auch magnetisch sensitive Elemente von Sensorelementpaaren verwendet werden, die auf diagonal verlaufenden Achsen in den 3 bis 5 angeordnet sind.It goes without saying that that of the first and second axis 202 . 204 spanned two-dimensional coordinate system in the measurement plane can be twisted. Thus, magnetically sensitive elements of sensor element pairs could be used, which on diagonal axes in the 3 to 5 are arranged.
Die 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Sensoreinheit 300, bei der mehrere Sensorgruppierungen 330 bis 338 vorgesehen sind (jeweils durch gestrichelte Rahmen gekennzeichnet), die jeweils vier magnetisch sensitive Elemente des ersten und zweiten Sensorelementpaares 301, 303 aufweisen. Insbesondere sind die magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheit 300 der 6 nur teilweise äquidistant zueinander angeordnet. In dem in der 6 gezeigten Beispiel ist die Sensorgruppierung 330 zentral angeordnet und die Sensorgruppierungen 331 bis 338 sind um die zentrale Sensorgruppierung 330 herum angeordnet.The 6 shows a further sensor unit according to the invention 300 in which multiple sensor groupings 330 to 338 are provided (each indicated by dashed frame), each having four magnetically sensitive elements of the first and second sensor element pair 301 . 303 exhibit. In particular, the magnetically sensitive elements of the sensor unit 300 of the 6 only partially equidistant to each other. In the in the 6 The example shown is the sensor grouping 330 centrally located and the sensor groupings 331 to 338 are around the central sensor grouping 330 arranged around.
Die magnetisch sensitiven Elemente der Sensorgruppierungen 330 bis 338 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass jedes magnetisch sensitive Element einer jeweiligen Sensorgruppierung 330 bis 338 auf zumindest einer Achse einer benachbarten Sensorgruppierung 330 bis 338 angeordnet ist. Beispielsweise sind die magnetisch sensitiven Elemente 3302, 3332 der Sensorgruppierungen 330, 333 jeweils auf einer gemeinsamen Achse 3002 angeordnet. Ferner sind die magnetisch sensitiven Elemente 3346, 3352 der Sensorgruppierungen 334, 335 auf einer gemeinsamen Achse 3008 angeordnet. Außerdem sind die magnetisch sensitiven Elemente 3302, 3352 der Sensorgruppierungen 330, 335 auf einer gemeinsamen Achse 3102 angeordnet und die magnetisch sensitiven Elemente 3332, 3346 der Sensorgruppierungen 333, 334 auf einer gemeinsamen Achse 3108 angeordnet. Insbesondere sind die magnetisch sensitiven Elemente 3304, 3332, 3346, 3354 der unterschiedlichen Sensorgruppierungen 330, 333, 334, 335 auf einem gemeinsamen Kreis (nicht eingezeichnet) um einen Mittelpunkt M angeordnet, der der Drehachse 100 am nächsten liegt.The magnetically sensitive elements of the sensor groupings 330 to 338 are preferably arranged such that each magnetically sensitive element of a respective sensor array 330 to 338 on at least one axis of an adjacent one sensor grouping 330 to 338 is arranged. For example, the magnetically sensitive elements 3302 . 3332 the sensor groupings 330 . 333 each on a common axis 3002 arranged. Furthermore, the magnetically sensitive elements 3346 . 3352 the sensor groupings 334 . 335 on a common axis 3008 arranged. In addition, the magnetically sensitive elements 3302 . 3352 the sensor groupings 330 . 335 on a common axis 3102 arranged and the magnetically sensitive elements 3332 . 3346 the sensor groupings 333 . 334 on a common axis 3108 arranged. In particular, the magnetically sensitive elements 3304 . 3332 . 3346 . 3354 the different sensor groupings 330 . 333 . 334 . 335 arranged on a common circle (not shown) about a center M, that of the axis of rotation 100 is closest.
Gemäß der 6 bilden somit die magnetisch sensitiven Elemente 3302, 3346 ein erstes Sensorelementpaar und die magnetisch sensitiven Elemente 3332, 3352 ein zweites Sensorelementpaar.According to the 6 thus form the magnetically sensitive elements 3302 . 3346 a first pair of sensor elements and the magnetically sensitive elements 3332 . 3352 a second pair of sensor elements.
In dieser Weise lassen sich bei der Ausgestaltung der 6 mehrere Achsen finden, auf denen jeweils magnetisch sensitive Elemente unterschiedlicher Sensorgruppierungen 330 bis 338 angeordnet sind. Insbesondere können diese gemeinsamen Achsen, ähnlich wie in den Ausgestaltungen der 3 bis 5, als erste, zweite und dritte Achsen definiert werden, auf denen jeweils die magnetisch sensitiven Elemente der ersten und zweiten Sensorelementpaare 301, 303 angeordnet sind.In this way, in the embodiment of the 6 Find several axes, on each of which magnetically sensitive elements of different sensor groups 330 to 338 are arranged. In particular, these common axes, similar as in the embodiments of 3 to 5 , are defined as first, second and third axes, on each of which the magnetically sensitive elements of the first and second pairs of sensor elements 301 . 303 are arranged.
In der 6 sind außerdem exemplarisch zwei Drehachsen eingezeichnet, nämlich eine erste Drehachse 100A und eine zweite Drehachse 100B, die jeweils zum Mittelpunkt der zentralen Sensorgruppierung 330 unterschiedlich radial versetzt sind. Im Fall der ersten Drehachse 100A können die vier in der 6 schräg schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente der Sensorgruppierung 336 ausgewählt werden, um das Winkelsignal 44 zu ermitteln. Denn diese vier magnetisch sensitiven Elemente dieser Sensorgruppierung 336 liegen auf einem Kreis K (nicht eingezeichnet) um einen Mittelpunkt M, der der ersten Drehachse 100A offensichtlich am nächsten liegt.In the 6 are also shown by way of example two axes of rotation, namely a first axis of rotation 100A and a second axis of rotation 100B , each to the center of the central sensor grouping 330 are radially offset differently. In the case of the first axis of rotation 100A can the four in the 6 obliquely hatched labeled magnetically sensitive elements of the sensor array 336 be selected to the angle signal 44 to investigate. Because these four magnetically sensitive elements of this sensor grouping 336 lie on a circle K (not shown) around a center M, that of the first axis of rotation 100A obviously the closest.
Im Fall der zweiten Drehachse 100B ist es bevorzugt, die vier mit vertikaler Schraffur gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente 3302, 3332, 3346, 3352 der Sensorgruppierungen 330, 333, 334, 335 auszuwählen, da der Mittelpunkt M' eines Kreises, auf dem diese vier magnetisch sensitiven Elemente 3302, 3332, 3346, 3352 äquidistant angeordnet sind, der zweiten Drehachse 100B am nächsten liegt.In the case of the second axis of rotation 100B it is preferable to use the four magnetically sensitive elements marked with vertical hatching 3302 . 3332 . 3346 . 3352 the sensor groupings 330 . 333 . 334 . 335 because the center M 'of a circle on which these four magnetically sensitive elements 3302 . 3332 . 3346 . 3352 Are arranged equidistantly, the second axis of rotation 100B is closest.
Die beiden beschriebenen Fälle für die Drehachsen 100A, 100B veranschaulichen, dass es trotz einer nicht äquidistanten Anordnung der magnetisch sensitive Elemente mehrere Möglichkeiten für die Sensoreinheit 300 gibt, die Winkelposition des Bauteilst mit der größten Messgenauigkeit zu ermitteln. Ferner wäre es bei der Ausgestaltung der Sensoreinheit 300 gemäß der 6 möglich, Sensorelementpaare auszuwählen, deren magnetisch sensitiven Elemente auf diagonal verlaufenden Achsen angeordnet sind, die unter einem Winkel von ungefähr 45° zu den Richtungsachsen 202, 204 verlaufen.The two cases described for the axes of rotation 100A . 100B illustrate that despite a non-equidistant arrangement of the magnetically sensitive elements, there are several possibilities for the sensor unit 300 to determine the angular position of the component with the greatest accuracy. Furthermore, it would be in the design of the sensor unit 300 according to the 6 it is possible to select sensor element pairs whose magnetically sensitive elements are arranged on diagonal axes which are at an angle of approximately 45 ° to the directional axes 202 . 204 run.
Unter Verweis auf die 7 bis 9 wird nun im Folgenden erläutert, wie eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 300 zum Erfassen der Wegposition eines sich mit einem stabförmigen Magneten 10 (in den 7 bis 9 mit gestrichelten Linien gekennzeichnet) entlang einer linearen Bewegungsbahn (mit dem Pfeil 6 gekennzeichnet) beweglichen Bauteils 2 (nicht explizit gezeigt) verwendet werden kann. Die Sensoreinheiten 300 der 7 bis 9 stellen folglich elektronische Lineale dar, mit denen beispielsweise Verschiebungen des Bauteils 2 entlang einer linearen oder nicht-linearen Bewegungsbahn quantitativ erfasst werden können.With reference to the 7 to 9 will now be explained how a sensor arrangement according to the invention 300 for detecting the path position of a rod-shaped magnet 10 (in the 7 to 9 marked with dashed lines) along a linear trajectory (with the arrow 6 characterized) movable component 2 (not explicitly shown) can be used. The sensor units 300 of the 7 to 9 thus represent electronic rulers with which, for example, shifts of the component 2 can be quantified along a linear or non-linear trajectory.
Die Sensoreinheit 300 der 7 und 8 weist zumindest sechs magnetisch sensitive Elemente 311, 312, 313, 314, 315, 316 auf, die entlang einer ersten Achse 3002 äquidistant zueinander angeordnet sind. Zunächst werden die Signale von allen magnetisch sensitiven Elementen 311, 312, 313, 314, 315, 316 erfasst und diejenigen zwei magnetisch sensitiven Elemente als Sensorelementpaar ausgewählt, die betragsmäßig die größten Werte ausgeben. In der 7 sind das beispielsweise die magnetisch sensitiven Elemente 311, 312 (siehe schräg schraffiert gekennzeichnete magnetisch sensitive Elemente in den 7 und 8) .The sensor unit 300 of the 7 and 8th has at least six magnetically sensitive elements 311 . 312 . 313 . 314 . 315 . 316 on that along a first axis 3002 are arranged equidistant from each other. First, the signals are from all magnetically sensitive elements 311 . 312 . 313 . 314 . 315 . 316 detected and selected those two magnetically sensitive elements as a sensor element pair, the amount of the largest values output. In the 7 These are, for example, the magnetically sensitive elements 311 . 312 (see obliquely hatched labeled magnetically sensitive elements in the 7 and 8th ).
Das Erfassen der Wegposition bzw. das Ausgeben des Wegsignals 44 erfolgt dann im Wesentlichen analog zur bereits in Bezug auf die 1 und 2 erläuterte Signalverarbeitung. Genauer gesagt werden wiederum die Differenzen von den Signalen der beiden magnetisch sensitiven Elemente 311, 312 gebildet. Hierzu kann die Auswerteeinheit 40 wiederum entsprechende Auswerteelemente als Differenzbilder (analog oder digital) aufweisen. In dieser eindimensionalen Auswertung kann bereits das erste Komponentensignal dem Wegsignal 44 entsprechen.The detection of the path position or the outputting of the path signal 44 then takes place essentially analogous to already in relation to the 1 and 2 explained signal processing. More specifically, again, the differences from the signals of the two magnetically sensitive elements 311 . 312 educated. For this purpose, the evaluation unit 40 again have corresponding evaluation elements as difference images (analog or digital). In this one-dimensional evaluation, the first component signal may already be the path signal 44 correspond.
Die 8 zeigt die Sensoreinheit 300 der 7, wobei in dieser Ausgestaltung die magnetisch sensitiven Elemente 314, 316 als das erste Sensorelementpaar 301 ausgewählt sind, mit denen die Wegposition 44 des Bauteils 2 bestimmt wird. In der 8 ist der Magnet 10 im Vergleich zur 7 nach rechts verschoben, weshalb bei dieser Konstellation die magnetisch sensitiven Elemente 314, 316 ausgewählt sein können.The 8th shows the sensor unit 300 of the 7 , wherein in this embodiment the magnetically sensitive elements 314 . 316 as the first pair of sensor elements 301 are selected, with which the path position 44 of the component 2 is determined. In the 8th is the magnet 10 in comparison to 7 shifted to the right, which is why the magnetically sensitive elements in this constellation 314 . 316 can be selected.
In der 8 können zusätzlich die mit vertikaler Schraffur gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente 311, 313 als zweites Sensorelementpaar 303 ausgewählt und zu einem redundanten Wegsignal 44 ausgewertet werden, mit Hilfe dessen außerdem der Einfluss von etwaigen magnetischen Stör-/Fremdfeldern 400 kompensiert werden kann. Hierzu sind die Abstände zwischen den magnetisch sensitiven Elementen der beiden Sensorpaare 301, 303 derart auszuwählen, dass diese gleich sind. Das heißt, dass der Abstand zwischen den magnetisch sensitiven Elementen 314, 316 des ersten Sensorelementpaares 301 gleich dem Abstand zwischen den magnetisch sensitiven Elementen 311, 313 des zweiten Sensorelementpaares 303 ist.In the 8th Additionally, the magnetically sensitive elements marked with vertical hatching can be used 311 . 313 as second sensor element pair 303 selected and to a redundant path signal 44 be evaluated with the help of which also the influence of any magnetic interference / foreign fields 400 can be compensated. These are the distances between the magnetically sensitive elements of the two sensor pairs 301 . 303 to select such that they are the same. That is, the distance between the magnetically sensitive elements 314 . 316 of the first sensor element pair 301 equal to the distance between the magnetically sensitive elements 311 . 313 of the second sensor element pair 303 is.
Die 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Sensoreinheit 300 zum Erfassen der Wegposition 44 des Bauteils 2. Die Sensoreinheit 300 umfasst zumindest sechs magnetisch sensitive Elemente, die in zwei Zeilen angeordnet sind. Insbesondere sind bei der Ausgestaltung der 9 vier magnetisch sensitive Elemente 311, 312, 313, 314 entlang einer ersten Achse 3002 äquidistant zueinander angeordnet und vier magnetisch sensitive Elemente 321, 322, 323, 324 entlang einer parallel zur ersten Achse 3002 verlaufenden zweiten Achse 3004 äquidistant zueinander angeordnet. Außerdem sind die magnetisch sensitiven Elemente 311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324 entlang dritten Achsen 3102, 3104, 3106, 3108 angeordnet, die parallel zueinander und orthogonal zur ersten und zweiten Achse 3002, 3004 verlaufen. Folglich ergibt sich in der 9 wiederum eine matrizenartige Anordnung der magnetisch sensitiven Elemente der Sensoreinheit 300 mit zwei Zeilen und vier Spalten.The 9 shows a further sensor unit according to the invention 300 for detecting the path position 44 of the component 2 , The sensor unit 300 comprises at least six magnetically sensitive elements arranged in two rows. In particular, in the embodiment of the 9 four magnetically sensitive elements 311 . 312 . 313 . 314 along a first axis 3002 equidistantly arranged to each other and four magnetically sensitive elements 321 . 322 . 323 . 324 along a parallel to the first axis 3002 extending second axis 3004 arranged equidistantly to each other. In addition, the magnetically sensitive elements 311 . 312 . 313 . 314 . 321 . 322 . 323 . 324 along third axes 3102 . 3104 . 3106 . 3108 arranged parallel to each other and orthogonal to the first and second axes 3002 . 3004 run. Consequently, results in the 9 again a matrix-like arrangement of the magnetically sensitive elements of the sensor unit 300 with two rows and four columns.
Je nach relativer Lage des Magneten 10 (und somit auch des Bauteils 2) können die relevanten zwei magnetisch sensitiven Elemente ausgewählt werden, auf dessen Signale basierend die Wegposition des Bauteils 2 ermittelt werden kann. In dem Beispiel der 9 werden beispielsweise die zwei magnetisch sensitiven Elemente 311, 312 ausgewählt, da der im Wesentlichen stabförmige Magnet 10 dieser zweiten Zeile und diesem Sensorelementpaar 301 am nächsten liegt.Depending on the relative position of the magnet 10 (and thus also of the component 2 ), the relevant two magnetically sensitive elements can be selected, based on whose signals the path position of the component 2 can be determined. In the example of 9 For example, the two magnetically sensitive elements 311 . 312 selected because the substantially rod-shaped magnet 10 this second row and this sensor element pair 301 is closest.
Die Sensoreinheit 300 der 9 kann jedoch alternativ oder zusätzlich derart verwendet werden, dass die Winkelposition φ eines sich um die Drehachse 100 (siehe schwarz gekennzeichneten Punkt in der 9) drehbaren Bauteils 2 erfasst werden kann. Hierzu werden beispielsweise die in der 9 schräg schraffiert gekennzeichneten magnetisch sensitiven Elemente 313, 314, 323, 324 ausgewählt. Die Auswahl und Auswertung dieser relevanten magnetisch sensitiven Elemente 313, 314, 323, 324 erfolgt in analoger Weise wie bereits in Bezug auf die 3 bis 6 beschrieben.The sensor unit 300 of the 9 however, it may alternatively or additionally be used such that the angular position φ of one is about the axis of rotation 100 (see black dot in the 9 ) rotatable component 2 can be detected. For this purpose, for example, in the 9 obliquely hatched labeled magnetically sensitive elements 313 . 314 . 323 . 324 selected. The selection and evaluation of these relevant magnetically sensitive elements 313 . 314 . 323 . 324 takes place in a similar way as already with respect to 3 to 6 described.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit 300 kann auch dazu ausgebildet sein, eine absolute Position des Magneten 10 und/oder Bauteils 2 zu erfassen. Wenn sich das Bauteil 2 und/oder der Magnet 10 in einer parallel zur Messebene angeordneten Bewegungsebene bewegt, kann z. B. mit der Sensoreinheit 300 gemäß 3 die absolute Position des Bauteils 2 und/oder Magneten 10 dadurch abgeschätzt werden, dass es denjenigen magnetisch sensitiven Element(en) am nächsten liegt, das (die) den betragsmäßig größten Wert(e) ausgibt (ausgeben).The sensor unit according to the invention 300 may also be adapted to an absolute position of the magnet 10 and / or component 2 capture. When the component 2 and / or the magnet 10 moved in a plane parallel to the measuring plane of movement, z. B. with the sensor unit 300 according to 3 the absolute position of the component 2 and / or magnets 10 be estimated to be closest to the magnetically sensitive element (s) that outputs (outputs) the largest value (e) in magnitude.
Mit der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist es möglich, mehrere magnetisch sensitive Elemente vorzusehen und erst nach dem Anordnen der Sensoreinheit relativ zu einem Magneten, der sich mit einem Bauteil bewegt, dessen Winkel- und/oder Wegposition mittels der Sensoreinheit erfasst werden soll, die jenigen magnetisch sensitiven Elemente auszuwählen, mit denen die maximale Messgenauigkeit frei von dem Einfluss etwaiger magnetischer Fremd-/Störfelder erzielt werden kann. Somit ist die Auswahl der für die Messung relevanten magnetisch sensitiven Elemente flexibel, so dass die erfindungsgemäße Sensoreinheit für eine Vielzahl von Applikationen zwar identisch sein kann, jedoch für das Erfassen der jeweiligen Winkel- und/oder Wegposition des Bauteils unterschiedliche magnetisch sensitive Elemente verwendet werden können.With the sensor unit disclosed herein, it is possible to provide a plurality of magnetically sensitive elements and only after arranging the sensor unit relative to a magnet, which moves with a component whose angular and / or travel position is to be detected by means of the sensor unit, the person select magnetically sensitive elements, with which the maximum accuracy can be achieved free of the influence of any magnetic foreign / Störfelder. Thus, the selection of relevant for the measurement of magnetically sensitive elements is flexible, so that the sensor unit according to the invention for a variety of applications may be identical, but for detecting the respective angular and / or path position of the component different magnetically sensitive elements can be used ,
Es wird nochmals ausdrücklich festgehalten, dass sämtliche in den 1 bis 9 gezeigten und beschriebenen Merkmale unabhängig voneinander offenbart sind und folglich beliebig miteinander kombiniert werden können.It is expressly stated that all in the 1 to 9 shown and described features are independently disclosed and therefore can be combined with each other arbitrarily.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
GB 2505226 A [0002]GB 2505226 A [0002]
-
EP 0916074 B1 [0003]EP 0916074 B1 [0003]
-
US 2015276893 A1 [0003]US 2015276893 A1 [0003]
-
DE 102015001553 B3 [0003]DE 102015001553 B3 [0003]
-
DE 102014005247 A1 [0003]DE 102014005247 A1 [0003]
-
DE 102004064185 B4 [0003]DE 102004064185 B4 [0003]
-
DE 69816755 T2 [0003]DE 69816755 T2 [0003]
-
DE 102009042473 A1 [0004]DE 102009042473 A1 [0004]
-
DE 102016202378 [0005]DE 102016202378 [0005]
-
WO 2016/139135 A1 [0006]WO 2016/139135 Al [0006]
-
EP 1668378 B1 [0007]EP 1668378 B1 [0007]