DE102018007952B4

DE102018007952B4 - Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen

Info

Publication number: DE102018007952B4
Application number: DE102018007952.0A
Authority: DE
Inventors: Tilo Sperling
Original assignee: Baumer IVO GmbH and Co KG
Current assignee: Baumer Germany & Co Kg De GmbH
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: DE102018007952A1

Abstract

Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen eines rotierenden Bauteils, umfassend wenigstens:
- eine Magnetanordnung (2) mit einer Mehrzahl an Permanentmagneten (21-28), die ringförmig um eine Drehachse (Z) des rotierenden Bauteils angeordnet und so ausgerichtet sind, dass eine zirkuläre Magnetisierung der Magnetanordnung (2) angenähert wird, so dass ein durch die Magnetanordnung (2) erzeugtes Nutzmagnetfeld (3) innerhalb der ringförmigen Anordnung einen nahezu homogenen Bereich (6) aufweist, wobei außerhalb der ringförmigen Anordnung das Nutzmagnetfeld (3) einen Bereich mit wechselnder Polung (7) aufweist und
- einen ersten und einen zweiten Sensor (4,5) zur Erfassung der Rotationsbewegungen des rotierenden Bauteils, wobei der erste Sensor (4) innerhalb der Magnetanordnung (2) zur Erfassung des homogenen Magnetfeldes (6) und der zweite Sensor (5) außerhalb der Magnetanordnung (2) zur Erfassung des Bereichs mit wechselnder Polung (7) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie deren Verwendung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen eines rotierenden Bauteils.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen um eine Drehachse bekannt. Eine gattungsgemäße Vorrichtung der genannten Art ist beispielsweise aus der DE 195 20 299 A1 bekannt und umfasst eine Magnetanordnung zur Erzeugung eines Nutzmagnetfeldes und zumindest einen ersten Sensor zur Erfassung magnetischer Messgrößen. Zwischen dem Sensor und der Magnetanordnung findet eine relative Rotationsbewegung statt. Bei dieser relativen Rotationsbewegung handelt es sich um die Rotationsbewegung, die sensorisch erfasst werden soll.
Um Rotationsbewegungen, insbesondere Drehzahlen und/oder Positionen genauer und mit erhöhter Robustheit abzutasten, umfasst die Vorrichtung nach der DE 195 20 299 A1 eine Magnetanordnung, die als magnetischer Dipol ausgebildet ist und um eine Code-Scheibe erweitert wird, so dass der erste Sensor zur Abtastung einer magnetischen Größe und ein zweiter Sensor zur Abtastung einer optischen Größe ausgebildet ist. Mit der Vorrichtung aus der DE 195 20 299 A1 können Abtastungen zur Ermittlung der Drehzahl und der Position durchgeführt werden. Solche Vorrichtungen verursachen aufgrund der zwei unterschiedlichen Messprinzipien einen zusätzlichen Aufwand, der bei der Entwicklung und der Herstellung berücksichtigt werden muss.
Aus der Druckschrift EP 2 693 169 A1 ist eine Absolutdrehgeber bekannt mit einem Permanentmagneten mit einem ersten magnetischen Muster (bipolar) und einem zweiten magnetischen Muster (multipolar); einen ersten magnetischen Sensor zum Erfassen eines Magnetfelds des ersten magnetischen Musters; einen zweiten magnetischen Sensor zum Erfassen eines Magnetfelds des zweiten magnetischen Musters und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Berechnen eines absoluten Drehwinkels einer Drehwelle auf der Grundlage von Ausgangssignalen des ersten und zweiten magnetischen Sensors. Die beiden Sensoren und die Magnetanordnungen sind hierbei nicht in einer Ebene angeordnet. Insbesondere wird kein homogener Magnetfeldbereich innerhalb der das Nutzfeld generierenden Magnetanordnung erzeugt.
Aus der Druckschrift US 2018 231 399 A1 ist ein Drehgeber bekannt mit einer ersten Sensoreinheit mit einem ersten Magneten und einer ersten magnetempfindlichen Einheit, die dem ersten Magneten zugewandt ist; einer zweite Sensoreinheit mit einem zweiten Magneten mit einer Vielzahl von Paaren von N-Polen und S-Polen, die abwechselnd magnetisiert sind, und einer zweiten magnetempfindlichen Einheit, die dem zweiten Magneten zugewandt ist; einer Schaltung zur Erzeugung von Impulsen zum Zählen aus einem Ausgang der zweiten Sensoreinheit; und einen Zähler zum Zählen der Impulse. Mit der Vorrichtung wird kein homogener Feldbereich erzeugt.
Die DE 10 2007 013 755 A1 bezieht sich auf ein Indikatorelement für einen magnetischen Drehwinkelgeber, der eine Feldsonde zum Erzeugen eines Sensorsignals in Antwort auf eine geometrische Lage des magnetischen Indikatorelements mit Bezug auf die Feldsonde aufweist. Hier findet radial außerhalb der Magnetanordnung keine sensorische Erfassung statt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von den bekannten Vorrichtungen der anfangs genannten Art, eine verbesserte Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen zur Verfügung zu stellen, die bei zumindest gleichbleibender Genauigkeit einen vereinfachten Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen um eine Drehachse umfasst eine Magnetanordnung. Bei den Rotationsbewegungen handelt es sich um die Rotationsbewegungen eines zu messenden Objekts, insbesondere eines rotierenden Bauteils. Die Magnetanordnung umfasst Permanentmagnete aus magnetischem Material oder aus magnetisierbarem Material. Die Permanentmagnete sind so ausgerichtet, dass die Magnetanordnung zur Erzeugung eines Nutzmagnetfeldes näherungsweise zirkulär magnetisiert ist.
Eine zirkulare Magnetisierung wird im Allgemeinen mit einer endlichen Anzahl an Magneten angenähert, wobei die Magnete mit ihren magnetischen Achsen entsprechend folgender Vektorgleichung angeordnet werden: $Mx = M_{0} * cos (2 * φ)$
$My = M_{0} * sin (2 * φ)$
Hierbei stellt Mx die horizontale Magnetisierungskomponente in Abhängigkeit einer Anfangsmagnetisierung M₀ und einer Position φ um die Drehachse dar. My stellt die vertikale Magnetisierungskomponente in Abhängigkeit einer Anfangsmagnetisierung M₀ und einer Position φ um die Drehachse dar. Auf der X-Y-Ebene und in Abhängigkeit der Position φ hat der Vektor (Mx,My) innerhalb einer 360 deg Umdrehung für eine Position φ eine eindeutige Richtung.
Mit einem ersten und einem zweiten Sensor zur Erfassung magnetischer Größen werden die Rotationsbewegungen sensorisch erfasst, die zwischen ihnen und der Magnetanordnung stattfinden. Folglich sind entweder die Sensoren oder die Magnetanordnung auf einem Objekt angeordnet, dessen Rotationsbewegungen, insbesondere seine Position und/oder seine Drehzahl, von den Sensoren erfasst werden sollen. Während einer der beiden Sensoren zur Abtastung absoluter Positionssignale ausgebildet ist, ist der andere Sensor zur Abtastung der relativen Position innerhalb einer Umdrehung ausgebildet. Auf diese Weise können Rotationsbewegungen in Form von Drehzahlen und Positionen sensorisch erfasst werden.
Die Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass das radial innerhalb der Magnetanordnung generierte Nutzmagnetfeld einen nahezu homogenen Bereich aufweist, der zur Abtastung durch den ersten Sensor vorgesehen ist. Der erste Sensor ist hierzu radial innerhalb der Magnetanordnung entlang der Drehachse des rotierenden Bauteils zur Erfassung des homogenen Magnetfeldes angeordnet. Das Nutzmagnetfeld ist im homogenen Bereich besonders stark und durch die Rotationsbewegung zwischen der Magnetanordnung und den Sensoren, relativ zum Sensor positionsabhängig, wodurch der Sensor ein positionsabhängiges Feld abtastet. Des Weiteren kennzeichnet sich die Vorrichtung dadurch, dass radial außerhalb der Magnetanordnung das Nutzmagnetfeld einen Bereich mit wechselnder Polung aufweist, der zur Abtastung durch den zweiten Sensor vorgesehen ist. Der zweite Sensor ist hierzu radial außerhalb der Magnetanordnung entlang der Drehachse des rotierenden Bauteils zur Erfassung des Bereichs mit wechselnder Polung angeordnet.
Somit wird außerhalb der Magnetanordnung durch den zweiten Sensor ein höher auflösbarer Bereich des Nutzmagnetfeldes erzeugt, welcher die Gesamtauflösung der Vorrichtung erheblich erhöht.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Aufbau der Vorrichtung in vorteilhafter Weise vereinfacht und die Fehleranfälligkeit durch die gegenseitige Beeinflussung mehrerer Magnetanordnungen oder die parallele Implementierung mehrerer Messprinzipien eliminiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Sensor zur Ausgabe eines absoluten Positionssignals ausgebildet. Durch die starke, homogene Beschaffenheit des Nutzmagnetfeldes innerhalb der ringförmigen Anordnung von einer Mehrzahl an Permanentmagneten kann hierdurch ein eindeutiges Positionssignal sensorisch erfasst und ausgegeben werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Sensor als einzelner magnetischer Sensor oder als Anordnung mehrerer magnetischer Sensoren ausgebildet sein. Als magnetischer Sensor wird hierbei jeder Sensor verstanden, der zur Abtastung magnetischer Messgrößen ausgebildet ist. Ein einzelner magnetischer Sensor innerhalb der ringförmigen Magnetanordnung ermöglicht eine eindeutige Positionssignalausgabe bei geringem Bauraum. Des Weiteren ergibt eine Anordnung mehrerer Sensoren die Möglichkeit, deren Signale zu verrechnen, so dass ein genaueres und störungsunanfälligeres Signal erhalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Sensor innerhalb der Magnetanordnung so angeordnet, dass die Drehachse durch den ersten Sensor verläuft. Dies ermöglicht eine besonders exakte Positionssignalausgabe. Eine symmetrische Anordnung mehrerer magnetischer Sensoren auf einer Ebene ermöglicht einen gegenseitigen Sensorsignalausgleich, wenn zwei oder vier Sensoren punktsymmetrisch zur Drehachse angeordnet sind. Hierdurch sind Anwendungen möglich, bei denen innerhalb der Magnetanordnung und innerhalb der ersten Sensoranordnung weitere Bauteile oder Baugruppen vorgesehen sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Sensor zur Ausgabe eines periodischen Signals vorgesehen. Das periodische Signal enthält höher aufgelöste Winkelpositionsangaben als die Signale des ersten Sensors, die in dem homogenen Bereich des Nutzmagnetfeldes erfasst werden, was eine erhöhte gesamte Vorrichtungsauflösung ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Sensor als einzelner Sensor oder als Anordnung mehrerer magnetischer Sensoren ausgebildet. Ein einzelner Sensor, der Felder in zwei Richtungen senkrecht zueinander erfassen kann, gibt vorteilhafterweise periodische Signale aus, die miteinander interpolierbar sind. Mehrere magnetische Sensoren können so angeordnet werden, dass zwei ebenfalls um 90 deg versetzte Signale ausgegeben werden, die ebenfalls miteinander interpolierbar sind. Die Interpolation schlägt sich in den Vorteil aus, dass zwischen zwei Signalperioden das aktuelle Positionssignal interpoliert und ausgegeben werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Datenverarbeitungseinheit zur Verrechnung der durch den ersten und den zweiten Sensor erfassten Signale ausgebildet. Durch die Verrechnung können die Signale gegenseitig auf Plausibilität überprüft werden, so dass eine stabile und gegenüber mechanischen Ungleichmäßigkeiten robuste sensorische Erfassung von Rotationsbewegungen durchgeführt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die einzelnen Permanentmagnete mit oder ohne direkten Kontakt zueinander in der Magnetanordnung positioniert werden. Eine Positionierung mehrerer Permanentmagnete mit direktem Kontakt zueinander ermöglicht eine Magnetanordnung aus einer höheren Anzahl an Permanentmagneten. Die bewirkt eine erhöhte Homogenität und eine erhöhte Stärke des homogenen Bereichs des Nutzmagnetfeldes. Eine Positionierung mehrerer Permanentmagnete ohne direkten Kontakt zueinander ermöglicht eine freiere Ausrichtung einzelner Permanentmagnete in Bezug auf die Drehachse.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Magnetanordnung eine Halterung zur Befestigung der Permanentmagnete, die Positionierhilfen zur Befestigung der Permanentmagneten aufweist. Eine Halterung ermöglicht eine zügige und korrekte Positionierung der einzelnen Permanentmagneten in der Magnetanordnung. Eine Halterung mit entsprechenden Positionierhilfen in den vorgesehenen Permanentmagnetabständen ermöglicht eine vereinfachte Permanentmagnetbefestigung in der Halterung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorrichtung in einer Stator-Rotor-Anordnung verwendet, insbesondere in einer Stator-Rotor-Anordnung eines Elektromotors.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:

1: eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: eine schematische Draufsicht eines zirkular magnetisierten Magnets M;
3: eine schematische Draufsicht der Vorrichtung aus 1 mit sichtbarem Nutzmagnetfeld;
4: eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5: eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sichtbarem Nutzmagnetfeld und
6: eine schematische Draufsicht einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung ist in 1 in Draufsicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen um eine Drehachse Z umfasst eine Magnetanordnung 2, welche zur Erzeugung eines Nutzmagnetfeldes 3 (dargestellt in 3) ausgebildet ist. Ferner umfasst die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten Sensor 4,5 zur Erfassung magnetischer Messgrößen, die zur Erfassung der relativen Rotationsbewegung zwischen ihnen und der Magnetanordnung 2 ausgebildet sind. Beispielsweise ist die Magnetanordnung 2 an einem zu messenden Objekt befestigt, insbesondere an einem rotierenden Bauteil (nicht gezeigt). Beispielsweise handelt es sich beim Messobjekt um einen Rotor (nicht gezeigt) und die Sensoren 4,5 sind an einem Stator (nicht gezeigt) angeordnet, so dass die Sensoren 4,5 die Position und die Drehzahl anhand des von der Magnetanordnung 2 erzeugten Nutzmagnetfeldes 3 erfassen können.
In 2 ist ein zirkulär magnetisierter Magnet M nach folgender Vektor-Funktion dargestellt: $Mx = M_{0} * cos (2 * φ)$
$My = M_{0} * sin (2 * φ)$
Hierbei stellt Mx die horizontale Magnetisierungskomponente in Abhängigkeit einer Anfangsmagnetisierung M₀ und einer Position φ um die Drehachse Z dar. My stellt die vertikale Magnetisierungskomponente in Abhängigkeit einer Anfangsmagnetisierung M₀ und einer Position φ um die Drehachse Z dar. Auf der X-Y-Ebene und in Abhängigkeit der Position φ hat der Vektor (Mx, My) innerhalb einer 360 deg Umdrehung für eine Position φ eine eindeutige Richtung. Anhand 2 kann gezeigt werden, dass durch die sensorische Erfassung des Vektors (Mx, My) die eindeutige Position des Magnets M um die Z-Achse ermittelt werden kann.
In 3 ist die Vorrichtung 1 aus 1 mit den Magnetfeldlinien des Nutzmagnetfeldes 3 in Draufsicht dargestellt und mit dem Sensor 4 innerhalb der Drehachse Z angeordnet. Die Magnetanordnung 2 umfasst erfindungsgemäss eine Mehrzahl an Permanentmagneten 21-28 mit jeweils einem Nordpol N und einem Südpol S, die so angeordnet sind, dass eine zirkulare Magnetisierung der Magnetanordnung 2 entsprechend 2 lediglich angenähert wird. Anhand der gezeichneten Pfeile kann die jeweilige Ausrichtung des einzelnen Nord- und Südpols in jedem Permanentmagneten 21-28 dargestellt werden, wobei ein einzelner Pfeil vom Südpol S zum Nordpol N des jeweiligen Permanentmagneten 21-28 zeigt. Bei den Permanentmagneten 21-28 kann es sich ebenfalls um andere Arten von Magneten handeln. Die Magnete können einzeln angeordnet sein oder als ganzer Ring gefertigt werden und in einem späteren Schritt magnetisiert werden. Die Permanentmagnete 21-28 sind beispielsweise aus homogenem Material hergestellt. Eine Ausbildung der Magnetanordnung 2 aus einzelnen Magneten vereinfacht den Zusammenbau der Vorrichtung.
Hierbei ist zu beachten, dass die Annäherung der zirkulären Polarisierung mit einer Anordnung der Permanentmagneten 21-28 entlang der Magnetanordnung 2 entsprechend der Vektorfunktion aus Gleichungen 1 und 2 und der schematischen Darstellung aus 2 erfolgt. Durch die Annäherung einer zirkularen Magnetisierung mit den einzelnen Permanentmagneten 21-28 weist das radial zur Drehachse Z erzeugte Nutzmagnetfeld 3 innerhalb der Magnetanordnung 2 einen homogenen Bereich 6 und einen Bereich mit wechselnder Polung 7 auf. Das Nutzmagnetfeld 3 weist im homogenen Bereich 6 ein homogenes Feld auf, das eine erhöhte Stärke und durch die Abhängigkeit zur Position der Magnetanordnung 2 zur Abtastung durch den Sensor 4 geeignet ist. Der Bereich 7 weist eine wechselnde Polung auf, die feiner auflösbar ist und bei Abtastung durch den zweiten Sensor 5 eine entsprechend höhere Auflösung der Vorrichtung 4 bewirkt. Die Erzeugung entsprechender Nutzmagnetfelder wird beispielsweise in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik mit mehreren Magnetanordnungen realisiert, die durch gegenseitige magnetische Beeinflussung stör- und fehleranfälliger sind und einen entsprechend aufwändigeren Aufbau aufweisen.
Ist der erste Sensor 4 beispielsweise zur Ausgabe eines absoluten Positionssignals ausgebildet, so kann das ausgegebene Signal entweder über ein Bildschirmsystem angezeigt werden und zur weiteren Verarbeitung mit Signalen weiterer Sensoren bereitgestellt werden. In 4 ist in Draufsicht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, bei welcher der erste Sensor 4 als Anordnung vierer Sensoren 41-44 ausgebildet ist. Die Sensoren 41-44 sind bevorzugt auf einer Ebene mit je 90 deg-Versatz symmetrisch um die Drehachse Z angeordnet. Diese SensorAnordnung ermöglicht einen Ausgleich von magnetischen Störfeldern im homogenen Bereich 6 des Nutzmagnetfeldes 3. So kann beispielsweise durch eine Berechnung der Signaldifferenz zwischen den Sensoren 41 und 43 ein durch einen beider Sensoren erfasstes homogenes magnetisches Störfeld durch das Signal des jeweils gegenüberliegenden Sensors ausgeglichen werden. Dadurch kann die Erfassung des homogenen Nutzmagnetfeldes 3 im Bereich 6 exakter ausgestaltet werden. Zusätzlich ermöglicht eine Sensoranordnung wie die der Sensoren 41-44 einen Einsatz der Vorrichtung 1 selbst bei Anwendungen, in denen der Bauraum zum Einbau des ersten Sensors 4 direkt an der Drehachse Z nicht zur Verfügung steht. Bei dem Sensor 4 bzw. der Sensoranordnung 41-44 handelt es sich bevorzugt um Hall-Sensoren oder um magnetoresistiven Sensoren (MR-Sensoren). Der erste Sensor 4 beziehungsweise die Sensoranordnung 41-44 sind in einer Ebene innerhalb der Magnetanordnung 2 angeordnet, können aber beispielsweise in der Position entlang der Z-Achse je nach vorhandenem Bauraum und erfasster Feldrichtung angepasst sein. Der erste Sensor 4 oder die Sensoranordnung 41-44 können beispielsweise in-plane, sprich mit einer Überlappung mit der Magnetanordnung 2 entlang der Z-Achse oder out-plane, ohne Überlappung mit der Magnetanordnung 2 entlang der Z-Achse angeordnet sein.
Vorteilhafterweise ist der zweite Sensor 5 zur Ausgabe eines periodischen Signals entsprechend der wechselnden Polung im Bereich 7 des Nutzmagnetfeldes 3 ausgebildet, so dass das ausgegebene Signal mit einem anderen periodischen Signal interpoliert werden kann. Dadurch erhöht sich die Gesamtauflösung der Vorrichtung 1. Beispielsweise kann mithilfe zweier um 90 deg phasenversetzten Sin- oder Cos-Signalen die atan2-Funktion berechnet werden, die bereichsweise bei entsprechender Anordnung des Sensors 5 im Bereich 7 einen linearen Verlauf aufweist, wodurch der Sensor 5 einen eindeutigen Positionswert ausgeben kann. Bei dem Sensor 5 handelt es sich vorteilhafterweise um einen Hall- oder um einen magnetoresistiven Sensor. Beide Sensortypen eignen sich besonders zur Erfassung und Ausgabe von um 90 deg versetzten Signalen.
5 zeigt schematisch eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1, bei der die Magnetanordnung 2 sechzehn Permanentmagnete 21-216 umfasst. Eine Erhöhung der Anzahl an Permanentmagneten bei der Ausbildung der Magnetanordnung 2 bewirkt ein stärkeres und homogeneres magnetisches Feld im homogenen Bereich 6 des Nutzmagnetfeldes 3. Die einzelnen Permanentmagnete 21 - 216 der Magnetanordnung 2 können würfelförmig, quaderförmig, trapezförmig, bogenförmig, zylindrisch oder als Freiform ausgebildet sein. Die Permanentmagnete können mit oder ohne direkten Kontakt miteinander in der Magnetanordnung 2 aufgebracht sein.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1, bei welcher der Sensor 5 als Sensoranordnung 51-54 ausgebildet ist. Der Sensor 4 ist als Sensoranordnung 41-45 ausgebildet. Die Permanentmagnete 21-28 der Magnetanordnung 2 sind in einer Halterung 8 angeordnet, die hierzu vorgesehenen Positionierhilfen 9 umfasst. Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung 1 eine Datenverarbeitungseinheit (nicht gezeigt), in der die von den Sensoren 4 und 5 erfassten Signale verrechnet werden. Eine Verrechnung der Signale beider Sensoren 4,5 erhöht die Robustheit und die Stabilität der daraus erhaltenen Position- und Drehzahlsignale, insbesondere wenn die Sensoren 4 und 5 jeweils als Sensoranordnungen 41-45, 51-54 ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann in Stator-Rotor-Anordnungen verwendet werden, wobei die Magnetanordnung 2 am Stator oder am Rotor angeordnet sein kann. Zu den Bereichen, in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingesetzt werden kann, zählen elektrische Antriebe, insbesondere Elektromotoren, so wie Schienenfahrzeuge, Aufzugssysteme, Kraftfahrzeuge, Luftfahrzeuge und Windkraftanlagen.

Claims

Vorrichtung zur sensorischen Erfassung von Rotationsbewegungen eines rotierenden Bauteils, umfassend wenigstens: - eine Magnetanordnung (2) mit einer Mehrzahl an Permanentmagneten (21-28), die ringförmig um eine Drehachse (Z) des rotierenden Bauteils angeordnet und so ausgerichtet sind, dass eine zirkuläre Magnetisierung der Magnetanordnung (2) angenähert wird, so dass ein durch die Magnetanordnung (2) erzeugtes Nutzmagnetfeld (3) innerhalb der ringförmigen Anordnung einen nahezu homogenen Bereich (6) aufweist, wobei außerhalb der ringförmigen Anordnung das Nutzmagnetfeld (3) einen Bereich mit wechselnder Polung (7) aufweist und - einen ersten und einen zweiten Sensor (4,5) zur Erfassung der Rotationsbewegungen des rotierenden Bauteils, wobei der erste Sensor (4) innerhalb der Magnetanordnung (2) zur Erfassung des homogenen Magnetfeldes (6) und der zweite Sensor (5) außerhalb der Magnetanordnung (2) zur Erfassung des Bereichs mit wechselnder Polung (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (4) zur Ausgabe eines absoluten Positionssignals ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (4) einzeln oder als eine Anordnung mehrerer magnetischer Sensoren (41-45), insbesondere eine Anordnung mit beispielsweise vier Hall- oder vier magnetoresistiver Sensoren, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (Z) durch den ersten Sensor (4) oder durch die Mitte der Anordnung der mehreren magnetischen Sensoren (41-45) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (5) zur Ausgabe eines periodischen Signals ausgebildet ist, wobei das periodische Signal interpolierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (5) einzeln oder als eine Anordnung mehrerer magnetischer Sensoren (51-54), insbesondere magnetoresistiver Sensoren oder Hall-Sensoren, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenverarbeitungseinheit zur Verrechnung der durch den ersten und zweiten Sensor (4,5) erfassten Signale vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (21-28) mit oder ohne direkten Kontakt zueinander in der Magnetanordnung (2) positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (2) eine zur Befestigung der Permanentmagneten (21-28) vorgesehene Halterung (8) umfasst, wobei die Halterung (8) vorzugsweise Positionierhilfen (9) zur Befestigung der Permanentmagnete (21-28) aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Rotor-Stator-Anordnung, insbesondere in einem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (2) auf dem Stator oder auf dem Rotor angeordnet wird.