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DE102022102104A1 - position measuring device and steering actuator - Google Patents

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DE102022102104A1
DE102022102104A1 DE102022102104.1A DE102022102104A DE102022102104A1 DE 102022102104 A1 DE102022102104 A1 DE 102022102104A1 DE 102022102104 A DE102022102104 A DE 102022102104A DE 102022102104 A1 DE102022102104 A1 DE 102022102104A1
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permanent magnet
rod
measuring device
position measuring
axis
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German (de)
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Björn Präg
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Eine Positionsmessvorrichtung, insbesondere einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfasst einen Permanentmagneten (10) sowie einen Hall-Sensor (11). Hierbei ist ein Hallsensor (11) fest mit einem Gehäuse (3) verbunden, in welchem eine Stange (4), das heißt Schubstange, verschiebbar geführt ist, während mit der Stange (4) ein einziger Permanentmagnet (10) verbunden ist, welcher zur Detektion der Position der Stange (4) über deren gesamten Verschiebebereich ausgebildet ist. Der Permanentmagnet (10) ist zur Längsachse, das heißt der durch die Verschieberichtung der Stange (4) vorgegebenen Achse, und/oder zur Querachse, das heißt zur Verschieberichtung orthogonalen Achse, unsymmetrisch ausgebildet.A position measuring device, in particular a rear-axle steering system of a motor vehicle, comprises a permanent magnet (10) and a Hall sensor (11). A Hall sensor (11) is firmly connected to a housing (3), in which a rod (4), i.e. a push rod, is slidably guided, while a single permanent magnet (10) is connected to the rod (4), which serves to Detection of the position of the rod (4) is formed over the entire displacement range. The permanent magnet (10) is asymmetrical to the longitudinal axis, ie the axis predetermined by the direction of displacement of the rod (4), and/or to the transverse axis, ie the axis orthogonal to the direction of displacement.

Description

Die Erfindung betrifft eine einen Permanentmagneten sowie einen Hall-Sensor aufweisende Positionsmessvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Lenkungsaktuator, welcher eine Schubstange sowie eine zur Detektion der Position der Schubstange ausgebildete Sensorik umfasst.The invention relates to a position measuring device having a permanent magnet and a Hall sensor. The invention also relates to a steering actuator which includes a push rod and a sensor system designed to detect the position of the push rod.

Eine gattungsgemäße Positionsmessvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 24 760 A1 bekannt. Die bekannte Positionsmessvorrichtung umfasst zwei linear gegeneinander bewegbare Bauteile, wobei sich an einem der Bauteile ein Magnetsensor und am anderen Bauteil ein Permanentmagnet befindet. Der Magnetsensor soll in der Lage sein, einen Maximalwert, einen Minimalwert, oder einen beliebigen Zwischenwert auszugeben. Als Signalhub ist nach der DE 101 24 760 A1 die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert definiert. Aus einem vom Magnetsensor ausgegebenen Signal ist mittels Division durch den Signalhub ein normiertes Signal berechenbar, welches zur kontaktlosen, linearen Positionsmessung auswertbar ist. Der in der Vorrichtung nach der DE 101 24 760 A1 zum Einsatz kommende Permanentmagnet ist mit seiner Magnetisierungsachse parallel zur Längsrichtung der Vorrichtung, das heißt zur Verschieberichtung eines der Bauteile, ausgerichtet. Soweit es von der Größe des Arbeitsbereiches, das heißt Verschiebebereiches, her erforderlich ist, können mehrere Magnetfeldsensoren, nämlichen Hall-Sensoren, in Längsrichtung hintereinander angeordnet werden.A generic position measuring device is, for example, from DE 101 24 760 A1 known. The known position measuring device comprises two components that can be moved linearly relative to one another, with a magnetic sensor being located on one of the components and a permanent magnet on the other component. The magnetic sensor should be able to output a maximum value, a minimum value, or any intermediate value. As signal swing is after DE 101 24 760 A1 defines the difference between the maximum value and the minimum value. A normalized signal, which can be evaluated for contactless, linear position measurement, can be calculated from a signal emitted by the magnetic sensor by dividing it by the signal deviation. The one in the device after the DE 101 24 760 A1 The permanent magnet used is aligned with its axis of magnetization parallel to the longitudinal direction of the device, ie to the direction of displacement of one of the components. If required by the size of the working area, ie the displacement area, several magnetic field sensors, namely Hall sensors, can be arranged one behind the other in the longitudinal direction.

Die DE 10 2016 106 779 A1 offenbart eine Wegsensorvorrichtung, welche zusätzlich zu einem Magneten und einem Sensor ein Referenzleitblech und zwei Messleitbleche aufweist. Hiermit werden zwei magnetische Kreise, nämlich ein erster magnetischer Kreis als Referenzkreis und ein zweiter magnetischer Kreis als Messkreis, gebildet.The DE 10 2016 106 779 A1 discloses a displacement sensor device which, in addition to a magnet and a sensor, has a reference guide plate and two measuring guide plates. This forms two magnetic circuits, namely a first magnetic circuit as a reference circuit and a second magnetic circuit as a measuring circuit.

Aus der DE 10 2017 104 875 A1 ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Verschiebeposition eines Kraftfahrzeugsitzes bekannt. Diese Sensoreinrichtung umfasst einen Hall-Sensor und einen Vorspannmagneten. Abschirmbleche sind dagegen nicht vorgesehen.From the DE 10 2017 104 875 A1 a sensor device for detecting the displacement position of a motor vehicle seat is known. This sensor device includes a Hall sensor and a bias magnet. Shielding plates, on the other hand, are not provided.

Was die Verwendung von Hall-Sensoren in Fahrzeuglenkungen betrifft, wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2011 017 335 A1 und DE 103 58 009 B3 hingewiesen.As far as the use of Hall sensors in vehicle steering systems is concerned, reference is made to the documents as an example DE 10 2011 017 335 A1 and DE 103 58 009 B3 pointed out.

Die DE 10 2015 115 247 A1 beschreibt eine Messanordnung, welche mehrere Hall-Sensoren und ein zugehöriges magnetisches Target umfasst. Das magnetische Target ist hierbei als magnetischer Multipol ausgebildet. Mit Hilfe der Mehrzahl an Hall-Sensoren soll es möglich sein, radiale, axiale und tangentiale Feldkomponenten zu erfassen.The DE 10 2015 115 247 A1 describes a measurement arrangement which includes a number of Hall sensors and an associated magnetic target. The magnetic target is designed as a magnetic multipole. With the help of the majority of Hall sensors, it should be possible to detect radial, axial and tangential field components.

Ein in der DE 10 2013 203 388 B3 beschriebener Rotorlagegeber ist zur Verwendung in einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine vorgesehen. An einem Rotor der elektrischen Maschine befindet sich eine Vielzahl an Permanentmagneten. Der Rotorlagegeber umfasst einen als Hall-Sensor ausgebildeten Rotorlagesensor sowie einen Referenzgeber, bei welchem es sich ebenfalls um einen Hall-Sensor handelt. Der Referenzgeber ist insbesondere zum Erfassen eines Nulldurchgangs der Flussdichte oder zur Erfassung von Minima und Maxima vorgesehen.An Indian DE 10 2013 203 388 B3 described rotor position sensor is intended for use in an electronically commutated electrical machine. A large number of permanent magnets are located on a rotor of the electrical machine. The rotor position sensor includes a rotor position sensor designed as a Hall sensor and a reference sensor, which is also a Hall sensor. The reference sensor is provided in particular for detecting a zero crossing of the flux density or for detecting minima and maxima.

Die DE 10 2011 115 566 A1 beschreibt einen Hall-Sensor, welcher aus einer Mehrzahl einzelner Hall-Sensorelemente aufgebaut ist. Hierbei sind die Hall-Sensorelemente innerhalb einer definierten Flächenform angeordnet, bei welcher es sich unter anderem um eine Rechteckform, eine Kreuzform, eine Kreisform oder die Form eines geraden Vielecks, insbesondere eines Sechsecks oder eines Achtecks, handeln kann.The DE 10 2011 115 566 A1 describes a Hall sensor which is constructed from a plurality of individual Hall sensor elements. Here, the Hall sensor elements are arranged within a defined surface shape, which can be, inter alia, a rectangular shape, a cross shape, a circular shape or the shape of a right polygon, in particular a hexagon or an octagon.

Die EP 3 559 602 B1 beschreibt eine Absolutwert-Messvorrichtung, welche mit einem Array von Hall-Effekt-Sensoren arbeitet. Die Hall-Effekt-Sensoren wirken mit einer Referenzspur und einer hochauflösenden Spur zusammen, wobei jede Spur eine Vielzahl von Nord-/Süd-Polpaaren aufweist. Zusätzlich kann eine dritte Spur vorhanden sein, welche nur ein einziges Nord-/Süd-Polpaar aufweist.The EP 3 559 602 B1 describes an absolute value measuring device that uses an array of Hall effect sensors. The Hall Effect sensors interact with a reference trace and a high resolution trace, each trace having a plurality of north/south pole pairs. In addition, there may be a third track which has only a single north/south pole pair.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf Hall-Sensoren basierende, insbesondere für einen Lenkungsaktuator geeignete Positionssensorik gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand, Messgenauigkeit und Funktionssicherheit angestrebt wird.The invention is based on the object of further developing a position sensor system based on Hall sensors and particularly suitable for a steering actuator compared to the prior art mentioned, with a particularly favorable ratio between the complexity of the equipment, measurement accuracy and functional reliability being sought.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Positionsmessvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Positionsmessvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in einem Lenkungsaktuator eines Kraftfahrzeugs geeignet, wobei der Lenkungsaktuator Teil einer Hinterachslenkung sein kann. Ebenso kann der Lenkungsaktuator zum Lenken der Vorderräder eines Fahrzeugs vorgesehen sein.This object is achieved according to the invention by a position measuring device having the features of claim 1. The position measuring device is particularly suitable for use in a steering actuator of a motor vehicle, with the steering actuator being able to be part of a rear-axle steering system. Likewise, the steering actuator can be provided for steering the front wheels of a vehicle.

Die Positionsmessvorrichtung ist zur Detektion der relativen Positionierung zweier gegeneinander verschiebbarer Elemente vorgesehen, wobei die Längsrichtung der Vorrichtung durch die Verschieberichtung gegeben ist. Bei den relativ zueinander linear beweglichen Elementen handelt es sich zum einen um ein Gehäuse und zum anderen um eine Stange, insbesondere Schubstange, welche in dem Gehäuse linear beweglich geführt ist. Die Mittelachse der Stange ist in Längsrichtung der Positionsmessvorrichtung ausgerichtet. Ein Hall-Sensor der Positionsmessvorrichtung ist fest mit dem Gehäuse verbunden, während mit der verschiebbaren Stange ein mit dem Hall-Sensor zusammenwirkender Permanentmagnet verbunden ist. Statt eines gesonderten Permanentmagneten kann auch eine Magnetisierung der längs ihrer eigenen Mittelachse, das heißt in Axialrichtung der gesamten Vorrichtung, verschiebbaren Stange vorgesehen sein.The position measuring device is provided for detecting the relative positioning of two elements that can be displaced relative to one another, with the longitudinal direction of the device being given by the direction of displacement. The elements that can be moved linearly relative to one another are, on the one hand, a housing and, on the other hand, a housing Rod, in particular push rod, which is guided in a linearly movable manner in the housing. The central axis of the rod is aligned in the longitudinal direction of the position measuring device. A Hall sensor of the position measuring device is firmly connected to the housing, while a permanent magnet that interacts with the Hall sensor is connected to the displaceable rod. Instead of a separate permanent magnet, a magnetization of the rod that can be displaced along its own central axis, that is to say in the axial direction of the entire device, can also be provided.

Im einfachsten Fall weist die Positionsmessvorrichtung lediglich einen einzigen Hallsensor auf. Ebenso sind Ausführungsformen mit einem zweiten Hall-Sensor möglich, welcher eine zweite Spur im Sinne einer redundanten Lösung darstellt. Der zweite Hall-Sensor ist dabei zur Erhöhung der Sicherheit, nicht zur Verbesserung der Auflösung der Positionsmessvorrichtung vorgesehen.In the simplest case, the position measuring device has only a single Hall sensor. Likewise, embodiments with a second Hall sensor are possible, which represents a second track in the sense of a redundant solution. The second Hall sensor is provided to increase security, not to improve the resolution of the position measuring device.

In jedem Fall ist es mit Hilfe des Permanentmagneten möglich, die Position der Stange über deren gesamten Verschiebebereich zu detektieren. Der Permanentmagnet ist zu der durch die Verschieberichtung vorgegebenen Längsachse und/oder zu der hierzu orthogonalen Querachse unsymmetrisch ausgebildet. Hiermit verbunden ist eine Asymmetrie der magnetischen Feldlinien, welche von wesentlicher Bedeutung für die gewünschte Ortsauflösung ist. Durch die Längsachse und die Querachse wird eine Ebene aufgespannt, zu welcher die Mittelachse der verschiebbaren Stange parallel angeordnet ist.In any case, with the help of the permanent magnet, it is possible to detect the position of the rod over its entire displacement range. The permanent magnet is designed asymmetrically to the longitudinal axis predetermined by the direction of displacement and/or to the transverse axis orthogonal thereto. Associated with this is an asymmetry of the magnetic field lines, which is of essential importance for the desired spatial resolution. A plane is spanned by the longitudinal axis and the transverse axis, to which the central axis of the displaceable rod is arranged parallel.

In Längsrichtung der Positionsmessvorrichtung ist der Permanentmagnet, welcher allgemein auch als magnetisches Target bezeichnet wird, gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen ausgedehnter als der Hall-Sensor. Insbesondere wird durch den Permanentmagneten mindestens ein Dreieck beschrieben. In Querrichtung kann dagegen der Hall-Sensor ausgedehnter als der Permanentmagnet sein.In the longitudinal direction of the position measuring device, the permanent magnet, which is also generally referred to as a magnetic target, is more extensive than the Hall sensor according to various possible configurations. In particular, at least one triangle is described by the permanent magnet. In the transverse direction, on the other hand, the Hall sensor can be more extensive than the permanent magnet.

Durch den Permanentmagneten kann ein Dreieck oder eine Mehrzahl an Dreiecken beschrieben sein. Gemäß einer ersten möglichen Bauform ist der Permanentmagnet insgesamt als Dreieck geformt. Hierbei kann der Permanentmagnet die Grundform eines gleichschenklig-spitzwinkligen Dreiecks haben, dessen Symmetrieachse in Axialrichtung der Positionsmessvorrichtung ausgerichtet ist. Die beiden Pole des Permanentmagneten befinden sich in diesem Fall an der Basis beziehungsweise Spitze des Dreiecks.A triangle or a plurality of triangles can be described by the permanent magnet. According to a first possible design, the permanent magnet is shaped overall as a triangle. In this case, the permanent magnet can have the basic shape of an isosceles acute-angled triangle whose axis of symmetry is aligned in the axial direction of the position measuring device. In this case, the two poles of the permanent magnet are located at the base or apex of the triangle.

Gemäß einer alternativen Bauform ist der Permanentmagnet als Ganzes rechteckig, wobei durch die Pole des Magneten Dreiecke beschrieben sind. Eine Asymmetrie ist hierbei sowohl zur Längsachse als auch zur Querachse der Positionsmessvorrichtung gegeben.According to an alternative design, the permanent magnet is rectangular as a whole, with triangles being described by the poles of the magnet. In this case, there is an asymmetry both to the longitudinal axis and to the transverse axis of the position measuring device.

Ein nach Anspruch 7 ausgebildeter Lenkungsaktuator für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebseinheit, eine mittels der Antriebseinheit verschiebbare Stange, das heißt eine Schubstange, sowie einen zur Detektion der Position der Stange ausgebildete Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 1. Bei der Antriebseinheit kann es sich insbesondere um eine elektromechanische Antriebseinheit handeln, wobei diese ein mehrstufiges Getriebe, insbesondere eine Kombination aus einem Rotativ-Rotativ-Getriebe und einem Rotativ-Linear-Getriebe, umfassen kann. Prinzipiell ist die Positionsmessvorrichtung auch bei einer hydraulisch unterstützen Lenkung verwendbar.A steering actuator designed according to claim 7 for a motor vehicle comprises a drive unit, a rod that can be displaced by means of the drive unit, i.e. a push rod, and a position measuring device designed to detect the position of the rod according to claim 1. The drive unit can in particular be an electromechanical drive unit act, which can include a multi-stage gear, in particular a combination of a rotary-rotary gear and a rotary-linear gear. In principle, the position measuring device can also be used with a hydraulically assisted steering system.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lenkungsaktuators in vereinfachter, teilweise geschnittener Darstellung,
  • 2 Komponenten einer Positionsmessvorrichtung des Lenkungsaktuators nach 1,
  • 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lenkungsaktuators mit Positionsmessvorrichtung in Darstellungen analog 1 und 2.
Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:
  • 1 a first embodiment of a steering actuator in a simplified, partially sectioned representation,
  • 2 Components of a position measuring device of the steering actuator 1 ,
  • 3 and 4 a second exemplary embodiment of a steering actuator with a position measuring device in analogous representations 1 and 2 .

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Unless otherwise stated, the following explanations relate to both exemplary embodiments. Parts that correspond to one another or have the same effect in principle are marked with the same reference symbols in all figures.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Hinterachslenkung eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs arbeitet mit einem elektromechanischen Lenkungsaktuator 2. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion der Hinterachslenkung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.A rear-axle steering system of a motor vehicle, denoted overall by the reference numeral 1, works with an electromechanical steering actuator 2. With regard to the basic structure and the function of the rear-axle steering system 1, reference is made to the prior art cited at the outset.

Der Lenkungsaktuator 2 umfasst eine Schubstange 4, welche in einem Gehäuse 3 verschiebbar ist. Die Verschieberichtung der Schubstange 4, welche kurz auch als Stange bezeichnet wird, ist als Längsrichtung LR des Aktuators 2 definiert. Die Aktuatorlängsrichtung LR entspricht somit der Fahrzeugquerrichtung. Mit der Schubstange 4 sind gabelförmige Anschlusselemente 5 verbunden, die in an sich bekannter Weise zur Kopplung mit nicht dargestellten Fahrwerkselementen vorgesehen sind, um eine Lenkung der Hinterräder des Fahrzeugs zu ermöglichen. Faltenbälge zwischen den Anschlusselementen 5 und dem Gehäuse 3 sind mit 6 bezeichnet.The steering actuator 2 includes a push rod 4 which is displaceable in a housing 3 . The direction of displacement of the connecting rod 4 , which is also referred to as the rod for short, is defined as the longitudinal direction LR of the actuator 2 . The actuator longitudinal direction LR thus corresponds to the vehicle transverse direction. Fork-shaped connection elements 5 are connected to the connecting rod 4 and are provided in a manner known per se for coupling to chassis elements (not shown) in order to enable the rear wheels of the vehicle to be steered. Bellows between the connections ELEMENTS 5 and the housing 3 are denoted by 6.

Die Welle eines mit 7 bezeichneten Elektromotors des Lenkungsaktuators 2 ist parallel zur Schubstange 4 angeordnet, wobei der Elektromotor 7 im vorliegenden Fall an das Gehäuse 3 angebaut ist. Der Elektromotor 7 ist über eine mehrstufige Getriebeanordnung 8 mit der Schubstange 4 wirkverbunden. Die insgesamt als Antriebseinheit 18 bezeichnete Anordnung umfasst den Elektromotor 7 sowie die Getriebeanordnung 8. In den vorliegenden Fällen ist die Getriebeanordnung 8 aus einem Riementrieb oder Kettentrieb, das heißt Umschlingungsgetriebe, als Rotativ-Rotativ-Getriebe und einem diesem nachgeschalteten Rotativ-Linear-Getriebe in Form eines Planetenwälzgewindetriebes, eines Kugelgewindetriebs oder einer anderen Gewindetriebs aufgebaut.The shaft of an electric motor, designated 7, of the steering actuator 2 is arranged parallel to the connecting rod 4, the electric motor 7 being attached to the housing 3 in the present case. The electric motor 7 is operatively connected to the connecting rod 4 via a multi-stage gear arrangement 8 . The arrangement, referred to overall as the drive unit 18, comprises the electric motor 7 and the gear arrangement 8. In the present cases, the gear arrangement 8 consists of a belt drive or chain drive, i.e. a belt drive, as a rotary-rotary gear and a rotary-linear gear connected downstream of this Constructed in the form of a planetary roller screw drive, a ball screw drive or another screw drive.

Zur Erfassung der Position der Schubstange 4 ist eine Positionsmessvorrichtung 9 vorgesehen, welche einen Permanentmagneten 10 sowie einen Hall-Sensor 11 umfasst. Hierbei ist der Permanentmagnet 10 fest mit der Schubstange 4 und der Hall-Sensor 11 fest mit dem Gehäuse 3, welches in den 1 und 3 teilweise geöffnet dargestellt ist, verbunden. Der einzige Hall-Sensor 11 ist in Zusammenwirkung mit dem einzigen Permanentmagneten 10 in der Lage, die Einstellung des Lenkungsaktuators 2 im gesamten Stellbereich der Schubstange 4 zu detektieren. Der Permanentmagnet 10 weist in beiden Ausführungsbeispielen eine langgestreckte, sich in Längsrichtung LR erstreckende Grundform auf. Die hierzu orthogonale Querrichtung ist mit QR bezeichnet. MA bezeichnet die Magnetquerrichtung des Permanentmagneten 10. Der Hall-Sensor 11 erstreckt sich, wie aus den 2 und 4 hervorgeht, im Wesentlichen in Querrichtung QR. Die Ausdehnung des Hall-Sensors 11 in Längsrichtung LR ist geringer als der maximale Verschiebeweg der Schubstange 4.A position measuring device 9 , which includes a permanent magnet 10 and a Hall sensor 11 , is provided for detecting the position of the push rod 4 . Here, the permanent magnet 10 is fixed to the push rod 4 and the Hall sensor 11 fixed to the housing 3, which is in the 1 and 3 shown partially open. The single Hall sensor 11, in cooperation with the single permanent magnet 10, is able to detect the adjustment of the steering actuator 2 in the entire adjustment range of the connecting rod 4. In both exemplary embodiments, the permanent magnet 10 has an elongate basic shape extending in the longitudinal direction LR. The transverse direction orthogonal to this is denoted by QR. MA designates the transverse magnet direction of the permanent magnet 10. The Hall sensor 11 extends, as can be seen from FIGS 2 and 4 emerges, essentially in the transverse direction QR. The extent of the Hall sensor 11 in the longitudinal direction LR is less than the maximum displacement path of the push rod 4.

Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist der Permanentmagnet 10 in der dargestellten Draufsicht, mit Blickrichtung orthogonal zur Schubstange 4, die Form eines gleichschenkligen, spitzwinkligen Dreiecks 12 auf, dessen Spitze mit 13 und dessen Basis mit 14 bezeichnet ist. Hierbei ist eine Dreiecksform des Nordpols N gegeben, während der Südpol S desselben Magneten 10 ein Trapez beschreibt. Die Magnetquerrichtung MA entspricht im Fall von 1 und 2 der Querrichtung QR. Bezüglich einer zwischen den Südpol S und den Nordpol N gelegten Spiegelebene, zu welcher die Mittelachse der Stange 4 eine Flächennormale darstellt, ist der Permanentmagnet 10 asymmetrisch geformt. Diese Asymmetrie wirkt sich direkt auf die magnetischen Feldlinien aus und erleichtert die präzise Detektion der Lage der Schubstange 4 im gesamten Stellbereich des Lenkungsaktuators 2, ohne irgendeinen weiteren Magneten oder Sensor zu benötigen. Optional ist eine nicht dargestellte zusätzliche Sensorik am Elektromotor 7 vorhanden, mit welcher die Winkellage des Rotors der Elektromotors 7 erfassbar ist.In the embodiment according to 1 and 2 the permanent magnet 10 has the shape of an isosceles, acute-angled triangle 12 in the top view shown, viewed orthogonally to the push rod 4 , the tip of which is denoted by 13 and the base of which is denoted by 14 . In this case, the north pole N has a triangular shape, while the south pole S of the same magnet 10 describes a trapezium. The magnet transverse direction MA corresponds in the case of 1 and 2 the transverse direction QR. The permanent magnet 10 is shaped asymmetrically with respect to a mirror plane between the south pole S and the north pole N, to which the central axis of the rod 4 represents a surface normal. This asymmetry has a direct effect on the magnetic field lines and facilitates the precise detection of the position of the push rod 4 in the entire adjustment range of the steering actuator 2, without requiring any other magnet or sensor. An additional sensor system (not shown) is optionally present on the electric motor 7, with which the angular position of the rotor of the electric motor 7 can be detected.

Das Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 durch die Form des Permanentmagneten 10. Im Fall von 3 und 4 beschreibt der Permanentmagnet 10 insgesamt die Form eines Rechtecks 17. Die Magnetquerrichtung MA ist in diesem Fall durch eine Diagonale des Rechtecks 17 gegeben, welche die Grenze zwischen zwei rechtwinkligen Dreiecken 16 darstellt. Die Magnetquerrichtung MA ist hierbei um den Winkel gegenüber der Längsrichtung LR schräggestellt. Im Fall von 3 und 4 ist damit eine Asymmetrie des Permanentmagneten 10 sowohl gegenüber einer durch die Mittelachse der Schubstange 4 gelegten Spiegelebene als auch gegenüber einer hierzu orthogonalen Spiegelebene, das heißt einer Ebene, zu welcher die Schubstange 4 eine Flächennormale darstellt, gegeben.The embodiment according to 3 and 4 differs from the embodiment according to the 1 and 2 by the shape of the permanent magnet 10. In the case of 3 and 4 describes the permanent magnet 10 overall the shape of a rectangle 17. The magnet transverse direction MA is given in this case by a diagonal of the rectangle 17, which represents the boundary between two right-angled triangles 16. The magnet transverse direction MA is in this case inclined by the angle relative to the longitudinal direction LR. In the case of 3 and 4 there is thus an asymmetry of the permanent magnet 10 both in relation to a mirror plane laid through the central axis of the push rod 4 and in relation to a mirror plane orthogonal thereto, ie a plane to which the push rod 4 represents a surface normal.

Sowohl im Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 als auch im Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 handelt es sich bei dem Permanentmagneten 10 jeweils um ein gesondertes Bauteil. Alternativ ist die entsprechende Funktion der Positionsmessvorrichtung 9 auch mit einer Magnetisierung der Schubstange 4 realisierbar.Both in the embodiment after 1 and 2 as well as in the embodiment 3 and 4 the permanent magnet 10 is in each case a separate component. Alternatively, the corresponding function of the position measuring device 9 can also be implemented with a magnetization of the push rod 4 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Hinterachslenkungrear axle steering
22
Lenkungsaktuatorsteering actuator
33
GehäuseHousing
44
Schubstangepush rod
55
Anschlusselementconnection element
66
Faltenbalgbellows
77
Elektromotorelectric motor
88th
Getriebeanordnunggear arrangement
99
Positionsmessvorrichtungposition measuring device
1010
Permanentmagnetpermanent magnet
1111
Hall-SensorHall sensor
1212
Dreieck, gleichschenklig-spitzwinkligTriangle, isosceles-acute
1313
SpitzeTop
1414
BasisBase
1515
Trapeztrapeze
1616
Dreieck, rechtwinkligtriangle, right angle
1717
Rechteckrectangle
1818
Antriebseinheitdrive unit

Winkel

LR
Längsrichtung, Verschieberichtung
MA
Magnetquerrichtung
N
Nordpol
QR
Querrichtung der Positionsmessvorrichtung
S
Südpol
angle
LR
Longitudinal, direction of displacement
MA
magnet cross direction
N
North Pole
QR
Transverse direction of the position measuring device
S
South Pole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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  • EP 3559602 B1 [0009]EP 3559602 B1 [0009]

Claims (9)

Positionsmessvorrichtung, umfassend einen Permanentmagneten (10) sowie einen mit diesem zusammenwirkenden, relativ zum Permanentmagneten (10) verschiebbaren Hall-Sensor (11), dadurch gekennzeichnet, dass ein Hallsensor (11) fest mit einem Gehäuse (3) verbunden ist, in welchem eine Stange (4) verschiebbar geführt ist, wobei mit der Stange (4) ein einziger Permanentmagnet (10) verbunden ist, welcher zur Detektion der Position der Stange (4) über deren gesamten Verschiebebereich ausgebildet ist, und wobei der Permanentmagnet (10) zu mindestens einer der Achsen Längsachse, das heißt der durch die Verschieberichtung der Stange (4) vorgegebenen Achse, und Querachse, das heißt zur Verschieberichtung orthogonalen Achse, unsymmetrisch ausgebildet ist.Position measuring device, comprising a permanent magnet (10) and a Hall sensor (11) which interacts therewith and can be displaced relative to the permanent magnet (10), characterized in that a Hall sensor (11) is fixedly connected to a housing (3), in which a Rod (4) is guided in a displaceable manner, with a single permanent magnet (10) being connected to the rod (4), which is designed to detect the position of the rod (4) over its entire displacement range, and the permanent magnet (10) being at least one of the longitudinal axis, i.e. the axis predetermined by the direction of displacement of the rod (4), and the transverse axis, i.e. the axis orthogonal to the direction of displacement, is designed asymmetrically. Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10) mindestens ein Dreieck (12, 16) beschreibt.position measuring device claim 1 , characterized in that the permanent magnet (10) describes at least one triangle (12, 16). Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10) insgesamt als Dreieck (12) geformt ist.position measuring device claim 2 , characterized in that the permanent magnet (10) is shaped overall as a triangle (12). Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10) die Grundform eines gleichschenklig-spitzwinkligen Dreiecks (12) hat, dessen Symmetrieachse parallel zur Mittelachse der verschiebbaren Stange (4) angeordnet ist.position measuring device claim 3 , characterized in that the permanent magnet (10) has the basic shape of an isosceles acute-angled triangle (12) whose axis of symmetry is arranged parallel to the central axis of the displaceable rod (4). Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Pole (S, N) des Permanentmagneten (10) an der Basis (14) beziehungsweise Spitze (13) des Dreiecks (12) befinden.position measuring device claim 3 , characterized in that the two poles (S, N) of the permanent magnet (10) are located at the base (14) or tip (13) of the triangle (12). Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (10) als Ganzes rechteckig ist, wobei durch die Pole (S, N) des Magneten (10) rechtwinklige Dreiecke (16) beschrieben sind.position measuring device claim 2 , characterized in that the permanent magnet (10) is rectangular as a whole, right-angled triangles (16) being described by the poles (S, N) of the magnet (10). Lenkungsaktuator, umfassend eine Antriebseinheit (18), eine mittels der Antriebseinheit (18) verschiebbare Stange (4), das heißt Schubstange, sowie eine zur Detektion der Position der Stange (4) ausgebildete Positionsmessvorrichtung (9) nach Anspruch 1.Steering actuator, comprising a drive unit (18), a rod (4) displaceable by means of the drive unit (18), i.e. push rod, and a position measuring device (9) designed to detect the position of the rod (4). claim 1 . Lenkungsaktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebseinheit (18) eine elektromechanische Einheit vorgesehen ist.steering actuator claim 7 , characterized in that an electromechanical unit is provided as the drive unit (18). Lenkungsaktuator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Aktuator einer Hinterachslenkung (1) eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.steering actuator claim 7 or 8th , characterized in that this is designed as an actuator of a rear-axle steering (1) of a motor vehicle.
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