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WO2004070321A1 - Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung Download PDF

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WO2004070321A1
WO2004070321A1 PCT/DE2003/003379 DE0303379W WO2004070321A1 WO 2004070321 A1 WO2004070321 A1 WO 2004070321A1 DE 0303379 W DE0303379 W DE 0303379W WO 2004070321 A1 WO2004070321 A1 WO 2004070321A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
sensor
arrangement according
sensor arrangement
generator
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2003/003379
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Roepke
Volker Bosch
Bernd Wirnitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a setpoint generator can, for example, be a rotary switch whose current switching position is to be detected.
  • a potentiometer may be used, which has a sliding contact connected to the movable setpoint generator, which slides over a slip ring or a straight Abtastilambae.
  • a disadvantage of these sliding contacts is in particular their limited life and a deterioration of the accuracy of measurement due to wear after prolonged operation.
  • a position detection of a setpoint generator is to take place in a non-contact way, for example optical scanning methods can be used.
  • contactless position detection Hall sensors are further suitable, which can be designed as proximity switches, so that they provide a signal at a variation of a distance to a magnetic field generator or at a certain magnetic field strength.
  • a sensor arrangement according to the invention for non-contact position detection of a nominal value transmitter has a magnetic field sensor and a magnetic field generator, which are movable relative to one another.
  • the magnetic field generator supplies a magnetic field with a spatially variable magnetic field strength or flux density. This decreases in particular with increasing distance from the magnetic field generator.
  • the magnetic field sensor can thus provide an output signal dependent on the magnetic flux density of the magnetic field generator and thus on the distance to it.
  • the erf ⁇ ndungs contemporary sensor arrangement is particularly suitable as a setpoint generator in a switch of an electrical appliance o. The like., Where he can serve for the contactless detection of a switch position.
  • An advantage of the arrangement is, inter alia, the wear-free and thus age-resistant scanning of the actuator position, which is also possible with high accuracy and resolution.
  • the magnetic field sensor may be a Hall sender in which a voltage is generated that depends on the magnetic flux density that passes through it. The generated voltage thus directly provides a value for the magnetic flux density at the sensor position.
  • Hallgeber are very compact and provide accurate readings.
  • a magnetic field generator in particular a permanent magnet or a current-carrying coil can be used. Both a permanent magnet and a coil provide a magnetic field, which depends on the one hand on the geometric shape of the magnetic field generator as well as a spatial distance to this. With increasing distance, the magnetic field strength or the flux density weakens, so that the distance can be used as a measure of the position of the setpoint generator or the actuator.
  • An embodiment of the invention provides that the magnetic field generator coupled to the setpoint generator or the actuator and that the magnetic field sensor or Hall sender is arranged stationary.
  • An alternative embodiment of the invention provides that the magnetic field generator is arranged stationary and that the magnetic field sensor or Hall sender is coupled to the setpoint generator. According to one embodiment of the invention, a distance between the magnetic field generator and the magnetic field sensor or Hall sender is variable, so that the decreasing with increasing distance flux density can be used as a measure of the position of the setpoint generator or the actuator.
  • the magnetic field generator can be rotatable relative to the stationary sensor, so that the flux density, which is dependent on the geometric shape of the magnetic field generator, can be used to generate a variable sensor signal.
  • the effect is in the foreground that changes the direction of the magnetic flux passing through the sensor.
  • the component of the flow passing through the sensor perpendicularly and thus the flux density detected by the sensor also changes.
  • a particularly preferred variant of the invention provides for a displaceability of the magnetic field generator or of the permanent magnet transversely to the magnetic field sensor or to the Hall sensor.
  • the variable distance between the magnet and the Hall sender changes the magnetic flux density detected by the latter, with the effect here being that the direction of the magnetic flux passing through the sensor changes.
  • the component of the magnetic flux which passes perpendicularly through the sensor and thus the flux density detected by the sensor also changes.
  • the magnetic flux of the stationary or movable magnetic field generator can also be varied, for example by displacement of an iron or ferrite element within the magnetic circuit. It may also have an influence, i. a deflection and / or guidance of the magnetic flux through the sensor or past the sensor may be provided. This can be done conveniently by means of an iron or ferrite element.
  • the setpoint generator or the actuator may be, for example, a rotary encoder or a linear encoder.
  • the sensor arrangement according to the invention is suitable Thus, for different configurations contactless scanning setpoint generator.
  • the present invention is based on the effect of the magnetic field generated by a permanent magnet or a coil whose flux density can be detected by means of a sensor, in particular a Hall sensor.
  • the component of the flux density passing through the sensor perpendicularly or in the active direction or in the direction of its greatest sensitivity changes depending on the position of the magnet or the coil and of the sensor relative to one another and with their distance from one another. If, in the present context, a linear dependence of the Hall signal is mentioned, this does not necessarily mean the linear relationship between magnetic flux density and sensor output voltage, but rather the fact that the sensor output voltage becomes larger with increasing flux density or with decreasing flux density. This effect is in contrast to so-called.
  • Schalls Hall sensors with the two output signal levels "1" and "0" which can not be used as a rotary or linear encoder, but only as non-contact switch or limit o. The like.
  • FIG. 1 shows a first variant of a sensor arrangement according to the invention
  • FIGS. 2 to 4 show further alternative variants of a sensor arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates a first variant of a sensor arrangement according to the invention, which comprises a linearly movable actuator or a linearly movable setpoint generator 10 and a stationary magnetic field sensor 14.
  • the setpoint generator 10 may, for example, be a linear value transmitter of a switch or slider of an electrical appliance or the like.
  • the setpoint generator 10 includes a magnetic field generator 12, which is a permanent magnet 13 in the embodiment shown. This generates a spatially distributed and non-constant magnetic field whose magnetic flux density is indicated by means of the magnetic field lines 20 shown by way of example.
  • the magnetic field sensor 14 comprises a Hall sensor 16, which supplies a variable output voltage, which depends on the magnetic flux density of the magnetic field generator 12. If this is moved in a linear direction to the magnetic field sensor 14 or away from it, then the sensor output signal changes accordingly.
  • the Hall sensor 16 thus provides a variable voltage value, which depends on the distance of the permanent magnet 13 to the magnetic field sensor 14.
  • the first variant of the sensor arrangement according to the invention shows a linearly displaceable magnetic field generator 12 which can be moved toward or away from a magnetic field sensor 14.
  • the magnetic field sensor 14 is in this case on the axis of the Verschiebebe- movement, so that the Hall generator 16 can directly detect the distance-dependent magnetic flux density of the permanent magnet.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the sensor arrangement according to the invention, in which the magnetic field generator 12 of the setpoint generator 10 is displaceable transversely to the magnetic field sensor 14.
  • the magnetic field generator 12 may be a permanent magnet 13 in particular.
  • the magnetic field sensor 14 also here preferably comprises a Hall sensor 16, which can detect a variable magnetic flux density of the magnetic field generator. With variable distance of the magnet 13 to the Hall generator 16 inevitably changes the magnetic flux density detected by this.
  • the focus here is on the effect that the direction of the magnetic flux passing through the sensor 14 changes, as can be seen from the curved magnetic field lines 20.
  • the component of the magnetic flux passing through the sensor 14 and thus the flux density detected by the sensor 14 or the Hall sensor 16 also changes.
  • Figure 3 shows a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention, in which the magnetic field sensor 14 with the Hall sender 16 again fixed and the magnetic field generator 12 of the setpoint generator 10 is movably arranged.
  • the setpoint generator 10 and the actuator rotatably and not slidably disposed.
  • the magnetic field generator 12 or the permanent magnet 13 can rotate about its axis at a fixed distance from the magnetic field sensor 14, so that the magnetic field lines 20 and thus the magnetic flux detected at the magnetic field sensor 14 each changes, depending on which angular position the actuator currently occupies.
  • the sensor arrangement shown in Figure 3 is particularly suitable for a rotary encoder of a rotary switch o. The like., Which allows a non-contact detection of the angular position of the switch.
  • the magnetic field generator 12 can be arranged stationary and the magnetic field sensor 14 rotatably formed and connected to the setpoint generator 10.
  • a combination of the measuring principles may consist in that the magnetic field generator 12 is both linearly displaceable and rotatable.
  • the detection of the current position of the setpoint generator 10 is more difficult, since the Hall sensor 16 is able to detect only a resulting magnetic flux density, which may result in this case from a different angular position of the magnetic field generator 12 and its variable distance from the magnetic field sensor 14.
  • FIG. 4 shows an alternative design of the magnetic field generator 12, which in this case does not comprise a permanent magnet, but rather a coil 22, which can generate a variable magnetic field by means of voltage application.
  • This magnetic field is also variable by displacement of a Flußleitelements.
  • a displaceable flux guide plate or a displaceable core 24 may be considered as such flux guide element.
  • the core 24 may, for example, consist of iron or ferrite material. This flux guide provides a desired guidance or deflection of the magnetic flux.
  • either the coil 22 and / or the core 24 may be connected to the setpoint generator 10, so that the sensor signal detected at the magnetic field sensor 14 depends on its distance or angular position to the sensor 14.
  • the alternative embodiment of the magnetic field generator 12 shown in FIG. 4 can optionally be used for all three variants of the sensor arrangement described above.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur berührungslosen Positionserfassung eines Sollwertgebers, insbesondere eines Sollwertgebers in einem Schalter eines Elektrogeräts, mit einem Magnetfeldsensor und einem relativ zu diesem bewegbaren Magnetfelderzeuger, der eine räumlich veränderliche magnetische Flussdichte aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Magnetfeldsensor (14) ein, von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelderzeugers (12) abhängiges Ausgangssignal liefert.

Description

Sensoranordnung t>
Die Erfindung betrifft eine Sensor anordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Sensoranordnungen zur Positionserfassung von Sollwertgebern sind bekannt. Ein solcher Sollwertgeber kann bspw. ein Drehschalter sein, dessen aktuelle Schaltstellung erfasst werden soll. Zur Positionserfassung eines Sollwertgebers kann ein Potentiometer verwendet werden, das einen mit dem beweglichen Sollwertgeber verbundenen Schleifkontakt aufweist, der über einen Schleifring oder eine gerade Abtastiläche gleitet. Hiermit kann sowohl ein Sollwertgeber eines Drehschalters als auch eines Schiebeschalters eines Elektrogeräts oder dergleichen realisiert werden. Nachteilig an diesen Schleifkontakten ist insbesondere deren begrenzte Lebensdauer sowie eine Verschlechterung der Messgenauigkeit aufgrund von Verschleiß nach länger andauerndem Betrieb.
Soll eine Positionserfassung eines Sollwertgebers auf berührungslosem Wege erfolgen, können beispielsweise optische Abtastverfahren Verwendung finden. Zur berührungslosen Positionserfassung eignen sich weiterhin Hall- Sensoren, die als Näherungsschalter ausgebildet sein können, so dass sie bei einer Variation eines Abstandes zu einem Magnetfelderzeuger bzw. bei einer bestimmten Magnetfeldstärke ein Signal liefern.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur berührungslosen Positionserfassung eines Sollwertgebers weist einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfelderzeuger auf, die relativ zueinander bewegbar sind. Der Magnetfelderzeuger liefert ein Magnetfeld mit einer räumlich variablen Magnetfeld- stärke bzw. Flussdichte. Diese nimmt insbesondere mit zunehmendem Abstand vom Magnetfelderzeuger ab. Der Magnetfeldsensor kann somit ein von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelderzeugers und damit vom Abstand zu diesem abhängiges Ausgangssignal liefern. Die erfϊndungs gemäße Sensoranordnung eignet sich insbesondere als Sollwertgeber in einem Schalter eines Elektrogeräts o. dgl., wo er zur berührungslosen Erfassung einer Schalterstellung dienen kann. Vorteilhaft an der Anordnung ist u.a. die verschleißfreie und damit alterungsbeständige Abtastung der Stellgliedposition, die zudem mit hoher Exaktheit und Auflösung ermöglicht ist.
Der Magnetfeldsensor kann insbesondere ein Hallgeber sein, in dem eine Spannung erzeugt wird, die von der magnetischen Flussdichte abhängt, die ihn durchsetzt. Die erzeugte Spannung liefert somit unmittelbar einen Wert für die magnetische Flussdichte an der Sensorposition. Derartige Hallgeber sind sehr kompakt und liefern präzise Messwerte.
Als Magnetfelderzeuger kann insbesondere ein Permanentmagnet oder eine stromdurchflossene Spule eingesetzt werden. Sowohl ein Permanentmagnet als auch eine Spule liefern ein Magnetfeld, das einerseits von der geometri- sehen Form des Magnetfelderzeugers als auch von einem räumlichen Abstand zu diesem abhängt. Mit zunehmendem Abstand schwächt sich die Magnetfeldstärke bzw. die Flussdichte ab, so dass der Abstand als Maß für die Position des Sollwertgebers bzw. des Stellglieds verwendet werden kann.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das der Magnetfelderzeuger mit dem Sollwertgeber bzw. dem Stellglied gekoppelt und dass der Magnetfeldsensor bzw. der Hallgeber ortsfest angeordnet ist.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Magnetfelderzeuger ortsfest angeordnet und dass der Magnetfeldsensor bzw. der Hallgeber mit dem Sollwertgeber gekoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Abstand zwischen dem Magnetfelderzeuger und dem Magnetfeldsensor bzw. dem Hallgeber variabel, so dass die mit zunehmendem Abstand abnehmende Flussdichte als ein Maß für die Position des Sollwertgebers bzw. des Stellglieds verwendet werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Magnetfelderzeuger relativ zum ortsfesten Sensor drehbar sein, so dass die von der geometrischen Form des Magnetfelderzeugers abhängige Flussdichte zur Erzeugung eines variablen Sensorsignals genutzt werden kann. Hierbei steht der Effekt im Vordergrund, dass sich die Richtung des den Sensor durchsetzenden magnetischen Flusses ändert. Somit ändert sich auch die den Sensor senkrecht durchsetzende Komponente des Flusses und somit die vom Sensor erfasste Flussdichte.
Eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung sieht eine Verschiebbarkeit des Magnetfelderzeugers bzw. des Permanentmagneten quer zum Magnetfeldsensor bzw. zum Hallsensor vor. Mit variablem Abstand des Magneten zum Hallgeber ändert sich die von diesem erfasste magnetische Fluss- dichte, wobei hier der Effekt im Vordergrund steht, dass sich die Richtung des den Sensor durchsetzenden magnetischen Flusses ändert. Somit ändert sich auch die den Sensor senkrecht durchsetzende Komponente des magnetischen Flusses und somit die vom Sensor erfasste Flussdichte.
Alternativ zu den zuvor beschriebenen Ausfuhrungsformen kann auch der magnetische Fluss des ortsfesten oder bewegbaren Magnetfelderzeugers variiert werden, bspw. durch Verschiebung eines Eisen- oder Ferritelements innerhalb des magnetischen Kreises. Es kann auch eine Beeinflussung, d.h. eine Ablenkung und/oder Führung des magnetischen Flusses durch den Sen- sor oder am Sensor vorbei vorgesehen sein. Dies kann zweckmäßigerweise mittels eines Eisen- oder Ferritelements erfolgen.
Der Sollwertgeber bzw. das Stellglied kann bspw. ein Drehwertgeber oder ein Linearwertgeber sein. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung eignet sich somit für unterschiedliche Ausgestaltungen berührungslos abtastender Sollwertgeber.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Effekt des von einem Perma- nentmagneten oder einer Spule erzeugten Magnetfeldes, dessen Flussdichte mittels eines Sensors, insbesondere eines Hallsensors erfasst werden kann. Die den Sensor senkrecht bzw. in aktiver Richtung bzw. in Richtung seiner größten Empfindlichkeit durchsetzende Komponente der Flussdichte ändert sich je nach Stellung des Magneten bzw. der Spule und des Sensors zuein- ander sowie mit deren Abstand voneinander. Wenn im vorliegenden Zusammenhang von einer linearen Abhängigkeit des Hallsignals die Rede ist, ist damit nicht notwendigerweise der lineare Zusammenhang zwischen magnetischer Flussdichte und Sensorausgangsspannung gemeint, sondern vielmehr der Sachverhalt, das die Sensorausgangsspannung mit zunehmen- der Flussdichte größer bzw. mit abnehmender Flussdichte kleiner wird. Dieser Effekt steht im Gegensatz zu sog. schältenden Hallsensoren mit den zwei Ausgangssignalpegeln „1" und „0", die somit nicht als Dreh- oder Linearwertgeber eingesetzt werden können, sondern lediglich als berührungslose Schalter oder Grenzwertgeber o. dgl.
Wenn zudem im vorliegenden Zusammenhang von einer berührungslosen Erfassung einer Stellbewegung die Rede ist, so bezieht sich das lediglich auf das Sensorprinzip. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass innerhalb der Sensoranordnung eine schleifende Berührung von Bauteilen möglich ist, ohne dass das Prinzip der berührungslosen Positionserfassung dadurch verletzt ist. So können im Sollwertgeber bspw. Kunststoffbuchsen o. dgl. vorgesehen sein, die berührend aufeinander gleiten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Sensoranord- nung und
Figuren 2 bis 4 weitere alternative Varianten einer erfindungsgemäßen Sen- soranordnung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 verdeutlicht eine erste Variante einer erfmdungsgemäßen Sensoranordnung, die ein linear bewegliches Stellglied bzw. einen linear beweglichen Sollwertgeber 10 sowie einen ortsfesten Magnetfeldsensor 14 umfasst. Der Sollwertgeber 10 kann bspw. ein Linearwertgeber eines Schalters oder Schiebers eines Elektrogeräts o. dgl. sein. Der Sollwertgeber 10 umfasst einen Magnetfelderzeuger 12, der im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Permanentmagnet 13 ist. Dieser erzeugt ein räumlich verteiltes und nicht konstantes Magnetfeld, dessen magnetische Flussdichte mittels der beispiel- haft eingezeichneten Magnetfeldlinien 20 angedeutet ist.
Der Magnetfeldsensor 14 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Hallgeber 16, der eine veränderliche Ausgangsspannung liefert, die von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelderzeugers 12 abhängt. Wird dieser in linearer Richtung zum Magnetfeldsensor 14 bzw. von diesem weg bewegt, so ändert sich das Sensorausgangssignal entsprechend. Der Hallgeber 16 liefert somit einen variablen Spannungswert, der vom Abstand des Permanentmagneten 13 zum Magnetfeldsensor 14 abhängt.
Die erste Variante der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zeigt einen linear verschiebbaren Magnetfelderzeuger 12, der in Richtung auf einen Magnetfeldsensor 14 zu oder von diesem weg bewegt werden kann. Der Magnetfeldsensor 14 befindet sich hierbei auf der Achse der Verschiebebe- wegung, so dass der Hallgeber 16 unmittelbar die abstandsabhängige magnetische Flussdichte des Permanentmagneten detektieren kann.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensor- anordnung, bei welcher der Magnetfelderzeuger 12 des Sollwertgebers 10 quer zum Magnetfeldsensor 14 verschiebbar ist. Auch hier kann der Magnetfelderzeuger 12 insbesondere ein Permanentmagnet 13 sein. Der Magnetfeldsensor 14 umfasst auch hier vorzugsweise einen Hallgeber 16, der eine variable magnetische Flussdichte des Magnetfelderzeugers detektieren kann. Mit variablem Abstand des Magneten 13 zum Hallgeber 16 ändert sich zwangsläufig auch die von diesem erfasste magnetische Flussdichte. Allerdings steht hierbei der Effekt im Vordergrund, das sich die Richtung des den Sensor 14 durchsetzenden magnetischen Flusses ändert, wie dies anhand der gekrümmten Magnetfeldlinien 20 erkennbar ist. Somit ändert sich auch die den Sensor 14 senkrecht durchsetzende Komponente des magnetischen Flusses und somit die vom Sensor 14 bzw. vom Hallgeber 16 erfasste Flussdichte.
Alternativ zu den in Figuren 1 und 2 gezeigten Sensoranordnungen mit fest stehendem Magnetfeldsensor 14 und verschiebbarem Magnetfelderzeuger 12 kann auch eine umgekehrte Anordnung gewählt werden, bei welcher der Magnetfelderzeuger 12 ortsfest angeordnet und der Magnetfeldsensor 14 relativ zu diesem verschiebbar ist. In diesem Fall ist der Magnetfeldsensor 14 mit dem verschiebbaren Stellglied 10 gekoppelt.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, bei welcher der Magnetfeldsensor 14 mit dem Hallgeber 16 wiederum ortsfest und der Magnetfelderzeuger 12 des Sollwertgebers 10 beweglich angeordnet ist. Allerdings ist hierbei der Sollwertgeber 10 bzw. das Stellglied drehbar und nicht verschiebbar angeordnet. Der Magnetfelderzeuger 12 bzw. der Permanentmagnet 13 kann hierbei in festem Abstand zum Magnetfeldsensor 14 um seine Achse rotieren, so dass sich die Magnetfeldlinien 20 und damit der am Magnetfeldsensor 14 erfasste magnetische Fluss jeweils ändert, je nachdem, welche Winkelstellung das Stellglied aktuell einnimmt.
Die in Figur 3 gezeigte Sensoranordnung eignet sich insbesondere für einen Drehwertgeber eines Drehschalters o. dgl., der eine berührungslose Erfassung der Winkelstellung des Schalters ermöglicht. Auch hier kann in einer alternativen Ausbildung der Magnetfelderzeuger 12 ortsfest angeordnet und der Magnetfeldsensor 14 drehbar ausgebildet und mit dem Sollwertgeber 10 verbunden sein.
Eine Kombination der Messprinzipien kann darin bestehen, dass der Magnetfelderzeuger 12 sowohl linear verschiebbar als auch drehbar ist. Allerdings ist hierbei die Erfassung der aktuellen Position des Sollwertgebers 10 schwieriger, da der Hallgeber 16 lediglich eine resultierende magnetische Flussdichte zu erfassen vermag, die in diesem Fall von einer unterschiedlichen Winkelstellung des Magnetfelderzeugers 12 als auch von dessen variablem Abstand zum Magnetfeldsensor 14 herrühren kann.
Figur 4 zeigt schließlich eine alternative Ausbildung des Magnetfelderzeu- gers 12, der in diesem Fall keinen Permanentmagneten, sondern eine Spule 22 umfasst, die mittels Spannungsbeaufschlagung ein veränderliches Magnetfeld erzeugen kann. Dieses Magnetfeld ist darüber hinaus durch Verschiebung eines Flussleitelements veränderbar. Als derartiges Flussleitele- ment kommt bspw. ein verschiebbares Flussleitblech oder ein verschiebba- rer Kern 24 in Frage. Der Kern 24 kann bspw. aus Eisen- oder Ferritmaterial bestehen. Dieses Flussleitelement sorgt für eine gewünschte Führung oder Ablenkung des magnetischen Flusses.
Bei der gezeigten Sensoranordnung kann wahlweise die Spule 22 und/oder der Kern 24 mit dem Sollwertgeber 10 verbunden sein, so dass das am Magnetfeldsensor 14 erfasste Sensorsignal von dessen Abstand oder Winkelstellung zum Sensor 14 abhängt. Die in Figur 4 gezeigte alternative Ausbildung des Magnetfelderzeugers 12 kann wahlweise für alle drei zuvor beschriebenen Varianten der Sensoranordnung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung zur berührungslosen Positionserfassung eines Sollwert- gebers, insbesondere eines Sollwertgebers in einem Schalter eines Elektrogeräts, mit einem Magnetfeldsensor und einem relativ zu diesem bewegbaren Magnetfelderzeuger, der eine räumlich veränderliche magnetische Flussdichte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (14) ein, von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelderzeugers (12) abhängiges Ausgangssignal liefert.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (14) ein, von der den Sensor (14) senkrecht bzw. in aktiver Richtung bzw. in Richtung seiner größten Empfindlichkeit durchsetzen- de Komponente der magnetischen Flussdichte des Magnetfelderzeugers (12) abhängiges Ausgangssignal liefert.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (14) ein Hallgeber (16) ist.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (12) ein Permanentmagnet (13) ist.
5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (12) eine Spule (22) ist.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (12) mit dem Sollwertgeber (10) gekoppelt ist.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (14) bzw. der Hallgeber (16) ortsfest angeordnet ist.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (14) bzw. der Hallgeber (16) mit dem Sollwertgeber (10) gekoppelt ist.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (12) ortsfest angeordnet ist.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Magnetfelderzeuger (12) und dem Magnetfeldsensor (14) bzw. dem Hallgeber (16) variabel ist.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (12) relativ zum ortsfesten Magnetfeldsensor (14) bzw. Hallgeber (16) drehbar ist.
12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Flussdichte des ortsfesten oder bewegbaren Magnetfelderzeugers (12) variabel ist.
13. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Sensor (14) in aktiver Richtung durchsetzende Komponente der magnetischen Flussdichte variabel ist.
14. Sensoranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Flussdichte des Magnetfelderzeugers (12) mittels eines relativ zu diesem bewegbaren Flussleitelements veränderbar ist.
15. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Flussdichte des Magnetfelderzeugers (12) mittels eines relativ zu diesem bewegbaren Kerns (24), insbesondere eines Eisen- oder Ferritelements veränderbar ist.
16. Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (10) ein Drehwertgeber ist.
17. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (10) ein Lmearwertgeber ist.
PCT/DE2003/003379 2003-01-29 2003-10-10 Sensoranordnung Ceased WO2004070321A1 (de)

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DE2003103363 DE10303363A1 (de) 2003-01-29 2003-01-29 Sensoranordnung

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