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WO2009021792A1 - Wegsensor - Google Patents

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Publication number
WO2009021792A1
WO2009021792A1 PCT/EP2008/059090 EP2008059090W WO2009021792A1 WO 2009021792 A1 WO2009021792 A1 WO 2009021792A1 EP 2008059090 W EP2008059090 W EP 2008059090W WO 2009021792 A1 WO2009021792 A1 WO 2009021792A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flux
piece
transducer element
magnet
sensor according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/059090
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arno Wehle
Wolfgang Welsch
Michael Kleinknecht
Klaus Walter
Joerg Siedentopf
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
Priority to CN200880103098A priority Critical patent/CN101779305A/zh
Priority to EP08786087A priority patent/EP2188854A1/de
Publication of WO2009021792A1 publication Critical patent/WO2009021792A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01D5/147—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 movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other

Definitions

  • the invention is based on a displacement sensor according to the preamble of the independent claim.
  • a displacement sensor with a magnetoelectric transducer element is already known. It consists of a magnetoelectric transducer element and a magnetic circuit of at least one flux guide and a magnet, in which at a small size by the movement of an element a measurable with the transducer element influencing the magnetic flux is effected.
  • the flux guides and the transducer element are located during the distance measurement to each other in an unchanged position, these parts and the at least one magnet are movable relative to each other.
  • a change of the evaluable by the transducer element magnetic field is caused by a change of the air gap in the magnetic circuit during the movement of the magnet.
  • the flux conducting pieces of the magnetic circuit have such a contour enclosing the path of the magnet that, due to the change in the width of the air gap in the trajectory, a specifiable signal curve results in the transducer element.
  • the displacement sensor according to the invention according to the features of the independent claim has the advantage that thanks to the rotatable arrangement of the flux along the detection direction and the way rotatably mounted parts can be detected. Furthermore, by appropriate design of the flux piece, a linear characteristic curve of the displacement sensor can be achieved.
  • the flux piece is formed rotationally symmetrically along the axis of rotation. This ensures that, irrespective of a possible rotation of the flux piece, the respective position of the flux piece can be reliably detected.
  • the air gap is influenced only path-dependent, but not rotation-dependent in the same way.
  • FIG. 1 shows a side view of the displacement sensor
  • FIG. 2 shows a plan view of the displacement sensor
  • FIG. 3 shows a plan view of an alternative exemplary embodiment with two transducer elements and two magnets
  • FIG. 4 shows a plan view of another alternative exemplary embodiment with about 90 °
  • Figure 5 shows a plan view of a displacement sensor with an L-shaped flux guide
  • Figure 6 is a plan view of another embodiment with a U-shaped flux guide
  • Figure 7 is a plan view of a further embodiment in which the flux is guided by means of two flux guide elements
  • the figure 8 is a plan view of another embodiment, at the magnet and transducer element are arranged separately from each other
  • Figure 9 shows the top view of an arrangement with redundant
  • Figure 11 shows the corresponding plan view of the embodiment of Figure 10
  • Figure 12 is a perspective view of a substantially conically shaped river piece
  • Figure 13 is another 12 is a signal-path diagram
  • FIG. 15 is a side view of an alternative, symmetrically designed flux-conducting element with two transducer elements
  • FIG. 16 shows the associated position-dependent signal characteristics of FIG
  • Transducer elements according to the arrangement of Figure 15 and Figure 17 shows a schematic arrangement of the displacement sensor in conjunction with a pedal.
  • a flux piece 13 of substantially parabolic design in cross-section is displaceably arranged along a detection direction 14 with respect to a magnet 10 and a transducer element 20 in front of it.
  • the flux piece 13 can also rotate about an axis of rotation 16 in addition to a movement in the detection direction 14.
  • the rotation axis 16 is formed substantially parallel to the detection direction 14.
  • an air gap Ll is formed between converter 20 and outer contour of the flow piece 13.
  • the air gap Ll changes when the flux piece 13 moves relative to the transducer 20 in the detection direction 14.
  • the air gap Ll does not change when the flow piece 13 rotates about the rotation axis 16 without displacement in the detection direction 14.
  • FIG. 3 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 2 by a redundant design of magnet 10 and transducer element 20.
  • magnet 10 and transducer element 20 are arranged on the opposite side of the flux piece 13 .
  • the two magnets 10, 11 generate field lines of identical orientation, that is, the
  • Magnetic poles N, S of the two magnets 10, 11 are oriented in the same way.
  • the minimum distance between the second transducer 21 and outer contour of the flow piece defines a second air gap L2.
  • the magnetic circuit or the magnetic flux is deliberately guided by a flux guide element 18.
  • the flux guide element 18 has an essentially L-shaped design and picks up the magnetic flux directly on the magnet 10, guiding it via the flux piece 13 next lying point the river piece 13 to.
  • the flux piece 13 closes the magnetic circuit to the transducer element 20.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 in particular in that the flux-conducting element 18 is now substantially U-shaped. At one end of the flux guide 18 there is the magnet 10, at the opposite end the transducer element 20.
  • Magnetic circuit extends via the flux guide 18, the transducer element 20, the second air gap L2, the flux piece 13, the first air gap Ll and the magnet 10 back into the flux guide 18.
  • the air gap changes Ll between the magnet 10 and the flow piece 13 on the one hand and the air gap L2 between the transducer element 20 and the flow piece 13 in the same manner.
  • magnet 10 and transducer element 20 are arranged relatively close to the flux piece 13, so that the magnetic circuit is also closed via these elements.
  • the flux guiding element 18 consists of two parts.
  • the upper part is arranged in the immediate vicinity of the magnet 10 and supplies the magnetic flux to the flux piece 13 via an air gap at the end of the flux guide element 18.
  • the magnetic circuit closes through the lower part of the flux-conducting element 18, which leads the magnetic flux via a further air gap L2 at the lower end of the flux piece 13 via the transducer element 20.
  • the air gaps L1, L2 between the respective ends of the flux-conducting element 18 and the flux piece 13 change in the same way during a change in position of the flux piece 13 along the detection direction 14.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 8 differs from that of FIG. 7 in that now the transducer element 20 is arranged directly between the flux piece 13 and the lower end of the flux guide element 18.
  • the flux guide 18 is again formed in two parts and now encloses the respective poles of the magnet 10 from above or below.
  • the magnetic flux-in addition to the transducer element 20- is detected redundantly by another transducer element 21.
  • the further transducer element 21 is arranged between the transducer element 20 and the flux piece 13.
  • the magnet 10 is located behind the transducer element 20.
  • a tube 24, which is shown in cross-section, is provided, which is fixedly connected to the flux piece 13.
  • Tube 24 in turn could be mounted in a fixed cylinder, not shown, so that tube 24 and flow piece 13 can move linearly in the detection direction 14 or rotating about the rotation axis 16 parallel to the detection direction 14.
  • the corresponding plan view is shown in FIG. 11 with the associated arrangement of the magnet 10 behind the transducer element 20.
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment of the flux piece 13. It has a substantially conical shape and runs in a cylindrical end region. Schematically indicated is the pipe section enclosing the flow piece. According to FIG. 13, in addition to the converter element 20 and the magnet 10, a substantially U-shaped flux guide 18 is shown. This arrangement is particularly advantageous because the total air gap L1 + L2 is independent of the position of the flux piece 13, as long as it shifts along an imaginary axis between the two transducers 20, 21 transversely to the detection direction 14.
  • the output signal O of the transducer element 20 as a function of the path x in the detection direction 14 is shown in FIG.
  • a linear relationship between path x and output signal O of the transducer element 20 can be detected on the basis of the suitable outer contour design of the flux piece 13.
  • the flux piece 13 consists of two paraboloids 13, 13 ', which are placed against one another on the end side, whose diameter increases first along the detection direction 14 and then decreases.
  • the detection direction 14 are now two transducer elements 20, 21 in front of the magnet
  • FIG. 17 shows the schematic structure of the displacement sensor for position detection of a pedal 28.
  • the pedal 28 is mounted pivotably about a bearing 26 substantially and moves via a coupling 30, the flow piece 13 with surrounding tube 24 with respect to the magnet 10 with superior
  • the embodiments shown in the figures operate as follows.
  • a change in the direction of the flow piece 13 along the detection direction 14 results in the selected parabolic outer contour of the flow piece 13 in an altered air gap Ll between transducer element 20 and flow piece 13.
  • the magnetic flux, the transducer element 20, for example changes a Hall element, detected.
  • Part of the corresponding magnetic circuit is also a magnet 10, for example a permanent magnet whose magnetic poles are oriented so that the field lines be returned by the transducer element 20, air gap Ll, flow piece 13 and again via the magnet 10.
  • the flux piece 13 is constructed as a rotationally symmetrical body.
  • rotation of the flux piece 13 about the rotation axis 16 does not result in a change in the air gap L 1 between the outer contour of the flux piece 13 and the transducer element 20.
  • the corresponding rotation arrow indicates the mounting of the flux piece 13 about the rotation axis 16.
  • the rotation axis 16 is oriented substantially parallel to the detection direction 14. If the flux piece 13 shifts along the detection direction 14, then the transducer element 20 changes the output signal according to the characteristic curve according to FIG. 13 - independently of a possible one
  • the outer contour of the flux piece 13 is selected so that a linear relationship between the output signal O of the transducer element 20 and the path x is established.
  • the parabolic outer contour of the flow piece 13 has been found to be particularly favorable.
  • the flux piece 13 is made of a ferromagnetic material, such as steel, as part of the magnetic circuit.
  • Transducer element 21 suitably arranged, wherein it preferably has the same air gap L2 to the flux piece 13 as the first transducer element 20.
  • a first magnetic circuit is formed via the first magnet 10, first transducer element 20, first air gap Ll, and the corresponding portion of the flux piece 13,
  • a second magnetic circuit is formed via the second magnet 11, the second transducer element 21, the second air gap L2, wherein the second magnetic circuit is closed via the flux guide 13.
  • the two transducer elements 20, 21 now independently and parallel to each other detect the position of the flux piece 13th in the manner described in connection with the first embodiment.
  • Magnetic circuits change during a movement of the flux piece 13 in the detection direction 14 in the same way. If one transducer element 20 fails, the further transducer element 21 detects the position of the flux piece 13, so that a fault-tolerant operation can be ensured.
  • the output signals of the two transducers 20, 21 are preferably added together and then averaged. The resulting output signal serves to determine the path x. If the second transducer element 21 is located opposite the first transducer element 20, an independence of the sum signal of the two transducers 20,
  • a flux guide element 18 is now additionally provided, which serves for the targeted guidance and introduction or removal of the magnetic field into or out of the flux piece 13.
  • the field lines are selectively guided over the transducer element 20, magnet 10, the L-shaped Flußleit- element 18 to the end, where it overcomes the minimum distance over the air gap L2 towards the flux piece 13, so that closed the magnetic circuit becomes.
  • the geometric structure of the arrangement can be selectively influenced and adapted to different installation spaces and conditions. The flexibility of the arrangement is very large. In addition, there is a large magnetically stable stroke and thus a larger measurement signal.
  • FIG. 6 the flux conducting element 18 now ends at the side opposite the transducer element 20, via which the field lines of the magnetic field are guided into the flux piece 13.
  • two flux guide elements 18 are now provided which specifically guide the field lines between flux guide element and magnet 10 or transducer element 20.
  • the degrees of freedom of the geometric arrangement of magnet 10 and transducer element 20 can be correspondingly increased by the flux guide elements 18. This is also evident from FIG. 8, where the permanent magnet 10 is arranged spatially separated from the transducer element 20 and is only magnetically connected to it by the flux guide element 18.
  • the arrangements of Figures 3, 6, 7, 8, 13 are fault tolerant, because the total air gap Ll + L2, formed from the sum of the first and second air gap Ll + L2, remains constant with small displacements of the flow piece 13 across the detection direction 14 along an imaginary axis between the two air gaps Ll, L2. If, for example, the flux 13 moves slightly vertically upwards in the plane of the drawing, the air Ll decreases by this shift less, while the second air gap L2 increases by this shift. However, the total air gap Ll + L2 does not change.
  • FIG. 9 shows a further redundant possibility of signal detection, in that now two converter elements 20, 21 are arranged one behind the other. They detect in parallel the magnetic field influenced by the change in position of the flux guide 13.
  • the tube 24 surrounding the flow piece 13 is additionally shown.
  • the tube 24, which is generally firmly connected to the flow piece 13, does not influence the magnetic circuit, since it consists of a non-ferromagnetic material, for example of aluminum.
  • the tube 24 is particularly suitable for a simplified storage of the displacement sensor in a cylindrical counterpart. To increase the degree of freedom of the arrangement is required that a position detection of the flux piece 13 must be ensured even when it rotates about the axis of rotation 16. This is achieved by the rotationally symmetrical structure of the flux piece 13.
  • the flux piece 13 is now substantially cone-shaped with a cylindrical end termination. It is essential in the design of the flux piece 13 that the outer diameter always changes with a displacement along the detection direction 14, so that the associated air gap L 1, which influences the magnetic field to be detected, is also constantly changing. A cone shape is particularly easy to produce.
  • the cylindrical end region serves, in particular, to make full use of the measuring range of the flowpiece contour, in particular, a drop in the signal is prevented. This is largely avoided by the shown cylindrical end section. In this area, however, no position detection is possible on the other side.
  • the selected in Figure 15 shape of the flux piece 13 is favored.
  • On the one hand there is an unambiguous route detection possible over the entire route.
  • Each of these transducer elements 20, 21 detects the path-dependent output signal, which can then be processed in a higher-level control unit by means of appropriate signal processing algorithms to form a path signal with a double signal swing.
  • the corresponding signal profiles of the two transducer elements 20, 21 are shown in FIG. 16.
  • the described displacement sensor is particularly suitable for position detection in pedals.
  • the pedal 28 is mechanically coupled via a coupling 30 mounted in the bearing 26 to the tube 24 and the flow piece 13 located therein.
  • a change in the pedal 28 leads to a displacement of the flux piece 13 in the detection direction 14.
  • the air gap between the transducer element 20 and flux piece 13 changes.
  • the corresponding output signal of the transducer element 20 indicates the corresponding position of the flux piece relative to the transducer element 20 and thus corresponds to the position of the pedal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Wegsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussstück (13) und mindestens einem Magneten (10) vorgeschlagen, bei dem durch eine Positionsänderung in Detektionsrichtung (16) des Flussleitstücks (13) relativ zum Wandlerelement (20, 21) eine mit dem Wandlerelement (20, 21) messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird. Das Flussstück (13) ist um eine Rotationsachse (16) rotierbar, die im Wesentlichen der Detektionsrichtung (16) entspricht.

Description

Wegsensor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Wegsensor nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der WO 03/062741 ist bereits ein Wegsensor mit magnetoelektrischem Wandlerelement bekannt. Er besteht aus einem magnetoelektrischem Wandlerelement und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussleit- stück und einem Magneten, bei dem bei geringer Baugröße durch die Bewegung eines Elements eine mit dem Wandlerelement messbare Beeinflussung des Magnetflusses bewirkt wird. Die Flussleitstücke und das Wandlerelement befinden sich während der Wegmessung zueinander in einer unveränderten Lage, wobei diese Teile und der mindestens eine Magnet relativ zueinander bewegbar sind. Eine Veränderung des vom Wandlerelement auswertbaren Magnetfelds wird durch eine Veränderung des Luftspalts im Magnetkreis während der Bewegung des Magneten bewirkt. Hierbei weisen die Flussleitstücke des Magnetkreises eine solche die Bahn des Magneten einschließende Kontur auf, dass sich aufgrund der Änderung der Breite des Luftspalts im Bahnverlauf ein vorgebbarer Signalverlauf im Wandlerelement ergibt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Sensorprinzip auch für solche Anwendungen zu erschließen, bei denen die Position eines um die Linearbewegungsachse drehbaren Teils erfasst werden soll. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Wegsensor gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass dank der rotierbaren Anordnung des Flussstücks entlang der Detektionsrichtung auch der Weg drehbar gelagerter Teile detektiert werden kann. Weiterhin kann durch entsprechende Auslegung des Flussstücks ein linearer Kennlinienverlauf des Wegsensors erreicht werden.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Flussstück rotationssymmetrisch entlang der Rotationsachse ausgebildet ist. Damit wird sichergestellt, dass unabhängig von einer möglichen Drehung des Flussstückes sicher die jeweilige Position des Flussstücks detektiert werden kann. Der Luftspalt wird nur wegabhängig, nicht jedoch rotationsabhängig in gleicher Art und Weise be- einflusst.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wegsensors ist in der Zeich- nung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen: die Figur 1 eine Seitenansicht des Wegsensors, die Figur 2 eine Draufsicht auf den Wegsensor, die Figur 3 eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel mit zwei Wandlerelementen und zwei Magneten, die Figur 4 eine Draufsicht auf eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiel mit um 90° versetzen Wandlerelementen und Magneten, die Figur 5 eine Draufsicht auf einen Wegsensor mit einem L-förmig ausgeprägten Flussleitelement, die Figur 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem U-förmig ausgebildeten Flussleitelement, die Figur 7 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Flussführung mittels zweier Flussleitelemente erfolgt, die Figur 8 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem Magnet und Wandlerelement getrennt voneinander angeordnet sind, die Figur 9 die Draufsicht auf eine Anordnung mit redundanter
Signalerfassung mit Hilfe zweier Wandlerelemente, die Figur 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit in einem Rohr gelagerten Flussleitstück, die Figur 11 die entsprechende Draufsicht zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10, die Figur 12 eine perspektivische Darstellung eines im Wesentlichen kegelförmig geformten Flussstücks, die Figur 13 eine weitere perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß Figur 12 mit einem Flussleitelement, die Figur 14 ein Signal-Weg-Diagramm, die Figur 15 eine Seitenansicht eines alternativen, symmetrisch ausge- bildeten Flussleitelements mit zwei Wandlerelementen, die Figur 16 die zugehörigen positionsabhängigen Signalverläufe der
Wandlerelemente gemäß der Anordnung nach Figur 15 sowie die Figur 17 eine schematische Anordnung des Wegsensors in Verbindung mit einem Pedal.
Gemäß Figur 1 ist ein im Querschnitt im Wesentlichen parabelförmig ausgebildetes Flussstück 13 entlang einer Detektionsrichtung 14 gegenüber einem Magneten 10 und einem davorstehenden Wandlerelement 20 verschiebbar angeordnet. Das Flussstück 13 kann neben einer Bewegung in Detektionsrichtung 14 auch um eine Rotationsachse 16 rotieren. Die Rotationsachse 16 ist im Wesentlichen parallel zur Detektionsrichtung 14 ausgebildet. Zwischen Wandler 20 und Außenkontur des Flussstücks 13 bildet sich ein Luftspalt Ll aus. Der Luftspalt Ll verändert sich, wenn sich das Flussstück 13 gegenüber dem Wandler 20 in Detektionsrichtung 14 verschiebt. Der Luftspalt Ll ändert sich jedoch nicht, wenn das Flussstück 13 um die Rotationsachse 16 rotiert ohne Verschiebung in Detektionsrichtung 14. Die Anordnung nach Figur 1 ist nun in der Draufsicht gemäß Figur 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Flussstück 13 in der Draufsicht einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und somit rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 16 als Paraboloid ausgebildet ist. Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 nun durch eine redundante Ausführung von Magnet 10 und Wandlerelement 20. So befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Flussstücks 13 ein weiteres Wandlerelement 21 mit dahinter angeordneten weiteren Magneten 11. Die bei- den Magnete 10, 11 erzeugen Feldlinien identischer Ausrichtung, das heißt, die
Magnetpole N, S der beiden Magnete 10, 11 sind in der selben Weise orientiert. Der minimale Abstand zwischen zweitem Wandler 21 und Außenkontur des Flussstücks definiert einen zweiten Luftspalt L2.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 unterscheidet sich von demjenigen der
Figur 3 lediglich um eine um 90° versetzte Anordnung von Magnet 10, Wandlerelement 20 gegenüber dem weiteren Magneten 11 mit weiterem Wandlerelement 21.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist der Magnetkreis bzw. der magnetische Fluss gezielt geführt durch ein Flussleitelement 18. Das Flussleitelement 18 ist im Wesentlichen L-förmig ausgebildet und greift den magnetischen Fluss am Magnet 10 unmittelbar ab, führt ihn über die dem Flussstück 13 am nächsten liegende Stelle dem Flussstück 13 zu. Das Flussstück 13 schließt den Magnetkreis zum Wandlerelement 20 hin.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 5 insbesondere dadurch, dass das Flussleitelement 18 nun im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Am einen Ende des Flussleitelements 18 befindet sich der Magnet 10, am gegenüberliegenden Ende das Wandlerelement 20. Der
Magnetkreis verläuft über das Flussleitelement 18, das Wandlerelement 20, den zweiten Luftspalt L2, das Flussstück 13, den ersten Luftspalt Ll und den Magneten 10 wieder zurück in das Flussleitelement 18. Wird das Flussstück 13 in De- tektionsrichtung 14 verschoben, ändert sich der Luftspalt Ll zwischen Magnet 10 und Flussstück 13 einerseits und der Luftspalt L2 zwischen Wandlerelement 20 und Flussstück 13 in der gleichen Weise. Bei einer Rotation des Flussstücks 13 um die Rotationsachse 16 verändern sich die oben genannten Luftspalte Ll und L2 nicht. Weiterhin sind Magnet 10 und Wandlerelement 20 relativ nah am Flussstück 13 angeordnet, so dass über diese Elemente auch der Magnetkreis ge- schlössen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 besteht das Flussleitelement 18 aus zwei Teilen. Der obere Teil ist in unmittelbarer Nachbarschaft zum Magneten 10 angeordnet und führt den magnetischen Fluss über einen Luftspalt am Ende des Flussleitelements 18 dem Flussstück 13 zu. Der Magnetkreis schließt sich durch den unteren Teil des Flussleitelements 18, das den magnetischen Fluss über einen weiteren Luftspalt L2 am unteren Ende des Flussstückes 13 über das Wandlerelement 20 führt. Die Luftspalte Ll, L2 zwischen den jeweiligen Enden des Flussleitelements 18 und dem Flussstück 13 ändern sich bei einer Positionsän- derung des Flussstückes 13 entlang der Detektionsrichtung 14 in gleicher Weise.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 unterscheidet sich von demjenigen der Figur 7 darin, dass nun das Wandlerelement 20 unmittelbar zwischen dem Flussstück 13 und dem unteren Ende des Flussleitelements 18 angeordnet ist. Das Flussleitelement 18 ist wiederum zweigeteilt ausgebildet und umschließt nun die jeweiligen Pole des Magneten 10 von oben beziehungsweise unten.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 wird der magnetische Fluss - neben dem Wandlerelement 20 - durch ein weiteres Wandlerelement 21 redundant erfasst. Das weitere Wandlerelement 21 ist zwischen dem Wandlerelement 20 und dem Flussstück 13 angeordnet. Der Magnet 10 befindet sich hinter dem Wandlerelement 20.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 ist ein im Querschnitt dargestelltes Rohr 24 vorgesehen, welches mit dem Flussstück 13 fest verbunden ist. Das
Rohr 24 wiederum könnte in einem nicht dargestellten feststehenden Zylinder gelagert sein, so dass sich Rohr 24 und Flussstück 13 linear in Detektionsrichtung 14 oder rotierend um die Rotationsachse 16 parallel zur Detektionsrichtung 14 bewegen können. Die entsprechende Draufsicht ist in der Figur 11 dargestellt mit der zugehörigen Anordnung des Magneten 10 hinter dem Wandlerelement 20.
Figur 12 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Flussstücks 13. Es ist im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet und läuft in einem zylinderförmigen Endbereich aus. Schematisch angedeutet ist das das Flussstück 13 umschließende Rohr 24. Gemäß Figur 13 ist neben dem Wandlerelement 20 und dem Magneten 10 ein im Wesentlichen U-förmiges Flussleitelement 18 gezeigt. Diese Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil der Gesamtluftspalt Ll + L2 unabhängig ist von der Lage des Flussstücks 13, sofern sich dieses entlang einer gedachten Achse zwischen den beiden Wandlern 20, 21 quer zur Detektionsrich- tung 14 verschiebt.
Das Ausgangssignal O des Wandlerelements 20 in Abhängigkeit von dem Weg x in Detektionsrichtung 14 ist in Figur 14 gezeigt. Es lässt sich ein linearer Zusammenhang zwischen Weg x und Ausgangssignal O des Wandlerelements 20 er- kennen aufgrund der geeigneten Außenkonturgestaltung des Flussstücks 13.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 15 besteht das Flussstück 13 aus zwei stirnseitig aneinander gesetzten Paraboloiden 13, 13', deren Durchmesser entlang der Detektionsrichtung 14 zuerst zu- und dann abnehmen. Entlang der Detektionsrichtung 14 sind nun zwei Wandlerelemente 20, 21 vor dem Magneten
10 symmetrisch um eine Symmetrieachse 22 angeordnet. Der zugehörige Signalverlauf der beiden Wandlerelemente 20, 21 nach Figur 15 ist Figur 16 zu entnehmen. Wegabhängig weisen die Ausgangssignale der Wandler 20, 21 einen phasenverschobenen, zuerst linear zunehmenden und anschließend wieder line- ar abnehmenden Verlauf an.
Figur 17 lässt sich der schematische Aufbau des Wegsensors zur Wegerfassung eines Pedals 28 entnehmen. Das Pedal 28 ist über ein Lager 26 im Wesentlichen schwenkbar gelagert und verschiebt über eine Kopplung 30 das Flussstück 13 mit umgebendem Rohr 24 gegenüber dem Magneten 10 mit vorgesetztem
Wandlerelement 20.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele arbeiten wie folgt. Eine Wegänderung des Flussstücks 13 entlang der Detektionsrichtung 14 resultiert bei der gewählten parabelförmigen Außenkontur des Flussstücks 13 in einem veränderten Luftspalt Ll zwischen Wandlerelement 20 und Flussstück 13. In Abhängigkeit von der Größe des Luftspalts Ll ändert sich der magnetische Fluss, den das Wandlerelement 20, beispielsweise ein Hallelement, detektiert. Bestandteil des entsprechenden magnetischen Kreises ist auch ein Magnet 10, beispielsweise ein Permanentmagnet, dessen Magnetpole so orientiert sind, dass die Feldlinien durch Wandlerelement 20, Luftspalt Ll, Flussstück 13 und wieder über den Magnet 10 zurückgeführt werden. Das Flussstück 13 ist als rotationssymmetrischer Körper aufgebaut. Dies hat zur Folge, dass eine Rotation des Flussstücks 13 um die Rotationsachse 16 nicht in einer Änderung des Luftspalts Ll zwischen Au- ßenkontur des Flussstücks 13 und Wandlerelement 20 resultiert. Der entsprechende Rotationspfeil deutet die Lagerung des Flussstücks 13 um die Rotationsachse 16 an. Die Rotationsachse 16 ist im Wesentlichen parallel zur Detektions- richtung 14 orientiert. Verschiebt sich das Flussstück 13 entlang der Detektions- richtung 14, so verändert das Wandlerelement 20 entsprechend dem Kennlinien- verlauf nach Figur 13 das Ausgangssignal - unabhängig von einer möglichen
Rotation des Flussstücks 13, da sich der Luftspalt Ll verändert. Bevorzugt ist die Außenkontur des Flussstücks 13 so gewählt, dass sich ein linearer Zusammenhang zwischen Ausgangssignal O des Wandlerelements 20 und dem Weg x einstellt. Hier hat sich insbesondere die parabolische Außenkontur des Flussstücks 13 als besonders günstig herausgestellt. Das Flussstück 13 besteht aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Stahl, als Bestandteil des Magnetkreises.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 3 und 4 wird nun eine redundante Signalerfassung des magnetischen Flusses möglich. Hierbei ist ein weiteres
Wandlerelement 21 geeignet angeordnet, wobei es vorzugsweise denselben Luftspalt L2 zum Flussstück 13 aufweist wie das erste Wandlerelement 20. Somit wird ein erster magnetischer Kreis gebildet über den ersten Magneten 10, erstes Wandlerelement 20, erster Luftspalt Ll, sowie der entsprechende Bereich des Flussstücks 13, ein zweiter Magnetkreis wird gebildet über den zweiten Magneten 11, das zweite Wandlerelement 21, den zweiten Luftspalt L2, wobei der zweite magnetische Kreis geschlossen wird über das Flussleitstück 13. Die beiden Wandlerelemente 20, 21 erfassen nun unabhängig und parallel zueinander die Position des Flussstücks 13 in der in Zusammenhang mit dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel beschriebenen Art und Weise. Die Luftspalte Ll, L2 in beiden
Magnetkreisen ändern sich bei einer Bewegung des Flussstücks 13 in Detekti- onsrichtung 14 in derselben Weise. Bei Ausfall des einen Wandlerelements 20 erfasst das weitere Wandlerelement 21 die Position des Flussstücks 13, so dass ein fehlertoleranter Betrieb gewährleistet werden kann. Bei den Ausführungsbeispielen mit zwei Wandlern 20, 21 werden vorzugsweise die Ausgangssignale der beiden Wandler 20, 21 addiert und anschließend gemit- telt. Das so entstehende Ausgangssignal dient der Ermittlung des Weges x. Befindet sich das zweite Wandlerelement 21 dem ersten Wandlerelement 20 ge- genüber, so ist eine Unabhängigkeit des Summensignals der beiden Wandler 20,
21 gewährleistet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist nun zusätzlich ein Flussleitele- ment 18 vorgesehen, welches der gezielten Führung und Ein- bzw. Ausleitung des Magnetfelds in oder aus dem Flussstück 13 dient. So werden dort die Feldlinien gezielt über das Wandlerelement 20, Magneten 10, das L-förmige Flussleit- element 18 geführt bis an dessen Ende, wo es den minimalen Abstand über den Luftspalt L2 hin zum Flussstück 13 überwindet, so dass darüber der magnetische Kreis geschlossen wird. Mithilfe des Flussleitelements 18 lässt sich gezielt der geometrische Aufbau der Anordnung beeinflussen und an unterschiedliche Bauräume und Gegebenheiten anpassen. Die Flexibilität der Anordnung ist dadurch sehr groß. Zudem ergibt sich ein großer magnetsicher Hub und dadurch ein größeres Messsignal.
Ähnliches gilt für Figur 6. Im Unterschied zur Figur 5 endet nun das Flussleitele- ment 18 an der dem Wandlerelement 20 gegenüberliegenden Seite, über welche die Feldlinien des Magnetfelds in das Flussstück 13 geführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind nun zwei Flussleitelemente 18 vorgesehen, die gezielt die Feldlinien zwischen Flussleitstück und Magnet 10 bzw. Wandlerelement 20 führen. Die Freiheitsgrade der geometrischen Anordnung von Magnet 10 und Wandlerelement 20 können durch die Flussleitelemente 18 entsprechend erhöht werden. Dies wird auch aus Figur 8 ersichtlich, wo der Permanentmagnet 10 räumlich getrennt vom Wandlerelement 20 angeordnet wird und lediglich durch das Flussleitelement 18 mit diesem magnetisch verbun- den ist. Insbesondere die Anordnungen nach den Figuren 3, 6, 7, 8, 13 sind fehlertolerant, weil der Gesamtluftspalt Ll + L2, gebildet aus der Summe von erstem und zweiten Luftspalt Ll + L2, gleichbleibt bei geringen Verschiebungen des Flussstücks 13 quer zur Detektionsrichtung 14 entlang einer gedachten Achse zwischen den beiden Luftspalten Ll, L2. Verschiebt sich beispielsweise das Flussstück 13 in der Zeichnungsebene leicht senkrecht nach oben, wird der Luft- spalt Ll um diese Verschiebung geringer, während der zweite Luftspalt L2 um diese Verschiebung zunimmt. Der Gesamtluftspalt Ll + L2 ändert sich jedoch nicht.
In Figur 9 ist eine weitere redundante Möglichkeit der Signalerfassung gezeigt, indem nun zwei Wandlerelemente 20, 21 hintereinander angeordnet sind. Sie erfassen parallel das von der Positionsänderung des Flussleitstücks 13 beeinfluss- te Magnetfeld.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 10 und 11 ist noch zusätzlich das das Flussstück 13 umgebende Rohr 24 gezeigt. Das in der Regel mit dem Flussstück 13 fest verbundene Rohr 24 beeinflusst nicht den Magnetkreis, da es aus einem nicht ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium, besteht. Das Rohr 24 eignet sich insbesondere für eine vereinfachte Lagerung des Wegsensors in einem zylindrischen Gegenstück. Zur Erhöhung des Freiheitsgrades der Anordnung wird gefordert, dass eine Positionserfassung des Flussstücks 13 auch dann gewährleistet sein muss, wenn es um die Rotationsachse 16 rotiert. Dies wird durch den rotationssymmetrischen Aufbau des Flussstücks 13 erreicht.
In dem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 12 und 13 ist nun das Flussstück 13 im Wesentlichen kegelförmig mit einem zylindrischen Endab- schluss ausgebildet. Wesentlich bei der Gestaltung des Flussstücks 13 ist, dass sich der Außendurchmesser bei einer Verschiebung entlang der Detektionsrich- tung 14 immer verändert, so dass sich auch der zugehörige Luftspalt Ll, der das zu detektierende Magnetfeld beeinflusst, ständig verändert. Eine Kegelform lässt sich besonders einfach herstellen. Der zylinderförmige Endbereich dient insbesondere dazu, den Messbereich der Flussstückkontur vollständig auszunutzen, insbesondere wird ein Absinken des Signals verhindert. Dies wird durch den ge- zeigten zylinderförmigen Endabschnitt weitgehend vermieden. In diesem Bereich ist auf der anderen Seite jedoch keine Positionsdetektion mehr möglich.
Gerade um solche Effekte in den Randbereichen abzumildern, wird die in Figur 15 gewählte Form des Flussstücks 13 favorisiert. Zum einen ist dort über die ganze Strecke hin eine eindeutige Wegerfassung möglich. Zum anderen dienen die beiden nebeneinander angeordneten Wandlerelemente 20, 21 der redundanten Signalerfassung. Jedes dieser Wandlerelemente 20, 21 erfasst das wegabhängige Ausgangssignal, welches dann in einem übergeordneten Steuergerät mittels entsprechender Signalverarbeitungsalgorithmen zu einem Wegsignal mit doppeltem Signalhub verarbeitet werden kann. Die entsprechenden Signalverläufe der beiden Wandlerelemente 20, 21 sind in Figur 16 gezeigt.
Der beschriebene Wegsensor eignet sich insbesondere zur Positionserfassung bei Pedalen. Hierzu ist das Pedal 28 über eine in dem Lager 26 gelagerte Kopp- lung 30 mit dem Rohr 24 und dem darin befindlichen Flussstück 13 mechanisch gekoppelt. Eine Veränderung des Pedals 28 führt zu einer Verschiebung des Flussstücks 13 in Detektionsrichtung 14. Dadurch ändert sich der Luftspalt zwischen Wandlerelement 20 und Flussstück 13. Das entsprechende Ausgangssignal des Wandlerelements 20 zeigt die entsprechende Position des Flussstücks relativ zum Wandlerelement 20 an und entspricht somit der Position des Pedals
28. Da das Flussstück 13 rotationssymmetrisch aufgebaut ist, kann nun eine Rotation des Rohrs 24 mit Flussstück 13 zugelassen werden bei Gewährleistung einer sicheren Wegerfassung des Flussstücks 13 in Detektionsrichtung 14.

Claims

Ansprüche
1. Wegsensor mit mindestens einem magnetoelektrischen Wandlerelement (20, 21) und einem Magnetkreis aus mindestens einem Flussstück (13) und min- destens einem Magneten (10, 11), bei dem durch eine Wegänderung des
Flussstücks (13) in Detektionsrichtung (14) relativ zum magnetoelektrischen Wandlerelement (20, 21) eine durch das Wandlerelement (20, 21) messbare Beeinflussung des magnetischen Flusses des Magnetkreises bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussstück (13) um eine Rotationsachse (16) rotierbar angeordnet ist.
2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (16) im Wesentlichen parallel zur Detektionsrichtung (14) verläuft.
3. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussstück (13) rotationssymmetrisch aufgebaut ist bezüglich der Rotationsachse (16).
4. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Flussstück (13) zumindest abschnittsweise als Paraboloid oder Kegel ausgebildet ist.
5. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussstück (13) zumindest teilweise von einem Rohr (24) umgeben ist.
6. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussstück (13) zumindest im Endbereich zylinderförmig ausgebildet ist.
7. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussstück (13) so geformt ist, dass sich abhängig von dem Weg (x) des Flussstücks (13) in Detektionsrichtung (14) ein lineares Ausgangssignal (O) des Wandlerelements (20) einstellt.
8. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiteres Wandlerelement (21) und/oder ein weiterer Magnet (11) vorgesehen ist.
9. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flussleitelement (18) vorgesehen ist, welches Teil des Magnetkreises ist.
10. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass Bestandteile des Magnetkreises wie Wandlerelement (20, 21),
Magnet (10, 11) oder Flussleitelement (18) gegenüber dem Flussstück (13) so angeordnet sind, dass eine Verschiebung des Flussstücks (13) quer zur Detektionsrichtung (14) sich auf einen Gesamtluftspalt (L1+L2) nicht auswirkt.
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