WO2014202065A1 - Magnetic rotor with improved field angle adjustment - Google Patents
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- G01D5/2451—Incremental encoders
Definitions
- the invention relates to a pole wheel comprising a preferably disc-shaped carrier with at least one track of alternately arranged magnetic north and south poles.
- the invention further relates to a sensor system for measuring the rotational speed of a rotatable component comprising such a pole wheel.
- Pole wheels can be used as speed or angle encoders.
- a typical field of application is electric drives for vehicles.
- So Polröder are used in the angular and commutation sensors to generate signals depending on the rotational movement of a component.
- Pole wheels for example, often used as a signal generator for ABS and speed sensors.
- Pole wheels comprise a disc or annular carrier having at least one track of north and south magnetic potentials. The magnetic poles serve as a measure and can be scanned contactlessly with magnetic field sensors.
- WO 2012038169 A1 shows a sensor system for rotational measurement of a rotatable machine element, in particular a wheel hub, with a signal transmitter and a first and a second sensor.
- the Signalgebor is coupled to the rotatable machine element and arranged concentrically to the axis of rotation and has in the circumferential direction alternating alternating information areas of two different types.
- the first sensor interacts with an information area and the second sensor interacts with a boundary area of two adjacent information areas.
- An information area of first arithmetic is preferably as magnetic positive pole and an information area of the second kind designed as a magnetic negative pole.
- the Winkelmosseinrlch- device comprises a support body having a first designed as a circular ring magnetic track and a second formed as Zylinderma tel specification track. Each track can be scanned by at least one electromagnetic sensor.
- DE 102 10 372 A1 describes a rotational angle sensor with a disc-shaped carrier of a first track of magnetic north and south poles and a second track of magnetic north and south poles with a different number of north and south poles of the first track and each with a sensor element for detecting the first and second lanes.
- a first coarse detection of the rotation angle of the track carrier is carried out after the start of the rotation angle sensor, and a high-resolution detection of the rotation angle is realized with the second track.
- the sinusoidal signal of the rotation angle sensor is linearized by applying an angle function.
- the pole wheels used in the prior art naturally have non-linear characteristics of their field reliability relative to the pole wheel position. Insofar as only the angular position of the pole wheel has to be recorded with an accuracy which approximately corresponds to the distance between adjacent poles, the pulses produced by the poles on the sensor can be evaluated. In particular, if the position between two adjacent poles is to be determined more accurately, the evaluation of the non-linear characteristics presents considerable difficulties.
- the object of the present invention is to provide a pole wheel whose magnetic field offers a sensor, which evaluates the FekJraum or strength, the most linear field angle change per Polradwindung. Furthermore, a sensor system for measuring the speed, soft such a flywheel used to be provided. To solve the problem, a pole wheel according to the appended claim 1 is used.
- the pole wheel according to the invention zelchnel characterized in that each magnetic pole is provided with a respective magnetic return, which magnetically separates the pole from the respective Nachbarpol.
- a sensor used for scanning the track of the pole wheel thus provides an approximately linear sensor signal, which is much more robust and reacts equally to tolerance fluctuations in the entire measuring range. Since the sensor according to the invention already has a linear signal, eliminates the previously required, complex linearization of the sensor signal, which is not least also very cost-effective.
- the magnetic yoke is preferably designed as a ferromagnetic flux guide.
- the magnetic inference between the poles has a width of 25% to 30% of the width of a magnetic pole. Furthermore, it has proven to be expedient if the magnetic return has a thickness of 100% to 120% of the thickness of a magnetic pole. These figures represent optima values determined in field tests with a pole wheel with 20 magnetic north poles and 20 magnetic south poles. Differently dimensioned magnetic conclusions are of course possible. Thus, for more or fewer than 20 magnetic pole pairs, other dimensions for the magnetic returns can be useful.
- the pole can be designed as a radial pole.
- the track of the magnetic north and south poles is designed as a cylinder jacket surface.
- the track has a radial effective direction and can be queried radially by means of a magnetic sensor.
- the pole wheel can be designed as an axial pole wheel.
- Axial Poltate have a trained as a cylinder surface surface track magnetic north and south poles.
- the track has an axial effective direction and can be queried axially by means of a magnetic sensor.
- the pole wheel has more than one track magnetic north and south poles aut Vietnamese. It can be formed with radial or axial direction of action multiple tracks. Likewise, a combination of tracks with radial and axial effective direction is possible. In these embodiments, in turn, each magnetic pole has a magnetic inference.
- a rotation angle sensor according to the appended claim 10 is also used. sens r umtassi the already described pole wheel and at least one magnetic field sensor for scanning the track of the pole wheel.
- FIGS. Show it;
- Fig. 1 an inventive sensor system for speed measurement In a
- Fig. 1 shows an inventive sensor system for Drohiere Weghoff horr in a Operaansteht from above.
- the sensor system 01 according to the invention comprises a pole wheel 02 and a magnotfold sensor 03.
- the pole wheel 02 consists of a disk-shaped carrier 04 which has a track 05 of alternatingly arranged magnetic north and south poles formed as a cylinder jacket surface.
- a pole 02 with such arranged magnetic north and south poles is referred to as a radial pole 02, since the magnetic material is applied radially on the carrier 04 and thus has a radial direction of action.
- Each magnetic pole is provided with a magnetic yoke 07, which separates the pole from the respective neighboring pole.
- the magnetic conclusions 07 are preferably designed as ferromagnelische Flussleit Publishede. These flux guides preferably grasp the magnetic pole on all sides, except for the surface which is directly opposite the magnetic field sensor 03 and is to be detected by it.
- Each magnetic yoke 07 is preferably dimensioned such that it forms a material web between the poles with a width of 25% to 30% of the width of a magnetic pole, which extends between two material webs.
- a bottom surface of the yoke 07, which is below the magnetic pole preferably has a thickness of 100% - 120% of the thickness of a magnetic pole.
- the magnetic yoke 07 encloses the individual poles pocket-like and is preferably constructed as a ring with radially outwardly projecting webs, which lie between the individual poles. This embodiment of the magnetic conclusions 07 has proved to be particularly favorable when using 20 magnetic north poles and 20 magnetic south poles (20 pole pairs).
- the magnetic field sensor 03 embodied, for example, as a Hall sensor is aligned radially with respect to the pole wheel 02 in order to be able to scan the track 05 radially.
- the track 05 magnetic north and south poles may be formed as a circular ring surface.
- Such pole wheels 02 are referred to as axial pole wheels 02.
- axial Polrädem 02 is the magnetic material axially applied to the carrier 04 and thus has an axial direction of action.
- the magnetic field sensor 03 is in turn positioned accordingly, that is aligned in this case axially to the flywheel 02 in order to scan axially.
- Fig. 1 and the magnetic field of Polrados invention 02 is shown.
- the magnetic field of the pole wheel 02 according to the invention is optimized so that it provides the magnetic field sensor 03 an approximately linear field angle change per Polradwindung.
- the hitherto required, subsequent computational ünearmaschinetician the sensor signal can be omitted.
- a sensor system 01 according to the prior art is shown in a partial view from above in FIG.
- the previously known Sensoryslems 01 comprises om radial flywheel 02 with a carrier 04, on which a track 05 is applied by alternately arranged magnetic north and south poles. and a magnetic field sensor 03.
- the previously known PoJrad 02 has no magnetic conclusions.
- the resulting magnetic field of the prior art pole wheel 02 provides the magnetic field sensor 03 with a non-linear field angle change in the Polrad loftung between adjacent poles.
- To achieve a linear Signafvertanks detected by the magnetic field sensor 03 signal must be subsequently computationally computationally Linearlsiert.
- the differences in the sensor signal obtained according to the invention and the sensor signal obtained in the prior art will be explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 8.
- FIG. 3 shows a diagram for the vectorial representation of the magnetic flux density in the air gap in the case of a pole pair of a pole wheel 02 according to the invention.
- both axes are spatial axes.
- the representation thus corresponds to the detection image of the magnetic field sensor, which looks radially onto an axially magnetized pole wheel 02, wherein the x axis exactly corresponds to the distance.
- a s pole pair is mapped (ie 18 mechanical angular degrees when using 20 pole pairs) and the y axis depicts the air gap in mm, which is 2.5 mm in the exemplary embodiment shown.
- the vectors represent the direction and magnitude of the magnetic flux density at the measuring distance of the magnetic field sensor 03.
- the angle of the vectors is processed by the magnetic field sensor 03 to the sensor output signal.
- FIG. 4 shows a diagram for the representation of the signals supplied by the magnetic field sensor of the sensor system according to the invention.
- the type and catfish shown how the magnetic sensor 03 generates its output signal proportional to the angle:
- the magnetic field sensor 03 interprets two perpendicular components of the flux density (see Fig. 3) as sine and Cosine and then applies the arctangent function (arctan2).
- FIG. 5 contains a diagram for illustrating the linearization error of the sensor system according to the invention. It is assumed that the Idoalfall that over a pair of poles a straight output line from - ⁇ to ⁇ should be issued. In Fig. 5, the difference of the simulated sensor output signal to these ideals, based on the total value is shown. In addition to the nominal air gap (2.5 mm), see curve a. the curves b and c show the air gap errors ⁇ 0,5 mm. Curve a shows a relatively flat course and thus has only a relatively small deviation from the ideal case. Subsequent linearization can therefore be dispensed with.
- FIGS. 6 to 8 show the same facts as in FIGS. 3 to 5 relative to a rotor or a sensor system according to the prior art.
- FIG. 8 shows a diagram for illustrating the unearthing error of the sensor system according to the prior art.
- Curve a again refers to an air gap of 2.5 mm.
- Curve b to an air gap of 2.0 mm and curve c to an air gap of 3.0 mm. All curves a, b and c show clear deviations from the ideal case (ge). rado output line). In any case, a subsequent delocalisation is required if the Sonsors signal is to be used to determine the position between two poles.
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Abstract
Description
Polrad mit verbesserter Feldwinkeländerung Pole wheel with improved field angle change
Die Erfindung betrifft ein Polrad umfassend einen vorzugsweise scheibenförmigen Träger mit mindestens einer Spur von abwechselnd angeordneten magne- tischen Nord- und Südpolen. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Sensorsystem zur Drehzahlmessung eines drehbaren Bauteils umfassend ein derartiges Polrad. The invention relates to a pole wheel comprising a preferably disc-shaped carrier with at least one track of alternately arranged magnetic north and south poles. The invention further relates to a sensor system for measuring the rotational speed of a rotatable component comprising such a pole wheel.
Polräder können als Drehzahl- oder Winkelgeber verwendet werden. Ein typi- sches Einsatzfeld sind elektrische Antriebe für Fahrzeuge. So werden in der Winkel- und Kommutierungssensorik Polröder verwendet, um abhängig von der Drehbewegung eines Bauteils Signale zu erzeugen. Polräder werden beispielsweise häufig als Signalgeber für ABS- und Drehzahlsensoren verwendet. Polräder umfassen einen Scheiben- oder ringförmigen Träger, welcher mindes- tens eine Spur von magnetischen Nord- und Südpoten aufweist. Die Magnetpole dienen als MaBverfcörperung und können mit Magnetfeldsensoren berührungslos abgetastet werden. Pole wheels can be used as speed or angle encoders. A typical field of application is electric drives for vehicles. So Polröder are used in the angular and commutation sensors to generate signals depending on the rotational movement of a component. Pole wheels, for example, often used as a signal generator for ABS and speed sensors. Pole wheels comprise a disc or annular carrier having at least one track of north and south magnetic potentials. The magnetic poles serve as a measure and can be scanned contactlessly with magnetic field sensors.
Die WO 2012038169 A1 zeigt ein Sensorsystem zur Dreh2ahlmessung eines drehbaren Maschinenelementes, Insbesondere einer Radnabe, mit einem Signalgeber und einem ersten und einem zweiten Sensor. Der Signalgebor ist mit dem drehbaren Maschinenelement gekoppelt und zu dessen Drehachse konzentrisch angeordnet und weist in Umfangsrichtung sich abwechselnde alternierende Informationsbereiche zweier unterschiedlicher Arten auf. Der erste Sensor steht in Wechselwirkung mit einem Informationsbereich und der zweite Sensor steht in Wechselwirkung mit einem Grenzbereich zweier benachbarter Infomnationsbereiche. Ein Informationsbereich erster Ari isl vorzugsweise als magnetischer Pluspol und ein Informationsbereich zweiter Art als magnetischer Minuspol ausgeführt. WO 2012038169 A1 shows a sensor system for rotational measurement of a rotatable machine element, in particular a wheel hub, with a signal transmitter and a first and a second sensor. The Signalgebor is coupled to the rotatable machine element and arranged concentrically to the axis of rotation and has in the circumferential direction alternating alternating information areas of two different types. The first sensor interacts with an information area and the second sensor interacts with a boundary area of two adjacent information areas. An information area of first arithmetic is preferably as magnetic positive pole and an information area of the second kind designed as a magnetic negative pole.
Aus der DE 10 2004 010 948 B4 Ist eine Winkelmesseinrichtung für eine ur- betwelle einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Winkelmosseinrlch- tung umfasst einen Tragkörper mit einer ersten als Kreisringfläche ausgebildeten magnetischen Spur und einer zweiten als Zylinderma telfläche ausgebildeten Spur. Jede Spur ist durch mindestens einen elektromagnetischen Sensor abtastbar. From DE 10 2004 010 948 B4 an angle measuring device for a ur- wave of an internal combustion engine is known. The Winkelmosseinrlch- device comprises a support body having a first designed as a circular ring magnetic track and a second formed as Zylinderma telfläche track. Each track can be scanned by at least one electromagnetic sensor.
Die DE 102 10 372 A1 beschreibt einen Drehwinkelsensor mit einem scheibenförmigen Träger einer ersten Spur von magnetischen Nord- und Südpolen und einer zweiten Spur von magnetischen Nord- und Südpolen mit einer von der ersten Spur abweichenden Anzahl von Nord- und Südpolen und mit je einem Sensorelement zur Detektion der ersten und der zweiten Spur. Mit der ersten Spur wird nach Inbetriebnahme des Drehwinkelsensors eine erste grobe Erfassung des Drehwinkets des Spurträgers durchgeführt und mit der zweiten Spur eine hochaufgelöste Erfassung des Drehwinkels realisiert. Das sinusförmige Signal des Drehwinkelsensors wird durch Anwendung einer Winkelfunktion linearisierl. DE 102 10 372 A1 describes a rotational angle sensor with a disc-shaped carrier of a first track of magnetic north and south poles and a second track of magnetic north and south poles with a different number of north and south poles of the first track and each with a sensor element for detecting the first and second lanes. With the first track, a first coarse detection of the rotation angle of the track carrier is carried out after the start of the rotation angle sensor, and a high-resolution detection of the rotation angle is realized with the second track. The sinusoidal signal of the rotation angle sensor is linearized by applying an angle function.
Die im Stand der Technik verwendeten Polräder weisen naturgemäß nichllinoa- re Kennlinien ihres Feldverlauts zur Polradposition auf. Soweit nur die Winkelstellung des Polrades mit einer Genauigkeit, die etwa dem Abstand benachbar- ter Pole entspricht, erfasst werden muss, können die von den Polen am Sensor hervorgerufenen Impulse ausgewertet werden. Insbesondere wenn die Position zwischen zwei benachbarten Polen genauer bestimmt werden soll, bereitet die Auswertung der nicht-linearen Kennlinien erhebliche Schwierigkeiten. Um ein in vielen Anwendungen gewünschtes Maß an linearem Signalverlauf zu erhalten, ist es bekannt, das vom Sensor erfasste Signal nachträglich über geeignete Softwarealgorithmen auf einem Mikrocontroller oder in einem Steuergerät zu linearisieren. Problematisch an dieser Vorgehensweise ist, dass die rechnerische Lmearisierung eines Sensorsignals in der Regel eine ungleichmäßig über den Messbereich verteilte Sensitivität überdeckt. Ein originär bereits lineares Signal ist wesentlich robuster und reagiert auf Toleranzschwankungen im gesamten Messbereich auf gleiche Art und Weise. Welterhin nachteilig ist, dass Mikrocontroller und die zur Linearisierung verwendeten Softwarealgorithmen Kosten verursachen. Außerdem muss die Nichtlinearität des Signals bekannt sein, um einen geeigneten Unearisierungsalgortthmus darauf anwenden 2u können. The pole wheels used in the prior art naturally have non-linear characteristics of their field reliability relative to the pole wheel position. Insofar as only the angular position of the pole wheel has to be recorded with an accuracy which approximately corresponds to the distance between adjacent poles, the pulses produced by the poles on the sensor can be evaluated. In particular, if the position between two adjacent poles is to be determined more accurately, the evaluation of the non-linear characteristics presents considerable difficulties. In order to obtain a desired degree of linear signal progression in many applications, it is known to subsequently linearize the signal detected by the sensor via suitable software algorithms on a microcontroller or in a control unit. The problem with this approach is that the computational Lmearisierung a sensor signal usually uneven about The Sensitivity distributed over the measuring range is covered. An originally linear signal is much more robust and reacts to tolerance fluctuations in the entire measuring range in the same way. What is disadvantageous is that microcontrollers and the software algorithms used for linearization cause costs. In addition, the non-linearity of the signal must be known in order to apply a suitable unearthing algorithm to it.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Polrad zur Verfü- gung zu stellen, dessen magnetisches Feld einem Sensor, der die FekJrichtung bzw. -stärke auswertet, eine möglichst lineare Feldwinkeländerung pro Polraddrehung bietet. Weiterhin soll ein Sensorsystem zur Drehzahlmessung, weiches ein derartiges Polrad verwendet, zur Verfügung gestellt werden. Zur Lösung der Aufgabe dient ein Polrad gemäß dem beigefügten Anspruch 1. The object of the present invention is to provide a pole wheel whose magnetic field offers a sensor, which evaluates the FekJrichtung or strength, the most linear field angle change per Polraddrehung. Furthermore, a sensor system for measuring the speed, soft such a flywheel used to be provided. To solve the problem, a pole wheel according to the appended claim 1 is used.
Das erfindungsgemäße Polrad zelchnel sich dadurch aus, dass jeder magnetische Pol mit jeweils einem magnetischen Rückschluss versehen Ist, welcher den Pol vom jeweiligen Nachbarpol magnetisch trennt. Die Verwendung mag- netischer Rückschlüsse bewirkt eine Optimierung des Verlaufs des Vektorfeldes dahingehend, dass an einer geeigneten Sensorposition ein näherungsweise linearer Zusammenhang zwischen Feldwinkeländerung und Polradwinkelän- derung entsteht. Ein zum Abtasten der Spur des Polrades verwendeter Sensor liefert somit ein näherungsweise lineares Sensorsignal, welches wesentlich robuster ist und auf Toleranzschwankungen im gesamten Messbereich gleich reagiert. Da am Sensor erfindungsgemäß bereits ein lineares Signal vorliegt, entfällt die bislang erforderliche, aufwendige Linearisierung des Sensorsignals, was nicht zuletzt auch aus Kostengründen sehr vorteilhaft Ist. Der magnetische Rückschluss »st vorzugsweise als ferromagnetisches Fluss- leitstück ausgeführt. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist der magnetische Rückschluss zwischen den Polen eine Breite von 25 % bis 30 % der Breite eines magnetischen Poles auf. Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der magnetische Rückschluss eine Dicke von 100 % bis 120 % der Dicke eines magnetischen Poles besitzt. Diese Angaben stellen Optimafwerte dar, weiche bei Praxistests mit einem Polrad mit 20 magnetischen Nordpolen und 20 magnetischen Südpolen ermittelt wurden. Anders dimensionierte magnetische Rückschlüsse sind natürlich möglich. So können für mehr bzw. weniger als 20 magnetische Polpaare andere Dimensionierungen für die magnetischen Rück- Schlüsse sinnvoll sein. The pole wheel according to the invention zelchnel characterized in that each magnetic pole is provided with a respective magnetic return, which magnetically separates the pole from the respective Nachbarpol. The use of magnetic conclusions leads to an optimization of the course of the vector field to the effect that an approximately linear relationship between field angle change and Polradwinkelan- change arises at a suitable sensor position. A sensor used for scanning the track of the pole wheel thus provides an approximately linear sensor signal, which is much more robust and reacts equally to tolerance fluctuations in the entire measuring range. Since the sensor according to the invention already has a linear signal, eliminates the previously required, complex linearization of the sensor signal, which is not least also very cost-effective. The magnetic yoke is preferably designed as a ferromagnetic flux guide. According to an advantageous embodiment, the magnetic inference between the poles has a width of 25% to 30% of the width of a magnetic pole. Furthermore, it has proven to be expedient if the magnetic return has a thickness of 100% to 120% of the thickness of a magnetic pole. These figures represent optima values determined in field tests with a pole wheel with 20 magnetic north poles and 20 magnetic south poles. Differently dimensioned magnetic conclusions are of course possible. Thus, for more or fewer than 20 magnetic pole pairs, other dimensions for the magnetic returns can be useful.
Das Polrad kann als radiales Polrad ausgeführt sein. Bei radialen Polrädern ist die Spur der magnetischen Nord- und Südpole als Zylindermantelflache ausgebildet. Die Spur weist eine radiale Wirkrichtung auf und kann mittels eines magnetischen Sensors radial abgefragt werden. The pole can be designed as a radial pole. In the case of radial pole wheels, the track of the magnetic north and south poles is designed as a cylinder jacket surface. The track has a radial effective direction and can be queried radially by means of a magnetic sensor.
Bei alternativen Ausführungstormen kann das Polrad als axiales Polrad ausgebildet sein. Axiale Polräder besitzen eine als Zylindermantelfläche ausgebildete Spur magnetischer Nord- und Südpole. Die Spur weist eine axiale Wirkrichtung auf und kann mit Hilfe eines magnetischen Sensors axial abgefragt werden. In alternative embodiments, the pole wheel can be designed as an axial pole wheel. Axial Polräder have a trained as a cylinder surface surface track magnetic north and south poles. The track has an axial effective direction and can be queried axially by means of a magnetic sensor.
Weiterhin sind Ausführungsformen möglich, bei denen das Polrad mehr als eine Spur magnetischer Nord- und Südpole autweist. Es können mehrere Spuren mit radialer bzw. axialer Wirkrichtung ausgebildet sein. Ebenso ist eine Kombination von Spuren mit radialer und axialer Wirkrichtung möglich. Bei diesen Ausführungen besitzt wiederum jeder magnetische Pol einen magnetischen Rückschluss. Furthermore, embodiments are possible in which the pole wheel has more than one track magnetic north and south poles autweist. It can be formed with radial or axial direction of action multiple tracks. Likewise, a combination of tracks with radial and axial effective direction is possible. In these embodiments, in turn, each magnetic pole has a magnetic inference.
Als zweckmäßig hal es sich erwiesen, wenn alle Pole jeweils einen gleichen Polwinkel aufweisen. As expediently it has been proven, if all poles each have a same pole angle.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient auch ein Drehwinkelsensor gemäß dem beigefügten Anspruch 10. Der erfindungsgemäße Drehwinkel- sens r umtassi das bereits beschriebene Polrad sowie mindestens einen Magnetfeldsensor zum Abtasten der Spur des Polrades. To achieve the object of the invention, a rotation angle sensor according to the appended claim 10 is also used. sens r umtassi the already described pole wheel and at least one magnetic field sensor for scanning the track of the pole wheel.
Bevorzugte Ausfuhrungsformon der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen; Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Sensorsystem zur Drehzahlmessung In einer Preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it; Fig. 1: an inventive sensor system for speed measurement In a
Teilansichl von oben; Fig. 2: ein Sensorsystem zur Drehzahlmessung nach dem Stand der Technik in einer Teilansicht von oben; Fig. 3: ein Diagramm zur vektorielle Darstellung der magnetischen Flussdichte Im Luftspalt bei einem Polpaar eines erfindungsgemäßen Polrades; Fig. 4: ein Diagramm zur Darstellung der vom Magnetfeldsensor des erfindungsgemäßen Sensorsystems detektierten bzw. ermittelten Signale; Fig. 5: ein Diagramm zur Darstellung des Lineansierungstehlers des ertin- dungsgemäßen Sensorsystems; Fig. 6: ein Diagramm zur vektoriellen Darstellung der magnetischen Flussdichte im Luftspalt bei einem Polpaar eines Polrades nach dem Stand der Technik; Fig. 7: ein Diagramm zur Darstellung der vom Magnetfeldsensor eines Sensorsystems nach dem Stand der Technik detektierten bzw, ermittelten Signale; Fig. 8: ein Diagramm zur Darstellung des ünearislerungsfehlers des Sensorsystems nach dem Stand der Technik. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemaßes Sensorsystem zur Drohzahlmessung in einer Teilansteht von oben. Das erfindungsgemaße Sensorsystems 01 umfassl ein Polrad 02 sowie einen Magnotfoldsensor 03. Das Polrad 02 besteht aus einem scheibenförmigen Träger 04, welcher eine als Zylindermantelflache aus- gebildete Spur 05 von abwechselnd angeordneten magnetischen Nord- und Sudpolen aufweist. Ein Polrad 02 mit derart angeordneten magnetischen Nord- und Südpolen wird als radiales Polrad 02 bezeichnet, da das Magnetmaterial radial auf dem Träger 04 aufgebracht ist und somit eine radiale Wirkrichtung hat. Teilansichl from above; 2 shows a sensor system for speed measurement according to the prior art in a partial view from above; 3 shows a diagram for the vector representation of the magnetic flux density in the air gap in the case of a pole pair of a pole wheel according to the invention; 4 shows a diagram for representing the signals detected or determined by the magnetic field sensor of the sensor system according to the invention; 5 shows a diagram for illustrating the linearization error of the sensor system according to the invention; 6 shows a diagram for the vectorial representation of the magnetic flux density in the air gap in the case of a pole pair of a rotor according to the prior art; 7 is a diagram illustrating the signals detected or detected by the magnetic field sensor of a sensor system according to the prior art; 8 shows a diagram for illustrating the unearthing error of the sensor system according to the prior art. Fig. 1 shows an inventive sensor system for Drohzahlmessung in a Teilansteht from above. The sensor system 01 according to the invention comprises a pole wheel 02 and a magnotfold sensor 03. The pole wheel 02 consists of a disk-shaped carrier 04 which has a track 05 of alternatingly arranged magnetic north and south poles formed as a cylinder jacket surface. A pole 02 with such arranged magnetic north and south poles is referred to as a radial pole 02, since the magnetic material is applied radially on the carrier 04 and thus has a radial direction of action.
Jeder magnetische Pol ist mit einem magnetischen Rückschluss 07 versehen, welcher den Pol vom Jeweiligen Nachbarpol trennt. Die magnetischen Rückschlüsse 07 sind vorzugsweise als ferromagnelische Flussleitstücke ausgeführt. Diese Flussleitstücke fassen den magnetischen Pol vorzugsweise allseits ein, mtt Ausnahme der Fläche, die dem Magnetfeldsensor 03 unmittelbar gegenüberliegt und von diesem erfasst werden soll. Jeder magnetische Rückschluss 07 ist bevorzugt so dimensioniert, dass er zwischen den Polen einen Materialsteg ausbildet mit einer Breite von 25 % bis 30 % der Breite eines magnetischen Poles, welcher steh zwischen zwei Materialstege erstreckt. Eine Bodenflache des Ruckschlusses 07, die unter dem magnetischen Pol liegt, weist vorzugsweise eine Dicke von 100 % - 120 % der Dteke eines magnetischen Poles auf. Der magnetische Rückschluss 07 fasst die einzelnen Pole taschenartig ein und ist bevorzugt als Ring aufgebaut mit radial nach Außen stehenden Stegen, die zwischen den einzelnen Polen liegen. Diese Ausführung der magnetischen Rückschlüsse 07 hat sich insbesondere bei Verwendung von 20 magnetischen Nordpolen und 20 magnetischen Südpolen (20 Polpaaren) als besonders günstig erwiesen. Der beispielsweise als Hallsensor ausgeführte Magnetfeldsensor 03 ist radial zum Polrad 02 ausgerichtet, um die Spur 05 radial abtasten zu können. Each magnetic pole is provided with a magnetic yoke 07, which separates the pole from the respective neighboring pole. The magnetic conclusions 07 are preferably designed as ferromagnelische Flussleitstücke. These flux guides preferably grasp the magnetic pole on all sides, except for the surface which is directly opposite the magnetic field sensor 03 and is to be detected by it. Each magnetic yoke 07 is preferably dimensioned such that it forms a material web between the poles with a width of 25% to 30% of the width of a magnetic pole, which extends between two material webs. A bottom surface of the yoke 07, which is below the magnetic pole, preferably has a thickness of 100% - 120% of the thickness of a magnetic pole. The magnetic yoke 07 encloses the individual poles pocket-like and is preferably constructed as a ring with radially outwardly projecting webs, which lie between the individual poles. This embodiment of the magnetic conclusions 07 has proved to be particularly favorable when using 20 magnetic north poles and 20 magnetic south poles (20 pole pairs). The magnetic field sensor 03 embodied, for example, as a Hall sensor is aligned radially with respect to the pole wheel 02 in order to be able to scan the track 05 radially.
Bei alternativen Ausführungsformen kann die Spur 05 magnetischer Nord- und Südpole als Kreisringflache ausgebildet sein. Derartige Polräder 02 werden als axiale Polräder 02 bezeichnet. Bei axialen Polrädem 02 ist das Magnetmaterial axial auf dem Träger 04 aufgebracht und weist somit eine axiale Wirkrichtung auf. Der Magnetfeldsensor 03 ist wiederum entsprechend positioniert, d. h. in diesem Fall axial zum Polrad 02 ausgerichtet, um axial abtasten zu können. In Fig. 1 ist auch das magnetische Feld des erfindungsgemäßen Polrados 02 dargestellt. Durch Verwendung der magnetischen Rückschlüsse 07 wird das magnetische Feld des erfindungsgemäßen Polrades 02 dahingehend optimiert, dass es dem Magnetfeldsensor 03 eine annähernd lineare Feldwinkeländerung pro Polraddrehung bietet. Somit kann die bislang erforderliche, nachträgliche rechentechnische ünearisierung des Sensorsignals entfallen. In alternative embodiments, the track 05 magnetic north and south poles may be formed as a circular ring surface. Such pole wheels 02 are referred to as axial pole wheels 02. In axial Polrädem 02 is the magnetic material axially applied to the carrier 04 and thus has an axial direction of action. The magnetic field sensor 03 is in turn positioned accordingly, that is aligned in this case axially to the flywheel 02 in order to scan axially. In Fig. 1 and the magnetic field of Polrados invention 02 is shown. By using the magnetic yokes 07, the magnetic field of the pole wheel 02 according to the invention is optimized so that it provides the magnetic field sensor 03 an approximately linear field angle change per Polraddrehung. Thus, the hitherto required, subsequent computational ünearisierung the sensor signal can be omitted.
Zum Aufzeigen der Unterschiede des erfindungsgemäßon Sensorsystems 01 zum bekannten Stand der Technik ist in Fig. 2 ein Sensorsystem 01 nach dem Stand der Technik in einer Teilansicht von oben dargestellt. Das vorbekannte Sensorsyslems 01 umfasst om radiales Polrad 02 mit einem Träger 04, auf welchem eine Spur 05 von abwechselnd angeordneten magnetischen Nord- und Südpolen aufgebracht Ist. sowie einen Magnetfeldsensor 03. Das vorbekannte PoJrad 02 weist jedoch keine magnetischen Rückschlüsse auf. Das sich ergebende magnetische Feld des vorbekannten Polrades 02 bietet dem Mag- netfeldsensor 03 eine nichtlineare Feldwinkeländerung bei der Polraddrehung zwischen benachbarten Polen. Zur Erzielung eines linearen Signafvertaufs muss das vom Magnetfeldsensor 03 erfasste Signal nachträglich autwendig rechentechnisch linearlsiert werden. Die Unterschiede bezüglich des erfindungsgemäß gewonnenen Sensorsignals und dem beim Stand der Technik gewonnenen Sensorsignal werden nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 8 näher erläutert. In order to show the differences between the sensor system 01 according to the invention and the known prior art, a sensor system 01 according to the prior art is shown in a partial view from above in FIG. The previously known Sensoryslems 01 comprises om radial flywheel 02 with a carrier 04, on which a track 05 is applied by alternately arranged magnetic north and south poles. and a magnetic field sensor 03. However, the previously known PoJrad 02 has no magnetic conclusions. The resulting magnetic field of the prior art pole wheel 02 provides the magnetic field sensor 03 with a non-linear field angle change in the Polraddrehung between adjacent poles. To achieve a linear Signafvertaufs detected by the magnetic field sensor 03 signal must be subsequently computationally computationally Linearlsiert. The differences in the sensor signal obtained according to the invention and the sensor signal obtained in the prior art will be explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 8.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur vektoriellen Darstellung der magnetischen Fiuss- dichte im Luftspalt bei einem Polpaar eines erfindungsgemäßen Polrades 02. Bei dem gezeigten Diagramm sind beide Achsen Raumachsen. Die Darstellung entspricht somit dem Erfassungsbild des Magnetfeldsensors, der radial auf ein axial magnetisiertes Polrad 02 blickt, wobei die x-Achse genau die Strecke ent- lang ein s Polpaar abbildet (d.h. 18 mechanische Winkelgrad bei Verwendung von 20 Polpaaren) und die y-Achse den Luftspart in mm abbildet, welcher im gezeigten Austührungsbeispiel 2,5 mm beträgt. Die Vektoren stellen die Richtung und den Betrag der magnetischen Flussdichte im Messabstand des Mag- netfekJsensors 03 dar. Der Winkel der Vektoren wird vom Magnetfeldsensor 03 zum Sensorausgangssignal verarbeitet. 3 shows a diagram for the vectorial representation of the magnetic flux density in the air gap in the case of a pole pair of a pole wheel 02 according to the invention. In the diagram shown, both axes are spatial axes. The representation thus corresponds to the detection image of the magnetic field sensor, which looks radially onto an axially magnetized pole wheel 02, wherein the x axis exactly corresponds to the distance. a s pole pair is mapped (ie 18 mechanical angular degrees when using 20 pole pairs) and the y axis depicts the air gap in mm, which is 2.5 mm in the exemplary embodiment shown. The vectors represent the direction and magnitude of the magnetic flux density at the measuring distance of the magnetic field sensor 03. The angle of the vectors is processed by the magnetic field sensor 03 to the sensor output signal.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der vom Magnetfeldsensor des erfin- dungsgemäßen Sensorsystems gelieferten Signale. In diesem Diagramm ist über demselben Polpaar wie bei Fig. 3 die Art und Welse dargestellt, wie der magnetische Sensor 03 sein Ausgangssignal proportional zum Winkel erzeugt: Der Magnetfeldsensor 03 interpretiert zwei senkrecht aufeinander stehende Komponenten der Flussdichte (siehe Fig. 3) als Sinus und Cosinus und wendet darauf die Arkustangens-Funktion (arctan2) an. 4 shows a diagram for the representation of the signals supplied by the magnetic field sensor of the sensor system according to the invention. In this diagram, over the same pair of poles as in Fig. 3, the type and catfish shown how the magnetic sensor 03 generates its output signal proportional to the angle: The magnetic field sensor 03 interprets two perpendicular components of the flux density (see Fig. 3) as sine and Cosine and then applies the arctangent function (arctan2).
Rg. 5 enthalt ein Diagramm zur Darstellung des Linearisierungsfehlers des erfindungsgemäßen Sensorsystems. Es wird von dem Idoalfall ausgegangen, dass über einem Polpaar eine gerade Ausgangslinie von -ττ bis π ausgegeben werden sollte. In Fig. 5 ist die Differenz des simulierten Sensorausgangssignals zu dieser Idealen, bezogen auf den gesamten Werteberelch dargestellt. Zusätzlich zum nominellen Luftspalt (2,5 mm), siehe Kurve a. werden mit den Kurven b und c noch die Luftspaltfehler ±0,5 mm gezeigt. Kurve a zeigt einen verhältnismäßig flachen Verlauf und weist somit nur eine verhältnismäßig geringe Abweichung vom Idealtall auf. Auf eine nachträgliche Linearisierung kann daher verzichtet werden. FIG. 5 contains a diagram for illustrating the linearization error of the sensor system according to the invention. It is assumed that the Idoalfall that over a pair of poles a straight output line from -ττ to π should be issued. In Fig. 5, the difference of the simulated sensor output signal to these ideals, based on the total value is shown. In addition to the nominal air gap (2.5 mm), see curve a. the curves b and c show the air gap errors ± 0,5 mm. Curve a shows a relatively flat course and thus has only a relatively small deviation from the ideal case. Subsequent linearization can therefore be dispensed with.
In den Fig. 6 bis 8 sind die gleichen Sachverhalte wie in den Fig. 3 bis 5 bezogen auf ein Polrad bzw. ein Sensorsystem nach dem Stand der Technik dargestellt. Hinzuweisen ist insbesondere auf Fig. 8, welche ein Diagramm zur Darstellung des Ünearisierungsfehlers des Sensorsystems nach dem Stand der Technik zeigt. Kurve a beziehl sich wiederum auf einen Luftspalt von 2,5 mm. Kurve b auf einen Luftspalt von 2,0 mm und Kurve c auf einen Luftspalt von 3,0 mm. Alle Kurven a, b und c weisen deutliche Abweichungen vom Idealfall (ge- rado Ausgangslinie) auf. Hier Ist in jedem Fall eine nachtragliche Llnoarisiorung erforderlich, wenn das Sonsorsignal zur Positionsbestimmung zwischen zwei Polen herangezogen werden soll. FIGS. 6 to 8 show the same facts as in FIGS. 3 to 5 relative to a rotor or a sensor system according to the prior art. Reference should be made in particular to FIG. 8, which shows a diagram for illustrating the unearthing error of the sensor system according to the prior art. Curve a again refers to an air gap of 2.5 mm. Curve b to an air gap of 2.0 mm and curve c to an air gap of 3.0 mm. All curves a, b and c show clear deviations from the ideal case (ge). rado output line). In any case, a subsequent delocalisation is required if the Sonsors signal is to be used to determine the position between two poles.
Etozugtzeichenliste Etozugtzeichenliste
01 - Sensorsystem zur Drehzahlmessung01 - Sensor system for speed measurement
02 - Polrad 02 - pole wheel
03 - agnetteldsensor 03 - agnetteldsensor
04 - Träger 04 - carrier
05 - Spur 05 - track
06 - 06 -
07 - magnetische Rückschlüsse 07 - magnetic conclusions
08 - Feldvektor 08 - field vector
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2123562A (en) * | 1982-07-05 | 1984-02-01 | Inoue Japax Res | Magnetic encoder system |
| JPH06109414A (en) * | 1992-09-28 | 1994-04-19 | Mazda Motor Corp | Rotor of rotary sensor and its manufacture |
| JP2001255336A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-21 | Nsk Ltd | Encoder for detecting rotation state and rolling bearing unit with encoder for detecting rotation state |
| DE10210372A1 (en) | 2002-03-08 | 2003-09-25 | Siemens Ag | Rotational angle sensor, comprises a pole wheel with coarse and fine magnetic traces and Hall sensor magnetic field detectors, with the coarse trace used for quick position determination and the fine trace used for high resolution |
| JP2006322779A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Toyota Motor Corp | Rotor and motor |
| DE102004010948B4 (en) | 2004-03-03 | 2008-01-10 | Carl Freudenberg Kg | Angle measuring device |
| WO2012038169A1 (en) | 2010-09-21 | 2012-03-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Sensor system and method for incrementally measuring speed |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0736183B1 (en) * | 1993-12-22 | 2002-07-31 | Continental Teves AG & Co. oHG | Device for detecting rotary or angular movements |
| DE102004046772A1 (en) * | 2004-09-24 | 2006-03-30 | Volkswagen Ag | Shaft rotation sensor has U shaped round rod magnetic core with broader ends at transmitter wheel and narrower core in winding |
-
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-
2014
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2123562A (en) * | 1982-07-05 | 1984-02-01 | Inoue Japax Res | Magnetic encoder system |
| JPH06109414A (en) * | 1992-09-28 | 1994-04-19 | Mazda Motor Corp | Rotor of rotary sensor and its manufacture |
| JP2001255336A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-21 | Nsk Ltd | Encoder for detecting rotation state and rolling bearing unit with encoder for detecting rotation state |
| DE10210372A1 (en) | 2002-03-08 | 2003-09-25 | Siemens Ag | Rotational angle sensor, comprises a pole wheel with coarse and fine magnetic traces and Hall sensor magnetic field detectors, with the coarse trace used for quick position determination and the fine trace used for high resolution |
| DE102004010948B4 (en) | 2004-03-03 | 2008-01-10 | Carl Freudenberg Kg | Angle measuring device |
| JP2006322779A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Toyota Motor Corp | Rotor and motor |
| WO2012038169A1 (en) | 2010-09-21 | 2012-03-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Sensor system and method for incrementally measuring speed |
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