DE10118174A1 - High resolution position sensor, has magnetic coder having magnetic tracks with field generating elements that are angularly displaced one after the other with respect to the scanning cells - Google Patents

High resolution position sensor, has magnetic coder having magnetic tracks with field generating elements that are angularly displaced one after the other with respect to the scanning cells

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DE10118174A1
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Abstract

A magnetic coder (1) has a series of magnetic tracks (2) that pass through a scanning cell. Each track has the corresponding field generating elements (5) that are angularly displaced one after the other with respect to the scanning cells. This will produce electrical signals that are time-shifted by a preset value per cycle, allowing phase increase in resolution.

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft den technischen Bereich der magnetischen Sensoren mit einem Codierelement, das sich in der Nähe einer Abtastzelle bewegt und zum Erfassen im allgemei­ nen von mindestens einer Winkelstellung geeignet ist.The object of the invention relates to the technical field of the magnetic sensors with a coding element, which is in moved close to a scanning cell and for detection in general NEN from at least one angular position is suitable.

Besonders vorteilhaft kann der Gegenstand der Erfindung im Automobilbereich eingesetzt werden, wo ein derartiger Sensor zum Beispiel im Rahmen von Zündungsfunktionen verwendet werden kann.The subject of the invention can be particularly advantageous in Automotive applications where such a sensor used for example in the context of ignition functions can.

In dem oben genannten bevorzugten Bereich ist die Herstellung eines magnetischen Sensors bekannt, der sich zum Messen der Änderung der Magnetfeldstärke eignet, wenn vor einer Meß- oder Abtastzelle ein Codierer vorbeiläuft, der über eine Reihe von ein variables Magnetfeld erzeugenden Elementen verfügt. Die Abtastzelle, zum Beispiel eine Hall-Sonde oder eine magnetore­ sistive Sonde, liefert ein periodisches elektrisches Signal, das der veränderten Stärke des durch die Elemente erzeugten Magnetfeldes entspricht. Die Abtastzelle gehört zu einem Hyste­ rese-Niveaukomparator, zum Beispiel einem Schmitt-Trigger, um in Abhängigkeit von der zu- oder abnehmenden Feldstärke aus­ gangsspannungsfreie Übergänge für unterschiedliche Werte des Magnetfeldes zu erhalten.The production is in the preferred range mentioned above a magnetic sensor known to measure the Changing the magnetic field strength is suitable if before a measurement or Scan cell past an encoder that passes over a series of has a variable magnetic field generating elements. The Scanning cell, for example a Hall probe or a magnetore sistive probe, provides a periodic electrical signal, that of the changed strength of what is generated by the elements Corresponds to the magnetic field. The sensing cell belongs to a hyster level comparator, for example a Schmitt trigger depending on the increasing or decreasing field strength Transition voltage free transitions for different values of the To maintain the magnetic field.

Zur Bildung eines Sensors zur Erfassung einer Geschwindigkeit ist die Ausführung eines Codierers bekannt, der mit Elementen zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes versehen ist, die gleichmäßig kreisförmig angeordnet sind.To form a sensor for detecting a speed the execution of an encoder is known, which with elements is provided for generating a variable magnetic field, the are evenly arranged in a circle.

Gemäß einer ersten Ausführungsform werden die felderzeugenden Elemente von Störelementen eines Magnetfelds gebildet, das von einem in der Nähe dieser Störelemente befindlichen festen Magneten erzeugt wird. Derartige Störelemente werden zum Bei­ spiel von Zähnen gebildet, die in einem ferromagnetischen Ring angeordnet sind. According to a first embodiment, the field-generating Elements of interference elements of a magnetic field formed by a solid near these disruptive elements Magnet is generated. Such disruptive elements are used Game formed by teeth in a ferromagnetic ring are arranged.  

Gemäß einer zweiten Ausführungsform, werden die ein variables Magnetfeld erzeugenden Elemente von Magnetpolen gebildet, welche untereinander mit einer gegebenen Teilung gleichmäßig beabstandet sind. Ein derartiger Codierer weist somit die Form eines mehrpoligen magnetischen Rings auf.According to a second embodiment, the become a variable Magnetic field generating elements formed by magnetic poles, which are even with each other with a given division are spaced. Such an encoder thus has the form of a multipole magnetic ring.

Es ist bekannt, daß auf dem magnetischen Codierer eine Markie­ rung erfolgen muß, um mindestens eine Position bestimmen zu können, die zum Beispiel dem oberen Totpunkt der Zündung eines Zylinders entspricht. Die Entfernung von zum Beispiel zwei Zähnen aus dem ferromagnetischen Ring ist bekannt. In der Ausführungsvariante, die einen in der Form eines mehrpoligen magnetischen Rings ausgeführten Codierer verwendet, kann vorge­ sehen werden, entweder mehrere Magnetpole zu entfernen und einen freien Raum bestehen zu lassen, oder einen oder mehrere Pole mit einem gegebenen Vorzeichen durch einen oder mehrere Pole mit einem entgegengesetzten Vorzeichen zu ersetzen. Es entsteht somit ein gegebener Magnetpol, der in Bezug zur Ab­ standsteilung der anderen Pole einen anderen Abstand zwischen seinen beiden benachbarten Polen mit entgegengesetztem Vorzei­ chen aufweist.It is known that there is a mark on the magnetic encoder tion must take place in order to determine at least one position can, for example, the top dead center of the ignition of a Cylinder corresponds. The distance of, for example, two Teeth from the ferromagnetic ring are known. In the Design variant, the one in the form of a multi-pole used magnetic ring running encoder can be pre will either see and remove multiple magnetic poles to leave a free space, or one or more Poles with a given sign by one or more To replace poles with an opposite sign. It This creates a given magnetic pole that is related to the Ab division of the other poles a different distance between its two neighboring poles with opposite signs Chen has.

Um die Auflösung eines derartigen Sensors zu verbessern, muß die Anzahl der felderzeugenden, kreisförmig ausgeführten Ele­ mente erhöht werden. Eine technische Beschränkung ergibt sich jedoch durch die Ausführung der ferromagnetischen Zähne oder Magnetpole, die zur Erfassung durch die Meßzelle eine entspre­ chende Größe aufweisen müssen. Bei zahlreichen Anwendungen erscheint es aber nicht möglich, den Kreisumfang eines derarti­ gen Codierers aus Platzgründen zu vergrößern.In order to improve the resolution of such a sensor the number of field-generating, circularly designed el ment can be increased. There is a technical limitation however, by the execution of the ferromagnetic teeth or Magnetic poles that correspond to the detection by the measuring cell appropriate size. For numerous applications it does not appear possible to determine the circumference of such a to enlarge the encoder for reasons of space.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beheben, indem ein Sensor vorgeschlagen wird, der über eine hohe Auflösung verfügt und dennoch einen Codierer aufweist, der mit einem begrenzten diametralen Raumbedarf auskommt. The object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned above fix by suggesting a sensor that has a has high resolution and yet has an encoder that manages with a limited diametrical space requirement.  

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Sensor vor mit mindestens einem drehbaren magnetischen Codierer, der so ausgeführt ist, daß er mindestens eine kreisförmige Magnet­ spur aufweist, die von einer Reihe ein variables Magnetfeld erzeugenden Elementen gebildet wird, die so verteilt sind, daß sie Elementpaare mit einer mechanischen Periodendauer von 360°/P bilden, wobei die Magnetspur an mindestens einer Abtast­ zelle vorbeiläuft, die ein periodisches Signal abgibt, das der veränderten Stärke des durch die Elemente erzeugten Magnetfel­ des entspricht.To achieve this object, the invention proposes a sensor before with at least one rotatable magnetic encoder that is designed so that it has at least one circular magnet has a variable magnetic field from a row generating elements is formed, which are distributed such that they have element pairs with a mechanical period of Form 360 ° / P, the magnetic track on at least one scan cell passes, which emits a periodic signal that the changed strength of the magnetic field generated by the elements that corresponds.

Erfindungsgemäß umfaßt der Codierer entweder eine Reihe von n kreisförmigen Magnetspuren, die jeweils an einer Abtastzelle vorbeilaufen und die so angebracht sind, daß die Elemente der Magnetspuren untereinander winkelförmig versetzt sind, oder weist der Codierer eine kreisförmige Magnetspur auf, die vor n Abtastzellen vorbeiläuft, die untereinander winkelförmig ver­ setzt sind, wobei die jeweilige Winkelverschiebung zwischen den felderzeugenden Elementen und den Zellen so angepaßt ist, daß n elektrische Signale erzeugt werden, die untereinander um einen Wert von 1/2n mal dem Wert der Periodendauer elektrisch phasen­ verschoben sind, wodurch eine Erhöhung der Auflösung um n Male ermöglicht wird.According to the invention, the encoder comprises either a series of n circular magnetic tracks, each on a scanning cell walk past and are attached so that the elements of the Magnetic tracks are offset angularly from one another, or the encoder has a circular magnetic track, which before n Past scanning cells that ver angularly with each other sets, with the respective angular displacement between the field-generating elements and the cells is adapted so that n electrical signals are generated that are mutually one Electrical phase value of 1 / 2n times the value of the period are shifted, increasing the resolution by n times is made possible.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Sensor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abtastzellen mit Verarbei­ tungsmitteln verbunden sind, die die Digitalisierung der pha­ senverschobenen elektrischen Signale gewährleisten, um digitalisierte Signale zu erzeugen, aus denen sich ein digita­ lisiertes Signal mit einer Periodendauer von 360°/2P ergibt.Another object of the invention is a sensor that is characterized in that the scanning cells with processing means are connected that digitize the pha ensure electrical signals shifted to generate digitized signals that make up a digita lized signal with a period of 360 ° / 2P results.

Gemäß eines vorteilhaften Merkmals umfassen die Verarbeitungs­ mittel für zwei Zellen oder Spuren folgende Mittel:
According to an advantageous feature, the processing means for two cells or tracks comprise the following means:

  • - Mittel zur Unterscheidung von zwei phasenverschobenen elekt­ rischen Signalen zur Erzeugung eines Differentialsignals; - Means for distinguishing two phase-shifted elect rischen signals for generating a differential signal;  
  • - Mittel zur Digitalisierung des magnetischen Differentialsig­ nals und mindestens eines phasenverschobenen elektrischen Signals zur Erzeugung von digitalisierten Signalen, aus denen sich das digitalisierte Signal mit einer Periodendauer von 360°/2P ergibt.- Means for digitizing the magnetic differential sig nals and at least one phase-shifted electrical Signals for the generation of digitized signals from which the digitized signal with a period of 360 ° / 2P results.

Verschiedene Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun­ gen beispielhaft und nicht einschränkend Ausführungsformen der Erfindung zeigt.Various features result from the following Be description referring to the attached drawings exemplary and non-limiting embodiments of the Invention shows.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausfüh­ rungsvariante eines erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 1 shows a schematic view of a first exporting approximately variant of an inventive sensor,

Fig. 2 zeigt die Form der elektrischen Signale, die von einem Positionssensor empfangen werden, der mit dem in Fig. 1 dargestellten Codierer versehen ist, Fig. 2 shows the form of the electrical signals received by a position sensor provided with the encoder shown in Fig. 1,

Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Beispiel der Auswertung der vom erfindungsgemäßen Sensor gelieferten Signale, Fig. 3 shows a preferred example of the evaluation of the signals supplied by the sensor according to the invention,

Fig. 4 zeigt ein anderes schematisches Ausführungsbeispiel eines der ersten Ausführungsvariante entsprechenden Sensors, Fig. 4 is another schematic exemplary embodiment shows a first embodiment of the corresponding sensor,

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 5 is a schematic illustration showing a second embodiment of a sensor according to the invention,

Fig. 6 und 7 zeigen beispielhaft die Montage eines erfindungs­ gemäßen Sensors, FIGS. 6 and 7 show an example of mounting a sensor according to the Invention,

Fig. 8 und 9 zeigen einen Längsschnitt bzw. eine perspektivi­ sche Darstellung eines kompletten Sensors mit hoch- und geringauflösenden Codierern. FIGS. 8 and 9 show a longitudinal section and a perspektivi specific representation of a complete sensor with high- and low-resolution encoders.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsge­ mäßen drehbaren magnetischen Codierers. Der Codierer 1 umfaßt n kreisförmige Magnetspuren 2 i (i = 2 bis n), die jeweils vor einer Abtast- oder Meßzelle 3 i zur Bildung eines Positionssen­ sors 4 vorbeilaufen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel besitzt der Codierer zwei Magnetspuren 2 1, 2 2, die jeweils vor einer Abtastzelle 3 1 bzw. 3 2 vorbeilaufen. Fig. 1 shows a first embodiment of a rotatable magnetic encoder according to the invention. The encoder 1 comprises n circular magnetic tracks 2 i (i = 2 to n), each of which passes in front of a scanning or measuring cell 3 i to form a position sensor 4 . In the example shown in FIG. 1, the encoder has two magnetic tracks 2 1 , 2 2 , each of which passes in front of a scanning cell 3 1 or 3 2 .

Jede Magnetspur 21 verfügt über eine Reihe von Elementen 5, die ein variables Magnetfeld erzeugen und auf der kreisförmigen Spur verteilt sind, um P Paare von Elementen 5 mit einer mecha­ nischen. Periodendauer T gleich 360°/P zu bilden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel werden die ein variables Magnetfeld erzeugenden Elemente 5 von alternierenden Magnetpolen gebildet, so daß jede Magnetspur 2 i von einem mehrpoligen magnetischen Ring gebildet wird. Entsprechend diesem Beispiel umfaßt jede Magnetspur 2 i des Codierers 1 eine Reihe von Süd- und Nordpo­ len, die so angeordnet sind, daß sich eine gleichmäßige Ab­ standsteilung zwischen zwei benachbarten Polen ergibt.Each magnetic track 21 has a number of elements 5 , which generate a variable magnetic field and are distributed on the circular track to P pairs of elements 5 with a mechanical. Period T to form 360 ° / P. In the example shown in FIG. 1, the elements 5 which generate a variable magnetic field are formed by alternating magnetic poles, so that each magnetic track 2 i is formed by a multipole magnetic ring. According to this example, each magnetic track 2 i of the encoder 1 comprises a series of south and north poles, which are arranged in such a way that there is a uniform spacing between two adjacent poles.

Selbstverständlich kann auch vorgesehen werden, jede Magnetspur 2 i mit ein variables Magnetfeld erzeugenden Elementen 5 auszu­ führen, die von Störelementen eines Magnetfeldes gebildet werden, das von einem sich in der Nähe der Magnetspuren befin­ denden festen Magneten erzeugt wird. Die Störelemente können zum Beispiel durch Zähne gebildet werden, die in einem aus ferromagnetischem Material ausgeführten Ring angeordnet sind.Of course, it can also be provided to perform each magnetic track 2 i with a variable magnetic field generating elements 5 , which are formed by interference elements of a magnetic field which is generated by a magnet located in the vicinity of the magnetic tracks. The interference elements can be formed, for example, by teeth, which are arranged in a ring made of ferromagnetic material.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsmerkmals weist mindestens eine der Magnetspuren 2 i ein sogenanntes unregelmäßiges felder­ zeugendes Element 5 1 auf, das in Bezug zur Abstandsteilung zwischen den anderen felderzeugenden Elementen 5 einen anderen Abstand aufweist. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das unregelmäßige felderzeugende Element 5 1 einen doppelten Teilungswinkel in Bezug zu den anderen felderzeugenden Elemen­ ten 5 auf. Das vorhandene unregelmäßige felderzeugende Element bildet eine Markierung für den magnetischen Codierer und ermög­ licht die Bestimmung mindestens einer Winkelstellung. Selbst­ verständlich kann vorgesehen werden, ein oder mehrere unregelmäßige felderzeugende Elemente 5 1 auf einer oder mehre­ ren Magnetspuren 2 i auszuführen. According to a preferred embodiment, at least one of the magnetic tracks 2 i has a so-called irregular field-generating element 5 1 , which has a different distance in relation to the spacing between the other field-generating elements 5 . In the example shown in FIG. 1, the irregular field-generating element 5 1 has a double pitch angle in relation to the other field-generating elements 5 . The existing irregular field-generating element forms a marking for the magnetic encoder and enables the determination of at least one angular position. Of course, it can be provided to carry out one or more irregular field-generating elements 5 1 on one or more magnetic tracks 2 i .

Jede ringförmige Magnetspur 2 i läuft vor einer feststehenden Abtastzelle 3 i vorbei, die ein periodisches elektrisches Signal abgibt, das der veränderten Stärke des Magnetfeldes entspricht, das von den felderzeugenden Elementen 5 erzeugt wird. Jede Abtastzelle 3 i ist in herkömmlicher Weise Verarbeitungsmitteln zugeordnet, zum Beispiel einem nicht dargestellten, als solcher aber bekannter Hysterese-Niveaukomparator, die ein elektrisches Signal Si abgeben, das für unterschiedliche Werte des Magnet­ feldes nahtlose Übergänge aufweist, in Abhängigkeit von der zu- oder abnehmenden Feldstärke.Each annular magnetic track 2 i passes in front of a fixed scanning cell 3 i , which emits a periodic electrical signal that corresponds to the changed strength of the magnetic field that is generated by the field-generating elements 5 . Each scanning cell 3 i is assigned in a conventional manner to processing means, for example a hysteresis level comparator which is not shown but is known as such and which emits an electrical signal S i which has seamless transitions for different values of the magnetic field, depending on the or decreasing field strength.

Die felderzeugenden Elemente 5 der n Magnetspuren 2 sind erfin­ dungsgemäß so angebracht, daß sie untereinander winkelförmig versetzt sind, um n elektrische Signale S. zu erhalten, die untereinander um einen Wert von 1/2n mal dem Wert der mechani­ schen Periodendauer T phasenverschoben sind.The field-generating elements 5 of the n magnetic tracks 2 are inventively mounted in such a way that they are angularly offset from one another in order to obtain n electrical signals S. which are phase-shifted by a value of 1 / 2n times the value of the mechanical period T's.

In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind die von den Zellen gelieferten elektrischen Signale um ein Viertel der Perioden­ dauer T, d. h. 90°, verschoben, so wie dies deutlich in Fig. 2 zu erkennen ist. Besitzen die zwei Magnetspuren 2 1, 2 2 eine gleiche Anzahl von Polpaaren P, sind die Magnetspuren 2 1, 2 2 untereinander um den Wert eines halben Pols versetzt. Bei einem Codierer 1 mit drei oder vier Spuren sind die felderzeugenden Elemente 5 untereinander in ähnlicher Weise versetzt, um je­ weils drei oder vier elektrische Signale Si zu erhalten, die untereinander jeweils um 60° (ein Sechstel der Periodendauer) oder 45° (ein Achtel der Periodendauer) phasenverschoben sind.In the example shown in FIG. 1, the electrical signals supplied by the cells are shifted by a quarter of the period T, ie 90 °, as can be clearly seen in FIG. 2. If the two magnetic tracks 2 1 , 2 2 have the same number of pole pairs P, the magnetic tracks 2 1 , 2 2 are offset from one another by the value of half a pole. In the case of an encoder 1 with three or four tracks, the field-generating elements 5 are offset from one another in a similar manner in order to obtain three or four electrical signals S i each, which are each at 60 ° (one sixth of the period) or 45 ° (one Eighths of the period) are out of phase.

Jede Zelle 3 1, 3 2 liefert in herkömmlicher Weise ein analoges Signal Sm1 bzw. Sm2 der Periodendauer T, das nach der Verarbei­ tung, d. h. nach der Digitalisierung, ein digitales Signal S1, S2 ergibt. Das Erfassen der steigenden und fallende Fronten der digitalen Signale S1, S2 ergibt ein Ausgangssignal S1 der Perio­ dendauer T/2. Each cell 3 1 , 3 2 delivers in a conventional manner an analog signal S m1 or S m2 of period T, which after processing, ie after digitization, results in a digital signal S 1 , S 2 . The detection of the rising and falling fronts of the digital signals S 1 , S 2 results in an output signal S 1 of the period T / 2.

Es versteht sich, daß die Ausführung von n Magnetspuren 2 i die Erhöhung der Sensorauflösung um n Male ermöglicht, ohne den Codierer diametral zu vergrößern. In dem in Fig. 1 dargestell­ ten Fall, der einen Codierer mit zwei Magnetspuren 2 1, 2 2 zeigt, die beide jeweils aus zum Beispiel 180 felderzeugenden Elementen 5 gebildet sind, können 360 Ereignisse pro Umdrehung erfaßt werden, wenn die steigenden und fallenden Fronten der Signale ausgewertet werden. Man erhält folglich einen Sensor mit einer Auflösung von I°.It is understood that the execution of n magnetic tracks 2 i enables the sensor resolution to be increased by n times without diametrically increasing the encoder. In the case in FIG. 1, which shows an encoder with two magnetic tracks 2 1 , 2 2 , both of which are each formed from, for example, 180 field-generating elements 5 , 360 events per revolution can be detected when the rising and falling fronts of the signals are evaluated. A sensor with a resolution of I ° is thus obtained.

Fig. 2 zeigt, wie die durch die Abtastzellen gelieferten Signa­ le in herkömmlicher Weise ausgewertet werden. Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Art der Auswertung der beiden von den Zellen gelie­ ferten analogen Signale Sm1, Sm2. Mit dieser bevorzugten Art stellen die Verarbeitungsmittel die Unterscheidung zwischen den beiden analogen Signalen Sm1, Sm2 sicher, um ein analoges Diffe­ rentialsignal Smd zu erzeugen, das zur Erzeugung eines digita­ len Differentialsignals Sd digitalisiert wird. Eines der analogen Signale, zum Beispiel Sm1, wird zur Erzeugung eines digitalen Signals S1 digitalisiert. Die Erfassung der steigen­ den und fallenden Fronten der digitalen Signale Sd, S1 ergibt ein Ausgangssignal Ss der Periodendauer T/2. Durch die Verwen­ dung des Differentialsignals Smd läßt sich die Instabilität der analogen Signale überwinden und die Fehler ausgleichen, die zwischen den halben Periodendauern der Signale auftreten. Eine derartige Signalauswertung ermöglicht, die Genauigkeit des Sensors zu erhöhen. Fig. 2 shows how the signals provided by the scanning cells are evaluated in a conventional manner. FIG. 3 shows a preferred type of evaluation of the two analog signals S m1 , S m2 supplied by the cells. With this preferred type, the processing means ensure the distinction between the two analog signals S m1 , S m2 in order to generate an analog differential signal S md which is digitized to produce a digital differential signal S d . One of the analog signals, for example S m1 , is digitized to generate a digital signal S 1 . The detection of the rising and falling fronts of the digital signals S d , S 1 results in an output signal S s of the period T / 2. By using the differential signal S md , the instability of the analog signals can be overcome and the errors that occur between half the period of the signals can be compensated. Such a signal evaluation enables the accuracy of the sensor to be increased.

In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel sind die Magnetspuren 2 1 aus einem Elastomer- oder Kunststoffring gebildet, der mit magnetisierten Teilchen zur Bildung der Magnetpole geladen ist. Dieser Elastomerring kann auf einem nicht dargestellten Träger­ kranz angebracht werden.In the example shown in Fig. 1, the magnetic tracks 2 1 are formed from an elastomer or plastic ring which is charged with magnetized particles to form the magnetic poles. This elastomer ring can be attached to a ring wreath, not shown.

Gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel kann vorgesehen werden, die Magnetpole 5 in Bezug zu einer parallel zur Dreh­ achse Δ des Codierers verlaufenden Richtung D schräg auszufüh­ ren. Der Neigungswinkel der Magnetpole in Bezug zur Richtung D ermöglicht die Bestimmung der Winkelverschiebung zwischen den beiden vor den Abtastzellen 3 1, 3 2 vorbeilaufenden Spuren 2 1, 2 2. Gemäß dieser Ausführungsvariante sind die Pole von einer Spur zur anderen durchgehend ausgeführt.According to the example shown in FIG. 4, it can be provided that the magnetic poles 5 run obliquely in relation to a direction D parallel to the axis of rotation Δ of the encoder. The angle of inclination of the magnetic poles in relation to the direction D enables the angular displacement between the two to be determined in front of the scanning cells 3 1 , 3 2 tracks 2 1 , 2 2 . According to this variant, the poles are continuous from one track to the other.

In den oben beschriebenen Beispielen weisen die Magnetspuren 2 1 eine identische Anzahl P von Paaren felderzeugender Elemente 5 auf. Es ist festzustellen, daß in Betracht gezogen werden kann, daß die Magnetspuren 2 1 eine unterschiedliche Anzahl P von Paaren felderzeugender Elemente aufweisen.In the examples described above, the magnetic tracks 2 1 have an identical number P of pairs of field-generating elements 5 . It should be noted that it can be considered that the magnetic tracks 2 1 have a different number P of pairs of field generating elements.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsge­ mäßen Sensors 4, gemäß der der Sensor von einem Codierer 1 gebildet wird, der eine einzige kreisförmige Magnetspur 2 1 umfaßt, die wie vorstehend beschrieben, aus einer Reihe von felderzeugenden Elementen 5 gebildet ist. Die Magnetspur 2 1 läuft vor n Abtastzellen 2 1 (mit n ≧ 2) vorbei, die untereinan­ der winkelförmig versetzt sind, so daß die jeweilige Winkelver­ schiebung zwischen den felderzeugenden Elementen 5 und den Zellen 2 1 angepaßt wird, um n elektrische Signale S1 zu erhal­ ten, die untereinander um einen Wert von 1/2n mal dem Wert der Periodendauer T elektrisch phasenverschoben sind. Die Abtast­ zellen 2 1 sind somit in einer Richtung versetzt, die parallel zu einer sich senkrecht zur Drehachse Δ des Codierers erstre­ ckenden Richtung verläuft. In dem bevorzugten Fall, in dem der Sensor zwei Zellen 2 1, 2 2 umfaßt, werden die analogen Signale Sm1, Sm2 gemäß der in Fig. 2 oder vorzugsweise in Fig. 3 be­ schriebenen Technik ausgewertet. Fig. 5 shows a second embodiment of the sensor 4 according to the invention, according to which the sensor is formed by an encoder 1 , which comprises a single circular magnetic track 2 1 , which, as described above, is formed from a number of field-generating elements 5 . The magnetic track 2 1 runs in front of n scanning cells 2 1 (with n ≧ 2), which are angularly offset from one another, so that the respective angular displacement between the field-generating elements 5 and the cells 2 1 is adapted to n electrical signals S 1 to get th, which are electrically out of phase with each other by a value of 1 / 2n times the value of the period T. The scanning cells 2 1 are thus offset in a direction that extends parallel to a direction extending perpendicular to the axis of rotation Δ of the encoder. In the preferred case, in which the sensor comprises two cells 2 1 , 2 2 , the analog signals S m1 , S m2 are evaluated according to the technique described in FIG. 2 or preferably in FIG. 3.

Der oben beschriebene Codierer 1 ist im allgemeinen auf einer Drehscheibe 6 montiert, von der aus mindestens eine Position festgelegt wird.The encoder 1 described above is generally mounted on a turntable 6 from which at least one position is determined.

Gemäß einer Ausführungsart ist der Codierer auf einer Antriebs­ scheibe montiert, die am Ausgang des Kraftfahrzeugmotors ange­ bracht ist, d. h. auf einer Antriebssteuerungsscheibe oder auf einer der Hilfsscheiben. In one embodiment, the encoder is on a drive disc mounted, the at the output of the motor vehicle engine is brought, d. H. on a drive control disc or on one of the auxiliary discs.  

Gemäß eines vorteilhaften Merkmals, wie in Fig. 6 und 7 darge­ stellt, ist der Codierer 1 zur Erfassung des Totpunkts oder Zündpunkts eines Zylinders auf der Antriebsscheibe 6 montiert, die sich in der Achse der Kurbelwelle befindet. In dem darge­ stellten Beispiel ist der Codierer 1, der aus einem mehrpoligen Magnetring besteht, auf der inneren oder mittleren radialen Wand 7 (Fig. 6) oder auf der äußeren radialen Wand 8 (Fig. 7) der Antriebsscheibe 6 montiert. Der mehrpolige Magnetring aus Elastomer ist entweder direkt auf der Scheibe 6, die durch ihre radiale Wand einen Trägerkranz bildet, oder indirekt durch ihren Trägerkranz angebracht, der mit jedem geeigneten Mittel auf der Scheibe befestigt ist. Wie sich aus Fig. 6 und 7 er­ gibt, sind die Abtastzellen 3 1, 3 2, zum Beispiel Hall-Sonden, in der von der äußeren radialen Wand 8 und der inneren radialen Wand 7 begrenzten Aussparung angebracht.According to an advantageous feature, as shown in FIGS . 6 and 7 Darge, the encoder 1 for detecting the dead center or ignition point of a cylinder is mounted on the drive pulley 6 , which is located in the axis of the crankshaft. In the example presented, the encoder 1 , which consists of a multi-pole magnetic ring, is mounted on the inner or middle radial wall 7 ( FIG. 6) or on the outer radial wall 8 ( FIG. 7) of the drive disk 6 . The multipole magnetic ring made of elastomer is either attached directly to the disk 6 , which forms a support ring due to its radial wall, or indirectly through its support ring, which is attached to the disk by any suitable means. As can be seen from FIGS. 6 and 7, the scanning cells 3 1 , 3 2 , for example Hall probes, are provided in the recess delimited by the outer radial wall 8 and the inner radial wall 7 .

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Positionssensor eine Kurbelwellenscheibe als Antriebsscheibe, die mit einem Magnetring versehen ist, der zur Erfassung einer einzigen Position geeignet ist. Es ist festzustellen, daß die Erfindung eventuell auf die Ausführung eines Sensors mit einem magneti­ schen Codierer 1 angewandt werden kann, der über mehrere unre­ gelmäßige Pole 5 1 verfügt und die Erfassung von mehreren Positionen erlaubt. Vorteilhafterweise umfaßt der magnetische Codierer 1 zum Beispiel vier unregelmäßige Pole 5 1, die die Erfassung der Position der Zylinder eines Motors ermöglichen. In diesem Fall ist der Codierer 1 so angebracht, daß dieser mit der Nockenwelle eines Kraftfahrzeugmotors fest verbunden ist. Selbstverständlich kann der Codierer 1 auf der Nockenwelle montiert sein und einen einzigen unregelmäßigen Pol aufweisen.In the exemplary embodiment shown, the position sensor comprises a crankshaft pulley as the drive pulley, which is provided with a magnetic ring which is suitable for detecting a single position. It should be noted that the invention can possibly be applied to the implementation of a sensor with a magnetic encoder's 1 , which has several irregular poles 5 1 and allows the detection of several positions. Advantageously, the magnetic encoder 1 comprises, for example, four irregular poles 5 1 which enable the position of the cylinders of an engine to be detected. In this case, the encoder 1 is mounted so that it is firmly connected to the camshaft of a motor vehicle engine. Of course, the encoder 1 can be mounted on the camshaft and have a single irregular pole.

Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsmerkmals ist der erfindungsgemäße Codierer innen an einer Trägerplatte einer dynamischen Dichtung für eine Antriebswelle zwischen der Kur­ belwelle und dem Getriebe eines Kraftfahrzeugmotors montiert. Der Codierer 1 wird durch die Antriebswelle in Drehung versetzt und ist in der Nähe von n Abtastzellen 31 angebracht, die auf der Trägerplatte der Dichtung montiert sind, um einen Positi­ onssensor zu bilden.According to another preferred embodiment, the encoder according to the invention is mounted on the inside of a carrier plate of a dynamic seal for a drive shaft between the cure belwelle and the transmission of a motor vehicle engine. The encoder 1 is rotated by the drive shaft and is mounted in the vicinity of n scanning cells 31 which are mounted on the carrier plate of the seal to form a position sensor.

Gemäß eines anderen bevorzugen Ausführungsmerkmals wird der erfindungsgemäße Codierer 1 durch die Kurbel- oder Nockenwelle eines Kraftfahrzeugmotors in Drehung versetzt, wobei dieser im Inneren des Motorgetriebeblocks eines derartigen Fahrzeugs in der Nähe von n Abtastzellen 3 1 angebracht ist, um einen Positi­ onssensor zu bilden.According to another preferred embodiment, the encoder 1 according to the invention is set in rotation by the crankshaft or camshaft of a motor vehicle engine, which is arranged in the interior of the engine transmission block of such a vehicle in the vicinity of n scanning cells 3 1 in order to form a position sensor.

Der vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Sensor 4 ist ein sogenannter hochauflösender Sensor. Gemäß eines anderen Merk­ mals der Erfindung kann ein derartiger Sensor 4 gemäß Fig. 8, 9 zusätzlich einen geringauflösenden Codierer 1' aufweisen, der einen mehrpoligen Magnetring bildet, der eine Reihe von ein variables Magnetfeld erzeugenden Elementen 5 umfaßt, die einen unterschiedlichen Abstand aufweisen, um P Paare unregelmäßiger Elemente zu bilden. Der geringauflösende Codierer 1' läuft vor einer Abtastzelle 2' vorbei. Die felderzeugenden Elemente 5 können, wie oben erläutert, selbstverständlich von Störelemen­ ten eines Magnetfeldes oder von Magnetpolen gebildet werden.The sensor 4 according to the invention described above is a so-called high-resolution sensor. According to another feature of the invention, such a sensor 4 according to FIGS . 8, 9 can additionally have a low-resolution encoder 1 'which forms a multipole magnetic ring which comprises a series of elements 5 which generate a variable magnetic field and which have a different spacing, to form P pairs of irregular elements. The low-resolution encoder 1 'passes in front of a scanning cell 2 '. As explained above, the field-generating elements 5 can of course be formed by interference elements of a magnetic field or by magnetic poles.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsmerkmals, ist der geringauf­ lösende Codierer 1' auf der Scheibe 6 angebracht, auf der bereits der hochauflösende Codierer 1 montiert ist. Diese im allgemeinen ringförmig ausgebildete Scheibe umfaßt eine radiale oder umlaufende Wand 6 1 und eine querverlaufende Wand 6 2, die dazu bestimmt sind, jeweils einen Codierer 1, 1' aufnehmen.According to a preferred embodiment, the low-resolution encoder 1 'is mounted on the disk 6 on which the high-resolution encoder 1 is already mounted. This generally annular disc comprises a radial or circumferential wall 6 1 and a transverse wall 6 2 , which are each intended to receive an encoder 1 , 1 '.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, da verschiedene Änderungen innerhalb des Erfindungsrahmens ausgeführt werden können.The invention is not limited to that described and illustrated Examples limited due to various changes within the Framework of the invention can be carried out.

Claims (18)

1. Sensor mit mindestens einem drehbaren magnetischen Codie­ rer, der so ausgeführt ist, daß er mindestens eine kreisförmige Magnetspur (2) aufweist, die von einer Reihe ein variables Magnetfeld erzeugenden Elementen (5) gebildet wird, die so verteilt sind, daß sie (P) Elementpaare mit einer mechanischen Periodendauer (T) von 360°/P bilden, wobei die Magnetspur an mindestens einer Abtastzelle (3 i) vorbeiläuft, die ein Signal abgibt, das der veränderten Stärke des durch die Elemente erzeugten Magnetfeldes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer entweder eine Reihe von n kreisförmigen Magnetspuren (2 i) umfaßt, die jeweils an einer Abtastzelle (Si) vorbeilaufen und die so angebracht sind, daß die Elemente (5) der Magnetspuren untereinander winkelför­ mig versetzt sind, oder der Codierer eine kreisförmige Magnet­ spur aufweist, die an n Abtastzellen vorbeiläuft, die untereinander winkelförmig versetzt sind, wobei die jeweilige Winkelverschiebung zwischen den felderzeugenden Elementen und den Zellen so angepaßt ist, daß n elektrische Signale (Si) erzeugt werden, die untereinander um einen Wert von 1/2n mal dem Wert der Periodendauer (T) elektrisch phasenverschoben sind, wodurch eine Erhöhung der Auflösung um n Male ermöglicht wird.1. Sensor with at least one rotatable magnetic encoder, which is designed so that it has at least one circular magnetic track ( 2 ), which is formed by a row of a variable magnetic field generating elements ( 5 ), which are distributed such that they ( P) form element pairs with a mechanical period (T) of 360 ° / P, the magnetic track passing at least one scanning cell ( 3 i ) which emits a signal which corresponds to the changed strength of the magnetic field generated by the elements, characterized in that that the encoder either comprises a series of n circular magnetic tracks ( 2 i ), each passing a scanning cell (S i ) and which are attached so that the elements ( 5 ) of the magnetic tracks are offset angularly from one another, or the encoder one has a circular magnetic track that runs past n scanning cells that are angularly offset from one another, the respective angular displacement between The field-generating elements and the cells are adapted in such a way that n electrical signals (S i ) are generated which are mutually phase-shifted by a value of 1 / 2n times the value of the period (T), thereby increasing the resolution by n Times is enabled. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzellen (2 i) mit Mitteln zur Verarbeitung der phasenverschobenen elektrischen Signale verbunden sind, um digitalisierte Signale zu erzeugen, aus denen sich ein digitalisiertes Signal (Ss) mit einer Perioden­ dauer von 360°/2P ergibt.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the scanning cells ( 2 i ) are connected to means for processing the phase-shifted electrical signals in order to generate digitized signals from which a digitized signal (S s ) with a period of 360 ° / 2P results. 3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel für zwei Zellen oder Spuren folgende Mittel umfassen:
  • - Mittel zur Unterscheidung von zwei phasenverschobenen elekt­ rischen Signalen, um ein Differentialsignal zu erzeugen (Sd);
  • - Mittel zur Digitalisierung des magnetischen Differentialsig­ nals (Sd) und mindestens eines phasenverschobenen elektrischen Signals, um digitalisierte Signale zu erzeugen, aus denen sich das digitalisierte Signal (Ss) mit einer Periodendauer von 360°/2P ergibt.
3. Sensor according to claim 2, characterized in that the processing means for two cells or tracks comprise the following means:
  • - Means for distinguishing two phase-shifted electrical signals to generate a differential signal (S d );
  • - Means for digitizing the magnetic differential signal (S d ) and at least one phase-shifted electrical signal to generate digitized signals from which the digitized signal (S s ) results with a period of 360 ° / 2P.
4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Magnetspuren (2 i) mindestens ein unregelmäßiges felderzeugendes Element (5 1) aufweist, das in Bezug zur Abstandsteilung zwischen den anderen felderzeugenden Elementen einen anderen Abstand aufweist.4. Sensor according to claim 1, characterized in that at least one of the magnetic tracks ( 2 i ) has at least one irregular field-generating element ( 5 1 ) which has a different distance in relation to the spacing between the other field-generating elements. 5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n. Magnetspuren (2 i) der betref­ fenden Reihe eine gleiche oder unterschiedliche Anzahl (P) von Paaren felderzeugender Elemente (5) aufweisen.5. Sensor according to claim 1, characterized in that the n. Magnetic tracks ( 2 i ) of the row concerned have the same or different number (P) of pairs of field-generating elements ( 5 ). 6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor für die betreffende Reihe zwei, drei oder vier Magnetspuren (2 i) aufweist, die jeweils 90, 60 bzw. 45 Paare ein Magnetfeld erzeugender Elemen­ te aufweisen.6. Sensor according to claim 1, characterized in that the sensor for the row in question has two, three or four magnetic tracks ( 2 i ), each having 90, 60 or 45 pairs of a magnetic field generating elements. 7. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetspur (2 i) ein variables Magnetfeld erzeugende Elemente (5) umfaßt, die von alternieren­ den Magnetpolen gebildet werden.7. Sensor according to claim 1, characterized in that each magnetic track ( 2 i ) comprises a variable magnetic field generating elements ( 5 ) which are formed by alternating the magnetic poles. 8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetspur (2 i) ein variables Magnetfeld erzeugende Elemente (5) umfaßt, die von Störelemen­ ten eines Magnetfeldes gebildet werden, das von einem in der Nähe befindlichen festen Magneten erzeugt wird.8. Sensor according to claim 1, characterized in that each magnetic track ( 2 i ) comprises a variable magnetic field generating elements ( 5 ) which are formed by Störelemen th a magnetic field which is generated by a nearby fixed magnet. 9. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetspur (2 i) aus einem Elastomer- oder Kunststoffring gebildet ist, der mit magneti­ sierten Teilchen zur Bildung der Magnetpole geladen ist, wobei der Ring auf einem Trägerkranz angebracht ist.9. Sensor according to claim 7, characterized in that each magnetic track ( 2 i ) is formed from an elastomer or plastic ring which is loaded with magnetized particles to form the magnetic poles, the ring being attached to a carrier ring. 10. Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die untereinander winkelförmig versetzten Magnetpole der Magnetspuren der betreffenden Reihe von Magnetpolen gebildet werden, die in Bezug zu einer parallel zur Drehachse (Δ) des Codierers verlaufenden Richtung (D) geneigt sind.10. Sensor according to one of claims 5 to 7, characterized in that the mutually angular offset magnetic poles of the magnetic tracks of the row in question are formed by magnetic poles that are parallel to one another direction (D) to the axis of rotation (Δ) of the encoder are inclined. 11. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen geringauflösenden Codierer (1') umfaßt, der einen mehrpoligen Magnetring bildet, der eine Reihe von ein variables Magnetfeld erzeugenden Elemen­ ten (5) umfaßt, die einen unterschiedlichen Abstand aufweisen, um (P) Paare unregelmäßiger Elemente zu bilden, wobei der geringauflösende Codierer(1') an einer Abtastzelle (2') vorbei­ läuft.11. Position sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a low-resolution encoder ( 1 ') which forms a multi-pole magnetic ring which comprises a number of elements generating a variable magnetic field ( 5 ) which have a different distance to form (P) pairs of irregular elements, the low-resolution encoder ( 1 ') passing a scanning cell ( 2 '). 12. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (1) und eventuell der geringauflösende Codierer (1') auf einer Scheibe (6) angebracht sind, die auf einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs drehbar befestigt ist, wobei die n Abtastzellen (2 i) und eventuell die Abtastzelle (2') für den geringauflösenden Codierer in Verbin­ dung mit diesen Codierern angebracht sind.12. Position sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the encoder ( 1 ) and possibly the low-resolution encoder ( 1 ') are mounted on a disc ( 6 ) which is rotatably mounted on a drive shaft of a motor vehicle, the n scanning cells ( 2 i ) and possibly the scanning cell ( 2 ') for the low-resolution encoder are connected in conjunction with these encoders. 13. Positionssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) eine umlaufende Wand (6 1) und eine querverlaufende Wand (6 2) aufweist, die jeweils einen Codierer (1, 1') aufnehmen.13. Position sensor according to claim 12, characterized in that the disc ( 6 ) has a circumferential wall ( 6 1 ) and a transverse wall ( 6 2 ), each receiving an encoder ( 1 , 1 '). 14. Positionssensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) an einer Antriebs­ scheibe angesetzt oder Bestandteil von dieser ist. 14. Position sensor according to claim 12 or 13, characterized in that the disc ( 6 ) is attached to a drive disc or is part of this. 15. Positionssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe eine Kurbelwel­ lenscheibe ist.15. Position sensor according to claim 14, characterized in that the drive pulley is a crankshaft lens is. 16. Positionssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe eine Nocken­ scheibe ist.16. Position sensor according to claim 14, characterized in that the drive pulley has a cam is disc. 17. Positionssensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) innen an einer Trägerplatte einer dynamischen Dichtung montiert ist, welche zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebe eines Kraftfahrzeug­ motors in der Nähe von n Abtastzellen (3 1) angebracht ist.17. Position sensor according to claim 12 or 13, characterized in that the disc ( 6 ) is mounted on the inside of a carrier plate of a dynamic seal, which is mounted between the crankshaft and the transmission of a motor vehicle engine in the vicinity of n scanning cells ( 3 1 ) . 18. Positionssensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) durch die Kurbel- oder Nockenwelle in Drehung versetzt wird, wobei diese im Inneren des Motorgetriebeblocks eines Fahrzeugs in der Nähe von n Abtastzellen (3 1) angebracht ist.18. Position sensor according to claim 12 or 13, characterized in that the disc ( 6 ) is set in rotation by the crankshaft or camshaft, which is mounted in the interior of the engine transmission block of a vehicle in the vicinity of n scanning cells ( 3 1 ).
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