DE102015010128A1 - Arrangement for determining the position, in particular rotational position of a movably mounted part - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Bestimmung der Drehstellung eines bewegbar gelagerten Teils, insbesondere einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Elektromotors wobei die Anordnung – eine Dauermagnete aufweisende Dauermagnetanordnung – eine, insbesondere auf ihrer den Dauermagneten zugewandten Seite, mit Sensoren bestückte Leiterplatte, – Flussführungsteile, ein Sekundärrückschlussteil und Primärrückschlussteile, – einen mit dem bewegbar, insbesondere drehbar, gelagerten Teil drehfest verbundenen Verzahnungsteil, insbesondere Zahnstange oder Zahnring, aufweist, wobei in Bewegungsrichtung jeweils zwischen zwei, insbesondere zueinander nächstbenachbarten, Flussführungsteilen ein jeweiliges Primärrückschlussteil angeordnet ist, wobei zwischen dem jeweiligen Primärrückschlussteil und einem jeweils zu diesem nächstbenachbarten Flussführungsteil ein Dauermagnet oder zumindest ein Bereich eines Dauermagneten angeordnet ist.Arrangement for determining the rotational position of a movably mounted part, in particular a shaft, in particular a rotor shaft of an electric motor wherein the arrangement - a permanent magnet permanent magnet arrangement - a, in particular on its side facing the permanent magnet side, equipped with sensors circuit board - flow guide parts, a secondary return part and primary return parts , In particular a toothed rack or toothed ring having a rotatably connected to the rotatably mounted part, in particular toothed rack or toothed ring, wherein in the direction of movement in each case between two, in particular next to each other adjacent, Flußführungsteilen a respective primary return part is arranged, wherein between the respective primary return part and one to each A permanent magnet or at least a region of a permanent magnet is arranged for this next adjacent flow guide part.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Positon, insbesondere Drehstellung eines bewegbar gelagerten Teils.The invention relates to an arrangement for determining the position, in particular rotational position of a movably mounted part.

Es ist allgemein bekannt, dass das Magnetfeld von Dauermagneten mittels Hallsensoren detektierbar ist.It is well known that the magnetic field of permanent magnets is detectable by means of Hall sensors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Bestimmung der Position weiterzubilden.The invention is therefore based on the object to develop an arrangement for determining the position.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung zur Bestimmung der Drehstellung eines bewegbar gelagerten Teils nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the arrangement for determining the rotational position of a movably mounted part according to the features specified in claim 1.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung zur Bestimmung der Drehstellung eines bewegbar gelagerten Teils, insbesondere einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Elektromotors, sind, dass die Anordnung

  • – eine Dauermagnete aufweisende Dauermagnetanordnung
  • – eine, insbesondere auf ihrer den Dauermagneten zugewandten Seite, mit Sensoren bestückte Leiterplatte,
  • – Flussführungsteile, ein Sekundärrückschlussteil und Primärrückschlussteile,
  • – ein mit dem bewegbar, insbesondere drehbar, gelagerten Teil drehfest verbundenes Verzahnungsteil, insbesondere Zahnstange oder Zahnring, welches ebenfalls magnetflussführende Eigenschaften aufweist,
aufweist,
wobei in Bewegungsrichtung jeweils zwischen zwei, insbesondere zueinander nächstbenachbarten, Flussführungsteilen ein jeweiliges Primärrückschlussteil angeordnet ist,
wobei zwischen dem jeweiligen Primärrückschlussteil und einem jeweils zu diesem nächstbenachbarten Flussführungsteil ein Dauermagnet oder zumindest ein Bereich eines Dauermagneten angeordnet ist,
insbesondere wobei zwischen jedem Primärrückschlussteil und dem jeweils zu diesem nächstbenachbarten Flussführungsteil ein Dauermagnet oder zumindest ein Bereich eines Dauermagneten angeordnet ist.Important features of the invention in the arrangement for determining the rotational position of a movably mounted part, in particular a shaft, in particular a rotor shaft of an electric motor, are that the arrangement
  • - A permanent magnet having permanent magnet assembly
  • A printed circuit board equipped with sensors, in particular on its side facing the permanent magnet,
  • Flow guide parts, a secondary return part and primary return parts,
  • A toothed part rotatably connected to the movable, in particular rotatable, mounted part, in particular toothed rack or toothed ring, which also has magnetic flux conducting properties,
having,
wherein in the direction of movement in each case between two, in particular to each other next to each other, flux guide parts, a respective primary return part is arranged,
wherein a permanent magnet or at least a region of a permanent magnet is arranged between the respective primary return part and a respectively adjacent to this flux guide part
in particular, wherein a permanent magnet or at least a region of a permanent magnet is arranged between each primary return part and the flux guide part adjacent thereto in each case.

Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der Drehstellung der Rückschluss des vom jeweiligen Dauermagneten erzeugten Magnetflusses entweder über das Sekundärrückschlussteil oder über das jeweils zum Dauermagneten nächstbenachbarte Primärrückschlussteil sowie das Verzahnungsteil erfolgt. Entsprechend variiert die Stärke des im zum jeweiligen Dauermagneten nächstbenachbarten Flussführungsteils geführten Magnetflusses und das entsprechend zugeordnete Sensorsignal variiert entsprechend, also das Signal des diesem Flussführungsteil zugeordneten Sensors. Aus den Sensorsignalen ist somit die Drehstellung, also Winkelstellung des Verzahnungsteils, detektierbar.The advantage here is that depending on the rotational position of the inference of the magnetic flux generated by the respective permanent magnet either via the secondary return part or via the respective next to the permanent magnet next adjacent primary return part and the toothing part. Accordingly, the intensity of the magnetic flux guided in the flux magnet adjacent to the respective permanent magnet varies, and the correspondingly assigned sensor signal varies correspondingly, that is to say the signal of the sensor assigned to this flux guide part. From the sensor signals thus the rotational position, ie angular position of the toothing part, detectable.

Somit bewirkt die Reluktanzänderung bei zu den Flussführungselementen relativer Bewegung der Verzahnung eine entsprechend Variation oder Veränderung der Stärke des Magnetflusses, welche mittels der Sensoren detektierbar ist.Thus, the reluctance change causes relative to the flow guide elements relative movement of the teeth a corresponding variation or change in the strength of the magnetic flux, which is detectable by means of the sensors.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Dauermagnete in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet,
und/oder dass zwischen dem jeweiligen Sensor und der Dauermagnetanordnung ein jeweiliges Flussführungsteil angeordnet ist,
und/oder dass auf der von den Flussführungsteilen abgewandten Seite der Leiterplatte das Rückschlussteil angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist und eine eineindeutige Zuordnung der Sensorsignale zur Drehstellung des Verzahnungsteils.In an advantageous embodiment, permanent magnets are arranged one behind the other in the direction of movement,
and / or that a respective flow guide part is arranged between the respective sensor and the permanent magnet arrangement,
and / or that on the side remote from the flow guide parts of the circuit board, the return part is arranged. The advantage here is that a simple production is possible and a one-to-one assignment of the sensor signals to the rotational position of the toothing part.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Dauermagnete in Bewegungsrichtung zwischen dem zum jeweiligen Dauermagneten nächstbenachbarten Primärrückschlussteil und dem jeweiligen zum jeweiligen Dauermagneten nächstbenachbarten Flussführungsteil jeweils dieselbe Länge auf,
insbesondere wobei die Zahnbreite der Zähne der Verzahnung des Verzahnungsteils der Länge entspricht,
und/oder dass die Dauermagnete in Bewegungsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist und eine eineindeutige Zuordnung der Sensorsignale zur Drehstellung des Verzahnungsteils.In an advantageous embodiment, the permanent magnets each have the same length in the direction of movement between the primary return part closest to the respective permanent magnet and the respective flux guide part nearest the respective permanent magnet,
in particular, wherein the tooth width of the teeth corresponds to the toothing of the toothing part of the length,
and / or that the permanent magnets are regularly spaced apart in the direction of movement. The advantage here is that a simple production is possible and a one-to-one assignment of the sensor signals to the rotational position of the toothing part.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zähne am Verzahnungsteil in Bewegungsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet, wobei eine Periodenlänge vorgesehen ist,
die Beabstandung dreier Flussführungsteile, insbesondere der der Dauermagnetanordnung zugewandten Endbereiche, insbesondere Stirnseiten, der Flussführungsteile in Bewegungsrichtung derart beabstandet voneinander sind, dass
der Abstand zwischen einem ersten Flussführungsteil und einem zweiten, also in Bewegungsrichtung nächstbenachbarten Flussführungsteil einem Viertel plus einem Ganzen der Periodenlänge oder einem Viertel plus einem ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht,
und dass der Abstand zwischen dem zweiten Flussführungsteil und einem dritten, also in Bewegungsrichtung zum zweiten Flussführungsteil wiederum nächstbenachbarten Flussführungsteil einem Viertel plus einem Ganzen der Periodenlänge oder einem Viertel plus einem ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht,In an advantageous embodiment, the teeth on the toothing part in the direction of movement are regularly spaced from each other, wherein a period length is provided,
the spacing of three flow guide parts, in particular the end regions facing the permanent magnet arrangement, in particular end faces, of the flow guide parts are spaced apart in the direction of movement such that
the distance between a first flux guide part and a second flux guide part, that is, in the direction of movement next adjacent corresponds to a quarter plus a whole of the period length or a quarter plus an integer multiple of the period length,
and that the distance between the second flow guide part and a third, ie in Movement direction to the second flow guide part in turn next adjacent flow guide part corresponds to a quarter plus a whole of the period length or a quarter plus an integral multiple of the period length,

Somit entspricht der Abstand zwischen dem ersten Flussführungsteil und dem dritten Flussführungsteil einem echt halbzahligen Vielfachen der Periodenlänge.Thus, the distance between the first flow guide part and the third flow guide part corresponds to a true half-integer multiple of the period length.

Dem ersten Flussführungsteil ist ein erster Sensor zugeordnet, dessen Sensorsignal dem im ersten Flussführungsteil geführten Fluss entspricht.The first flow guide part is assigned a first sensor whose sensor signal corresponds to the flow guided in the first flow guide part.

Dem zweiten Flussführungsteil ist ein zweiter Sensor zugeordnet, dessen Sensorsignal dem im ersten Flussführungsteil geführten Fluss entspricht.The second flow guide part is assigned a second sensor whose sensor signal corresponds to the flow guided in the first flow guide part.

Dem ersten Flussführungsteil ist ein dritter Sensor zugeordnet, dessen Sensorsignal dem im dritten Flussführungsteil geführten Fluss entspricht.The first flow guide part is assigned a third sensor whose sensor signal corresponds to the flow guided in the third flow guide part.

Von Vorteil ist dabei, dass die Differenz der Sensorsignale des ersten und dritten Sensors eine Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen. Insbesondere sind die Sensorsignale differentiell erfassbar, insbesondere jeweils als Differenz zum Sensorsignal des zweiten Sensors. Die differentiellen Signale sind einer Auswerteeinheit zuleitbar, welche die Differenz dieser beiden differentiellen Signale bestimmt und auswertet. Da die beiden differentiellen Signale die Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, ist eine einfache Sinus-/Cosinus-Auswertung ausführbar.The advantage here is that the difference of the sensor signals of the first and third sensor have a phase shift of 90 ° to each other. In particular, the sensor signals can be detected differentially, in particular in each case as a difference to the sensor signal of the second sensor. The differential signals can be fed to an evaluation unit, which determines and evaluates the difference between these two differential signals. Since the two differential signals have the phase shift of 90 ° to each other, a simple sine / cosine evaluation is executable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Beabstandung dreier Flussführungsteile, insbesondere der der Dauermagnetanordnung zugewandten Endbereiche, insbesondere Stirnseiten, der Flussführungsteile in Bewegungsrichtung derart beabstandet voneinander, dass

  • – bei gleichmäßiger Bewegung des bewegbaren Teils die Differenz der Sensorsignale des in Bewegungsrichtung ersten und zweiten Sensors einen Phasenverschiebung von 90° aufweist zur Differenz der Sensorsignale des in Bewegungsrichtung dritten und zweiten Sensors. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Sinus-/Cosinus-Auswertung ausführbar ist.
In an advantageous embodiment, the spacing of three flow guide parts, in particular the end regions facing the permanent magnet arrangement, in particular end faces, of the flow guide parts are spaced from one another in the direction of movement such that
  • With uniform movement of the movable part, the difference of the sensor signals of the first and second sensors in the direction of movement has a phase shift of 90 ° to the difference between the sensor signals of the third and second sensors in the direction of movement. The advantage here is that a simple sine / cosine evaluation is executable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dauermagnete jeweils hülsenartig geformt und entweder alle eine nach radial außen oder alle eine nach radial innen zur Hülsenachse gerichtete Magnetisierung aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass die Hülsen einfach herstellbar sind und somit eine kostengünstige Herstellung ausführbar ist. Dabei werden die Hülsen auf die Flussführungsteile beziehungsweise Primärrückschlussteile aufgeschoben.In an advantageous embodiment, the permanent magnets are each sleeve-shaped and either all have a radially outward or all directed radially inward to the sleeve axis magnetization. The advantage here is that the sleeves are easy to produce and thus cost-effective production is executable. The sleeves are pushed onto the flow guide parts or primary return parts.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein jeweiliger Dauermagnet auf ein jeweiliges Flussführungsteil aufgesteckt angeordnet oder ein jeweiliger Dauermagnet ist auf ein jeweiliges Primärrückschlussteil aufgesteckt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, a respective permanent magnet is mounted plugged onto a respective flux guide member or a respective permanent magnet is mounted plugged onto a respective primary return part. The advantage here is that a simple production is possible.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Flussführungsteile jeweils als Rundstab ausgeformt
und/oder
das jeweilige Primärrückschlussteil ist jeweils als Rundstab ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung aus ferromagnetischem Material, insbesondere Ferritmaterial, ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the flow guide parts are each formed as a round rod
and or
the respective primary return part is in each case formed as a round rod. The advantage here is that a simple and cost-effective production of ferromagnetic material, in particular ferrite material, is executable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegungsrichtung die Drehrichtung und/oder Umfangsrichtung, wobei die Magnetisierungsrichtung tangential zur Umfangsrichtung des Zahnrings oder radial zur Hülsenachsrichtung der als Hülsen ausgeführten Dauermagnete ausgeführt ist,
insbesondere wobei eine Normale der Leiterplattenebene die Drehachse des drehbaren Teils schneidet und/oder die Leiterplattenebene parallel zur Drehachse des drehbaren Teils ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass wahlweise eine lineare oder eine rotatorische Ausführung realisierbar ist.In an advantageous embodiment, the direction of movement is the direction of rotation and / or circumferential direction, wherein the magnetization direction is designed tangentially to the circumferential direction of the toothed ring or radially to the sleeve axial direction of the permanent magnets designed as sleeves,
in particular, wherein a normal of the circuit board plane intersects the axis of rotation of the rotatable part and / or the circuit board plane is aligned parallel to the axis of rotation of the rotatable part. The advantage here is that either a linear or a rotary design can be realized.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die auf der Leiterplatte bestückten Sensoren in einem Luftspalt zwischen Flussführungsteil und Rückschlussteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die magnetische Flussdichte in einfacher Weise erfassbar ist.In an advantageous embodiment, the sensors fitted on the printed circuit board are arranged in an air gap between the flow guide part and the return part. The advantage here is that the magnetic flux density can be detected in a simple manner.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedes Flussführungsteil mit einer Wicklung umwickelt, die als Sensor fungiert,
wobei das Sekundärrückschlussteil die Flussführungsteile jeweils berührt. Von Vorteil ist dabei, dass kein Luftspalt zwischen Flussführungsteil und Sekundärrückschlussteil notwendig ist.In an advantageous embodiment, each flow guide part is wrapped with a winding which acts as a sensor,
wherein the secondary return part contacts the flow guide parts, respectively. The advantage here is that no air gap between flow guide part and secondary return part is necessary.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Primär- oder Sekundär-Rückschlussteil und Flussführungsteile aus Ferrit ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist. Unter dem Begriff Ferrit werden in der vorliegenden Schrift auch andere weichmagnetische Pulververbundwerkstoffe subsummiert, insbesondere die eine einem Ferritverbundwerkstoff entsprechend hohe magnetische Permeabilität aufweisen.In an advantageous embodiment, primary or secondary return part and flow guide parts are made of ferrite. The advantage here is that a simple production is possible. In the present specification, the term ferrite also includes other soft magnetic powder composite materials, in particular having a high magnetic permeability corresponding to a ferrite composite material.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoren als Hallsensoren ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass einfach ausgeführt kostengünstige Sensoren verwendbar sind.In an advantageous embodiment, the sensors are designed as Hall sensors. The advantage here is that simply running inexpensive sensors can be used.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or the task posing by comparison with the prior art arise.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to figures:

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung der Drehstellung eines drehbar gelagerten Teils, insbesondere einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Elektromotors, schematisch in Schrägansicht dargestellt.In the 1 is an inventive arrangement for determining the rotational position of a rotatably mounted part, in particular a shaft, in particular a rotor shaft of an electric motor, shown schematically in an oblique view.

In der 2 ist eine zugehörige Draufsicht gezeigt.In the 2 an associated plan view is shown.

In der 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in Schrägansicht gezeigt, wobei im Unterschied zur 1 radial magnetisierte Dauermagnete auf die Flussführungsteile 4 aufgeschoben vorgesehen sind, also hülsenartig geformte, radial magnetisierte Dauermagnete.In the 3 Another embodiment of the invention is shown in an oblique view, in contrast to 1 radially magnetized permanent magnets on the flux guide parts 4 are provided pushed, so sleeve-shaped, radially magnetized permanent magnets.

In der 4 ist eine zur 3 gehörige Draufsicht gezeigt.In the 4 is one to 3 shown appropriate top view.

In der 5 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in Schrägansicht gezeigt, wobei im Unterschied zur 1 radial magnetisierte Dauermagnete auf die Primärrückschlussteile 8 aufgeschoben vorgesehen sind, also hülsenartig geformte, radial magnetisierte Dauermagnete.In the 5 Another embodiment of the invention is shown in an oblique view, in contrast to 1 radially magnetized permanent magnets on the primary return parts 8th are provided pushed, so sleeve-shaped, radially magnetized permanent magnets.

In der 6 ist eine zur 5 gehörige Draufsicht gezeigt.In the 6 is one to 5 shown appropriate top view.

Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die Anordnung ein drehbar gelagertes Teil auf, das mit einem Zahnring 1 drehfest verbunden ist. Zur Bestimmung der Winkelstellung des Zahnrings 1 ist dieser vorzugsweise mit rechteckförmigen Zähnen ausgeführt, deren Zahnbreite in Umfangsrichtung kleiner ist als die Lückenweite der Verzahnung des Zahnrings 1. Die Zähne sind in Umfangsrichtung vorzugsweise regelmäßig voneinander beabstandet.As in the 1 and 2 shown, the arrangement comprises a rotatably mounted part, which with a toothed ring 1 rotatably connected. For determining the angular position of the toothed ring 1 this is preferably carried out with rectangular teeth whose tooth width is smaller in the circumferential direction than the gap width of the toothing of the toothed ring 1 , The teeth are preferably spaced regularly in the circumferential direction.

Im von der Verzahnung des Zahnrings 1 in axialer Richtung überdeckten axialen Bereich sind Flussführungsteile 4 angeordnet, deren jeweiliger erster Endbereich nur mittels eines Luftspaltes von der Verzahnung des Zahnrings 1 beabstandet ist.Im from the teeth of the toothed ring 1 Axially covered axial area are flow guide parts 4 arranged, whose respective first end region only by means of an air gap of the toothing of the toothed ring 1 is spaced.

Zwischen einem jeweiligen nächstbenachbarten Paar von Flussführungsteilen 4 ist ein als jeweiliges Primärrückschlussteil 8 bezeichnetes Rückschlussteil angeordnet.Between a respective next adjacent pair of flow guide parts 4 is as a respective primary feedback part 8th designated return part arranged.

Zwischen dem jeweiligen Primärrückschlussteil 8 und dem hierzu nächstbenachbarten Flussführungsteil ist jeweils ein Dauermagnet (2, 3) angeordnet, wobei der Nordpol des jeweiligen Dauermagneten mit Bezugszeichen 2 und der Südpol mit Bezugszeichen 3 bezeichnet ist.Between the respective primary return part 8th and the flow guide part next to it is in each case a permanent magnet ( 2 . 3 ), wherein the north pole of the respective permanent magnet with reference numerals 2 and the south pole with reference numerals 3 is designated.

Der Dauermagnet (2, 3) ist jeweils quaderförmig ausgeführt.The permanent magnet ( 2 . 3 ) is executed each cuboid.

Das vom jeweiligen Dauermagnet (2, 3) erzeugte Magnetflusses wird über das Primärrückschlussteil 8 geleitet und von diesem zumindest teilweise über einen Zahn der Verzahnung des Zahnrings 1 und von diesem Zahn zu demjenigen Flussführungsteil 4, welches direkt benachbart zum Dauermagnet (2, 3) angeordnet ist, also zu demjenigen Flussführungsteil 4, welches auf der vom Primärrückschlussteil 8 abgewandten Seite des Dauermagneten (2, 3) angeordnet ist. Ein anderer Anteil des vom Dauermagneten (2, 3) erzeugten Magnetflusses wird das Flussführungsteil 4 und die den Dauermagneten (2, 3) umgebende Luft geführt und ein wiederum anderer Anteil über das Flussführungsteil 4 zum Sekundärrückschlussteil 5 und von diesem zu einem weiteren Flussführungsteil 4, wovon er zurück zum Dauermagneten (2, 3) gelangt. Zwischen jeweiligem Flussführungsteil 4 und Sekundärrückschlussteil 5 ist jeweils ein Luftspalt angeordnet, in welchem jeweils ein auf einer Leiterplatte 6 bestückter Sensor 7 angeordnet ist.That of the respective permanent magnet ( 2 . 3 ) generated magnetic flux is via the primary return part 8th directed and from this at least partially via a tooth of the toothing of the toothed ring 1 and from that tooth to the flow guide part 4 , which is directly adjacent to the permanent magnet ( 2 . 3 ), that is, to that flow guide part 4 which is on the one of the primary trailing part 8th opposite side of the permanent magnet ( 2 . 3 ) is arranged. Another part of the permanent magnet ( 2 . 3 ) generated magnetic flux becomes the flux guide part 4 and the permanent magnet ( 2 . 3 ) guided ambient air and another turn over the flow guide part 4 to the secondary feedback part 5 and from this to another flow guide part 4 from which he returns to the permanent magnet ( 2 . 3 ). Between respective flow guide part 4 and secondary return part 5 in each case an air gap is arranged, in which in each case one on a printed circuit board 6 equipped sensor 7 is arranged.

Die Leiterplatte 6 weist im Ausführungsbeispiel drei Sensoren 7 auf, so dass der durch die Flussführungsteile 4 geführte Magnetfluss weit entfernt von den Dauermagneten (2, 3) bestimmbar ist.The circuit board 6 has in the exemplary embodiment three sensors 7 on, so that by the flow guide parts 4 guided magnetic flux far away from the permanent magnets ( 2 . 3 ) is determinable.

Der genannte über den Zahn der Verzahnung des Zahnrings 1 geführte Anteil des Magnetflusses ist von der Winkelstellung des Zahns, also des Zahnrings, abhängig. Denn wenn der Zahn den vom Dauermagneten überdeckten Umfangswinkelbereich überdeckt, ist nur ein geringer Luftspalt zwischen Zahn und Primärrückschlussteil 8 vorhanden. Außerdem ist ebenfalls nur ein geringer Luftspalt zwischen Zahn und Flussführungsteil 4 vorhanden. Wenn jedoch der Zahnring 1 sich in eine andere Drehstellung bewegt, wird zumindest einer der beiden Luftspalte größer und somit der magnetische Widerstand ebenfalls. Daher nimmt dann der Anteil des durch den Zahn geführten Magnetflusses ab und entsprechend vergrößert sich der durch das Sekundärrückschlussteil 5 geführte Anteil.The said about the tooth of the toothing of the toothed ring 1 The guided portion of the magnetic flux depends on the angular position of the tooth, ie the toothed ring. For when the tooth covers the circumferential angle covered by the permanent magnet, there is only a small air gap between the tooth and the primary return part 8th available. In addition, also only a small air gap between the tooth and flow guide part 4 available. However, if the toothed ring 1 moves into another rotational position, at least one of the two air gaps is greater and thus the magnetic resistance also. Therefore, then decreases the proportion of guided through the tooth magnetic flux and correspondingly increases through the secondary return part 5 guided share.

Auf diese Weise ist somit die Drehung des Zahnrings 1 detektierbar. Denn bei der Drehung werden die beiden beschriebenen Drehstellungen abwechselnd wiederholt durchlaufen, so dass das Sensorsignal jeweils einen Wechselanteil aufweist, der von der Drehgeschwindigkeit des Zahnrings 1 abhängt. Zusätzlich ist auch ein Gleichanteil im Sensorsignal jeweils vorhanden.In this way, thus, the rotation of the toothed ring 1 detectable. Because during rotation, the two rotational positions described are alternately repeated, so that the sensor signal in each case has an alternating component, which depends on the rotational speed of the toothed ring 1 depends. In addition, a DC component is also present in the sensor signal.

Die felderzeugenden Dauermagnete (2, 3) sind dabei näher zum Zahnring 1 angeordnet als zum Sekundärrückschlussteil 5.The field-generating permanent magnets ( 2 . 3 ) are closer to the toothed ring 1 arranged as to the secondary return part 5 ,

Wie in 1 und 2 ersichtlich, ist der jeweils gleichartige Pol, insbesondere also der magnetische Südpol 3, des zum Primärrückschlussteil 8 nächstbenachbarten Dauermagneten (2, 3) zum Primärrückschlussteil 8 hin orientiert. Somit ist am jeweils den Dauermagneten (2, 3) vorgesehenen Oberflächenbereich des Primärrückschlussteils 8 der entsprechende Gegenpol, insbesondere also Nordpol, ausgebildet. Zum Zahnring 1 hin ist somit wiederum der entgegengesetzte Pol, insbesondere also Südpol, ausgebildet.As in 1 and 2 can be seen, is the same pole, in particular so the magnetic south pole 3 , to the primary feedback part 8th nearest adjacent permanent magnets ( 2 . 3 ) to the primary feedback part 8th oriented. Thus, on each of the permanent magnet ( 2 . 3 ) provided surface area of the primary return part 8th the corresponding opposite pole, in particular so North Pole formed. To the toothed ring 1 Thus, in turn, the opposite pole, in particular south pole, is formed.

Auf diese Weise wird ein wesentlicher Anteil des magnetischen Flusses über den Zahn des Zahnrings 1 geleitet, solange der Zahn der Verzahnung des Zahnrings 1 dem Dauermagneten (2, 3) direkt gegenüber steht, also der von ihm überdeckte Umfangswinkelbereich mit dem von dem Dauermagneten (2, 3) überdeckten Umfangswinkelbereich zumindest teilweise überlappt. Je näher der Zahn desto mehr Anteil des magnetischen Flusses wird durch ihn geleitet, um den magnetischen Rückschluss auszubilden und den Fluss vom Zahn in das nächstbenachbarte Flussführungsteil 4 weiterzuleiten. Dabei ist dieses Flussführungsteil 4 direkt benachbart zum jeweiligen Dauermagneten (2, 3).In this way, a substantial portion of the magnetic flux is transmitted through the tooth of the toothed ring 1 passed as long as the tooth of the teeth of the toothed ring 1 the permanent magnet ( 2 . 3 ) is directly opposite, so the covered by him circumferential angle range with that of the permanent magnet ( 2 . 3 ) covered circumferential angle range at least partially overlapped. The closer the tooth, the more of the magnetic flux is passed through it to form the magnetic return and the flow from the tooth to the next adjacent flux guide 4 forward. This flow guide part is 4 directly adjacent to the respective permanent magnet ( 2 . 3 ).

Die Flussführungsteile 4, das Primärrückschlussteil 8 und das Sekundärrückschlussteil 5 sind vorzugsweise aus Ferrit hergestellt.The flow guide parts 4 , the primary feedback part 8th and the secondary return part 5 are preferably made of ferrite.

Im Unterschied zur 1 und 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 und 6 der jeweilige Dauermagnet (2, 3) hülsenartig ausgeführt und auf das jeweilige Primärrückschlussteil 8 aufgeschoben. Die Dauermagnete (2, 3) sind jeweils radial magnetisiert, so dass an ihrem Innenfläche ein Pol, insbesondere ein Nordpol 2 ausgebildet ist und an ihrer radialen Außenfläche der Gegenpol, insbesondere also ein Südpol 3 ausgebildet ist. Somit sind die Dauermagnete (2, 3) einfach herstellbar. Die Primärrückschlussteile 8 und/oder die Flussführungsteile 4 sind als Rundstäbe ausführbar, so dass eine einfache kostengünstige Herstellung ausführbar ist. Das Sekundärrückschlussteil 5 ist vorzugsweise wiederum quaderförmig ausgeführt.In contrast to 1 and 2 is in the embodiment after 5 and 6 the respective permanent magnet ( 2 . 3 ) executed sleeve-like and on the respective primary return part 8th postponed. The permanent magnets ( 2 . 3 ) are each radially magnetized, so that on its inner surface a pole, in particular a north pole 2 is formed and on its radial outer surface of the opposite pole, in particular a south pole 3 is trained. Thus, the permanent magnets ( 2 . 3 ) easy to produce. The primary return parts 8th and / or the flow guide parts 4 are executable as round rods, so that a simple cost-effective production is executable. The secondary feedback part 5 is preferably in turn executed cuboid.

Im Unterschied zur 1 und 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 und 3 der jeweilige Dauermagnet (2, 3) hülsenartig ausgeführt und auf das jeweilige Flussführungsteil 4 aufgeschoben. Hierbei sind die Flussführungsteile 4 wiederum vorzugsweise als Rundstäbe ausgeformt.In contrast to 1 and 2 is in the embodiment after 4 and 3 the respective permanent magnet ( 2 . 3 ) executed sleeve-like and on the respective flow guide part 4 postponed. Here are the flow guide parts 4 again preferably formed as round rods.

Wie in den Figuren ersichtlich, entspricht der Abstand vom ersten zum dritten Flussführungsteil einem echt halbzahligen Vielfachen, insbesondere also keinem ganzzahligen Vielfachen, der Periodenlänge der Verzahnung. Das zweite Flussführungsteil ist vorzugsweise mittig in Bewegungsrichtung angeordnet. Somit ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Flussführungsteil ein Ganzes und ein Viertel der Periodenlänge oder in anderen Ausführungsbeispielen ein ganzzahliges Vielfaches und ein Viertel der Periodenlänge. Ebenso ist der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Flussführungsteil ein Ganzes und ein Viertel der Periodenlänge oder in anderen Ausführungsbeispielen ein ganzzahliges Vielfaches und ein Viertel der Periodenlänge.As can be seen in the figures, the distance from the first to the third flux guide part corresponds to a true half-integer multiple, ie in particular no integer multiple, the period length of the toothing. The second flow guide part is preferably arranged centrally in the direction of movement. Thus, the distance between the first and second flux guide portions is a whole and a quarter of the period length, or in other embodiments an integer multiple and a quarter of the period length. Likewise, the distance between the second and third flux guide parts is a whole and a quarter of the period length or in other embodiments an integer multiple and a quarter of the period length.

Vorzugsweise ist die Verzahnung rechteckförmig oder mit derart steilen Flanken, dass bei gleichförmiger Drehung des Verzahnungsteils, also Zahnrings 1, der zeitliche Verlauf des über das Sekundärrückschlussteil geführte magnetischen Flusses möglichst steil ansteigt oder abfällt.Preferably, the toothing is rectangular or with such steep flanks that with uniform rotation of the toothing part, so the toothed ring 1 in that the temporal course of the magnetic flux conducted via the secondary return part rises or falls as steeply as possible.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist um das jeweilige Flussführungsteil 4 jeweils eine Spule angeordnet, die als Sensor verwendet ist, so dass die Leiterplatte mit aufgesteckt angeordneten Sensoren 7 entfällt und das jeweilige Flussführungsteil 4 mit dem Sekundärrückschlussteil 5 berührend anordenbar ist, insbesondere so dass also kein Luftspalt zwischen jeweiligem Flussführungsteil 4 und Sekundärrückschlussteil 5 vorhanden ist.In another embodiment of the invention is to the respective flow guide part 4 each arranged a coil which is used as a sensor, so that the circuit board with attached sensors arranged 7 deleted and the respective flow guide part 4 with the secondary return part 5 can be arranged touching, in particular so that so no air gap between each flow guide part 4 and secondary return part 5 is available.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der rotatorischen eine lineare aber ansonsten in entsprechend analoger Weise arbeitende Anordnung ausgeführt.In another embodiment of the invention, a linear but otherwise operating in accordance with analogous manner arrangement is carried out instead of the rotary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zahnringtoothed ring
22
NordpolNorth Pole
33
SüdpolSouth Pole
44
FlussführungsteilRiver guide part
55
Sekundär-RückschlussteilSecondary return part
66
Leiterplattecircuit board
77
Sensorsensor
88th
PrimärrückschlussteilPrimary return part

Claims (14)

Anordnung zur Bestimmung der Drehstellung eines bewegbar gelagerten Teils, insbesondere einer Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Elektromotors wobei die Anordnung – eine Dauermagnete aufweisende Dauermagnetanordnung – eine, insbesondere auf ihrer den Dauermagneten zugewandten Seite, mit Sensoren bestückte Leiterplatte, – Flussführungsteile, ein Sekundärrückschlussteil und Primärrückschlussteile, – ein mit dem bewegbar, insbesondere drehbar, gelagerten Teil drehfest verbundenes Verzahnungsteil, insbesondere Zahnstange oder Zahnring, insbesondere welches ebenfalls magnetflussführende Eigenschaften aufweist, aufweist, wobei in Bewegungsrichtung jeweils zwischen zwei, insbesondere zueinander nächstbenachbarten, Flussführungsteilen ein jeweiliges Primärrückschlussteil angeordnet ist, wobei zwischen dem jeweiligen Primärrückschlussteil und einem jeweils zu diesem nächstbenachbarten Flussführungsteil ein Dauermagnet oder zumindest ein Bereich eines Dauermagneten angeordnet ist, insbesondere wobei zwischen jedem Primärrückschlussteil und dem jeweils zu diesem nächstbenachbarten Flussführungsteil ein Dauermagnet oder zumindest ein Bereich eines Dauermagneten angeordnet ist.Arrangement for determining the rotational position of a movably mounted part, in particular a Shaft, in particular a rotor shaft of an electric motor wherein the arrangement - a permanent magnet permanent magnet arrangement - one, in particular on its permanent magnet facing side, equipped with sensors circuit board - flow guide parts, a secondary return part and primary return parts, - with the movable, in particular rotatable, mounted part rotatably connected toothed part, in particular toothed rack or toothed ring, in particular which also has magnetic flux carrying properties, wherein in the direction of movement in each case between two, in particular next to each other, Flußführungsteilen a respective primary return part is arranged, wherein between the respective primary return part and a respective next to this flow guide a permanent magnet or at least a portion of a permanent magnet is arranged, in particular wherein between each primary return part and each to A permanent magnet or at least a region of a permanent magnet is arranged for this next adjacent flow guide part. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dauermagnete in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und/oder dass zwischen dem jeweiligen Sensor und der Dauermagnetanordnung ein jeweiliges Flussführungsteil angeordnet ist, und/oder dass auf der von den Flussführungsteilen abgewandten Seite der Leiterplatte das Rückschlussteil angeordnet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that permanent magnets are arranged one behind the other in the direction of movement, and / or that between the respective sensor and the permanent magnet arrangement, a respective flux guide member is arranged, and / or that on the side facing away from the flow guide parts of the circuit board, the return part is arranged , Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete in Bewegungsrichtung zwischen dem zum jeweiligen Dauermagneten nächstbenachbarten Primärrückschlussteil und dem jeweiligen zum jeweiligen Dauermagneten nächstbenachbarten Flussführungsteil jeweils dieselbe Länge aufweisen, insbesondere wobei die Zahnbreite der Zähne der Verzahnung des Verzahnungsteils der Länge entspricht, und/oder dass die Dauermagnete in Bewegungsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets each have the same length in the direction of movement between the proximal to the respective permanent magnet primary return member and the respective permanent magnet next adjacent Flußführungsteil, in particular wherein the tooth width of the teeth of the teeth of the toothing part of the length corresponds and / or that the permanent magnets are regularly spaced apart in the direction of movement. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne am Verzahnungsteil in Bewegungsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind, wobei eine Periodenlänge vorgesehen ist, die Beabstandung dreier Flussführungsteile, insbesondere der der Dauermagnetanordnung zugewandten Endbereiche, insbesondere Stirnseiten, der Flussführungsteile in Bewegungsrichtung derart beabstandet voneinander sind, dass der Abstand zwischen einem ersten Flussführungsteil und einem zweiten, also in Bewegungsrichtung nächstbenachbarten Flussführungsteil einem Viertel plus einem Ganzen der Periodenlänge oder einem Viertel plus einem ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht, und dass der Abstand zwischen dem zweiten Flussführungsteil und einem dritten, also in Bewegungsrichtung zum zweiten Flussführungsteil wiederum nächstbenachbarten Flussführungsteil einem Viertel plus einem Ganzen der Periodenlänge oder einem Viertel plus einem ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht,Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the teeth are regularly spaced from each other at the toothing part in the direction of movement, wherein a period length is provided, the spacing of three flow guide, in particular the end of the permanent magnet facing end portions, in particular end faces, the flow guide parts in the direction of movement in such spaced from each other, that the distance between a first flux guide part and a second, ie in the direction of movement next adjacent Flußführungsteil a quarter plus a whole of the period length or a quarter plus an integer multiple of the period length corresponds, and that the distance between the second flow guide part and a third, ie in the direction of movement to the second flux guide part in turn next adjacent Flußführungsteil a quarter plus a whole of the period length or a quarter plus a ganzzah corresponds to a multiple of the period length, Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Bewegungsrichtung gemessene Abstand zwischen einem oder dem ersten Flussführungsteil und einem oder dem dritten Flussführungsteil einem echt halbzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distance measured in the movement direction between one or the first flux guide part and one or the third flux guide part corresponds to a true half-integer multiple of the period length. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung dreier Flussführungsteile, insbesondere der der Dauermagnetanordnung zugewandten Endbereiche, insbesondere Stirnseiten, der Flussführungsteile in Bewegungsrichtung derart beabstandet voneinander sind, dass – bei gleichmäßiger Bewegung des bewegbaren Teils die Differenz der Sensorsignale des in Bewegungsrichtung ersten und zweiten Sensors einen Phasenverschiebung von 90° aufweist zur Differenz der Sensorsignale des in Bewegungsrichtung dritten und zweiten Sensors.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the spacing of three flow guide parts, in particular of the permanent magnet arrangement facing end portions, in particular end faces, the flow guide parts are spaced apart in the direction of movement such that - with uniform movement of the movable part, the difference of the sensor signals of in Movement direction of the first and second sensor has a phase shift of 90 ° to the difference of the sensor signals of the third and second sensor in the direction of movement. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete jeweils hülsenartig geformt sind und entweder alle eine nach radial außen oder alle eine nach radial innen zur Hülsenachse gerichtete Magnetisierung aufweisen.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets are each sleeve-shaped and either all have a radially outward or all directed radially inward to the sleeve axis magnetization. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Dauermagnet auf ein jeweiliges Flussführungsteil aufgesteckt angeordnet ist oder dass ein jeweiliger Dauermagnet auf ein jeweiliges Primärrückschlussteil aufgesteckt angeordnet ist. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that a respective permanent magnet is mounted plugged onto a respective flow guide member or that a respective permanent magnet is mounted plugged onto a respective primary return part. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussführungsteile jeweils als Rundstab ausgeformt sind und/oder dass das jeweilige Primärrückschlussteil jeweils als Rundstab ausgeformt ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flux guide parts are each formed as a round rod and / or that the respective primary return part is in each case formed as a round rod. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung die Drehrichtung und/oder Umfangsrichtung ist, wobei die Magnetisierungsrichtung tangential zur Umfangsrichtung des Zahnrings oder radial zur Hülsenachsrichtung der als Hülsen ausgeführten Dauermagnete ausgeführt ist, insbesondere wobei eine Normale der Leiterplattenebene die Drehachse des drehbaren Teils schneidet und/oder die Leiterplattenebene parallel zur Drehachse des drehbaren Teils ausgerichtet ist.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the direction of movement is the direction of rotation and / or circumferential direction, wherein the magnetization direction is tangential to the circumferential direction of the toothed ring or radially to the sleeve axial direction of the permanent magnets designed as sleeves, in particular a normal of the printed circuit board plane, the axis of rotation of the rotatable member and / or the circuit board plane is aligned parallel to the axis of rotation of the rotatable member. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Leiterplatte bestückten Sensoren in einem Luftspalt zwischen Flussführungsteil und Rückschlussteil angeordnet sindArrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the assembled on the circuit board sensors are arranged in an air gap between the flow guide part and the return part Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Flussführungsteil mit einer Wicklung umwickelt ist, die als Sensor fungiert, wobei das Rückschlussteil die Flussführungsteile jeweils berührtArrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that each flux guide part is wound with a winding which acts as a sensor, wherein the return part touches the flux guide parts respectively Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rückschlussteil und Flussführungsteile aus Ferrit ausgeführt sind.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the return part and flow guide parts are made of ferrite. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren als Hallsensoren ausgeführt sind.Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensors are designed as Hall sensors.
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