DE102017104164A1 - Rotor position sensor system with orthogonal arrangement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelerfassung einer Drehwelle mit einem koaxial an der Drehwelle befestigten Ringmagneten, dessen über den Drehwinkel (φ) veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehachse und dessen über den Drehwinkel (φ) veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehrichtung radial außen zum Außenumfang des Magneten mittels einer Sensoreinrichtung erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehachse und zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehrichtung jeweils zumindest ein magnetfeldempfindliches und in Einbaulage außeraxial außerhalb des Außenumfangs des Magneten und in Axialrichtung ortsfest zur Drehwelle angeordnetes Sensorelement sowie eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehstellung der Drehwelle auf der Grundlage der Messsignale der Sensorelemente aufweist, wobei der Ringmagnet zur Gestaltung eines bogenförmigen Feldlinienverlaufs im Innern des Ringmagneten mit einem zu einer seiner beiden Stirnseiten hin mehrpoligen, insbesondere 2-poligen, Austritt der Feldlinien magnetisiert ist, wobei dessen Volumen zumindest zu 50% parallel zu der einen der beiden Stirnflächen, d.h. bei 2-poligem Austritt der Feldlinien diametral, magnetisiert ist.

The invention relates to a device for angular detection of a rotary shaft with a coaxially fixed to the rotary shaft ring magnet whose on the rotation angle (φ) variable magnetic component parallel to the axis of rotation and its on the rotation angle (φ) variable magnetic field component parallel to the direction of rotation radially outward to the outer periphery of the magnet means a sensor device is detected, wherein the sensor device for detecting the field component parallel to the axis of rotation and for detecting the field component parallel to the direction of rotation in each case at least one magnetic field sensitive and in installation position off-axis outside the outer periphery of the magnet and axially fixed to the rotary shaft sensor element and a device for determining the Has rotational position of the rotary shaft on the basis of the measurement signals of the sensor elements, wherein the ring magnet for designing an arcuate field line course in the interior of the ring magnet with a multipolar, in particular 2-pole, exit of the field lines is magnetized towards one of its two end faces, the volume of which is magnetized at least 50% parallel to the one of the two end faces, ie diametrically at 2-pole exit of the field lines.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelerfassung an einer Drehwelle wie einem Rotor mit einem koaxial an der Drehwelle befestigten Magneten sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Erkennung einer Drehstellung einer Kurbel- oder Nockenwelle, eines Schwenkwinkels eines Lenkrades bei Kraftfahrzeugen oder zur Bereitstellung einer sensorgesteuerten elektrischen Kommutierung bei Elektromotoren.The invention relates to a device for angle detection on a rotary shaft such as a rotor with a coaxially fixed to the rotary shaft magnet and the use of such a device for detecting a rotational position of a crankshaft or camshaft, a swivel angle of a steering wheel in motor vehicles or to provide a sensor-controlled electrical commutation in electric motors.

Aus dem Stand der Technik sind Winkelsensoren zur Erfassung der Drehstellung einer Drehwelle bekannt. In der Regel wird dabei eine Anordnung gewählt, bei welcher der Magnet direkt bzw. über einen den Magneten haltenden Träger starr an einem Ende der Drehwelle angebracht ist, wobei die Sensoreinrichtung im Gegensatz zur Drehwelle ortsfest und axial ausgerichtet zur Drehwelle angeordnet, beispielsweise in einem Sensorgehäuse befestigt ist. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 200 931 A1 beschrieben. Auf dem Gebiet bekannt ist auch die Verwendung zweier Sensorelemente zur Gestaltung der Sensoreinrichtung, wobei die Sensorelemente das sich aufgrund der Drehbewegung der Drehwelle verändernde magnetische Feld phasenverschoben erfassen und auf der Grundlage der beiden Sensorsignale der gesuchte Drehwinkel berechnet wird. Ein derartiges Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 021 107 A1 beschrieben. Angle sensors for detecting the rotational position of a rotary shaft are known from the prior art. As a rule, an arrangement is selected in which the magnet is mounted directly or via a support holding the magnet rigidly at one end of the rotary shaft, wherein the sensor device in contrast to the rotary shaft fixed and axially aligned with the rotary shaft, for example in a sensor housing is attached. Such a device is for example in the published patent application DE 10 2013 200 931 A1 described. Also known in the art is the use of two sensor elements for the design of the sensor device, the sensor elements detecting the phase change due to the rotational movement of the rotary shaft magnetic field out of phase and calculated on the basis of the two sensor signals of the required rotation angle. Such a method and such a device is for example in the published patent application DE 10 2008 021 107 A1 described.

Bei diesen herkömmlichen Winkelsensoren wird durch die axial kopfseitig zur Welle vorgesehene Hintereinanderanordnung von Magnet und Sensoreinrichtung die Bauhöhe der Gesamtvorrichtung in axialer Richtung erhöht, was für bestimmte Anwendungen unzweckmäßig ist.In these conventional angle sensors, the total height of the overall apparatus in the axial direction is increased by the successive arrangement of the magnet and the sensor device provided axially on the shaft side, which is impractical for certain applications.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Winkelerfassung einer Drehwelle mit einem koaxial zur Drehwelle angeordneten Magneten bereitzustellen, der in axialer Richtung im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen eine geringe axiale Bauhöhe aufweist und darüber hinaus die Erfassung des Drehwinkels mit hoher Genauigkeit ermöglicht.The invention has for its object to provide a device for angular detection of a rotary shaft with a magnet coaxial with the rotary shaft provided, which has a low axial height in the axial direction compared to conventional devices and also allows the detection of the rotation angle with high accuracy.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mit einer Vorrichtung zur Winkelerfassung einer Drehwelle mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dabei weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen koaxial an der Drehwelle befestigten Magneten, insbesondere einen Zylinder- oder Ringmagneten auf, dessen über den Drehwinkel veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehachse und dessen über den Drehwinkel veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehrichtung radial außen zum Außenumfang des Magneten mittels einer Sensoreinrichtung erfassbar, d.h. messbar ist, wobei die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehachse und zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehrichtung jeweils zumindest ein magnetfeldempfindliches und in Einbaulage außeraxial außerhalb des Außenumfangs des Magneten und in Axialrichtung ortsfest angeordnetes Sensorelement sowie darüber hinaus eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehstellung der Drehwelle auf der Grundlage der Messsignale der Sensorelemente umfasst. Dabei ist der Magnet zur Gestaltung eines bogenförmigen Feldlinienverlaufs in seinem Innern mit einem zu einer seiner beiden Stirnseiten hin mehrpoligen, insbesondere 2-poligen Austritt der Feldlinien magnetisiert, derart, dass dessen Volumen zumindest 50% parallel zu der einen der beiden Stirnflächen, d. h. bei 2-poligem Austritt der Feldlinien diametral, magnetisiert ist.This object is achieved by the present invention with a device for angle detection of a rotary shaft having the features of claim 1. In this case, the device according to the invention has a coaxially fixed to the rotary shaft magnet, in particular a cylinder or ring magnet whose variable over the rotation angle magnetic field component parallel to the axis of rotation and its magnetic field component which is variable via the angle of rotation, can be detected parallel to the direction of rotation radially outside the outer circumference of the magnet by means of a sensor device, ie is measurable, wherein the sensor device for detecting the field component parallel to the axis of rotation and for detecting the field component parallel to the direction of rotation in each case at least one magnetic field sensitive and in installation position off-axis outside the outer periphery of the magnet and axially fixedly arranged sensor element and in addition a device for determining the rotational position of Rotary shaft based on the measurement signals of the sensor elements comprises. The magnet is magnetized to form an arcuate field line course in its interior with a multi-pole, in particular 2-pole outlet of the field lines towards one of its two end faces, such that its volume is at least 50% parallel to one of the two end faces, d. H. at 2-pole exit of the field lines is diametrically, magnetized.

Eine zweckmäßige Art, die Magnetisierung X%, hier 50%, parallel zur Stirnfläche anzugeben, könnte auf der Grundlage einer Definition $X\text{\%}=\frac{H\perp }{Hges}$

mit H²ges=H²⊥ + H²∥ gegeben sein, wobei Hges den Betrag der Feldstärke, H⊥ die Feldstärkekomponente senkrecht zur der besagten Stirnfläche und H|| die Feldstärkekomponente parallel zu dieser Stirnfläche angibt und wobei über das Volumen des Magneten integriert wird. Eine 50%-tige Magnetisierung parallel zu der einen der beiden Stirnflächen kann experimentell z.B. durch eine integrierende Messung des magnetischen Momentes in der entsprechenden Richtung durchgeführt werden. Dabei beträgt das magnetische Moment, im Falle des bogenförmigen Feldlinienverlaufs im Innern des Magneten mit einem zu der einen der beiden Stirnseiten hin 2-poligen Austritt der Feldlinien, bei der 50% diametralen Magnetisierung die Hälfte des Momentes bei voller Sättigung, d.h. bei 100% Magnetisierung in diametraler Richtung.A convenient way of specifying the magnetization X%, here 50%, parallel to the face could be based on a definition $X\text{\%}=\frac{H\perp }{HGes}$

with H ² ges = H ² ⊥ + H ² ∥, where Hges is the magnitude of the field strength, H⊥ is the field strength component perpendicular to said face and H || indicates the field strength component parallel to this end face and being integrated over the volume of the magnet. A 50% magnetization parallel to the one of the two end faces can be carried out experimentally, for example by an integrating measurement of the magnetic moment in the corresponding direction. In this case, the magnetic moment, in the case of the arcuate field line course in the interior of the magnet with a 2-pole exit of the field lines to one of the two end faces, is half the moment at full saturation, ie at 100% magnetization, for the 50% diametral magnetization in the diametrical direction.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Magnet in Bezug auf seine Magnetisierung derart gestaltet sein kann, dass er radial außen zu seiner Mantelfläche zwei zueinander etwa senkrecht liegende Magnetfeldkomponenten mit ähnlicher maximaler Stärke bereitstellt, die bei Drehung des Magneten relativ zu der feststehenden Sensoreinrichtung jeweils ein variierendes Sensorsignal an einem zugehörigen Sensorelement erzeugen, wobei diese Sensorsignale zueinander phasenverschoben sind, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Erfassung des Drehwinkels der Drehwelle mit hoher Genauigkeit unter gleichzeitiger Bereitstellung einer vergleichsweise geringen Bauhöhe in axialer Richtung der gesamten Vorrichtung.Characterized in that in the apparatus according to the invention the magnet can be designed with respect to its magnetization such that it provides radially outward to its lateral surface two mutually approximately perpendicular magnetic field components of similar maximum strength, which in rotation relative to the stationary sensor device one generate varying sensor signal to an associated sensor element, these sensor signals are out of phase with each other, the inventive device allows the detection of the rotation angle of the rotary shaft with high accuracy while providing a comparatively low height in the axial direction of the entire device.

Vorzugsweise kann der bogenförmige Feldlinienverlauf innerhalb des Magneten derart ausgebildet sein, dass die jeweiligen Maximalwerte der beiden zueinander senkrecht liegende Magnetfeldkomponenten in Bezug auf die Feldstärke am Ort der Sensoreinrichtung nicht mehr als 30%, besonders zweckmäßig nicht mehr als 20 % bzw. höchst zweckmäßig nicht mehr als 10 % voneinander abweichen. Die Angabe „Maximalwert“ einer Magnetfeldkomponente kann dabei die jeweilige positive Amplitude, die jeweilige negative Amplitude, oder die größte beider jeweiligen Amplituden meinen.Preferably, the arcuate field line course within the magnet so be formed such that the respective maximum values of the two mutually perpendicular magnetic field components with respect to the field strength at the location of the sensor device not more than 30%, particularly suitably not more than 20% or most suitably not more than 10% differ from each other. The term "maximum value" of a magnetic field component may mean the respective positive amplitude, the respective negative amplitude, or the largest of the two respective amplitudes.

Erfindungsgemäß sind die Sensorelemente ortsfest angeordnet, d. h. die Drehwelle und damit der daran befestigte Magnet drehen sich relativ zu den beispielsweise zu bzw. in einem Sensorgehäuse ortsfest fixierten Sensorelementen.According to the invention, the sensor elements are arranged stationary, d. H. the rotating shaft and thus the magnet attached thereto rotate relative to the sensor elements, which are fixed in a fixed manner, for example to or in a sensor housing.

Erfindungsgemäß kann der Magnet als Ringmagnet ausgebildet sein, welcher beispielsweise die Drehwelle umgreift bzw. die Drehwelle sich durch eine Mittenbohrung im Magneten erstreckt, oder auch als zylinderförmiger Magnet, der an einer Stirnseite der Drehwelle befestigt ist.According to the invention, the magnet may be formed as a ring magnet, which surrounds, for example, the rotary shaft or the rotary shaft extends through a central bore in the magnet, or as a cylindrical magnet which is fixed to an end face of the rotary shaft.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zumindest eine oder beide Stirnseitenflächen des Magneten senkrecht zur Drehachse verläuft bzw. verlaufen und/oder parallel zueinander angeordnet sind.Preferably, it can be provided that at least one or both end faces of the magnet are perpendicular to the axis of rotation or extend and / or are arranged parallel to each other.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zumindest eine oder beide Stirnseitenflächen des Magneten eben gestalten sind. In anderen Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine oder beide Stirnseitenflächen des Magneten zumindest abschnittsweise gekrümmt gestaltet ist bzw. sind.Preferably, it can be provided that at least one or both end faces of the magnet are flat. In other embodiments, it may also be provided that at least one or both end faces of the magnet is or are curved at least in sections.

Die Angabe „bogenförmiger Feldlinienverlauf im Innern des Magneten“ bezeichnet allgemein einen nicht geradlinienförmigen Verlauf, wobei an einer der Stirnseiten ein mehrpoliger Austritt der Feldlinien vorliegt und vorzugsweise an der anderen Stirnseite eine um mindestens 30%, insbesondere mindesten 50% geringere Anzahl von Feldlinien austritt.The term "arcuate field line course in the interior of the magnet" generally denotes a non-linear course, wherein on one of the end faces a multi-pole outlet of the field lines is present and preferably at the other end side by at least 30%, in particular at least 50% smaller number of field lines emerges.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale sind in der allgemeinen Beschreibung, der Figurenbeschreibung, den Figuren sowie den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments and features are specified in the general description, the description of the figures, the figures and the subclaims.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass der insbesondere als Ringmagnet ausgebildete Magnet an der anderen Stirnseite so, insbesondere axial nullpolig, magnetisiert ist, dass an dieser Stirnseite im Wesentlichen keine Magnetfeldlinien ein- oder austreten.Conveniently, it may be provided that the magnet formed in particular as a ring magnet is magnetized on the other end side in such a way, in particular axially zero-pole, that substantially no magnetic field lines enter or leave at this end face.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, den Magneten als Ringmagneten auszubilden. Um ein zweckmäßiges Verhältnis von axialer Feldkomponente zu tangentialer Feldkomponente im Bereich des Außenmantels des Ringmagneten am Ort der Sensoreinrichtung zu halten, kann vorgesehen sein, dass die axiale Erstreckung, d. h. die Höhe des Ringmagneten, größer als etwa 60% der radialen Wandstärke des Ringmagneten, zweckmäßigerweise größer als etwa 80%, insbesondere etwa 100% der radialen Wandstärke des Ringmagneten, beträgt.Appropriately, it may be provided to form the magnet as a ring magnet. In order to maintain a suitable ratio of axial field component to tangential field component in the region of the outer jacket of the ring magnet at the location of the sensor device, it can be provided that the axial extent, ie. H. the height of the ring magnet, greater than about 60% of the radial wall thickness of the ring magnet, expediently greater than about 80%, in particular about 100% of the radial wall thickness of the ring magnet is.

Die beschriebene Magnetisierung in Form eines bogenförmigen Feldlinienverlaufs im Innern des Magneten ist je nach Material des Magneten erzeugbar. Ein Magnet aus einem isotropen Magnetwerkstoff kann in einer entsprechend gestalteten Magnetisierungsvorrichtung zur Erzeugung des beschriebenen bogenförmigen Magnetfeldverlaufs magnetisiert werden. Demgegenüber ist bei einem anisotropen Werkstoff ein angepasstes Herstellungswerkzeug notwendig, um eine bogenförmige Vorzugsrichtung im Material einstellen. Je nach spezifischem Material kann nachfolgend auch noch eine Magnetisierung in einer Magnetisierungsvorrichtung notwendig sein.The described magnetization in the form of an arcuate field line course in the interior of the magnet can be generated depending on the material of the magnet. A magnet made of an isotropic magnetic material can be magnetized in a correspondingly designed magnetizing device for generating the described arcuate magnetic field profile. In contrast, in an anisotropic material, an adapted production tool is necessary to set an arcuate preferential direction in the material. Depending on the specific material, magnetization in a magnetizing device may also be necessary subsequently.

Um ein zweckmäßiges Verhältnis zwischen axial verlaufender Feldkomponente und tangential verlaufender Feldkomponente, welche mittels der angegebenen zwei Sensorelementen unabhängig voneinander erfasst werden können, bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung bzw. die Sensorelemente innerhalb der axialen Erstreckung des Ringmagneten, insbesondere etwa axial mittig zum Ringmagneten angeordnet sind. Aus dem gleichen Grunde kann vorgesehen sein, die Sensorelemente etwa auf gleicher axialer Höhe zum Ringmagneten anzuordnen. In einer besonderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, eines der Sensorelemente zur Erfassung der einen Magnetfeldkomponente oberhalb und ein anderes Sensorelement zur Erfassung der anderen Magnetfeldkomponente unterhalb der axialen Mitte des Magneten anzuordnen.In order to provide a suitable relationship between axially extending field component and tangentially extending field component, which can be detected independently by means of the specified two sensor elements, it can be provided that the sensor device or the sensor elements within the axial extent of the ring magnet, in particular approximately axially centered Ring magnets are arranged. For the same reason it can be provided to arrange the sensor elements approximately at the same axial height to the ring magnet. In a particular embodiment, it may also be provided to arrange one of the sensor elements for detecting the one magnetic field component above and another sensor element for detecting the other magnetic field component below the axial center of the magnet.

Es hat sich bei der Verwendung eines Ringmagneten als Erregermagnet als zweckmäßig herausgestellt, einen radialen Abstand zwischen dem Außenmantel des Magneten und der Sensorelementen vorzusehen, der etwa gleich der radialen Wandstärke des Ringmagneten ist.It has been found useful in the use of a ring magnet as a field magnet to provide a radial distance between the outer shell of the magnet and the sensor elements, which is approximately equal to the radial wall thickness of the ring magnet.

Zur einfachen Integration der notwendigen Funktionalität für die Ermittlung der Drehstellung bzw. der Drehbewegung der Drehwelle kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, die Sensorelemente zur Erfassung der parallel zur Drehrichtung, d. h. tangential verlaufenden Magnetfeldkomponente und zur Erfassung der parallel zur Drehachse, d. h. axial verlaufenden Magnetfeldkomponente auf dem gleichen Substrat anzuordnen. Dabei kann vorgesehen sein, die Sensoreinrichtung zusammen mit einer als Mikroprozessor oder ASIC ausgebildeten Einrichtung zur Ermittlung der Drehstellung der Drehwelle auf der Grundlage der Messsignale der Sensorelemente auf einer gemeinsamen Platine anzuordnen, welche beispielsweise an einem Sensorgehäuse radial außen zum sich mit der Drehwelle drehenden Magneten befestigt sein kann, angeordnet sein kann. Je nach verwendeten Magnetfeldsensoren kann die Einrichtung zur Ermittlung der Drehstellung der Drehwelle, z.B. A/D-Wandler zur Digitalisierung von Sensorsignalen und Programmcode zur Berechnung der Drehstellung aus den gewandelten Sensorsignalen aufweisen.For easy integration of the necessary functionality for determining the rotational position or the rotational movement of the rotary shaft can be advantageously provided, the sensor elements for detecting the parallel to the direction of rotation, ie tangentially extending magnetic field component and for detecting the parallel to the axis of rotation, ie axially extending magnetic field component on the same To arrange the substrate. It can be provided, the sensor device together with a than Microprocessor or ASIC configured means for determining the rotational position of the rotary shaft on the basis of the measurement signals of the sensor elements to arrange on a common board, which may be attached, for example, on a sensor housing radially outward to be rotating with the rotary shaft magnet may be arranged. Depending on the magnetic field sensors used, the device for determining the rotational position of the rotary shaft, for example, A / D converter for digitizing sensor signals and program code for calculating the rotational position of the converted sensor signals.

Für die Erfassung der Stärke der jeweiligen Magnetfeldkomponente kann grundsätzlich jeder Magnetfeldsensor Verwendung finden, die beispielsweise auf dem galvanomagnetischen, einem magneto-resistiven oder einem magneto-optischen Effekt beruhen. Vorzugsweise können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Hallsensoren oder sogenannte TMR-Sensoren zur Anwendung kommen, die auf dem Tunnel-magneto-resistiven Effekt beruhen. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung einen TMR-Doppelsensor aufweisen, dessen beide Felderfassungsrichtungen bzw. -komponenten in einer Ebene und insbesondere senkrecht zueinander liegen. Zweckmäßigerweise kann die Sensoreinrichtung so angeordnet sein, dass eine der Felderfassungseinrichtungen parallel zur Drehachse liegt.In principle, any magnetic field sensor which is based, for example, on the galvanomagnetic, a magneto-resistive or a magneto-optical effect can be used for detecting the strength of the respective magnetic field component. Hall effect sensors or so-called TMR sensors which are based on the tunnel magneto-resistive effect can preferably be used in the device according to the invention. For example, the sensor device may comprise a TMR double sensor whose two field-sensing directions or components lie in one plane and in particular perpendicular to one another. Conveniently, the sensor device can be arranged so that one of the field detection devices is parallel to the axis of rotation.

Die Sensoreinrichtung kann in einer Ausführungsform der Erfindung auch als Feldwinkelsensor ausgebildet sein, der intern zur Erfassung einer Magnetfeldkomponente parallel zur Drehachse und zur Erfassung einer Magnetfeldkomponente parallel zur Drehrichtung jeweils zumindest ein magnetfeldempfindliches Sensorelement aufweist, wobei die Sensoreinrichtung ausgebildet ist, auf der Grundlage der Ausgangssignale dieser Sensorelemente einen über den Drehwinkel der Drehwelle veränderlichen Magnetfeldwinkel zu ermitteln, insbesondere zu berechnen. Dabei kann dieser Feldwinkelsensor ausgebildet sein, den ermittelten Feldwinkel als Ausgangssignal, insbesondere als digitales Ausgangssignal, an seinem Ausgang auszugeben, wobei dieses Ausgangssignal der Einrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels bzw. der Drehstellung der Drehwelle zugeführt wird. Diese Einrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels bzw. der Drehstellung kann je nach Ausführungsform z.B. einen Mikroprozessor oder einen ASIC umfassen.In one embodiment of the invention, the sensor device can also be designed as a field angle sensor which has at least one magnetic field-sensitive sensor element for detecting a magnetic field component parallel to the axis of rotation and for detecting a magnetic field component parallel to the direction of rotation, wherein the sensor device is designed on the basis of the output signals of these Sensor elements to determine a variable over the rotation angle of the rotating shaft magnetic field angle, in particular to calculate. In this case, this field angle sensor can be configured to output the determined field angle as an output signal, in particular as a digital output signal, at its output, this output signal being fed to the device for determining the angle of rotation or the rotational position of the rotary shaft. This means for determining the rotational angle or the rotational position can, depending on the embodiment, e.g. a microprocessor or ASIC.

Der insbesondere als Ringmagnet ausgebildete Magnet der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aus einem kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff hergestellt sein, vorzugsweise auf der Basis von magnetisierbaren Hartferriten wie NdFeB oder Seltenerdlegierungen SmCo.The particular formed as a ring magnet magnet of the device according to the invention may be made of a plastic-bonded magnetic material, preferably based on magnetizable hard ferrites such as NdFeB or rare earth alloys SmCo.

Zur einfachen Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der insbesondere als Ringmagnet ausgebildete Permanentmagnet auf einen Träger aufgespritzt ist, der diesen axial, in Teilbereichen am Außenumfang, und/oder am Innenumfang hält, wobei der Träger an der Drehwelle form-, stoff- oder kraftschlüssig befestigt sein kann. In einer besonderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, den Permanentmagnet direkt an die Drehwelle anzuspritzen.For simple design of the device according to the invention can be provided that the particular designed as a ring magnet permanent magnet is sprayed onto a carrier which holds this axially, in some areas on the outer circumference, and / or on the inner circumference, wherein the carrier on the rotary shaft form-, material- or can be attached non-positively. In a particular embodiment may also be provided to inject the permanent magnet directly to the rotary shaft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Sie eignet sich insbesondere im Kfz-Bereich, beispielsweise für die Erkennung der Drehstellung einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle oder auch zur Erfassung des Schwenkwinkels eines Lenkrades. Als weiteres Einsatzgebiet sei die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Winkelerfassung einer Drehwelle bei Elektromotoren genannt zur Bereitstellung einer sensorgesteuerten elektrischen Kommutierung.The device of the invention can be used in a variety of applications. It is particularly suitable in the automotive sector, for example for detecting the rotational position of a crankshaft or a camshaft or for detecting the pivot angle of a steering wheel. Another application is the use of the inventive device for angle detection of a rotary shaft in electric motors called to provide a sensor-controlled electrical commutation.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen erläutert, wobei

• 1 in einer Prinzipschnittdarstellung eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Winkelerfassung,
• Figuren 2a -2c die relative Anordnung eines Ringmagneten zu einer Sensoreinrichtung für die in 1 angegebene Vorrichtung in einer Aufsicht sowie zwei Seitansichten,
• 3 einen Magnetsensor zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1,
• Figuren 4a, b in einer Schnittdarstellung und einer perspektivischen Ansicht einen spezifisch magnetisierten Ringmagneten zum Einsatz in der Vorrichtung gemäß 1,
• 5 in einer perspektivischen Seitenansicht den magnetisierten Ringmagneten der 4a,b mit einer detaillierteren Angabe der aus- bzw. eintretenden Feldlinien, und
• 6 den gemessenen Verlauf der Axialkomponente (K1) und der Tangentialkomponente (K2) sowie die daraus bestimmende Drehwinkelstellung (K3) bei der Drehung der Welle bzw. des Rotors

zeigt.The invention will be elucidated below with reference to the accompanying drawings by describing some embodiments, wherein

• 1 in a schematic sectional view of an inventively designed device for angle detection,
• Figures 2a -2c the relative arrangement of a ring magnet to a sensor device for in 1 indicated device in a plan view and two side views,
• 3 a magnetic sensor for use in a device according to the invention according to 1 .
• Figures 4a, b in a sectional view and a perspective view of a specific magnetized ring magnet for use in the device according to 1 .
• 5 in a perspective side view of the magnetized ring magnet of 4a, b with a more detailed indication of the outgoing or incoming field lines, and
• 6 the measured course of the axial component (K1) and the tangential component (K2) and the rotational angle position (K3) determining therefrom during the rotation of the shaft or of the rotor

shows.

1 zeigt im Ausschnitt einer Prinzipdarstellung eines Elektromotors, in welchem eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Winkelsensors eingesetzt ist, wobei nur die für die Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Die Motorwelle 2 ist über Lager 8 im Bereich ihres in der Figur gezeigten Endes am Gehäuse 7 gelagert, wobei ein als Ringmagnet 3 ausgebildeter Permanentmagneten, der aus einem kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff hergestellt ist, fest an der Welle 2 befestigt ist. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Ringmagnet 3 auf einen Träger 4 aufgespritzt, welcher an seiner der Mantelfläche der Motorwelle 2 zugewandten Innenfläche mit der Motorwelle 2 verklebt ist, sodass Träger 4 und Ringmagnet 3 starr an der Motorwelle 2 befestigt und von dieser mitgeführt sind. 1 shows in section of a schematic diagram of an electric motor, in which a inventive embodiment of an angle sensor is used, with only the necessary components for the description of the invention are shown. The motor shaft 2 is over camp 8th in the region of its end shown in the figure on the housing 7 stored, with one as a ring magnet 3 formed permanent magnet, which is made of a plastic-bonded magnetic material, fixed to the shaft 2 is attached. In the described embodiment, the ring magnet 3 on a carrier 4 sprayed, which at its the outer surface of the motor shaft 2 facing inner surface with the motor shaft 2 is glued, so carrier 4 and ring magnet 3 rigidly on the motor shaft 2 attached and carried by this.

An der Innenfläche des Gehäuses 7 ist eine Platine 5 befestigt, welche einen TMR-Doppelsensor 6 einschließlich der notwendigen Auswerteelektronik zur Ermittlung des Drehwinkels der Welle 2 auf der Grundlage der von dem TMR-Sensor 6 abgegebenen Sensorsignale aufweist. In der beschriebenen Ausführungsform wird die A/D- Wandlerfunktionalität zur Digitalisierung der Sensorsignale durch den Sensor 6 bereitgestellt, wobei die notwendigen Berechnungen zur Ermittlung der Drehstellung des Rotors 2 mittels eines auf der Platine angeordneten Mikroprozessors durchgeführt werden.On the inner surface of the housing 7 is a circuit board 5 attached, which is a TMR double sensor 6 including the necessary evaluation electronics for determining the angle of rotation of the shaft 2 based on the from the TMR sensor 6 having emitted sensor signals. In the described embodiment, the A / D converter functionality is used to digitize the sensor signals through the sensor 6 provided, wherein the necessary calculations for determining the rotational position of the rotor 2 be performed by means of a microprocessor arranged on the board.

Der Sensor 6 ist in vorgegebener axialer Höhe ortsfest zum Ringmagnet 3 angeordnet und ausgebildet, das vom drehenden Ringmagnet 3 am Ort des zum Ringmagnet feststehenden Sensors 6 erzeugte Magnetfeld in zwei Richtungen zu erfassen, namentlich eine Magnetfeldkomponente parallel zur Achse der Motorwelle 2 und eine Feldkomponente in einer Richtung senkrecht zur erstgenannten Richtung, d.h. in der in 1 angegebenen Darstellung senkrecht zur Zeichnungsebene, also tangential zum Ringmagneten 3. Der Ringmagnet 3 ist in spezifischer Art und Weise magnetisiert, derart, dass bei der Drehung der Welle 2 bzw. des Magneten 3 beide Sensorelemente des ortsfesten TMR-Doppelsensors 6 in Bezug auf ihre Stärke veränderliche und senkrecht zueinander stehende Feldkomponenten erfassen, die zur Ermittlung des Drehwinkels bzw. der Drehstellung der Motorwelle 2 herangezogen werden. Hierzu ist auf der Sensorplatine 5 in der beschriebenen Ausführungsform ein Mikroprozessor angeordnet, welcher die von den beiden Sensorelementen abgegebenen und analog/digital gewandelten Signale aufnimmt und auf der Grundlage eines vorgegebenen Berechnungsalgorithmus die gewünschte Drehstellung der Motorwelle 2 ermittelt.The sensor 6 is fixed in the predetermined axial height to the ring magnet 3 arranged and formed by the rotating ring magnet 3 To detect magnetic field generated in two directions at the location of the ring magnet fixed sensor 6, namely a magnetic field component parallel to the axis of the motor shaft 2 and a field component in a direction perpendicular to the former direction, that is, in the in 1 given representation perpendicular to the plane of the drawing, that is tangent to the ring magnet 3 , The ring magnet 3 is magnetized in a specific way, such that upon rotation of the shaft 2 or the magnet 3 both sensor elements of the stationary TMR double sensor 6 detect in relation to their strength variable and mutually perpendicular field components that determine the rotation angle or the rotational position of the motor shaft 2 be used. This is on the sensor board 5 arranged in the described embodiment, a microprocessor which receives the output from the two sensor elements and analog / digital converted signals and on the basis of a predetermined calculation algorithm, the desired rotational position of the motor shaft 2 determined.

Die 2a-c zeigen die relative Anordnung von Ringmagnet 3 und TMR-Doppelsensor 6 in zwei Seitenansichten ( 2b, c) sowie in einer Aufsicht, 2a. In der beschriebenen Ausführungsform weist ein als Ringmagnet 3 ausgebildeter Permanentmagnet eine radiale Wandstärke r auf, die identisch ist mit der Erstreckung des Magneten in die axial Richtung A, d. h. die Höhe des Magneten h entspricht der radialen Wandstärke. Eine solche Geometrie hat sich als zweckmäßig erwiesen zur Erzeugung vorgegebener Feldkomponenten am Ort des Sensors 6, welcher etwa auf gleicher axialer Höhe des Magneten 3 angeordnet und in einem radialen Abstand d platziert ist.The 2a-c show the relative arrangement of ring magnet 3 and TMR dual sensor 6 in two side views ( 2b, c ) as well as in a supervision, 2a , In the described embodiment has a ring magnet 3 trained permanent magnet has a radial wall thickness r which is identical to the extent of the magnet in the axial direction A, ie the height of the magnet H corresponds to the radial wall thickness. Such a geometry has proven to be useful for generating predetermined field components at the location of the sensor 6 which is approximately at the same axial height of the magnet 3 arranged and at a radial distance d is placed.

3 zeigt in einer Prinzipskizze einen integriert hergestellten TMR-Doppelsensor 6 mit den beiden Sensorelementen 61, 62, die zur Erfassung der Stärke zweier zueinander senkrecht orientierten Magnetfeldkomponenten ausgebildet sind, wobei die jeweilige Feldrichtung durch den Pfeil R1 bzw. R2 angegeben ist. 3 shows a schematic diagram of an integrally produced TMR double sensor 6 with the two sensor elements 61, 62, which are designed to detect the strength of two mutually perpendicularly oriented magnetic field components, the respective field direction being indicated by the arrow R1 respectively. R2 is specified.

Mitentscheidend für die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Winkelsensors ist die Magnetisierung des Erregermagnetes, derart dass die Maximal- bzw. Minimalwerte der Magnetfeldkomponenten beider erfassten Magnetfeldrichtungen in der gleichen Größenordnung liegen, idealerweise, wie hier umgesetzt, etwa gleich sind, um mit hoher Genauigkeit die gewünschte Drehstellung der Welle zu berechnen. Darüber hinaus wird in der beschriebenen Ausführungsform über die spezifische Magnetisierung des Erregermagneten erreicht, dass eine vorgegebene Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen der zueinander senkrecht stehenden Feldkomponenten vorliegt, zweckmäßigerweise etwa 90°, wodurch sich die rechnerische Bestimmung der Drehstellung der Motorwelle vereinfacht.The decisive factor for the functionality of the angle sensor according to the invention is the magnetization of the excitation magnet, such that the maximum or minimum values of the magnetic field components of both detected magnetic field directions are of the same order, ideally, as implemented here, are approximately equal to the desired rotational position of the Calculate wave. In addition, in the embodiment described, the specific magnetization of the exciter magnet ensures that a predetermined phase shift is present between the two signals of the mutually perpendicular field components, expediently approximately 90 °, thereby simplifying the mathematical determination of the rotational position of the motor shaft.

Die 4a, b zeigt den als Ringmagneten ausgebildeten Erregermagneten für die Vorrichtung gemäß 1 in einer Schnittdarstellung (4a), wobei der Schnitt durch die Achse A verläuft, sowie in einer perspektivischen Ansicht (4b), wobei zur Andeutung der spezifischen Magnetisierung einige der in den Magneten eintretenden und austretenden (mit einem Pfeil versehenen) Feldlinien angegeben sind. Zur Gestaltung des erfindungsgemäßen Winkelsensors weist der Erregermagnet im Innern einen bogenförmigen Feldlinienverlauf mit einem zu einer seiner beiden Stirnseiten hin mehrpoligen, hier 2-poligen, Austritt der Feldlinien magnetisiert ist, wobei dessen Volumen zumindest zu 50% parallel zu den Stirnflächen magnetisiert ist. Im Falle der angegebenen Ausführungsform, bei welchem der Magnet 3 an seiner Stirnseite 31 2-polig ausgebildet ist, liegt demnach im Volumen eine diametrale Magnetisierung vor, die im Volumen zumindest 50% beträgt.The 4a, b shows the trained as a ring magnet exciter magnet for the device according to 1 in a sectional view ( 4a ), being the section through the axis A runs as well as in a perspective view ( 4b ), wherein some of the entering into the magnet and exiting (with an arrow) field lines are given to indicate the specific magnetization. For the design of the angle sensor according to the invention, the excitation magnet in the interior of an arcuate field line course is magnetized with a multipole to one of its two faces, here 2-pole, exit of the field lines, wherein the volume is magnetized at least 50% parallel to the end faces. In the case of the specified embodiment, in which the magnet 3 at its front 31 2 -polig is formed, therefore, in the volume before a diametral magnetization, which is at least 50% in volume.

In der beschriebenen Ausführungsform sind die beiden Stirnflächen 31, 32 parallel zueinander und senkrecht zur Achse A angeordnet und eben gestaltet, siehe 2a - c.In the described embodiment, the two end faces 31 . 32 parallel to each other and perpendicular to the axis A arranged and leveled, see 2a - c ,

Erkennbar ist der in der beschriebenen Ausführungsform aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff hergestellte Magnet 3 so magnetisiert, dass sich an seiner einen Stirnfläche 31 eine Zweipoligkeit ergibt. Die in den Magneten eintretenden Feldlinien F1 kennzeichnen die in den 4a,b linke Seite der Stirnfläche 31 als Südpol S und entsprechend die aus dem Magneten austretenden Feldlinien F2 die rechte Seite als Nordpol N, was durch Pfeile angedeutet ist. Mit dem Bezugszeichen SN ist eine Ebene bezeichnet, welche die Grenze zwischen Nord- und Südpol angibt und die Achse z enthält. Durch den im Innern bogenförmigen Feldlinienverlauf ergeben sich im Bereich der Mantelfläche 33 des Magneten die angegebenen Verhältnisse. Dabei ist der Magnet 3 so magnetisiert, dass im Innern die Feldlinien zumindest zu 50% parallel zur Stirnfläche 31, d.h. hier diametral verlaufen. Visible is the magnet produced in the described embodiment from a plastic-bonded magnetic material 3 magnetized so that there is a two-pole on one end face 31. The field lines entering the magnet F1 mark those in the 4a, b left side of the face 31 as the South Pole S and corresponding to the field lines exiting the magnet F2 the right side as North Pole N , which is indicated by arrows. With the reference number SN is a plane denoting the border between north and south poles and containing the axis z. The arcuate field line course in the interior results in the area of the lateral surface 33 of the magnet the specified ratios. Here is the magnet 3 magnetized so that inside the field lines at least 50% parallel to the end face 31 . d .H. run diametrically here.

5 zeigt den als Ringmagneten ausgebildeten Erregermagneten der 4a, b wiederum in einer perspektivischen Ansicht und in Bezug auf den Feldlinienverlauf, wobei zur weiteren Verdeutlichung der spezifischen Magnetisierung die in den Magneten eintretende und austretende (mit einem Pfeil versehenen) Feldlinien im Detail angegeben sind. 5 shows the trained as a ring magnet exciter magnet of 4a, b again in a perspective view and with respect to the field line course, wherein for further clarification of the specific magnetization entering and exiting (arrowed) field lines are given in detail in the magnet.

Erkennbar verlaufen die Feldlinien sowohl an der Mantelfläche 33 als auch an der Stirnfläche 31 im Bereich umfänglich um 90° zur Schnittlinie bzw. -ebene SN zwischen Nord- und Südpol S, N entfernt, im Wesentlichen axial mit einer radialen Komponente. Dagegen ist der Feldlinienverlauf im Bereich der die Achse A umfassende Schnittebene SN zwischen Nord- und Südpol rein tangential, d. h. senkrecht zur Achse z bzw. A verlaufend. Wird nun der Magnet mit der Welle relativ zu der ortsfesten Sensoreinrichtung gedreht, erfasst die Sensoreinrichtung sowohl in Bezug auf das Sensorelement 61 als auch in Bezug auf das Sensorelement 62 ein magnetisches Feld mit variierender Stärke, wobei die Signale beider Sensorelemente wie beschrieben um etwa 90° phasenverschoben sind.Visible, the field lines run both on the lateral surface 33 as well as on the face 31 in the area around 90 ° to the cutting line or plane SN between North and South Pole S . N removed, substantially axially with a radial component. In contrast, the field line is in the area of the axis A comprehensive cutting plane SN between north and south pole purely tangential, ie perpendicular to the axis z or A running. If now the magnet with the shaft is rotated relative to the stationary sensor device, the sensor device detects both with respect to the sensor element 61 as well as with respect to the sensor element 62 a magnetic field of varying intensity, wherein the signals of both sensor elements are as described phase shifted by about 90 °.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Erregermagnet für den erfindungsgemäßen Winkelsensor an einer seiner beiden Stirnflächen mehr als 2-polig, beispielsweise 3- oder 4-polig ausgebildet ist, wobei wiederum die Feldlinien im Innern des Magneten bogenförmig verlaufen, derart dass die Feldlinien bzw. deren Komponenten im Innern des Magneten zumindest zu 50% parallel zu der besagten Stirnfläche verlaufen.In one embodiment, not shown, it may also be provided that the excitation magnet for the angle sensor according to the invention at one of its two end faces more than 2-pin, for example 3- or 4-pin is formed, in turn, the field lines in the interior of the magnet arcuately, so that the field lines or their components in the interior of the magnet extend at least 50% parallel to the said end face.

6 zeigt, für einen in die Vorrichtung gemäß 1 eingesetzten Winkelsensor mit einem Magneten 3 gemäß der 2a - c, 4a,b und 5, den gemessenen Verlauf der Axialkomponente (K1) und der Tangentialkomponente (K2) des Magnetfeldes sowie die daraus berechnete Drehwinkelstellung (K3) des Drehwelle bzw. des Rotors. Wie aus 6 hervorgeht, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die jeweilige Drehstellung über den dargestellten Winkelbereich durchgehend ermittelt werden, sodass in dem angegeben Beispiel die notwendigen Triggersignale für eine elektrische Kommutierung des Motos mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden können. 6 shows, for one in the device according to 1 used angle sensor with a magnet 3 according to the 2a - c . 4a, b and 5 , the measured course of the axial component ( K1 ) and the tangential component ( K2 ) of the magnetic field and the angular position calculated therefrom ( K3 ) of the rotary shaft and the rotor. How out 6 As can be seen, with the device according to the invention, the respective rotational position over the angular range shown can be determined continuously, so that in the example given the necessary trigger signals for electrical commutation of the Motos can be provided with high accuracy.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22

Motorwelle, DrehwelleMotor shaft, rotary shaft

33

Ringmagnetring magnet

44

Trägercarrier

55

Sensorplatinesensor board

66

TMR-Doppelsensor, SensoreinrichtungTMR double sensor, sensor device

77

Gehäusecasing

88th

Lagercamp

31, 3231, 32

Stirnseitefront

3333

Mantelflächelateral surface

3434

Mittenlochcenter hole

61, 6261, 62

Sensorelementesensor elements

AA

Achseaxis

dd

Abstanddistance

F1F1

eintretende Feldlinienentering field lines

F2F2

austretende Feldlinienexiting field lines

hH

axiale Höheaxial height

K1K1

Verlauf der AxialkomponenteCourse of the axial component

K2K2

Verlauf TangentialkomponenteHistory Tangential component

K3K3

DrehwinkelstellungAngular position

NN

NordpolNorth Pole

rr

radiale Wandstärkeradial wall thickness

R1, R2R1, R2

FelderfassungsrichtungField detection direction

SNSN

Schnittebenecutting plane

SS

SüdpolSouth Pole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102013200931 A1 [0002]DE 102013200931 A1 [0002]
• DE 102008021107 A1 [0002]DE 102008021107 A1 [0002]

Claims (10)

Vorrichtung zur Winkelerfassung einer Drehwelle (2) mit einem koaxial an der Drehwelle befestigten Magneten wie einem Ringmagneten (3), dessen über den Drehwinkel (φ) veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehachse (A) und dessen über den Drehwinkel (φ) veränderliche Magnetfeldkomponente parallel zur Drehrichtung radial außen zum Außenumfang des Magneten mittels einer Sensoreinrichtung (6) erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehachse (A) und zur Erfassung der Feldkomponente parallel zur Drehrichtung jeweils zumindest ein magnetfeldempfindliches und in Einbaulage außeraxial außerhalb des Außenumfangs des Magneten und in Axialrichtung ortsfest zur Drehwelle angeordnetes Sensorelement (61, 62) sowie eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehstellung der Drehwelle auf der Grundlage der Messsignale der Sensorelemente (61, 62) aufweist, wobei der Magnet zur Gestaltung eines bogenförmigen Feldlinienverlaufs im Innern des Magneten mit einem zu einer seiner beiden Stirnseiten (31) hin mehrpoligen, insbesondere 2-poligen, Austritt der Feldlinien (F1, F2) magnetisiert ist, wobei dessen Volumen zumindest zu 50% parallel zu der einen der beiden Stirnflächen (31), d.h. bei 2-poligem Austritt der Feldlinien (F1, F2) diametral, magnetisiert ist.A device for angle detection of a rotary shaft (2) with a coaxially fixed to the rotary shaft magnets such as a ring magnet (3), whose over the rotation angle (φ) variable magnetic field component parallel to the axis of rotation (A) and its over the rotation angle (φ) variable magnetic field component parallel to Direction of rotation radially outside to the outer circumference of the magnet by means of a sensor device (6) is detectable, wherein the sensor device for detecting the field component parallel to the axis of rotation (A) and for detecting the field component parallel to the direction of rotation in each case at least one magnetic field sensitive and in installation position off-axis outside the outer periphery of the magnet and in the axial direction stationary to the rotary shaft arranged sensor element (61, 62) and means for determining the rotational position of the rotary shaft on the basis of the measurement signals of the sensor elements (61, 62), wherein the magnet for shaping an arcuate field line course in the de s magnet is magnetized with a to two of its two end faces (31) towards multi-pole, in particular 2-pole, outlet of the field lines (F1, F2), wherein the volume at least 50% parallel to the one of the two end faces (31), i. at 2-pole exit of the field lines (F1, F2) is diametrically, magnetized. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (h) des als Ringmagneten (3) ausgebildeten Magneten größer ist als 60% der radialen Wandstärke (r) des Ringmagneten (3), insbesondere etwa 100 % der radialen Wandstärke (r) des Ringmagneten (3) beträgt.Device after Claim 1 , characterized in that the axial extent (h) of the ring magnet (3) formed magnet is greater than 60% of the radial wall thickness (r) of the ring magnet (3), in particular about 100% of the radial wall thickness (r) of the ring magnet (3 ) is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) bzw. die Sensorelemente (61, 62) innerhalb der axialen Erstreckung (h) Magneten, insbesondere axial mittig zum Magneten, angeordnet sind.Device according to one of Claims 1 to 2 , characterized in that the sensor device (6) or the sensor elements (61, 62) within the axial extent (h) magnets, in particular axially centrally of the magnet, are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (61, 62) etwa auf gleicher axialer Höhe zum Magneten angeordnet sind.Device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the sensor elements (61, 62) are arranged approximately at the same axial height to the magnet. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (61, 62) auf dem gleichem Substrat angeordnet sind.Device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the sensor elements (61, 62) are arranged on the same substrate. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) zumindest einen TMR- Doppelsensor umfasst, dessen beide Felderfassungsrichtungen (R1, R2) in einer Ebene und insbesondere senkrecht zueinander liegen.Device according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the sensor device (6) comprises at least one TMR double sensor whose two field-sensing directions (R1, R2) lie in one plane and in particular perpendicular to one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet einen kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff, vorzugsweise auf Basis von magnetisierbaren Hartferriten oder Seltenerdlegierungen wie NdFeB oder SmCo umfasst.Device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the magnet comprises a plastic-bonded magnetic material, preferably based on magnetizable Hartferriten or rare earth alloys such as NdFeB or SmCo. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet auf einen Träger (4) aufgespritzt ist, der diesen axial, in Teilbereichen am Außenumfang, und/oder am Innenumfang hält, und mit dem er an der Drehwelle befestigt ist.Device according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the magnet is sprayed onto a carrier (4) which holds this axially, in partial areas on the outer circumference, and / or on the inner circumference, and with which it is fixed to the rotary shaft. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erkennung eines Drehwinkels von Kurbel- oder Nockenwellen eines Motors oder eines Schwenkwinkels eines Lenkrades bei Kraftfahrzeugen.Use of a device according to one of Claims 1 to 8th for detecting a rotation angle of crankshafts or camshafts of an engine or a swivel angle of a steering wheel in motor vehicles. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Bereitstellung einer sensorgesteuerten elektrischen Kommutierung bei Elektromotoren.Use of a device according to one of Claims 1 to 8th for providing sensor-controlled electrical commutation in electric motors.

Images