DE102017223477A1 - Sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about a rotation axis - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114) vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst:- mindestens ein Torsionselement (116), wobei das Torsionselement (116) eingerichtet ist mindestens einen ersten Teil (118) des rotierenden Elements (114) und mindestens einen zweiten Teil (120) des rotierenden Elements (114) zu verbinden;- mindestens ein erstes Geberrad (122) und mindestens ein zweites Geberrad (124), wobei das erste Geberrad (124) mit einem ersten Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist und wobei das zweite Geberrad (124) mit einem zweiten, von dem ersten Element verschiedenen Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil (118), dem Torsionselement (116) und dem zweiten Teil (120) verbindbar ist;- mindestens ein Sensorelement (128);dadurch gekennzeichnet, dassdas mindestens eine erste Geberrad (122) ein erstes Geberradprofil (130) mit mindestens einem im Abstand f radial um die Rotationsachse (112) angeordneten Profilsegment (132) aufweist; wobei weiterhin das mindestens eine zweite Geberrad (124) ein zweites Geberradprofil (134) aufweist, wobei das zweite Geberradprofil (134) mindestens ein erstes Profilsegment (136) und mindestens ein zweites Profilsegment (138) aufweist, wobei das erste Profilsegment (136) im Abstand g radial um die Rotationsachse (112) angeordnet ist, wobei das zweite Profilsegment (138) im Abstand d ≠ g um die Rotationsachse (112) angeordnet ist.A sensor system (110) for determining at least one rotational property of an element (114) rotating about at least one axis of rotation (112) is proposed. The sensor system (110) comprises: - at least one torsion element (116), wherein the torsion element (116) is set up at least a first part (118) of the rotating element (114) and at least a second part (120) of the rotating element (114) at least one first sender wheel (122) and at least one second sender wheel (124), the first sender wheel (124) having a first element selected from the group consisting of the first part (118), the torsion element (116) and the second part (120) is connectable and wherein the second encoder wheel (124) with a second, different from the first element element selected from the group consisting of the first part (118), the torsion element (116) and the second part (120 at least one sensor element (128), characterized in that the at least one first sender wheel (122) has a first sender wheel profile (130) with at least one profile arranged at a distance f radially around the axis of rotation (112) gment (132); wherein the at least one second encoder wheel (124) further comprises a second Geberradprofil (134), wherein the second Geberradprofil (134) at least a first profile segment (136) and at least a second profile segment (138), wherein the first profile segment (136) in Distance g is disposed radially about the axis of rotation (112), wherein the second profile segment (138) at a distance d ≠ g about the rotation axis (112) is arranged.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 83-91 und 156 beschrieben. Beispielsweise kann ein beim Lenken auf eine Lenkstange ausgeübtes Drehmoment mit Hilfe von sogenannten Dehnmessstreifen, basierend auf einem magnetoelastischen Prinzip, bestimmt werden. Typischerweise wird in die sich drehende Achse, beispielsweise in die Lenkstange, ein Torsionselement eingebracht, welches sich in Abhängigkeit der wirkenden Kräfte und/oder Momente verdreht und/oder verformt. Insbesondere können auf das Torsionselement aufgeklebte Dehnmessstreifen eine Verdrehung des Torsionselements messen, wodurch Rückschlüsse auf das auf die Lenkstange wirkende Drehmoment gezogen werden können.Numerous sensors are known from the prior art which detect at least one rotational property of rotating elements. Examples of such sensors are described in Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 2nd edition, 2012, pages 83-91 and 156. For example, a torque exerted on a handlebar during steering can be determined by means of so-called strain gauges based on a magnetoelastic principle. Typically, in the rotating axis, for example in the handlebar, a torsion introduced, which rotates and / or deformed in dependence of the forces and / or moments acting. In particular, strain gauges adhered to the torsion element can measure a rotation of the torsion element, as a result of which conclusions can be drawn about the torque acting on the steering rod.
In
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Beispielsweise kann eine Unempfindlichkeit gegenüber herstellungs- und/oder betriebsbedingt auftretenden Toleranzen, wie beispielsweise Fertigungs- und Montagetoleranzen der Abmessungen und/oder Abweichungen der Form aufgrund von betriebsbedingten Temperaturschwankungen, erstrebenswert sein. Insbesondere sind zudem ein geringer Bauraum sowie eine Robustheit gegenüber Fremdeinflüssen, beispielsweise durch Luftfeuchtigkeit, Schmierstoffe und elektrische und/oder magnetische Störfelder, wünschenswert.Despite the numerous advantages of the devices known from the prior art, these still have room for improvement. For example, insensitivity to manufacturing and / or operating tolerances, such as manufacturing and assembly tolerances of the dimensions and / or deviations of the shape due to operational temperature fluctuations, be desirable. In particular, a small space and a robustness to external influences, for example, by humidity, lubricants and electrical and / or magnetic interference, also desirable.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einem „Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Unter einem „Sensorsystem zur Bestimmung wenigstens einer Rotationseigenschaft“ kann dementsprechend ein Sensorsystem verstanden werden, welches eingerichtet ist, um mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen, beispielsweise zu messen, und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal, vorzugsweise eine Spannung oder einen Strom, entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann. Auch Kombinationen von Eigenschaften können durch das Sensorsystem erfassbar sein.In the context of the present invention, therefore, a sensor system for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation is proposed. In the context of the present invention, a "sensor system" is basically understood to mean any device which is suitable for detecting at least one measured variable. A "sensor system for determining at least one rotational property" can accordingly be understood to mean a sensor system which is set up to detect, for example measure, at least one rotational property and which, for example, at least one electrical signal, preferably a voltage or a current corresponding to that detected Can generate property. Combinations of properties can also be detected by the sensor system.
Unter einer „Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche eine Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisiert, insbesondere beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, eine Winkelbeschleunigung, ein Drehmoment oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.In the context of the present invention, a "rotation property" can basically be understood to mean a property which at least partially characterizes, in particular describes, a rotation of the rotating element. This may, for example, be an angular velocity, a rotational speed, an angular acceleration, an angular position or another property which may at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element. For example, the rotation property may be a position, in particular an angular position, an angular acceleration, a torque or a combination of at least two of these variables. Other properties and / or other combinations of properties may also be detectable.
Insbesondere kann es sich bei der Rotationseigenschaft um ein Drehmoment handeln. Der Begriff „Drehmoment“ bezeichnet allgemein eine Drehwirkung einer Kraft von einem oder auf ein beliebiges, drehbares, insbesondere drehbar gelagertes, Objekt. Das Drehmoment gibt an, wie kraftvoll eine Drehung des drehbaren Objekts ist. Vorzugsweise charakterisiert das Drehmoment wie stark die Drehung des drehbaren Objekts ist und/oder wie stark das drehbare Objekt gedreht wird. Insbesondere können ein Betrag der Kraft, eine Richtung der Kraft sowie ein Abstand einer Wirkungslinie der Kraft von der Drehachse, insbesondere von der Rotationsachse, entscheidend für die Charakterisierung des Drehmoments, insbesondere für die Stärke der Drehung des drehbaren Objekts, sein.In particular, the rotation property may be a torque. The term "torque" generally refers to a rotational action of a force from or onto any rotatable, in particular rotatably mounted, object. The torque indicates how powerful a rotation of the rotatable object is. Preferably, the torque characterizes how strong the rotation of the rotatable object is and / or how much the rotatable object is rotated. In particular, an amount of force, a direction of the force and a distance of a line of action of the force from the axis of rotation, in particular from the axis of rotation, can be decisive for the characterization of the torque, in particular for the amount of rotation of the rotatable object.
Der Begriff „Drehung“ bezeichnet im Allgemeinen eine Selbstabbildung eines Objektes mit mindestens einem Fixpunkt. Bei einer Drehung können Abstände, Längen und Winkel des Objekts unverändert bleiben, nur eine Lage verändert sich. Bei der Drehung kann ein Punkt fest sein, der seine Lage nicht ändert. Der Punkt kann als Fixpunkt oder Drehzentrum bezeichnet werden.The term "rotation" generally refers to a self-imaging of an object with at least one fixed point. When rotated, the distances, lengths and angles of the object remain unchanged, only one layer changes. During rotation, a point may be fixed that does not change its position. The point can be called a fixed point or center of rotation.
Bei der Drehung werden grundsätzlich alle Punkte des Objektes um einen gleichen Drehwinkel verschoben. So wird der Winkel zwischen P und P' bezeichnet. Das Objekt ändert bei der Drehung nur seine Lage, sein Aussehen bleibt gleich. Dies kommt daher, dass der Abstand der Punkte P und P' zum Drehzentrum Z identisch bleibt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Rotation“ gleichbedeutend mit dem Begriff „Drehung“ verwendet. During rotation, basically all points of the object are shifted by the same angle of rotation. So the angle between P and P 'is called. The object only changes its position when rotated, its appearance remains the same. This is because the distance of the points P and P 'to the center of rotation Z remains identical. In the context of the present invention, the term "rotation" is used synonymously with the term "rotation".
Unter einer „Rotationsachse“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Achse, insbesondere eine beliebig im Raum angeordnete Achse, verstanden werden, um die sich mindestens ein beliebiges Element dreht, beispielsweise eine Drehung ausführt. Insbesondere kann der Fixpunkt oder das Drehzentrum der Drehung des sich um die Rotationsachse drehenden Elements, beispielsweise des rotierenden Elements, auf der Rotationsachse angeordnet sein. Dabei kann die Rotationsachse außerhalb des sich drehenden Elements angeordnet sein oder das drehende Element berühren, insbesondere durchstoßen. Vorzugsweise kann die Rotationsachse in einer Symmetrieachse des sich drehenden Elements angeordnet sein, beispielsweise im Zentrum einer Welle.In the context of the present invention, a "rotation axis" can in principle be understood to mean any axis, in particular an axis arranged arbitrarily in space, about which at least one arbitrary element rotates, for example executes a rotation. In particular, the fixed point or the center of rotation of the rotation of the rotating about the axis of rotation element, for example, of the rotating element, may be arranged on the axis of rotation. In this case, the axis of rotation can be arranged outside of the rotating element or touch the rotating element, in particular pierced. Preferably, the axis of rotation can be arranged in an axis of symmetry of the rotating element, for example in the center of a shaft.
Unter einem „rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches um mindestens eine Achse, insbesondere um eine Rotationsachse, rotiert. In the context of the present invention, a "rotating element" can basically be understood to mean any element which rotates about at least one axis, in particular about an axis of rotation.
Beispielsweise kann das rotierende Element eine Stange und/oder Welle sein, beispielsweise eine Lenkstange und/oder eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Vorzugsweise kann es sich bei dem rotierenden Element um ein mindestens eine Symmetrie aufweisendes Element, beispielsweise ein rotationssymmetrisches Element und/oder ein in mindestens einer Ebene symmetrisches Element, handeln. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Kurbelwelle oder eine Drehzahl einer Kurbelwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Kurbelwelle oder ein Drehmoment einer Kurbelwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.For example, the rotating element may be a rod and / or shaft, for example a steering rod and / or a shaft in an engine, for example a camshaft or a crankshaft. The rotating element may preferably be an element having at least one symmetry, for example a rotationally symmetric element and / or a symmetrical element in at least one plane. For example, an angular position of a crankshaft or a rotational speed of a crankshaft or an angular acceleration of a crankshaft or a torque of a crankshaft or a combination of at least two of these quantities can be determined. Other properties and / or other combinations of properties may also be detectable.
Das Sensorsystem umfasst mindestens ein Torsionselement. Das Torsionselement ist eingerichtet, um mindestens einen ersten Teil des rotierenden Elements und mindestens einen zweiten Teil des rotierenden Elements zu verbinden. Beispielsweise kann eine Verdrehung des ersten Teils des rotierenden Elements gegenüber dem zweiten Teil des rotierenden Elements, insbesondere eine Verdrehung gegeneinander, beispielsweise eine relative Verdrehung des ersten Teils gegenüber dem zweiten Teil, durch das Torsionselement ermöglicht werden.The sensor system comprises at least one torsion element. The torsion element is configured to connect at least a first part of the rotating element and at least a second part of the rotating element. For example, a rotation of the first part of the rotating element relative to the second part of the rotating element, in particular a rotation against each other, for example, a relative rotation of the first part relative to the second part, are made possible by the torsion element.
Die Bezeichnungen „erster Teil“ und „zweiter Teil“ sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Teilen bzw. zweiten Teilen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Teile, beispielsweise eine oder mehrere dritte Teile vorhanden sein. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Teil des rotierenden Elements um einen ersten Abschnitt des rotierenden Elements handeln. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Teil des rotierenden Elements um einen zweiten von dem ersten Teil verschiedenen Abschnitt des rotierenden Elements handeln.The terms "first part" and "second part" in the context of the present invention are to be regarded as pure descriptions without indicating an order or ranking and exclude, for example, without the possibility that several types of first parts or second parts or just one kind can be provided. Furthermore, additional parts, for example, one or more third parts may be present. In particular, the first part of the rotating element can be a first section of the rotating element. In particular, the second part of the rotating element can be a second section of the rotating element that is different from the first part.
Unter dem Begriff „Torsionselement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um bei einer Belastung mit einer Kraft und/oder einem Drehmoment verformbar, vorzugsweise elastisch verformbar, zu sein. Insbesondere kann eine Verformung des Torsionselements, beispielsweise eine Verdrehung und/oder Verdrillung und/oder Verschraubung um eine Achse, vorzugsweise um die Rotationsachse, proportional sein zu der Belastung, insbesondere proportional sein zu einer auf das Torsionselement wirkenden Kraft, beispielsweise proportional sein zu einem um die Achse, insbesondere um die Rotationsachse, wirkenden Drehmoment. Insbesondere kann ein Einwirken des Drehmoments auf das Torsionselement dazu führen, dass sich das Torsionselement um einen Verdrehwinkel verdreht und/oder um einen Scherwinkel verzerrt. Beispielsweise kann die Verformung des Torsionselements reversibel sein, insbesondere Rückgängig gemacht werden. Beispielsweise kann ein Entlasten, insbesondere eine Abnahme der auf das Torsionselement wirkenden Kraft, einen Rückgang der Verformung des Torsionselements bewirken. Das Torsionselement kann insbesondere ganz oder teilweise als Zylinder, insbesondere als Hohlzylinder ausgebildet sein.In the context of the present invention, the term "torsion element" can in principle be understood to mean any element which is designed to be deformable, preferably elastically deformable, under load with a force and / or a torque. In particular, a deformation of the torsion element, for example, a rotation and / or twisting and / or screwing about an axis, preferably about the axis of rotation, be proportional to the load, in particular be proportional to a force acting on the torsion, for example, be proportional to one order the axis, in particular about the axis of rotation, acting torque. In particular, an action of the torque on the torsion element may cause the torsion element to be rotated by an angle of rotation and / or distorted by a shear angle. For example, the deformation of the torsion element can be reversible, in particular reversed. For example, relieving, in particular a decrease in the force acting on the torsion element, cause a decrease in the deformation of the torsion element. The torsion element can in particular be wholly or partly designed as a cylinder, in particular as a hollow cylinder.
Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens ein erstes Geberrad und mindestens ein zweites Geberrad. Das erste Geberrad ist mit einem ersten Element verbindbar. Insbesondere kann das erste Geberrad mit dem ersten Element permanent oder reversibel verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann das erste Geberrad einstückig mit dem ersten Element ausgeführt und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann das erste Geberrad in das erste Element integriert sein. Das erste Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil des rotierenden Elements, dem Torsionselement und dem zweiten Teil des rotierenden Elements. Das zweite Geberrad ist mit einem zweiten von dem ersten Element verschiedenen Element verbindbar. Insbesondere kann das zweite Geberrad mit dem zweiten Element permanent oder reversibel verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann das zweite Geberrad einstückig mit dem zweiten Element ausgeführt und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann das zweite Geberrad in das zweite Element integriert sein. Das zweite Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Teil des rotierenden Elements, dem Torsionselement und dem zweiten Teil des rotierenden Elements.The sensor system further comprises at least a first sender wheel and at least one second sender wheel. The first sender wheel can be connected to a first element. In particular, the first sender wheel can be permanently or reversibly connected or connectable to the first element. For example, the first sender wheel may be made in one piece with the first element and / or formed. For example, the first sender wheel may be integrated into the first element. The first element is selected from the group consisting of the first part of the rotating element, the Torsionselement and the second part of the rotating element. The second encoder wheel is connectable to a second element different from the first element. In particular, the second sender wheel can be permanently or reversibly connected or connectable to the second element. For example, the second sender wheel may be made in one piece with the second element and / or formed. For example, the second sender wheel may be integrated in the second element. The second element is selected from the group consisting of the first part of the rotating element, the torsion element and the second part of the rotating element.
Die Bezeichnungen „erstes Geberrad“ und „zweites Geberrad“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Geberrädern bzw. zweiten Geberrädern oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Geberräder, beispielsweise eine oder mehrere dritte Geberräder vorhanden sein. Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden. Insbesondere kann das Geberrad eingerichtet sein, um in einem mit dem rotierenden Element verbundenen Zustand bei einer Drehung und/oder Rotation des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, beispielsweise eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Beispielsweise kann das Geberrad mindestens ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein ferromagnetisches Material, umfassen.The terms "first sender wheel" and "second sender wheel" are to be regarded as pure descriptions without indicating an order or ranking and excluding, for example, without the possibility that several types of first donor wheels or second donor wheels or just one kind may be provided. Furthermore, additional donor wheels, for example, one or more third donor wheels may be present. In the context of the present invention, a "sensor wheel" can basically be understood as meaning any component which can be connected to the rotating element. In particular, the encoder wheel can be set up to effect at least one measurable signal, for example a magnetic field change, in a state connected to the rotating element during a rotation and / or rotation of the rotating element. For example, the encoder wheel may comprise at least one electrically conductive material, for example a ferromagnetic material.
Weiterhin umfasst das Sensorsystem mindestens ein Sensorelement. Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und beispielsweise in geeignete Messsignale, insbesondere in elektrische Sensorsignale, beispielsweise in analoge und/oder digitale Signale, vorzugsweise in eine Spannung oder einen Strom, umzuwandeln. Insbesondere kann das Sensorsystem ein weiter unten noch näher beschriebenes Sensorelement umfassen.Furthermore, the sensor system comprises at least one sensor element. In the context of the present invention, a "sensor element" may in principle be understood to mean any element which is set up to qualitatively and / or quantitatively record the at least one rotation property and to convert it, for example, into suitable measurement signals, in particular into electrical sensor signals, for example into analog and / or or to convert digital signals, preferably into a voltage or a current. In particular, the sensor system may comprise a sensor element described in more detail below.
Weiterhin weist das mindestens eine erste Geberrad ein erstes Geberradprofil mit mindestens einem im Abstand
Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich die Gesamtheit von Profilsegmenten und von zwischen den Profilsegmenten angeordneten Bereichen, insbesondere die Profilsegmente umgebenden Bereiche, des Geberrads verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilsegmente verstanden werden.In the context of the present invention, a "sensor wheel profile" can basically be understood as the entirety of profile segments and of regions arranged between the profile segments, in particular the regions surrounding the profile segments, of the transmitter wheel. Furthermore, the arrangement, for example the sequence, of the profile segments can be understood by the encoder wheel profile.
Die Bezeichnungen „erstes Profilsegment“ und „zweites Profilsegment“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Profilsegmenten bzw. zweiten Profilsegmenten oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Profilsegmente, beispielsweise eine oder mehrere dritte Profilsegmente vorhanden sein. Unter einem „Profilsegment“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Teilbereich des Geberrads verstanden werden, welcher eine von den übrigen Bereichen des Geberrads abweichende elektrische Leitfähigkeit aufweist. So kann beispielsweise das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, welche abweichend ist von der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen Bereiche des ersten Geberrads. Weiterhin können das mindestens eine erste Profilsegment und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils jeweils elektrische Leitfähigkeiten aufweisen, welche abweichend sind von der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen Bereiche des zweiten Geberrads. Insbesondere kann das Profilsegment eine weiter unten noch näher beschriebene Form aufweisen, insbesondere kann die Form unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise können mehrere Profilsegmente jeweils voneinander verschiedene Formen aufweisen. Insbesondere kann es sich bei dem Profilsegment um eine beliebige Ausformung einer Kontur, insbesondere einer Gestalt oder einer Form, des Geberrads handeln. Beispielsweise kann das Profilsegment eine vorzugsweise kreisförmige Außenkontur des Geberrads auch unverändert lassen. Weiterhin kann das Profilsegment beispielsweise als Bestandteil des Geberrads insbesondere dazu beitragen, bei einer Drehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere ein von dem Sensorelement detektierbares Signal, zu bewirken.The terms "first profile segment" and "second profile segment" are to be regarded as pure descriptions, without indicating an order or ranking and, for example, without precluding the possibility that several types of first profile segments or second profile segments or just one type may be provided. Furthermore, additional profile segments, for example, one or more third profile segments may be present. In the context of the present invention, a "profile segment" can in principle be understood as meaning any subregion of the encoder wheel which has an electrical conductivity which deviates from the remaining regions of the transmitter wheel. For example, the at least one profile segment of the first Geberradprofils may have an electrical conductivity which is different from the electrical conductivity of the remaining regions of the first encoder wheel. Furthermore, the at least one first profile segment and the at least one second profile segment of the second transmitter wheel profile can each have electrical conductivities which are different from the electrical conductivity of the remaining regions of the second transmitter wheel. In particular, the profile segment may have a shape described in more detail below, in particular, the shape may be configured differently, for example, a plurality of profile segments may each have different shapes. In particular, the profile segment may be any shape of a contour, in particular a shape or a shape of the encoder wheel. For example, the profile segment a preferably circular outer contour of the encoder wheel also leave unchanged. Furthermore, the profile segment can contribute, for example, as a component of the encoder wheel, in particular to effecting at least one measurable signal, in particular a signal detectable by the sensor element, upon rotation of the rotating element.
Weiterhin kann für die Abstände
Das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils kann beispielsweise von dem rotierenden Element beabstandet angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abstand, beispielsweise eine Distanz > 0 mm, zwischen dem mindestens einen Profilsegment des ersten Geberradprofils und dem rotierenden Element vorhanden sein. Insbesondere kann der Abstand
Weiterhin kann das mindestens eine erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils von dem rotierenden Element beabstandet angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abstand, beispielweise eine Distanz > 0 mm, zwischen dem mindestens einen ersten Profilsegment des zweiten Geberradprofils und dem rotierenden Element vorhanden sein. Insbesondere kann der Abstand
Bei der mindestens einen zu bestimmenden Rotationseigenschaft des um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements kann es sich insbesondere um ein Drehmoment handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um das Drehmoment, insbesondere, wie oben beschrieben, um eine die Stärke der Rotation des rotierenden Elements charakterisierende Eigenschaft, des rotierenden Elements handeln.The at least one rotational property to be determined of the element rotating about at least one axis of rotation may in particular be a torque. For example, the rotation characteristic may be the torque, in particular, as described above, a characteristic of the rotation of the rotating element, the rotating element.
Weiterhin kann das erste Geberrad und das zweite Geberrad einen Abstand D > 0 mm zueinander aufweisen. Insbesondere kann der Abstand
Alternativ oder zusätzlich können sich das erste Geberrad und das zweite Geberrad auch berühren, insbesondere in mindestens eine Richtung, beispielsweise in Richtung der Rotationsachse, keinen Abstand zueinander aufweisen.Alternatively or additionally, the first sender wheel and the second sender wheel can also touch, in particular in at least one direction, for example in the direction of the axis of rotation, have no distance from each other.
Das erste Geberrad und/oder das zweite Geberrad können insbesondere eine zumindest teilweise kreisförmige Form aufweisen. Unter dem Begriff „teilweise kreisförmig“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Form verstanden werden, welche in mindestens einer Ebene eine Kreisbahn, insbesondere eine angenäherte Kreisbahn, oder eine Kurve, beispielsweise einen Ausschnitt aus einer Kreisbahn oder einer angenäherten Kreisbahn, aufweist. Bei der einer Kreisbahn angenäherten Form kann es sich dabei beispielsweise um eine durch mehrere Geraden angenäherte Kreisbahn handeln, beispielsweise um ein Vieleck, vorzugsweise um ein regelmäßiges Vieleck. Insbesondere kann eine teilweise kreisförmige Form eine weitestgehend runde Gestalt aufweisen, vorzugsweise eine konvexe Figur, beispielsweise eine Ellipse, ein Oval, ein Kreis oder einen Ausschnitt daraus.The first sender wheel and / or the second sender wheel may in particular have an at least partially circular shape. In the context of the present invention, the term "partially circular" can in principle be understood to mean any shape which has a circular path, in particular an approximated circular path, or a curve, for example a section of a circular path or an approximate circular path, in at least one plane. The shape approximated to a circular path may, for example, be a circular path approximated by several straight lines, for example a polygon, preferably a regular polygon. In particular, a partially circular shape can have a largely round shape, preferably a convex figure, for example an ellipse, an oval, a circle or a section thereof.
Weiterhin kann das erste Geberrad über ein Verbindungselement mit dem rotierenden Element verbunden sein. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungselement um eine Hülse, beispielsweise eine ganz oder teilweise in Umfangsrichtung geschlossene Hülse, einen Steg und/oder ein beliebiges anderes Element handeln, welches eingerichtet ist eine rotationsstarre Verbindung zwischen dem ersten Geberrad und dem rotierenden Element, insbesondere mit einem Teil des rotierenden Elements, beispielsweise mit dem ersten Teil des rotierenden Elements oder mit dem Torsionselement, zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Verbindungselement Teil des ersten Geberrads sein. Insbesondere kann das erste Geberrad das Verbindungselement umfassen.Furthermore, the first sender wheel can be connected to the rotating element via a connecting element. In particular, the connecting element may be a sleeve, for example a sleeve completely or partially closed in the circumferential direction, a web and / or any other element which is set up with a rotationally rigid connection between the first encoder wheel and the rotating element, in particular with one Part of the rotating element, for example with the first part of the rotating element or with the torsion element. For example, the connecting element may be part of the first sender wheel. In particular, the first sender wheel may comprise the connecting element.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Geberrad über ein Verbindungselement mit dem rotierenden Element verbunden sein. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungselement um eine Hülse, beispielsweise eine ganz oder teilweise in Umfangsrichtung geschlossene Hülse, einen Steg und/oder ein beliebiges anderes Element handeln, welches eingerichtet ist eine rotationsstarre Verbindung zwischen dem zweiten Geberrad und dem rotierenden Element, insbesondere mit einem Teil des rotierenden Elements, beispielsweise mit dem zweiten Teil des rotierenden Elements oder mit dem Torsionselement, zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Verbindungselement Teil des zweiten Geberrads sein. Insbesondere kann das zweite Geberrad das Verbindungselement umfassen.Alternatively or additionally, the second sender wheel can be connected to the rotating element via a connecting element. In particular, the connecting element may be a sleeve, for example a sleeve completely or partially closed in the circumferential direction, a web and / or any other element which is set up with a rotationally rigid connection between the second transmitter wheel and the rotating element, in particular with one Part of the rotating element, for example, with the second part of the rotating element or with the torsion element to allow. For example, the connecting element may be part of the second encoder wheel. In particular, the second encoder wheel may comprise the connecting element.
Weiterhin können die Profilsegmente, insbesondere das mindestens eine Profilsegment des ersten Geberradprofils und das mindestens eine erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils und das mindestens eine zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils, jeweils mindestens vier Kanten aufweisen. Insbesondere können die Profilsegmente jeweils durch vier Kanten begrenzt sein. Insbesondere kann jede der mindestens vier Kanten jeweils eine gerade oder eine gekrümmte Form aufweisen, also beispielsweise gerade oder gekrümmt ausgeführt sein. Beispielsweise können die Profilsegmente dabei mindestens zwei radial bezüglich der Rotationsachse, insbesondere bezüglich der Rotationsachse des rotierenden Elements, verlaufende Kanten und mindestens zwei kreisbogenförmig oder ebenfalls gerade verlaufende Kanten aufweisen. Die kreisbogenförmigen Kanten können insbesondere einen Ausschnitt aus einer Kreisbahn umfassen, wobei der Mittelpunkt des zugehörigen Kreises auf der Rotationsachse, insbesondere auf der Rotationsachse des rotierenden Elements, beispielsweise im Mittelpunkt des Geberrads, angeordnet ist. Insbesondere können die Profilsegmente jeweils als Kreisringsegment ausgebildet sein.Furthermore, the profile segments, in particular the at least one profile segment of the first Geberradprofils and the at least one first profile segment of the second Geberradprofils and the at least one second profile segment of the second Geberradprofils, each having at least four edges. In particular, the profile segments can each be limited by four edges. In particular, each of the at least four edges can each have a straight or a curved shape, that is to say be straight or curved, for example. For example, the profile segments may have at least two edges running radially with respect to the axis of rotation, in particular with respect to the axis of rotation of the rotating element, and at least two arcuate or likewise straight edges. The circular arc-shaped edges may in particular comprise a section of a circular path, wherein the center of the associated circle on the axis of rotation, in particular on the axis of rotation of the rotating element, for example, in the center of the encoder wheel, is arranged. In particular, the profile segments may each be formed as a circular ring segment.
Insbesondere kann das Profilsegment des ersten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung
Beispielsweise kann das erste Geberradprofil eine Mehrzahl von Profilsegmenten aufweisen. Vorzugsweise können alle Profilsegmente des ersten Geberradprofils radial um die Rotationsachse, beispielsweise in Umfangsrichtung des ersten Geberrads, angeordnet sein. Insbesondere können die Profilsegmente derart angeordnet sein, dass zwei benachbarte Profilsegmente jeweils um einen Winkel
Beispielsweise kann das zweite Geberradprofil eine Mehrzahl von Profilsegmentpaaren, beispielsweise eine Mehrzahl von jeweils paarweise angeordneten ersten und zweiten Profilsegmenten, aufweisen. Vorzugsweise können die paarweise angeordneten ersten und zweiten Profilsegmente, beispielsweise die Profilsegmentpaare, des zweiten Geberradprofils radial um die Rotationsachse, beispielsweise in Umfangsrichtung des zweiten Geberrads, angeordnet sein. Insbesondere können die Profilsegmente derart angeordnet sein, dass zwei benachbarte Profilsegmentpaare jeweils um einen Winkel
Insbesondere kann das erste Profilsegment des zweiten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung
Insbesondere kann das zweite Profilsegment des zweiten Geberrads in mindestens eine Richtung eine Ausdehnung b aufweisen. Vorzugsweise kann das zweite Profilsegment des zweiten Geberrads in radiale Richtung bezüglich der Rotationsachse, insbesondere in radiale Richtung bezüglich des Mittelpunkts des mit dem rotierenden Element verbindbaren zweiten Geberrads, die Ausdehnung
Weiterhin kann das erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils zu dem zweiten Profilsegment des zweiten Geberradprofils winkelversetzt angeordnet sein. Insbesondere kann das erste Profilsegment zu dem zweiten Profilsegment desselben Profilsegmentpaares winkelversetzt angeordnet sein. Beispielsweise kann das erste Profilsegment zu dem zweiten Profilsegment winkelversetzt bezüglich der Rotationsachse angeordnet sein. Insbesondere kann das erste Profilsegment gegenüber dem zweiten Profilsegment in Umfangsrichtung verschoben, insbesondere versetzt, angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Umfangsrichtung um eine Umfangsrichtung des um die Rotationsachse rotierenden Elements handeln. Insbesondere kann die Umfangsrichtung auch eine Kreisbahn um die Rotationsachse, insbesondere eine Kreisbahn um das zweite Geberrad, sein. Beispielsweise kann das erste Profilsegment gegenüber dem zweiten Profilsegment einen Versatz, beispielsweise einen Winkelversatz, aufweisen, insbesondere entlang der Kreisbahn um die Rotationsachse verschoben angeordnet sein.Furthermore, the first profile segment of the second Geberradprofils can be arranged angularly offset to the second profile segment of the second Geberradprofils. In particular, the first profile segment of the same to the second profile segment Profile segment pair can be arranged angularly offset. For example, the first profile segment can be arranged offset in angle to the second profile segment with respect to the axis of rotation. In particular, the first profile segment can be displaced relative to the second profile segment in the circumferential direction, in particular offset, arranged. For example, the circumferential direction may be a circumferential direction of the element rotating about the rotation axis. In particular, the circumferential direction can also be a circular path about the axis of rotation, in particular a circular path about the second encoder wheel. For example, the first profile segment relative to the second profile segment, an offset, for example, an angular offset, have, in particular be arranged along the circular path shifted about the axis of rotation.
Vorzugsweise können das erste Profilsegment und das zweite Profilsegment, insbesondere das erste und zweite Profilsegment desselben Profilsegmentpaares, derart winkelversetzt zueinander angeordnet sein, dass jeweils eine Kante, insbesondere genau eine Kante des ersten Profilsegments und genau eine Kante des zweiten Profilsegments, fluchtend, beispielsweise in radiale Richtung fluchtend, angeordnet sind. Insbesondere kann eine Kante des ersten Profilsegments des zweiten Geberrads, insbesondere eine der Kanten der Ausdehnung a, und eine Kante des zweiten Profilsegments des zweiten Geberrads, insbesondere eine der Kanten der Ausdehnung
Das erste Profilsegment kann in radialer Richtung im Abstand
Insbesondere kann der oben eingeführte Abstand
Weiterhin kann das erste Profilsegment des zweiten Geberradprofils eine Fläche
Beispielsweise kann für die Abmessungen der Profilsegmente, insbesondere für das Verhältnis der Kantenlängen
Weiterhin können die Profilsegment der Geberradprofile als Aussparungen, beispielsweise als Loch, bevorzugt als Ausschnitt, ausgebildet sein. Insbesondere kann das Profilsegment des ersten Geberradprofils als Aussparung ausgebildet sein. Insbesondere können das erste Profilsegment und/oder das zweite Profilsegment des zweiten Geberradprofils als Aussparung ausgebildet sein.Furthermore, the profile segment of the Geberradprofile as recesses, for example as a hole, preferably as a cutout, be formed. In particular, the profile segment of the first Geberradprofils may be formed as a recess. In particular, the first profile segment and / or the second profile segment of the second Geberradprofils may be formed as a recess.
Weiterhin können sich in mindestens einer Winkelstellung eine Projektion des Profilsegments des ersten Geberradprofils und mindestens eine Projektion des ersten Profilsegments des zweiten Geberradprofils und/oder des zweiten Profilsegments des zweiten Geberradprofils ganz oder teilweise überdecken. Insbesondere kann eine Projektion des Profilsegments des ersten Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse, beispielsweise eine Projektion entlang der Rotationsachse, mindestens eine Projektion des ersten Profilsegments und/oder eine Projektion des zweiten Profilsegments des zweiten Geberradprofils in Richtung der Rotationsachse, beispielsweise eine Projektion entlang der Rotationsachse, ganz oder teilweise überdecken, beispielsweise überlagern.Furthermore, in at least one angular position, a projection of the profile segment the first Geberradprofils and at least one projection of the first profile segment of the second Geberradprofils and / or the second profile segment of the second Geberradprofils cover completely or partially. In particular, a projection of the profile segment of the first transmitter wheel profile in the direction of the rotation axis, for example a projection along the rotation axis, at least one projection of the first profile segment and / or a projection of the second profile segment of the second transmitter wheel profile in the direction of the rotation axis, for example a projection along the axis of rotation, completely or partially cover, for example, superimpose.
Das Sensorelement kann beispielsweise räumlich fixiert sein. Insbesondere kann das Sensorelement derart räumlich fixiert sein, dass das Sensorelement, im Gegensatz zu dem rotierenden Element, nicht um die Rotationsachse, insbesondere nicht um die Rotationsachse des rotierenden Elements, drehbar ist. Beispielsweise kann das Sensorelement derart angeordnet sein, um nicht um die Rotationsachse drehbar zu sein. Das Sensorelement kann beispielsweise eine Öffnung, beispielsweise ein Loch, aufweisen. Insbesondere kann die Öffnung eingerichtet sein, um ein Durchführen des rotierenden Elements durch das Sensorelement zu ermöglichen, insbesondere um ein hindurchragen des rotierenden Elements durch das Sensorelement zu erlauben. Das Sensorelement kann insbesondere einen Schaltungsträger aufweisen. Beispielsweise kann der Schaltungsträger als Leiterplatte, beispielsweise als Sensorleiterplatte, ausgeführt sein. Der Schaltungsträger kann insbesondere eingerichtet sein, um ein oder mehrere Schaltungselemente, beispielsweise eine oder mehrere elektrische Leitungen, vorzugsweise Elemente einer oder mehrerer Spulen, darauf anzuordnen, insbesondere zu befestigen.The sensor element can be fixed spatially, for example. In particular, the sensor element may be spatially fixed such that the sensor element, in contrast to the rotating element, is not rotatable about the axis of rotation, in particular not about the axis of rotation of the rotating element. For example, the sensor element may be arranged so as not to be rotatable about the axis of rotation. The sensor element may for example have an opening, for example a hole. In particular, the opening may be arranged to allow the rotating element to be passed through the sensor element, in particular to allow the rotating element to project through the sensor element. The sensor element may in particular comprise a circuit carrier. For example, the circuit carrier may be designed as a printed circuit board, for example as a sensor printed circuit board. The circuit carrier may in particular be designed to arrange, in particular to fix, one or more circuit elements, for example one or more electrical lines, preferably elements of one or more coils.
Das Sensorelement kann weiterhin mindestens eine Erregerspule und mindestens eine erste Empfängerspule und mindestens eine zweite Empfängerspule aufweisen. Die mindestens eine erste Empfängerspule kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein erstes Signal, beispielsweise ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann das mindestens eine erste Signal ein elektrisches Signal, insbesondere ein elektrisches Sensorsignal, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom sein. Weiterhin kann die mindestens eine zweite Empfängerspule insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein zweites Signal, beispielsweise ein Messsignal, zu generieren. Vorzugsweise kann auch das mindestens eine zweite Signal ein elektrisches Signal, insbesondere ein elektrisches Sensorsignal, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom sein. Die mindestens eine Erregerspule kann insbesondere eingerichtet sein, um mit einer Spannung beaufschlagt zu werden. Vorzugsweise kann die mindestens eine Erregerspule eingerichtet sein, um mit einer Wechselspannung beaufschlagt zu werden. Insbesondere können die mindestens eine Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen auf dem Schaltungsträger angeordnet sein. Beispielsweise können die Erregerspule und die beiden Empfängerspulen auch in mehreren Ebenen, insbesondere in mehreren parallel ausgeführten Ebenen, angeordnet sein, beispielsweise um unerwünschte Kontaktierungen, insbesondere unerwünschte elektrische Kontaktierungen, zu vermeiden. Weiterhin können die mindestens eine mit Spannung, vorzugsweise Wechselspannung, beaufschlagte Erregerspule und die mindestens zwei Empfängerspulen derart auf dem Schaltungsträger angeordnet sein, um eine Induktion in den Empfängerspulen zu ermöglichen, insbesondere um eine Spannungsinduktion in den Empfängerspulen zu ermöglichen. Insbesondere kann die mindestens eine Erregerspule derart auf dem Schaltungsträger angeordnet sein, um die mindestens zwei Empfängerspulen, vorzugsweise in mindestens einer Ebene, ganz oder teilweise zu umschließen.The sensor element can furthermore have at least one exciter coil and at least one first receiver coil and at least one second receiver coil. In particular, the at least one first receiver coil can be set up to generate at least one first signal, for example a measurement signal. Preferably, the at least one first signal may be an electrical signal, in particular an electrical sensor signal, for example a voltage or a current. Furthermore, the at least one second receiver coil can in particular be designed to generate at least one second signal, for example a measurement signal. Preferably, the at least one second signal may also be an electrical signal, in particular an electrical sensor signal, for example a voltage or a current. The at least one excitation coil can be arranged in particular to be charged with a voltage. Preferably, the at least one excitation coil may be arranged to be charged with an alternating voltage. In particular, the at least one exciter coil and the at least two receiver coils can be arranged on the circuit carrier. For example, the exciter coil and the two receiver coils can also be arranged in several planes, in particular in several parallel planes, for example in order to avoid undesired contacts, in particular unwanted electrical contacts. Furthermore, the at least one exciting coil, which is supplied with voltage, preferably alternating voltage, and the at least two receiver coils may be arranged on the circuit carrier in order to enable induction in the receiver coils, in particular to enable voltage induction in the receiver coils. In particular, the at least one excitation coil can be arranged on the circuit carrier in such a way to enclose the at least two receiver coils, preferably in at least one plane, in whole or in part.
Die mindestens eine erste Empfängerspule und die mindestens eine zweite Empfängerspule können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer aufgewickelten rechteckförmigen Spule und einer aufgewickelten elliptischen Spule. Beispielsweise kann die erste Empfängerspule eine erste Spulenbreite
Insbesondere kann ein erster mittlerer Aufwicklungsradius r1 der ersten Empfängerspule, beispielsweise ein mittlerer Radius der Aufwicklung der ersten Empfängerspule, abhängig sein von der Geometrie der Geberräder, insbesondere von den Abmessungen des ersten Geberradprofils und/oder des zweiten Geberradprofils. Beispielsweise kann für den Aufwicklungsradius r1 der ersten Empfängerspule und die Abmessungen des zweiten Geberradprofils folgender Zusammenhang, welcher insbesondere auch als Gleichung (3) bezeichnet werden kann, existieren:
Unter einem „Aufwicklungsradius“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Abstand zwischen einem Spulenelement, insbesondere einem Spulendraht, beispielsweise einem Draht der Spule, und einem Zentrum der Spule, insbesondere einem Mittelpunkt der Spule, verstanden werden. Beispielsweise kann unter einem mittleren Aufwicklungsradius ein gemittelter Aufwicklungsradius, insbesondere ein durchschnittlicher Aufwicklungsradius, verstanden werden. Insbesondere kann das Zentrum der Spule auf der Rotationsachse des rotierenden Elements liegen. Beispielsweise kann der mittlere Aufwicklungsradius dem mittleren Abstand zwischen der Rotationsachse und dem Spulenelement entsprechen.In the context of the present invention, a "winding radius" can in principle be understood to be any distance between a coil element, in particular a coil wire, for example a wire of the coil, and a center of the coil, in particular a center of the coil. By way of example, a mean winding radius can be understood as meaning an average winding radius, in particular an average winding radius. In particular, the center of the coil can lie on the axis of rotation of the rotating element. For example, the mean winding radius can correspond to the mean distance between the axis of rotation and the coil element.
Insbesondere kann ein zweiter mittlerer Aufwicklungsradius
Das Sensorsystem kann weiterhin eine Auswerteeinheit umfassen. Die Auswerteeinheit kann insbesondere eingerichtet sein, um die Signale des Sensorelements auszuwerten, beispielsweise das erste Signal, insbesondere das mittels der ersten Empfängerspule generierte erste Signal, und das zweite Signal, insbesondere das mittels der zweiten Empfängerspule generierte zweite Signal. Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Gleichrichter aufweisen. Beispielsweise einen Gleichrichter welcher eingerichtet ist, um wechselnde Signale zu glätten, insbesondere um eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Vorzugsweise kann der Gleichrichter eingerichtet sein, um das mindestens eine erste Signal und das mindestens eine zweite Signal gleichzurichten. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit weiterhin eingerichtet sein, um aus dem ersten Signal, insbesondere dem mittels der ersten Empfängerspule generierten ersten Signal, und dem zweiten Signal, insbesondere dem mittels der zweiten Empfängerspule generierten zweiten Signal, die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Vorzugsweise kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um aus dem gleichgerichteten ersten Signal und aus dem gleichgerichteten zweiten Signal die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Beispielsweise kann die mindestens eine Rotationseigenschaft, beispielsweise das Drehmoment, mittels einer Berechnungsvorschrift bestimmt werden.The sensor system may further comprise an evaluation unit. The evaluation unit may in particular be designed to evaluate the signals of the sensor element, for example the first signal, in particular the first signal generated by the first receiver coil, and the second signal, in particular the second signal generated by the second receiver coil. The evaluation unit may in particular comprise a rectifier. For example, a rectifier which is set up to smooth out changing signals, in particular in order to convert an AC voltage into a DC voltage. Preferably, the rectifier may be configured to rectify the at least one first signal and the at least one second signal. For example, the evaluation unit can furthermore be set up to determine the at least one rotational property of the rotating element from the first signal, in particular the first signal generated by the first receiver coil, and the second signal, in particular the second signal generated by the second receiver coil. Preferably, the evaluation unit can be set up to determine the at least one rotational property of the rotating element from the rectified first signal and from the rectified second signal. For example, the at least one rotational property, for example the torque, can be determined by means of a calculation rule.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit eingerichtet, um das Drehmoment des rotierenden Elements über eine zu dem Drehmoment proportionale Größe
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere hier nicht aufgeführte Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method is proposed for determining at least one rotational property of an element rotating about at least one axis of rotation. The method comprises the following steps, preferably in the order given. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise other method steps not listed here.
Die Verfahrensschritte sind:
- a) Bereitstellen eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
- b) Erfassen des ersten Signals und des zweiten Signals des Sensorelements; und
- c) Bestimmen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements.
- a) providing a sensor system according to the present invention;
- b) detecting the first signal and the second signal of the sensor element; and
- c) determining the rotation property of the rotating element.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, also insbesondere gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und/oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen des Sensorsystems. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Insbesondere kann der Verfahrensschritt c) Bestimmen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements folgende Teilschritte umfassen:
- c1) Umwandeln des ersten Signals in eine erste Spannung
S1 ; - c2) Umwandeln des zweiten Signals in eine zweite Spannung
S2 ; und - c3) Berechnen der Rotationseigenschaft des rotierenden Elements, beispielsweise durch: (S1-S2)/(S1+S2).
- c1) converting the first signal to a first voltage
S1 ; - c2) converting the second signal to a second voltage
S2 ; and - c3) calculating the rotational property of the rotating element, for example by: (S1-S2) / (S1 + S2).
Insbesondere kann das Umwandeln des ersten Signals in eine erste Spannung
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere ist es möglich, dass die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren eine Unempfindlichkeit gegenüber herstellungs- und betriebsbedingt auftretenden Toleranzen aufweist. Insbesondere kann es möglich sein, dass das vorgeschlagene Sensorsystem toleranzrobust und temperaturstabil ist, beispielsweise aufgrund von Kompensationsstrukturen. Insbesondere kann es sein, dass die Bestimmung der wenigstens einen Rotationseigenschaft weitgehend unabhängig von Fertigungs- und Montagetoleranzen ist. Insbesondere kann es sein, dass die Bestimmung der Rotationseigenschaft, beispielsweise die ratiometrische Bestimmung, beispielsweise die ratiometrische Berechnung, zu einer Unabhängigkeit des Messsignals führt, insbesondere des Signals, vom Abstand zwischen Sensorelement und Geberrädern.The proposed device and method have numerous advantages over known devices and methods. In particular, it is possible that the proposed device and the proposed method has an insensitivity to manufacturing and operational tolerances occurring. In particular, it may be possible that the proposed sensor system is toleranced robust and temperature-stable, for example due to compensation structures. In particular, it may be that the determination of the at least one rotational property is largely independent of manufacturing and assembly tolerances. In particular, it may be that the determination of the rotation property, for example the ratiometric determination, for example the ratiometric calculation, leads to an independence of the measurement signal, in particular of the signal, from the distance between sensor element and encoder wheels.
Beispielsweise könnte die Bestimmung der Rotationseigenschaft unabhängig sein von einer möglichen Lageabweichung, insbesondere von einer schrägen Montage der Geberräder, beispielsweise des zweiten Geberrads. Insbesondere könnte die Anordnung der Spulen des Sensorelements, beispielsweise die Spulenstruktur des Sensorelements, beispielsweise die weitgehend rotationssymmetrische Spulenstruktur des Sensorelements, zu einer Unabhängigkeit der Messsignale des Sensorelements, insbesondere des Sensorsignals, von einer möglichen schrägen Montage der Geberräder, insbesondere des zweiten Geberrads, führen. Beispielsweise kann es möglich sein, dass die Spulenstruktur des Sensorelements zu einer Unabhängigkeit der Messsignale führt, insbesondere zu einer Unabhängigkeit des Sensorsignals, vom Drehwinkel der Geberräder, beispielsweise vom Drehwinkel des zweiten Geberrads, insbesondere vom Drehwinkel des zweiten Teils des rotierenden Elements. Weiterhin könnte die vorgeschlagene Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen kostengünstiger sein, insbesondere da das vorgeschlagene Sensorsystem lediglich ein Sensorelement, beispielsweise lediglich einen Sensor, benötigt. Beispielsweise könnte eine einfache Auswertung der Signale, beispielsweise eine sehr einfache Sensorauswertung, in der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren verwendet werden, insbesondere da vorzugsweise auf aufwändige Berechnungen verzichtet werden kann, beispielsweise da keine aufwändige Berechnung erfolgen muss. Insbesondere kann es sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung einen im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen geringeren Bauraum benötigt. Insbesondere kann es möglich sein, dass ein einfaches Messprinzip, insbesondere ein im Bezug zu bekannten Vorrichtungen einfacheres Messprinzip, von dem vorgeschlagenen Sensorsystem und dem vorgeschlagenen Verfahren benutz wird. Weiterhin kann es sein, dass es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren um ein einfach umsetzbares Redundanzkonzept handelt.For example, the determination of the rotational property could be independent of a possible positional deviation, in particular of an oblique mounting of the encoder wheels, for example the second encoder wheel. In particular, the arrangement of the coils of the sensor element, for example the coil structure of the sensor element, for example the largely rotationally symmetrical coil structure of the sensor element, could lead to an independence of the measuring signals of the sensor element, in particular of the sensor signal, from a possible oblique mounting of the encoder wheels, in particular of the second transmitter wheel. For example, it may be possible that the coil structure of the sensor element leads to an independence of the measuring signals, in particular to an independence of the sensor signal, the rotation angle of the encoder wheels, for example, the rotation angle of the second encoder wheel, in particular the rotation angle of the second part of the rotating element. Furthermore, the proposed device could be cheaper compared to known devices, in particular because the proposed sensor system requires only one sensor element, for example, only one sensor. For example, a simple evaluation of the signals, for example a very simple sensor evaluation, could be used in the proposed device and the proposed method, in particular because complex calculations can preferably be dispensed with, for example because there is no need for elaborate calculation. In particular, it may be that the proposed device requires a smaller space compared to known devices. In particular, it may be possible for a simple measuring principle, in particular a measuring principle simpler in relation to known devices, to be used by the proposed sensor system and the proposed method. Furthermore, it may be that the proposed method is an easily implementable redundancy concept.
Beispielsweise kann das vorgeschlagene Sensorsystem eine sehr hohe Sensitivität aufweisen, insbesondere eine im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen höhere Sensitivität. Weiterhin kann es möglich sein, dass die Bestimmung der Rotationseigenschaft, beispielsweise das Messprinzip, unabhängig ist von vielen Fremdeinflüssen wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Schmierstoffen und Störfeldern.For example, the proposed sensor system can have a very high sensitivity, in particular a higher sensitivity compared to known devices. Furthermore, it may be possible that the determination of the rotation property, for example the measuring principle, is independent of many external influences such as, for example, atmospheric humidity, lubricants and interference fields.
Figurenlistelist of figures
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Draufsicht; -
2 und3 Vorderansichten von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Geberrädern zur Verwendung in dem Sensorsystem; -
4A bis4C Ausschnitte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Vorderansicht; -
5A und5B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen eines Sensorelements zur Verwendung in dem Sensorsystem; und -
6 ein Schaubild eines gemessenen Signalverlaufs eines Ausführungsbeispiels eines Sensorelements zur Verwendung in dem Sensorsystem.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a sensor system according to the invention in a plan view; -
2 and3 Front views of schematic representations of embodiments of encoder wheels for use in the sensor system; -
4A to4C Parts of an embodiment of a sensor system according to the invention in a front view; -
5A and5B schematic illustrations of embodiments of a sensor element for use in the sensor system; and -
6 a graph of a measured waveform of an embodiment of a sensor element for use in the sensor system.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Das Sensorsystem
Das Sensorsystem
Das Sensorsystem
Wie in
Weiterhin kann beispielsweise das erste Profilsegment
In den
In der in
Die mindestens eine erste Empfängerspule
Beispielsweise kann die in den
Das Sensorelement
Insbesondere kann die erste Empfängerspule
Beispielsweise kann eine Abdeckung mit einem leitfähigen Material, insbesondere eine Abdeckung durch die entlang der Rotationsachse
Insbesondere können bei Abwesenheit der Geberräder, die Spannung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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