DE102018129136A1

DE102018129136A1 - Magnetanordnung zur Winkeldetektion

Info

Publication number: DE102018129136A1
Application number: DE102018129136.1A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-05-23
Also published as: CN109813212B; US20190154464A1; US10648834B2; CN109813212A

Abstract

Ein Beispiel umfasst eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung einen ersten Ringabschnitt, der eine erste Keiloberfläche aufweist, wobei der erste Ringabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Ringabschnitt umfasst, der diametral gegenüberliegend dem ersten Ringabschnitt ist, wobei der zweite Ringabschnitt eine zweite Keiloberfläche aufweist, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und wobei der zweite Ringabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung ist und sich von der ersten Richtung unterscheidet, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist, wobei die ringförmige Magnetanordnung ein einzelnes Materialstück mit einer Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht.

Description

HINTERGRUND
Ein Magnetsensor kann in der Lage sein, Komponenten eines Magnetfeldes zu erfassen, das an den Magnetsensor angelegt ist, wie beispielsweise eine Magnetfeldstärke, eine Magnetfeldintensität, eine Magnetfeldrichtung (z. B. basierend auf Richtungskomponenten des Magnetfeldes) etc. Das Magnetfeld des Magneten kann von einer Magnetisierung des Magneten, einer Form des Magneten, einer Umgebung des Magneten und anderen Faktoren abhängen. Der Magnetsensor kann verwendet werden, um zum Beispiel eine Bewegung, Position, einen Rotationswinkel etc. eines Magneten zu detektieren, der mit einem Objekt verbunden sein kann, bei einer Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise einer mechanischen Anwendung, einer industriellen Anwendung oder einer Verbraucheranwendung.
ZUSAMMENFASSUNG
Es kann ein Bedarf bestehen zum Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für eine ringförmige Magnetanordnung, ein Rotationswinkel-Detektionssystem und eine Magnetanordnung.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung einen ersten Ringabschnitt, der eine erste Keiloberfläche aufweist, wobei der erste Ringabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist und einen zweiten Ringabschnitt umfasst, der diametral gegenüberliegend dem ersten Ringabschnitt ist, wobei der zweite Ringabschnitt eine zweite Keiloberfläche aufweist, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und wobei der zweite Ringabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung ist und sich von der ersten Richtung unterscheidet, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist, und wobei die ringförmige Magnetanordnung ein einzelnes Materialstück mit einer Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht.
Optional umfasst das radiale Ende eine radiale Oberfläche der ringförmigen Magnetanordnung, die perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Wiederum optional umfasst das sensor-zugewandte Ende eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche, wobei die erste Endoberfläche die erste Keiloberfläche trifft und die zweite Endoberfläche die zweite Keiloberfläche trifft.
Optional sind die erste Endoberfläche und die zweite Endoberfläche parallel zu dem radialen Ende.
Wiederum optional umfasst der Schwellenwinkel einen Winkel zwischen 120 Grad und 180 Grad.
Optional ist die Schnittdicke ein Schwellenprozentsatz einer axialen Distanz zwischen dem sensorzugewandten Ende und dem radialen Ende.
Wiederum optional umfasst die ringförmige Magnetanordnung eine zylindrische umlaufende Innenoberfläche, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist; und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche.
Optional ist eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils ausgerichtet, und eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche ist perpendikulär zu der Basis des Keils.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Rotationswinkel-Detektionssystem, umfassend eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um an der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse befestigt oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um einen ersten Ringabschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Ringabschnitt, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die zwischen 120 Grad und 180 Grad von der ersten Richtung ist, zu umfassen, wobei eine erste Keiloberfläche des ersten Ringabschnitts und eine zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und die ringförmige Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen einer Basis des Keils und einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung entspricht, das axial gegenüberliegend dem sensor-zugewandten Ende ist; und einen Magnetsensor zum Messen des Rotationswinkels der drehbaren Welle basierend auf einem erfassten Magnetfeld, das von dem Keil in dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung gebildet wird.
Optional ist der Magnetsensor ausgebildet, um innerhalb einer radialen Schwellendistanz von der Rotationsachse positioniert zu sein, derart, dass das sensor-zugewandte Ende der ringförmigen Magnetanordnung zwischen dem Magnetsensor und dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist.
Wiederum optional ist der Magnetsensor einer von einer Mehrzahl von Magnetsensoren, wobei die Mehrzahl von Magnetsensoren in einer gleichen Erfassungsebene positioniert sind, die perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Optional sind erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche relativ zu der Basis des Keils symmetrisch geformt.
Wiederum optional sind die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche symmetrisch gekrümmte Oberflächen mit Steigungen relativ zu der Rotationsachse, die mit Erstreckung der gekrümmten Oberflächen von dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung zu der Basis des Keils allmählich zunehmen.
Optional umfassen die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche symmetrisch eine Mehrzahl von Keilunterteilungen mit Steigungen relativ zu der Rotationsachse, die mit Erstreckung der Keilunterteilungen von dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung zu der Basis des Keils allmählich zunehmen.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die Magnetanordnung einen Magneten umfasst, der aus einem einzelnen Materialstück gebildet ist und ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei der Magnet einen ersten Magnetabschnitt, der eine erste Oberfläche umfasst, wobei der erste Magnetabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Magnetabschnitt, der diametral gegenüberliegend dem ersten Magnetabschnitt ist, wobei der zweite Magnetabschnitt eine zweite Oberfläche umfasst, umfasst, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche einen Keil in einer sensor-zugewandten Oberfläche der Magnetanordnung bilden, wobei der zweite Magnetabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der Magnetanordnung ist, und wobei die Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht, wobei die Basis des Keils perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Optional erzeugt die Magnetanordnung ein Magnetfeld, das Messungen in einer Sinuswelle produzieren soll, die verwendet werden, um den Rotationswinkel der drehbaren Welle zu bestimmen.
Wiederum optional sind die erste Richtung und die zweite Richtung parallel zu der Rotationsachse der drehbaren Welle.
Optional sind die erste Richtung und die zweite Richtung innerhalb eines Schwellenwinkels der Rotationsachse.
Wiederum optional umfasst das sensor-zugewandte Ende eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche, wobei die erste Endoberfläche und zweite Endoberfläche innerhalb einer gleichen Stirnfläche des sensor-zugewandten Ende sind und parallel zu dem radialen Ende sind.
Optional umfasst die Magnetanordnung eine zylindrische umlaufende Innenoberfläche, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist; und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche, wobei eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils ausgerichtet ist, und wobei eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche perpendikulär zu der Basis des Keils ist.
Gemäß einigen Implementierungen eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung einen ersten Ringabschnitt, der eine erste Keiloberfläche aufweist, wobei der erste Ringabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert wird, und einen zweiten Ringabschnitt umfasst, der diametral gegenüberliegend dem ersten Ringabschnitt ist, wobei der zweite Ringabschnitt eine zweite Keiloberfläche aufweist, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und wobei der zweite Ringabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert wird, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung ist und sich von der ersten Richtung unterscheidet, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend zu einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist, wobei die ringförmige Magnetanordnung ein einzelnes Materialstück mit einer Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht.
Gemäß einigen Implementierungen umfasst ein Rotationswinkel-Detektionssystem eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um an der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse befestigt oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um einen ersten Ringabschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Ringabschnitt, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die zwischen 120 Grad und 180 Grad von der ersten Richtung ist, zu umfassen, wobei eine erste Keiloberfläche des ersten Ringabschnitts und eine zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und die ringförmige Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen einer Basis des Keils und einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung entspricht, das axial gegenüberliegend dem sensor-zugewandten Ende ist; und einen Magnetsensor zum Messen des Rotationswinkels der drehbaren Welle basierend auf einem erfassten Magnetfeld, das von dem Keil in dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung gebildet wird.
Gemäß einigen Implementierungen eine Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die Magnetanordnung einen Magneten umfasst, der aus einem einzelnen Materialstück gebildet ist und ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei der Magnet einen ersten Magnetabschnitt, der eine erste Oberfläche umfasst, wobei der erste Magnetabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Magnetabschnitt, der diametral gegenüberliegend dem ersten Magnetabschnitt ist und eine zweite Oberfläche umfasst, umfasst, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche einen Keil in einer sensor-zugewandten Oberfläche der Magnetanordnung bilden, und wobei der zweite Magnetabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der Magnetanordnung ist, und wobei die Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht, wobei die Basis des Keils perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Figurenliste

1A und 1B sind Diagramme einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung;
2A und 2B sind Diagramme einer beispielhaften Umgebung, in der hierin beschriebene Magnetanordnungen, Systeme und/oder Verfahren implementiert sein können;
3-6 sind Diagramme, denen beispielhafte Implementierungen von hierin beschriebenen Magnetanordnungen zugeordnet sind; und
7 ist ein Flussdiagramm, dem das Ausbilden einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Implementierungen bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen können die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
In einigen Fällen kann ein Rotationswinkel-Detektionssystem eine Magnetanordnung mit verjüngten Magneten verwenden, um einen Rotationswinkel einer drehbaren Welle zu bestimmen. In solchen Fällen kann eine Mehrzahl von Magnetsensoren in einer Erfassungsebene platziert sein (z. B. um einen Lesekreis zu bilden, der konzentrisch mit der drehbaren Welle ist), um ein durch die Magnetanordnung erzeugtes Magnetfeld zu messen. Die verjüngten Magneten bilden einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung unter Beibehaltung eines planaren Endes gegenüberliegend dem sensor-zugewandten Ende, da die verjüngten Magneten in Richtung eines Außenrandes der Magnetanordnung dicker sind und an einem Innenrand der Magnetanordnung in Richtung des planaren Endes unendlich dünn sind. Allerdings können die verjüngten Magneten (die via eine Trägerstruktur, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist, in Position gehalten werden können) ein Magnetfeld erzeugen, das beim Messen durch die Magnetsensoren Messungen in einer unreinen Sinuswelle erzeugt, wenn sich die drehbare Welle dreht. Aufgrund der Unreinheiten in der Sinuswelle ermöglichen die Messungen der Magnetsensoren möglicherweise keine genaue Rotationswinkel-Detektion (z. B. innerhalb von 1 Grad), da die Unreinheiten in der Sinuswelle eine relativ hohe Fehlertoleranz (z. B. Genauigkeit bis zu innerhalb von 5-10 Grad) bereitstellen. Einige hierin beschriebene Implementierungen ermöglichen eine genauere Rotationswinkel-Detektion (z. B. innerhalb von 1 Grad) durch Bereitstellen einer Magnetanordnung, die ein Magnetfeld verursacht, das in einer relativ reinen Sinuswelle gemessen werden kann. Die relativ reine Sinuswelle ermöglicht eine Rotationswinkel-Detektion (z. B. via die Magnetsensoren oder ein Steuergerät der Magnetsensoren) bis zu innerhalb von 1 Grad.
Ferner können physikalische Eigenschaften der verjüngten Magneten und Trägerstruktur (z. B. Taumelscheibe oder Flansch) zum In-Position-Halten der verjüngten Magneten mechanische Problempunkte innerhalb des Rotationswinkel-Detektionssystems verursachen. Zum Beispiel können sich Adhäsionsmittel und/oder Bonds, die zum Bilden der Magnetanordnung mit den verjüngten Magneten und der Trägerstruktur verwendet werden, mit der Zeit abnutzen, was zu weiteren fehlerhaften Winkelmessungen, mechanischem Versagen und/oder Beschädigungen an dem Rotationswinkel-Detektionssystem oder einer Maschine, die das Rotationswinkel-Detektionssystem nutzt, führt. Ferner können die physikalischen Eigenschaften der verjüngten Magneten (z. B. unendlich dünne Keile der verjüngten Magneten) möglicherweise schwache Magnetfelder erzeugen, was zu weiteren schwachen Magnetfeldmessungen und weiterer ungenauer Rotationswinkel-Detektion und/oder einem Risiko der Demagnetisierung oder Abänderung der Magnetisierung der Magnetanordnung führt. Einige Implementierungen hierin behandeln die mechanischen Problempunkte und Probleme mit den physikalischen Eigenschaften einer Magnetanordnung mit verjüngten Magneten durch Bilden einer Magnetanordnung mit einem Keil aus einem einzelnen Materialstück und durch Magnetisieren des einzelnen Materialstücks, um eine Schnittdicke zwischen Abschnitten des Materialstücks zu umfassen, die in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind. Als solche können die physikalischen Eigenschaften des magnetisierten Materialstücks, die die Magnetanordnung bilden, eine verbesserte mechanische Festigkeit, stärkere Magnetfelder und ein geringeres Demagnetisierungsrisiko gegenüber Magnetanordnungen, die getrennte verjüngte Magneten nutzen, bereitstellen.
Die Beschreibung hierin kann sich auf ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem (x,y,z) beziehen, wobei die z-Achse identisch ist zu einer Rotationsachse einer drehbaren Welle, wobei eine Winkelposition der drehbaren Welle durch Magnetsensoren zu bestimmen ist basierend auf erfassenden Magnetfeldern von Magneten, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet sind. Bei einigen Beschreibungen für Radial- und Azimut-Positionen oder - Koordinaten kann ein Radius (R) bestimmt werden von: $R^{2} = x^{2} + y^{2}$
und einem tan(Ψ) = y/x, derart, dass ein zylindrisches Koordinatensystem (R, Ψ, z) umfasst, dass die z-Achse identisch mit der Rotationsachse der drehbaren Welle ist. Im Gegensatz zu der azimutalen Koordinate, Ψ wird eine Winkelposition der drehbaren Welle als der Rotationswinkel (Φ) bezeichnet.
1A und 1B sind Diagramme einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung 100. Die beispielhafte Implementierung 100 umfasst eine Magnetanordnung zur Verwendung in einem Detektionssystem, das eine Mehrzahl von Magnetwinkelsensoren nutzt. Wie in 1A gezeigt, umfasst die beispielhafte Implementierung 100 mehrere Magnetsensoren, die um eine drehbare Welle platziert sind. Wie gezeigt, kann die Magnetanordnung (z. B. eine Ringmagnetanordnung oder ringförmige Magnetanordnung (z. B. eine kreisförmige zylindrische Ringmagnetanordnung, eine elliptische zylindrische Ringmagnetanordnung und/oder Ähnliches)) mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet sein, derart, dass die Magnetanordnung mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse der drehbaren Welle mitdreht. Wie gezeigt ist ein Luftzwischenraum (z. B. eine axiale Distanz von ungefähr 0,5-3 Millimeter (mm)) zwischen den Magnetsensoren und der Magnetanordnung.
Wie in 1A gezeigt, umfasst die beispielhafte Implementierung 100 eine Magnetanordnung, die verursacht, dass die Magnetsensoren Messungen einer Magnetfeldkomponente (z. B. einer axialen Magnetfeldkomponente Bz) in einer Sinuswelle erfassen, die eine relativ geringe Menge von (gegebenenfalls) Anomalien umfasst, um eine genauere Rotationswinkelmessung (z. B. innerhalb von 1 Grad) durch ein Rotationswinkel-Detektionssystem zu ermöglichen. Die Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 umfasst einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung. Wie in 1A gezeigt ist eine Schnittdicke in der Magnetanordnung zwischen einer Basis des Keils und dem radialen Ende der Magnetanordnung bereitgestellt. Gemäß einigen Implementierungen ist die Schnittdicke zumindest ein Schwellenprozentsatz (z. B. 15 Prozent, 20 Prozent, 25 Prozent und/oder Ähnliches) einer axialen Gesamtdicke der Magnetanordnung (z. B. einer Dicke, die von der sensor-zugewandten Stirnfläche zu dem radialen Ende gemessen wird) und/oder zumindest eine minimale Schwellendicke (z. B. 1 mm). Statt wie Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik, die getrennte verjüngte Magneten in Kombination mit einer Trägerstruktur (z. B. einer Taumelscheibe) verwendeten, kann die Magnetanordnung von 1A dementsprechend aus einem einzelnen Materialstück gebildet werden, was eine erhöhte Langlebigkeit, stärkere Magnetfelder, ein verringertes Demagnetisierungsrisiko und eine erhöhte Genauigkeit beim Bestimmen eines Rotationswinkels der drehbaren Welle ermöglicht.
Ferner, wie in 1A gezeigt, umfasst die Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 einen ersten Ringabschnitt, der in einer ersten Richtung (als abwärts gezeigt) magnetisiert ist und parallel zu der Rotationsachse ist, und einen zweiten Ringabschnitt, der in einer zweiten Richtung (als aufwärts gezeigt) magnetisiert ist, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung und parallel zu der Rotationsachse ist. Bei einigen Implementierungen können der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt der Magnetanordnung magnetisiert sein, derart, dass die Magnetisierungen entgegengesetzt oder anti-parallel (z. B. 180 Grad voneinander entlang der Rotationsachse) sind, aber zumindest einen Schwellenwinkel (z. B. innerhalb von 10 Grad) relativ zu der Rotationsachse. Bei einigen Implementierungen können der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt der Magnetanordnung magnetisiert sein, derart, dass die Magnetisierungen innerhalb eines Schwellenwinkels (z. B. zwischen 120 Grad und 180 Grad) voneinander sind. Als solche können der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt aus einem gleichen Material gebildet sein basierend auf den Magnetisierungsrichtungen des ersten Ringabschnitts und des zweiten Ringabschnitts.
In 1A umfasst der erste Ringabschnitt eine erste Keiloberfläche und der zweite Ringabschnitt kann eine zweite Keiloberfläche umfassen, die den Keil bilden. Gemäß einigen Implementierungen kann die erste Keiloberfläche diametral symmetrisch zu der zweiten Keiloberfläche sein, derart, dass die erste Keiloberfläche im Wesentlichen die gleichen Abmessungen (z. B. Bereich, Radien und/oder Ähnliches), gleichen Charakteristika (z. B. Steigung relativ zu dem radialen Ende), gleiche Form und/oder Ähnliches aufweist. Wie in 1A gezeigt, kann die Basis des Keils in dem sensor-zugewandten Ende und/oder die Schnittdicke als ein Magnetisierungsschnittpunkt dienen, wenn das magnetische Material des ersten Ringabschnitts in einer ersten (z. B. Abwärts-) Richtung magnetisiert ist und das magnetische Material des zweiten Ringabschnitts in einer zweiten (z. B. Aufwärts- oder entgegengesetzten) Richtung magnetisiert ist.
Gemäß einigen hierin beschriebenen Implementierungen kann das radiale Ende der Magnetanordnung perpendikulär zu der Rotationsachse der drehbaren Welle sein. In einigen Fällen ist die drehbare Welle nicht permanentmagnetisch (z. B. kann die drehbare Welle Stahl mit einer Permeabilität (µr) >100 (weichmagnetisch) oder µr≈1 (nicht-magnetisch) sein). Bei einige Implementierungen kann die Magnetanordnung eine Trägerstruktur als zusätzliche Stütze beim Verbinden der Magnetanordnung mit der drehbaren Welle umfassen. In solchen Fällen kann die drehbare Welle weichmagnetisch sein und die Trägerstruktur kann nicht-magnetisch sein, um Robustheit gegen Störungen der Magnetfelder der verjüngten Magneten bereitzustellen.
Die Magnetsensoren der beispielhaften Implementierung 100 kann einen Rotationswinkel der drehbaren Welle basierend auf Erfassungskomponente (z. B. radial, azimutal oder axial) eines Magnetfeldes der jeweiligen Magnetanordnung bestimmen. Zum Beispiel können die Magnetsensoren (z. B. Hall-Platten, magnetfeldempfindliche Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET; Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) (MAG-FETs), vertikale Hall-Effekt-Bauelemente oder Magnetowiderstände (z. B. Riesenmagnetowiderstände (GMR; Giant Magneto-Resistor), Tunnelmagnetowiderstände (TMR; Tunnel Magneto-Resistor) und/oder anisotrope (AMR) etc.) und/oder Ähnliches) von 1A in einer gleichen Erfassungsebene (z. B. um einen Lesekreis zu bilden, der konzentrisch zu der Rotationsachse ist) und axial verschoben von einem sensor-zugewandten Ende der jeweiligen Magnetanordnung platziert sein. Die Magnetsensoren können innerhalb einer radialen Schwellendistanz (z. B. entsprechend einem Radius eines konzentrischen Lesekreises der Magnetsensoren in der Erfassungsebene) von der Rotationsachse positioniert sein.
Für einige hierin beschriebenen Implementierungen gilt, wenn sich Magnetsensoren in einer Winkelposition Ψi = 360°*i/N, wobei i = 0, 1,... , N-1 für N Magnetsensoren, befinden, dass ein Rotationswinkel-Detektionssystem Folgendes berechnen kann: $C + j S = \sum_{i = 0}^{N - 1} B (Ψ_{i}) \times e^{j Ψ_{i}}$
wobei j repräsentativ ist für die imaginäre Einheit $(\sqrt{- 1}),$
derart, dass C eine reele Zahl ist (z. B. repräsentativ für eine Cosinus-Wellen-Komponente) und jS eine imaginäre Zahl ist (z. B. repräsentativ für eine Sinus-Wellen-Komponente), um die komplexe Zahl C + jS zu erzeugen. Von der komplexen Zahl C + jS kann der Rotationswinkel Φ der drehbaren Welle wie folgt bestimmt werden: $Φ = atan2 (C,S)$
unter Verwendung einer Koordinaten-Rotations-Digital-Computer- (CORDIC-; CORDIC = Coordinate Rotation Digital Computer) System-Berechnung. Dadurch ist B(Ψ_i) das Magnetfeld, das in der Winkelposition Ψ_i in der Erfassungsebene gemessen wird. Gemäß einigen Implementierungen kann das Magnetfeld B eine axiale Magnetfeldkomponente Bz oder eine andere Magnetfeldkomponente sein (z. B. radiale Feldkomponente, azimutale Feldkomponente und/oder Ähnliches).
Wie oben erwähnt und in 1A gezeigt ist das sensor-zugewandte Ende der Magnetanordnung nicht planar, da sich durch die verjüngten Magneten ein Keil gebildet hat. Der Keil der Magnetanordnung erstreckt sich von einer sensor-zugewandten Stirnfläche des sensorzugewandten Endes zu dem Magnetisierungsschnittpunkt der Magnetanordnung. Der Keil solcher Magnetanordnungen kann verursachen, dass die Magnetsensoren sinusförmige Messungen des Magnetfeldes der Magnetanordnung durchführen.
Wie in 1B und durch Graph 110 gezeigt bilden Messungen einer axialen Magnetfeldkomponente Bz aus einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik (z. B. die verjüngte Magneten umfasst) eine Sinuswelle, die Anomalien aufweist. Unter Verwendung dieser Messungen, die die Sinuswelle mit Anomalien bilden, detektiert ein Rotationswinkel-Detektionssystem möglicherweise den Rotationswinkel der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) nicht genau (z. B. mit einer Genauigkeit innerhalb von 1 Grad). Insbesondere berechnet ein Rotationswinkel-Detektionssystem, das C + jS zum Herleiten des Rotationswinkels berechnet, den Rotationswinkel aus C + jS möglicherweise ungenau aufgrund der Anomalien in den Sinuswellen-Messungen der axialen Magnetfeldkomponente Bz des Magnetfeldes, die durch die Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 verursacht werden. Zum Beispiel können die erfassten Messungen eines Magnetfeldes einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik in einer Wellenform sein, die eine dritte Harmonische aufweist, die etwa 10 Prozent einer Grundfrequenz ist, wie folgt: $Bz/Brem = sin (Φ) + 0.1 \times sin (3Φ)$
was zu einer relativ großen Fehlertoleranz (Genauigkeit kann innerhalb vom 5-10 Grad sein) beim Schätzen eines Rotationswinkels der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) führt. Einige hierin beschriebene Implementierungen behandeln dies durch Bereitstellen der Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100, die eine Schnittdicke zwischen einer Basis des Keils und dem radialen Ende umfasst.
Wie durch Graph 120 der beispielhaften Implementierung 100 in 1B gezeigt, reduziert die Schnittdicke der Magnetanordnung einen relativ hohen Harmonischengehalt der axialen Magnetfeldkomponente Bz (als eine normierte Messung gezeigt) durch Eliminieren unendlich dünner Enden von verjüngten Magneten einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik. Bei einigen Beispielen kann zum Beispiel eine dritte Harmonische von Bz(Φ), die durch die Magnetsensoren erfasst wird, ungefähr 5 Prozent sein (was einen Verbesserungsfaktor 2 gegenüber einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik bereitstellt). Ferner ermöglicht die Schnittdicke ein stärkeres Magnetfeld unter Beibehaltung einer relativ gleichen Gesamtgröße einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik (was eine Taumelscheibe zum In-Position-Halten von verjüngten Magneten umfassen kann). Ferner kann die Schnittdicke in der Magnetanordnung mit der Zeit ein Demagnetisierungsrisiko reduzieren. Zum Beispiel kann die Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 100 mehr (z. B. dickeres) magnetisiertes Material umfassen gegenüber einer Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik.
Bei einigen Implementierungen, wie hierin ferner beschrieben, kann das sensor-zugewandte Ende der Magnetanordnung eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche umfassen (z. B. durch Fräsen von Enden des Keils des sensor-zugewandten Endes) und/oder die Magnetanordnung kann eine elliptische umlaufende Außenoberfläche umfassen.
Gemäß einigen hierin beschriebenen Implementierungen ist eine Magnetanordnung bereitgestellt, um zu verursachen, dass Magnetsensoren, die durch einen axialen Luftzwischenraum von der Magnetanordnung getrennt sind, eine sinusförmige Magnetfeldkomponente der Magnetanordnung messen, um eine erhöhte Genauigkeit (z. B. innerhalb von 1 Grad) beim Messen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle zu ermöglichen relativ zu Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik. Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung ferner effizient hergestellt werden, um monetäre Herstellungsressourcen zu erhalten. Gemäß einigen Implementierungen kann eine hierin beschriebene Magnetanordnung ferner mechanisch stabiler sein als Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik. Zum Beispiel kann die Magnetanordnung von 1A aus einem einzelnen Materialstück gebildet sein, wodurch eine Notwendigkeit zum Ankleben (z. B. Kleber) oder Verbinden von getrennten Materialien einer Magnetanordnung mit einer Keilform (was die Wahrscheinlichkeit von Rissen, Verlust mechanischer Bindung und/oder Ähnliches erhöht) verhindert wird. Bei einigen Implementierungen kann eine Magnetanordnung gemäß hiesiger Beschreibung ein Demagnetisierungsrisiko aufgrund einer erhöhten Dicke in dem magnetisierten Abschnitt der Magnetanordnung gegenüber Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik reduzieren.
Wie oben angezeigt, sind 1A und 1B lediglich als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 1A und 1B beschrieben ist, unterscheiden.
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung 200, in der hierin beschriebene Magnetanordnungen, Systeme und/oder Verfahren implementiert sein können. Wie in 2A gezeigt kann eine Umgebung 200 ein Objekt 205 (das der drehbaren Welle von 1A entspricht), das in Bezug auf eine Rotationsachse 210 (die hierin als eine „z-Achse“ bezeichnet werden kann) positioniert sein kann, eine Magnetanordnung 215 (die dem Magneten oder der Magnetanordnung von 1A entsprechen kann), die mit dem Objekt 205 verbunden oder als Teil desselben gebildet ist, Magnetsensoren 220-1 bis 220-N (N>1) (die den Magnetsensoren von 1A entsprechen können und nachfolgend zusammen als „Magnetsensoren 220“ und einzeln als „Magnetsensor 220“ bezeichnet werden können) und eine Steuerung 225 umfassen.
Das Objekt 205 ist ein Objekt, für das ein Rotationswinkel, eine Position und/oder Ähnliches für eine gegebene Anwendung von Interesse ist. Zum Beispiel kann das Objekt 205 Teil eines mechanischen Systems einer Maschine sein (z. B. eines Fahrzeugs, einer Fertigungsmaschine, einer industriellen Maschine, einer landwirtschaftlichen Maschine und/oder Ähnlichem). Bei einigen Implementierungen ist das Objekt 205 in der Lage, sich um die Rotationsachse 210 zu drehen. Bei einigen Implementierungen ist das Objekt 205 zylindrisch. Bei solchen Implementierungen kann der Radius des Objekts 205 ungefähr 10 mm sein.
Bei einigen Implementierungen ist das Objekt 205 mit der Magnetanordnung 215 verbunden (z. B. angebracht an, gekoppelt mit, befestigt an, eingebettet in, gebildet als Teil davon und/oder Ähnliches). Das Beispielobjekt 205 kann überwiegend Stahl (z. B. ein Material mit einer Permeabilität (µr) > 100, ein martensitischer Edelstahl, ein Weichstahl und/oder Ähnliches) und/oder ein nichtmagnetisches Material (z. B. 0,9 < µr < 1,5, wie beispielsweise Aluminium, Messing, Bronze, Kupfer, Kunststoff, austenitischer Edelstahl und/oder Ähnliches) sein.
Die Magnetanordnung 215 umfasst einen oder mehrere Magneten, die mit dem Objekt 205 verbunden oder als Teil derselben gebildet sind (z. B. angebracht, angehaftet, gekoppelt, befestigt, montiert, eingespannt, geklemmt und/oder Ähnliches) für ein Mitdrehen mit dem Objekt derart, dass eine Drehung der Magnetanordnung 215 einem Rotationswinkel (oder Drehposition) des Objekts 205 entspricht, wie hierin beschrieben ist. Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 einen Keil (z. B. einen v-förmigen Keil) in einem radialen Ende (z. B. einem sensor-zugewandten Ende) der Magnetanordnung 215 umfassen.
Bei einigen Implementierungen, wie in 2B gezeigt, kann die Magnetanordnung 215 ein einzelnes Materialstück umfassen, das ein Paar von Magneten umfasst, die in entgegengesetzten oder antiparallelen Richtungen magnetisiert sind (z. B. sind die Magnetisierungen 180 Grad voneinander relativ zu den radialen und azimutalen Koordinaten der Umgebung). Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen des Paars von Magneten parallel (z. B. parallel) innerhalb einer Toleranz)) zu der Rotationsachse 210. Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen in entgegengesetzten Richtungen aber in einem Winkel relativ zu der Rotationsachse. Bei einigen Implementierungen sind die Magnetisierungen nicht antiparallel (z. B. 180 Grad voneinander entlang der Rotationsachse), aber einen Schwellenwinkel (z. B. einen Winkel zwischen 120 Grad und 180 Grad) zwischen den Magnetisierungen ist vorhanden.
Wie in 2B gezeigt, umfasst die Magnetanordnung 215 eine erste Hälfte, die in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und eine zweite Hälfte, die magnetisiert ist, derart, dass die Magnetanordnung 215 ein Paar von Magneten umfasst, die diametral entgegengesetzt zueinander in der Magnetanordnung sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Magnetanordnung 215 einen Dipolmagneten, einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein Magnetband, einen axial magnetisierten Magneten und/oder Ähnliches umfassen.
Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 ein ferromagnetisches Material (z. B. Hart-Ferrit) umfassen und kann ein Magnetfeld erzeugen. Als solches kann die Magnetanordnung 215 aus einem einzelnen Materialstück gebildet oder ausgebildet sein und magnetisiert sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen (z. B. magnetisiert, um eine oder mehrere Magnetisierungsrichtungen zu umfassen). Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 ferner einen Seltenerdmagnet umfassen, der aufgrund einer intrinsisch hohen Magnetfeldstärke von Seltenerdmagneten von Vorteil sein kann.
Bei einigen Implementierungen kann eine Abmessung der Magnetanordnung 215 (z. B. eine Länge, eine Breite, eine Höhe, ein Durchmesser, ein Radius und/oder Ähnliches) in einem Bereich von ungefähr 1 Millimeter (mm) bis ungefähr 25 mm sein. Die Magnetanordnung 215 kann ein ringförmiger Magnet (z. B. ein kreisförmiger Zylinder-Ring-Magnet, ein elliptischer Zylinder-Ring-Magnet und/oder Ähnliches) mit einer Aussparung sein und das Objekt 205 kann zylindrisch sein. Als bestimmtes Beispiel kann die Magnetanordnung 215 eine Dicke oder Höhe von ungefähr 6 mm, einen Innenradius von ungefähr 10 mm und einen Außenradius von ungefähr 23 mm aufweisen (d. h. die Magnetanordnung 215 kann ein Ringmagnet mit 8 mm Höhe x 4 mm Innenradius x 8 mm Außenradius sein). Es sollte daraufhingewiesen werden, dass, während die Magnetanordnung 215 gemäß beispielhaften Implementierungen hierin primär als ein ringförmiger Magnet beschrieben sein kann, die Magnetanordnung 215 eine andere Form aufweisen kann, wie beispielsweise eine Würfelform, eine zylindrische Form, eine ellipsoide Form, eine dreieckige Form, eine polygonale Form und/oder Ähnliches.
Bei einigen Implementierungen kann die Magnetanordnung 215 mit dem Objekt 205 auf asymmetrische Weise verbunden sein. Zum Beispiel ist eine Mittelachse der Magnetanordnung 215 möglicherweise nicht mit der Rotationsachse 210 ausgerichtet. Obwohl die Magnetanordnung 215 mit scharfen Kanten/Ecken gezeigt ist, können Kanten und/oder Ecken der Magnetanordnung 215 abgerundet sein.
Die Magnetsensoren 220 von 2A umfassen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Erfassen von einer oder mehreren Komponenten eines Magnetfeldes der Magnetanordnung 215 zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels (und/oder einer Position) des Objekts 205 (z. B. basierend auf einer Position der Magnetanordnung 215 relativ zu dem Magnetsensor 220). Zum Beispiel können die Magnetsensoren 220 eine oder mehrere Schaltungen umfassen (z. B. eine oder mehrere integrierte Schaltungen), die wirksam sind, um eine Menge von Komponenten (z. B. eine z-Komponente, eine radiale Komponente und eine tangentiale Komponente) des Magnetfeldes zu erfassen, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann eine Menge von Komponenten eine oder mehrere von einer Intensität eines Magnetfeldes (z. B. eine Magnetflussdichte und/oder eine Magnetfeldstärke), einer Magnetfeldgröße, einer Magnetfeldrichtung oder Ähnlichem umfassen.
Dier Magnetsensoren 220 können dreidimensionale (3D) Magnetsensoren sein, die fähig sind, drei Richtungskomponenten eines Magnetfeldes zu erfassen (z. B. eine radiale Komponente, eine azimutale (tangentiale) Komponente und eine axiale Komponente). Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 jeweilige integrierte Schaltungen umfassen, die eine integrierte Steuerung 225 und/oder eine Mehrzahl von integrierten Steuerungen 225 umfassen (z. B. derart, dass ein Ausgang der Magnetsensoren 220 eine Information umfassen kann, die ein Position der Magnetanordnung 215 und/oder eine Position des Objekts 205 beschreibt). Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 ein oder mehrere Erfassungselemente umfassen, um die Menge von Komponenten des Magnetfeldes zu erfassen, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird. Zum Beispiel kann das Erfassungselement ein Hall-basiertes Erfassungselement umfassen, das basierend auf einem Hall-Effekt arbeitet. Als ein anderes Beispiel kann das Erfassungselement ein magnetoresistiv basiertes (MR-basiertes) Erfassungselement umfassen, wobei Elemente desselben ein magnetoresistives Material (z. B. Nickel-Eisen (NiFe)) umfassen, wo der elektrische Widerstandswert des magnetoresistiven Materials von einer Stärke und/oder einer Richtung des Magnetfeldes abhängen kann, das an dem magnetoresistives Material vorliegt. Hier kann das Erfassungselement basierend auf einem AMR-Effekt, einem GMR-Effekt, TMR-Effekt und/oder Ähnlichem arbeiten. Als ein zusätzliches Beispiel kann ein Erfassungselement eines oder mehrerer Magnetsensoren 220 ein VR-basiertes (VR; variable Reluktanz) Erfassungselement umfassen, das basierend auf Induktion arbeitet. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 einen Analog-Digital-Wandler (ADC; ADC = Analog-to-Digital Converter) umfassen, um ein analoges Signal, das von den Erfassungselementen empfangen wird, in digitale Signale umzuwandeln, die durch den Magnetsensor 220 verarbeitet werden sollen (z. B. durch einen digitalen Signalprozessor (DSP; DSP = Digital Signal Processor)).
Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 in Positionen relativ zu der Magnetanordnung 215 angeordnet sein, derart, dass die Magnetsensoren 220 Komponenten eines Magnetfeldes detektieren können, das durch die Magnetanordnung 215 erzeugt wird. Zum Beispiel, wie in 2A gezeigt, kann der Magnetsensor 220 angeordnet sein, derart, dass die Magnetsensoren 220 in einer bestimmten Distanz von der Magnetanordnung 215 sind, derart, dass ein Luftzwischenraum (z. B. ein Zwischenraum von ungefähr 1,3 mm, ein Zwischenraum in einem Bereich von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 1,6 mm und/oder Ähnliches) zwischen den Magnetsensoren 220 und der Magnetanordnung 215 vorliegen kann, wenn sich die Magnetanordnung 215 um die Rotationsachse 210 dreht. Bei einigen Implementierungen können sich die Magnetsensoren 220 in einer Erfassungsebene befinden, die sich in einer axialen Distanz (die z. B. dem Luftzwischenraum entspricht) von einem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung 215 befindet. Bei einigen Implementierungen, wenn es zwei Magnetsensoren gibt, können die Magnetsensoren unter 0 Grad und 90 Grad platziert sein (wobei 0 Grad eine beliebige Drehposition ist). Ferner, wenn drei Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren unter 0 Grad, 120 Grad und 240 Grad platziert sein; wenn vier Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren unter 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad platziert sein; wenn fünf Magnetsensoren zu verwenden sind, können die Magnetsensoren unter 0 Grad, 72 Grad, 144 Grad, 216 Grad, 288 Grad usw. platziert sein.
Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 mit Abbildungsinformation ausgebildet sein, die dem Bestimmen eines Rotationswinkels des Objekts 205 basierend auf einem erfassten Magnetfeld (oder einer erfassten Menge von Komponenten des Magnetfeldes) zugeordnet sind. Der Magnetsensor 220 kann die Abbildungsinformation in einem Speicherelement (z. B. einem Nurlesespeicher (ROM; Read Only Memory), (z. B. einem elektrisch löschbaren, programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM; Random Access Memory) und/oder einem anderen Typ einer dynamischen oder statischen Speichervorrichtung (z. B. einem Flash-Speicher, einem magnetischen Speicher, einem optischen Speicher etc.)) der Magnetsensoren 220 speichern. Die Abbildungsinformation kann Information umfassen, die einem Rotationswinkel und einer Menge von Komponenten des Magnetfeldes entsprechend dem Rotationswinkel zugeordnet ist. Die Abbildungsinformation kann solche Information für mehrere Rotationswinkel und/oder Positionen des Objekts 205 umfassen. Bei einigen Implementierungen können die Magnetsensoren 220 mit der Abbildungsinformation während eines Herstellungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 und/oder einem Rotationswinkel-Detektionssystem zugeordnet ist, eines Kalibrierungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 zugeordnet ist, eines Einrichtungsprozesses, der den Magnetsensoren 220 zugeordnet ist, und/oder Ähnlichem ausgebildet werden.
Während des Betriebs können die Magnetsensoren 220 die Menge von Komponenten des Magnetfeldes der Magnetanordnung 215 erfassen. Die Magnetsensoren 220 können dann die erfasste Menge von Komponenten des Magnetfeldes mit der Abbildungsinformation vergleichen und den Rotationswinkel des Objekts 205 basierend auf dem Vergleich bestimmen. Zum Beispiel können die Magnetsensoren 220 Mengen von Komponenten des Magnetfeldes identifizieren, die in der Abbildungsinformation umfasst sind, die (z. B. innerhalb einer Schwelle, oder die eine übereinstimmende Schwelle erfüllen) mit der erfassten Menge von Komponenten des Magnetfeldes übereinstimmen (z. B. einer Amplitude einer radialen Komponente des Magnetfeldes, einer Amplitude einer tangentialen Komponente des Magnetfeldes oder einer Amplitude einer axialen Komponente des Magnetfeldes). Bei diesem Beispiel können die Magnetsensoren 220 den Rotationswinkel des Objekts 205 als den Rotationswinkel bestimmen, der der übereinstimmenden Abbildungsinformation entspricht.
Die Steuerung 225 umfasst eine oder mehrere Schaltungen, die dem Bestimmen eines Rotationswinkels (und/oder einer Position) des Objekts 205 zugeordnet sind, und dem Bereitstellen einer Information, die dem Rotationswinkel des Objekts 205 zugeordnet ist. Zum Beispiel kann die Steuerung 225 eine oder mehrere von einer integrierten Schaltung, einer Steuerschaltung, einer Rückkopplungsschaltung und/oder Ähnlichem umfassen. Die Steuerung 225 kann Eingangssignale von einem oder mehreren Magnetsensoren (z. B. von einem digitalen Signalprozessor (DSP) des Magnetsensors 220), z. B. von einem oder mehreren Magnetsensoren 220, empfangen, kann die Eingangssignale (z. B. unter Verwendung eines analogen Signalprozessors, eines digitalen Signalprozessors etc.) verarbeiten, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, und kann das Ausgangssignal an ein oder mehrere andere Vorrichtungen oder Systeme bereitstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung 225 ein oder mehrere Eingangssignale von dem Magnetsensor 220 empfangen und kann das eine oder die mehreren Eingangssignale verwenden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Rotationswinkel (oder die Position) des Objekts 205 aufweist, mit dem die Magnetanordnung 215 verbunden ist.
Die Anzahl und Anordnung von in 2A und 2B gezeigten Bauelementen sind als Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Vorrichtungen, weniger Vorrichtungen, unterschiedliche Vorrichtungen oder unterschiedlich angeordnete Vorrichtungen als jene vorhanden sein, die in 2A und 2B gezeigt sind. Ferner können zwei oder mehr Vorrichtungen, die in 2A und 2B gezeigt sind, innerhalb einer einzelnen Vorrichtung implementiert sein, oder eine einzelne Vorrichtung, die in 2A und 2B gezeigt ist, kann als mehrere, verteilte Vorrichtungen implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Menge von Vorrichtungen (z. B. ein oder mehrere Vorrichtungen) der Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch eine andere Menge von Vorrichtungen der Umgebung 200 ausgeführt beschrieben sind.
3 ist ein Diagramm, das einer beispielhaften Implementierung 300 einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet ist. Ähnlich zu 1A sind drei Ansichten der beispielhaften Implementierung 300 der Magnetanordnung gezeigt und somit können ähnliche Begriffe, die zum Beschreiben der Magnetanordnungen von 1A verwendet werden, verwendet werden, um auf die gleichen oder ähnlichen Merkmale der Magnetanordnung der beispielhaften Implementierung 300 Bezug zu nehmen. Die beispielhafte Implementierung 300, wie in 3 gezeigt, umfasst eine Magnetanordnung mit radialen Endoberflächen in dem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das sensor-zugewandte Ende der Magnetanordnung eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche. Die erste Endoberfläche und die zweite Endoberfläche der beispielhaften Implementierung 300 treffen eine erste Keiloberfläche eines ersten Ringabschnitts und/oder eine zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts der Magnetanordnung. Gemäß einigen Implementierungen können die erste Endoberfläche und die zweite Endoberfläche in einer gleichen Ebene (z. B. einer sensor-zugewandten Stirnfläche) sein, die perpendikulär zu einer Rotationsachse der drehbaren Welle und/oder parallel zu einem radialen Ende der Magnetanordnung sein kann.
Gemäß einigen Implementierungen können die radialen Endoberflächen in dem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugen, das Magnetsensoren befähigt, eine axiale Komponente des Magnetfeldes in einer nahezu reinen Sinuswelle zu erfassen, wenn sich die Magnetanordnung (und somit die drehbare Welle) dreht. Als solche können die Magnetsensoren eine Position der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) gegenüber Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik genauer bestimmen, da weniger Anomalien in der gemessenen Sinuswelle der axialen Komponente des Magnetfeldes vorliegen relativ zu den Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik.
Wie oben angezeigt ist 3 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 3 beschrieben ist, unterscheiden.
4 ist ein Diagramm, das einer beispielhaften Implementierung 400 einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet ist. 4 zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Implementierung 400 der Magnetanordnung. Wie gezeigt, umfasst die beispielhafte Implementierung 400 eine zylindrische umlaufende Innenoberfläche und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche. Wie in 4 gezeigt, ist die umlaufende Innenoberfläche eine kreisförmige zylindrische umlaufende Innenoberfläche. Bei einigen Implementierungen kann die umlaufende Innenoberfläche eine elliptische zylindrische Oberfläche oder anderen Typ von zylindrischer Oberfläche umfassen (z. B. eine zylindrische Oberfläche, die Defekte, einen Oberflächenbereich, um eine Struktur der drehbaren Welle zu berücksichtigen und/oder Ähnliches aufweist). Ferner, wie in 4 gezeigt, ist eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils (z. B. dem Schnittpunkt des ersten Ringabschnitts und des zweiten Ringabschnitts) ausgerichtet und eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche ist perpendikulär zu der Basis des Keils.
Gemäß einigen Implementierungen kann die elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche der Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugen, das Magnetsensoren befähigt, eine axiale Komponente des Magnetfeldes in einer nahezu reinen Sinuswelle zu erfassen, wenn sich die Magnetanordnung (und somit die drehbare Welle) dreht. Als solche können die Magnetsensoren eine Position der Magnetanordnung (und somit der drehbaren Welle) gegenüber Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik genauer bestimmen, da weniger Anomalien in der gemessenen Sinuswelle der axialen Komponente des Magnetfeldes vorliegen relativ zu den Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik.
Wie oben angezeigt, ist 4 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 4 beschrieben ist, unterscheiden.
5 ist ein Diagramm, das einer beispielhaften Implementierung von hierin beschriebenen Magnetanordnungen zugeordnet ist. 5 ist beispielhaften Graphen 500 von Charakteristika einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet. Zwei Graphen, die Ergebnisse der beispielhaften Graphen 500 repräsentieren, sind gezeigt. Der erste Graph, wie durch Bezugszeichen 510 gezeigt, zeigt normierte Messungen einer erfassten axialen Magnetfeldkomponente (Bz) über eine 360-Grad-Rotation. Der zweite Graph, wie durch Bezugszeichen 520 gezeigt, zeigt normierte Messungen der erfassten axialen Magnetfeldkomponente (Bz) über 90 Grad der 360-Grad-Rotation, um eine verbesserte Ansicht der Unterschiede zwischen verschiedenen Konfigurationen einer Implementierung einer hierin beschriebenen Magnetanordnung bereitzustellen.
Wie durch die beispielhaften Graphen 500 gezeigt, stellen Charakteristika der Magnetanordnung mit einem Keil und einer Schnittdicke ein Magnetfeld bereit, das verursacht, dass die Magnetsensoren weniger Anomalien in einer Sinuswelle der Bz messen. Anders ausgedrückt, die erfassten Messungen der Bz von Magnetanordnungen, die eine Schnittdicke umfassen, sind näher an einer reinen Sinuswelle als die erfassten Messungen von einer Magnetanordnung, die keine Schnittdicke aufweist. Ferner, wie durch die beispielhaften Graphen 500 gezeigt, kann ein zusätzliches Umfassen von radialen Endoberflächen in einem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung (ähnlich zu der Implementierung 300 von 3) oder ein Umfassen einer elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche (ähnlich zu der Implementierung 400 von 4) mit der Schnittdicke in der Magnetanordnung die Sinuswelle der durch die Magnetsensoren erfassten Messungen weiter verbessern. Obwohl Ergebnisse der beispielhaften Graphen 500 für eine solche Implementierung nicht gezeigt sind, kann eine Magnetanordnung einen Keil, wie hierin beschrieben, mit einer Schnittdicke, radialen Endoberflächen in dem sensor-zugewandten Ende und einer elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche umfassen.
Dementsprechend zeigen die beispielhaften Graphen 500, dass Messungen einer reineren Sinuswelle einer axialen Magnetfeldkomponente einer Magnetanordnung durch Magnetsensoren erfasst werden können relativ zu Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik, was die Magnetsensoren befähigt, den Rotationswinkel (z. B. innerhalb von 1 Grad) der Magnetanordnung (und somit einer drehbaren Welle) gegenüber Magnetanordnungen gemäß dem Stand der Technik genauer zu messen.
Wie oben angezeigt, ist 5 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 5 beschrieben ist, unterscheiden.
6 sind Diagramme, die einer beispielhaften Implementierung einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet sind. Die beispielhaften Implementierungen von 6 umfassen beispielhafte Implementierungen 610, 620 von Formen von Keilen, die in einem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung gebildet sind. Bei einigen Implementierungen können die Formen der Keile in die Magnetanordnung gefräst sein.
Wie in 6 gezeigt, können eine erste Keiloberfläche eines ersten Ringabschnitts und eine zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts relativ zu der Basis des Keils (und/oder der Rotationsachse) symmetrisch geformt sein. Wie in 6 gezeigt, umfassen die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche der beispielhaften Implementierung 610 symmetrisch eine Mehrzahl von Keilunterteilungen (jeweils als zwei Unterteilungen gezeigt), die Steigungen relativ zu der Rotationsachse aufweisen, die mit Erstreckung der Keilunterteilungen von dem sensor-zugewandten Ende der Magnetanordnung zu der Basis des Keils zunehmen. Zum Beispiel kann eine erste Keilunterteilung, die sich von dem sensor-zugewandten Ende erstreckt, eine Steigung von 1/4 aufweisen, während eine zweite Keilunterteilung, die sich von dem ersten Keilunterteilung zu der Basis des Keils erstreckt, eine Steigung von 1/2 aufweisen.
Wie in 6 ferner gezeigt, sind die erste Keiloberfläche des ersten Ringabschnitts und die zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts der beispielhaften Implementierung 620 symmetrisch gekrümmte Oberflächen mit Steigungen relativ zu der Rotationsachse, die mit Erstreckung der Keilunterteilung von dem sensor-zugewandten Ende des Magnetanordnung zu der Basis des Keils allmählich zunehmen.
Wie oben angezeigt, ist 6 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 6 beschrieben ist, unterscheiden.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 700, dem das Ausbilden einer hierin beschriebenen Magnetanordnung zugeordnet ist. Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von 7 ausgeführt werden, um eine hierin beschriebene Magnetanordnung anzuordnen. Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von 7 durch Vorrichtungen ausgeführt werden (z. B. Anordnungs- oder Herstellungs- Vorrichtungen oder -Maschinen), die dem Bereitstellen oder Anordnen des Objekts 205, der Magnetanordnung 215 und/oder den Magnetsensoren 220 zugeordnet sind. Solche Vorrichtungen oder Maschinen können einen oder mehrere Herstellungsprozesse ausführen (z. B. Ätzen, Formen, Befestigen, Anordnen, Ausrichten, Montieren, Schweißen, magnetisches Mit-Energie-Versorgen und/oder Ähnliches), um den Prozess 700 von 7 auszuführen.
Wie in 7 gezeigt, kann der Prozess 700 ein Bilden einer ringförmigen Magnetanordnung umfassen, die zu verwenden ist, um einen Rotationswinkel einer drehbaren Welle (Block 710) zu detektieren. Zum Beispiel kann die ringförmige Magnetanordnung die Magnetanordnung 215 sein und die drehbare Welle kann das Objekt 205 sein. Bei einigen Implementierungen kann die ringförmige Magnetanordnung gebildet werden, um einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung zu umfassen. Zum Beispiel kann der Keil aus einer ersten Keiloberfläche auf einem ersten Ringabschnitt der ringförmigen Magnetanordnung und einer zweiten Keiloberfläche auf einem zweiten Ringabschnitt der ringförmigen Magnetanordnung gebildet werden. Bei einigen Implementierungen kann eine Basis des Keils gebildet werden, um eine axiale Schwellendistanz von einer radialen Oberfläche der ringförmigen Magnetanordnung zu sein, die gegenüberliegend dem sensor-zugewandten Ende ist, um eine Schnittdicke zwischen dem ersten Ringabschnitt und dem zweiten Ringabschnitt zu bilden. Bei einigen Implementierungen kann die Basis des Keils gebildet werden, um perpendikulär zu der Rotationsachse der drehbaren Welle zu sein.
Bei einigen Implementierungen kann die ringförmige Magnetanordnung gebildet werden, um radiale Endoberfläche des sensor-zugewandten Endes zu umfassen, derart, dass eine erste Endoberfläche und zweite Endoberfläche innerhalb einer gleichen Stirnfläche des sensor-zugewandten Endes und parallel zu der radialen Oberfläche sind. Bei einigen Implementierungen kann die ringförmige Magnetanordnung gebildet werden, um eine kreisförmige zylindrische umlaufende Innenoberfläche, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist, und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche zu umfassen. Zum Beispiel kann die elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche gebildet werden, derart, dass eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils ausgerichtet ist, und eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche perpendikulär zu der Basis des Keils ist.
Auf diese Weise kann eine ringförmige Magnetanordnung gebildet werden, um verwendet zu werden, um einen Rotationswinkel einer drehbaren Welle zu detektieren.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Magnetisieren eines ersten Ringabschnitts der ringförmigen Magnetanordnung in einer ersten Richtung umfassen (Block 720). Zum Beispiel kann der erste Ringabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert werden, die parallel zu der drehbaren Welle oder in einem Schwellenwinkel (z. B. innerhalb von 10 Grad) der drehbaren Welle ist. Der erste Ringabschnitt kann unter Verwendung einer geeigneten Technik magnetisiert werden, um magnetische Partikel auf den ersten Ringabschnitt zu übertragen (z. B. Kontaktmagnetisierung, Restmagnetisierung, kontinuierliche Magnetisierung und/oder Ähnliches).
Auf diese Weise kann ein erster Ringabschnitt einer ringförmigen Magnetanordnung magnetisiert werden.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Magnetisieren eines zweiten Ringabschnitts der ringförmigen Magnetanordnung in einer zweiter Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, umfassen (Block 730). Zum Beispiel kann der zweite Ringabschnitt des ringförmigen Magneten unter Verwendung jeglicher geeigneten Technik magnetisiert werden. Bei einigen Implementierungen kann die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung sein, dahingehend dass die erste Richtung und zweite Richtung in einem 180-Grad-Richtungswinkel voneinander relativ zu einer bestimmen Achse (z. B. einer Rotationsachse der drehbaren Welle) sind. Bei einigen Implementierungen kann der zweite Ringabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert werden, die parallel zu der drehbaren Welle oder in einem Schwellenwinkel (z. B. innerhalb von 10 Grad) der drehbaren Welle ist. Der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt können gleichzeitig oder nacheinander magnetisiert werden.
Auf diese Weise kann ein zweiter Ringabschnitt einer ringförmigen Magnetanordnung magnetisiert werden.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Ausbilden der ringförmigen Magnetanordnung auf der drehbaren Welle umfassen, um innerhalb einer axialen Schwellendistanz einer Mehrzahl von Magnetsensoren zu sein, die in einer Erfassungsebene perpendikulär zu der drehbaren Welle ausgebildet sind (Block 740). Zum Beispiel kann die ringförmige Magnetanordnung auf der drehbaren Welle via einen Herstellungsprozess, z. B. einen Montageprozess, einen Adhäsionsprozess, einen Überformprozess und/oder Ähnliches ausgebildet werden.
Auf diese Weise kann die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet werden, um mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet zu werden.
Obwohl 7 beispielhafte Blöcke des Prozesses 700 zeigt, kann der Prozess 700 bei einigen Implementierungen zusätzliche Blöcke, weniger Blöcke, unterschiedliche Blöcke oder unterschiedlich angeordnete Blöcke als jene umfassen, die in 7 dargestellt sind. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr der Blöcke des Prozesses 700 parallel ausgeführt werden.
Die vorstehende Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, soll aber nicht vollständig sein oder die Implementierungen auf die bestimmte offenbarte Form begrenzen. Modifikationen und Variationen sind unter Berücksichtigung der obigen Offenbarung möglich und können aus der Praxis der Implementierungen gewonnen werden.
Einige Implementierungen sind hierin in Verbindung mit Schwellen beschrieben. Wie hierin verwendet kann sich das Erfüllen einer Schwelle auf einen Wert beziehen, der größer ist als die Schwelle, mehr als die Schwelle, höher als die Schwelle, größer als oder gleich der Schwelle, kleiner ist als die Schwelle, geringer als die Schwelle, niedriger als die Schwelle, kleiner oder gleich der Schwelle, gleich der Schwelle oder Ähnliches ist.
Einige Implementierungen sind hierin beschrieben, um ein paralleles Verhältnis oder ein perpendikuläres Verhältnis zu umfassen. Nach hiesiger Beschreibung deckt parallel im Wesentlich parallel ab und perpendikulär deckt im Wesentlichen perpendikulär ab. Nach hiesiger Verwendung bezieht sich im Wesentlichen ferner darauf, dass ein beschriebenes Maß, Element oder Verhältnis innerhalb einer Toleranz (z. B. einer Entwurfstoleranz, einer Herstellungstoleranz, einer Industriestandardtoleranz und/oder Ähnlichem) ist.
Obgleich bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart sind, sollen diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Implementierungen nicht begrenzen. Tatsächlich können viele dieser Merkmale auf eine Art und Weise kombiniert werden, die in den Ansprüchen nicht eigens wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart ist. Obwohl jeder nachfolgend aufgeführte abhängige Anspruch direkt von nur einem Anspruch abhängen kann, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch in dem Anspruchssatz.
Kein hierin verwendetes Element, Schritt oder Anweisung soll als entscheidend oder wesentlich ausgelegt werden, sofern es nicht explizit als solches beschrieben ist. Ferner sollen nach hiesiger Verwendung die Artikel „ein, eine“ ein oder mehrere Elemente umfassen und können synonym mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. Ferner soll nach hiesiger Verwendung der Begriff „Menge“ ein oder mehrere Elemente (z. B. zugehörige Elemente, nicht zugehörige Elemente, eine Kombination von zugehörigen und nicht zugehörigen Elementen etc.) umfassen, und kann synonym mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. In den Fällen, in denen nur ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Ferner sollen nach hiesiger Verwendung die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder Ähnliches offene Begriffe sein. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf“ bedeuten „basierend, zumindest teilweise, auf“, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Claims

Eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, die ringförmige Magnetanordnung umfassend: einen ersten Ringabschnitt, umfassend: eine erste Keiloberfläche, wobei der erste Ringabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist; und einen zweiten Ringabschnitt, der diametral gegenüberliegend dem ersten Ringabschnitt ist, der zweite Ringabschnitt umfassend: eine zweite Keiloberfläche, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und wobei der zweite Ringabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die innerhalb eines Schwellenwinkels der ersten Richtung ist und sich von der ersten Richtung unterscheidet, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist, und wobei die ringförmige Magnetanordnung ein einzelnes Materialstück mit einer Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das radiale Ende eine radiale Oberfläche der ringförmigen Magnetanordnung umfasst, die perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das sensor-zugewandte Ende eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche umfasst, wobei die erste Endoberfläche die erste Keiloberfläche trifft und die zweite Endoberfläche die zweite Keiloberfläche trifft.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß Anspruch 3, wobei die erste Endoberfläche und die zweite Endoberfläche parallel zu dem radialen Ende sind.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwinkel einen Winkel zwischen 120 Grad und 180 Grad umfasst.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schnittdicke ein Schwellenprozentsatz einer axialen Distanz zwischen dem sensor-zugewandten Ende und dem radialen Ende ist.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ringförmige Magnetanordnung umfasst: eine zylindrische umlaufende Innenoberfläche, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist, und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche.
Die ringförmige Magnetanordnung gemäß Anspruch 7, wobei eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils ausgerichtet ist, und eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche perpendikulär zu der Basis des Keils ist.
Ein Rotationswinkel-Detektionssystem, umfassend: eine ringförmige Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um an der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse befestigt oder als Teil derselben gebildet zu sein, wobei die ringförmige Magnetanordnung ausgebildet ist, um zu umfassen: einen ersten Ringabschnitt, der in einer ersten Richtung magnetisiert ist, und einen zweiten Ringabschnitt, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die zwischen 120 Grad und 180 Grad von der ersten Richtung ist, wobei eine erste Keiloberfläche des ersten Ringabschnitts und eine zweite Keiloberfläche des zweiten Ringabschnitts einen Keil in einem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung bilden, und die ringförmige Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen einer Basis des Keils und einem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung entspricht, das axial gegenüberliegend dem sensor-zugewandten Ende ist; und einen Magnetsensor zum Messen des Rotationswinkels der drehbaren Welle basierend auf einem erfassten Magnetfeld, das von dem Keil in dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung gebildet wird.
Das Rotationswinkel-Detektionssystem gemäß Anspruch 9, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um innerhalb einer radialen Schwellendistanz von der Rotationsachse positioniert zu sein, derart, dass das sensor-zugewandte Ende der ringförmigen Magnetanordnung zwischen dem Magnetsensor und dem radialen Ende der ringförmigen Magnetanordnung ist.
Das Rotationswinkel-Detektionssystem gemäß Anspruch 10, wobei der Magnetsensor einer von einer Mehrzahl von Magnetsensoren ist, wobei die Mehrzahl von Magnetsensoren in einer gleichen Erfassungsebene positioniert sind, die perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Das Rotationswinkel-Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche relativ zu der Basis des Keils symmetrisch geformt sind.
Das Rotationswinkel-Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche symmetrisch gekrümmte Oberflächen mit Steigungen relativ zu der Rotationsachse sind, die mit Erstreckung der gekrümmten Oberflächen von dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung zu der Basis des Keils allmählich zunehmen.
Das Rotationswinkel-Detektionssystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die erste Keiloberfläche und die zweite Keiloberfläche eine Mehrzahl von Keilunterteilungen mit Steigungen relativ zu der Rotationsachse symmetrisch umfassen, die mit Erstreckung der Keilunterteilungen von dem sensor-zugewandten Ende der ringförmigen Magnetanordnung zu der Basis des Keils allmählich zunehmen.
Eine Magnetanordnung zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels einer drehbaren Welle, die Magnetanordnung umfassend: einen Magneten, der aus einem einzelnen Materialstück gebildet ist und ausgebildet ist, um mit der drehbaren Welle für ein Mitdrehen mit der drehbaren Welle um eine Rotationsachse verbunden oder als Teil derselben gebildet zu sein, der Magnet umfassend: einen ersten Magnetabschnitt, umfassend: eine erste Oberfläche, wobei der erste Magnetabschnitt in einer ersten Richtung magnetisiert ist; und einen zweiten Magnetabschnitt, der diametral gegenüberliegend dem ersten Magnetabschnitt ist, der zweite Magnetabschnitt umfassend: eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche einen Keil in einer sensor-zugewandten Oberfläche der Magnetanordnung bilden, wobei der zweite Magnetabschnitt in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, wobei das sensor-zugewandte Ende axial gegenüberliegend einem radialen Ende der Magnetanordnung ist, und wobei die Magnetanordnung eine Schnittdicke aufweist, die einer axialen Distanz zwischen dem radialen Ende der Magnetanordnung und einer Basis des Keils entspricht, wobei die Basis des Keils perpendikulär zu der Rotationsachse ist.
Die Magnetanordnung gemäß Anspruch 15, wobei die Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugt, das Messungen in einer Sinuswelle produzieren soll, die verwendet werden, um den Rotationswinkel der drehbaren Welle zu bestimmen.
Die Magnetanordnung gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung parallel zu der Rotationsachse der drehbaren Welle sind.
Die Magnetanordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung innerhalb eines Schwellenwinkels der Rotationsachse sind.
Die Magnetanordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das sensor-zugewandte Ende eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche umfasst, wobei die erste Endoberfläche und zweite Endoberfläche innerhalb einer gleichen Stirnfläche des sensor-zugewandten Ende sind und parallel zu dem radialen Ende sind.
Die Magnetanordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Magnetanordnung umfasst: eine zylindrische umlaufende Innenoberfläche, die mit der drehbaren Welle verbunden oder als Teil derselben gebildet ist; und eine elliptische zylindrische umlaufende Außenoberfläche, wobei eine Nebenachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche mit der Basis des Keils ausgerichtet ist, und wobei eine Hauptachse der elliptischen zylindrischen umlaufenden Außenoberfläche perpendikulär zu der Basis des Keils ist.