DE19813569A1 - Drehwinkelsensor - Google Patents
DrehwinkelsensorInfo
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- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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- G01D5/147—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor mit dem die
Rotation einer Welle detektierbar ist, nach dem Oberbe
griff des Hauptanspruchs.
Es ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungs
schrift DE 196 28 566 A1 bekannt, daß zur Erfassung der
Rotation einer Welle der Feldlinienverlauf eines benach
bart angeordneten Magnetfeldes periodisch durch Senken
und Hervorhebungen, beispielsweise die Zähne eines Zahn
rades, moduliert wird. Die Zähne sind umlaufend auf der
Oberfläche der drehenden Welle angeordnet und führen bei
einer entsprechenden rotatorischen Vorbeibewegung zu der
Veränderung bzw. Modulierung der Feldlinien.
Bei einer Anwendung als Drehwinkelsensor können die Dreh
geschwindigkeit und auch die einfache Drehwinkeländerung
der Welle oder eines Rades mit der bekannten Anordnung
ermittelt werden, wenn die Zähne auf der äußeren Oberflä
che der Welle an einer Feldplatte eines benachbart ange
ordneten Sensors vorbeibewegt werden.
Ein Drehwinkelsensor nach der gattungsgemäßen Art mit ei
nem der Oberfläche einer drehenden Welle benachbart ange
ordneten Magneten und mit einem magnetfeldempfindlichen
Sensorelement, daß im Verlauf der Flußlinien des Magne
ten angeordnet ist wird mit der Erfindung in vorteilhaf
ter Weise weitergebildet. Hierzu ist im Verlauf der
Flußlinien zwischen dem Magneten und dem Sensorelement
auf der drehenden Welle eine Schnecke angeordnet, deren
wendelförmige Erhebungen sich bei einer Drehung der Welle
an dem ortsfesten Sensorelement vorbeibewegen, wobei sich
in Abhängigkeit von der rage der Erhebungen unterschied
liche Induktionsstärken am Sensorelement einstellen.
Gemäß der Erfindung wird somit in vorteilhafter Weise ei
ne sehr genaue Erfassung der Drehbewegung der Welle mög
lich, da eine rotatorische Bewegung der Welle in eine
translatorische Bewegung des jeweils anliegenden Bereichs
der Erhebung bzw. der sogenannten Schneckenzähne umge
setzt wird. Aufgrund der erheblichen Änderung der Fluß
führung und damit der magnetischen Induktion am Sensore
lement bei dieser translatorischen Bewegung kann ein au
ßerordentlich empfindlicher Drehwinkelsensor realisiert
werden, der bei geringen Herstellungskosten einen relativ
kleinen Bauraum, insbesondere durch einen relativ kleinen
hierzu erforderlichen Magneten, benötigt.
Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit wird mit einem
Drehwinkelsensor auf einfache Weise dadurch erreicht,
daß eine mehrgängige Schnecke angeordnet wird, durch die
eine Erhöhung der Anzahl der Impulse pro Umdrehung der
Welle erfolgt.
Ein besonders geringer Bauraum wird für den erfindungsge
mäßen Drehwinkelsensor dadurch ermöglicht, daß der Ma
gnet in einem Bereich der Welle ohne eine Schnecke aber
in der Nähe des Schneckenbeginns angeordnet ist und daß
das Sensorelement in einem vorgegebenen Abstand zum Ma
gneten im Bereich der Schnecke, aber ebenfalls nahe des
Schneckenbeginns angeordnet ist.
Bevorzugt wird für das Sensorelement ein an sich bekann
ter Hall- oder GMR-Sensor (GMR = giant magnetoresistiv)
verwendet, wobei das Sensorelement auch als Doppelsensor
ausgeführt werden kann, mit dem ein Drehrichtungserken
nung der vorbeibewegten wendelförmigen Erhebungen und da
mit der Drehrichtung der Welle ermöglicht ist. Zur Erhö
hung der Empfindlichkeit der Sensoranordnung kann auch
ein zusätzliches magnetisch leitfähiges Metallteil als
sogenannter Eisenrückschluß im Verlauf der Flußlinien
vorgesehen werden; der Magnet kann dabei sowohl parallel
als auch orthogonal zur Welle angeordnet werden.
Die Anwendung solcher Hall- oder GMR-Elemente bei Dreh
winkelsensoren ist zum Beispiel ist in dem VDI-Bericht
Nr. 509, (VDI-Verlag 1984), Seiten 263 bis 268, im Auf
satz "Neue, alternative Lösungen für Drehzahlsensoren im
Kraftfahrzeug auf magnetoresistiver Basis" beschrieben.
Hieraus ist bekannt, daß mit magnetischen Sonden als
Meßelemente eine besonders einfache und unempfindliche
Drehwinkelerfassung an einer drehenden Wellen oder an
Zahnrädern durchführbar ist. Dies ist möglich, weil die
magnetischen Flußlinien eines beim Sensor befindlichen
Dauermagneten in ihrer Richtung und Intensität durch eine
Bewegung des Dauermagneten oder der magnetisch leitenden
Teile veränderbar und detektierbar ist.
Bei einem bevorzugten Anwendungsfall wird der erfindungs
gemäße Drehwinkelsensor bei einer Anordnung verwendet,
bei der die Welle mit der Schnecke Bestandteil der Anker
welle eines elektrischen Verstellmotors ist. Beispiels
weise kann der Verstellmotor ein elektronisch gesteuerter
Scheibenwischermotor für ein Kraftfahrzeug sein.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun
gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus
der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre
ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs
form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh
rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht
wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipansicht einer Ankerschnecke ei
nes Verstellmotors mit einem erfindungsgemäßen Dreh
winkelsensor in einer ersten Drehstellung;
Fig. 2 die Ankerschnecke in einer zweiten Drehstel
lung und
Fig. 3 eine Anordnung mit einem Doppelsensor und
einem Eisenrückschluß im Sensorsystem.
In Fig. 1 ist eine Ankerwelle 1 und 1a eines elektri
schen Verstellmotors gezeigt, auf der an einem Ende eine
Schnecke 2 mit einer wendelförmigen Erhebungen 3 ange
bracht ist. Die Welle 1 dreht sich gemäß Pfeil 4 und ver
ursacht dadurch eine translatorische Bewegung 5 der wen
delförmigen Erhebung 3. Im glatten Bereich der Welle 1
befindet sich nahe des Schneckenbeginns ein Magnet 6,
dessen Flußlinien 7 im wesentlichen durch die weichma
gnetische Welle 1 verlaufen.
Am Beginn der Schnecke 2 ist ein Hall-Element 8 als Sen
sorelement angebracht. Wenn, wie aus der Fig. 1 ersicht
lich, die magnetischen Flußlinien 7 aus der, dem Hall-
Element 8 direkt gegenüberliegenden Erhebung 3 der
Schnecke 2 austreten, so ergibt sich hier eine hohe ma
gnetische Flußdichte und damit eine hohe Induktion im
Hall-Element 8, die als ein relativ großes Ausgangssignal
des Hall-Elements 8 ausgewertet wird.
In Fig. 2 ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 nur
in einer anderen Drehstellung der Welle 1 gezeigt; die
gleichen Bauelemente sind hier mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen. Es ist hier durch die Drehung der Welle
1 eine Erhebung 3 der Schnecke 2 bereits vor dem Hall-
Element, also dem Magneten 6 näher gelegen angekommen, so
daß bereits magnetische Flußlinien 7a direkt aus dieser
Erhebung austreten und zum jeweils anderen Pol des Magne
ten 6 zurückführen ohne das Hall-Element 8 zu schneiden.
Die verbleibenden Flußlinien 7b, die das Hall-Element 8
schneiden, sind somit wesentlich schwächer als in der
Drehstellung nach der Fig. 1.
Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bewegt sich
die Erhebung 3 als Zahn der Schnecke 2 unter einem Dop
pelsensor 8a, 8b hindurch. In Abhängigkeit von der Dreh
richtung wird zunächst der Sensor 8a oder 8b und dann der
jeweils andere angesteuert, wodurch eine Drehrichtungser
kennung ermöglicht wird. Mit Hilfe eines Eisenrückschlus
ses 9 aus magnetisch leitfähigem Material kann dabei die
Empfindlichkeit der Sensoranordnung erhöht werden.
Claims (8)
1. Drehwinkelsensor, mit
- - einem der Oberfläche einer drehenden Welle (1) benach bart angeordneten Magneten (6) und mit
- - einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (8; 8a, 8b), daß im Verlauf der Flußlinien (7, 7a, 7b) des Magneten (6) angeordnet ist, wobei die Flußlinien (7, 7a, 7b) durch eine sich mit der Drehung der Welle (1) ändernde Oberflä che modulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - im Verlauf der Flußlinien (7, 7a, 7b) zwischen dem Ma gneten (6) und dem Sensorelement (8; 8a, 8b) auf der dre henden Welle (1) eine Schnecke (2) angeordnet ist, deren wendelförmige Erhebung (3) sich bei einer Drehung der Welle (1) an dem Sensorelement (8; 8a, 8b) vorbeibewegen, wobei sich in Abhängigkeit von der Lage der Erhebungen (3) unterschiedliche Induktionsstärken am Sensorelement (8; 8a, 8b) einstellen.
2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
- - der Magnet (6) in einem Bereich der Welle (1) ohne eine Schnecke (2) angeordnet ist und das Sensorelement (8; 8a, 8b) in einem vorgegebenen Abstand zum Magneten (6) im Bereich des Beginns der Schnecke (2) angeordnet ist.
3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - die Schnecke (2) zwei- oder mehrgängig ist.
4. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - das Sensorelement ein Hall-Element (8; 8a, 8b) ist.
5. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - das Sensorelement ein GMR-Element (8; 8a, 8b) ist.
6. Drehwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Sensorelement (8) als Doppelsensor (8a, 8b) ausge führt ist, mit dem eine Erkennung der Bewegungsrichtung der vorbeibewegten wendelförmigen Erhebung (3) und damit der Drehrichtung der Welle (1) ermöglicht ist.
7. Drehwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß
- - im Verlauf der Flußlinien (7, 7a, 7b) ein magnetisch leitfähiges Metallteil (9) angeordnet ist.
8. Drehwinkelsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Welle (1, 1a) mit der Schnecke (2) die Ankerwelle eines elektrischen Verstellmotors ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998113569 DE19813569A1 (de) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | Drehwinkelsensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998113569 DE19813569A1 (de) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | Drehwinkelsensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19813569A1 true DE19813569A1 (de) | 1999-04-15 |
Family
ID=7862557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998113569 Ceased DE19813569A1 (de) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | Drehwinkelsensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19813569A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1998-03-27 DE DE1998113569 patent/DE19813569A1/de not_active Ceased
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Legal Events
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |