DE3725405C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Be­ stimmung eines Drehwinkels, bestehend aus einem physi­ kalischen Meßgrößengeber und einem Hallsensor, wobei der Meßgrößengeber relativ zu dem Hallsensor drehbar gelagert ist und bei Drehung sich der senkrechte Abstand des Hall­ sensors zum Meßgrößengeber verändert.

Es sind bereits Meßeinrichtungen bekannt (z. B. DE-OS 31 44 283), die eine feststehende Sonde und einen relativ dazu beweglichen Weicheisenkörper aufweisen. Gegenüber der Sonde sind am Weicheisenkörper zwei Permanentmagnete angebracht, so daß die Sonde sich im magnetischen Feld der beiden Permanentmagnete befindet. Die Permanentma­ gnete haben über ihre Länge unterschiedliche Breite. Da­ durch ist die Sonde einem unterschiedlichen magnetischen Fluß ausgesetzt, wenn sich die Permanentmagnete entlang der Sonde bewegen. Nachteilig ist bei dieser Ausführungs­ form, daß der Meßgrößengeber nur schwierig herzustellen ist aufgrund der entsprechenden Geometrie (Dicke) der notwendigen Permanentmagnete.

Darüber hinaus sind Geräte zur berührungslosen elektro­ nischen Winkelmessung bekannt (z. B. DE-OS 33 45 804), bei denen aus einem Gehäuse eine mit einem mechanischen Stellglied verbindbare Welle herausragt und an der in dem Gehäuse ein drehbarer Magnet angebracht ist. Im Gehäuse sind gegenüber dem drehbaren Magneten Sensorelemente angeordnet. Der Magnet besitzt dabei ein ausgeprägtes Magnetfeld, dessen Feldkomponenten vom Ringkern erfaßt werden. Nachteilig ist bei diesem Gerät die ungünstige Fertigung, die relativ hohe Meßfrequenz, die exakte Positionierung des Ringmagneten sowie die Störeinflüsse durch das Erdmagnetfeld.

Auch sind induktive Verfahren bekannt (z. B. GB-PS 20 24 428), bei denen durch Verwendung von Spulen und das Vorbeifahren verschiedener Zähne eines Zahnrades der magnetische Fluß verändert wird und somit eine Spannung induziert wird. Eine derartige Meßeinrichtung braucht jedoch eine zusätzliche Auswertelektronik wie z. B. eine Zählvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine berührungslos messende, analog arbeitende Vorrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels zu schaffen, bei der trotz eines kon­ struktiv einfachen und robusten Aufbaus eine genaue Meß­ wertermittlung gewährleitet ist, wobei eine einfache und problemlose Herstellung des Meßgrößengebers durch bewährte Fertigungsmethoden möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens zwei lineare, sich ortsfest gegenüber­ liegend angeordnete Hallsensoren vorgesehen sind und der zwischen den Hallsensoren eintauchende Meßgrößengeber aus magnetisch leitfähigem Material besteht, wobei auf der dem Meßgrößengeber entgegengesetzten Seite der Hall­ sensoren jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist.

Vorteilhaft ist hierbei, daß durch die unterschiedlichen Abstände der jeweiligen Hallsensoren zum Meßgrößengeber entsprechende Sensorsignale abgeleitet werden können, die der Erfassung des Drehwinkels dienen. Durch die unter­ schiedlichen, senkrechten Abstände der Hallsensoren zu den magnetisch leitfähigen Meßgrößengebern wird der Dreh­ winkel bestimmt. Durch ein besonderes Auswertungsver­ fahren wird eine weitestgehend temperaturunabhängige, berührungslos arbeitende Meßvorrichtung geschaffen, die auch in rauhen Umgebungsbedingungen einsetzbar ist. Durch eine konstruktiv einfache Bauweise wird eine kosten­ günstige seriennahe Konstruktion geschaffen.

Bei einer wesentlichen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Meßgrößengeber auf einer Achse drehbar gelagert, als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und mit einer axial definierten Steigung um die Achse angeordnet ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der Meßvorrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm von typischen Hallsensorsignalen in Abhängigkeit des Drehwinkels,

Fig. 3 das Differenzsignal der in Fig. 2 gezeigten Einzelhallsensorsignale.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehwinkels besteht im wesentlichen aus dem Meßgrößen­ geber 6, der zusammen mit der Achse 7 drehbar gelagert ist. Die im Abstand zum Meßgrößengeber 6 angeordneten Hallsensoren 2 a, 2 b sind zusammen mit den zugehörigen Permanentmagneten 1 a, 1 b ortsfest gehalten.

Der Meßgrößengeber ist über den Umfang gesehen mit einer gleichmäßigen Steigung versehen, so daß bei Drehung der Welle 5 unterschiedliche Sensorsignale erzeugt werden können. Ausgehend von einem minimalen Abstand 3 des Meß­ größengebers 6 gegenüber dem Hallsensor 2 a und einem maximalen Abstand 4 des Meßgrößengebers 6 gegenüber dem Hallsensor 2 b, ändern sich bei Drehung des Meßgrößen­ gebers 6 die Abstände.

In der Fig. 2 sind die Hallsensorsignale über dem Dreh­ winkel aufgetragen. Bei 0 Grad Drehwinkel entsprechen die Hallsensorsignale U _{s 2 a} bzw. U _{s 2 b} der in Fig. 1 ge­ zeigten Position des Meßgrößengebers 6. Dem Hall­ sensorsignal U _{s 2 a} ist dabei ein Offsetsignal überlagert. Bei 0 Grad Drehwinkel besitzt der Hallsensor 2 a den minimalen Abstand 3 zum Meßgrößengeber 6 und erzeugt sein maximales Sensorsignal, während der Hallsensor 2 b zum Meßgrößengeber 6 den maximalen Abstand 4 einnimmt und sein minimales Sensorsignal erzeugt. Mit zunehmender Drehung in eingezeichneter Drehrichtung 8 ändern sich die Abstände des Meßgrößengebers 6 zu den Hallsensoren 2 a und 2 b und die Sensorsignale sind bei 360 Grad Drehwinkel gleich. Danach erfolgt wieder der Sprung zum 0 Grad Drehwinkel-Ausgangssignal. Das Drehwinkelsignal wird aus der Differenz der Hallsensorsignale U _{s 2 a} und U _{s 2 b} gebildet. Diese Signale werden jeweils bei gleichsinniger Drehrichtung erzeugt.

In Fig. 3 ist das Differenzsignal der Hallsensoren 2 a und 2 b aus der Fig. 2 wiederum über dem Drehwinkel auf­ getragen. Subtrahiert man das Signal vom Hallsensor 2 b vom Signal des Hallsensors 2 a, so erhält man bei 0 Grad Drehwinkel einen entsprechenden Wert, und wie die Fig. 2 zeigt, verläuft dieser Wert stetig bis 0 bei 360 Grad Drehwinkel. Auf dieser Basis läßt sich mit einfachen Mitteln jederzeit der Drehwinkel in einer Vorrichtung be­ stimmen. Der Einbau einer solchen Vorrichtung kann problemlos an den jeweils dafür vorgesehenen Stellen erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 - Permanentmagnet
2 - Hallsensor
3 - minimaler Abstand
4 - maximaler Abstand
5 - Welle
6 - Meßgrößengeber
7 - Achse
8 - Drehrichtung

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehwinkels, be­ stehend aus einem physikalischen Meßgrößengeber und einem Hallsensor, wobei der Meßgrößengeber relativ zu dem Hallsensor drehbar gelagert ist und bei Drehung sich der senkrechte Abstand des Hallsensors zum Meß­ größengeber verändert, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei lineare, sich ortsfest gegenüber­ liegend angeordnete Hallsensoren (2 a, 2 b) vorgesehen sind und der zwischen den Hallsensoren (2 a, 2 b) ein­ tauchende Meßgrößengeber (6) aus magnetisch leit­ fähigem Material besteht, wobei auf der dem Meßgrößen­ geber (6) entgegengesetzten Seite der Hallsensoren (2 a, 2 b) jeweils ein Permanentmagnet (1 a, 1 b) ange­ ordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößengeber (6) auf einer Achse (7) drehbar gelagert, als rotationssymmetrisches Bauteil ausge­ bildet und mit einer axial definierten Steigung um die Achse (7) angeordnet ist.