WO2020030319A1 - Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements - Google Patents

Sensorsystem zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements Download PDF

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WO2020030319A1
WO2020030319A1 PCT/EP2019/064342 EP2019064342W WO2020030319A1 WO 2020030319 A1 WO2020030319 A1 WO 2020030319A1 EP 2019064342 W EP2019064342 W EP 2019064342W WO 2020030319 A1 WO2020030319 A1 WO 2020030319A1
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sensor system
controller
rotation
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Thomas Preiss
Fabian Utermoehlen
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01D2205/70—Position sensors comprising a moving target with particular shapes, e.g. of soft magnetic targets
    • G01D2205/77—Specific profiles

Definitions

  • a position of a camshaft of an internal combustion engine relative to a crankshaft with a phase generator can be determined by means of a Hall sensor.
  • asynchronous machines For example, to implement traction in electric vehicles, either asynchronous machines or synchronous machines are often used, each of which consists of a stationary stator and a rotating rotor.
  • the stator generally carries three winding strands, for example offset by 120 ° / p to one another, where p represents a number of pole pairs.
  • the rotor In asynchronous machines, the rotor usually consists of electrically conductive rods which are short-circuited at the ends. When a rotor field rotates, a voltage can be induced in the rods, which causes a current to flow, which in turn turns on
  • the rotor comprises a rotor which carries an excitation coil in which a direct current flows and generates a static magnetic field.
  • a permanent magnet can be used as the rotor. It is then a permanently excited synchronous machine, which due to the powerless Excitation has a higher efficiency and so for
  • a speed of the rotor can be identical to the speed of an excitation field.
  • the torque can depend on a phase offset, that is to say an angular difference between the stator field and the rotor.
  • Asynchronous machines know the speed of the rotor and for synchronous machines an absolute angular position of the rotor.
  • resolver is often used to determine these quantities. This is usually an electromagnetic one
  • Transmitter in which a rotor package is mounted on the shaft of the motor at a fixed speed.
  • An excitation coil and two receiving coils are mounted on a stator in a circular ring.
  • the excitation coil is with a
  • AC voltage signal acts on and penetrates the entire arrangement with an alternating electromagnetic field.
  • a sinusoidal amplitude-modulated voltage is now induced in the first receiving coil, while a cosine-shaped one is induced in the second receiving coil
  • the resolver is a purely passive component in its own right and therefore ASIL D-capable by definition (ASIL: Automotive Safety Integrity Level).
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • the ASIL capability which is classified with the letters A to D, is a quantitative quantity that indicates the proportion of unwanted operating states of the sensor that are detected, for example, short circuits, interruptions in the coils, implausible signals or similar operating states .
  • the resolver generally requires a relatively large amount of installation space, draws a complex signal and
  • inductive absolute angle sensors based on coupled coils can also be used, as described for example in DE 10 2016 202 877 B3.
  • a rotation angle sensor is described, comprising a stator element with a transmitting coil and at least two inside the
  • the angle of rotation sensor further comprises a rotor element which is rotatably mounted about an axis of rotation with respect to the stator element and via which the transmitter coil is inductively coupled to the at least two receiver coils, so that the inductive coupling is dependent on an angle of rotation between the stator element and the rotor element and the transmitter coil in the at least one two
  • Receiving coils induced at least two angle-dependent AC voltages The rotor element and the at least two receiving coils are designed such that an alternating voltage is induced in the receiving coils, the amplitude of which is sinusoidally dependent on the angle of rotation.
  • a technical challenge is usually that the provision of the excitation signal and the evaluation of the reception coil signals can often no longer be implemented in the control unit for the realization of the sensor function, so that an ASIC that is directly connected is usually required the circuit board is placed, which also carries the coil structures. In addition to the actual sensor function, in many cases this ASIC must also implement a high proportion of diagnostics and, for example, detect shunts and monitor the frequency / amplitude of the excitation signal.
  • a magnet is attached to a rotor, which rotates relative to a magnetic field sensor that is assumed to be stationary.
  • the magnet is diametrically magnetized, that is to say it has two oppositely magnetized regions, each of the same size
  • angular ranges for example 180 ° each, and are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation.
  • the measurement of the magnetic field vector easily allows a conclusion to be drawn about the angle of rotation.
  • a GMR and an AMR sensor are placed on a circuit board or in a housing, both of which determine the angle of the common rotor magnet.
  • all absolutely measuring magnetic field sensors generally also react to external magnetic fields which result, for example, from a current flow from adjacent power cables. This is the case, for example, with electrical machines for traction applications, where external fields occur due to the rotating rotor of the frequently used permanently excited synchronous machine and the corresponding leads of the stator coils.
  • the angular errors depend on the strength of the external field and the angular position of the sensor.
  • Methods to suppress external fields include differential measurements with more than one magnetic field sensor and use of a multi-pole magnetic target. The angular accuracy of the sensor is reduced accordingly. Furthermore, such methods are generally only effective in the case of small or gradient-free interference fields. In addition, not all magnet-based angle sensors have an equally good one
  • Sensor system basically becomes one in the context of the present invention Any device consisting of a plurality of components is understood, which is suitable for detecting, for example measuring, at least one measured variable.
  • the sensor system can
  • Determination of the at least one rotational property of the rotating element for example generating at least one electrical signal corresponding to the rotational property, such as a voltage or a current.
  • the sensor system can determine the at least one electrical signal to determine the at least one rotational property
  • a “rotational characteristic” is basically understood to be a property that at least partially describes the rotation of the rotating element. This can be, for example, an angular velocity, a speed, a
  • the rotating element can at least partially characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element.
  • Rotation property is a position, in particular an angular position or an angular position, a speed, an angular acceleration or a combination of at least two of these quantities. Other properties and / or other combinations of properties can also be ascertainable.
  • an “angular position” or an “angular position” is understood in principle to mean an angle of rotation of a device capable of rotation, for example the rotating element or a sensor wheel of the sensor system, with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation.
  • the sensor system can in particular be set up for use in a motor vehicle.
  • a “rotating element” is basically understood to mean any element that rotates about at least one axis.
  • the rotating element can be a shaft, for example a shaft in a drive machine, for example a camshaft or a crankshaft.
  • an angular position of a camshaft or a rotational speed of a camshaft or an angular acceleration of a camshaft or a combination of at least two of these quantities can be determined.
  • Other properties and / or other combinations of properties can also be ascertainable.
  • the sensor system comprises at least one circuit carrier, one sensor wheel and one controller.
  • a “circuit carrier” can be understood to mean a device on which at least one electrical component can be arranged.
  • the circuit carrier can be designed flexibly.
  • the circuit carrier can comprise a flexible material.
  • the circuit carrier can in particular be selected from the group consisting of: a printed circuit board, in particular a rigid-flex printed circuit board, for example a curved rigid-flex printed circuit board; a rigid circuit board, in particular a rigid circuit board with notches; a circuit board; a circuit board and a printed circuit, in particular a “printed circuit board” (PCB).
  • the circuit carrier can also have, for example, at least two surfaces, for example planes, arranged parallel to one another.
  • the circuit carrier can be constructed from a plurality of layers. In particular, have several layers.
  • the circuit carrier of the sensor system carries an excitation coil which encloses at least one excitation area. Furthermore, the
  • Circuit carrier in the excitation area at least two receiving coils.
  • Each of the receiving coils in each case encloses at least two subareas within the excitation area which are enclosed by the respective receiving coil and are not congruent.
  • a “coil” is basically understood to mean any component which has an inductance and is suitable for generating a magnetic field when current flows and / or vice versa.
  • a coil can comprise at least one completely or partially closed conductor loop or turn.
  • an “excitation coil” can in principle be understood as a coil that generates a magnetic flux when an electrical voltage and / or an electrical current is applied.
  • the excitation coil can have at least one excitation turn.
  • the term “excitation area” can basically be understood to mean any space which is enclosed, for example delimited, by the excitation coil.
  • the excitation area can be caused by the excitation turn,
  • the at least two receiving coils can in particular in the
  • a “receiving coil” is basically understood to be a coil which is set up to generate a signal based on an inductive coupling between the excitation coil and the receiving coil, which signal is dependent on the inductive coupling.
  • the receiving coil is basically understood to be a coil which is set up to generate a signal based on an inductive coupling between the excitation coil and the receiving coil, which signal is dependent on the inductive coupling.
  • Receiving coil have at least one receive turn. Furthermore, the receiving coil can, for example, enclose at least two partial areas.
  • the term “partial area” can basically be understood to mean any space which is enclosed by at least a part of the reception turn.
  • the receiving coil can have at least two partial areas that are not congruent in opposite directions.
  • Receiving coil are enclosed by at least two parts of the receiving turn which differ in their orientation.
  • the first partial area can be enclosed by a clockwise oriented first part of the reception turn, whereas the second partial area can be enclosed by a second part of the reception turn oriented counterclockwise, or vice versa.
  • the at least two receiving coils have one in
  • essentially identical geometry basically means that the shape, in particular the contour, of the components described is similar.
  • shape of the essentially identical geometry of the components can vary by a value from 0% to 50%, preferably from 0% to 30%, more preferably from 0% to 20%, particularly preferably from 0% to 5%.
  • the at least two receiving coils are relative to one another about the axis of rotation, in particular about the axis of rotation of the rotating element, twisted arranged.
  • the at least two receiving coils are relative to one another about the axis of rotation, in particular about the axis of rotation of the rotating element, twisted arranged.
  • Receiving coils can be arranged rotated by an angle x to each other.
  • the measuring range ⁇ can, for example, depend on a number n of right-hand and left-hand partial windings.
  • the measuring range ß can be determined by the following calculation rule:
  • the sensor system has at least one sensor wheel connected to the element rotating about the axis of rotation.
  • a “transmitter wheel” can in principle be understood to mean any component that can be connected to the rotating element and that is set up to cause at least one measurable signal, in particular a magnetic field change, per revolution of the rotating element when connected to the rotating element.
  • the sensor wheel can, for example, be permanently or reversibly connected or connectable to the rotating element or can also be formed in one piece with the rotating element or integrated into the rotating element.
  • the sensor wheel can also be at least partially surrounded and / or connected to an element, for example an element having a different type of material.
  • the encoder wheel can be connected at least partially to a compensating element, for example to avoid asymmetrically acting forces, such as an imbalance. So it can
  • Compensating element for example, be connected to the sensor wheel and / or at least partially surround the sensor wheel to avoid asymmetry
  • the sensor wheel can have a sensor wheel profile.
  • a “transmitter wheel profile” can basically be understood to mean any shape of a contour of the transmitter wheel, in particular a geometry, for example an external shape.
  • the sensor wheel is designed asymmetrically to the axis of rotation such that a projection of the sensor wheel into a plane of the circuit carrier in
  • a projection, for example an image of an outline or a contour, of the sensor wheel into the plane of the circuit carrier, for example into a plane arranged parallel to a surface of the circuit carrier, can completely or partially cover the at least two partial areas of the receiving coils in at least one angular position or shade off.
  • the sensor wheel can be designed such that the sensor wheel has a circle segment arranged asymmetrically to the axis of rotation.
  • the encoder wheel can be designed in the form of a semicircle, as a result of which
  • Projection of the sensor wheel in a plane of the circuit carrier covers, for example, a semicircular area of the receiving coils.
  • the sensor system further comprises at least one controller
  • a “control” can generally include one
  • one or more electronic ones can be used to transmit the signals
  • the control can in particular be a Include data processing device, for example at least one computer or microcontroller.
  • the data processing device can, for example, one or more volatile and / or non-volatile
  • Data processing device can, for example, be set up in terms of program technology to control one or more components of the sensor system.
  • the control can for example further comprise at least one interface, in particular an electronic interface and / or a human-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard.
  • the control system can, for example, be set up centrally or decentrally. Others too
  • the circuit carrier carries at least one diagnostic coil.
  • the diagnostic coil is connected to the control.
  • the control points are connected to the control.
  • first partial control in particular a first partial control
  • first partial control being connected to the receiving coils and being set up to determine the at least one rotational property of the rotating element.
  • control has at least one second partial control, the second partial control being connected to the at least one diagnostic coil and being set up to generate at least one diagnostic information.
  • a “diagnostic coil” is basically understood to mean an arbitrarily shaped coil which is set up to generate at least one signal which is suitable for evaluating at least one piece of information.
  • the diagnosis coil is basically understood to mean an arbitrarily shaped coil which is set up to generate at least one signal which is suitable for evaluating at least one piece of information.
  • Diagnostic coil generate the signal for evaluating the diagnostic information, for example the functionality of the sensor system, the integrity of components of the sensor system, in particular the functionality of the excitation coil, for example correct activation of the excitation coil.
  • the diagnostic coil can be a diagnostic and / or
  • the diagnostic coil can have, for example, at least one turn, the turn preferably having only one orientation.
  • the diagnostic coil can have at least one turn, which can be either right-hand or left-hand, for example.
  • the Diagnostic coil also have a plurality of turns, for example a plurality of turns arranged in several levels of the circuit carrier.
  • Excitation area can be arranged.
  • the diagnostic coil can be arranged outside the area enclosed by the excitation coil.
  • the at least one diagnostic coil can also be used within the at least one diagnostic coil
  • Excitation area can be arranged.
  • the diagnostic coil can be arranged together with the at least two receiving coils within the area enclosed by the excitation coil.
  • the projection of the sensor wheel into the plane of the circuit carrier can, for example, at least partially cover the diagnostic coil.
  • Circuit carrier at least partially cover the diagnostic coil, for example, in every angular position of the rotating element.
  • the rotation property can comprise, for example, at least one piece of information selected from the group consisting of: an existence of the sensor wheel; the absence of the encoder wheel; a correct function of the first partial control; correct function of the excitation coil; correct functioning of the receiving coils.
  • first partial control and the second partial control of the control can be designed separately from one another. So the first one
  • the partial control and the second partial control can, for example, be carried out separately from one another.
  • the first partial control can be implemented, for example, electrically and / or spatially separately from the second partial control.
  • the sensor system can in particular have at least two diagnostic coils.
  • the at least two diagnostic coils cannot be configured congruently with one another on the circuit carrier.
  • the diagnostic coils can, for example, be arranged to overlap.
  • the diagnostic coils can also have an essentially identical geometry, for example.
  • essentially identical geometry reference is made to the above definition.
  • shape of the at least two diagnostic coils can be similar.
  • the diagnostic coils can be accommodated on the circuit carrier rotated relative to one another.
  • the diagnostic coils can be arranged, for example, rotated in the radial direction relative to one another about the axis of rotation.
  • diagnostic coils can each be designed essentially in the form of a circular ring segment.
  • Diagnostic coils can, for example, essentially have an identical radius and be arranged concentrically around the axis of rotation.
  • the circular ring segments can about the axis of rotation
  • the diagnostic coils can be designed such that they essentially form the shape of a section from a circular ring.
  • the at least two diagnostic coils shaped in this way can have an essentially identical radius, for example.
  • a concentric arrangement of the diagnostic coils around which the axis of rotation can be possible, in particular a concentric arrangement of the diagnostic coils rotated relative to one another in the radial direction.
  • the diagnostic coils can in particular be connected in series.
  • the diagnostic coils can be connected in series such that the electrical connection of the at least two diagnostic coils has no branch.
  • the diagnostic coils connected in series can form a single current path.
  • the diagnostic coils connected in series can form a single current path.
  • Control can be set up to evaluate a diagnostic signal of the diagnostic coils connected in series.
  • the first partial control can, for example, in one
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the second sub-controller can be designed outside the ASIC.
  • the controller can be set up to compare the diagnostic signal with at least one threshold value.
  • the controller in particular the second partial controller, can be set up to compare the diagnostic signal with at least one threshold value, in particular by means of at least one comparator.
  • the diagnostic signal for example in the form of a voltage or a current, can be compared with the at least one threshold value.
  • the controller can be set up so that from the comparison,
  • the controller in particular the second sub-controller, can have, for example, at least one rectifier for rectifying at least one signal of the diagnostic coil.
  • a “rectifier” is basically understood to mean any module for converting alternating signals into uniform signals.
  • the rectifier can in particular comprise an electronic circuit or an electronic module which is set up to transmit a signal, for example the
  • the controller in particular the second sub-controller, can have at least one frequency filter for filtering at least one signal of the diagnostic coil, in particular an upstream frequency filter.
  • a “frequency filter” is basically understood to mean any module for converting signals depending on their frequency.
  • the frequency filter can in particular be an electronic circuit or have an electronic module which is set up to change a signal, for example the at least one signal of the diagnostic coil, in particular an amplitude and / or a phase position of the signal, depending on the frequency of the signal.
  • undesirable signal components can be attenuated and / or suppressed, for example, by means of the frequency filter.
  • the frequency filter can have an RC element, for example an electrical circuit which has an ohmic resistor R and a capacitor C.
  • the frequency filter having an RC element can be designed, for example, as a high-pass filter.
  • the controller in particular the second sub-controller, can have both the rectifier and the frequency filter, for example.
  • the second sub-controller can be set up to convert the signal from the diagnostic coil first using the frequency filter and then using the rectifier.
  • the signal can then be fed to the comparator in order to compare the signal with, for example, a threshold value, in particular a reference value.
  • the controller can in particular be set up to apply a periodic excitation signal with an excitation frequency to the excitation coil.
  • the controller can be set up to apply the periodic excitation signal to the excitation coil, for example a non-constant but regularly repeating signal, in particular a periodically varying electrical voltage.
  • the excitation coil can be set up to generate a magnetic flux when a signal, for example an electrical voltage and / or an electrical current, is applied.
  • the frequency filter can be set up, for example, to receive signals with the excitation frequency
  • the frequency filter be set up to pass a signal induced in the diagnostic coil which has the excitation frequency.
  • the controller in particular the second sub-controller, can be set up to infer a rotation of the sensor wheel from the signal of the diagnostic coil.
  • the receiving coils can each have windings in the form of an 8.
  • the turns of the receiving coils for example the receiving turns, can have a geometry of an 8 or an infinity symbol °.
  • the subareas of the receiving coils can each be in the
  • the encoder wheel can be designed essentially in the form of a circular segment, with a center of the circular segment on the axis of rotation.
  • the encoder wheel can be designed in a semicircular shape.
  • the sensor wheel can be designed and arranged in such a way that a center point of the circular segment coincides with the axis of rotation of the rotating element.
  • the center can in particular be an axis or a center from which the radius which characterizes the segment of the circle can be measured.
  • the encoder wheel profile defined above can have, for example, a pitch circle, preferably a semicircle.
  • Circuit carrier at least partially cover the diagnostic coil in at least one angular position of the rotating element.
  • a projection for example an image of an outline or a contour, of the sensor wheel into the plane of the circuit carrier in at least one
  • Angular position or angular position of the rotating element which at least partially cover or shade at least one diagnostic coil.
  • the sub-areas of the receiving coils can in particular
  • the partial areas in particular the partial areas of the receiving coils, can furthermore be configured, for example, essentially semicircular.
  • the pathogen area especially the
  • Excitation area of the excitation coils can be configured essentially circular.
  • a method for diagnosing an element rotating about at least one axis of rotation comprises the following steps, preferably in the order given. In addition to the method steps mentioned, the method can also have further method steps.
  • the sensor system provided in method step I. is a sensor system according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned embodiments or according to one of the embodiments of the sensor system described in more detail below.
  • a computer program which, when running on a computer or computer network, executes the method according to the invention in one of its configurations.
  • a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations if the program is on a Computer or computer network is running.
  • the program code means can be stored on a computer-readable data carrier.
  • a data carrier is proposed within the scope of the present invention, on which a data structure is stored, which after loading into a main memory and / or main memory of a computer or
  • a computer program product is understood to mean the program as a tradable product. In principle, it can be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed over a data transmission network.
  • Computer network includes executable instructions for performing a method according to one of the described embodiments.
  • a separate signal which for example provides information about the state of the excitation field, can be provided. It may be possible, for example, for the separate signal to provide, in particular, clarification or information about the functionality of the sensor system.
  • the proposed device and the proposed method can be suitable, in particular be able to recognize whether, for example, the excitation coil of the sensor system, for example the
  • Excitation coil of an inductive position sensor based on coupled coils vibrates in the desired, in particular correct, frequency and amplitude and, for example, provides a sufficiently high field for coupling into the receiving coils.
  • the proposed device can, for example provide, in particular deliver, binary information about its own functionality, in particular about its operation.
  • the proposed device and the proposed method can increase the functional safety, for example in comparison to devices and methods known from the prior art.
  • a redundant version can also be dispensed with, for example.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the proposed device and the proposed method can be electromagnetically more compatible than conventional methods and devices.
  • the measuring principle used in the proposed device and the proposed method shows, for example, no influence of external magnetic fields, for example as a result of high currents within cables which are arranged near the system.
  • the proposed device and the proposed method can be compared, for example, to conventional methods and
  • proposed methods for example, be more versatile than conventional methods and devices.
  • the sensor system according to the invention and the method can, for example, be suitable for any positioning and not be limited to rotor position applications.
  • the proposed device and the proposed method may, for example, require less installation space than known methods and devices.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a section of an embodiment of a
  • Figure 4 shows a section of a controller of a
  • Figure 5 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor system 110 for determining at least one rotational property by at least one
  • the sensor system 110 can in particular be set up for use in a motor vehicle, for example in a drive system.
  • the sensor system 110 can be set up to detect at least one rotational property of a rotor.
  • sensor system 110 may be set up
  • the rotating element can be, for example, a shaft, in particular a shaft connected to the rotor.
  • the sensor system 110 comprises at least one circuit carrier 114.
  • the circuit carrier 114 carries an excitation coil 116, the excitation coil 116 enclosing at least one excitation region 118.
  • the circuit carrier 114 also carries at least two receiving coils 120 in the excitation area 118, each of the receiving coils 120 each having at least two congruent oppositely enclosed by the respective receiving coil 120
  • the subareas 122 of the receiving coils 120 can essentially each may be arranged mirror-symmetrically to an axis of symmetry 123 running perpendicular to the axis of rotation 112 through the axis of rotation 112, the axes of symmetry 123 of the receiving coils 120 being, for example
  • the excitation coil 116 for example a transmission coil, can be arranged, for example integrated, on the circuit carrier 114, in particular a printed circuit board, for example a sensor circuit board.
  • the excitation coil 116 can, for example in order to bring about an increase in the inductance in particular, be designed with a plurality of turns in one or more levels of the circuit carrier 114, for example the sensor circuit board, in particular be implemented.
  • the excitation coil 116 for example a transmission coil
  • the excitation coil 116 can, for example in order to bring about an increase in the inductance in particular, be designed with a plurality of turns in one or more levels of the circuit carrier 114, for example the sensor circuit board, in particular be implemented.
  • Excitation coil 116 can be, for example, a frequency-determining element of an LC oscillator, the resonance frequency of which can be set, in particular selected, for example by designing the excitation coil 116 and / or, for example, by means of capacitors (not shown), in particular by equipping with capacitors, such that the resonance frequency, for example in a range from 0.5 MHz to 10 MHz, in particular from 1 MHz to 7 MHz, preferably from 1.5 MHz to 5 MHz, particularly preferably from 2.5 MHz to 4.5 MHz.
  • an excitation signal for example an excitation voltage, in particular the voltage with which excitation coil 116 can be applied, can be set such that it has amplitudes in a range from 0.1 V to 20 V, for example from 0.5 V to 15 V, in particular from 0.7 V to 12 V, preferably from 1 V to 5 V.
  • a current flow in the excitation coil 116 can produce an alternating electromagnetic field which, for example, couples inductively into the at least two receiving coils 120.
  • excitation coil 116 and one of the at least two receiving coils 120 are illustrated in the detail from an exemplary embodiment of a sensor system 110 shown in FIG. 2. As shown, both a first partial area 124 and a second partial area 126 of the receiving coil 120 are arranged within the excitation area 118, for example.
  • the right-hand and left-hand sections 122 for example the partial turns, in particular of the receiving coils 120, preferably configured to suppress, for example, homogeneous magnetic interference fields, in particular their influence on the induced voltages and / or currents in the receiving coils 120.
  • This can be due, for example, to the fact that interference fields in the partial windings induce voltages of different signs, which cancel each other out through the series connection of the receiving coils 120, for example add up to zero.
  • the receiving coils 120 have an essentially identical geometry, the receiving coils 120 being arranged rotated relative to one another about the axis of rotation 112. In particular, as illustrated in FIG. 1, the receiving coils 120 can be arranged rotated relative to one another by an angle x about the axis of rotation 112.
  • the sensor system 110 also has at least one with the
  • the sensor system 110 further has at least one controller 130 for determining the at least one rotational property from signals from the receiving coils 120. Furthermore, the sensor system 110 has at least one diagnostic coil 132. The diagnostic coil 132 is connected to the controller 130. The controller 130 has at least one first sub-controller 134, the first sub-controller 134 being connected to the receiving coils 120 and configured to determine the at least one rotational property of the rotating element. The controller 130 also has at least one second sub-controller 136, the second sub-controller 136 being connected to the at least one diagnostic coil 132 and being set up to generate at least one diagnostic information. For example, connections 138 of the diagnostic coil 132, as illustrated in FIG. 1, can be connected to the controller 130, in particular to the second sub-controller 136, via cable 140. Other types of connections are also possible.
  • the encoder wheel 128 is designed asymmetrically with respect to the axis of rotation 112 such that a projection of the encoder wheel 128 into a plane of the circuit carrier 114 in different angular positions of the rotating element
  • the encoder wheel 128 can, for example, also completely or partially cover the diagnostic coil 132 (not shown in FIGS. 3A to C) in at least one angular position.
  • FIGS. 3A to C the illustration of the second of the at least two receiving coils 120 of the sensor system 110 has been omitted in FIGS. 3A to C.
  • the encoder wheel 128 is shown by way of example in a first angular position.
  • the encoder wheel 128 completely covers the first partial area 124 of the reception coil 120 shown, whereas the second
  • Sub-area 126 of the receiving coil 120 shown is left free.
  • an amount of the signal which is induced by the excitation coil 116 in the receiving coil 120 shown can have a maximum, for example have a maximum positive signal, in particular show a maximum positive voltage.
  • the encoder wheel 128 is shown by way of example in a second angular position.
  • the encoder wheel 128 covers parts of the same size of the first partial area 124 and the second partial area 126 of the one shown
  • the signals induced in the receiving coil 120 can be zero. So you can in the second angular position
  • the encoder wheel 128 is shown by way of example in a third angular position.
  • the encoder wheel 128 completely covers the second partial area 126 of the reception coil 120 shown, whereas the first
  • Sub-area 124 of the receiving coil 120 shown is left free.
  • the magnitude of the signal of the receiving coil 120 assume a maximum, in particular the sign can be exchanged.
  • Receiving coil 120 induced signal in particular the induced voltage, have a maximum negative signal.
  • the two maximum amounts, in particular maximum and minimum, of the signals can be induced in the reception coil 120 shown.
  • diagnostic signals 142 of the at least one diagnostic coil 132 is shown by way of example in the detail from the controller 130, in particular from the second partial controller 136, of the sensor system 110 shown in FIG.
  • the diagnostic signals 142 can, for example, first be filtered using a frequency filter 144.
  • the diagnostic signals 142 can be cleaned by means of the frequency filter 144, for example, of signal components which are not suitable for evaluating the signals, such as so-called noise.
  • the signals 146, in particular the frequency-filtered diagnostic signals 142 can then be connected, for example by a rectifier 148, for example one
  • Diode rectifier rectified.
  • Diode rectifier rectified.
  • alternating signals 146 such as alternating voltages by means of the rectifier 148 into uniform signals 150 such as
  • the signals 150 for example the frequency filtered and rectified
  • Diagnostic signals 142 are fed to a comparator 152, for example.
  • a processing sequence of the diagnostic signals 142 different from the processing sequence shown in FIG. 4 by the frequency filter 144, the rectifier 148 and the comparator 152 is also conceivable.
  • the processing of the diagnostic signals 142 can have any number of further elements or processing modules, such as
  • the processing modules for example the frequency filter 144, the rectifier 148, the comparator 152 and further elements for processing the diagnostic signals 142, can be designed, for example, discretely, in particular individually.
  • the processing modules can be in a plurality of individual elements, in particular separately formed
  • circuit carrier 114 Components on the circuit carrier 114, for example on the
  • the processing modules can also be integrated in a single element, for example together in a single module, and can be arranged on the circuit board 114.
  • the rectified diagnostic signal 142 for example the signal 150, can be directly proportional to a field strength by the rectified diagnostic signal 142, for example the signal 150, can be directly proportional to a field strength by the rectified diagnostic signal 142, for example the signal 150, can be directly proportional to a field strength by the rectified diagnostic signal 142, for example the signal 150, can be directly proportional to a field strength by the rectified diagnostic signal 142, for example the signal 150, can be directly proportional to a field strength by the
  • Excitation coil 116 induced magnetic field for example the
  • the rectified diagnostic signal 142 in particular the signal 150, can for example also be directly proportional to an amplitude of the excitation signal, for example to an amplitude of the voltage exciting the excitation coil 116, in particular to an amplitude of the voltage with which the excitation coil 116 can be applied, for example.
  • the signal 150 can be compared by means of the comparator 152 with a reference value, for example with a target value, so that a preferably binary signal 154 can be obtained.
  • the binary signal 154 in particular that after processing the
  • Diagnostic signals 142 received signal 154 provide information about whether the frequency and / or the amplitude of the excitation signal correspond to an expected value, in particular an expected value.
  • FIG. 5 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for diagnosing an element rotating about at least one axis of rotation 112. The process includes the following steps:

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Es werden ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements sowie ein Verfahren zur Diagnose eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst mindestens einen Schaltungsträger (114), wobei der Schaltungsträger (114) eine Erregerspule (116) und weiterhin mindestens zwei Empfangsspulen (120) trägt, wobei das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens ein mit dem um die Rotationsachse (112) rotierenden Elements verbundenes Geberrad (128) aufweist, wobei das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (130) zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft aus Signalen der Empfangsspulen (120) aufweist, wobei der Schaltungsträger (114) weiterhin mindestens eine Diagnosespule (132) trägt, wobei die Diagnosespule (132) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Diagnoseinformation zu erzeugen.

Description

Beschreibung
Titel
Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines rotierenden Elements
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120-129 beschrieben. Beispielsweise kann eine Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine relativ zu einer Kurbelwelle mit einem Phasengeber mittels eines Hall-Sensors bestimmt werden.
Beispielsweise für eine Realisierung einer Traktion in Elektrofahrzeugen werden häufig entweder Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen verwendet, welche jeweils aus einem ortsfesten Stator und einem sich drehenden Rotor bestehen. Der Stator trägt in der Regel drei, beispielsweise um 120°/p zueinander versetzte Wicklungsstränge, wobei p eine Anzahl von Polpaaren repräsentiert. Bei Asynchronmaschinen besteht der Rotor üblicherweise aus an Enden ringförmig kurzgeschlossenen elektrisch leitfähigen Stäben. Bei einer Drehung eines Rotorfeldes kann so in den Stäben eine Spannung induziert werden, welche einen Stromfluss hervorruft, welcher wiederum ein
Gegenmagnetfeld aufbaut und es zu einer rotatorischen Bewegung kommt. Die induzierte Spannung ist Null, wenn sich Rotorfeld und Stator gleich schnell drehen. Es stellt sich eine Drehzahldifferenz ein, welche als Schlupf bezeichnet wird und welche das Moment des Motors definiert. Bei Synchronmaschinen umfasst der Rotor einen Läufer, welcher eine Erregerspule trägt, in welchem ein Gleichstrom fließt und ein statisches Magnetfeld erzeugt. Alternativ dazu kann ein Permanentmagnet als Rotor verwendet werden. Es handelt sich dann um eine permanent erregte Synchronmaschine, welche aufgrund der leistungslosen Erregung einen höheren Wirkungsgrad aufweist und so für
Traktionsanwendungen geeigneter sein kann. Eine Drehzahl des Rotors kann prinzipbedingt identisch zur Drehzahl eines Erregerfelds sein. Das Drehmoment kann von einem Phasenversatz, also einer Winkeldifferenz zwischen Statorfeld und Rotor, abhängen. Zur Regelung des Moments, Ansteuerung eines Inverters und entsprechender Bereitstellung von Statorspulensignalen muss für
Asynchronmaschinen die Drehzahl des Rotors und für Synchronmaschinen eine Absolutwinkelstellung des Rotors bekannt sein.
Um diese Größen zu ermitteln, wird häufig ein so genannter Resolver verwendet. Bei diesem handelt es sich in der Regel um einen elektromagnetischen
Messumformer, bei dem ein Rotorpaket drehzahlfest auf der Welle des Motors montiert ist. Kreisringförmig umlaufend sind auf einem Stator eine Erregerspule sowie zwei Empfangsspulen montiert. Die Erregerspule wird mit einem
Wechselspannungssignal beaufschlagt und durchsetzt die gesamte Anordnung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld. Drehwinkelabhängig wird nun in der ersten Empfangsspule eine sinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert während in der zweiten Empfangsspule eine cosinusförmig
amplitudenmodulierte Spannung induziert wird. Die komplette Bereitstellung des Erregersignals sowie das Auslesen der Signale werden innerhalb der
Leistungselektronik oder dedizierten Bausteinen innerhalb des Steuergerätes zur Motorregelung realisiert. Damit ist der Resolver für sich betrachtet eine rein passive Komponente und dadurch per Definition ASIL D fähig (ASIL: Automotive Safety Integrity Level). Bei der ASIL- Fähigkeit, die mit den Buchstaben A bis D klassifiziert wird, handelt es sich um eine quantitative Größe, die angibt, welcher Anteil an ungewollten Betriebszuständen des Sensors erkannt wird, also beispielsweise Kurzschlüsse, Unterbrechungen der Spulen, unplausible Signale oder ähnlichen Betriebszuständen. Der Resolver benötigt allerdings in der Regel relativ viel Bauraum, zieht eine komplexe Signalbereitstellung und
Signalaufbereitung nach sich und muss in der Regel mit sehr geringen mechanischen Toleranzen montiert werden, um eine ausreichend hohe
Genauigkeit zu erreichen. Aus diesen Gründen sind die Systemkosten entsprechend hoch. Weiterhin ist es in der Regel nicht möglich, aus Platzgründen auf den Stator des Resolvers ein redundantes Empfangsspulensystem zu montieren, um die Verfügbarkeit des Sensors zu erhöhen. Daraus folgt, dass ein Ausfall des Sensors in vielen Fällen zu einem Ausfall des Fahrzeugs führt. Neben elektromagnetischen Resolvern existierten auch optische Resolver, wie beispielsweise in DE 10 2013 203 937 Al beschrieben, die allerdings neben hohen Kosten in der Regel eine Querempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung aufweisen und demzufolge nicht in jedem Umfeld einsetzbar sind.
Alternativ können auch induktive Absolutwinkelsensoren auf Basis gekoppelter Spulen verwendet werden, wie beispielsweise in DE 10 2016 202 877 B3 beschrieben. Dort wird ein Drehwinkelsensor beschrieben, umfassend ein Statorelement mit einer Sendespule und wenigstens zwei innerhalb der
Sendespule angeordnete Empfangsspulen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Der Drehwinkelsensor umfasst weiterhin ein bezüglich des Statorelements um eine Drehachse drehbar gelagertes Rotorelement, über das die Sendespule mit den wenigstens zwei Empfangsspulen induktiv gekoppelt ist, so dass die induktive Kopplung von einem Drehwinkel zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement abhängig ist und die Sendespule in den wenigstens zwei
Empfangsspulen wenigstens zwei winkelabhängige Wechselspannungen induziert. Das Rotorelement und die wenigstens zwei Empfangsspulen sind derart ausgebildet, dass in den Empfangsspulen eine Wechselspannung induziert wird, deren Amplitude sinusförmig von dem Drehwinkel abhängig ist. Eine technische Herausforderung besteht in der Regel darin, dass für die Realisierung der Sensorfunktion die Bereitstellung des Erregersignals sowie die Auswertung der Empfangsspulensignale aufgrund der hohen Frequenz häufig nicht mehr im Steuergerät realisiert werden können, so dass es in der Regel eines ASICs bedarf, der direkt auf der Leiterplatte platziert wird, die auch die Spulenstrukturen trägt. Neben der eigentlichen Sensorfunktion muss dieser ASIC in vielen Fällen auch einen hohen Diagnoseanteil realisieren und beispielsweise Nebenschlüsse erkennen sowie die Frequenz/Amplitude des Erregersignals überwachen. Zur Erreichung einer ASIL D Fähigkeit werden häufig zwei ASICs mit mindestens einem separatem Empfangsspulensystem eingesetzt und beide Winkelsignale vom Steuergerät verglichen. Dies erhöht die Kosten der Elektronik sowie der Zuleitungen. Weiterhin stellen so genannte Common-Cause- Fehler eine Herausforderung dar, also systematische Fehler beim ASIC Design, die gleichzeitig bei beiden ASICs auftreten können.
Um eine hohe ASIL Klassifikation zu erreichen und Common-Cause- Fehler auszuschließen, kann auch auf zwei diversitäre Sensorkonzepte gesetzt werden. Hier ist es beispielsweise üblich magnetfeldbasierte Drehwinkelsensoren zu verwenden. Dazu wird ein Magnet an einem Rotor angebracht, der sich gegenüber einem als ortsfest angenommenen Magnetfeldsensor dreht. Im einfachsten Fall ist der Magnet diametral magnetisiert, weist also zwei entgegengesetzt magnetisierte Bereiche auf, die jeweils gleich große
Winkelbereiche, beispielsweise jeweils 180°, umfassen und symmetrisch bezüglich der Drehachse angeordnet sind. Die Messung des Magnetfeldvektors erlaubt leicht einen Rückschluss auf den Drehwinkel. Bekannte
Ausführungsformen zur Detektionen des Magnetfeldvektors basieren
beispielsweise auf Hallelementen, wie beispielsweise in EP 0 056 303 A2 beschrieben, sowie anderen Prinzipien wie z.B. GMR, TMR oder AMR. Zur Erhöhung des ASIL Levels werden beispielsweise ein GMR- und ein AMR- Sensor auf einer Leiterplatte oder in einem Gehäuse platziert, die beide den Winkel des gemeinsamen Rotormagneten bestimmen. Naturgemäß reagieren jedoch alle absolut messenden Magnetfeldsensoren in der Regel auch auf externe Magnetfelder, die beispielsweise durch einen Stromfluss von benachbart angeordneten Stromkabeln herrühren. Dies ist zum Beispiel bei elektrischen Maschinen für Traktionsanwendungen der Fall, wo Fremdfelder durch den sich drehenden Rotor der häufig eingesetzten permanent erregten Synchronmaschine sowie durch die entsprechenden Zuleitungen der Statorspulen auftreten. Die Winkelfehler hängen von der Stärke des Fremdfeldes und von der Winkelstellung des Sensors ab. Methoden, um Fremdfelder zu unterdrücken umfassen differenzielle Messungen mit mehr als einem Magnetfeldsensor und Nutzung eines mehrpoligen magnetischem Target. Die Winkelgenauigkeit des Sensors reduziert sich dadurch entsprechend. Weiterhin sind derartige Verfahren in der Regel nur bei geringen oder gradientenfreien Störfeldern wirksam. Außerdem weisen nicht alle magnetbasierten Drehwinkelsensoren eine gleich gute
Genauigkeit auf. Bei Ausfall eines Sensors steht also mitunter nur ein
ungenaueres Signal zur Verfügung.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einem
„Sensorsystem“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige aus einer Mehrzahl von Komponenten bestehende Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen, beispielsweise zu messen. Insbesondere kann das Sensorsystem zur
Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft des rotierenden Elements beispielsweise mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der Rotationseigenschaft erzeugen, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Insbesondere kann das Sensorsystem zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft das mindestens eine elektrische Signal
beispielsweise auch auswerten.
Unter einer„Rotationseigenschaff wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine
Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der
Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition oder eine Winkelstellung, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung oder um eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer„Winkelposition“ oder einer„Winkelstellung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder eines Geberrads des Sensorsystems, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden.
Das Sensorsystem kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Unter einem„rotierenden Elemenf wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden, welches um mindestens eine Achse rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle sein, beispielsweise eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Winkelbeschleunigung einer Nockenwelle oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Größen bestimmt werden. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.
Das Sensorsystem umfasst mindestens einen Schaltungsträger, ein Geberrad und eine Steuerung. Unter einem„Schaltungsträger“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, auf welcher mindestens ein elektrisches Bauelement angeordnet werden kann. Der Schaltungsträger kann flexibel ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Schaltungsträger ein flexibles Material umfassen. Der Schaltungsträger kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Leiterplatte, insbesondere einer Starrflex- Leiterplatte, beispielsweise einer gebogenen Starrflex- Leiterplatte; einer starren Leiterplatte, insbesondere einer starren Leiterplatte mit Einkerbungen; einer Leiterkarte; einer Platine und einer gedruckten Schaltung, insbesondere einem„printed Circuit board“ (PCB). Insbesondere kann der Schaltungsträger beispielsweise auch mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Flächen, beispielsweise Ebenen, aufweisen. So kann der Schaltungsträger beispielsweise aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut sein. Insbesondere mehrere Schichten aufweisen.
Der Schaltungsträger des Sensorsystems trägt eine Erregerspule welche mindestens einen Erregerbereich umschließt. Weiterhin trägt der
Schaltungsträger in dem Erregerbereich mindestens zwei Empfangsspulen. Jede der Empfangsspulen umschließt jeweils mindestens zwei gegensinnig von der jeweiligen Empfangsspule umschlossene, nicht deckungsgleiche Teilbereiche innerhalb des Erregerbereichs.
Unter einer„Spule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden, welches eine Induktivität aufweist und geeignet ist, bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen und/oder umgekehrt. Beispielsweise kann eine Spule mindestens eine vollständige oder teilweise geschlossene Leiterschleife oder Windung umfassen. Unter einer„Erregerspule“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden werden, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Erregerspule kann mindestens eine Erregerwindung aufweisen. Insbesondere kann unter dem Begriff„Erregerbereich“ grundsätzlich ein beliebiger Raum verstanden werden welcher von der Erregerspule umschlossen, beispielsweise begrenzt, wird. Beispielsweise kann der Erregerbereich durch die Erregerwindung,
beispielsweise die mindestens eine Leiterschleife oder Windung der
Erregerspule, umschlossen sein.
Die mindestens zwei Empfangsspulen können insbesondere in dem
Erregerbereich auf dem Schaltungsträger angeordnet sein. Unter einer „Empfangsspule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Spule verstanden, welche eingerichtet ist, aufgrund einer induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfangsspule ein Signal zu erzeugen, welches abhängig ist von der induktiven Kopplung. Insbesondere kann die
Empfangsspule mindestens eine Empfangswindung aufweisen. Weiterhin kann die Empfangsspule beispielsweise mindestens zwei Teilbereiche umschließen. Unter dem Begriff„Teilbereich“ kann grundsätzlich ein beliebiger Raum verstanden werden welcher von mindestens einem Teil der Empfangswindung umschlossen wird. Beispielsweise kann die Empfangsspule mindestens zwei gegensinnig nicht deckungsgleiche Teilbereiche aufweisen. Unter
„gegensinnigen Teilbereichen“ wird dabei in Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden, dass die mindestens zwei Teilbereiche der
Empfangsspule von mindestens zwei sich in ihrer Orientierung unterscheidenden Teilen der Empfangswindung umschlossen werden. Insbesondere kann dabei der erste Teilbereich von einem im Uhrzeigersinn orientierten ersten Teil der Empfangswindung umschlossen sein, wohingegen der zweite Teilbereich von einem gegen den Uhrzeigersinn orientierten zweiten Teil der Empfangswindung umschlossen sein kann, oder umgekehrt.
Insbesondere weisen die mindestens zwei Empfangsspulen eine im
Wesentlichen identische Geometrie auf. Unter dem Begriff„im Wesentlichen identische Geometrie“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden, dass sich die Form, insbesondere die Kontur, der beschriebenen Bauelemente ähnelt. Insbesondere kann die Form der im Wesentlichen identischen Geometrie der Bauelemente um einen Wert von 0 % bis 50 %, bevorzugt von 0 % bis 30 %, mehr bevorzugt von 0 % bis 20 %, besonders bevorzugt von 0 % bis 5 % variieren.
Weiterhin sind die mindestens zwei Empfangsspulen relativ zueinander um die Rotationsachse, insbesondere um die Rotationsachse des rotierenden Elements, verdreht angeordnet. Beispielsweise können die mindestens zwei
Empfangsspulen um einen Winkel x zueinander verdreht angeordnet sein.
Insbesondere kann sich der Winkel x der um die Rotationsachse des rotierenden
Elements zueinander verdreht angeordneten Empfangsspulen aus einer Anzahl m der Empfangsspulen und einem Messbereich ß ergeben. Beispielsweise kann der Winkel x durch folgende Berechnungsvorschriften ermittelbar sein: für m = 2 (1)
Figure imgf000010_0001
und
für m > 2. (2)
Figure imgf000010_0002
So ergibt sich beispielsweise für zwei Empfangsspulen, insbesondere für m = 2, in Verbindung mit einem beispielshaften Messbereich von ß = 360°, der Winkel x um den die beiden Empfangsspulen zueinander verdreht angeordnet sind, zu x = 90°.
Insbesondere kann beispielsweise der Messbereich ß von einer Anzahl n von rechts- und linkslaufenden Teilwindungen abhängig sein. Beispielsweise kann der Messbereich ß durch folgende Berechnungsvorschrift ermittelbar sein:
Figure imgf000010_0003
Das Sensorsystem weist mindestens ein mit dem um die Rotationsachse rotierenden Element verbundenes Geberrad auf. Unter einem„Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, das eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere eine Magnetfeldänderung, zu bewirken. Das Geberrad kann beispielsweise permanent oder reversibel mit dem rotierenden Elements verbunden oder verbindbar sein oder kann auch einstückig mit dem rotierenden Element ausgebildet oder in das rotierende Element integriert sein. Insbesondere kann das Geberrad, beispielsweise aus Konstruktionsgründen, auch von einem Element, beispielsweise von einem ein andersartiges Material aufweisendes Element, zumindest teilweise umgeben und/oder mit diesem verbunden sein. Insbesondere kann das Geberrad beispielsweise zur Vermeidung von asymmetrisch wirkenden Kräften, wie beispielsweise einer Unwucht, zumindest teilweise mit einem Ausgleichselement verbunden sein. So kann das
Ausgleichselement beispielsweise mit dem Geberrad verbunden sein und/oder das Geberrad zumindest teilweise umgeben, um eine Asymmetrie,
beispielsweise bezüglich der Rotationsachse des rotierenden Elements, auszugleichen. Das Geberrad kann ein Geberradprofil aufweisen. Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung einer Kontur des Geberrads verstanden werden, insbesondere eine Geometrie, beispielsweise eine äußere Form.
Das Geberrad ist derart asymmetrisch zur Rotationsachse ausgebildet, dass eine Projektion des Geberrads in eine Ebene des Schaltungsträgers in
unterschiedlichen Winkelstellungen des rotierenden Elements unterschiedliche Bereiche der Empfangsspulen überdeckt. Insbesondere kann eine Projektion, beispielsweise eine Abbildung eines Umrisses oder einer Kontur, des Geberrads in die Ebene des Schaltungsträgers, beispielsweise in eine parallel zu einer Oberfläche des Schaltungsträgers angeordnete Ebene, in mindestens einer Winkelstellung die jeweils mindestens zwei Teilbereiche der Empfangsspulen ganz oder teilweise überdecken oder abzuschatten. Beispielsweise kann das Geberrad derart ausgebildet sein, dass das Geberrad ein asymmetrisch zur Rotationsachse angeordnetes Kreissegment aufweist. So kann das Geberrad beispielsweise in Form eines Halbkreises ausgebildet sein, wodurch die
Projektion des Geberrads in eine Ebene des Schaltungsträgers beispielsweise einen halbkreisförmigen Bereich der Empfangsspulen überdeckt.
Das Sensorsystem umfasst weiterhin mindestens eine Steuerung zur
Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft aus Signalen der Empfangsspulen. Unter einer„Steuerung“ kann dabei allgemein eine
elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um von den Empfangsspulen generierte Signale, insbesondere Spannungssignale und/oder Stromsignale, auszuwerten und daraus die mindestens eine
Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Beispielsweise können zur Übertragung der Signale ein oder mehrere elektronische
Verbindungen zwischen der Steuerung und den weitere Komponenten des Sensorsystems vorgesehen sein. Die Steuerung kann insbesondere eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige
Datenspeicher aufweisen. Die Steuerung, insbesondere die
Datenverarbeitungsvorrichtung, kann beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein, um ein oder mehrere Komponenten des Sensorsystems anzusteuern. Die Steuerung kann beispielsweise weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, insbesondere eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittsteile wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe- Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuerung kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere
Ausgestaltungen sind denkbar.
Weiterhin trägt der Schaltungsträger mindestens eine Diagnosespule. Die Diagnosespule ist mit der Steuerung verbunden. Die Steuerung weist
insbesondere eine erste Teilsteuerung auf, wobei die erste Teilsteuerung mit den Empfangsspulen verbunden ist und eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Weiterhin weist die Steuerung mindestens eine zweite Teilsteuerung auf, wobei die zweite Teilsteuerung mit der mindestens einen Diagnosespule verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens eine Diagnoseinformation zu erzeugen.
Unter einer„Diagnosespule“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebig ausgeformte Spule verstanden, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Signal zu erzeugen, welches zu einer Auswertung mindestens einer Information geeignet ist. Beispielsweise kann die
Diagnosespule das Signal erzeugen zur Auswertung der Diagnoseinformation, beispielsweise einer Funktionsfähigkeit des Sensorsystems, eine Unversehrtheit von Komponenten des Sensorsystems, insbesondere eine Funktionsfähigkeit der Erregerspule, beispielweise eine korrekte Ansteuerung der Erregerspule. So kann die Diagnosespule beispielsweise eine Diagnose- und/oder
Überwachungsfunktion übernehmen. Insbesondere kann die Diagnosespule beispielsweise mindestens eine Windung aufweisen, wobei die Windung vorzugsweise lediglich eine Orientierung aufweist. So kann die Diagnosespule beispielsweise mindestens eine Windung aufweisen, welche beispielsweise entweder rechtsgekrümmt oder linksgekrümmt sein kann. Insbesondere kann die Diagnosespule auch eine Mehrzahl von Windungen aufweisen, beispielsweise eine in mehreren Ebenen des Schaltungsträgers angeordnete Mehrzahl von Windungen.
Insbesondere kann die mindestens eine Diagnosespule außerhalb des
Erregerbereichs angeordnet sein. So kann die Diagnosespule beispielsweise außerhalb des von der Erregerspule umschlossenen Bereichs angeordnet sein.
Alternativ kann die mindestens eine Diagnosespule auch innerhalb des
Erregerbereichs angeordnet sein. So kann die Diagnosespule beispielsweise zusammen mit den mindestens zwei Empfangsspulen innerhalb des von der Erregerspule umschlossenen Bereichs angeordnet sein.
Die Projektion des Geberrads in die Ebene des Schaltungsträgers kann beispielsweise die Diagnosespule zumindest teilweise überdecken.
Vorzugsweise kann die Projektion des Geberrads in die Ebene des
Schaltungsträgers die Diagnosespule beispielsweise in jeder Winkelstellung des rotierenden Elements zumindest teilweise überdecken.
Die Rotationseigenschaft kann beispielsweise mindestens eine Information umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Vorhandensein des Geberrads; einem Nichtvorhandensein des Geberrads; einer korrekten Funktion der ersten Teilsteuerung; einer korrekten Funktion der Erregerspule; einer korrekten Funktion der Empfangsspulen.
Insbesondere können die erste Teilsteuerung und die zweite Teilsteuerung der Steuerung getrennt voneinander ausgebildet sein. So können die erste
Teilsteuerung und die zweite Teilsteuerung beispielsweise separat voneinander ausgeführt sein. Insbesondere kann die erste Teilsteuerung beispielsweise elektrisch und/oder räumlich getrennt von der zweiten Teilsteuerung ausgeführt sein.
Das Sensorsystem kann insbesondere mindestens zwei Diagnosespulen aufweisen. Beispielsweise können die mindestens zwei Diagnosespulen nicht deckungsgleich zueinander auf dem Schaltungsträger ausgebildet sein. Insbesondere können die Diagnosespulen beispielsweise überlappend angeordnet sein.
Die Diagnosespulen können weiterhin beispielsweise eine im Wesentlichen identische Geometrie aufweisen. Bezüglich des Begriffs„im Wesentlichen identische Geometrie“ wird auf die obige Definition verwiesen. Insbesondere kann sich die Form der mindestens zwei Diagnosespulen ähneln.
Weiterhin können die Diagnosespulen um die Rotationsachse gedreht zueinander auf dem Schaltungsträger aufgenommen sein. Insbesondere können die Diagnosespulen beispielsweise in radialer Richtung zueinander verdreht um die Rotationsachse angeordnet sein.
Weiterhin können die Diagnosespulen jeweils im Wesentlichen in Form eines Kreisring-Segments ausgebildet sein. Die Kreisring-Segmente der
Diagnosespulen können beispielsweise im Wesentlichen einen identischen Radius aufweisen und konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet sein. Insbesondere können die Kreisring-Segmente um die Rotationsachse
gegeneinander verdreht sein. So können die Diagnosespulen beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen die Form eines Ausschnitts aus einem Kreisring ausbilden. Insbesondere können die derart geformten mindestens zwei Diagnosespulen beispielsweise einen im Wesentlichen identischen Radius aufweisen. Weiterhin kann eine konzentrische Anordnung der Diagnosespulen um die die Rotationsachse möglich sein, insbesondere eine in radialer Richtung gegeneinander verdrehte konzentrische Anordnung der Diagnosespulen.
Die Diagnosespulen können insbesondere in Reihe geschaltet sein.
Beispielsweise können die Diagnosespulen derart hintereinander geschaltet sein, dass die elektrische Verbindung der mindestens zwei Diagnosespulen keine Abzweigung aufweist. So können die in Reihe geschalteten Diagnosespulen beispielsweise einen einzigen Strompfad bilden. Insbesondere kann die
Steuerung derart eingerichtet sein, um ein Diagnosesignal der in Reihe geschalteten Diagnosespulen auszuwerten. Insbesondere kann die erste Teilsteuerung beispielsweise in einem
anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die zweite Teilsteuerung außerhalb des ASIC ausgebildet sein.
Die Steuerung kann eingerichtet sein, um das Diagnosesignal mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen. So kann die Steuerung, insbesondere die zweite Teilsteuerung, beispielsweise eingerichtet sein, um das Diagnosesignal mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen, insbesondere mittels mindestens eines Komparators. Insbesondere kann das Diagnosesignal, beispielsweise in Form einer Spannung oder eines Stroms, mit dem mindestens einen Schwellwert verglichen werden.
Die Steuerung kann dabei eingerichtet sein, um aus dem Vergleich,
beispielsweise aus dem Vergleich des Diagnosesignals mit dem mindestens einen Schwellwert, auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Geberrads zu schließen.
Die Steuerung, insbesondere die zweite Teilsteuerung, kann beispielsweise mindestens einen Gleichrichter zur Gleichrichtung mindestens eines Signals der Diagnosespule aufweisen. Unter einem„Gleichrichter“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Modul zur Umwandlung von wechselförmigen Signalen in gleichförmige Signale verstanden. Der Gleichrichter kann insbesondere eine elektronische Schaltung oder ein elektronisches Modul umfassen, welches eingerichtet ist, um ein Signal, beispielsweise das
mindestens eine Signal der Diagnosespule, gleichzurichten, insbesondere von einer wechselförmigen Signalform in eine gleichförmige Signalform
umzuwandeln, beispielsweise von einer Wechselspannung in eine
Gleichspannung.
Die Steuerung, insbesondere die zweite Teilsteuerung, kann mindestens einen Frequenzfilter zur Filterung mindestens eines Signals der Diagnosespule aufweisen, insbesondere einen vorgeschalteten Frequenzfilter. Unter einem „Frequenzfilter“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Modul zur Umwandlung von Signalen abhängig von deren Frequenz verstanden. Der Frequenzfilter kann insbesondere eine elektronische Schaltung oder ein elektronisches Modul aufweisen, welches eingerichtet ist, um ein Signal, beispielweise das mindestens eine Signal der Diagnosespule, insbesondere eine Amplitude und/oder eine Phasenlage des Signals, abhängig von der Frequenz des Signals zu verändern. Insbesondere können mittels des Frequenzfilters beispielsweise unerwünschte Signalanteile abgeschwächt und/oder unterdrückt werden.
Beispielsweise kann der Frequenzfilter ein RC-Glied aufweisen, beispielsweise eine elektrische Schaltung welche einen ohmschen Widerstand R und einen Kondensator C aufweist. Insbesondere kann der ein RC-Glied aufweisende Frequenzfilter beispielsweise als Hochpassfilter ausgeführt sein. So kann eine Grenzfrequenz fg des als Hochpassfilter ausgeführten Frequenzfilters
beispielsweise durch folgenden Berechnungsvorschrift bestimmbar sein:
Figure imgf000016_0001
Insbesondere kann die Steuerung, insbesondere die zweite Teilsteuerung, beispielsweise sowohl den Gleichrichter als auch den Frequenzfilter aufweisen. So kann beispielsweise die zweite Teilsteuerung eingerichtet sein, um das Signal der Diagnosespule zuerst mittels des Frequenzfilters und anschließend mit Hilfe des Gleichrichters umzuwandeln. Beispielsweise kann im Anschluss das Signal dem Komparator zugeführt werden, um das Signal beispielsweise mit einem Schwellwert, insbesondere einem Referenzwert, zu vergleichen.
Die Steuerung kann insbesondere eingerichtet sein, um die Erregerspule mit einem periodischen Erregersignal mit einer Erregerfrequenz zu beaufschlagen. So kann die Steuerung beispielsweise eingerichtet sein, um die Erregerspule mit dem periodischen Erregersignal, beispielsweise einem nicht konstanten, aber sich regelmäßig wiederholenden Signal, insbesondere mit einer periodisch variierenden elektrischen Spannung, zu beaufschlagen. Wie oben erläutert, kann die Erregerspule eingerichtet sein, um bei Anlegen eines Signals, beispielsweise einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms, einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Insbesondere kann der Frequenzfilter beispielsweise eingerichtet sein, um Signale mit der Erregerfrequenz,
beispielsweise der Erregerfrequenz mit welcher die Erregerspule beaufschlagt werden kann, passieren zu lassen. So kann der Frequenzfilter zum Beispiel eingerichtet sein, um ein in der Diagnosespule induziertes Signal welches die Erregerfrequenz aufweist passieren lassen.
Die Steuerung, insbesondere die zweite Teilsteuerung, kann eingerichtet sein, um aus dem Signal der Diagnosespule auf eine Drehung des Geberrads zu schließen.
Weiterhin können die Empfangsspulen jeweils Wicklungen in Form einer 8 aufweisen. Insbesondere können die Windungen der Empfangsspulen, beispielsweise die Empfangswindungen, eine Geometrie einer 8 oder eines Unendlich-Zeichens °° aufweisen.
Insbesondere können die Teilbereiche der Empfangsspulen jeweils im
Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Rotationsachse durch die Rotationsachse verlaufende Symmetrieachse angeordnet sein, wobei die Symmetrieachsen der Empfangsspulen beispielsweise gegeneinander um die Rotationsachse verdreht sein können.
Das Geberrad kann im Wesentlichen Kreissegment-förmig ausgebildet sein, mit einem Zentrum des Kreissegments auf der Rotationsachse. Beispielsweise kann das Geberrad halbkreisförmig ausgestaltet sein. So kann das Geberrad insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sein, dass ein Mittelpunkt des Kreissegments mit der Rotationsachse des rotierenden Elements zusammenfällt. Beispielsweise kann es sich bei dem Zentrum insbesondere um eine Achse oder ein Mittelpunkt handeln von dem aus der Radius, welcher das Kreissegment charakterisiert, gemessen werden kann. Zum Beispiel kann das oben definierte Geberradprofil beispielsweise einen Teilkreis, vorzugsweise einen Halbkreis, aufweisen.
Insbesondere kann eine Projektion des Geberrads in die Ebene des
Schaltungsträgers in mindestens einer Winkelstellung des rotierenden Elements die Diagnosespule zumindest teilweise überdecken. Insbesondere kann eine Projektion, beispielsweise eine Abbildung eines Umrisses oder einer Kontur, des Geberrads in die Ebene des Schaltungsträgers in mindestens einer
Winkelstellung oder Winkelposition des rotierenden Elements die mindestens eine Diagnosespule zumindest teilweise überdecken oder abschatten. Weiterhin können die Teilbereiche der Empfangsspulen insbesondere im
Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse senkrecht zur Rotationsachse ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich können die Teilbereiche, insbesondere die Teilbereiche der Empfangsspulen, weiterhin beispielsweise im Wesentlichen halbkreisförmig ausgestaltet sein. Wohingegen der Erregerbereich, insbesondere der
Erregerbereich der Erregerspulen, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig ausgestaltet sein kann.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere Verfahrensschritte aufweisen. Die
Verfahrensschritte sind:
I. Bereitstellung mindestens eines Sensorsystems;
II. Auswertung mindestens eines Diagnosesignals der mindestens einen Diagnosespule, wobei bei der Auswertung mindestens eine
Diagnoseinformation gewonnen wird.
Bei dem in Verfahrensschritt I. bereitgestellten Sensorsystem handelt es sich dabei um ein Sensorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen des Sensorsystems.
Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Com puter- Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt. Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer- Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode- Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein. Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder
Computer- Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner
Ausgestaltungen ausführen kann. Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das
erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer- Netzwerk ausgeführt wird. Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes
Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder
Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann ein separates Signal, welches beispielsweise Auskunft über den Zustand des Erregerfeldes gibt bereitgestellt werden. Dabei kann es beispielsweise möglich sein, dass das separate Signal insbesondere Aufklärung oder Informationen über eine Funktionsfähigkeit des Sensorsystems liefert.
Beispielsweise kann die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren geeignet sein, insbesondere in der Lage sein, zu erkennen, ob beispielsweise die Erregerspule des Sensorsystems, zum Beispiel die
Erregerspule eines induktiven Positionssensors auf Basis gekoppelter Spulen, in gewünschter, insbesondere korrekter, Frequenz und Amplitude schwingt sowie zum Beispiel ein ausreichend hohes Feld zur Kopplung in die Empfangsspulen bereitstellt. Insbesondere kann die vorgeschlagene Vorrichtung beispielsweise eine binäre Information über ihre eigene Funktionsfähigkeit, insbesondere über den Betrieb, zur Verfügung stellen, insbesondere liefern.
Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren die funktionale Sicherheit erhöhen. Zudem kann beispielsweise auf eine redundante Ausführung verzichtet werden. Insbesondere kann beispielsweise im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen und
Verfahren auf weitere, insbesondere mindestens einen zweiten,
anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) verzichtet werden.
Dadurch können beispielsweise die Systemkosten im Vergleich zu
herkömmlichen Vorrichtungen gesenkt werden.
Insbesondere können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren elektromagnetisch verträglicher sein als herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen. Beispielsweise ist es möglich, dass das in der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren verwendete Messprinzip beispielsweise keinen Einfluss von Fremdmagnetfeldern, beispielsweise in Folge von hohen Strömen innerhalb von Kabeln, die in Systemnähe angeordnet sind, zeigt. Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren und
Vorrichtungen kostengünstiger sein. Insbesondere werden keine teuren Magnete benötigt. Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das
vorgeschlagene Verfahren beispielsweise vielseitiger einsetzbar sein als herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen. Insbesondere können das erfindungsgemäße Sensorsystem und das Verfahren beispielsweise für jegliche Positionierung geeignet sein und nicht auf Rotorlageanwendungen beschränkt sein. Weiterhin können die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise weniger Bauraum benötigen als bekannte Verfahren und Vorrichtungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensorsystems in einer Vorderansicht;
Figur 2 ein Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer Vorderansicht;
Figuren 3A bis C Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
Sensorsystems in unterschiedlichen Winkelstellungen des Geberrads in Vorderansicht;
Figur 4 einen Ausschnitt aus einer Steuerung eines
erfindungsgemäßen Sensorsystems;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 110 zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine
Rotationsachse 112 rotierenden Elements gezeigt. Das Sensorsystem 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Antriebssystem, eingerichtet sein. Insbesondere kann das Sensorsystem 110 zur Erfassung mindestens einer Rotationseigenschaft einer eines Rotors eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Sensorsystem 110 eingerichtet sein, eine
Winkelposition eine Drehzahl oder eine Drehrichtung des Rotors zu erfassen. Dementsprechend kann es sich bei dem rotierenden Element beispielsweise um eine Welle, insbesondere um eine mit dem Rotor verbundene Welle handeln.
Das Sensorsystem 110 umfasst mindestens einen Schaltungsträger 114. Der Schaltungsträger 114 trägt eine Erregerspule 116, wobei die Erregerspule 116 mindestens einen Erregerbereich 118 umschließt. Der Schaltungsträger 114 trägt in dem Erregerbereich 118 weiterhin mindestens zwei Empfangsspulen 120, wobei jede der Empfangsspulen 120 jeweils mindestens zwei gegensinnig von der jeweiligen Empfangsspule 120 umschlossene, nicht deckungsgleiche
Teilbereiche 122 innerhalb des Erregerbereichs 118 umschließen. Insbesondere können die Teilbereiche 122 der Empfangsspulen 120 jeweils im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Rotationsachse 112 durch die Rotationsachse 112 verlaufende Symmetrieachse 123 angeordnet sein, wobei die Symmetrieachsen 123 der Empfangsspulen 120 beispielsweise
gegeneinander um die Rotationsachse 112 verdreht sein können.
Insbesondere kann beispielsweise auf dem Schaltungsträger 114, insbesondere einer Leiterplatte, beispielsweise einer Sensorleiterplatte, die Erregerspule 116, beispielsweise eine Sendespule, angeordnet sein, beispielsweise integriert. Die Erregerspule 116 kann, beispielsweise um eine Erhöhung der Induktivität insbesondere zu bewirken, mit mehreren Windungen in einer oder mehreren Ebenen des Schaltungsträgers 114, beispielsweise der Sensorleiterplatte, ausgestaltet sein, insbesondere realisiert sein. Insbesondere kann die
Erregerspule 116 beispielsweise ein frequenzbestimmendes Element eines LC Oszillators sein, dessen Resonanzfrequenz beispielsweise durch Auslegung der Erregerspule 116 und/oder beispielsweise mittels Kondensatoren (nicht dargestellt), insbesondere durch eine Bestückung mit Kondensatoren, derart eingestellt, insbesondere gewählt, werden kann, dass die Resonanzfrequenz beispielsweise in einem Bereich liegt von 0,5 MHz bis 10 MHz, insbesondere von 1 MHz bis 7 MHz, vorzugsweise von 1,5 MHz bis 5 MHz, besonders bevorzugt von 2,5 MHz bis 4,5 MHz. Beispielsweise kann ein Erregersignal, beispielsweise eine erregende Spannung, insbesondere die Spannung mit der die Erregerspule 116 beispielsweise beaufschlagt werden kann, derart eingestellt sein, dass sie Amplituden aufweist in einem Bereich von 0,1 V bis 20 V, beispielsweise von 0,5 V bis 15 V, insbesondere von 0,7 V bis 12 V, vorzugsweise von 1 V bis 5 V. Insbesondere kann durch einen Stromfluss in der Erregerspule 116 ein elektromagnetisches Wechselfeld entstehen, welches beispielsweise induktiv in die mindestens zwei Empfangsspulen 120 koppelt.
Zur besseren Übersicht, sind in dem in Figur 2 gezeigten Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems 110 nur die Erregerspule 116 und eine der mindestens zwei Empfangsspulen 120 illustriert. Wie dargestellt, sind beispielsweise sowohl ein erster Teilbereich 124 als auch ein zweiter Teilbereich 126 der Empfangsspule 120 innerhalb des Erregerbereichs 118 angeordnet.
Beispielsweise können die rechts- und linkslaufenden Teilbereiche 122, beispielsweise die Teilwindungen, insbesondere der Empfangsspulen 120, vorzugsweise eingerichtet sein, um zum Beispiel homogene magnetische Störfelder, insbesondere deren Einfluss auf die induzierten Spannungen und/oder Ströme in den Empfangsspulen 120, zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass Störfelder in den Teilwindungen Spannungen unterschiedlichen Vorzeichens induzieren, die sich durch die Reihenschaltung der Empfangsspulen 120 gegenseitig auslöschen, beispielsweise zu Null addieren.
Die Empfangsspulen 120 weisen eine im Wesentlichen identische Geometrie auf, wobei die Empfangsspulen 120 relativ zueinander um die Rotationsachse 112 verdreht angeordnet sind. Insbesondere können die Empfangsspulen 120, wie in Figur 1 illustriert, um einen Winkel x um die Rotationsachse 112 verdreht zueinander angeordnet sein.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin mindestens ein mit dem um die
Rotationsachse 112 rotierenden Element verbundenes Geberrad 128 auf, welches in den Figuren 3A bis C dargestellt ist. In Figur 1 wurde aus
Übersichtsgründen auf die Darstellung des Geberrads 128 verzichtet.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin mindestens eine Steuerung 130 zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft aus Signalen der Empfangsspulen 120 auf. Weiterhin weist das Sensorsystem 110 mindestens eine Diagnosespule 132 auf. Die Diagnosespule 132 ist mit der Steuerung 130 verbunden. Die Steuerung 130 weist mindestens eine erste Teilsteuerung 134 auf, wobei die erste Teilsteuerung 134 mit den Empfangsspulen 120 verbunden ist und eingerichtet ist, um die mindestens eine Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen. Die Steuerung 130 weist weiterhin mindestens eine zweite Teilsteuerung 136 auf, wobei die zweite Teilsteuerung 136 mit der mindestens einen Diagnosespule 132 verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens eine Diagnoseinformation zu erzeugen. Beispielsweise können Anschlüsse 138 der Diagnosespule 132, wie in Figur 1 illustriert, über Kabel 140 mit der Steuerung 130, insbesondere mit der zweiten Teilsteuerung 136, verbunden sein. Andere Verbindungsarten sind ebenfalls möglich.
Das Geberrad 128 ist derart asymmetrisch zur Rotationsachse 112 ausgebildet, dass eine Projektion des Geberrads 128 in eine Ebene des Schaltungsträgers 114 in unterschiedlichen Winkelstellungen des rotierenden Elements
unterschiedliche Bereiche der Empfangsspulen 120 überdeckt, wie insbesondere in den Figuren 3A bis C gezeigt ist. Insbesondere kann das Geberrad 128 beispielsweise auch die in den Figuren 3A bis C nicht dargestellte Diagnosespule 132 in mindestens einer Winkelstellung ganz oder teilweise überdecken.
Zur Einfachheit der Darstellung wurde in den Figuren 3A bis C auf die Illustration der zweiten der mindestens zwei Empfangsspulen 120 des Sensorsystems 110 verzichtet.
In Figur 3A ist das Geberrad 128 beispielhaft in einer ersten Winkelstellung gezeigt. Das Geberrad 128 deckt hierbei den ersten Teilbereich 124 der dargestellten Empfangsspule 120 vollständig ab, wohingegen der zweite
Teilbereich 126 der dargestellten Empfangsspule 120 freigelassen wird.
Insbesondere kann in dieser ersten Winkelstellung beispielsweise ein Betrag des Signals, welches durch die Erregerspule 116 in der gezeigten Empfangsspule 120 induziert wird, ein Maximum einnehmen, beispielsweise ein maximal positives Signal aufweisen, insbesondere eine maximal positive Spannung zeigen.
In Figur 3B ist das Geberrad 128 beispielhaft in einer zweiten Winkelstellung gezeigt. Das Geberrad 128 deckt hierbei jeweils gleich große Teile des ersten Teilbereichs 124 und des zweiten Teilbereichs 126 der dargestellten
Empfangsspule 120 ab. Insbesondere können in dieser zweiten Winkelstellung die in der Empfangsspule 120 induzierten Signale, beispielsweise die induzierten Spannungen, Null sein. So können sich in der zweiten Winkelstellung
insbesondere die im ersten Teilbereich 124 induzierten Signale und die im zweiten Teilbereich 126 induzierten Signale, beispielsweise Spannungen, genau aufheben, insbesondere derart überlagern, dass ihre Summe Null ergibt.
In Figur 3C ist das Geberrad 128 beispielhaft in einer dritten Winkelstellung gezeigt. Das Geberrad 128 deckt hierbei den zweiten Teilbereich 126 der dargestellten Empfangsspule 120 vollständig ab, wohingegen der erste
Teilbereich 124 der dargestellten Empfangsspule 120 freigelassen wird.
Insbesondere kann in dieser dritten Winkelstellung, ähnlich wie in der in Figur 3A gezeigten ersten Winkelstellung, der Betrag des Signals der Empfangsspule 120 ein Maximum einnehmen, wobei insbesondere das Vorzeichen getauscht sein kann. Beispielsweise kann das in der dritten Winkelstellung in der
Empfangsspule 120 induzierte Signal, insbesondere die induzierte Spannung, ein maximal negatives Signal aufweisen. Insbesondere können in den beiden in den Figuren 3A und 3C illustrierten Winkelstellungen des Geberrads 128 die beiden maximalen Beträge, insbesondere Maximum und Minimum, der Signale in der dargestellten Empfangsspule 120 induziert werden.
In dem in Figur 4 gezeigten Ausschnitt aus der Steuerung 130, insbesondere aus der zweiten Teilsteuerung 136, des Sensorsystems 110 ist beispielhaft eine Verarbeitung von Diagnosesignalen 142 der mindestens einen Diagnosespule 132 dargestellt. Insbesondere können die Diagnosesignale 142 beispielsweise zuerst mit Hilfe eines Frequenzfilters 144 gefiltert werden. Insbesondere können die Diagnosesignale 142 mittels des Frequenzfilters 144 beispielsweise von Signal- Bestandteilen bereinigt werden, welche sich nicht für die Auswertung der Signale eignen, wie beispielsweise von sogenanntem Rauschen. Im Anschluss können die Signale 146, insbesondere die frequenzgefilterten Diagnosesignale 142, beispielsweise durch einen Gleichrichter 148, beispielsweise einen
Diodengleichrichter, gleichgerichtet werden. Insbesondere können
wechselförmige Signale 146 wie beispielsweise Wechselspannungen mittels des Gleichrichters 148 in gleichförmige Signale 150, wie beispielsweise
Gleichspannungen, umgewandelt werden. Beispielsweise können die Signale 150, beispielsweise die frequenzgefilterten und gleichgerichteten
Diagnosesignale 142, insbesondere mit mindestens einem Schwellwert verglichen werden, beispielsweise einem Komparator 152 zugeführt werden.
Auch andere Bearbeitungen der Diagnosesignale 142 sind möglich.
Insbesondere ist eine von der in Figur 4 gezeigten Bearbeitungsreihenfolge verschiedene Bearbeitungsreihenfolge der Diagnosesignale 142 durch den Frequenzfilter 144, den Gleichrichter 148 und den Komparator 152 ebenfalls denkbar. Zudem kann die Verarbeitung der Diagnosesignale 142 eine beliebige Anzahl weiterer Elemente oder Bearbeitungs-Module aufweisen, wie
beispielsweise hier nicht dargestellte Glättungskondensatoren. Insbesondere können die Bearbeitungs-Module, beispielsweise der Frequenzfilter 144, der Gleichrichter 148, der Komparator 152 und weitere Elemente zur Bearbeitung der Diagnosesignale 142, beispielsweise diskret, insbesondere einzeln, ausgebildet sein. So können die Bearbeitungs-Module beispielsweise in einer Mehrzahl von einzelnen Elementen, insbesondere getrennt voneinander ausgebildeten
Bausteinen, auf dem Schaltungsträger 114, beispielsweise auf der
Sensorleiterplatte, angeordnet sein. Alternativ können die Bearbeitungs-Module auch integriert in einem einzigen Element, beispielsweise zusammen in einem einzigen Baustein, realisiert sein und auf dem Schaltungsträger 114 angeordnet sein.
Insbesondere kann das gleichgerichtete Diagnosesignal 142, beispielsweise das Signal 150, direkt proportional sein zu einer Feldstärke des durch die
Erregerspule 116 induzierten magnetischen Feldes, beispielsweise des
Erregerfeldes. So kann das gleichgerichtete Diagnosesignal 142, insbesondere das Signal 150, beispielsweise auch direkt proportional sein zu einer Amplitude des Erregersignals, beispielsweise zu einer Amplitude der die Erregerspule 116 erregende Spannung, insbesondere zu einer Amplitude der Spannung mit der die Erregerspule 116 beispielsweise beaufschlagt werden kann. Beispielsweise kann das Signal 150 mittels des Komparators 152 mit einem Referenzwert, beispielsweise mit einem Sollwert, verglichen werden, so dass ein vorzugsweise binäres Signal 154 erhalten werden kann. Insbesondere kann das binäre Signal 154, insbesondere das nach erfindungsgemäßer Verarbeitung der
Diagnosesignale 142 erhaltene Signal 154, beispielsweise eine Auskunft darüber liefern, ob die Frequenz und/oder die Amplitude des Erregersignals einem Erwartungswert, insbesondere einem erwartbaren Wert, entsprechen.
In Figur 5 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Diagnose eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements gezeigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
I. (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 156) Bereitstellung mindestens eines Sensorsystems 110;
II. (gekennzeichnet mit Bezugszeichen 158) Auswertung mindestens eines Diagnosesignals 142 der mindestens einen Diagnosespule 132, wobei bei der Auswertung mindestens eine Diagnoseinformation gewonnen wird.

Claims

Ansprüche
1. Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, umfassend mindestens einen Schaltungsträger (114), wobei der
Schaltungsträger (114) eine Erregerspule (116) trägt, wobei die Erregerspule (116) mindestens einen Erregerbereich (118) umschließt, wobei der
Schaltungsträger (114) in dem Erregerbereich (118) weiterhin mindestens zwei Empfangsspulen (120) trägt, wobei jede der Empfangsspulen (120) jeweils mindestens zwei gegensinnig von der jeweiligen Empfangsspule (120) umschlossene, nicht deckungsgleiche Teilbereiche (122) innerhalb des Erregerbereichs (118) umschließen, wobei die Empfangsspulen (120) eine im Wesentlichen identische Geometrie aufweisen, wobei die Empfangsspulen (120) relativ zueinander um die Rotationsachse (112) verdreht angeordnet sind, wobei das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens ein mit dem um die Rotationsachse (112) rotierenden Elements verbundenes Geberrad (128) aufweist, wobei das Geberrad (128) derart asymmetrisch zu Rotationsachse (112) ausgebildet ist, dass eine Projektion des Geberrads (128) in eine Ebene des Schaltungsträgers (114) in unterschiedlichen Winkelstellungen des rotierenden Elements unterschiedliche Bereiche der Empfangsspulen (120) überdeckt, wobei das Sensorsystem (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (130) zur Bestimmung der mindestens einen Rotationseigenschaft aus Signalen der Empfangsspulen (120) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schaltungsträger (114) weiterhin mindestens eine Diagnosespule (132) trägt, wobei die Diagnosespule (132) mit der Steuerung (130) verbunden ist, wobei die Steuerung (130) mindestens eine erste Teilsteuerung (134) aufweist, wobei die erste Teilsteuerung (134) mit den Empfangsspulen (120) verbunden ist und eingerichtet ist, um die mindestens eine
Rotationseigenschaft des rotierenden Elements zu bestimmen, wobei die Steuerung (130) weiterhin mindestens eine zweite Teilsteuerung (136) aufweist, wobei die zweite Teilsteuerung (136) mit der mindestens einen Diagnosespule (132) verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens eine Diagnoseinformation zu erzeugen.
2. Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Projektion des Geberrads (128) in die Ebene des Schaltungsträgers (114) die Diagnosespule (132) zumindest teilweise überdeckt.
3. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotationseigenschaft mindestens eine Information umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Rotationsgeschwindigkeit und einer Winkelstellung des rotierenden Elements.
4. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Teilsteuerung (134) und die zweite Teilsteuerung (136) getrennt voneinander ausgebildet sind.
5. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (130) eingerichtet ist, um das Diagnosesignal (142) mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen.
6. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (130) mindestens einen Gleichrichter (148) zur Gleichrichtung mindestens eines Signals der Diagnosespule (132) aufweist.
7. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (130) mindestens einen Frequenzfilter (144) zur Filterung mindestens eines Signals der Diagnosespule (132) aufweist.
8. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (130) eingerichtet ist, um aus dem Signal der Diagnosespule (132) auf eine Drehung des Geberrads (128) zu schließen.
9. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Geberrad (128) im Wesentlichen Kreissegment-förmig ausgebildet ist.
10. Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Projektion des Geberrads (128) in die Ebene des Schaltungsträgers (114) in mindestens einer Winkelstellung des rotierenden Elements die
Diagnosespule (132) zumindest teilweise überdeckt.
11. Verfahren zur Diagnose eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements, umfassend folgende Schritte: I. Bereitstellung mindestens eines Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
II. Auswertung mindestens eines Diagnosesignals der mindestens einen Diagnosespule (132), wobei bei der Auswertung mindestens eine Diagnoseinformation gewonnen wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056303A2 (de) 1981-01-14 1982-07-21 Biosound, Inc. Winkelpositionssensor
DE102013203937A1 (de) 2013-03-07 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine ohne Resolver
EP2980536A1 (de) * 2013-03-29 2016-02-03 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Diagnosevorrichtung
DE102016202877B3 (de) 2016-02-24 2017-06-29 Robert Bosch Gmbh Drehwinkelsensor
WO2017195600A1 (ja) * 2016-05-13 2017-11-16 日本精工株式会社 モータ駆動制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056303A2 (de) 1981-01-14 1982-07-21 Biosound, Inc. Winkelpositionssensor
DE102013203937A1 (de) 2013-03-07 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine ohne Resolver
EP2980536A1 (de) * 2013-03-29 2016-02-03 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Diagnosevorrichtung
DE102016202877B3 (de) 2016-02-24 2017-06-29 Robert Bosch Gmbh Drehwinkelsensor
WO2017195600A1 (ja) * 2016-05-13 2017-11-16 日本精工株式会社 モータ駆動制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両
EP3396326A1 (de) * 2016-05-13 2018-10-31 NSK Ltd. Motorsteuerungsvorrichtung, elektrische servolenkvorrichtung und fahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Sensoren im Kraftfahrzeug", 2012, pages: 63 - 74,120-129

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