DE102011052043B4 - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor - Google Patents
Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011052043B4 DE102011052043B4 DE102011052043.0A DE102011052043A DE102011052043B4 DE 102011052043 B4 DE102011052043 B4 DE 102011052043B4 DE 102011052043 A DE102011052043 A DE 102011052043A DE 102011052043 B4 DE102011052043 B4 DE 102011052043B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gear
- sensor
- magnetic
- angle
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D15/00—Steering not otherwise provided for
- B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
- B62D15/021—Determination of steering angle
- B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
- B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
- B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor mit zwei Wellenabschnitten (1, 2), zwischen denen ein Torsionsstab (3) angeordnet ist,mit einem ersten Zahnrad (4), das drehfest mit dem ersten Wellenabschnitt (1) verbunden ist,mit einem zweiten Zahnrad (5), das drehfest mit dem zweiten Wellenabschnitt (2) verbunden ist, wobei das erste und das zweite Zahnrad (4, 5) die gleiche Anzahl (N1) von Zähnen haben,mit einem dritten Zahnrad (6), das mit dem ersten Zahnrad (4) in Eingriff steht,mit einem vierten Zahnrad (7) und einem fünften Zahnrad (8), die mit dem zweiten Zahnrad (5) in Eingriff stehen,wobei das dritte und das vierte Zahnrad (6, 7) die gleiche Anzahl (N2) von Zähnen haben, die kleiner ist, als die Anzahl (N1) der Zähne des ersten und des zweiten Zahnrades (4, 5),wobei das fünfte Zahnrad (8) eine Anzahl (N3) von Zähnen hat, die sich um mindestens 1 von der Anzahl (N2) des vierten Zahnrades (7) unterscheidet,mit zwei Magneten (9, 10), die dem vierten und fünften Zahnrad (7, 8) zugeordnet sind und mit drei Magnetsensoren (11, 16, 25), wobei der erste Magnetsensor (11) dem vierten Zahnrad (7), der zweite Magnetsensor (16) dem dritten Zahnrad (6) und der dritte Magnetsensor (25) dem fünften Zahnrad (8) zugeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dass am vierten Zahnrad (7) kreissegmentförmige Magnetleitstücke (12, 13) befestigt sind,dass am dritten Zahnrad (6) magnetische Flussleitstücke (17, 18) angebracht sind, deren Enden in einem Abstand (19) zu den kreissegmentförmigen Magnetleitstücken (12, 13) angeordnet sind, wobei Schenkel der Magnetleitstücke (17, 18) beidseitig des dem dritten Zahnrad (6) zugeordneten Magnetsensors (16) angeordnet sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solcher Sensor ist aus der
DE 198 34 322 A1 bekannt. - Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Lenkung von Kraftfahrzeugen, bei der nicht nur der Drehwinkel einer Lenkwelle gemessen werden soll sondern auch die auf die Lenkwelle ausgeübten Kräfte, die sich als Drehmoment auswirken. Dieses Drehmoment kann als Torsionswinkel eines zwischen zwei Wellenabschnitten der Lenkwelle angeordneten Torsionsstabes gemessen werden. Die sonstigen Parameter des Torsionsstabes sind dabei bekannt.
- Die eingangs genannte
DE 198 34 322 A1 zeigt einen Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor zum gleichzeitigen Messen von Drehmoment und Drehwinkel einer drehbaren Welle. An zwei Wellenabschnitten ist jeweils ein erstes bzw. ein zweites Zahnrad angebracht, das sich mit dem zugeordneten Wellenabschnitt dreht. Das erste Zahnrad steht mit einem dritten Zahnrad in Eingriff, das einen Magnet trägt. Dem Magnet ist ein erster Magnetsensor zugeordnet. Das zweite Zahnrad des anderen Wellenabschnittes steht mit einem vierten und fünften Zahnrad in Eingriff, wobei auch diesen Zahnrädern je ein Magnet und je ein Magnetsensor zugeordnet sind. Die Zähnezahl des vierten und fünften Zahnrades unterscheidet sich um mindestens 1, so dass in bekannter Weise der absolute Drehwinkel des Wellenabschnittes ermittelt werden kann und zwar auch für Drehwinkel größer 360°. Die Zähnezahl des dritten und vierten Zahnrades ist gleich und ebenso die des ersten und zweiten Zahnrades, so dass sich bei torsionsfreier Drehung das dritte und vierte Zahnrad synchron drehen. Tritt dagegen eine Torsion auf, so tritt zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt eine Verdrehung bzw. ein Torsionswinkel auf, so dass das dritte und vierte Zahnrad unterschiedliche Drehstellungen aufweisen, was durch Auswertung der dem dritten und vierten Zahnrad zugeordneten Magnetsensoren ermittelt werden kann, indem ein Differenzsignal aus den Ausgangssignalen dieser beiden Sensoren gebildet wird. Kurz zusammengefasst hat der bekannte Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor fünf Zahnräder, drei Magneten und drei Magnetsensoren. - Ähnliche Sensoren zur Messung eines Drehwinkels und/oder eines Torsionswinkels sind auch aus der
EP 1 426 750 A1 undUS 7 258 027 B2 bekannt, wo ebenfalls Zahnräder, Magnete und Magnetsensoren eingesetzt werden. - Problematisch bei dem eingangs genannten Sensor ist die wechselseitige Abschirmung der Magneten, deren Magnetfelder jeweils nur den zugeordneten Magnetsensor beeinflussen dürfen, nicht aber den Magnetsensor benachbarter Magnete. Im Hinblick auf eine Miniaturisierung solcher Sensoren können daher Probleme auftreten. Auch spielen die Materialkosten der Magnete eine wichtige Rolle.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen einfacheren und störsicheren Drehwinkel- und Torsionswinkel zu schaffen, der auch kostengünstiger herstellbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Der Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor der Erfindung verwendet, wie der Stand der Technik, fünf Zahnräder und drei Sensoren, jedoch nur zwei Magnete. Einem der Magnete sind zwei Magnetsensoren zugeordnet. Der erste Magnetsensor ist unmittelbar dem entsprechenden Magneten zugeordnet und erfasst dessen Drehstellung. Die Erfindung sieht vor, dass dem ersten Magneten mindestens zwei kreissegmentförmige Magnetleitstücke zugeordnet sind, deren Segmente einen Abstand zueinander haben. Magnetfelder dieser kreissegmentförmigen Magnetleitstücke werden durch eine entsprechende Anzahl von magnetischen Flussleitstücken zum zweiten Magnetsensor geleitet, der die magnetische Feldstärke misst und vorzugsweise ein Hall-Sensor ist.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische perspektivische Ansicht des Drehwinkel- und Torsionswinkelsensors nach der Erfindung, gesehen schräg von oben; -
2 eine perspektivische schematische Ansicht des Drehwinkel- und Torsionswinkelsensors der1 gesehen schräg von unten; -
3 einen Querschnitt des Drehwinkel- und Torsionswinkelsensors der1 und2 ; -
4 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie A-A der3 ; -
5 eine Schnittansicht ähnlich4 eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung; -
6 eine Ansicht ähnlich1 für das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
7 eine Ansicht ähnlich6 jedoch mit fortgelassenem Zahnrad zur Verdeutlichung der Anordnung der magnetischen Flussleitstücke. - Der Sensor der
1 bis3 ist an einer Welle angebracht, die einen ersten Wellenabschnitt 1 hat, der beispielsweise die Lenkwelle einer Kraftfahrzeuglenkeinrichtung ist sowie einen zweiten Wellenabschnitt 2, der beispielsweise die sog. Ritzelwelle der Kraftfahrzeuglenkung ist. Die beiden Wellenabschnitte 1 und 2 sind durch einen Torsionsstab 3 miteinander verbunden. - Ein erstes Zahnrad 4 mit einer Zähnezahl N1 ist drehfest mit dem ersten Wellenabschnitt 1 verbunden. Ein zweites Zahnrad 5 mit derselben Zähnezahl N1 ist mit dem zweiten Wellenabschnitt 2 verbunden. Das erste Zahnrad 4 steht in Eingriff mit einem dritten Zahnrad 6, das eine zweite Zähnezahl N2 aufweist, die zum Zwecke einer Übersetzung im Regelfall wesentlich kleiner ist als die Zähnezahl N1. Das zweite Zahnrad 5 steht mit einer vierten Zahnrad 7 in Eingriff, das dieselbe Zähnezahl N2 und das dieselbe Zahnradmodul wie das dritte Zahnrad 6 hat. Weiter steht das zweite Zahnrad 5 mit einem fünften Zahnrad 8 in Eingriff dessen Zähnezahl N3 ebenfalls wesentlich kleiner ist als die Zähnezahl N1 des zweiten Zahnrades 5, sich jedoch von der Zähnezahl N2 unterscheidet und zwar vorzugsweise um mindestens einen Zahn.
- Dem vierten Zahnrad 7 ist ein erster Magnet 9 zugeordnet, der sich zusammen mit dem Zahnrad 7 dreht und der diametral magnetisiert ist.
- Dem fünften Zahnrad 8 ist ein zweiter Magnet 10 zugeordnet, der sich mit dem fünften Zahnrad 8 dreht und ebenfalls diametral magnetisiert ist.
- Dem ersten Magnet 9 ist ein erster Sensor 11 zugeordnet, der ortsfest an einer Leiterbahnplatte 24 angeordnet ist und die Drehstellung des ersten Magneten 9 erfasst. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen AMR-Sensor handeln.
- Der erste Sensor 11 ist an der zum zweiten Wellenabschnitt 2 hinweisenden Seite des vierten Zahnrades 7 angeordnet. Auf der zum ersten Wellenabschnitt 1 hinweisenden Seite des vierten Zahnrades 7 sind mindestens zwei kreissegmentförmige Magnetleitstücke 12 und 13 angeordnet, die magnetisch mit dem ersten Magneten 9 gekoppelt sind. Zwischen den kreissegmentförmigen Magnetleitstücken ist ein Abstand 14 vorhanden, der einen Luftspalt bildet. Die beiden Magnetleitstücke 12 und 13 aus ferromagnetischem Material sind drehfest mit dem vierten Zahnrad 7 verbunden und als ebene Scheiben ausgebildet. Das Magnetleitstück 12 ist durch den ersten Magneten 9 in einer ersten Magnetrichtung (z.B. Süd) magnetisiert, während das andere Magnetleitstück 13 in der entgegengesetzten Richtung (z.B. Nord) magnetisiert ist. Der Abstand 14 zwischen den beiden Magnetleitstücken 12 und 13 bildet damit einen Luftspalt. Das vierte Zahnrad 7 ist selbstverständlich aus nicht-magnetischem Material.
- Das dritte Zahnrad 6 und das vierte Zahnrad 7 sind um eine gemeinsame Drehachse 15 drehbar, die parallel zur Drehachse der Welle liegt.
- In einer zentralen Öffnung 20 des dritten Zahnrades 6 ist ein zweiter Magnetsensor 16 angeordnet. Weiter sind an dem dritten Zahnrad 6 mehrere magnetische Flussleitstücke 17 und 18 angebracht entsprechend der Anzahl der kreissegmentförmigen Magnetleitstücke 12 und 13. Die magnetischen Flussleitstücke 17 und 18 sind im Querschnitt der
3 im wesentlichen L-förmig, wobei jeweils ein Schenkel in Richtung zu den kreissegmentförmigen Magnetleitstücken 12 und 13 ragt und dort in einem geringen Abstand 19 endet, wobei dieser Abstand 19 einen Luftspalt bildet. Die anderen Schenkel der magnetischen Flussleitstücke 17 und 18 verlaufen parallel zur Ebene des dritten Zahnrades 6, wobei einer dieser horizontalen Schenkel auf der einen und der andere dieser parallelen Schenkel auf der anderen Seite des dritten Zahnrades 6 verläuft. Damit liegt der zweite Sensor 16 zwischen den beiden horizontalen Schenkeln der magnetischen Flussleitstücke 17 und 18, wofür das dritte Zahnrad 6 eine Ausnehmung 20 aufweist. Der zweite Magnetsensor 16 ist von einem Stift 21 gehalten, der an einer ortsfesten Leiterbahnplatte 22 befestigt ist. Der Stift 21 ragt durch eine Öffnung 23 im horizontalen Schenkel des magnetischen Flussleitstückes 17 hindurch, wobei auch elektrische Zuleitungen zu dem zweiten Magnetsensor 16 durch diesen Stift 21 hindurch geführt sind. An Stelle des Stiftes 21 können auch lediglich die elektrischen Zuleitungen zur Halterung des zweiten Magnetsensors 16 verwendet werden, sofern sie ausreichende mechanische Festigkeit haben. - Die kreissegmentförmigen Magnetleitstücke 12 und 13 einerseits und die magnetischen Flussleitstücke 17 und 18 andererseits sind so angeordnet, dass die zu den Magnetleitstücken 12 und 13 weisenden Schenkel der Flussleitstücke 17 und 18 in neutraler Stellung, die durch einen Torsionswinkel von Null definiert ist, genau über dem Abstand 14 zwischen den beiden kreissegmentförmigen Magnetleitstücken 12 und 13 stehen. Der Magnetkreis zwischen den Polen der kreissegmentförmigen Magnetleitstücke 12 und 13 verläuft somit durch die genannten Schenkel der Flussleitstücke 17 und 18 und den Spalt, wo der zwiete Sensor 16 platziert ist, so dass zwischen den horizontalen Schenkeln der Flussleitstücke 17 und 18 kein Magnetfeld auftritt und der zweite Sensor 16 noch kein Ausgangssignal erzeugt. Tritt nun ein Torsionswinkel zwischen den beiden Wellenabschnitten 1 und 2 auf, so werden das dritte und vierte Zahnrad 6 und 7 unterschiedlich verdreht, so dass die zu den kreissegmentförmigen Magnetleitstücken 12 und 13 ragenden Schenkel der Flussleitstücke 17 und 18 aus dem durch den Abstand 14 gebildeten Luftspalt verdreht werden und das Magnetfeld über die Flussleitstücke 17 und 18 zu dem zweiten Sensor 16 geleitet wird, der ein der Stärke des Magnetfeldes proportionales Ausgangssignal liefert, das ein Maß für den zu messenden Torsionswinkel ist.
- Der dem zweiten Magneten 10 zugeordnete dritte Sensor 25 ist analog dem ersten Sensor 11 aufgebaut und an einer ortsfesten Leiterbahnplatte 24 befestigt, wobei der erste Sensor 11 und der dritte Sensor 25 an einer gemeinsamen Leiterbahnplatte 24 angebracht sein können. Da das vierte und das fünfte Zahnrad 7 und 8 eine unterschiedliche Zähnezahl (N2 bzw. N3) haben, die sich vorzugsweise um mindestens 1 unterscheiden, kann auch in bekannter Weise ein Winkelbereich von mehr als 360° für den Drehwinkel des zweiten Wellenabschnittes 2 erfasst werden.
- Die Empfindlichkeit des für den Torsionswinkel zuständigen zweiten Sensors 16 hängt wesentlich vom Übersetzungsverhältnis N1:N2 der Zahnräder ab. Je größer das Übersetzungsverhältnis desto größer ist die relative Verdrehung der beiden Zahnräder 6 und 7 gegeneinander bei Vorliegen eines Torsionswinkels.
- Ein hohes Übersetzungsverhältnis bedingt jedoch eine sehr kleinen Durchmesser und damit kleine Zähnezahl des dritten und vierten Zahnrades 6 und 7. Da diese Zahnräder 6 und 7 in der Praxis aus Kunststoff sind, kann die Zähnezahl nicht beliebig klein gemacht werden, da bei schnelleren Drehbewegungen der Wellenabschnitte 1 und 2 aufgrund Reibung höhere Temperaturen auftreten und damit höherer Verschleiß der Zahnräder.
- Um gleichwohl eine höhere Messempfindlichkeit bzw. ein höheren Auflösungsvermögen für den Torsionswinkel zu erhalten, sieht die Weiterbildung der Erfindung gemäß den
5 bis7 vor, einen mehrpoligen sektorenförmigen axial magnetisierten Magnet und eine größere Anzahl von magnetischen Flussleitstücken zu verwenden. - Im Ausführungsbeispiel der
5 ist an dem vierten Zahnrad 7 ein mehrpoliger Magnet mit sechs kreissegmentförmigen Magnetsegmenten 26, 27, 28, 29, 30, 31 angeordnet, die abwechselnd in Nord- und Südrichtung magnetisiert sind. Entsprechend der Anzahl von kreissegmentförmigen Magnetsegmenten sind entsprechend viele magnetische Flussleitstücke 32, 33, 34, 35, 36, 37 vorgesehen, wobei die Flussleitstücke 32, 34, 36 miteinander verbunden und mit ihren horizontalen Schenkeln auf der einen Seite des dritten Zahnrades 6 verlaufen, während die anderen Flussleitstücke 33, 35 und 37 miteinander verbunden sind und mit ihren horizontalen Schenkeln auf der anderen Seite des dritten Zahnrades 6 verlaufen. Bei dieser Anordnung führen schon kleinere relative Drehwinkel zwischen dem dritten und dem vierten Zahnrad 6 und 7 zu einer größeren Änderung des Magnetfeldes am zweiten Sensor 16 und damit zu einem verbesserten Auflösungsvermögen für die Messung des Torsionswinkels. - Bei diesem Ausführungsbeispiel kann nach einer Variante der erste Magnet 9 als zweipoliger, diametral magnetisierter Magnet wie bei dem Ausführungsbeispiel der
1 bis3 vorgesehen sein, wobei der erste Magnet 9 auf einer Seite und der mehrpolige Magnet auf der anderen Seite des vierten Zahnrades 7 durch ein Magnetschirmblech 39 voneinander entkoppelt sind, damit der erste Magnet 9 dieselbe Funktion wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat. Nach einer Alternative kann der erste Magnet 9 auch durch Magnetleitungen ersetzt werden, die einen Nord- und einen Südpol des mehrpoligen Magneten durch das vierte Zahnrad 7 und durch Öffnungen im Magnetschirmblech 39 hindurchleiten, um die entsprechende Magnetfeldwirkung eines zweipoligen Magneten auf den ersten Magnetsensor 11 zu übertragen. - Der Einsatz des mehrpoligen Magneten hat auch den Vorteil, dass beim Auftreten eines Drehmomentes die auf den zweiten Sensor 16 wirkende resultierende Magnetfeldstärke stärker ist als wenn der zweipolige Magnet 9 des Ausführungsbeispiels der
1 bis3 verwendet wird. - Der Vollständigkeit halber sei noch einmal darauf hingewiesen, dass alle Zahnräder 4 bis 8 aus nicht-magnetischem Material, wie z.B. Kunststoff sind. Die Zahnräder 6, 7 und 8 sind in einem Spannrahmen bekannter Bauart gehalten, wie z.B. in der
DE 199 62 241 A1 beschrieben.
Claims (9)
- Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor mit zwei Wellenabschnitten (1, 2), zwischen denen ein Torsionsstab (3) angeordnet ist, mit einem ersten Zahnrad (4), das drehfest mit dem ersten Wellenabschnitt (1) verbunden ist, mit einem zweiten Zahnrad (5), das drehfest mit dem zweiten Wellenabschnitt (2) verbunden ist, wobei das erste und das zweite Zahnrad (4, 5) die gleiche Anzahl (N1) von Zähnen haben, mit einem dritten Zahnrad (6), das mit dem ersten Zahnrad (4) in Eingriff steht, mit einem vierten Zahnrad (7) und einem fünften Zahnrad (8), die mit dem zweiten Zahnrad (5) in Eingriff stehen, wobei das dritte und das vierte Zahnrad (6, 7) die gleiche Anzahl (N2) von Zähnen haben, die kleiner ist, als die Anzahl (N1) der Zähne des ersten und des zweiten Zahnrades (4, 5), wobei das fünfte Zahnrad (8) eine Anzahl (N3) von Zähnen hat, die sich um mindestens 1 von der Anzahl (N2) des vierten Zahnrades (7) unterscheidet, mit zwei Magneten (9, 10), die dem vierten und fünften Zahnrad (7, 8) zugeordnet sind und mit drei Magnetsensoren (11, 16, 25), wobei der erste Magnetsensor (11) dem vierten Zahnrad (7), der zweite Magnetsensor (16) dem dritten Zahnrad (6) und der dritte Magnetsensor (25) dem fünften Zahnrad (8) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am vierten Zahnrad (7) kreissegmentförmige Magnetleitstücke (12, 13) befestigt sind, dass am dritten Zahnrad (6) magnetische Flussleitstücke (17, 18) angebracht sind, deren Enden in einem Abstand (19) zu den kreissegmentförmigen Magnetleitstücken (12, 13) angeordnet sind, wobei Schenkel der Magnetleitstücke (17, 18) beidseitig des dem dritten Zahnrad (6) zugeordneten Magnetsensors (16) angeordnet sind.
- Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die kreissegmentförmigen Magnetleitstücke (12, 13) zwischen sich einen Abstand (14) aufweisen, der einen Luftspalt bildet. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flussleitstücke (17, 18) an der zum vierten Zahnrad (7) weisenden Seite des dritten Zahnrades (6) angeordnet sind und dass der erste Sensor (11) auf der dazu gegenüberliegenden Seite des vierten Zahnrades (7) angeordnet ist. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flussleitstücke (17, 18) einen L-förmigen Querschnitt aufweisen mit einem parallel zum dritten Zahnrad (6) und einem senkrecht zum dritten Zahnrad (6) verlaufenden Schenkel, wobei einer der parallel verlaufenden Schenkel auf einer Seite des dritten Zahnrades (6) und ein parallel verlaufender Schenkel des anderen Flussleitstückes auf der anderen Seite des dritten Zahnrades (6) verläuft, wobei der zweite Sensor (16) zwischen diesen parallelen Schenkeln angeordnet ist. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (16) in einer Öffnung (20) des dritten Zahnrades (6) angeordnet ist und durch einen Stift (23) und/oder elektrische Zuleitungen, die durch eine Öffnung (23) in einem der parallel zum dritten Zahnrad (6) verlaufenden Schenkel hindurchragen, mit einer ortsfesten Leiterplatte (22) verbunden ist. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (11) ein AMR-Sensor und der zweite Sensor (16) ein Hall-Sensor ist. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die kreissegmentförmigen Magnetleitstücke durch einen mehrpoligen Magnet gebildet sind, der eine Vielzahl von Magnetsegmenten (26, 27, 28, 29, 30, 31) aufweist, die abwechselnd in Nord- und Südrichtung magnetisiert sind und dass zwei Gruppen von magnetischen Flussleitstücken (32, 33, 34, 35, 36, 37) vorgesehen sind, wobei eine erste Gruppe (32, 34, 36) horizontale Schenkel auf einer Seite des dritten Zahnrades (6) und die andere Gruppe (33, 35, 37) horizontale Schenkel aufweist, die auf der anderen Seite des dritten Zahnrades (6) angeordnet sind. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der mehrpolige Magnet durch ein Magnetschirmblech (39) gegenüber dem ersten Sensor (11) magnetisch abgeschirmt ist. - Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Nordpol (27) und ein Südpol (30) des mehrpoligen Magneten mit Magnetleitern (40) verbunden ist, die sich durch das vierte Zahnrad (7) und das Magnetschirmblech (39) hindurch in Richtung zu dem ersten Sensor (11) erstrecken.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052043.0A DE102011052043B4 (de) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor |
US13/523,265 US8910532B2 (en) | 2011-07-21 | 2012-06-14 | Rotation angle and torque sensor |
KR1020120073297A KR101951043B1 (ko) | 2011-07-21 | 2012-07-05 | 회전각 및 토크 센서 |
JP2012153551A JP5656128B2 (ja) | 2011-07-21 | 2012-07-09 | 回転角およびトルクのセンサ |
CN201210252358.4A CN102889852B (zh) | 2011-07-21 | 2012-07-20 | 旋转角和转矩传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052043.0A DE102011052043B4 (de) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011052043A1 DE102011052043A1 (de) | 2013-01-24 |
DE102011052043B4 true DE102011052043B4 (de) | 2022-06-09 |
Family
ID=47501876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011052043.0A Active DE102011052043B4 (de) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8910532B2 (de) |
JP (1) | JP5656128B2 (de) |
KR (1) | KR101951043B1 (de) |
CN (1) | CN102889852B (de) |
DE (1) | DE102011052043B4 (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102205769B1 (ko) | 2013-03-13 | 2021-01-21 | 티악스 엘엘씨 | 토크 센서 |
CN103528601A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-22 | 华东师范大学 | 一种非接触复合式扭矩和角度位置传感器 |
US10800452B2 (en) | 2016-03-04 | 2020-10-13 | Thyssenkrupp Ag | Ripple minimization by proper AS/TS magnet arrangement in electric power assisted steering apparatus |
CN105823412B (zh) * | 2016-03-10 | 2018-10-26 | 青岛三祥高科汽车电子有限公司 | 非接触式转角传感器 |
WO2017186310A1 (en) * | 2016-04-29 | 2017-11-02 | Thyssenkrupp Ag | Optical rotary angle sensor for an electric power assisted steering system of a motor vehicle |
EP3354860B1 (de) | 2017-01-30 | 2020-05-06 | Ge Avio S.r.l. | Magnetisches drehmomentmesssystem |
JP7005341B2 (ja) | 2017-12-27 | 2022-01-21 | 株式会社Soken | トルク検出装置 |
DE102018132097B4 (de) * | 2018-12-13 | 2020-11-26 | Thyssenkrupp Ag | Sensoreinheit mit wenigstens einem aus einer Leiterplatte gebildeten Zahnrad |
JP7287375B2 (ja) * | 2020-10-23 | 2023-06-06 | Tdk株式会社 | 磁気センサアセンブリとこれを備えたカメラモジュール |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19834322A1 (de) | 1998-07-30 | 2000-02-03 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des auf eine Welle wirkenden Drehmoments |
DE19962241A1 (de) | 1999-12-22 | 2001-07-12 | Ruf Electronics Gmbh | Positionssensor |
EP1426750A1 (de) | 2002-06-17 | 2004-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Drehmoment-erfassungs-vorrichutng |
US7258027B2 (en) | 2003-09-02 | 2007-08-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for detecting absolute rotation angle and torque |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2557867Y2 (ja) * | 1990-03-01 | 1997-12-17 | 三菱電機株式会社 | ホール効果型センサ装置 |
JP3587674B2 (ja) * | 1998-01-07 | 2004-11-10 | アルプス電気株式会社 | 回転角度センサ、この回転角度センサを用いたトルクセンサ、このトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置 |
JPH11318054A (ja) * | 1998-05-06 | 1999-11-16 | Saiekkusu Kk | 手動蓄電機 |
DE19835694A1 (de) * | 1998-08-07 | 2000-02-10 | Bosch Gmbh Robert | Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder eines Drehmoments |
JP3874642B2 (ja) * | 2001-05-18 | 2007-01-31 | 株式会社デンソー | トルクセンサ及びこのトルクセンサを具備する電動パワーステアリング装置 |
JP2003030187A (ja) * | 2001-07-18 | 2003-01-31 | Nec Corp | 自動通訳システム、会話学習装置、自動通訳装置及びその方法並びにそのプログラム |
ITPD20010066U1 (it) * | 2001-08-01 | 2003-02-01 | Finvetro Spa | Gruppo di azionamento per tende a veneziana o simili all'interno di vetrocamere |
JP4224382B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2009-02-12 | 株式会社日立製作所 | 回転位置センサ及び内燃機関の電子制御式スロットル装置 |
DE102006018627A1 (de) * | 2006-04-21 | 2007-10-25 | Siemens Ag | Magnetischer Drehwinkelgeber |
JP2010002297A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Nippon Soken Inc | 車両用操舵角検出装置 |
KR101205685B1 (ko) * | 2008-07-23 | 2012-11-27 | 주식회사 만도 | 조향각 센서 및 이를 구비한 차량 시스템 |
EP2180296A1 (de) * | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Hella KG Hueck & Co. | Drehwinkelbestimmungsvorrichtung, insbesondere für die Lenkungswelle eines Kraftfahrzeugs |
JP2011099727A (ja) * | 2009-11-05 | 2011-05-19 | Panasonic Corp | 回転角度検出装置及びこれを用いた回転角度・トルク検出装置 |
-
2011
- 2011-07-21 DE DE102011052043.0A patent/DE102011052043B4/de active Active
-
2012
- 2012-06-14 US US13/523,265 patent/US8910532B2/en active Active
- 2012-07-05 KR KR1020120073297A patent/KR101951043B1/ko active IP Right Grant
- 2012-07-09 JP JP2012153551A patent/JP5656128B2/ja active Active
- 2012-07-20 CN CN201210252358.4A patent/CN102889852B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19834322A1 (de) | 1998-07-30 | 2000-02-03 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des auf eine Welle wirkenden Drehmoments |
DE19962241A1 (de) | 1999-12-22 | 2001-07-12 | Ruf Electronics Gmbh | Positionssensor |
EP1426750A1 (de) | 2002-06-17 | 2004-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Drehmoment-erfassungs-vorrichutng |
US7258027B2 (en) | 2003-09-02 | 2007-08-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for detecting absolute rotation angle and torque |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130011920A (ko) | 2013-01-30 |
KR101951043B1 (ko) | 2019-02-21 |
CN102889852B (zh) | 2017-03-01 |
DE102011052043A1 (de) | 2013-01-24 |
JP2013024866A (ja) | 2013-02-04 |
US20130019693A1 (en) | 2013-01-24 |
JP5656128B2 (ja) | 2015-01-21 |
CN102889852A (zh) | 2013-01-23 |
US8910532B2 (en) | 2014-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011052043B4 (de) | Drehwinkel- und Torsionswinkelsensor | |
EP2553400B1 (de) | Magnetischer drehgeber | |
DE102009011352B3 (de) | Torsionswinkelsensor | |
DE112016003534T5 (de) | Rotationsoperationseingabevorrichtung und diese nutzende Schaltoperationsvorrichtung | |
DE102004028855A1 (de) | Drehwinkeldetektor | |
DE102010024782A1 (de) | Winkelsensor | |
EP2820382A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur redundanten, absoluten positionsbestimmung eines beweglichen körpers | |
DE102010061861A1 (de) | Winkelmesssystem | |
EP2159547A2 (de) | Sensorbaugruppe für einen Drehgeber und mit einer solchen Sensorbaugruppe ausgestatteter Drehgeber | |
DE102009031176A1 (de) | Winkelsensor | |
DE102010000671A1 (de) | Drehwinkelsensor | |
WO2014167118A1 (de) | Sensorvorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und einer inkrementalsensoreinrichtung und kraftfahrzeug | |
DE102012200244A1 (de) | Sensoranordnung | |
DE202007006955U1 (de) | Vorrichtung zur Messung von Drehbewegungen | |
EP3625522A1 (de) | Multiturn-winkelmessgerät | |
EP2343506A2 (de) | Längenmessvorrichtung | |
DE102010029640B4 (de) | Drehgeberzahnvorrichtung | |
DE10201141A1 (de) | Verfahren zur Feststellung der Abweichung eines Stellgetriebes von einer vorgegebenen Ausgangsdrehstellung und ein entsprechend ausgebildetes Stellgetriebe | |
DE10158287A1 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrades | |
DE102011116910A1 (de) | Vorrichtung zur Erfassung von Drehwinkeln einer Welle größer als 360° | |
DE102005061347A1 (de) | Anordnung zur Messung des absoluten Drehwinkels einer Welle | |
DE102007000597A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Messen einer relativen Verstellung von Bauteilen zueinander | |
DE102012022869A1 (de) | Lenkwinkelsensor und Vorrichtung zur kombinierten Erfassung von einem Winkel und einem Drehmoment | |
DE102012014876A1 (de) | Vorrichtung zur Winkelmessung in mehrperiodischen Kreisbewegungen | |
WO2018149712A1 (de) | Sensoreinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |