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EP2338031A2 - Sensor device for measuring the rotational position of a rotating component - Google Patents

Sensor device for measuring the rotational position of a rotating component

Info

Publication number
EP2338031A2
EP2338031A2 EP09783355A EP09783355A EP2338031A2 EP 2338031 A2 EP2338031 A2 EP 2338031A2 EP 09783355 A EP09783355 A EP 09783355A EP 09783355 A EP09783355 A EP 09783355A EP 2338031 A2 EP2338031 A2 EP 2338031A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor device
flux
flux guide
magnet
transmitter magnet
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.)
Withdrawn
Application number
EP09783355A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Heyder
Torsten Wilharm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2338031A2 publication Critical patent/EP2338031A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • 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
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/80—Manufacturing details of magnetic targets for magnetic encoders

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting the rotational position of a rotating component according to the preamble of claim 1.
  • an electric motor which has a stator and a rotatably mounted rotor, wherein the rotational position of the rotor is detected by means of a sensor device.
  • the sensor device is formed by a transmitter magnet rotating with the rotor and a Hall sensor arranged on the stator, which detects changes in the magnetic flux density which occur when the rotor rotates.
  • a flux guide of ferromagnetic material is arranged on the rotor adjacent to the transmitter magnet in such a way that the magnetic flux of the transmitter magnet is directed in the direction of the Hall sensor, which is arranged in close proximity to the flux on the stator. In this way, the magnetic flux density can be increased directly at the location of the Hall sensor, so that the Hall sensor provides a better measurement signal.
  • the flux guide must extend in the direction of both poles of the transmitter magnet to produce a magnetic return flow. Result from this constructive restrictions in the design of the sensor device.
  • the invention is based on the object, a sensor device for detecting the rotational position of a rotating component with simple constructive measures in such a way that a measurement signal of high quality at the same time compact dimensions of the device is generated.
  • the sensor device according to the invention is particularly suitable for applications in electric motors, preferably in electric motors for auxiliary equipment in motor vehicles such as a water pump in the vehicle cooling circuit, a drive motor in windscreen wipers, actuators for electrically actuated vehicle components or servomotors in steering devices with electric steering assistance.
  • electric motors preferably in electric motors for auxiliary equipment in motor vehicles such as a water pump in the vehicle cooling circuit, a drive motor in windscreen wipers, actuators for electrically actuated vehicle components or servomotors in steering devices with electric steering assistance.
  • an application in electric motors of machine tools especially in hand tool machines into consideration. But it is also possible to use the
  • Sensor device in motor vehicles or in machine tools outside of electric motors, for example on waves such. a steering shaft or a tool spindle to determine the angular position of the shaft can.
  • the sensor device comprises an annular encoder magnet, which is axially magnetized with two poles, and two flux guide elements enclosing the annular encoder magnets, of which a flux guide element has at least one flux guide claw extending axially on the outer circumference of the transmitter magnet whose free end face lies at a distance from the second flux guide element. Due to the ferromagnetic or If necessary, soft magnetic material of the flux-conducting elements they are able to direct the magnetic field emanating from the transmitter magnet in the direction of the Hall sensor, so that at the location of the Hall sensor, a higher flux density of the magnetic field than without such flux guides can be achieved.
  • the geometric design of the flux guiding elements according to the invention with at least one flux guide claw arranged on the outer circumference ensures that, despite the simply executed axial magnetization of the transmitter magnet, when the magnet is rotating, a changing magnetic flux density occurs at the location of the registering Hall sensor.
  • This design makes it possible to dispense with relatively expensive, multi-pole magnetized encoder magnets and instead a simple, annular design
  • encoder magnet which is provided only with an axial magnetization, which extends over the entire circumference of the encoder magnet. Changes in the magnetic field are achieved via the at least one flux guide claw on the outer circumference of the transmitter magnet. This change is registered in the circulation of the encoder magnet of the Hall sensor.
  • Magnetic field change in the transition from the first to the second flux guide can be taken.
  • the flux guide claw extends at least substantially over the axial width of the transmitter magnet on its outer circumference.
  • the encoder magnet in combination with a disk-shaped base body, which rests axially on an end face of the encoder magnet, results in the encoder magnet axially and partially enclosing the outer circumference geometric configuration of the flux guide. Since the magnetic field lines of the axially magnetized encoder magnet in the axial direction over the - A -
  • a bundling of the magnetic field lines is achieved by the arrangement of the Flussleitklaue in the axial direction on the outer circumference.
  • the transmitter magnet is bordered and thus protected by at least one axial end side, which is also achieved in a space-saving manner, since the main body of the flux-conducting element extends parallel to the axial end side of the transmitter magnet and the flux-conducting claw extends parallel to the outside in the axial direction, then the outer dimensions of the transmitter magnet are only slightly enlarged by the flux-guiding elements.
  • the course of the magnetic flux density is influenced via the air gap between the adjoining sections of the flux guide elements.
  • the section of the second flux guide element in the section adjacent to the flux guide claw of the first flux guide element extends only in a plane which coincides with the end face of the transmitter magnet or is arranged slightly offset parallel thereto.
  • This embodiment can be realized structurally simple, since the second flux guide is formed in this adjacent section without Flußleitklaue, so that the Flussleitklaue the first Flußleitelements directly adjacent to the disc or annular, flat or plate-shaped base body of the second flux guide adjacent to the second axial end face of the ring magnet is applied.
  • the second flux guide radially projects beyond the outer circumference of the transmitter magnet in this area, so that the air gap between the first flux guide in the region of the flux guide claw and the second flux guide is radially spaced from the outer circumference of the transmitter magnet.
  • the second flux-conducting element also has at least one flux-conducting claw which extends in the axial direction on the outer circumference of the transmitter magnet and whose free end side is at a distance from the first one Fluxing element is located.
  • the flux guide elements also an air gap, so that the magnetic field lines extend not only in the axial direction between the first Flußleitklaue and the adjacent portion of the second flux guide, but also in the circumferential direction of the encoder magnet between the first and second Flußleitklaue. Since each flux-conducting element is connected in each case to one pole of the transmitter magnet, the flux-conducting claws also assume a corresponding magnetization, so that when the flux-conducting claws are arranged adjacent to one another in the circumferential direction of the transmitter magnet, corresponding field lines also run in this direction.
  • a plurality of flux guide claws distributed on the circumference are arranged on the first flux guide element and expediently also on the second flux guide element.
  • the flux guide claws can be produced in a simple manner by designing a star-shaped base plate made of ferromagnetic or soft magnetic material, which forms the starting material for the flux guide element, by reshaping so that the radially projecting flux guide claws are bent by 90 ° relative to the main body.
  • the transmitter magnet and the two flux guide elements are arranged rotationally fixed on the rotating component whose rotational position is to be determined by means of the sensor device.
  • the Hall sensor is stationary. During the rotation of the component, the flux guide elements move past the stationary Hall sensor; During the relative movement between the rotating component and the stationary Hall sensor, the magnetic field changes are registered by the Hall sensor.
  • the Hall sensor is firmly connected to the rotating component and the encoder magnet is held stationary, including the flux guide, so that the Hall sensor is moved past the stationarily positioned transmitter magnet over.
  • 1 is a perspective view of one of two complementarily trained to each other formed flux guide elements encoder magnets as part of a sensor device for detecting the
  • Fig. 2 is a section through the encoder magnet.
  • Sensor device 1 an annular encoder magnet 2, which is axially magnetized, which is shown in Fig. 2 with "N" for North Pole and “S” for South Pole.
  • the donor magnet 2 is held on a non-magnetic centering ring 3, via which the donor magnet 2 rotatably seated on a rotating component, for example, on the armature shaft of a rotor in one Electric motor. In operation, the component runs around the axis of rotation 6, which at the same time forms the axis of rotation of the encoder magnet 2.
  • the transmitter magnet 2 is bordered by two identically constructed flux guide elements 4 and 5, which consist of a ferromagnetic or a soft magnetic material and have the function of directing the magnetic field generated by the transmitter magnet in a desired direction or to guide.
  • two flux guide elements 4 and 5 seen over the circumference of the encoder magnet 2, an uneven
  • Magnetic field generated magnetic flux density differences from a Hall sensor 7 (Fig. 2), which is part of the sensor device 1, are detected.
  • the magnetic flux density unevenly distributed over the circumference by means of the flux guide elements 4 and 5 is registered by the Hall sensor 7, each flux density change generating a corresponding signal in the Hall sensor 7. In this way, the current rotational position of the encoder magnet 2 and thus also of the rotating component can be detected.
  • Each flux guide 4 or 5 consists of a disc-shaped base 4a and 5a and flux guide 4b and 5b, which are angled relative to the base body by 90 °.
  • the main body 4a, 5a is disc-shaped or ring-shaped and abuts against the axial end face of the encoder magnet 2.
  • the main body 4a of the first flux-conducting element 4 is located at the north pole, the main body 5a of the second flux-conducting element 5 at the south pole of the transmitter magnet 2.
  • the flux-conducting claws 4b and 5b of the two flux-conducting elements 4 and 5 are bent over 90 ° relative to the respective base body 4a or 5a are, are the Flussleitklauen on the outer circumference of the encoder magnet 2 and extend in the axial direction.
  • the flux guide claws 4b and 5b are designed so that they extend at least approximately over the axial extent of the encoder magnet on the outer circumference of the encoder magnet 2.
  • a plurality of uniformly distributed Flußleitklauen 4b and 5b are provided on the flux guide over the circumference, wherein the distance between adjacent Flussleitklauen 4b and 5b is dimensioned in such a way that a Flußleitklaue the other flux guide fits into the resulting gap.
  • a narrow air gap between each immediately adjacent Flussleitklauen 4b and 5b of different Flußleitieri is in each case a narrow air gap, as well in the axial direction between the end face of a Flussleitklaue 4b and 5b to the main body 5a and 4a of the respective other flux guide.
  • the main body of a flux-conducting element projects radially beyond the outer circumference of the transmitter magnet.
  • each flux-conducting element 4 or 5 has a total of nine flux-conducting claws 4b and 5b.
  • the Hall sensor 7 is preferably arranged at a radial distance from the outer circumference of the transmitter magnet or the flux guide claws. In principle, however, is also possible, as also shown in Fig. 2, a positioning of the Hall sensor 7 adjacent to one of the end faces of the
  • Encoder magnets either as shown within the radial outer circumference of the transmitter magnet or outside the outer circumference.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a sensor device for measuring the rotational position of a rotating component, comprising a ring-shaped transducer magnet, wherein enclosing the transducer magnet are two flux conducting elements, of which at least one first flux conducting element comprises at least one flux conducting claw which extends axially at the outer circumference of the transducer magnet, the free end face of said claw lying at a distance to the second flux conducting element.

Description

BeSchreibungDescription
Titeltitle
Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage eines rotierenden BauteilsSensor device for detecting the rotational position of a rotating component
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage eines rotierenden Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a sensor device for detecting the rotational position of a rotating component according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
In der DE 10 2005 004 322 Al wird ein Elektromotor beschrieben, der einen Stator und einen drehbar gelagerten Rotor aufweist, wobei die Drehlage des Rotors mithilfe einer Sensoreinrichtung erfasst wird. Die Sensoreinrichtung wird von einem mit dem Rotor umlaufenden Gebermagneten sowie einem am Stator angeordneten Hall-Sensor gebildet, der Änderungen der magnetischen Flussdichte detektiert, welche beim Umlaufen des Rotors auftreten. Um die Lageerkennung zu verbessern, ist ein Flussleitelement aus ferromagnetischem Material am Rotor benachbart zum Gebermagneten in der Weise angeordnet, dass der magnetische Fluss des Gebermagneten in Richtung des Hallsensors geleitet wird, welcher in unmittelbarer Nähe zum Flussleitelement am Stator angeordnet ist. Auf diese Weise kann die magnetische Flussdichte unmittelbar am Ort das Hallsensors erhöht werden, so dass der Hallsensor ein besseres Messsignal liefert .In DE 10 2005 004 322 Al an electric motor is described, which has a stator and a rotatably mounted rotor, wherein the rotational position of the rotor is detected by means of a sensor device. The sensor device is formed by a transmitter magnet rotating with the rotor and a Hall sensor arranged on the stator, which detects changes in the magnetic flux density which occur when the rotor rotates. In order to improve the position detection, a flux guide of ferromagnetic material is arranged on the rotor adjacent to the transmitter magnet in such a way that the magnetic flux of the transmitter magnet is directed in the direction of the Hall sensor, which is arranged in close proximity to the flux on the stator. In this way, the magnetic flux density can be increased directly at the location of the Hall sensor, so that the Hall sensor provides a better measurement signal.
Hierbei ist allerdings zu beachten, dass das Flussleitelement sich in Richtung beider Pole des Gebermagneten erstrecken muss, um einen magnetischen Rückfluss herzustellen. Daraus ergeben sich konstruktive Einschränkungen bei der Gestaltung der Sensoreinrichtung.It should be noted, however, that the flux guide must extend in the direction of both poles of the transmitter magnet to produce a magnetic return flow. Result from this constructive restrictions in the design of the sensor device.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage eines rotierenden Bauteils mit einfachen konstruktiven Maßnahmen so auszubilden, dass ein Messsignal hoher Güte bei zugleich kompakten Abmessungen der Einrichtung erzeugt wird.The invention is based on the object, a sensor device for detecting the rotational position of a rotating component with simple constructive measures in such a way that a measurement signal of high quality at the same time compact dimensions of the device is generated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung eignet sich insbesondere für Anwendungen in Elektromotoren, vorzugsweise in Elektromotoren für Hilfsaggregate in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise eine Wasserpumpe im Fahrzeug-Kühlkreislauf, ein Antriebsmotor in Scheibenwischeinrichtungen, Stellmotoren für elektrisch betätigbare Fahrzeugbauteile oder Servomotoren in Lenkeinrichtungen mit elektrischer Lenkunterstützung. Darüber hinaus kommt auch eine Anwendung in Elektromotoren von Werkzeugmaschinen, insbesondere in Handwerkzeugmaschinen in Betracht. Möglich ist aber auch eine Anwendung derThe sensor device according to the invention is particularly suitable for applications in electric motors, preferably in electric motors for auxiliary equipment in motor vehicles such as a water pump in the vehicle cooling circuit, a drive motor in windscreen wipers, actuators for electrically actuated vehicle components or servomotors in steering devices with electric steering assistance. In addition, an application in electric motors of machine tools, especially in hand tool machines into consideration. But it is also possible to use the
Sensoreinrichtung in Kraftfahrzeugen oder in Werkzeugmaschinen außerhalb von Elektromotoren, beispielsweise an Wellen wie z.B. einer Lenkwelle oder einer Werkzeugspindel, um die Drehwinkellage der Welle feststellen zu können.Sensor device in motor vehicles or in machine tools outside of electric motors, for example on waves such. a steering shaft or a tool spindle to determine the angular position of the shaft can.
Die Sensoreinrichtung umfasst einen ringförmigen Gebermagneten, der axial zweipolig magnetisiert ist, sowie zwei den ringförmigen Gebermagneten einfassende Flussleitelemente, von denen ein Flussleitelement mindestens eine sich axial am Außenumfang des Gebermagneten erstreckende Flussleitklaue aufweist, deren freie Stirnseite auf Abstand zum zweiten Flussleitelement liegt. Auf Grund des ferromagnetischen oder ggf. weichmagnetischen Materials der Flussleitelemente sind diese in der Lage, das vom Gebermagneten ausgehende Magnetfeld in Richtung auf den Hallsensor zu leiten, so dass am Ort des Hall-Sensors eine höhere Flussdichte des Magnetfeldes als ohne derartige Flussleitelemente erzielt werden kann. Zugleich stellt die erfindungsgemäße geometrische Ausführung der Flussleitelemente mit mindestens einer am Außenumfang angeordneten Flussleitklaue sicher, dass trotz der einfach ausgeführten axialen Magnetisierung des Gebermagneten beim Umlaufen des Magneten eine sich ändernde Magnetflussdichte am Ort des registrierenden Hallsensors auftritt.The sensor device comprises an annular encoder magnet, which is axially magnetized with two poles, and two flux guide elements enclosing the annular encoder magnets, of which a flux guide element has at least one flux guide claw extending axially on the outer circumference of the transmitter magnet whose free end face lies at a distance from the second flux guide element. Due to the ferromagnetic or If necessary, soft magnetic material of the flux-conducting elements they are able to direct the magnetic field emanating from the transmitter magnet in the direction of the Hall sensor, so that at the location of the Hall sensor, a higher flux density of the magnetic field than without such flux guides can be achieved. At the same time, the geometric design of the flux guiding elements according to the invention with at least one flux guide claw arranged on the outer circumference ensures that, despite the simply executed axial magnetization of the transmitter magnet, when the magnet is rotating, a changing magnetic flux density occurs at the location of the registering Hall sensor.
Diese Ausführung ermöglicht es, auf verhältnismäßig aufwändige, mehrpolig magnetisierte Gebermagnete zu verzichten und stattdessen einen einfachen, ringförmig ausgebildetenThis design makes it possible to dispense with relatively expensive, multi-pole magnetized encoder magnets and instead a simple, annular design
Gebermagneten einzusetzen, der lediglich mit einer axialen Magnetisierung versehen ist, die sich über den gesamten Umfang des Gebermagneten erstreckt. Änderungen im Magnetfeld werden über die mindestens eine Flussleitklaue am Außenumfang des Gebermagneten erreicht. Diese Änderung wird bei dem Umlaufen des Gebermagneten von dem Hallsensor registriert.To use encoder magnet, which is provided only with an axial magnetization, which extends over the entire circumference of the encoder magnet. Changes in the magnetic field are achieved via the at least one flux guide claw on the outer circumference of the transmitter magnet. This change is registered in the circulation of the encoder magnet of the Hall sensor.
Zweckmäßigerweise befindet sich im Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Flusselement im Bereich der Flussleitklaue ein Luftspalt, über dessen Breite Einfluss auf dieAppropriately, in the transition between the first and the second flow element in the region of the flux guide claw is an air gap over whose width influence on the
Magnetfeldänderung im Übertritt vom ersten zum zweiten Flussleitelement genommen werden kann.Magnetic field change in the transition from the first to the second flux guide can be taken.
Gemäß zweckmäßiger Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Flussleitklaue sich zumindest im Wesentlichen über die axiale Breite des Gebermagneten an dessen Außenumfang erstreckt. Insbesondere in Kombination mit einem scheibenförmigen Grundkörper, der axial an einer Stirnseite des Gebermagneten anliegt, ergibt sich eine den Gebermagneten axial sowie teilweise den Außenumfang einfassende geometrische Konfiguration des Flussleitelementes . Da die Magnetfeldlinien des axial magnetisierten Gebermagneten in Achsrichtung über den - A -According to an expedient development, it is provided that the flux guide claw extends at least substantially over the axial width of the transmitter magnet on its outer circumference. In particular, in combination with a disk-shaped base body, which rests axially on an end face of the encoder magnet, results in the encoder magnet axially and partially enclosing the outer circumference geometric configuration of the flux guide. Since the magnetic field lines of the axially magnetized encoder magnet in the axial direction over the - A -
Außenumfang verlaufen, wird durch die Anordnung der Flussleitklaue in Achsrichtung am Außenumfang eine Bündelung der Magnetfeldlinien erreicht. Zugleich ist der Gebermagnet zumindest an einer axialen Stirnseite von dem Flussleitelement eingefasst und damit auch geschützt, was zudem in Platz sparender Weise erreicht wird, da sich der Grundkörper des Flussleitelements parallel zur axialen Stirnseite des Gebermagneten und die Flussleitklaue parallel zur Außenseite in Achsrichtung erstreckt, so dass die äußeren Dimensionen des Gebermagneten durch die Flussleitelemente nur geringfügig vergrößert werden. Über den Luftspalt zwischen den aneinandergrenzenden Abschnitten der Flussleitelemente wird der Verlauf der Magnetflussdichte beeinflusst.Extending the outer circumference, a bundling of the magnetic field lines is achieved by the arrangement of the Flussleitklaue in the axial direction on the outer circumference. At the same time, the transmitter magnet is bordered and thus protected by at least one axial end side, which is also achieved in a space-saving manner, since the main body of the flux-conducting element extends parallel to the axial end side of the transmitter magnet and the flux-conducting claw extends parallel to the outside in the axial direction, then the outer dimensions of the transmitter magnet are only slightly enlarged by the flux-guiding elements. The course of the magnetic flux density is influenced via the air gap between the adjoining sections of the flux guide elements.
Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung erstreckt sich der Abschnitt des zweiten Flussleitelements in dem der Flussleitklaue des ersten Flussleitelements benachbarten Abschnitt nur in einer Ebene, die mit der Stirnseite des Gebermagneten zusammenfällt bzw. geringfügig parallel versetzt zu dieser angeordnet ist. Diese Ausführung lässt sich konstruktiv einfach realisieren, da das zweite Flussleitelement in diesem angrenzenden Abschnitt ohne Flussleitklaue ausgebildet ist, so dass die Flussleitklaue des ersten Flussleitelements unmittelbar an den Scheiben- oder ringförmigen, ebenen bzw. plattenförmigen Grundkörper des zweitem Flussleitelements angrenzt, der an der zweiten axialen Stirnseite des Ringmagneten anliegt. Es kann zweckmäßig sein, dass das zweite Flussleitelement in diesem Bereich den Außenumfang des Gebermagneten radial überragt, so dass der Luftspalt zwischen erstem Flussleitelement im Bereich der Flussleitklaue und dem zweiten Flussleitelement sich mit radialem Abstand zum Außenumfang des Gebermagneten befindet.According to a further expedient embodiment, the section of the second flux guide element in the section adjacent to the flux guide claw of the first flux guide element extends only in a plane which coincides with the end face of the transmitter magnet or is arranged slightly offset parallel thereto. This embodiment can be realized structurally simple, since the second flux guide is formed in this adjacent section without Flußleitklaue, so that the Flussleitklaue the first Flußleitelements directly adjacent to the disc or annular, flat or plate-shaped base body of the second flux guide adjacent to the second axial end face of the ring magnet is applied. It may be expedient that the second flux guide radially projects beyond the outer circumference of the transmitter magnet in this area, so that the air gap between the first flux guide in the region of the flux guide claw and the second flux guide is radially spaced from the outer circumference of the transmitter magnet.
Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausführung weist auch das zweite Flussleitelement mindestens eine Flussleitklaue auf, die sich in Achsrichtung am Außenumfang des Gebermagneten erstreckt und deren freie Stirnseite auf Abstand zum ersten Flussleitelement liegt. Außerdem befindet sich zwischen erster und zweiter Flussleitklaue an den verschiedenenAccording to a preferred further embodiment, the second flux-conducting element also has at least one flux-conducting claw which extends in the axial direction on the outer circumference of the transmitter magnet and whose free end side is at a distance from the first one Fluxing element is located. In addition, there is between the first and second Flussleitklaue at the various
Flussleitelementen in Umfangsrichtung des Gebermagneten gesehen ebenfalls ein Luftspalt, so dass die Magnetfeldlinien sich nicht nur in Achsrichtung zwischen erster Flussleitklaue und dem benachbarten Abschnitt des zweiten Flussleitelementes erstrecken, sondern zusätzlich auch in Umfangsrichtung des Gebermagneten zwischen erster und zweiter Flussleitklaue. Da jedes Flussleitelement mit jeweils einem Pol des Gebermagneten verbunden ist, nehmen auch die Flussleitklauen eine entsprechende Magnetisierung an, so dass bei einer Anordnung der Flussleitklauen benachbart zueinander in Umfangsrichtung des Gebermagneten gesehen auch entsprechende Feldlinien in dieser Richtung verlaufen.As seen in the circumferential direction of the transmitter magnet flux guide elements also an air gap, so that the magnetic field lines extend not only in the axial direction between the first Flußleitklaue and the adjacent portion of the second flux guide, but also in the circumferential direction of the encoder magnet between the first and second Flußleitklaue. Since each flux-conducting element is connected in each case to one pole of the transmitter magnet, the flux-conducting claws also assume a corresponding magnetization, so that when the flux-conducting claws are arranged adjacent to one another in the circumferential direction of the transmitter magnet, corresponding field lines also run in this direction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung sind über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Flussleitklauen am ersten Flussleitelement und zweckmäßigerweise auch am zweiten Flussleitelement angeordnet. Konstruktiv lassen sich die Flussleitklauen in einfacher Weise dadurch herstellen, dass eine sternförmige Grundplatte aus ferromagnetischem oder weichmagnetischem Material, die das Ausgangsmaterial für das Flussleitelement bildet, durch Umformen so gestaltet wird, dass die radial überstehenden Flussleitklauen gegenüber dem Grundkörper um 90° umgebogen werden. Hierbei erweist es sich als zweckmäßig, zwei zueinander identische Flussleitelemente auszubilden, die jeweils mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Flussleitklauen versehen sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Flussleitklauen eine Lücke herrscht, die im montierten Zustand zur Aufnahme einer Flussleitklaue des jeweils anderen Flussleitelementes dient. Auf diese Weise können komplementär ineinandergreifende Flussleitelemente hergestellt werden, die in montierter Position den Gebermagneten zumindest an den axialen Stirnseiten und am Außenumfang annähernd vollständig umschließen, wobei jeweils zwei Flussleitklauen unterschiedlicher Flussleitelemente unmittelbar benachbart zueinander sich entlang des Umfangs des Gebermagneten erstrecken .According to a further preferred embodiment, a plurality of flux guide claws distributed on the circumference are arranged on the first flux guide element and expediently also on the second flux guide element. Structurally, the flux guide claws can be produced in a simple manner by designing a star-shaped base plate made of ferromagnetic or soft magnetic material, which forms the starting material for the flux guide element, by reshaping so that the radially projecting flux guide claws are bent by 90 ° relative to the main body. It proves to be expedient to form two mutually identical flux guides, which are each provided with a plurality of distributed over the circumference Flussleitklauen, between each two adjacent Flussleitklauen a gap prevails, which serves in the assembled state for receiving a Flussleitklaue the other flux guide , In this way, complementary intermeshing flux guides can be produced, which in the mounted position, the encoder magnets at least at the axial end faces and the outer circumference approximately completely enclose, each two Flußleitklauen different Flußleitelemente immediately adjacent extend to each other along the circumference of the transmitter magnet.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, dass der Gebermagnet sowie die beiden Flussleitelemente an dem rotierenden Bauteil drehfest angeordnet sind, dessen Drehlage mithilfe der Sensoreinrichtung ermittelt werden soll. Der Hallsensor ist dagegen ortsfest angeordnet. Bei der Rotation des Bauteiles bewegen sich die Flussleitelemente an dem feststehenden Hallsensor vorbei; während der Relativbewegung zwischen dem rotierenden Bauteil und dem feststehenden Hallsensor werden die Magnetfeldänderungen vom Hallsensor registriert. In Betracht kommt aber auch eine Ausführung, bei der der Hallsensor fest mit dem rotierenden Bauteil verbunden ist und der Gebermagnet einschließlich der Flussleitelemente ortsfest gehalten ist, so dass der Hallsensor an dem ortsfest positionierten Gebermagneten vorbei bewegt wird.In principle, it is advantageous that the transmitter magnet and the two flux guide elements are arranged rotationally fixed on the rotating component whose rotational position is to be determined by means of the sensor device. The Hall sensor, however, is stationary. During the rotation of the component, the flux guide elements move past the stationary Hall sensor; During the relative movement between the rotating component and the stationary Hall sensor, the magnetic field changes are registered by the Hall sensor. However, it is also an embodiment in which the Hall sensor is firmly connected to the rotating component and the encoder magnet is held stationary, including the flux guide, so that the Hall sensor is moved past the stationarily positioned transmitter magnet over.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines von zwei komplementär zueinander ausgebildeten Flussleitelementen eingefassten Gebermagneten als Teil einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der1 is a perspective view of one of two complementarily trained to each other formed flux guide elements encoder magnets as part of a sensor device for detecting the
Drehlage eines rotierenden Bauteils,Rotational position of a rotating component,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Gebermagneten.Fig. 2 is a section through the encoder magnet.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, umfasst dieAs shown in Figures 1 and 2, the
Sensoreinrichtung 1 einen ringförmigen Gebermagneten 2, der axial magnetisiert ist, was in Fig. 2 mit „N" für Nordpol und „S" für Südpol dargestellt ist. Der Gebermagnet 2 ist auf einem nicht-magnetischen Zentrierring 3 gehalten, über den der Gebermagnet 2 drehfest auf einem rotierenden Bauteil aufsitzt, beispielsweise auf der Ankerwelle eines Rotors in einem Elektromotor . Im Betrieb läuft das Bauteil um die Drehachse 6 um, die zugleich die Drehachse des Gebermagneten 2 bildet.Sensor device 1, an annular encoder magnet 2, which is axially magnetized, which is shown in Fig. 2 with "N" for North Pole and "S" for South Pole. The donor magnet 2 is held on a non-magnetic centering ring 3, via which the donor magnet 2 rotatably seated on a rotating component, for example, on the armature shaft of a rotor in one Electric motor. In operation, the component runs around the axis of rotation 6, which at the same time forms the axis of rotation of the encoder magnet 2.
Der Gebermagnet 2 ist von zwei identisch aufgebauten Flussleitelementen 4 und 5 eingefasst, die aus einem ferromagnetischen oder einem weichmagnetischen Material bestehen und die Funktion haben, das vom Gebermagneten erzeugte Magnetfeld in eine gewünschten Richtung zu lenken bzw. zu leiten. Über die beiden Flussleitelemente 4 und 5 wird, über den Umfang des Gebermagneten 2 gesehen, ein ungleichmäßigesThe transmitter magnet 2 is bordered by two identically constructed flux guide elements 4 and 5, which consist of a ferromagnetic or a soft magnetic material and have the function of directing the magnetic field generated by the transmitter magnet in a desired direction or to guide. About the two flux guide elements 4 and 5, seen over the circumference of the encoder magnet 2, an uneven
Magnetfeld erzeugt, wobei Magnetflussdichteunterschiede von einem Hallsensor 7 (Fig. 2) , der Bestandteil der Sensoreinrichtung 1 ist, detektiert werden. Die mithilfe der Flussleitelemente 4 und 5 über den Umfang ungleichmäßig verteilte Magnetflussdichte wird von dem Hallsensor 7 registriert, wobei jede Flussdichteänderung ein entsprechendes Signal im Hallsensor 7 generiert. Auf diese Weise kann die aktuelle Drehlage des Gebermagneten 2 und damit auch des rotierenden Bauteiles detektiert werden.Magnetic field generated magnetic flux density differences from a Hall sensor 7 (Fig. 2), which is part of the sensor device 1, are detected. The magnetic flux density unevenly distributed over the circumference by means of the flux guide elements 4 and 5 is registered by the Hall sensor 7, each flux density change generating a corresponding signal in the Hall sensor 7. In this way, the current rotational position of the encoder magnet 2 and thus also of the rotating component can be detected.
Jedes Flussleitelement 4 bzw. 5 besteht aus einem scheibenförmigen Grundkörper 4a bzw. 5a und Flussleitklauen 4b bzw. 5b, die gegenüber dem Grundkörper um 90° abgewinkelt sind. Der Grundkörper 4a, 5a ist Scheiben- bzw. ringförmig ausgebildet und liegt an der axialen Stirnseite des Gebermagneten 2 an. Der Grundkörper 4a des ersten Flussleitelementes 4 befindet sich am Nordpol, der Grundkörper 5a des zweiten Flussleitelementes 5 am Südpol des Gebermagneten 2. Da die Flussleitklauen 4b und 5b der beiden Flussleitelemente 4 bzw. 5 gegenüber dem jeweiligen Grundkörper 4a bzw. 5a um 90° umgebogen sind, befinden sich die Flussleitklauen am Außenumfang des Gebermagneten 2 und erstrecken sich in Achsrichtung. Die Flussleitklauen 4b und 5b sind so ausgeführt, dass sie sich am Außenumfang des Gebermagneten 2 zumindest annähernd über die axiale Ausdehnung des Gebermagneten erstrecken. Über den Umfang sind eine Mehrzahl gleichmäßig verteilter Flussleitklauen 4b und 5b an dem Flussleitelement vorgesehen, wobei der Abstand zwischen benachbarten Flussleitklauen 4b bzw. 5b in der Weise bemessen ist, dass eine Flussleitklaue des jeweils anderen Flussleitelementes in die entstehende Lücke hineinpasst. Zwischen unmittelbar benachbarten Flussleitklauen 4b und 5b verschiedener Flussleitelemente liegt jeweils ein schmaler Luftspalt, ebenso in Achsrichtung zwischen der Stirnseite einer Flussleitklaue 4b bzw. 5b zum Grundkörper 5a bzw. 4a des jeweils anderen Flussleitelementes. Wie Fig. 2 zu entnehmen, steht der Grundkörper eines Flussleitelementes radial über den Außenumfang des Gebermagneten über. Über den Umfang verteilt weist jedes Flussleitelement 4 bzw. 5 insgesamt neun Flussleitklauen 4b bzw. 5b auf.Each flux guide 4 or 5 consists of a disc-shaped base 4a and 5a and flux guide 4b and 5b, which are angled relative to the base body by 90 °. The main body 4a, 5a is disc-shaped or ring-shaped and abuts against the axial end face of the encoder magnet 2. The main body 4a of the first flux-conducting element 4 is located at the north pole, the main body 5a of the second flux-conducting element 5 at the south pole of the transmitter magnet 2. Since the flux-conducting claws 4b and 5b of the two flux-conducting elements 4 and 5 are bent over 90 ° relative to the respective base body 4a or 5a are, are the Flussleitklauen on the outer circumference of the encoder magnet 2 and extend in the axial direction. The flux guide claws 4b and 5b are designed so that they extend at least approximately over the axial extent of the encoder magnet on the outer circumference of the encoder magnet 2. A plurality of uniformly distributed Flußleitklauen 4b and 5b are provided on the flux guide over the circumference, wherein the distance between adjacent Flussleitklauen 4b and 5b is dimensioned in such a way that a Flußleitklaue the other flux guide fits into the resulting gap. Between each immediately adjacent Flussleitklauen 4b and 5b of different Flußleitelemente is in each case a narrow air gap, as well in the axial direction between the end face of a Flussleitklaue 4b and 5b to the main body 5a and 4a of the respective other flux guide. As can be seen from FIG. 2, the main body of a flux-conducting element projects radially beyond the outer circumference of the transmitter magnet. Distributed over the circumference, each flux-conducting element 4 or 5 has a total of nine flux-conducting claws 4b and 5b.
Wie Fig. 2 zu entnehmen, ist der Hallsensor 7 vorzugsweise mit radialem Abstand zum Außenumfang des Gebermagneten bzw. der Flussleitklauen angeordnet. Grundsätzlich möglich ist aber auch, wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt, eine Positionierung des Hallsensors 7 benachbart zu einer der Stirnseiten desAs can be seen from FIG. 2, the Hall sensor 7 is preferably arranged at a radial distance from the outer circumference of the transmitter magnet or the flux guide claws. In principle, however, is also possible, as also shown in Fig. 2, a positioning of the Hall sensor 7 adjacent to one of the end faces of the
Gebermagneten, uns zwar entweder wie gezeigt innerhalb des radialen Außenumfangs des Gebermagneten oder außerhalb des Außenumfangs . Encoder magnets, either as shown within the radial outer circumference of the transmitter magnet or outside the outer circumference.

Claims

Ansprüche claims
1. Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage eines rotierenden Bauteils, mit einem ringförmigen Gebermagneten (2) , mindestens einem Flussleitelement (4, 5) und einem Hallsensor (7) zur Erfassung des vom Gebermagneten (2) ausgehenden und über das Flussleitelement (4, 5) geleiteten Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass zwei den Gebermagneten (2) einfassende Flussleitelemente (4, 5) vorgesehen sind, wobei mindestens ein erstes Flussleitelement (4) mindestens eine sich axial am Außenumfang des Gebermagneten (2) erstreckende Flussleitklaue (4b) aufweist, deren freie Stirnseite auf Abstand zum zweiten Flussleitelement (5) liegt.1. Sensor device for detecting the rotational position of a rotating component, comprising an annular transmitter magnet (2), at least one flux guide element (4, 5) and a Hall sensor (7) for detecting the transmitter magnet (2) outgoing and via the flux guide (4, 5 ) guided magnetic field, characterized in that two the encoder magnets (2) enclosing Flußleitelemente (4, 5) are provided, wherein at least one first flux guide (4) at least one axially on the outer circumference of the encoder magnet (2) extending Flußleitklaue (4b), whose free end face is at a distance from the second flux guide element (5).
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (2) axial magnetisiert ist.2. Sensor device according to claim 1, characterized in that the transmitter magnet (2) is axially magnetized.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitklaue (4b) sich zumindest im Wesentlichen über die axiale Breite des Gebermagneten (2) erstreckt.3. Sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the Flussleitklaue (4b) extends at least substantially over the axial width of the transmitter magnet (2).
4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flussleitelement (5) in dem der Flussleitklaue (4b) des ersten Flussleitelements (4) benachbarten Abschnitt sich in einer Ebene erstreckt, die parallel zur Stirnseite des Gebermagneten (2) liegt.4. Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second flux guide (5) in the flux guide claw (4b) of the first flux guide (4) adjacent portion extending in a plane parallel to the end face of the transmitter magnet (2 ) lies.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flussleitelement (5) in dem der Flussleitklaue (4b) benachbarten Abschnitt den Außenumfang des Gebermagneten (2) radial überragt. 5. Sensor device according to claim 4, characterized in that the second flux-conducting element (5) projects radially beyond the outer circumference of the transmitter magnet (2) in the section adjacent to the flux-conducting claw (4b).
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flussleitelement (4, 5) einen scheibenförmigen Grundkörper (4a, 5a) aufweist, der an einer Stirnseite des Gebermagneten (2) anliegt.6. Sensor device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one flux-conducting element (4, 5) has a disk-shaped base body (4a, 5a), which bears against an end face of the transmitter magnet (2).
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flussleitelement (5) ebenfalls mindestens eine sich axial am Außenumfang des Gebermagneten (2) erstreckende Flussleitklaue (5b) aufweist, deren freie Stirnseite auf Abstand zum ersten Flussleitelement (4) liegt.7. Sensor device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second flux guide (5) also at least one axially on the outer circumference of the encoder magnet (2) extending Flußleitklaue (5b) whose free end face at a distance from the first flux guide (4 ) lies.
8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitklauen (4b, 5b) des ersten und des zweiten Flussleitelements (4, 5) in8. Sensor device according to claim 7, characterized in that the Flußleitklauen (4b, 5b) of the first and the second flux guide (4, 5) in
Umfangsrichtung benachbart, jedoch mit zwischenliegendem Luftspalt zueinander angeordnet sind.Circumferentially adjacent, but are arranged with an intermediate air gap to each other.
9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Flussleitklauen (4b, 5b) am ersten und zweiten Flussleitelement (4, 5) angeordnet sind.9. Sensor device according to claim 7 or 8, characterized in that distributed over the circumference, a plurality of Flußleitklauen (4b, 5b) on the first and second flux guide (4, 5) are arranged.
10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Flussleitelement (4, 5) neun über den Umfang verteilte Flussleitklauen (4, 5b) aufweist.10. Sensor device according to claim 9, characterized in that each flux-conducting element (4, 5) has nine flux guide claws (4, 5b) distributed over the circumference.
11. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flussleitelemente (4, 5) identisch aufgebaut und in Einbaulage ineinander greifend angeordnet sind.11. Sensor device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the two flux-conducting elements (4, 5) constructed identically and are arranged in the installation position interlocking.
12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (2) und die beiden Flussleitelemente (4, 5) an dem rotierenden Bauteil angeordnet sind. 12. Sensor device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the transmitter magnet (2) and the two flux guide elements (4, 5) are arranged on the rotating component.
13. Elektromotor, insbesondere für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug, mit einer Sensoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 13. Electric motor, in particular for an auxiliary unit in a motor vehicle, with a sensor device (1) according to one of claims 1 to 12.
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