DE-102024210618-A1 - Lagegeber für eine Bauteilanordnung

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagegeber (100) für eine Bauteilanordnung zur Bestimmung einer Winkelposition einer Welle (110) relativ zu einem Grundkörper (120), umfassend: eine Magnetanordnung (130), mit mehreren Permanentmagneten; eine Hall-Sensoranordnung mit mindestens einem Hall-Sensor (170), wobei die Magnetanordnung (130) und die Hall-Sensoranordnung zueinander um eine Rotationsachse (150) verdrehbar sind, wobei die Magnetisierungsrichtungen (140) der Permanentmagnete (131, 312, 133) in tangentialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (150) verlaufen, wobei gegensätzliche Pole von jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten (131, 312, 133) einander zugewandt und beabstandet sind, und wobei eine magnetfeldsensitive Erfassungsrichtung des mindestens einen Hall-Sensors (170), insbesondere zumindest mit einer Richtungskomponente, senkrecht auf die tangential angeordneten Permanentmagneten (131, 312, 133) ausgerichtet ist.

Inventors

• Roland Kovács
• Janos Gyongyossy
• Marco Nyari
• Laszlo Szekeres

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (9)

1. Lagegeber (100) für eine Bauteilanordnung zur Bestimmung einer Winkelposition einer Welle (110) relativ zu einem Grundkörper (120), umfassend: - eine Magnetanordnung (130) mit mehreren tangential um eine Rotationsachse (150) angeordneten Permanentmagneten (131, 312, 133); - eine Hall-Sensoranordnung mit mindestens einem Hall-Sensor (170), wobei die Permanentmagneten der Magnetanordnung (130) und und die Hall-Sensoranordnung relativ zueinander um die Rotationsachse (150) verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Magnetisierungsrichtungen (140) der Permanentmagnete (131, 312, 133) in tangentialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (150) verlaufen, wobei gegensätzliche Pole von jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten (131, 312, 133) einander zugewandt und beabstandet sind, und dass eine magnetfeldsensitive Erfassungsrichtung des mindestens einen Hall-Sensors (170), insbesondere zumindest mit einer Richtungskomponente, senkrecht auf die tangential angeordneten Permanentmagneten (131, 312, 133) ausgerichtet ist.
2. Lagegeber (100) nach Anspruch 1 , wobei die Permanentmagneten (131, 312, 133) gleiche tangentiale Längen aufweisen und gleichmäßig in tangentialer Richtung über den Umfang der kreisförmigen Anordnung verteilt sein, wobei insbesondere die Bogenlänge der Abstände zwischen den Polen der Permanentmagnete zwischen 5 und 50 ° beträgt.
3. Lagegeber (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (130) mindestens zwei oder insbesondere sechs Permanentmagnete (131, 312, 133) umfasst.
4. Lagegeber (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (131, 312, 133) der Magnetanordnung (130) diametrische Blockmagnete sind und insbesondere ein Ferritmaterial aufweisen.
5. Lagegeber (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotationsachse (150) die Achse einer Welle (110) ist.
6. Lagegeber (100) nach Anspruch 5 , wobei die Magnetanordnung (130) auf der Welle (110) und die Hall-Sensoranordnung (170) auf dem Grundkörper (120) angeordnet ist.
7. Lagegeber (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hall-Sensoranordnung (170) von den Permanentmagneten (131,132,133) der Magnetanordnung (130) beanstandet ist.
8. Lagegeber (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagegeber mindestens einen Komparator umfasst, der ausgebildet ist, das durch die Magnetfeld-Anordnung (130) im Hall-Sensor (170) erzeugte Spannungssignal als ein elektrisches Rechteckspannungssignal (320) auszugeben.
9. Lagegeber (100) nach Anspruch 8 , wobei der mindestens ein Komparator ein Schmitt-Trigger (330) ist und einen oberen Schwellwert (T O ) aufweist der einem positiven Wert der magnetischen Flussdichte entspricht und einen unteren Schwellwert (T U ) der einem negativen Wert der magnetischen Flussdichte entspricht, wobei der obere Schwellwert (T O ) insbesondere zwischen 10 und 20 mT und der untere Schwellwert (T U ) insbesondere zwischen -20 und -10 mT beträgt.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Lagegeber zur Bestimmung einer Winkelposition einer Welle relativ zu einem Grundkörper, umfassend eine Magnetanordnung, mit mehreren Permanentmagneten und eine Hall-Sensoranordnung mit mindestens einem Hall-Sensor, wobei die Magnetanordnung und die Hall-Sensoranordnung zueinander um eine Rotationsachse rotierbar sind. Technischer Hintergrund: Die Messung einer Drehzahl erfolgt hauptsächlich durch den Einsatz von Lagegebern oder Drehzahlsensoren. Dabei können verschiedene Arten von Lagegebern zum Einsatz kommen, z.B. optische oder induktive Sensoren wie in den Druckschriften DE 10 2020 127 569 und WO 201917972 beschrieben sind. Zur Bestimmung der Drehzahl werden am häufigsten Hall-Effekt-Sensoren eingesetzt, wie sie beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2023 126 158 beschrieben sind. Beim Hall-Effekt entsteht eine Spannung, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu einem elektrischen Stromfluss steht. Befindet sich der Hall-Sensor in der Nähe eines Magneten, der an einer sich drehenden Welle montiert ist, so misst der Hall-Effekt-Sensor die Änderung des magnetischen Flusses. Diese Änderung wird in elektrische Signale umgewandelt, die zur Berechnung der Geschwindigkeit verwendet werden. Die Verwendung von magnetoresistiven Sensoren zur Messung der Drehzahl ist ebenfalls bekannt, z.B. aus der Druckschrift EP 2884232. Diese Sensoren arbeiten ähnlich wie Hall-Effekt-Sensoren, verwenden jedoch magnetoresistive Materialien, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Magnetfeld, dem sie ausgesetzt sind, ändert. Sie bieten oft eine höhere Genauigkeit und Empfindlichkeit als Hall-Effekt-Sensoren. Die Druckschrift WO 2000/004339 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehlage mit einem Sensorelement, das eine Vielzahl von gleichmäßig um seine Drehachse beabstandeten Magneten aufweist. Der mindestens eine Sensor ist so angeordnet, dass er ein Magnetfeld senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der Vielzahl von Magneten misst. Der mindestens eine Sensor ist ein Hall-Effekt-Sensor, und die Magnetisierungsrichtung der Vielzahl von Magneten ist axial oder parallel zur Drehachse des ersten Sensorelements. Bei Magneten unterscheidet man zwischen axialer und diametraler Magnetisierung. Bei der axialen Magnetisierung verläuft die Richtung des Magnetfeldes entlang der Höhe oder Dicke des Magnetblockes, bei der diametralen Magnetisierung entlang der Breite oder Länge des Magnetblockes. Bei der axialen Magnetisierung befinden sich die Pole auf der flachen Ober- und Unterseite des Magnetblockes, bei der diametralen Magnetisierung auf gegenüberliegenden Seiten des Magnetblockes. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Lagegeber mit erhöhter Störfestigkeit vorzusehen, das zudem den Einsatz von Ferritmagneten ermöglicht. Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch einen Lagegeber zur Messung einer Drehzahl gemäß Anspruch 1, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Lagegeber für eine Bauteilanordnung zur Bestimmung einer Winkelposition einer Welle relativ zu einem Grundkörper, umfassend eine Magnetanordnung, mit mehreren Permanentmagneten und eine Hall-Sensoranordnung mit mindestens einem Hall-Sensor, wobei die Magnetanordnung und die Hall-Sensoranordnung zueinander um eine Rotationsachse verdrehbar sind, beschrieben. Weiterhin verlaufen die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete in tangentialer Richtung bezüglich der Rotationsachse, wobei gegensätzliche Pole von jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten einander zugewandt und beabstandet sind, und wobei eine magnetfeldsensitive Erfassungsrichtung des mindestens einen Hall-Sensors, insbesondere zumindest mit einer Richtungskomponente, senkrecht auf die tangential angeordneten Permanentmagneten ausgerichtet ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass beim Vorbeibewegen der einander zugewandten Magnetpole der Hall-Sensor eine Magnetfeldumkehr detektieren kann, die sehr genau die Mitte des Abstands zwischen den beiden Magnetpolen angibt und dort einen sehr hohen Flussdichtegradienten bei einem Vorzeichenwechsel der Flussdichte aufweist. Durch einander zugewandten gegensätzlichen Magnetpole existieren in dem Lagegeber doppelt so viele Amplitudenspitzen wie Permanentmagnete. Die ansteigenden und fallenden Flanken der Flussdichtekurve nimmt oberhalb der Detektionsschwelle zu. Zwischen der Breite des Permanentmagneten hat die axiale Magnetfeldkomponente die gleiche Amplitude und Verhalten, so dass eine größere Unempfindlichkeit gegenüber radialen Toleranzen besteht. Es können daher weniger Permanentmagnete verwendet werden. Außerdem ist die Empfindlichkeit des Sensors für externe Störfelder aufgrund der hohen Gradienten der Flussdichten geringer. Gemäß einem weiteren Aspekt können die Permanentmagneten gleiche tangentiale Längen aufweisen und gleichmäßig in