DE102013200931A1

DE102013200931A1 - angle sensor

Info

Publication number: DE102013200931A1
Application number: DE102013200931A
Authority: DE
Inventors: Rolf Bachmann; Meric Amstutz
Original assignee: CONTELEC AG
Current assignee: CONTELEC AG
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CH706043B1; CH706043A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor (1) zur Messung eines Drehwinkels. Der Winkelsensor (1) umfasst ein Sensorgehäuse (2), an welchem eine Rotorwelle (3) drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle (3) weist einen Magnetträger (4) auf zur Aufnahme von mindestens eines Erregermagneten (5). Es ist ein Sensorelement (6) vorgesehen zur Erfassung des Magnetfelds des mindestens einen Erregermagneten (5), wobei aufgrund des erfassten Magnetfelds der Drehwinkel der Rotorwelle (3) gegenüber dem Sensorgehäuse (2) bestimmbar ist. Das Sensorgehäuse (2) und der Magnetträger (4) weisen einen ferromagnetischen Werkstoff auf.The invention relates to an angle sensor (1) for measuring a rotation angle. The angle sensor (1) comprises a sensor housing (2) on which a rotor shaft (3) is rotatably mounted. The rotor shaft (3) has a magnet carrier (4) for receiving at least one exciter magnet (5). A sensor element (6) is provided for detecting the magnetic field of the at least one excitation magnet (5), wherein the rotational angle of the rotor shaft (3) relative to the sensor housing (2) can be determined on the basis of the detected magnetic field. The sensor housing (2) and the magnetic carrier (4) have a ferromagnetic material.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelsensor zur Messung eines Drehwinkels.The invention relates to an angle sensor for measuring a rotation angle.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik sind Winkelsensoren zur Erfassung eines Drehwinkels bekannt. So zeigt die DE 10 2007 039 050 einen Linearsegment- oder Umdrehungszähler mit einem Wiegand-Element. Das Wiegand-Element befindet sich zwischen zwei sich bewegenden Erregermagneten, welche über einen ferromagnetischen Rückschlusskörper, der als Ring ausgebildet ist, verbunden sind. Zur Ermittlung der Position und Polarität der Erregermagneten ist eine zusätzliche Sensoreinheit im Hauptfeld zwischen den Erregermagneten angeordnet. Als ferromagnetischer Rückschlusskörper kann allerdings auch eine Haube dienen, mittels der der Umdrehungszähler abgedeckt ist.Angle sensors for detecting a rotation angle are known from the prior art. That's how it shows DE 10 2007 039 050 a linear segment or revolution counter with a Wiegand element. The Wiegand element is located between two moving exciter magnets, which are connected via a ferromagnetic yoke body, which is formed as a ring. To determine the position and polarity of the excitation magnets, an additional sensor unit is arranged in the main field between the exciter magnets. However, as a ferromagnetic yoke body can also serve a hood, by means of which the revolution counter is covered.

Bei einem Taster für geometrische Grössen sind zur Drehwinkelmessung zwei Winkelsensoren angebracht, in deren unmittelbaren Nähe zwei permanent erregte DC Motoren angeordnet sind. Durch die DC Motoren sowie des jeweils anderen Winkelsensor entsteht ein Fehler bei der Drehwinkelmessung. Dieser Fehler kann mehrere Prozent betragen.In the case of a probe for geometric quantities, two angle sensors are mounted for measuring the angle of rotation, in the immediate vicinity of which two permanently excited DC motors are arranged. Due to the DC motors as well as the respective other angle sensor an error occurs in the rotation angle measurement. This error can be several percent.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Winkelsensor zur Messung eines Drehwinkels vorzuschlagen, welcher mindestens gewisse Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung einen Winkelsensor vorzuschlagen, welcher gegenüber Winkelsensoren aus dem Stand der Technik eine höhere Störfestigkeit aufweist.An object of the invention is to propose an angle sensor for measuring a rotation angle, which does not have at least certain disadvantages of the prior art. It is a particular object of the invention to propose an angle sensor which has a higher immunity to interference than angle sensors from the prior art.

Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Ein Winkelsensor zur Messung eines Drehwinkels umfasst ein Sensorgehäuse, an welchem eine Rotorwelle drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle weist einen Magnetträger auf zur Aufnahme von mindestens einem Erregermagneten. Es ist ein Sensorelement vorgesehen zur Erfassung des Magnetfelds des mindestens einen Erregermagneten, wobei aufgrund des erfassten Magnetfelds der Drehwinkel der Rotorwelle gegenüber dem Sensorgehäuse bestimmbar ist. Das Sensorgehäuse und der Magnetträger weisen einen ferromagnetischen Werkstoff auf. Der ferromagnetische Werkstoff des Magnetträgers führt zu einer Schirmung des Erregermagnets, also insbesondere von magnetischer und/oder elektrischer Strahlung, gegenüber aussenliegender Geräte und der ferromagnetische Werkstoff des Sensorgehäuses führt zu einer Schirmung der darin angeordneten Sensorbauteile gegenüber insbesondere magnetischer und/oder elektrischer Strahlung aussenliegender Geräte, welche den Winkelsensor somit nicht stören. Durch den Aufbau mit dem Sensorgehäuse sowie dem Magnetträger aus ferromagnetischem Werkstoff wird zudem erreicht, dass keine Hysterese auf dem Ausgangssignal entsteht. In einer Ausführungsvariante ist eine konzentrische Anordnung von einem oder mehreren Bestandteilen des Winkelsensors vorgesehen, also insbesondere eine konzentrische Anordnung des Sensorgehäuses, der Rotorwelle, des Magnetträgers, des Erregermagneten und/oder des Sensorelements. In einer Variante ist der Winkelsensor als Singleturm 360° Sensor ausgeführt. Der Winkelsensor ist insbesondere so aufgebaut, dass kein Getriebe erforderlich ist. In einer Variante ist nur ein einzelnes Sensorelement vorgesehen. In einer redundanten Ausführung können zwei gleichartige Sensorelemente vorgesehen sein.This object is achieved by the features defined in the independent claim 1. An angle sensor for measuring a rotation angle comprises a sensor housing, on which a rotor shaft is rotatably mounted. The rotor shaft has a magnetic carrier for receiving at least one exciter magnet. A sensor element is provided for detecting the magnetic field of the at least one exciter magnet, wherein the rotational angle of the rotor shaft relative to the sensor housing can be determined on the basis of the detected magnetic field. The sensor housing and the magnetic carrier have a ferromagnetic material. The ferromagnetic material of the magnetic carrier leads to a shielding of the excitation magnet, ie in particular of magnetic and / or electrical radiation, to external devices and the ferromagnetic material of the sensor housing leads to a shielding of the sensor components arranged therein in particular against magnetic and / or electrical radiation of external devices, which thus does not disturb the angle sensor. Due to the structure with the sensor housing and the magnetic carrier made of ferromagnetic material is also achieved that no hysteresis on the output signal. In one embodiment, a concentric arrangement of one or more components of the angle sensor is provided, ie in particular a concentric arrangement of the sensor housing, the rotor shaft, the magnet carrier, the exciter magnet and / or the sensor element. In one variant, the angle sensor is designed as a single-tower 360 ° sensor. The angle sensor is in particular constructed so that no transmission is required. In one variant, only a single sensor element is provided. In a redundant embodiment, two similar sensor elements may be provided.

In einer Ausführungsvariante weist der Magnetträger einen ringförmig ausgebildeten ferromagnetischen Werkstoff auf. Dieser kann wesentliche Teile des Erregermagneten umschliessen und somit zu einer effektiven Schirmung gegenüber aussenliegenden Geräten führen, so dass diese durch den Erregermagnet nicht gestört werden.In one embodiment, the magnetic carrier has an annular ferromagnetic material. This can enclose essential parts of the exciter magnet and thus lead to an effective shielding against external devices, so that they are not disturbed by the excitation magnet.

In einer anderen Ausführungsvariante weist der Magnetträger einen glockenförmig ausgebildeten ferromagnetischen Werkstoff auf. Dabei ist das Sensorelement auf der Seite der Glockenöffnung angebracht. Somit werden Felder des Erregermagneten auf der dem Sensorelement abgewandten Seite effektiv gegenüber aussenliegenden Geräten abgeschirmt, so dass diese durch den Erregermagnet nicht gestört werden.In another embodiment, the magnetic carrier has a bell-shaped ferromagnetic material. In this case, the sensor element is mounted on the side of the bell opening. Thus, fields of the excitation magnet on the side facing away from the sensor element effectively shielded from external devices, so that they are not disturbed by the exciter magnet.

In einer weiteren Ausführungsvariante weist die Rotorwelle einen ferromagnetischen Werkstoff auf. Die Rotorwelle befindet sich auf der dem Sensorelement abgewandten Seite des Magnetträgers und Felder, welche auf dieser Seite bestehen, werden somit effektiv gegenüber aussenliegenden Geräten abgeschirmt, so dass diese durch den Erregermagnet nicht gestört werden.In a further embodiment variant, the rotor shaft has a ferromagnetic material. The rotor shaft is located on the side facing away from the sensor element of the magnetic carrier and fields which exist on this side are thus effectively shielded from external devices, so that they are not disturbed by the exciter magnet.

In einer Ausführungsvariante weist der Erregermagnet mindestens einen Permanentmagneten der folgenden Formen auf: Ringmagnet, mehrere Ringsektormagnete. Der Winkelsensor kann somit einen Erregermagneten aufweisen, welcher kostengünstig aus auf dem Markt erhältlichen Bauteilen hergestellt ist. Gegenüber einem Zylindermagneten wird beim Ringmagneten das innere Feld ausgenutzt, welches sich durch die beschriebene Anordnung ferromagnetischer Bauteile nicht so leicht beeinflussen lässt. In einer Ausführungsvariante umfasst das Sensorelement mindestens einen der folgenden Sensoren: Hall-Sensor, XMR (X-magneto-resistive) Magnetfeldsensor. Insbesondere mit dem Hall-Sensor kann ein Winkelsensor hergestellt werden, welcher eine hohe Genauigkeit aufweist.In one embodiment variant, the excitation magnet has at least one permanent magnet of the following shapes: ring magnet, a plurality of ring sector magnets. The angle sensor can thus have an excitation magnet, which is produced inexpensively from components available on the market. Compared to a cylindrical magnet, the inner field is utilized in the ring magnet, which can not be so easily influenced by the described arrangement of ferromagnetic components. In a variant The sensor element comprises at least one of the following sensors: Hall sensor, XMR (X-magneto-resistive) magnetic field sensor. In particular, with the Hall sensor, an angle sensor can be produced, which has a high accuracy.

In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Rotorwelle mit mindestens einem Lager, wie insbesondere einem Kugellager oder einem Gleitlager am Sensorgehäuse gelagert. Es können vorzugsweise zwei Lager vorgesehen sein. Insbesondere ein Kugellager ergibt eine präzise und widerstandsarme Lagerung der Rotorwelle, so dass eine hohe Genauigkeit des Winkelsensors erreicht wird.In a further embodiment variant, the rotor shaft is mounted on the sensor housing with at least one bearing, in particular a ball bearing or a plain bearing. It can be preferably provided two bearings. In particular, a ball bearing provides a precise and low-resistance storage of the rotor shaft, so that a high accuracy of the angle sensor is achieved.

In einer Ausführungsvariante ist das Sensorgehäuse zylinderförmig ausgeführt, an dessen einem Ende die Rotorwelle herausgeführt ist und an dessen zweitem Ende eine Elektronikplatine angeordnet ist, an welcher insbesondere das Sensorelement angebracht ist. Durch das zylinderförmige Sensorgehäuse ergibt sich eine kompakte Bauform, so dass der Winkelsensor für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden kann.In one embodiment, the sensor housing is cylindrical, at one end of the rotor shaft is led out and at the second end of an electronic circuit board is arranged, on which in particular the sensor element is mounted. The cylindrical sensor housing results in a compact design, so that the angle sensor can be used for a wide variety of applications.

In einer weiteren Ausführungsvariante ist das Sensorelement im Wesentlichen auf der Rotationsachse der Rotorwelle angeordnet. Dadurch kann eine besonders starkes Magnetfeld erfasst und eine hohe Genauigkeit des Winkelsensors erreicht werden.In a further embodiment, the sensor element is arranged substantially on the axis of rotation of the rotor shaft. As a result, a particularly strong magnetic field can be detected and a high accuracy of the angle sensor can be achieved.

In einer anderen Ausführungsvariante ist der Erregermagnet mit einer Magnetvergussmasse vergossen. Der Erregermagnet ist dabei insbesondere mit dem Magnetträger vergossen. Dies ergibt eine hohe Stabilität und Langlebigkeit, insbesondere zur Erzielung einer hohen Genauigkeit des Winkelsensors.In another embodiment variant, the exciter magnet is encapsulated with a magnetic encapsulant. The excitation magnet is cast in particular with the magnetic carrier. This results in a high stability and longevity, in particular for achieving a high accuracy of the angle sensor.

In einer Ausführungsvariante ist die Elektronikplatine mit einer Platinenvergussmasse vergossen, wobei vorzugsweise mindestens eine Anschlusslitze durch die Platinenvergussmasse hindurchgeführt ist. Dies ergibt eine hohe Stabilität und Langlebigkeit, insbesondere zur Erzielung einer hohen Genauigkeit des Winkelsensors.In one embodiment variant, the electronic circuit board is encapsulated with a circuit board molding compound, wherein preferably at least one connecting strand is passed through the circuit board molding compound. This results in a high stability and longevity, in particular for achieving a high accuracy of the angle sensor.

In einer Ausführungsvariante sind das Sensorgehäuse (2) und der Magnetträger (4) sowie vorzugsweise die Rotorwelle (3) in Stahl ausgeführt und derart konstruiert, dass die magnetische Flussdichte aufgrund des mindestens einen Erregermagneten und aufgrund externer Magnetfelder kleiner ist als die maximale Sättigungsdichte, welche für Stahl ungefähr 1.9 Tesla beträgt. Dadurch können die Magnetfelder absorbiert werden und Messstörungen können verhindert werden.In one embodiment, the sensor housing ( 2 ) and the magnetic carrier ( 4 ) and preferably the rotor shaft ( 3 ) in steel and constructed such that the magnetic flux density due to the at least one exciter magnet and due to external magnetic fields is less than the maximum saturation density, which for steel is approximately 1.9 Tesla. As a result, the magnetic fields can be absorbed and measurement errors can be prevented.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung im Folgenden erläutert. Es zeigen:On the basis of figures, which represent only embodiments, the invention will be explained below. Show it:

1 schematisch einen Längsschnitt des erfindungsgemässen Winkelsensors; 1 schematically a longitudinal section of the inventive angle sensor;

2 schematisch einen Querschnitt des erfindungsgemässen Winkelsensors; 2 schematically a cross section of the inventive angle sensor;

3 schematisch die Feldlinien des Erregermagneten; und 3 schematically the field lines of the exciter magnet; and

4 schematische drei Ausführungsvarianten a), b) und c) von Rotorwellen mit daran angebrachten Magnetträger. 4 schematic three variants a), b) and c) of rotor shafts with magnetic carrier mounted thereon.

WEG(E) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAY (E) FOR CARRYING OUT THE INVENTION

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Winkelsensors 1. An einem Sensorgehäuse 2 sind ein erstes Kugellager 71 und ein zweites Kugellager 72 angebracht für die drehbare Lagerung einer Rotorwelle 3 am Sensorgehäuse 2. Das Sensorgehäuse ist zylindrisch aufgebaut und die Kugellager 71, 72 sind im Bereich eines ersten Endes des Sensorgehäuses angeordnet, also in 1 auf der rechten Seite des Sensorgehäuses. Die Rotorwelle 3 ragt im Bereich des ersten Endes des Sensorgehäuses 2 aus dem Sensorgehäuse 2 heraus. Der Winkelsensor 1 kann zusammen mit einem baugleichen Winkelsensor in einem Taster für geometrische Grössen vorgesehen sein, wobei die Rotationsachsen der beiden Winkelsensoren beispielsweise rechtwinklig zueinander stehen. In einer Ausführungsform weist der Winkelsensor eine Baugrösse mit einem Durchmesser von zwischen 10 bis 20mm auf, insbesondere von 13mm. 1 schematically shows a longitudinal section of an inventive angle sensor 1 , On a sensor housing 2 are a first ball bearing 71 and a second ball bearing 72 attached for the rotatable mounting of a rotor shaft 3 on the sensor housing 2 , The sensor housing is cylindrical and the ball bearings 71 . 72 are arranged in the region of a first end of the sensor housing, ie in 1 on the right side of the sensor housing. The rotor shaft 3 protrudes in the region of the first end of the sensor housing 2 from the sensor housing 2 out. The angle sensor 1 can be provided together with a similar angle sensor in a button for geometric sizes, the axes of rotation of the two angle sensors, for example, are at right angles to each other. In one embodiment, the angle sensor has a size with a diameter of between 10 to 20 mm, in particular of 13 mm.

Wie in 1 schematisch dargestellt, ist an der Rotorwelle 3 ein Magnetträger 4 vorgesehen. Die Rotorwelle 3 und der Magnetträger 4 können aus zwei Werkstücken zusammengesetzt und beispielsweise miteinander verschraubt, verpresst oder verklebt sein. In einer Ausführungsvariante können die Rotorwelle 3 und der Magnetträger 4 aus einem einzelnen Werkstück hergestellt sein.As in 1 shown schematically, is on the rotor shaft 3 a magnetic carrier 4 intended. The rotor shaft 3 and the magnet carrier 4 can be composed of two workpieces and, for example screwed together, pressed or glued together. In one embodiment, the rotor shaft 3 and the magnet carrier 4 be made of a single workpiece.

Der Magnetträger 4 ist eingerichtet, um einen Erregermagneten 5 aufzunehmen. Der Magnetträger 4 ist beispielsweise zylinderförmig ausgeführt, wobei der beispielsweise ebenfalls zylinderförmig ausgeführte Erregermagnet 5 auf der Zylinderinnenseite des Magnetträgers 4 angebracht ist. Der Erregermagnet 5 ist beispielsweise mit einer Magnetvergussmasse 10 vergossen, wobei der Innenraum des Magnetträgers 4 vom Erregermagnet 3 und der Magnetvergussmasse 10 vollständig ausgefüllt ist. Die Magnetvergussmasse 10 kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Erregermagnet 5 und dem Magnetträger 4 herstellen.The magnet carrier 4 is set up to be an exciter magnet 5 take. The magnet carrier 4 is cylindrical, for example, wherein the example also cylindrical running excitation magnet 5 on the cylinder inside of the magnet carrier 4 is appropriate. The exciter magnet 5 is for example with a magnetic casting compound 10 potted, the interior of the magnet carrier 4 from the exciter magnet 3 and the magnetic grout 10 is completely filled out. The Magnetvergussmasse 10 can a cohesive connection between the exciter magnet 5 and the magnetic carrier 4 produce.

Der Magnetträger 4 weist einen ferromagnetischen Werkstoff auf, beispielsweise Eisen, Cobalt, Nickel oder eine ferromagnetische Legierung wie beispielsweise Stahl, Ni-Stahl oder Si-Stahl oder ein gefüllter Kunststoff mit ferromagnetischen Eigenschaften oder gesinterte Werkstoffe mit ferromagnetischen Eigenschaften. Der Magnetträger 4 kann ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein. In einer Ausführungsvariante weist der Magnetträger 4 einen ringförmig ausgebildeten ferromagnetischen Werkstoff auf, so dass beispielsweise die Zylinderwand des Magnetträgers 4 einen ferromagnetischen Werkstoff aufweist oder aus einen ferromagnetischen Werkstoff besteht. In einer anderen Ausführungsvariante weist der Magnetträger 4 einen glockenförmig ausgebildeten ferromagnetischen Werkstoff auf, so dass beispielsweise die Zylinderwand des Magnetträgers 4 sowie eine daran anschliessende scheibenförmige Abdeckung, an welcher die Rotorwelle 4 weitergeführt ist, einen ferromagnetischen Werkstoff aufweisen oder aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen. Der Magnetträger und der ferromagnetische Werkstoff sind bevorzugt derart dimensioniert, dass keine Sättigung erreicht wird. Für Stahl beträgt die maximale Sättigungsdichte ca. 1.9 Tesla.The magnet carrier 4 has a ferromagnetic material, for example iron, cobalt, nickel or a ferromagnetic alloy such as steel, Ni steel or Si-steel or a filled plastic with ferromagnetic properties or sintered materials with ferromagnetic properties. The magnet carrier 4 may be wholly or partly made of a ferromagnetic material. In one embodiment, the magnetic carrier 4 a ring-shaped ferromagnetic material, so that, for example, the cylinder wall of the magnetic carrier 4 has a ferromagnetic material or consists of a ferromagnetic material. In another embodiment, the magnetic carrier 4 a bell-shaped ferromagnetic material, so that, for example, the cylinder wall of the magnet carrier 4 and a subsequent disc-shaped cover, on which the rotor shaft 4 is continued, have a ferromagnetic material or consist of a ferromagnetic material. The magnet carrier and the ferromagnetic material are preferably dimensioned such that no saturation is achieved. For steel, the maximum saturation density is approximately 1.9 Tesla.

Das Sensorgehäuse 2 weist ebenfalls einen der genannten ferromagnetischen Werkstoffe auf. Das Sensorgehäuse 2 kann ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein.The sensor housing 2 also has one of said ferromagnetic materials. The sensor housing 2 may be wholly or partly made of a ferromagnetic material.

Im Bereich des zweiten Endes des Sensorgehäuses 2, also in 1 auf der linken Seite des Sensorgehäuses, ist am Sensorgehäuse eine Elektronikplatine 8 angebracht. Dazu kann das Sensorgehäuse wie in 1 schematisch dargestellt einen Absatz oder eine Aufnahme für die Elektronikplatine 8 aufweisen. Die Elektronikplatine 8 kann mit einer Platinenvergussmasse 11 vergossen sein, welche die Elektronikplatine 8 vollständig bedeckt. Die Platinenvergussmasse 11 kann derart ausgeführt sein, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Elektronikplatine 8 und dem Sensorgehäuse 2 bestehet.In the area of the second end of the sensor housing 2 , so in 1 on the left side of the sensor housing, there is an electronics board on the sensor housing 8th appropriate. For this purpose, the sensor housing as in 1 schematically illustrated a paragraph or a receptacle for the electronic board 8th exhibit. The electronic board 8th Can with a board casting compound 11 to be potted, which is the electronics board 8th completely covered. The board casting compound 11 can be designed such that a cohesive connection between the electronic board 8th and the sensor housing 2 may stand.

Wie in 1 schematisch dargestellt, kann an der Elektronikplatine 8 ein Sensorelement 6 vorgesehen sein, welches zur Erfassung des Magnetfelds des Erregermagneten 5 eingerichtet ist. Das Sensorelement 6 kann beispielsweise als Hall-Element ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsvariante kann das Sensorelement 6 als XMR Element (X-magneto-resistive) ausgeführt sein. Das Sensorelement 6 ist bevorzugt auf der Seite der Elektronikplatine 8 angeordnet, welche dem Erregermagnet 5 zugewandt ist.As in 1 shown schematically, can be found on the electronics board 8th a sensor element 6 be provided, which for detecting the magnetic field of the exciter magnet 5 is set up. The sensor element 6 can for example be designed as a Hall element. In another embodiment, the sensor element 6 be designed as XMR element (X-magneto-resistive). The sensor element 6 is preferred on the side of the electronic board 8th arranged, which the excitation magnet 5 is facing.

Die Elektronikplatine 8 weist Elektronikkomponenten bekannter Bauart auf, wobei das Sensorelement 6 angesteuert wird, um das Magnetfeld des Erregermagneten zu erfassen und wobei aufgrund des erfassten Magnetfelds der Drehwinkel der Rotorwelle 3 gegenüber dem Sensorgehäuse 2 bestimmbar ist. Die Elektronikkomponenten können insbesondere Spannungsquellen für das Sensorelement 6 sowie Verstärkerschaltungen für die Verstärkung eines Sensorsignals des Sensorelements 6 umfassen.The electronic board 8th has electronic components of known type, wherein the sensor element 6 is driven to detect the magnetic field of the exciter magnet and wherein due to the detected magnetic field of rotation of the rotor shaft 3 opposite the sensor housing 2 is determinable. The electronic components can in particular voltage sources for the sensor element 6 and amplifier circuits for amplifying a sensor signal of the sensor element 6 include.

Zur Verbindung mit einer externen Strom- oder Spannungsquelle sowie mit einer Auswerteelektronik können wie in 1 schematisch dargestellt eine oder mehrere Anschlusslitzen 12 vorgesehen sein, welche durch die Platinenvergussmasse 11 hindurchgeführt sind. So können beispielsweise fünf Anschlusslitzen vorgesehen sein, insbesondere eine Erdung GND, eine Speisung Ub, ein digitaler Ein-/Ausgang DIO, ein serieller Clock SCLK und ein slave select SS. Die Auflösung kann beispielsweise 14 bit betragen, wobei beispielsweise den Zahlenwerten 0... 16383 Drehwinkel zwischen 0°... 360° linear zugeordnet sein können.For connection to an external current or voltage source as well as to a transmitter, as in 1 schematically illustrated one or more connecting wires 12 be provided, which by the board Vergussmasse 11 passed through. Thus, for example, five connection leads can be provided, in particular a ground GND, a supply Ub, a digital input / output DIO, a serial clock SCLK and a slave select SS. The resolution can be, for example, 14 bits, whereby, for example, the numerical values 0 .. 16383 Rotation angle between 0 ° ... 360 ° can be assigned linearly.

2 zeigt schematisch einen Querschnitt des Winkelsensors 1 an der in 1 mit A-A gekennzeichneten Linie. Wie aus 2 ersichtlich, sind das Sensorgehäuse 2, der Magnetträger 4 und der Erregermagnet 5 zylinderförmig ausgeführt und konzentrisch zueinander angeordnet. Der Erregermagnet 5 umfasst in einem inneren Bereich die Magnetvergussmasse 10. 2 schematically shows a cross section of the angle sensor 1 at the in 1 marked with AA line. How out 2 can be seen, are the sensor housing 2 , the magnet carrier 4 and the exciter magnet 5 executed cylindrical and arranged concentrically to each other. The exciter magnet 5 includes the magnetic grout in an inner area 10 ,

Der Erregermagnet kann als Ringmagnet, mehrere Ringsektormagnete oder in irgendeiner anderen Weise ausgeführt sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches vom Sensorelement 6 erfassbar ist.The excitation magnet may be implemented as a ring magnet, a plurality of ring sector magnets or in any other way to generate a magnetic field from the sensor element 6 is detectable.

3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch den Magnetträger 4 in einem gegenüber der 1 vergrösserten Ansicht. Der Erregermagnet 5 weist abwechslungsweise Nordpole 5N und Südpole 5S auf. Die ersten Feldlinien 5a zwischen dem in 3 dargestellten äusseren Nordpol 5N und dem äusseren Südpol 5S werden durch den Magnetträger 4 geführt, welcher einen ferromagnetischen Werkstoff aufweist. Die zweiten Feldlinien 5b zwischen dem in 3 dargestellten inneren Nordpol 5N und inneren Südpol 5S werden am Sensorelement 6 vorbeigeführt, wobei das Magnetfeld vom Sensorelement 5 erfasst wird und aufgrund des erfassten Magnetfelds ein Drehwinkel zwischen dem Magnetträger 4 und dem Sensorelement 6 bestimmbar ist. Da das Sensorelement 6 über die Elektronikplatine 8 mit dem Sensorgehäuse 2 und ferner der Magnetträger 4 mit der Rotorwelle 3 verbunden sind, ist der Drehwinkel zwischen dem Sensorelement 6 und dem Magnetträger 5 gleich dem Drehwinkel zwischen dem Sensorgehäuse 2 und der Rotorwelle 3. 3 schematically shows a longitudinal section through the magnetic carrier 4 in one opposite 1 enlarged view. The exciter magnet 5 alternately has north poles 5N and south poles 5S on. The first field lines 5a between the in 3 illustrated outer north pole 5N and the outer South Pole 5S be through the magnet carrier 4 guided, which has a ferromagnetic material. The second field lines 5b between the in 3 illustrated inner north pole 5N and inner South Pole 5S be on the sensor element 6 passed, wherein the magnetic field from the sensor element 5 is detected and due to the detected magnetic field, a rotation angle between the magnetic carrier 4 and the sensor element 6 is determinable. Because the sensor element 6 over the electronics board 8th with the sensor housing 2 and also the magnetic carrier 4 with the rotor shaft 3 are connected, the angle of rotation between the sensor element 6 and the magnet carrier 5 equal to the angle of rotation between the sensor housing 2 and the rotor shaft 3 ,

4 zeigt schematisch drei Ausführungsvarianten a), b) und c) von Rotorwellen 3 mit daran angebrachten Magnetträger 4. In der Ausführungsvariante a) weist der Magnetträger 4 einen ringförmigen ferromagnetischen Werkstoff 41 auf. In der Ausführungsvariante b) weist der Magnetträger 4 einen glockenförmigen ferromagnetischen Werkstoff 42 auf. In der Ausführungsvariante c) weisen sowohl der Magnetträger 4 als auch die Rotorwelle 3 einen ferromagnetischen Werkstoff auf. In der Ausführungsvariante c) können der Magnetträger 4 und die Rotorwelle 3 aus einem einzelnen ferromagnetischen Werkstück hergestellt sein. 4 schematically shows three embodiments a), b) and c) of rotor shafts 3 with attached magnetic carrier 4 , In the embodiment a), the magnetic carrier 4 an annular ferromagnetic material 41 on. In the embodiment b), the magnetic carrier 4 a bell-shaped ferromagnetic material 42 on. In the embodiment c), both the magnetic carrier 4 as well as the rotor shaft 3 a ferromagnetic material. In the embodiment c), the magnetic carrier 4 and the rotor shaft 3 be made of a single ferromagnetic workpiece.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Winkelsensor angle sensor
22: Sensorgehäuse sensor housing
33: Rotorwelle rotor shaft
44: Magnetträger magnet carrier
55: Erregermagnet exciter magnet
66: Sensorelement sensor element
71, 7271, 72: Kugellager ball-bearing
88th: Elektronikplatine electronic board
99: Rotationsachse axis of rotation
1010: Magnetvergussmasse Magnetvergussmasse
1111: Platinenvergussmasse Platinum Joint Sealing Compound
1212: Anschlusslitze pigtail

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007039050 [0002]

Claims

Angle sensor ( 1 ) for measuring a rotation angle, comprising a sensor housing ( 2 ), on which a rotor shaft ( 3 ) is rotatably mounted, wherein the rotor shaft ( 3 ) a magnetic carrier ( 4 ) for receiving at least one exciter magnet ( 5 ), wherein a sensor element ( 6 ) is provided for detecting the magnetic field of the at least one exciter magnet ( 5 ), wherein due to the detected magnetic field of rotation of the rotor shaft ( 3 ) relative to the sensor housing ( 2 ) is determinable, wherein the sensor housing ( 2 ) and the magnetic carrier ( 4 ) have a ferromagnetic material.

Angle sensor ( 1 ) according to claim 1, wherein the magnetic carrier ( 4 ) has a ring-shaped ferromagnetic material.

Angle sensor ( 1 ) according to claim 1, wherein the magnetic carrier ( 4 ) has a bell-shaped ferromagnetic material.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the rotor shaft ( 3 ) comprises a ferromagnetic material.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the rotor ( 3 ) and the magnetic carrier ( 4 ) are formed as a single workpiece.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the exciter magnet ( 5 ) comprises at least one permanent magnet of the following shapes: ring magnet, a plurality of ring sector magnets.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the sensor element ( 6 ) comprises at least one of the following sensors: Hall sensor, XMR (X-magneto-resistive) magnetic field sensor.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the rotor shaft ( 3 ) with at least one bearing ( 71 . 72 ), in particular a ball bearing or a slide bearing, on the sensor housing ( 2 ) is stored.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the sensor housing ( 2 ) is cylindrical, at the first end of the rotor shaft ( 3 ) is led out and at its second end an electronic board ( 8th ) is arranged, on which in particular the sensor element ( 6 ) is attached.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the sensor element ( 6 ) substantially on the axis of rotation ( 9 ) of the rotor shaft ( 3 ) is arranged.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, wherein the exciter magnet ( 5 ) with a magnetic casting compound ( 10 ) is shed.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 9 to 11, wherein the electronic board ( 8th ) with a board casting compound ( 11 ), wherein preferably at least one pigtail ( 12 ) by the board casting compound ( 11 ) is passed.

Angle sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, wherein the sensor housing ( 2 ) and the magnetic carrier ( 4 ) and preferably the rotor shaft ( 3 ) are designed in steel and are constructed so that the magnetic flux density due to the at least one exciter magnet and due to external magnetic fields is smaller than the maximum saturation density, which is about 1.9 Tesla for steel.