WO2008043421A2 - Magnet-based rotary transducer - Google Patents
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- G01D2205/40—Position sensors comprising arrangements for concentrating or redirecting magnetic flux
Definitions
- the invention relates to a rotary encoder on a magnetic basis.
- Such encoders are used, for example, to detect torsions of a steering column.
- a rotary encoder, there position sensor which assumes a construction which consists of a first magnetic structure having a plurality of radially magnetized magnet and a second magnetic structure, each with one of two relative mutually rotatable parts are firmly connected.
- the second magnetic structure comprises two ferromagnetic rings, each ring consisting of a substantially tubular member having a plurality of axially aligned teeth which intermesh. The teeth of each ring are interconnected by a transverse flux closure area, with between the two
- An air gap is defined and delimited flow closure areas, in which at least one magnetically sensitive element is arranged.
- each of the structures is rotatable with respect to a stationary reference.
- a differential motion occurs close to or below 10 degrees, which results in a change in the flux of several hundred Gauss in the second structure rotating air gap between the two second wreaths leads.
- a signal emitted by the magnetic field sensitive element thus provides an electrical image of a torque applied between the two relatively rotatable parts, bearing on the one hand the first structure and, on the other hand, the other structure.
- the complex structure of the two structures in particular the axially intermeshing teeth of the two rings of the second structure, inevitably leads to mechanical and magnetic inaccuracies that distort the measurement result.
- this prior art provides that the two transverse, i. extending radially from the first structure, flow closure regions defining the air gap therebetween each additionally with a number of radial teeth over 360 degrees, so that the magnetic field fixedly arranged in the magnetic field sensitive element basically also detects an alternating magnetic field of one period.
- Such training introduces further inaccuracies into the measurement system.
- a further object is to provide a substantially simplified encoder assembly, with which an absolute rotational positions can be precisely displayed, and preferably also ensures a precise indication of an applied torque.
- An essential object of the invention is thus to provide an overall improved resolution of the rotation detected by a substantially simplified rotary encoder and / or to ensure the aforementioned improvements.
- a rotary encoder which has a first substantially disc or ring-like
- the second structure is composed of at least two arcuate segments of a ferromagnetic material arranged in common planes perpendicular to the axis
- Magnetic field guide and concentration of a magnetic field generated by the first structure wherein the segments define at least two material clearances so that the there running local magnetic fields are not in phase with each other, and wherein in or near at least these two material clearances in each case a magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged. It is thus expedient if, depending on the application-specific embodiment, the respectively mutually opposite magnetic poles are arranged axially or radially. Preferred embodiments further provide that the first structure in the form of a magnetic ring or a magnetic disk and the second ferromagnetic structure is formed in the form of a ring gear.
- the outer diameter of the first structure is smaller than the inner diameter of the second structure, and the two structures are arranged substantially in common, radially extending planes.
- Outer diameter of the second structure is smaller than the inner diameter of the first structure and the two structures are arranged substantially in common radially extending planes.
- the second structure has at least two segments arranged at an axial distance from one another in two parallel planes and / or at least two segments arranged at a radial distance from one another in a common plane.
- particularly preferred embodiments provide at least two material clearances, in or near which a respective magnetic-field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged, in such a way Define segments that relative rotation of the first structure to the second structure, there have the local magnetic fields to each other have a phase difference that is equivalent to a quarter period of a sinusoidal sensor output signal.
- the material clearances, in or near which a total of at least two magnetic field-sensitive sensors for measuring the local magnetic fields are arranged, are arranged in appropriate embodiments of the rotary encoder according to the invention in each case at an angle of 90 degrees about the axis in the second structure.
- Material clearances are defined by the segments so that the sensor output signals of the respective opposite sensors to be combined for evaluation, in particular to add or subtract.
- measuring sensors for detecting magnetic field strengths as magnetic-field-sensitive sensors.
- measuring sensors for detecting angles or directions of magnetic field lines are used as magnetic field-sensitive sensors.
- the invention further provides that in the material clearances, in or near which the magnetic field-sensitive sensors are arranged, additional magnets, in particular ring magnets of the same material as the magnetic material of the first structure are arranged.
- additional magnets in particular ring magnets of the same material as the magnetic material of the first structure are arranged.
- the first structure comprises a multi-pole magnet and the second structure comprises teeth extending in the direction of the first structure.
- the first structure comprises a multipole magnet and between the first structure and the second structure, a third structure is coaxially arranged, which comprises at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of the magnetic field generated by the first structure, wherein the third structure comprises in the direction of the first structure extending teeth.
- the teeth and the poles expediently have mutually corresponding dimensions.
- the first structure and the structure having the teeth are connected to one another via a torsion element.
- Advantageous embodiments further preferably provide that the second structure and / or a third structure arranged co-axially between the first structure and the second structure, the at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of the magnetic field generated by the first structure comprises at least one narrowed transition region in a segment which merges from a segment region arranged closer to the first structure into a segment region of this segment which is farther away from the first structure.
- the magnetic field-sensitive sensors are arranged stationary relative to the second structure, wherein the second structure of a rotary encoder is fixedly arranged depending on the specific application of the invention or can be.
- a measuring device for detecting the rotation of a steering column of a vehicle thus preferably comprises a rotary encoder according to the invention, wherein the first or second structure connected to the steering column and the corresponding other structure, e.g. is arranged stationary.
- FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention for detecting a rotation from rotor to stator by direct field strength measurement of a magnetic field influenced by the rotation
- Fig. 2 shows a variant of the first embodiment for the compensation of radial offset between the rotor
- FIG. 3 shows a second embodiment according to the invention for detecting a rotation from rotor to stator by field direction measurement of a magnetic field influenced by the rotation
- Fig. 4 shows an alternative mechanical arrangement with respect to the embodiments according to FIGS. 1 to 3,
- FIG. 5 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement which forms narrowed regions for guiding and concentrating field lines
- FIG. 6 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement with respect to FIG. 5 for guiding and concentrating Field lines constricted areas, wherein the first and the second structure are arranged at an axial distance from each other,
- FIG. 7 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement with respect to FIG. 5 with regions constricted for guiding and concentrating field lines, wherein the first structure is axially extended, FIG.
- FIG. 12 is an expedient development based on the embodiment according to FIG. 1, which is likewise designed to sensitize the measuring area
- FIG. 13 is a functional development based on the embodiment according to FIG. 3, which is likewise designed to sensitize the measuring area;
- FIGS. 14 shows an alternative mechanical arrangement with respect to the embodiments according to FIGS. 1 to 3, which is likewise designed to sensitize the measuring area,
- FIG. 15 is an embodiment similar to FIG. 14 with modified magnet arrangement, FIG.
- FIG. 16 shows two diagrams, each with a sketch of calculated measured curves, based on an embodiment according to FIG. 12, FIG.
- FIG. 17 shows a diagram in which, based on an embodiment according to FIG. 14, detected angle changes of a respectively resulting magnetic field are sketched, FIG.
- FIG. 18 shows two sinusoidal profiles of two output sinusoidal measurement signals and a smoothed measurement signal obtained by subtraction
- FIG. 19 shows a further embodiment of a rotary encoder according to the invention, in which, in a modification to the embodiments according to FIGS. 12 and 13 by a respective two, an inner magnetic structure substantially by 180 degrees surrounding ring gear segments a material space in or near which a local magnetic field is measured to be defined.
- a rotary encoder comprises a first substantially disc or ring-like structure and a second substantially disc or ring-like structure which are aligned along an axis and extend radially thereto substantially along or parallel to common planes. Both structures are spaced from each other and rotatably disposed relative to each other.
- the first structure comprises at least 2 magnetic poles for generating a magnetic field, which are arranged perpendicular or radial to the axis depending on the specific structure, wherein the magnet is in particular diametrically magnetized.
- the second structure is composed of at least two arcuate segments of a ferromagnetic material for guiding the magnetic field, arranged perpendicular to the axis in at least one common plane
- the segments constructed in a concentration of a magnetic field generated by the first structure, wherein the segments define at least two material clearances such that the local magnetic fields extending there are not in phase and wherein in or near these two material clearances each arranged at least one magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is.
- the rotary encoder according to the invention comprises a first magnetic structure in the form of a magnet ring 101 and a second ferromagnetic structure in the form of a ring collar 201.
- the magnet ring 101 and the annular ring 201 are aligned coaxially about an axis "A", wherein the outer diameter of the magnet ring 101 is smaller than the inner diameter of the
- Ring wreath 201 is.
- the magnet ring 101 is disposed entirely inside the ring gear 201 and spaced from them, so that the magnet ring 101 and the ring gear 201 are arranged substantially in a common radially extending plane.
- the magnetic ring 101 is only polarized twice, wherein the magnetic poles "N" and "S” are disposed on the magnetic ring substantially radially opposite and the magnetic ring is diametrically magnetized.
- Ring ring 201 is made up of four substantially equal arcuate ring gear segments 211, 221, 231 and 241, e.g. are formed from a simple sheet metal.
- the annular ring 201 has between the annular ring segments 211 and 221, 221 and 231, 231 and 241 and 241 and 211 each have a material recess in the form of an air gap. These material recesses can e.g. be provided by punching or free cutting in a separate production of ring ring segments by appropriate dimensioning and in the production of ring ring segments in one piece. It should be noted, however, that in principle a type of webs between the annular ring segments 211 and 221, 221 and 231, 231 and 241 and 241 and 211 may be left standing, so that the Materialausparung does not occur consistently in the radial direction.
- the material clearances are each arranged at an angle of approximately 90 degrees offset in the annular ring 201, wherein in two offset by 90 degrees to each other free spaces each have a magnetic field-sensitive sensor 311 and 321, respectively.
- the embodiment according to FIG. 1 is thus essentially one of the simplest conceivable variants of the invention, free spaces, in or near each of which a magnetic-field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged to be defined by the segments such that the local magnetic fields extending there do not are in phase with each other.
- the magnetic field lines of the inner magnet 101 are, as it were, collected by the outer flux guiding and concentrating segments 211, 221, 231 and 241 and inserted into the
- Material clearances of ring gear 201 between segments 211 and 221 as well as 231 and 241 will cause magnetic field strengths, i. Amplitudes of the local magnetic fields measured.
- the magnetic field sensitive sensor 311 or 321 e.g. an MR (magnetoresistive) sensor can be used.
- the magnetic field is thus collected via the segments 221 and 231 over half the pole width of the north pole and over the adjacent half pole width of the south pole for the local magnetic field between the segments 221 and 231 while the segments 211 and 221 for providing the local magnetic field between the segments 211 and 221 cover the full pole width of the north pole.
- the two free spaces in which the magnetic field-sensitive sensors are arranged for the measurement of local magnetic fields are consequently always offset by approximately 90 degrees with respect to the magnetic ring 101 Axis "A" arranged.
- a sinusoidal function is thus output as a measurement signal which describes the rotation of the magnet ring 101 to the annular ring 201 between 0 and 360 degrees.
- a rotation angle measurement can be performed which typically provides between 0 and 360 degrees of information, e.g. to determine the rotation of a steering wheel.
- the annular ring 201 is preferably stationary in this case and the magnetic ring 101 is e.g. connected to the steering column.
- the magnetic field-sensitive sensors are further arranged stationary relative to the second structure, so that the measuring or output signals always on a sum of the over the constant area of the outer
- Flow guiding and concentration segments 211, 221, 231 and 241 are based on collected field lines. Possible mechanical, location-dependent inaccuracies of the second structure are thus compensated.
- the local magnetic fields differ by a quarter of a period, which corresponds to sensors 311 and 321 arranged at 90 degrees in FIG. 1, one sensor generates a sine curve as a measurement signal and the other generates a cosine curve as Measurement signal.
- the invention always uses at least two at a certain angle with respect to that through the first
- Structure generated magnetic field offset sensors for measuring respective local magnetic fields, so that in the further evaluation of both output measuring signals a smoothing and thus higher precision is effected and which is thus an essential basic principle of the invention.
- the magnetic field is thus generated largely homogeneous by the inner magnet 101, collected by the four flux guiding and -konzentrationssegmente 211, 221, 231 and 241 and in the free spaces between the ring gear segments 211 and 221 and 231 and 241 orthogonal or evaluated as orthogonal components.
- precise magnetic field measurements can be carried out with the embodiment according to FIG. 1 already with an extremely simple design of the rotary encoder according to the invention, since only field strength measurements are carried out, problems of a certain temperature dependence, which are known per se, can still occur.
- FIG. 1 training variant as seen in Fig.
- each of the outer annular ring 202 is offset in each case by 90 degrees with respect to the magnetic field generated by the magnetic ring 102 between the annular ring Segments 212 and 222, 222 and 232, 232 and 242 and 242 and 212 arranged a magnetic field-sensitive sensor for measuring the corresponding local magnetic fields arranged.
- the signals of the respectively opposite sensors 312 and 332 or 322 and 342 are for evaluation combined, ie added or subtracted depending on the application, to compensate or tolerate a possible radial offset between the outer annular ring 202 and the magnetic ring 102 and / or tumbling in particular of the magnetic ring 102 acting as a rotor.
- FIG. 3 An alternative to the embodiment of FIG. 1, second embodiment of an inventive based on a magnetic field measurement encoder is shown for example in Fig. 3.
- This embodiment offers the advantage over the embodiment according to FIG. 1 or also according to FIG. 2 that the magnetic field measurement can be carried out independently of the temperature, since not direct field strength measurements are carried out but angle changes of resulting local magnetic fields are detected.
- ring magnets 413 and 423 are used to generate a homogeneous magnetic field as additional magnets in the material clearances. Accordingly, these material clearances between the ring gear segments 213 and 223, 223 and 233, 233 and 243 and 243 and 213 are expedient circular shaped.
- the material of the magnets 413 and 423 suitably corresponds to the material of the magnetic ring 103.
- each magnetic field generated by an additional magnet 413 or 423 is superimposed by the magnetic field generated by the inner large magnetized magnetic ring 103.
- this superposition results in an angle-dependent resulting local magnetic field in the corresponding circular magnetic field Section between the ring gear segments 213 and 223 or 223 and 233 is generated, wherein the field line course of the resulting local magnetic field describes a different angle than the field line course of an original external magnetic field.
- the change in the external magnetic field generated by the magnet 413 or 423 will also be less, i. the direction of the resulting local magnetic field then deviates much less from the original direction of the original external magnetic field. Consequently, a measurement or detection of the angle of rotation over the direction of the resulting local magnetic fields in the interior of the circular Ausladitch is guaranteed.
- FIG. 3 by one of FIG. 2 further variant, that is arranged in each of the four in the annular ring 203 each offset by 90 degrees arranged material clearances each have an additional magnet and each associated with a magnetic field-sensitive sensor and the measurement signals are added by respective opposing sensors.
- Fig. 4 is an alternative mechanical arrangement over the above to Figs. 1 to 3 discussed
- a first magnetized disc 104 comprising two magnetic poles and a ring collar made up of four ferromagnetic ring gear segments 214, 224, 234 and 244 are interposed between the segments in FIG.
- Material clearances of the ring gear arranged sensors 314, 324, 334 and 344 are not arranged at a radial distance from each other, but arranged at an axial distance from each other. Both relatively rotatably arranged structures are thus aligned along an axis and extend radially to this parallel to a common plane. This allows encoder arrangements in which the measuring device at a shaft end, eg a motor is mounted, and no additional space is required radially around the shaft.
- an inner, 2-pole magnetic ring 105 and an outer annular ring constructed from four ferromagnetic annular ring segments 215, 225, 235 and 245 are again shown in principle, wherein at least two are again formed by the segments 215, 225, 235 and 245
- Material clearances 315, 325 are defined such that local magnetic fields extending there are not in phase with each other.
- a magnetic-field-sensitive sensor (not shown in FIG. 5) is again arranged in each case.
- each ring gear segment 215, 225, 235, and 245 has a narrowed transition region 615, 625, 635, and 645 that extends from a segment region closer to the first structure into a first structure transitions more distant segment area and consequently constricts the corresponding segment in some areas.
- These transition or constricting regions of the segments in each case represent a bottleneck with respect to the field line profile of the magnetic field generated by the first structure, through which the field lines respectively collected by a segment 215, 225, 235 and 245 and led outwards must pass.
- the material clearances defined by the segments 215, 225 and 245 315, 325, in or near which running local magnetic fields are measured, are therefore expediently defined by the segment regions of the segments 215, 225, 235 and 245 farther from the first structure. Since a rotation of the first structure 105 relative to the outer annular ring initially leads to a distortion of the field collected by the segment regions of the segments 215, 225, 235 and 245 arranged closer to the first structure, the transition regions 615, 625, 635 and 645 bring about a renewed concentration and alignment of the field lines before they are fed to the material clearances 315, 325 as local magnetic fields for measurement.
- a first magnetized disk 106 which comprises two magnetic poles, and four ferromagnetic ring gear segments 216, 226, 236 and 246 are arranged at an axial distance from one another.
- ring-ring segments 216 and 226 as well as 236 and 246 are designed such that for each material clearance 316 or 326, in or near which a local magnetic field is to be measured, the arcuate segments 216 and 226 respectively 236 and 246, a substantially larger peripheral area of the magnetic disk 106 is detected, which leads to a further signal optimization of the measured field strength of a detected local magnetic field.
- annular ring segments 216 and 226 are arranged with radial spacing in the interior of the annular ring segments 236 and 246 in common planes.
- Fig. 4 has the
- each annular ring segment 216, 226, 236 and 246 a narrowed transition region, wherein in Fig. 6 such Transition area is marked 626.
- Each transition region of a specific segment is in turn arranged between a segment region of the segment arranged closer to the first structure and a segment region of this segment which is more remote from the first structure.
- the material clearances 316, 326 defined by the segments 216, 226, 236 and 245 in or near which running local magnetic fields are thus measured are in turn defined by the segment regions of the segments 216, 226, 236 and 246 farther from the first structure 106.
- a magnetized ring 107 and four ferromagnetic annular ring segments 217, 227, 237 and 247 are arranged at a radial distance from the magnetized ring 107 in a modification of the arrangement according to FIG. 6. 6, for each material clearance 317 or 327, in or near which in the embodiment of FIG. 7 a local magnetic field is to be measured in each case, by the segments 217 and 227 or 237 and 247 a substantially larger one
- the ring gear segments 217 and 227 are arranged at an axial distance from the annular ring segments 237 and 247 to detect peripheral portion of the magnetized ring 107.
- the magnetized ring 107 is axially elongated in this case so that the first structure and the second structure again extend substantially along or parallel to common planes.
- the magnetized ring 107 in the illustrated example of Fig. 7 has four magnetic poles, which are arranged axially or radially depending on the manner of providing the magnetic poles.
- a rotation of 360 is still required Degree such that with respect to each material clearance 317 or 327, in or near which in the embodiment of Fig. 7, a local magnetic field is to be measured, again, only 2 poles influence the measurement range.
- each annular segment 217, 227, 237 and 247 has a narrowed transition region, wherein in Fig. 7, three such transition regions with 617, 627 and 637 is characterized.
- Each transition region of a particular segment is in turn arranged between a segment region of the segment arranged closer to the first structure and a segment region of this segment which is more remote from the first structure.
- the material clearances 317, 327 defined by the segments 217, 227, 237 and 247, in or near which running local magnetic fields are measured, are in turn defined by the segment regions of the segments 217, 227, 237 and 247 farther from the first structure 107.
- an additional boundary condition must first be taken into account.
- the angle between the first, in particular acting as a rotor, and the second, acting in particular as a stator, structure by which the relative positioning of the two structures changed to each other is very small, usually less than 10 degrees. Accordingly, the measuring functionality of the rotary encoder must be optimized in principle so that even with a small angle a reasonable situation can be precisely derived is.
- first magnetized structure 101, 102, 103, 104, 105, 106 and 107, respectively is only doubly polarized
- first magnetic structure 108, 109, 1010, 1011, 1012 , 1013, 1014 and 1015, respectively which comprises a plurality of polarizations exceeding twice the polarization for each local magnetic field to be detected and consequently forms a multipole magnet.
- Fig. 8 shows a first embodiment which is remarkably increased in magnetic pole number with respect to each material clearance in or near which a local magnetic field is to be measured.
- the rotary encoder shown schematically has an inner multi-pole magnetic ring 108 and an outer annular ring, which is composed of eight annular segments.
- each annular ring segment again has a narrowed transition region 618, which transitions from a segment region arranged closer to the first structure into a segment region which is more remote from the first structure.
- the material clearances defined by the outer annular ring segments, in or near which local magnetic fields are measured, are in turn defined by the segment regions of the segments which are more remote from the first structure.
- four such Materialuzaräurae are each offset by 90 degrees with respect to the generated magnetic field of the magnetic ring 108, wherein a total of four sensors 318, 328, 338 and 348, are arranged in the material clearances of the ring gear segments.
- the signals of the respectively opposite sensors 318 and 338 or 328 and 348 are thus combined again with each other for evaluation in order to compensate or tolerate a possible radial offset between the outer annular ring and the inner magnetic ring 108 and / or a tumbling.
- the magnetic ring 108 no longer has only two poles, but is provided as a multipole magnet.
- the flux guidance and concentration of the magnetic field generated by the plurality of magnets of the magnetic ring 108 additionally takes place via teeth 500 extending radially in the plane of the magnetic ring 108 in the direction of the magnet ring, which teeth are provided on each segment region arranged closer to the first structure. In the position shown in FIG.
- the teeth 500 of the annular ring segments which lead a magnetic field to the more distant segment areas to the sensors 318 and 338 disposed opposite each other in the outer annular ring, are exactly centered over adjacent north and south poles, so that the entire field of these adjacent north and south poles closes over this tooth and no resulting field is collected to the outer ring of rings.
- the teeth 500 of the annular ring segments which guide a magnetic field to the more distant segment regions on the sensors 328 and 348 arranged opposite one another in the outer annular ring, respectively cover exactly the pole width of a north pole.
- a phase difference of the local magnetic fields detected by the sensors 318 and 328 is ensured. Since a full period in turn corresponds to the twisting of the inner structure relative to the outer structure by two adjacent, oppositely magnetized magnetic poles, it does not require a full rotation of 360 degrees more, which consequently further increases the resolution.
- FIG. 9 shows an alternative to FIG. 8
- Embodiment is also significantly increased in the magnetic pole number with respect to each material space in or near which each a local magnetic field is to be measured.
- An inner multi-pole magnetic ring 109 is radially surrounded by an outer annular ring composed of two ring-ring segments 219 and 229 each having a narrowed transition region 618.
- a first sensor 319 is disposed in a material space defined by the more remote segment areas of the outer ring gear for measuring a local magnetic field.
- a second sensor 329 is arranged in a material space defined by the segment regions of the outer annular ring closer to the first structure for measuring a local magnetic field.
- the annular ring segments 219 and 229 which lead a magnetic field to the sensor 319, in turn, have in the direction of the magnet ring 109 extending teeth 500, which in the position shown in each case exactly the pole width of a Cover the North Pole. Since the annular segments 219 and 229 span an arc of approximately 180 degrees, this leads, compared to FIG. 8, to more accurate measurement signals of the sensor 319.
- the second sensor 329 is located in the position shown exactly centered on adjacent north and south poles. Consequently, also in this embodiment, a phase difference of the local magnetic fields detected by the sensors 319 and 329 is ensured.
- FIG. 10 shows in highly schematic form an embodiment modified from FIG. 9, in which an outer annular ring constructed from two ring rim segments 2110 and 2210, each with a narrowed transition region 618, essentially completely leads the collected magnetic field to the material clearance 3110 for the local local measurement.
- the flux of the magnetic field generated by the magnetic structure 1010 is quasi symmetrically decoupled.
- FIG. 11 is a highly schematic representation of an embodiment modified from FIGS. 9 and 10, in which two annular segments 2111 and 2211 without inner transition region surround an inner magnetic ring 1011 and a magnetic field collected from magnetic ring 1011
- Material clearance 3111 lead to local local measurement.
- a second pair of outer ring gear segments with axial spacing and with respect to the magnetic field detection twisted to the ring gear segments 2111 and 2211 is arranged.
- FIGS. FIGS. 12 and 13 each show further developments which are expedient to the embodiments according to FIGS. 1 to 11.
- a magnetic field-sensitive sensor 3112 or 3212 is arranged to measure the field strength.
- the magnet ring 1012 (FIG. 12) or 1013 (FIG. 13) no longer has only two poles, but is provided as a multipole magnet.
- the flow guidance and concentration of the magnetic field generated by the plurality of magnets of the magnet ring 1012 or 1013 is effected via teeth 500 extending radially in the plane of the magnet ring 1012 or 1013 in the direction of the magnet ring.
- FIGS. 12 and 13 in a modification to FIGS.
- these teeth 500 are provided on a further third structure arranged between the first and second structures, which comprises at least two segments, arranged in a common plane perpendicular to the axis, of a ferromagnetic material for guiding the magnetic field and concentration is built up.
- this third structure is made up of two further ferromagnetic sheet metal segments 5112 and
- the magnet ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 are rotatably arranged relative to the ring gear 2012 and 2013, respectively.
- 5213 are connected to each other via a torsion element, so that they can also rotate relative to one another with torque applied between the magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213.
- This torque measurement is then proportional to the rotation of the inner magnet ring 1012 or 1013 and the middle tooth segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213, which are detected with the same sensors.
- the sensors thus provide information about the angle of rotation of the ring gear system 2012 or 2013 consisting of the magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 and information about the ring gear
- the measuring range in relation to the torque here extends over a "half tooth" per pole width. If, starting from a value shown in Figs. 12 and 13 illustrated relative position of the teeth 500 to the magnetic poles of the magnetic ring 1012 and 1013 so this relative position changes so that each adjacent north and south poles are effectively centered over a tooth 500, and this thus each half a pole width of the north - and superimposed on the immediately adjacent south pole, then the entire field of these adjacent north and south poles closes over this tooth and no resulting field is collected to the outer ring ring 2012 or 2013, which is therefore an unfavorable constellation. If you want to capture the maximum signals at a torque of "0", so should the Basic structure be arranged such that in this case, as shown, a tooth each covers a pole width of the magnet.
- the worst case test signal occurs in the moment when all
- additional magnets 700 are arranged between the teeth 500 on the additional tooth segments 5113 and 5213, which effect a basic magnetization of these segments.
- Magnetic rings 1013 and the tooth segments 5113 and 5213 are thus added or subtracted from each other depending on the position, which leads to a further improved accuracy. Further, in this case, the measuring range with respect to the torque extends over a complete pole width per tooth.
- the sensors arranged on the rotary sensors for example, in turn MR sensors, output substantially sinusoidal waveforms, one sinusoidal and one set in each case due to the offset by 90 degrees use of two sensors to cosinusoidal waveform.
- FIG. 15 shows an embodiment similar to FIG. 14, but in which the arrangement of the further magnets 700, ie substantially the polarization of these magnets, is opposite to the magnetization of the inner magnetic structure 1013, which in the present case leads to a reduction of the collected field lines and therefore too a reduction in the amplitude of the local magnetic fields to be measured leads.
- a narrowed transition region is also provided in each segment of the intermediate third structure comprising the teeth.
- Each transition region connects a segment region located closer to the first structure and a segment region more distant from the first structure, and thus presents in a manner similar to that of FIGS. 12 to 15.
- Embodiments according to FIGS. 5 to 10 are discussed, with respect to the field line profile of the magnetic field generated by the first structure, in each case a bottleneck, through which the respectively collected field lines must pass.
- FIG. 16 shows two diagrams, each with a sketch of calculated measured curves, which are based on an embodiment according to FIG. 12.
- the calculation of the field strength Bl or B2 is carried out in each case on the magnetic field measurement of first and second sensors, which are arranged offset by 90 degrees in or near a respective measuring point, as described above.
- Shown with Bl is a moment where the magnetic ring 1012 and the segments 5112 and 5212 are fixed to each other and so there is no external torque.
- the curves in this sketched example thus represent a change in the angle of rotation between the system consisting of the magnetic ring 1012 and the segments 5112 and 5212, and FIG Ring wreath 2012 between 0 degrees and 180 degrees again.
- the information about the angle of rotation is based on the curves in that, starting from the respective amplitudes, the sine and cosine functions determined with the sensor elements are recalculated to an Argus tangent function in order to obtain a pure angle.
- the amplitude of the resulting sine or cosine function is thereby changed. That is, when an argastangle calculation is performed again, the information also contains the absolute information of the amplitude variation. In other words, for the rotation angle measurement, the consideration of the argus tangent is the essential quantity, and for the torque measurement, the amplitude of this recalculated sine or cosine function is the relevant quantity. In a measurement signal, therefore, both information is included.
- FIG. 17 shows a diagram in which, based on an embodiment according to FIG. 14, corresponding to the calculated field strengths discussed above are sketched correspondingly detected angular displacements of a respectively resulting magnetic field.
- FIG. 18 shows two sinusoidal profiles of two output sinusoidal measurement signals, a measurement signal “signal a” output at a first measurement location and a measurement signal “signal b” output at a second measurement location, and a smoothed measurement signal “signal” obtained by subtraction Obviously provides a very precise measurement signal.
- FIG. 19 shows in a highly schematic manner the principle of a further rotary encoder according to the invention, which is modified from FIGS. 12 and 13.
- two outer annular segments 2119 and 2219 are shown, which are arranged substantially symmetrically about a first magnetic structure 1019 radially around and each defining an arc of about 180 degrees.
- Both annular ring segments 2119 and 2219 also each have a narrowed one
- the embodiment illustrated in FIG. 19 includes teeth 500 at another third structure disposed between the first and second structures, which, as described with reference to FIGS. 12 and 13 described, from at least two arranged in a common plane perpendicular to the axis segments 5119 and 5219 of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration is constructed. These two segments 5119 and 5219 also have a narrow transition region.
- a material clearance 3119 for measuring a local magnetic field defined by the more distant segment regions of the outer annular ring is not represented sensor arranged. Due to the elongated arc-shaped segments 2119 and 2219, a substantially larger peripheral area of the magnetic structure 1019 is in turn detected, which in turn leads to an improved amplification of the maximum field strength of a locally detected magnetic field and thus to a more accurate measurement signal.
- a second pair of outer ring gear segments and additionally a second pair of middle segments with axial distance and with respect to Magnetic field detection rotated to segments 2119, 2219 and 5119 and 5219 arranged, in which case the magnetic structure 1019 expediently again axially extended.
- a fully integrated rotary encoder based on FIG. 19 also has a second structure of axially spaced-apart segments arranged in two parallel planes.
- the invention basically also includes embodiments in which the outer diameter of the second structure is smaller than the inner diameter of the first structure and the two structures are arranged in substantially common, radially extending planes.
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Abstract
The invention relates to a magnet-based rotary transducer comprising a first disk-type or ring-type structure and a second disk-type or ring-type structure which are oriented along an axis, extend along or parallel to a common plane, in a radial direction relative to said axis, are disposed at a distance from one another, and can be rotated relative to each other. The first structure encompasses at least two magnet poles that are used for generating a magnetic field and run perpendicular to the axis. The second structure is composed of at least two segments which are placed on a common plane, perpendicular to the axis, are made of a ferromagnetic material, and are used for conducting and concentrating a magnetic field generated by the first structure. Said segments define at least two material gaps in such a way that the local magnetic fields extending there are out of phase with each other. One respective magnetic field-sensitive sensor is positioned inside or near at least one of said two material gaps in order to measure the local magnetic field.
Description
Drehgeber auf magnetischer Basis Encoders on a magnetic basis
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Drehgeber auf magnetischer Basis.The invention relates to a rotary encoder on a magnetic basis.
Derartige Drehgeber werden beispielsweise zur Feststellung von Verdrehungen einer Lenksäule eingesetzt.Such encoders are used, for example, to detect torsions of a steering column.
Aus der DE 602 00 499 T2 ist beispielsweise ein Drehgeber, dort Stellungsfühler bezeichnet, bekannt, der von einer Konstruktion ausgeht, die aus einer ersten magnetischen Struktur mit einer Mehrzahl von radialmagnetisierten Magneten und einer zweiten magnetischen Struktur besteht, die jeweils mit einem von zwei relativ zueinander drehbaren Teilen fest verbunden sind. Die zweite magnetische Struktur umfasst zwei ferromagnetische Kränze, wobei jeder Kranz aus einem im wesentlichen rohrförmigen Teil mit einer Mehrzahl von axial ausgerichteten Zähnen besteht, die ineinander greifen. Die Zähne eines jeden Kranzes sind durch einen querverlaufenden Flussschließungsbereich miteinander verbunden, wobei zwischen den beidenFrom DE 602 00 499 T2, for example, a rotary encoder, there position sensor called known, which assumes a construction which consists of a first magnetic structure having a plurality of radially magnetized magnet and a second magnetic structure, each with one of two relative mutually rotatable parts are firmly connected. The second magnetic structure comprises two ferromagnetic rings, each ring consisting of a substantially tubular member having a plurality of axially aligned teeth which intermesh. The teeth of each ring are interconnected by a transverse flux closure area, with between the two
Flussschließungsbereichen ein Luftspalt definiert und abgegrenzt ist, in welchem wenigstens ein magnetempfindliches Element angeordnet ist.An air gap is defined and delimited flow closure areas, in which at least one magnetically sensitive element is arranged.
Gemäß Offenbarung der DE 602 00 499 T2 ist jede der Strukturen bezüglich einer stationären Referenz drehbar. Bei einem angelegtem Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Struktur tritt zwischen diesen eine Differenzbewegung auf, die nahe bei oder unter 10 Grad liegt, welche zu einer Veränderung des über die zweite Struktur geführten Flusses von einigen Hundert Gauß im
drehenden Luftspalt zwischen den beiden zweiten Kränzen führt. Ein von dem magnetfeldempfindlichen Element ausgesandtes Signal liefert somit ein elektrisches Bild eines zwischen den zwei relativ zueinander drehbaren Teilen angelegten Drehmoments, die einerseits die erste Struktur und andererseits die andere Struktur tragen. Der komplexe Aufbau der beiden Strukturen, insbesondere auch die axial ineinander greifenden Zähne der beiden Kränze der zweiten Struktur, führt jedoch zwangläufig zu mechanischen und magnetischen Ungenauigkeiten, die das Messergebnis verfälschen.According to disclosure of DE 602 00 499 T2, each of the structures is rotatable with respect to a stationary reference. With an applied torque between the first and second structures, a differential motion occurs close to or below 10 degrees, which results in a change in the flux of several hundred Gauss in the second structure rotating air gap between the two second wreaths leads. A signal emitted by the magnetic field sensitive element thus provides an electrical image of a torque applied between the two relatively rotatable parts, bearing on the one hand the first structure and, on the other hand, the other structure. However, the complex structure of the two structures, in particular the axially intermeshing teeth of the two rings of the second structure, inevitably leads to mechanical and magnetic inaccuracies that distort the measurement result.
Soll neben dem angelegten Drehmoment auch eine Information der Position der beiden Strukturen zu der stationären Referenz erfasst werden, sieht dieser Stand der Technik vor, die beiden querverlaufenden, d.h. sich radial von der ersten Struktur erstrecken Flussschließungsbereiche, die den Luftspalt dazwischen definieren, jeweils zusätzlich mit einer Anzahl von radialen Zähnen über 360 Grad auszubilden, so dass das im Luftspalt ortsfest angeordnete magnetfeldempfindliche Element grundsätzlich auch ein alternierendes Magnetfeld von einer Periode erkennt. Durch eine solche Ausbildung werden jedoch weitere Ungenauigkeiten in das Messsystem eingeführt.If, in addition to the applied torque, an information of the position of the two structures relative to the stationary reference is also to be detected, this prior art provides that the two transverse, i. extending radially from the first structure, flow closure regions defining the air gap therebetween each additionally with a number of radial teeth over 360 degrees, so that the magnetic field fixedly arranged in the magnetic field sensitive element basically also detects an alternating magnetic field of one period. Such training, however, introduces further inaccuracies into the measurement system.
Eine Aufgabe gegenüber diesem bekannten Drehgeber ist somit darin zu sehen, mechanische und/oder magnetischeA task compared to this known rotary encoder is thus to be seen in mechanical and / or magnetic
Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten, welche Messsignale verfälschen zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe ist darin zu sehen, einen wesentlich vereinfachten Drehgeberaufbau vorzuschlagen, mit welchem eine absolute Drehpositionen präzise anzeigbar ist, und der bevorzugt auch eine präzise Anzeige eines angelegten Drehmoments gewährleistet.Inaccuracies or irregularities that falsify measurement signals to reduce. A further object is to provide a substantially simplified encoder assembly, with which an absolute rotational positions can be precisely displayed, and preferably also ensures a precise indication of an applied torque.
Ferner ist beispielsweise aus der US 4 782 002 A ein Drehgeber bekannt, der aus einem Teil mit einer Mehrzahl von Magneten besteht, die axial ausgerichtet sind und mit
radialen Zähnen eines Statorteils zusammenwirken. Diese insgesamt auch sehr komplexe Struktur führt jedoch, wie bereits bei der zuerst zitierten Druckschrift ausgeführt, zu magnetischen Lecks und einer verringerten Wirksamkeit, was zu einem mittelmäßigen " Signal- zu-Rausch" -Verhältnis führt .Further, for example, from US 4,782,002 A a rotary encoder is known which consists of a part with a plurality of magnets which are axially aligned and with Radial teeth of a stator cooperate. However, this overall very complex structure, as stated in the first cited reference, leads to magnetic leaks and reduced efficiency, resulting in a mediocre "signal-to-noise" ratio.
Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine insgesamt verbesserte Auflösung der durch einen wesentlich vereinfacht aufgebauten Drehgeber erfassten Verdrehung bereitzustellen und/oder vorgenannte Verbesserungen zu gewährleisten.An essential object of the invention is thus to provide an overall improved resolution of the rotation detected by a substantially simplified rotary encoder and / or to ensure the aforementioned improvements.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den anhängenden Ansprüchen angegeben.Solutions according to the invention are indicated in the appended claims.
Erfindungsgemäß ist somit ein Drehgeber vorgeschlagen, der eine erste im Wesentlichen Scheiben- oder ringartigeAccording to the invention, therefore, a rotary encoder is proposed which has a first substantially disc or ring-like
Struktur und eine zweite im Wesentlichen Scheiben- oder ringartige Struktur umfasst, welche entlang einer Achse ausgerichtet sind, sich radial zu dieser im Wesentlichen entlang oder parallel zu gemeinsamen Ebenen erstrecken, von einander beabstandet und relativ zueinander drehbar angeordnet sind, wobei die erste Struktur zur Erzeugung eines Magnetfeldes wenigstens zwei Magnetpole umfasst. Die zweite Struktur ist aus wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordneten bogenförmigen Segmenten aus einem ferromagnetischen Material zurStructure and a second substantially disc or ring-like structure, which are aligned along an axis, extending radially to this substantially along or parallel to common planes, spaced from each other and are rotatably arranged relative to each other, wherein the first structure for generating a magnetic field comprises at least two magnetic poles. The second structure is composed of at least two arcuate segments of a ferromagnetic material arranged in common planes perpendicular to the axis
Magnetfeldführung und -konzentration eines durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufgebaut, wobei die Segmente wenigstens zwei Materialfreiräume derart definieren, dass die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder zueinander nicht in Phase sind, und wobei in oder nahe wenigstens dieser zwei Materialfreiräume jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist.
Zweckmäßig ist somit, wenn je nach anwendungsspezifischer Ausführungsform die jeweils zueinander gegensätzlichen Magnetpole axial oder radial angeordnet sind. Bevorzugte Ausführungsformen sehen ferner vor, dass die erste Struktur in Form eines Magnetrings oder einer Magnetscheibe und die zweite ferromagnetische Struktur in Form eines Ringkranzes ausgebildet ist.Magnetic field guide and concentration of a magnetic field generated by the first structure, wherein the segments define at least two material clearances so that the there running local magnetic fields are not in phase with each other, and wherein in or near at least these two material clearances in each case a magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged. It is thus expedient if, depending on the application-specific embodiment, the respectively mutually opposite magnetic poles are arranged axially or radially. Preferred embodiments further provide that the first structure in the form of a magnetic ring or a magnetic disk and the second ferromagnetic structure is formed in the form of a ring gear.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Außendurchmesser der ersten Struktur kleiner als der Innendurchmesser der zweiten Struktur und die beiden Strukturen sind im Wesentlichen in gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebenen angeordnet.In a particularly preferred development, the outer diameter of the first structure is smaller than the inner diameter of the second structure, and the two structures are arranged substantially in common, radially extending planes.
Von Vorteil ist ferner, dass grundsätzlich auch Ausführungsformen bereitstellbar sind, bei denen derAnother advantage is that in principle also embodiments can be provided, in which the
Außendurchmesser der zweiten Struktur kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Struktur und die beiden Strukturen im Wesentlichen in gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebenen angeordnet sind. Alternativ ist vorgeschlagen, die erste und die zweiteOuter diameter of the second structure is smaller than the inner diameter of the first structure and the two structures are arranged substantially in common radially extending planes. Alternatively it is suggested the first and the second
Struktur mit axialem Abstand zueinander in zwei parallelen Ebenen anzuordnen.To arrange structure with axial distance from each other in two parallel planes.
Weiterhin alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die zweite Struktur wenigstens zwei mit axialem Abstand zueinander in zwei parallelen Ebenen angeordneten Segmenten und/oder wenigstens zwei mit radialem Abstand zueinander in gemeinsamer Ebene angeordneten Segmenten aufweist.Furthermore, as an alternative or in addition, it is provided that the second structure has at least two segments arranged at an axial distance from one another in two parallel planes and / or at least two segments arranged at a radial distance from one another in a common plane.
Um eine weitere Erhöhung der Auflösung zu ermöglichen, sehen besonders bevorzugte Ausführungsformen vor, wenigstens zwei Materialfreiräume, in oder nahe welchen jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist, derart durch die
Segmente zu definieren, dass bei relativer Verdrehung der ersten Struktur zur zweiten Struktur die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder zueinander eine Phasendifferenz besitzen, die äquivalent zu einer Viertelperiode eines sinusförmigen Sensorausgangssignals ist.In order to enable a further increase in the resolution, particularly preferred embodiments provide at least two material clearances, in or near which a respective magnetic-field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged, in such a way Define segments that relative rotation of the first structure to the second structure, there have the local magnetic fields to each other have a phase difference that is equivalent to a quarter period of a sinusoidal sensor output signal.
Die Materialfreiräume, in oder nahe welchen insgesamt wenigstens zwei magnetfeldempfindliche Sensoren zur Messung der lokalen Magnetfelder angeordnet sind, sind in zweckmäßigen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Drehgebers jeweils im Winkel von 90 Grad versetzt um die Achse in der zweiten Struktur angeordnet.The material clearances, in or near which a total of at least two magnetic field-sensitive sensors for measuring the local magnetic fields are arranged, are arranged in appropriate embodiments of the rotary encoder according to the invention in each case at an angle of 90 degrees about the axis in the second structure.
In besonders zweckmäßiger Weiterbildung, insbesondere zur Signaloptimierung, ist vorgesehen, in oder nahe bei vier jeweils um einen Winkel um die Achse versetzt in der zweiten Struktur bereitgestellten Materialfreiräumen jeweils einen Sensor anzuordnen, wobei dieIn a particularly expedient development, in particular for signal optimization, it is provided to arrange in each case one sensor in or near four material clearances provided in each case at an angle about the axis in the second structure, wherein the
Materialfreiräume derart durch die Segmente definiert sind, dass die Sensorausgangsignale der jeweils gegenüberliegenden Sensoren zur Auswertung zu kombinieren, insbesondere zu addieren oder zu subtrahieren sind.Material clearances are defined by the segments so that the sensor output signals of the respective opposite sensors to be combined for evaluation, in particular to add or subtract.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, als magnetfeldempfindliche Sensoren Messsensoren zur Erfassung von Magnetfeldstärken einzusetzen.In some embodiments, it is provided to use measuring sensors for detecting magnetic field strengths as magnetic-field-sensitive sensors.
Bei alternativen Ausführungsformen sind als magnetfeldempfindliche Sensoren Messsensoren zur Erfassung von Winkeln oder Richtungen von Magnetfeldlinien eingesetzt .In alternative embodiments, measuring sensors for detecting angles or directions of magnetic field lines are used as magnetic field-sensitive sensors.
Bei diesen alternativen Ausführungsformen sieht die Erfindung ferner vor, dass in den Materialfreiräumen, in oder nahe welchen die magnetfeldempfindlichen Sensoren angeordnet sind, zusätzliche Magnete, insbesondere Ringmagnete gleichen Materials wie das Magnetmaterial der ersten Struktur, angeordnet sind.
Bei einigen besonders bevorzugten Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Drehgebers umfasst die erste Struktur einen MuItipol-Magneten und die zweite Struktur umfasst sich in Richtung der ersten Struktur erstreckende Zähne. Bei anderen besonders bevorzugten Weiterbildungen umfasst die erste Struktur einen Multipol-Magneten und zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur ist co-axial eine dritte Struktur angeordnet, die wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordnete Segmente aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufweist, wobei die dritte Struktur in Richtung der ersten Struktur erstreckende Zähne umfasst.In these alternative embodiments, the invention further provides that in the material clearances, in or near which the magnetic field-sensitive sensors are arranged, additional magnets, in particular ring magnets of the same material as the magnetic material of the first structure are arranged. In some particularly preferred developments of a rotary encoder according to the invention, the first structure comprises a multi-pole magnet and the second structure comprises teeth extending in the direction of the first structure. In other particularly preferred embodiments, the first structure comprises a multipole magnet and between the first structure and the second structure, a third structure is coaxially arranged, which comprises at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of the magnetic field generated by the first structure, wherein the third structure comprises in the direction of the first structure extending teeth.
Die Zähne und die Pole weisen zweckmäßig im Wesentlichen einander entsprechende Dimensionen auf.The teeth and the poles expediently have mutually corresponding dimensions.
Bei zweckmäßigen Weiterbildungen hierzu, stehen die erste Struktur und die die Zähne aufweisende Struktur über ein Torsionselement miteinander in Verbindung.In expedient refinements for this purpose, the first structure and the structure having the teeth are connected to one another via a torsion element.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung ist bei vorgenannten Ausführungsformen vorgesehen, dass zwischen den Zähnen weitere Magnete angeordnet sind.In a particularly advantageous development of the aforementioned embodiments, it is provided that further magnets are arranged between the teeth.
Zweckmäßige Ausführungsformen sehen ferner bevorzugt vor, dass die zweite Struktur und/oder eine zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur co-axial angeordnete dritte Struktur, die wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordnete Segmente aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufweist, wenigstens einen verengten Übergangsbereich in einem Segment umfasst, der von einem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich in einen zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich dieses Segmentes übergeht.
Zweckmäßigerweise ist in der Praxis ferner vorgesehen, dass die magnetfeldempfindlichen Sensoren relativ zur zweiten Struktur ortsfest angeordnet sind, wobei die zweite Struktur eines Drehgebers je nach spezifischer Anwendung der Erfindung ortsfest angeordnet ist bzw. sein kann.Advantageous embodiments further preferably provide that the second structure and / or a third structure arranged co-axially between the first structure and the second structure, the at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of the magnetic field generated by the first structure comprises at least one narrowed transition region in a segment which merges from a segment region arranged closer to the first structure into a segment region of this segment which is farther away from the first structure. Appropriately, it is further provided in practice that the magnetic field-sensitive sensors are arranged stationary relative to the second structure, wherein the second structure of a rotary encoder is fixedly arranged depending on the specific application of the invention or can be.
Eine Messeinrichtung zum Erfassen der Verdrehung einer Lenksäule eines Fahrzeuges umfasst somit vorzugsweise einen Drehgeber nach der Erfindung, wobei die erste oder zweite Struktur mit der Lenksäule verbunden und die entsprechend andere Struktur z.B. ortsfest angeordnet ist.A measuring device for detecting the rotation of a steering column of a vehicle thus preferably comprises a rotary encoder according to the invention, wherein the first or second structure connected to the steering column and the corresponding other structure, e.g. is arranged stationary.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger zweckmäßiger oder bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to some expedient or preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung zur Erfassung einer Verdrehung von Rotor zu Stator durch direkte Feldstärkenmessung eines durch die Verdrehung beeinflussten Magnetfeldes,1 shows a first embodiment according to the invention for detecting a rotation from rotor to stator by direct field strength measurement of a magnetic field influenced by the rotation,
Fig. 2 eine Variante der ersten Ausführungsform zur Kompensation von radialem Versatz zwischen Rotor undFig. 2 shows a variant of the first embodiment for the compensation of radial offset between the rotor and
Stator,Stator,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung zur Erfassung einer Verdrehung von Rotor zu Stator durch Feldrichtungsmessung eines durch die Verdrehung beeinflussten Magnetfeldes,3 shows a second embodiment according to the invention for detecting a rotation from rotor to stator by field direction measurement of a magnetic field influenced by the rotation,
Fig. 4 eine alternative mechanische Anordnung gegenüber den Ausführungen gemäß Fign. 1 bis 3,Fig. 4 shows an alternative mechanical arrangement with respect to the embodiments according to FIGS. 1 to 3,
Fig. 5 stark schematisiert eine weitere alternative Anordnung, die zur Führung und Konzentration von Feldlinien verengte Bereiche ausbildet,5 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement which forms narrowed regions for guiding and concentrating field lines,
Fig. 6 stark schematisiert eine gegenüber Fig. 5 weitere alternative Anordnung mit zur Führung und Konzentration von
Feldlinien verengten Bereichen, wobei die erste und die zweite Struktur mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind,FIG. 6 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement with respect to FIG. 5 for guiding and concentrating Field lines constricted areas, wherein the first and the second structure are arranged at an axial distance from each other,
Fig. 7 stark schematisiert eine gegenüber Fig. 5 nochmals weitere alternative Anordnung mit zur Führung und Konzentration von Feldlinien verengten Bereichen, wobei die erste Struktur axial verlängert ist,FIG. 7 is a highly schematic representation of a further alternative arrangement with respect to FIG. 5 with regions constricted for guiding and concentrating field lines, wherein the first structure is axially extended, FIG.
Fig. 8 bis 11 weitere Ausführungsformen eines Drehgebers nach der Erfindung, welche in Abwandlung zu den Ausführungsformen nach Fign. 1 bis 7 zur Sensibilisierung des Messbereichs ausgebildet sind,8 to 11 further embodiments of a rotary encoder according to the invention, which in modification to the embodiments according to FIGS. 1 to 7 are designed to sensitize the measuring area,
Fig. 12 eine auf der Ausführungsform gemäß Fig. 1 basierende zweckmäßige Weiterbildung, welche ebenfalls zur Sensibilisierung des Messbereichs ausgebildet ist, Fig. 13 eine auf der Ausführungsform gemäß Fig. 3 basierende zweckmäßige Weiterbildung, welche ebenfalls zur Sensibilisierung des Messbereichs ausgebildet ist,12 is an expedient development based on the embodiment according to FIG. 1, which is likewise designed to sensitize the measuring area; FIG. 13 is a functional development based on the embodiment according to FIG. 3, which is likewise designed to sensitize the measuring area;
Fig. 14 eine alternative mechanische Anordnung gegenüber den Ausführungen gemäß Fign. 1 bis 3, welche ebenfalls zur Sensibilisierung des Messbereichs ausgebildet ist,14 shows an alternative mechanical arrangement with respect to the embodiments according to FIGS. 1 to 3, which is likewise designed to sensitize the measuring area,
Fig. 15 eine der Fig. 14 ähnliche Ausführungsform mit veränderter Magnetanordnung,15 is an embodiment similar to FIG. 14 with modified magnet arrangement, FIG.
Fig. 16 zwei Diagramme mit jeweils skizzenhaft dargestellten berechneten Messkurven, basierend auf einer Ausführungsform nach Fig. 12,16 shows two diagrams, each with a sketch of calculated measured curves, based on an embodiment according to FIG. 12, FIG.
Fig. 17 ein Diagramm, bei welchem basierend auf einer Ausführungsform nach Fig. 14 erfasste Winkelveränderungen eines jeweils resultierenden Magnetfeldes skizziert sind,17 shows a diagram in which, based on an embodiment according to FIG. 14, detected angle changes of a respectively resulting magnetic field are sketched, FIG.
Fig. 18 zwei sinusförmige Verläufe von zwei ausgegebenen sinusförmigen Messsignalen und ein durch Differenzbildung gewonnenes, geglättetes Messsignal,
Fig. 19 eine weitere Ausführungsform eines Drehgebers nach der Erfindung, bei welcher in Abwandlung zu den Ausführungsformen nach Fign. 12 und 13 durch jeweils zwei, eine innere Magnetstruktur im Wesentlichen um jeweils 180 Grad umgebende Ringkranzsegmente ein Materialfreiraum in oder nahe welchem ein lokales Magnetfeld zu gemessen ist definiert wird.FIG. 18 shows two sinusoidal profiles of two output sinusoidal measurement signals and a smoothed measurement signal obtained by subtraction, FIG. 19 shows a further embodiment of a rotary encoder according to the invention, in which, in a modification to the embodiments according to FIGS. 12 and 13 by a respective two, an inner magnetic structure substantially by 180 degrees surrounding ring gear segments a material space in or near which a local magnetic field is measured to be defined.
Nachfolgend werden beispielhaft in den Figuren skizzierte zweckmäßige oder bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben.In the following, exemplary expedient or preferred embodiments outlined by way of example in the figures will be described in more detail.
Ein erfindungsgemäßer Drehgeber umfasst eine erste im Wesentlichen Scheiben- oder ringartige Struktur und eine zweite im Wesentlichen Scheiben- oder ringartige Struktur, die entlang einer Achse ausgerichtet sind und sich radial zu dieser im Wesentlichen entlang oder parallel zu gemeinsamen Ebenen erstrecken. Beide Strukturen sind von einander beabstandet und relativ zueinander drehbar angeordnet. Die erste Struktur umfasst zur Erzeugung eines Magnetfeldes wenigstens 2 Magnetpole, die je nach spezifischem Aufbau senkrecht oder radial zur Achse angeordnet sind, wobei der Magnet insbesondere diametral magnetisiert ist. Die zweite Struktur ist aus wenigstens zwei in wenigstens einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse angeordneten bogenförmigen Segmenten aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung undA rotary encoder according to the invention comprises a first substantially disc or ring-like structure and a second substantially disc or ring-like structure which are aligned along an axis and extend radially thereto substantially along or parallel to common planes. Both structures are spaced from each other and rotatably disposed relative to each other. The first structure comprises at least 2 magnetic poles for generating a magnetic field, which are arranged perpendicular or radial to the axis depending on the specific structure, wherein the magnet is in particular diametrically magnetized. The second structure is composed of at least two arcuate segments of a ferromagnetic material for guiding the magnetic field, arranged perpendicular to the axis in at least one common plane
-konzentration eines durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufgebaut, wobei die Segmente wenigstens zwei Materialfreiräume derart definieren, dass die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder zueinander nicht in Phase sind und wobei in oder nahe dieser beiden Materialfreiräume jeweils wenigstens ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist.constructed in a concentration of a magnetic field generated by the first structure, wherein the segments define at least two material clearances such that the local magnetic fields extending there are not in phase and wherein in or near these two material clearances each arranged at least one magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is.
Bei einer ersten Ausführungsform gemäß Figur 1, umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber eine erste magnetische Struktur
in Form eines Magnetrings 101 und eine zweite ferromagnetische Struktur in Form eines Ringkranzes 201.In a first embodiment according to FIG. 1, the rotary encoder according to the invention comprises a first magnetic structure in the form of a magnet ring 101 and a second ferromagnetic structure in the form of a ring collar 201.
Der Magnetring 101 und der Ringkranz 201 sind co-axial um eine Achse "A" ausgerichtet, wobei der Außendurchmesser des Magnetrings 101 kleiner ist als der Innendurchmesser desThe magnet ring 101 and the annular ring 201 are aligned coaxially about an axis "A", wherein the outer diameter of the magnet ring 101 is smaller than the inner diameter of the
Ringkranzes 201 ist. Der Magnetring 101 ist vollständig im Innern des Ringkranzes 201 und beabstandet von die'sem angeordnet, so dass der Magnetring 101 und der Ringkranz 201 im Wesentlichen in einer gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebene angeordnet sind. Der Magnetring 101 ist nur zweifach polarisiert, wobei die Magnetpole "N" und "S" am Magnetring im Wesentlichen radial entgegengesetzt angeordnet sind und der Magnetring diametral magnetisiert ist. Der Ringkranz 201 ist aus vier im Wesentlichen gleich großen bogenförmigen Ringkranz-Segmenten 211, 221, 231 und 241 aufgebaut, die z.B. aus einem einfachen Blech geformt sind.Ring wreath 201 is. The magnet ring 101 is disposed entirely inside the ring gear 201 and spaced from them, so that the magnet ring 101 and the ring gear 201 are arranged substantially in a common radially extending plane. The magnetic ring 101 is only polarized twice, wherein the magnetic poles "N" and "S" are disposed on the magnetic ring substantially radially opposite and the magnetic ring is diametrically magnetized. Ring ring 201 is made up of four substantially equal arcuate ring gear segments 211, 221, 231 and 241, e.g. are formed from a simple sheet metal.
Der Ringkranz 201 weist zwischen den Ringkranz-Segmenten 211 und 221, 221 und 231, 231 und 241 sowie 241 und 211 jeweils eine Materialaussparung in Form eines LuftSpaltes auf. Diese Materialaussparungen können z.B. bei separater Herstellung der Ringkranz-Segmente durch entsprechende Dimensionierung und bei Herstellung der Ringkranz-Segmente aus einem Stück durch Ausstanzungen oder Freischneidungen bereitgestellt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass grundsätzlich auch eine Art Stege zwischen den Ringkranz-Segmenten 211 und 221, 221 und 231, 231 und 241 sowie 241 und 211 stehen gelassen sein können, so dass die Materialauspaarung in radialer Richtung nicht durchgängig erfolgt.The annular ring 201 has between the annular ring segments 211 and 221, 221 and 231, 231 and 241 and 241 and 211 each have a material recess in the form of an air gap. These material recesses can e.g. be provided by punching or free cutting in a separate production of ring ring segments by appropriate dimensioning and in the production of ring ring segments in one piece. It should be noted, however, that in principle a type of webs between the annular ring segments 211 and 221, 221 and 231, 231 and 241 and 241 and 211 may be left standing, so that the Materialauspaarung does not occur consistently in the radial direction.
Die Materialfreiräume sind jeweils im Winkel von etwa 90 Grad versetzt in dem Ringkranz 201 angeordnet, wobei sich in zwei um 90 Grad zueinander versetzen Freiräumen jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor 311 bzw. 321 befindet.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist somit im wesentlichen eine der einfachst denkbaren Varianten der Erfindung, Freiräume, in oder nahe den jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist, durch die Segmente derart zu definieren, dass die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder nicht in Phase zueinander sind. Die Magnetfeldlinien des inneren Magneten 101 werden durch die äußeren Flussführungs- und -konzentrationssegmente 211, 221, 231 und 241 gewissermaßen eingesammelt und in denThe material clearances are each arranged at an angle of approximately 90 degrees offset in the annular ring 201, wherein in two offset by 90 degrees to each other free spaces each have a magnetic field-sensitive sensor 311 and 321, respectively. The embodiment according to FIG. 1 is thus essentially one of the simplest conceivable variants of the invention, free spaces, in or near each of which a magnetic-field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged to be defined by the segments such that the local magnetic fields extending there do not are in phase with each other. The magnetic field lines of the inner magnet 101 are, as it were, collected by the outer flux guiding and concentrating segments 211, 221, 231 and 241 and inserted into the
Materialfreiräumen des Ringkranzes 201 zwischen den Segmenten 211 und 221 sowie 231 und 241 werden auftretende Magnetfeldstärken, d.h. Amplituden der lokalen Magnetfelder gemessen. Als magnetfeldempfindlicher Sensor 311 bzw. 321 kann somit z.B. ein MR (magnetoresistiver) -Sensor eingesetzt werden.Material clearances of ring gear 201 between segments 211 and 221 as well as 231 and 241 will cause magnetic field strengths, i. Amplitudes of the local magnetic fields measured. As the magnetic field sensitive sensor 311 or 321, therefore, e.g. an MR (magnetoresistive) sensor can be used.
Ein grundsätzlicher Verlauf von vorherrschenden Magnetfeldlinien ist bei dieser Ausführungsform, wie auch bei einigen nachfolgend diskutierten Ausführungsformen, jeweils in den Figuren skizzenhaft durch entsprechendeA basic course of prevailing magnetic field lines in this embodiment, as well as in some embodiments discussed below, respectively in the figures sketchy by corresponding
Linien angedeutet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine spezielle Kennzeichnung verzichtet wurde.Lines indicated, was omitted for reasons of clarity on a special labeling.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Magnetrings 101 und des Ringkranzes 201 wird somit über die Segmente 221 und 231 das Magnetfeld über die halbe Polbreite des Nordpols und über die benachbarte halbe Polbreite des Südpols für das lokale Magnetfeld zwischen den Segmenten 221 und 231 eingesammelt, wohingegen die Segmente 211 und 221 zum Bereitstellen des lokalen Magnetfeldes zwischen den Segmenten 211 und 221 die volle Polbreite des Nordpols abdecken. Die beiden Freiräume, in denen die magnetfeldempfindlichen Sensoren zur Messung von lokalen Magnetfelder angeordnet sind, sind folglich in Bezug auf den Magnetring 101 stets um etwa 90 Grad versetzt um die
Achse "A" angeordnet . Um ausgehend von der bei Fig . 1 dargestellten Stellung bei Drehung des Magnetsrings 101 wieder zu den gleichen lokalen Magnetfeldern der bei Fig. 1 dargestellten Stellung zu gelangen, bedarf es einer Drehung um 360 Grad, welche im Beispiel gemäß Fig. 1 somit einer vollen Periode entsprechen. In den Freiräumen zwischen den Segmenten 221 und 231 sowie zwischen den Segmenten 211 und 221 verlaufende lokale Magnetfelder weisen somit beim dargestellten Beispiel stets eine Phasendifferenz zueinander auf, die äquivalent zu einer Viertelperiode der Ausgangssignale der Sensoren 311 und 321 ist.In the position of the magnet ring 101 and ring ring 201 shown in FIG. 1, the magnetic field is thus collected via the segments 221 and 231 over half the pole width of the north pole and over the adjacent half pole width of the south pole for the local magnetic field between the segments 221 and 231 while the segments 211 and 221 for providing the local magnetic field between the segments 211 and 221 cover the full pole width of the north pole. The two free spaces in which the magnetic field-sensitive sensors are arranged for the measurement of local magnetic fields are consequently always offset by approximately 90 degrees with respect to the magnetic ring 101 Axis "A" arranged. To start from the in FIG. 1 position shown upon rotation of the magnetic ring 101 to get back to the same local magnetic fields of the position shown in FIG. 1, it requires a rotation through 360 degrees, which in the example of FIG. 1 thus correspond to a full period. In the clearances between the segments 221 and 231 as well as between the segments 211 and 221 extending local magnetic fields thus always have in the example shown a phase difference to each other, which is equivalent to a quarter period of the output signals of the sensors 311 and 321.
An jeweils einem Sensor 311 oder 321 wird, zumindest in erster Näherung somit eine Sinusfunktion als Messsignal ausgegeben, welche die Verdrehung des Magnetrings 101 zum Ringkranz 201 zwischen 0 und 360 Grad beschreibt. Mit dieser Anordnung kann folglich eine Drehwinkelmessung durchgeführt werden, die typischerweise zwischen 0 und 360 Grad Information liefert, um z.B. die Umdrehung eines Lenkrades zu ermitteln. Der Ringkranz 201 ist in diesem Fall vorzugsweise ortsfest angeordnet und der Magnetring 101 z.B. mit der Lenksäule verbunden.At each sensor 311 or 321, at least to a first approximation, a sinusoidal function is thus output as a measurement signal which describes the rotation of the magnet ring 101 to the annular ring 201 between 0 and 360 degrees. With this arrangement, therefore, a rotation angle measurement can be performed which typically provides between 0 and 360 degrees of information, e.g. to determine the rotation of a steering wheel. The annular ring 201 is preferably stationary in this case and the magnetic ring 101 is e.g. connected to the steering column.
In der Praxis sind die magnetfeldempfindlichen Sensoren ferner relativ zur zweiten Struktur ortsfest angeordnet, so dass die Mess- oder Ausgangssignale stets auf einer Summe der über die gleichbleibende Fläche der äußerenIn practice, the magnetic field-sensitive sensors are further arranged stationary relative to the second structure, so that the measuring or output signals always on a sum of the over the constant area of the outer
Flussführungs- und -konzentrationssegmente 211, 221, 231 und 241 eingesammelten Feldlinien basieren. Mögliche mechanische, ortsabhängige Ungenauigkeiten der zweiten Struktur werden somit kompensiert. Bei um eine Viertelperiode zueinander differierenden verlaufenden lokalen Magnetfeldern, welches bei Fig. 1 versetzt um 90 Grad angeordneten Sensoren 311 und 321 entspricht, erzeugt somit ein Sensor eine Sinuskurve als Messsignal und der andere erzeugt eine Kosinuskurve als
Messsignal. Je nach zugrundeliegendem, zu messenden Drehwinkel verändert sich folglich an der zu messenden Stelle nur der Wert des Sinus bzw. Kosinus. Die Erfindung setzt bei allen Ausführungsformen stets wenigstens zwei um einen bestimmten Winkel in Bezug auf das durch die ersteFlow guiding and concentration segments 211, 221, 231 and 241 are based on collected field lines. Possible mechanical, location-dependent inaccuracies of the second structure are thus compensated. Thus, when the local magnetic fields differ by a quarter of a period, which corresponds to sensors 311 and 321 arranged at 90 degrees in FIG. 1, one sensor generates a sine curve as a measurement signal and the other generates a cosine curve as Measurement signal. Depending on the underlying angle of rotation to be measured, only the value of the sine or cosine changes at the point to be measured. In all embodiments, the invention always uses at least two at a certain angle with respect to that through the first
Struktur erzeugte Magnetfeld versetzte Sensoren zur Messung jeweiliger lokaler Magnetfelder ein, so dass bei der weiteren Auswertung beider ausgegebenen Messsignale eine Glättung und somit höhere Präzision bewirkt wird und welches somit ein wesentliches Grundprinzip der Erfindung ist.Structure generated magnetic field offset sensors for measuring respective local magnetic fields, so that in the further evaluation of both output measuring signals a smoothing and thus higher precision is effected and which is thus an essential basic principle of the invention.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1, welche eine reine Drehwinkelmessung oder Drehpositionsmessung ermöglicht, wird das Magnetfeld somit weitestgehend homogen durch den inneren Magneten 101 erzeugt, durch die vier Flussführungs- und -konzentrationssegmente 211, 221, 231 und 241 gesammelt und in den Freiräumen zwischen den Ringkranz-Segmenten 211 und 221 sowie 231 und 241 orthogonal bzw. als orthogonale Komponenten ausgewertet. Auch wenn mit der Ausführungsform nach Fig. 1 bereits bei äußerst einfacher Konstruktion des erfindungsgemäßen Drehgebers präzise Magnetfeldmessungen durchführbar sind, können, da lediglich Feldstärkemessungen erfolgen, grundsätzlich noch an und für sich bekannte Probleme einer gewissen Temperaturabhängigkeit auftreten. Bei einer gegenüber der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 bereits vorteilhaften Weiterbildungsvariante, wie bei Fig. 2 zu sehen, ist in jedem der in einem äußeren Ringkranz 202 jeweils um 90 Grad in Bezug auf das durch den Magnetring 102 erzeugte Magnetfeld versetzt zwischen den Ringkranz - Segmenten 212 und 222, 222 und 232, 232 und 242 sowie 242 und 212 angeordneten Freiräumen ein magnetfeldsensibler Sensor zur Messung der entsprechenden lokalen Magnetfelder angeordnet. Die Signale der jeweils gegenüberliegenden Sensoren 312 und 332 bzw. 322 und 342 werden zur Auswertung
miteinander kombiniert, also je nach Anwendung addiert oder subtrahiert, um einen möglichen radialen Versatz zwischen dem äußeren Ringkranz 202 und dem Magnetring 102 und/oder ein Taumeln insbesondere des als Rotor fungierenden Magnetrings 102 zu kompensieren bzw. zu tolerieren.In the embodiment of Fig. 1, which allows a pure rotational angle measurement or rotational position measurement, the magnetic field is thus generated largely homogeneous by the inner magnet 101, collected by the four flux guiding and -konzentrationssegmente 211, 221, 231 and 241 and in the free spaces between the ring gear segments 211 and 221 and 231 and 241 orthogonal or evaluated as orthogonal components. Although precise magnetic field measurements can be carried out with the embodiment according to FIG. 1 already with an extremely simple design of the rotary encoder according to the invention, since only field strength measurements are carried out, problems of a certain temperature dependence, which are known per se, can still occur. In an already advantageous compared to the first embodiment of FIG. 1 training variant, as seen in Fig. 2, in each of the outer annular ring 202 is offset in each case by 90 degrees with respect to the magnetic field generated by the magnetic ring 102 between the annular ring Segments 212 and 222, 222 and 232, 232 and 242 and 242 and 212 arranged a magnetic field-sensitive sensor for measuring the corresponding local magnetic fields arranged. The signals of the respectively opposite sensors 312 and 332 or 322 and 342 are for evaluation combined, ie added or subtracted depending on the application, to compensate or tolerate a possible radial offset between the outer annular ring 202 and the magnetic ring 102 and / or tumbling in particular of the magnetic ring 102 acting as a rotor.
Eine zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 grundsätzlich alternative, zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen auf einer Magnetfeldmessung basierenden Drehgebers ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Diese Ausführungsform bietet gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 oder auch nach der Fig. 2 den Vorteil, dass die Magnetfeldmessung von der Temperatur unabhängig durchgeführt werden kann, da nicht direkte Feldstärkemessungen durchgeführt werden sondern Winkelveränderungen von resultierenden lokalen Magnetfeldern erfasst werden.An alternative to the embodiment of FIG. 1, second embodiment of an inventive based on a magnetic field measurement encoder is shown for example in Fig. 3. This embodiment offers the advantage over the embodiment according to FIG. 1 or also according to FIG. 2 that the magnetic field measurement can be carried out independently of the temperature, since not direct field strength measurements are carried out but angle changes of resulting local magnetic fields are detected.
Mit der Ausführungsform der Fig. 3, werden Winkelmessungen von Magnetfeldlinien zur Erfassung eines Drehwinkels zwischen dem um eine Achse "A" relativ zu dem Ringkranz 203 verdrehbaren Magnetring 103 durchgeführt. Wiederum sind zwischen den Ringkranz-Segmenten 213 und 223, 223 und 233, 233 und 243 sowie 243 und 213 des Ringkranzes 203 jeweils in Bezug auf das erzeugte Magnetfeld des Magnetrings 103 um etwa 90 Grad zueinander versetzte Materialfreiräume vorhanden, wobei in oder auch nahe zwei um 90 Grad zueinander versetzen Freiräumen jeweils ein zusätzlicher Magnet 413 bzw. 423 angeordnet ist. Diese Magnete bilden wiederum für sich ein Magnetfeld aus, das im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das durch den inneren Magnetring 103 hervorgerufene Magnetfeld liegt. Bei Fig. 3 sind Ringmagnete 413 und 423 zur Erzeugung eines homogenes Magnetfeldes als zusätzliche Magnete in die Materialfreiräume eingesetzt. Entsprechend sind diese Materialfreiräume zwischen den Ringkranz-Segmenten 213 und 223, 223 und 233, 233 und 243 sowie 243 und 213 zweckmäßig
kreisförmig ausgebildet . Zur vollständigen Temperaturkompensation entspricht das Material der Magnete 413 und 423 zweckmäßig dem Material des Magnetrings 103.With the embodiment of FIG. 3, angle measurements of magnetic field lines for detecting a rotation angle between the magnetic ring 103 rotatable about an axis "A" relative to the annular ring 203 are performed. Again, between the annular segments 213 and 223, 223 and 233, 233 and 243 and 243 and 213 of the ring gear 203 each with respect to the generated magnetic field of the magnet ring 103 by about 90 degrees offset material clearances exist, in or close to two offset by 90 degrees to each other open spaces each have an additional magnet 413 or 423 is arranged. These magnets, in turn, form a magnetic field which lies substantially in the same plane as the magnetic field generated by the inner magnetic ring 103. In Fig. 3 ring magnets 413 and 423 are used to generate a homogeneous magnetic field as additional magnets in the material clearances. Accordingly, these material clearances between the ring gear segments 213 and 223, 223 and 233, 233 and 243 and 243 and 213 are expedient circular shaped. For complete temperature compensation, the material of the magnets 413 and 423 suitably corresponds to the material of the magnetic ring 103.
Die Feldlinien jedes durch einen zusätzlichen Magnet 413 oder 423 erzeugten Magnetfeldes werden durch das Magnetfeld, welches durch den inneren, großen magnetisierten Magnetring 103 erzeugt wird, überlagert. Je nachdem, wie stark letztendlich das innere Magnetfeld sich in den Ringkranz-Segmenten 213 und 223 oder 223 und 233 zur äußeren Flussführung und -konzentration einprägt und ein äußeres Magnetfelder überlagert, führt diese Überlagerung dazu, dass ein winkelabhängiges resultierendes lokales Magnetfeld in dem entsprechenden kreisförmigen Ausschnitt zwischen den Ringkranz-Segmenten 213 und 223 bzw. 223 und 233 erzeugt wird, wobei der Feldlinienverlauf des so resultierenden lokalen Magnetfeldes einen anderen Winkel beschreibt als der Feldlinienverlauf eines originären äußeren Magnetfeld. Wenn das durch den inneren magnetisierten Ring 103 erzeugte Feld über die beteiligten Flussführungs- und -konzentrationssegemente schwächer ist, ist auch die Veränderung des äußeren, durch den Magneten 413 oder 423 erzeugten Magnetfeldes geringer, d.h. die Richtung des resultierenden lokalen Magnetfeldes weicht dann viel weniger von der ursprünglichen Richtung des ursprünglichen äußeren Magnetfeldes ab. Folglich ist eine Messung oder Erfassung des Drehwinkels über die Richtung der resultierenden lokalen Magnetfelder im Inneren des kreisförmigen Auspaarungen gewährleistet.The field lines of each magnetic field generated by an additional magnet 413 or 423 are superimposed by the magnetic field generated by the inner large magnetized magnetic ring 103. Depending on how much the internal magnetic field ultimately imprints in outer ring flux and concentration annulus segments 213 and 223 or 223 and 233 and overlays an outer magnetic field, this superposition results in an angle-dependent resulting local magnetic field in the corresponding circular magnetic field Section between the ring gear segments 213 and 223 or 223 and 233 is generated, wherein the field line course of the resulting local magnetic field describes a different angle than the field line course of an original external magnetic field. If the field generated by the inner magnetized ring 103 is weaker over the flux carrying and concentrating segments involved, the change in the external magnetic field generated by the magnet 413 or 423 will also be less, i. the direction of the resulting local magnetic field then deviates much less from the original direction of the original external magnetic field. Consequently, a measurement or detection of the angle of rotation over the direction of the resulting local magnetic fields in the interior of the circular Ausladungen is guaranteed.
In oder nahe der die Messstelle zur Magnetfeldmessung definierenden kreisförmigen Auspaarung wird somit dieIn or near the measuring point for magnetic field measurement defining circular mating is thus the
Richtung eines resultierenden Magnetfeldes bzw. der Winkel der zugehörenden Feldlinien durch einen in Fig. 2 "aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten magnetfeldempfindlichen Sensor, wie z.B. durch einen MR-
Sensor erfasst, der dann ein Signal proportional zu der Richtung bzw. dem Winkel an eine Auswerteeinheit übergibt, die dieses entsprechend auf den Drehwinkel im Inneren zurückrechnet . Da auch bei Fig. 3 die zur Magnetfeldmessung vorgesehenen Materialfreiräume in dem Ringkranz 203 wieder zweckmäßig um 90 Grad in Bezug auf das Magnetfeld des Magnetrings 103 zueinander versetzt sind, beschreiben die ausgegebenen Messsignale der Sensoren wiederum zumindest annähernd eine Sinuskurve bzw. eine Kosinuskurve.Direction of a resulting magnetic field or the angle of the associated field lines by a in Fig. 2 " not shown for reasons of clarity magnetic field-sensitive sensor, such as by an MR Detected sensor, which then transmits a signal proportional to the direction or the angle to an evaluation, which calculates this according to the rotation angle in the interior. Since in FIG. 3 the material clearances provided in the annular ring 203 are expediently offset again by 90 degrees with respect to the magnetic field of the magnetic ring 103, the output measuring signals of the sensors again describe at least approximately a sine curve or a cosine curve.
Selbstverständlich ist auch die Ausführungsform nach Fig. 3 durch eine der Fig . 2 entsprechenden Variante weiterbildbar, d.h., dass in allen vier der in dem Ringkranz 203 jeweils um 90 Grad versetzt angeordneten Materialfreiräumen jeweils ein zusätzlicher Magnet angeordnet und jeweils ein magnetfeldsensibler Sensor zugeordnet ist und die Messsignale von jeweils gegenüberliegenden Sensoren addiert werden.Of course, the embodiment of FIG. 3 by one of FIG. 2 further variant, that is arranged in each of the four in the annular ring 203 each offset by 90 degrees arranged material clearances each have an additional magnet and each associated with a magnetic field-sensitive sensor and the measurement signals are added by respective opposing sensors.
In der Fig. 4 ist eine alternative mechanische Anordnung gegenüber den vorstehend zu den Fign. 1 bis 3 diskutiertenIn Fig. 4 is an alternative mechanical arrangement over the above to Figs. 1 to 3 discussed
Ausführungsformen dargestellt. Bei dieser Anordnung sind eine erste magnetisierte Scheibe 104, welche zwei Magnetpole umfasst, und ein aus vier ferromagnetischen Ringkranzsegmenten 214, 224, 234 und 244 aufgebauter Ringkranz mit vier zwischen den Segmenten inEmbodiments shown. In this arrangement, a first magnetized disc 104 comprising two magnetic poles and a ring collar made up of four ferromagnetic ring gear segments 214, 224, 234 and 244 are interposed between the segments in FIG
Materialfreiräumen des Ringkranzes angeordneten Sensoren 314, 324, 334 und 344 nicht mit radialen Abstand zueinander angeordnet, sondern mit axialem Abstand zueinander angeordnet. Beide relativ zueinander drehbar angeordneten Strukturen sind somit entlang einer Achse ausgerichtet und erstrecken sich radial zu dieser parallel zu einer gemeinsamen Ebene. Dies ermöglicht Drehgeberanordnungen, bei denen die Messeinrichtung an einem Wellenende, z.B.
eines Motors montiert wird, und kein zusätzlicher Raum radial um die Welle erforderlich ist.Material clearances of the ring gear arranged sensors 314, 324, 334 and 344 are not arranged at a radial distance from each other, but arranged at an axial distance from each other. Both relatively rotatably arranged structures are thus aligned along an axis and extend radially to this parallel to a common plane. This allows encoder arrangements in which the measuring device at a shaft end, eg a motor is mounted, and no additional space is required radially around the shaft.
In den Fig. 5, 6 und 7 sind weitere alternative Anordnungen stark schematisiert dargestellt, die insbesondere in Bezug auf die Messgenauigkeit bei Betrieb, d.h. bei relativerIn Figs. 5, 6 and 7 further alternative arrangements are shown in highly schematic form, which in particular in relation to the measurement accuracy in operation, i. at relative
Verdrehung der ersten zur zweiten Struktur, eine nochmalig verbesserte Strukturausbildung gegenüber den vorstehend zu den Fign. 1 bis 4 diskutierten Ausführungsformen beinhalten. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 sind grundsätzlich wiederum ein innerer, 2-poliger Magnetring 105 und ein aus vier ferromagnetischen RingkranzSegmenten 215, 225, 235 und 245 aufgebauter äußerer Ringkranz dargestellt, wobei durch die Segmente 215, 225, 235 und 245 wiederum wenigstens zwei Materialfreiräume 315, 325 derart definiert werden, dass dort verlaufende lokale Magnetfelder zueinander nicht in Phase sind. Zur Messung dieser lokalen Magnetfelder in oder nahe dieser beiden Materialfreiräume ist jeweils wiederum ein, bei Fig. 5 nicht dargestellter magnetfeldempfindlicher Sensor angeordnet.Twisting the first to the second structure, a further improved structural design over the above to the Fign. 1-4 discussed embodiments include. In the arrangement according to FIG. 5, an inner, 2-pole magnetic ring 105 and an outer annular ring constructed from four ferromagnetic annular ring segments 215, 225, 235 and 245 are again shown in principle, wherein at least two are again formed by the segments 215, 225, 235 and 245 Material clearances 315, 325 are defined such that local magnetic fields extending there are not in phase with each other. In order to measure these local magnetic fields in or near these two material clearances, a magnetic-field-sensitive sensor (not shown in FIG. 5) is again arranged in each case.
Wie bei Fig. 5 zu sehen, besitzt jedoch in Abwandlung zu vorstehend diskutierten Ausführungsformen jedes Ringkranzsegment 215, 225, 235 und 245 einen verengten Übergangsbereich 615, 625, 635 und 645, der von einem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich in einen zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich übergeht und folglich das entsprechende Segment bereichsweise quasi einschnürt. Diese Übergangs- oder auch Einschnürbereiche der Segmente stellen in Bezug auf den Feldlinienverlauf des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes jeweils eine Engstelle dar, durch welche die von einem Segment 215, 225, 235 bzw. 245 jeweils eingesammelten und nach außen geführten Feldlinien hindurch müssen. Die durch die Segmente 215, 225 und 245 definierten Materialfreiräume
315, 325, in oder nahe welchen verlaufende lokale Magnetfelder gemessen werden, sind folglich zweckmäßig durch die zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereiche der Segmente 215, 225, 235 und 245 definiert. Da eine Verdrehung der ersten Struktur 105 gegenüber des äußeren Ringkranzes zunächst zu einer Verzerrung des durch die näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereiche der Segmente 215, 225, 235 und 245 eingesammelten Feldes führt, bewirken die Übergangsbereiche 615, 625, 635 und 645 eine erneute Konzentration und Ausrichtung der Feldlinien, bevor diese den Materialfreiräumen 315, 325 als lokale Magnetfelder zur Messung zugeführt werden.However, as seen in FIG. 5, as modified from embodiments discussed above, each ring gear segment 215, 225, 235, and 245 has a narrowed transition region 615, 625, 635, and 645 that extends from a segment region closer to the first structure into a first structure transitions more distant segment area and consequently constricts the corresponding segment in some areas. These transition or constricting regions of the segments in each case represent a bottleneck with respect to the field line profile of the magnetic field generated by the first structure, through which the field lines respectively collected by a segment 215, 225, 235 and 245 and led outwards must pass. The material clearances defined by the segments 215, 225 and 245 315, 325, in or near which running local magnetic fields are measured, are therefore expediently defined by the segment regions of the segments 215, 225, 235 and 245 farther from the first structure. Since a rotation of the first structure 105 relative to the outer annular ring initially leads to a distortion of the field collected by the segment regions of the segments 215, 225, 235 and 245 arranged closer to the first structure, the transition regions 615, 625, 635 and 645 bring about a renewed concentration and alignment of the field lines before they are fed to the material clearances 315, 325 as local magnetic fields for measurement.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 sind zunächst ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 4 eine erste magnetisierte Scheibe 106, welche zwei Magnetpole umfasst, und vier ferromagnetische Ringkranzsegmente 216, 226, 236 und 246 mit axialem Abstand zueinander angeordnet.In the arrangement according to FIG. 6, first of all, similar to the arrangement according to FIG. 4, a first magnetized disk 106, which comprises two magnetic poles, and four ferromagnetic ring gear segments 216, 226, 236 and 246 are arranged at an axial distance from one another.
In einer ersten Abwandlung zu Fig. 4 sind jedoch die RingkranzSegmente 216 und 226 sowie 236 und 246 derart ausgebildet, dass für jeden Materialfreiraum 316 oder 326, in oder nahe welchem jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, durch die bogenförmigen Segmente 216 und 226 bzw. 236 und 246 ein Wesentlich größerer Umfangsbereich der Magnetscheibe 106 erfasst wird, welches zu einer weiteren Signaloptimierung der gemessenen Feldstärke eines erfassten lokalen Magnetfeldes führt. Hierzu sind Ringkranzsegmente 216 und 226 mit radialem Abstand im Innern der Ringkranzsegmente 236 und 246 in gemeinsamem Ebenen angeordnet . In einer weiteren Abwandlung zu Fig. 4 besitzt dieIn a first modification to FIG. 4, however, ring-ring segments 216 and 226 as well as 236 and 246 are designed such that for each material clearance 316 or 326, in or near which a local magnetic field is to be measured, the arcuate segments 216 and 226 respectively 236 and 246, a substantially larger peripheral area of the magnetic disk 106 is detected, which leads to a further signal optimization of the measured field strength of a detected local magnetic field. For this purpose, annular ring segments 216 and 226 are arranged with radial spacing in the interior of the annular ring segments 236 and 246 in common planes. In a further modification to Fig. 4 has the
Ausführungsform gemäß Fig. 6, vergleichbar zur Fig. 5, in jedem Ringkranzsegment 216, 226, 236 und 246 einen verengten Übergangsbereich, wobei in Fig. 6 ein solcher
Übergangsbereich mit 626 gekennzeichnet ist. Jeder Übergangsbereichs eines bestimmten Segments ist wiederum zwischen einem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich des Segments und einem zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich dieses Segments angeordnet. Die durch die Segmente 216, 226, 236 und 245 definierten Materialfreiräume 316, 326, in oder nahe welchen verlaufende lokale Magnetfelder gemessen werden, sind folglich wiederum durch die zur ersten Struktur 106 entfernteren Segmentbereiche der Segmente 216, 226, 236 und 246 definiert.Embodiment of FIG. 6, similar to FIG. 5, in each annular ring segment 216, 226, 236 and 246 a narrowed transition region, wherein in Fig. 6 such Transition area is marked 626. Each transition region of a specific segment is in turn arranged between a segment region of the segment arranged closer to the first structure and a segment region of this segment which is more remote from the first structure. The material clearances 316, 326 defined by the segments 216, 226, 236 and 245 in or near which running local magnetic fields are thus measured are in turn defined by the segment regions of the segments 216, 226, 236 and 246 farther from the first structure 106.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 sind in Abwandlung zur Anordnung gemäß Fig. 6 ein magnetisierter Ring 107 und vier ferromagnetische Ringkranzsegmente 217, 227, 237 und 247 mit radialem Abstand zum magnetisierten Ring 107 angeordnet. Um, ähnlich zur Ausführung gemäß Fig. 6, für jeden Materialfreiraum 317 oder 327, in oder nahe welchem bei der Ausführungsform nach Fig. 7 jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, durch die Segmente 217 und 227 bzw. 237 und 247 einen Wesentlichen größeren Umfangsbereich des magnetisierten Rings 107 zu erfassen, sind jedoch zusätzlich die Ringkranzsegmente 217 und 227 mit axialem Abstand zu den RingkranzSegmenten 237 und 247 angeordnet. Ferner ist der magnetisierte Ring 107 in diesem Fall axial verlängert, so dass sich die erste Struktur und die zweite Struktur wiederum im Wesentlichen entlang oder parallel zu gemeinsamen Ebenen erstrecken.In the arrangement according to FIG. 7, a magnetized ring 107 and four ferromagnetic annular ring segments 217, 227, 237 and 247 are arranged at a radial distance from the magnetized ring 107 in a modification of the arrangement according to FIG. 6. 6, for each material clearance 317 or 327, in or near which in the embodiment of FIG. 7 a local magnetic field is to be measured in each case, by the segments 217 and 227 or 237 and 247 a substantially larger one However, in addition, the ring gear segments 217 and 227 are arranged at an axial distance from the annular ring segments 237 and 247 to detect peripheral portion of the magnetized ring 107. Further, the magnetized ring 107 is axially elongated in this case so that the first structure and the second structure again extend substantially along or parallel to common planes.
Ferner besitzt der magnetisierte Ring 107 beim dargestellten Beispiel der Fig. 7 vier Magnetpole, die je nach Art der Bereitstellung der Magnetpole axial oder radial angeordnet sind. Um ausgehend von der bei Fig. 7 dargestellten Stellung bei Drehung des magnetisierten Rings 107 wieder zu den gleichen lokalen Magnetfeldern zu gelangen, bedarf es jedoch weiterhin einer Drehung um 360
Grad, so dass in Bezug auf jeden Materialfreiraum 317 oder 327, in oder nahe welchem bei der Ausführungsform nach Fig. 7 jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, wiederum lediglich 2 Pole Einfluss auf den Messbereich haben. Darüber hinaus besitzt jedes Ringkranzsegment 217, 227, 237 und 247 einen verengten Übergangsbereich, wobei in Fig. 7 drei solche Übergangsbereiche mit 617, 627 und 637 gekennzeichnet ist. Jeder Übergangsbereich eines bestimmten Segments ist wiederum zwischen einem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich des Segments und einem zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich dieses Segments angeordnet. Die durch die Segmente 217, 227, 237 und 247 definierten Materialfreiräume 317, 327, in oder nahe welchen verlaufende lokale Magnetfelder gemessen werden, sind wiederum durch die zur ersten Struktur 107 entfernteren Segmentbereiche der Segmente 217 227, 237 und 247 definiert.Further, the magnetized ring 107 in the illustrated example of Fig. 7 has four magnetic poles, which are arranged axially or radially depending on the manner of providing the magnetic poles. However, in order to get back to the same local magnetic fields starting from the position shown in FIG. 7 when the magnetized ring 107 rotates, a rotation of 360 is still required Degree such that with respect to each material clearance 317 or 327, in or near which in the embodiment of Fig. 7, a local magnetic field is to be measured, again, only 2 poles influence the measurement range. In addition, each annular segment 217, 227, 237 and 247 has a narrowed transition region, wherein in Fig. 7, three such transition regions with 617, 627 and 637 is characterized. Each transition region of a particular segment is in turn arranged between a segment region of the segment arranged closer to the first structure and a segment region of this segment which is more remote from the first structure. The material clearances 317, 327 defined by the segments 217, 227, 237 and 247, in or near which running local magnetic fields are measured, are in turn defined by the segment regions of the segments 217, 227, 237 and 247 farther from the first structure 107.
Während die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nach Fign. 1 bis 7 reine Drehwinkelmessungen ermöglichen, werden erfindungsgemäße Drehgeber zur Durchführung einerWhile the embodiments described above according to FIGS. 1 to 7 enable pure rotational angle measurements, rotary encoders according to the invention for carrying out a
Drehmomentmessung sowie einer Kombination von Drehwinkel- und Drehmomentmessung anhand weiterer Figuren nachfolgend diskutiert .Torque measurement and a combination of rotation angle and torque measurement based on further figures discussed below.
Zur Durchführung einer Drehmomentmessung, z.B. mittels eines Torsionsstabes, muss zunächst eine zusätzliche Randbedingung beachtet werden. Bei einer reinen Drehmomentmessung ist natürlich der Winkel zwischen erster, insbesondere als Rotor fungierenden, und zweiter, insbesondere als Stator fungierenden, Struktur, um den sich die relative Positionierung beider Strukturen zueinander verändert sehr klein, üblicherweise unter 10 Grad. Entsprechend muss die Messfunktionalität des Drehgebers im Prinzip daraufhin optimiert werden, dass auch mit einem kleinen Winkel eine vernünftige Situation präzise ableitbar
ist .To carry out a torque measurement, for example by means of a torsion bar, an additional boundary condition must first be taken into account. In the case of a pure torque measurement, of course, the angle between the first, in particular acting as a rotor, and the second, acting in particular as a stator, structure by which the relative positioning of the two structures changed to each other is very small, usually less than 10 degrees. Accordingly, the measuring functionality of the rotary encoder must be optimized in principle so that even with a small angle a reasonable situation can be precisely derived is.
Wenn auch oder nur kleine Winkel zu messen sind, wird dies, wie aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich, z.B. dadurch realisiert, dass die erste, magnetisierte Struktur in Bezug auf jeden Materialfreiraum, in oder nahe welchem jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, deutlich in deren Magnetpolzahl erhöht ist und damit natürlich eine bessere Auflösung bekommt, wie dies einem Fachmann offensichtlich ist. In einer Abwandlung zu den Ausführungsformen nach den Fign. 1 bis 7, bei denen die erste magnetisierte Struktur 101, 102, 103, 104, 105, 106 bzw. 107 insofern nur zweifach polarisiert ist, ist bei den nachfolgend beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen eine erste Magnetstruktur 108, 109, 1010, 1011, 1012, 1013, 1014 bzw. 1015 vorgesehen, die eine über die zweifache Polarisierung hinausgehende Vielzahl von Polarisierungen je zu erfassendem lokalen Magnetfeld umfasst und folglich einen Multipol-Magneten bildet.If also or only small angles are to be measured, this becomes evident, as can be seen from the embodiments described below, e.g. realized by the fact that the first, magnetized structure with respect to each material space, in or near which each a local magnetic field is to be measured, is significantly increased in the magnetic pole number and thus, of course, gets a better resolution, as is obvious to a person skilled in the art. In a modification to the embodiments according to FIGS. 1 to 7, in which the first magnetized structure 101, 102, 103, 104, 105, 106 and 107, respectively, is only doubly polarized, in the particularly preferred embodiments described below is a first magnetic structure 108, 109, 1010, 1011, 1012 , 1013, 1014 and 1015, respectively, which comprises a plurality of polarizations exceeding twice the polarization for each local magnetic field to be detected and consequently forms a multipole magnet.
Figur 8 zeigt eine erste Ausführungsform, die in Bezug auf jeden Materialfreiraum, in oder nahe welchem jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, deutlich in deren Magnetpolzahl erhöht ist. Der schematisch dargestellte Drehgeber weist einen inneren MuItipol-Magnetring 108 und einem äußeren Ringkranz auf, der aus acht Ringkranzsegmenten aufgebaut ist.Fig. 8 shows a first embodiment which is remarkably increased in magnetic pole number with respect to each material clearance in or near which a local magnetic field is to be measured. The rotary encoder shown schematically has an inner multi-pole magnetic ring 108 and an outer annular ring, which is composed of eight annular segments.
Jedes Ringkranzsegment besitzt beim dargestellten Beispiel wiederum einen verengten Übergangsbereich 618, der von einem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich in einen zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich übergehen. Die durch die äußeren Ringkranzsegmente definierten Materialfreiräume, in oder nahe welchen lokale Magnetfelder gemessen werden, sind wiederum durch die zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereiche der Segmente definiert .
Insgesamt sind vier solcher Materialfreiräurae jeweils um 90 Grad versetzt in Bezug auf das erzeugte Magnetfeld des Magnetrings 108 definiert, wobei insgesamt vier Sensoren 318, 328, 338 und 348, in den Materialfreiräumen der Ringkranz-Segmente angeordnet sind. Die Signale der jeweils gegenüberliegenden Sensoren 318 und 338 bzw. 328 und 348 werden somit wieder miteinander zur Auswertung kombiniert, um einen möglichen radialen Versatz zwischen dem äußeren Ringkranz und dem inneren Magnetring 108 und/oder ein Taumeln zu kompensieren bzw. zu tolerieren.In the illustrated example, each annular ring segment again has a narrowed transition region 618, which transitions from a segment region arranged closer to the first structure into a segment region which is more remote from the first structure. The material clearances defined by the outer annular ring segments, in or near which local magnetic fields are measured, are in turn defined by the segment regions of the segments which are more remote from the first structure. In total, four such Materialfreiräurae are each offset by 90 degrees with respect to the generated magnetic field of the magnetic ring 108, wherein a total of four sensors 318, 328, 338 and 348, are arranged in the material clearances of the ring gear segments. The signals of the respectively opposite sensors 318 and 338 or 328 and 348 are thus combined again with each other for evaluation in order to compensate or tolerate a possible radial offset between the outer annular ring and the inner magnetic ring 108 and / or a tumbling.
Je Materialfreiraum zur Messung eines lokalen Magnetfeldes weist der Magnetring 108 nicht mehr nur zwei Pole auf, sondern ist als MuItipol-Magnet bereitgestellt. Die Flussführung und -konzentration des durch die Vielzahl der Magnete des Magnetrings 108 erzeugten Magnetfeldes erfolgt zusätzlich über sich radial in der Ebene des Magnetrings 108 in Richtung des Magnetrings erstreckende Zähne 500, welche jeweils an jedem näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich vorgesehen sind. Bei der gemäß Fig. 8 dargestellten Stellung befinden sich die Zähne 500 der Ringkranzsegmente, welche ein Magnetfeld zu den entfernteren Segmentbereichen an die gegenüberliegend im äußeren Ringkranz angeordneten Sensoren 318 und 338 führen, jeweils genau mittig über benachbarten Nord- und Südpole, so dass sich das gesamte Feld dieser benachbarten Nord- und Südpole über diesen Zahn schließt und kein resultierendes Feld zum äußeren Ringkranz eingesammelt wird.Depending on the material space for measuring a local magnetic field, the magnetic ring 108 no longer has only two poles, but is provided as a multipole magnet. The flux guidance and concentration of the magnetic field generated by the plurality of magnets of the magnetic ring 108 additionally takes place via teeth 500 extending radially in the plane of the magnetic ring 108 in the direction of the magnet ring, which teeth are provided on each segment region arranged closer to the first structure. In the position shown in FIG. 8, the teeth 500 of the annular ring segments, which lead a magnetic field to the more distant segment areas to the sensors 318 and 338 disposed opposite each other in the outer annular ring, are exactly centered over adjacent north and south poles, so that the entire field of these adjacent north and south poles closes over this tooth and no resulting field is collected to the outer ring of rings.
Die Zähne 500 der Ringkranzsegmente, welche ein Magnetfeld zu den entfernteren Segmentbereichen an die gegenüberliegend im äußeren Ringkranz angeordneten Sensoren 328 und 348 führen, decken hingegen jeweils genau die Polbreite eines Nordpols ab.
Auch bei dieser Ausführungsform ist somit eine Phasendifferenz der durch die Sensoren 318 und 328 erfassten lokalen Magnetfelder gewährleistet. Da einer vollen Periode wiederum das Verdrehen der inneren Struktur relativ zur äußeren Struktur um zwei benachbarte, gegensätzlich magnetisierte Magnetpole entspricht, bedarf es somit keiner vollen Umdrehung um 360 Grad mehr, welches die Auflösung folglich weiter erhöht.On the other hand, the teeth 500 of the annular ring segments, which guide a magnetic field to the more distant segment regions on the sensors 328 and 348 arranged opposite one another in the outer annular ring, respectively cover exactly the pole width of a north pole. Thus, in this embodiment as well, a phase difference of the local magnetic fields detected by the sensors 318 and 328 is ensured. Since a full period in turn corresponds to the twisting of the inner structure relative to the outer structure by two adjacent, oppositely magnetized magnetic poles, it does not require a full rotation of 360 degrees more, which consequently further increases the resolution.
Für einen Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die vorbeschriebene Ausführungsformen somit auch in vorteilhafter Weise zur Messung eines Drehmoments geeignet sind, wobei in diesem Fall die erste Struktur und die zweite Struktur zweckmäßig über ein Torsionselement miteinander in Verbindung stehen.It will also be apparent to one skilled in the art that the above-described embodiments are thus also advantageously suitable for measuring a torque, in which case the first structure and the second structure are suitably connected to one another via a torsion element.
Figur 9 zeigt eine gegenüber Fig. 8 abgewandelteFIG. 9 shows an alternative to FIG. 8
Ausführungsform, die jedoch auch in Bezug auf jeden Materialfreiraum, in oder nahe welchem jeweils ein lokales Magnetfeld zu messen ist, deutlich in deren Magnetpolzahl erhöht ist. Ein innerer Multipol-Magnetring 109 ist von einem äußeren Ringkranz, der aus zwei RingkranzSegmenten 219 und 229 mit jeweils einem verengten Übergangsbereich 618 aufgebaut ist, radial umgeben.Embodiment, however, is also significantly increased in the magnetic pole number with respect to each material space in or near which each a local magnetic field is to be measured. An inner multi-pole magnetic ring 109 is radially surrounded by an outer annular ring composed of two ring-ring segments 219 and 229 each having a narrowed transition region 618.
Ein erster Sensor 319 ist in einem durch die entfernteren Segmentbereiche des äußeren Ringkranzes definierten Materialfreiraum zu Messung eines lokalen Magnetfeldes angeordnet. Ein zweiter Sensor 329 ist in einem durch die der ersten Struktur näheren Segmentbereiche des äußeren Ringkranzes definierten Materialfreiraum zu Messung eines lokalen Magnetfeldes angeordnet. Die Ringkranzsegmente 219 und 229, welche ein Magnetfeld zum Sensor 319 führen, weisen wiederum sich in Richtung des Magnetrings 109 erstreckende Zähne 500 auf, welche in der gezeigten Stellung jeweils genau die Polbreite eines
Nordpols abdecken. Da die Ringkranzsegmente 219 und 229 einen Bogen von annährend 180 Grad umspannen, führt dies, im Vergleich zur Fig. 8, zu genaueren Messsignalen des Sensors 319. Der zweite Sensor 329 ist in der gezeigten Stellung genau mittig über benachbarte Nord- und Südpole angeordnet. Folglich ist auch bei dieser Ausführungsform ist eine Phasendifferenz der durch die Sensoren 319 und 329 erfassten lokalen Magnetfelder gewährleistet.A first sensor 319 is disposed in a material space defined by the more remote segment areas of the outer ring gear for measuring a local magnetic field. A second sensor 329 is arranged in a material space defined by the segment regions of the outer annular ring closer to the first structure for measuring a local magnetic field. The annular ring segments 219 and 229, which lead a magnetic field to the sensor 319, in turn, have in the direction of the magnet ring 109 extending teeth 500, which in the position shown in each case exactly the pole width of a Cover the North Pole. Since the annular segments 219 and 229 span an arc of approximately 180 degrees, this leads, compared to FIG. 8, to more accurate measurement signals of the sensor 319. The second sensor 329 is located in the position shown exactly centered on adjacent north and south poles. Consequently, also in this embodiment, a phase difference of the local magnetic fields detected by the sensors 319 and 329 is ensured.
Figur 10 zeigt stark schematisiert eine gegenüber Fig. 9 abgewandelte Ausführungsform, bei welcher ein aus zwei Ringkranzsegmenten 2110 und 2210 mit jeweils einem verengten Übergangsbereich 618 aufgebaute äußere Ringkranz im Wesentlichen vollständig das eingesammelte Magnetfeld zum Materialfreiraum 3110 zur dortigen lokalen Messung führt. Der Fluss des durch die Magnetstruktur 1010 erzeugten Magnetfeldes wird quasi symmetrisch ausgekoppelt.FIG. 10 shows in highly schematic form an embodiment modified from FIG. 9, in which an outer annular ring constructed from two ring rim segments 2110 and 2210, each with a narrowed transition region 618, essentially completely leads the collected magnetic field to the material clearance 3110 for the local local measurement. The flux of the magnetic field generated by the magnetic structure 1010 is quasi symmetrically decoupled.
Wird bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 9 und 10 auf einen wie bei Fig. 9 dargestellten zweiten Sensor verzichtet, kann ähnlich zur Anordnung gemäß Fig. 7 ein zweites Paar von äußeren Ringkranzsegmenten mit axialemIs omitted in the embodiments of FIGS. 9 and 10 to a second sensor as shown in FIG. 9, similar to the arrangement of FIG. 7, a second pair of outer ring gear segments with axial
Abstand und in Bezug auf die Magnetfelderfassung verdreht zu den RingkranzSegmenten 219 und 229 bzw. 2110 und 2210 angeordnet werden, wobei in diesem Fall der magnetisierte Ring 109 bzw. 1010 zweckmäßig wiederum axial verlängert ist. Je nach axialer Beabstandung der zwei Paare vonDistance and with respect to the magnetic field detection twisted to the ring gear segments 219 and 229 or 2110 and 2210 are arranged, in which case the magnetized ring 109 and 1010 expediently again axially extended. Depending on the axial spacing of the two pairs of
Ringkranzsegmenten zueinander ist ferner vorgeschlagen, jedes Paar von äußeren Ringkranzsegmenten auf der radial dem Sensor gegenüberliegenden Seite durch entsprechende Zusammenführung bzw. Verlängerung der zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereiche zu schließen, um ein gegebenenfalls axial hervorgerufenes Magnetstreufeld zu sammeln.
Figur 11 zeigt stark schematisiert eine gegenüber Fig. 9 und Fig. 10 abgewandelte Ausführungsform, bei welcher zwei Ringkranzsegmente 2111 und 2211 ohne verengten Übergangsbereich einen inneren Magnetring 1011 umgeben und ein eingesammeltes Magnetfeld vom Magnetring 1011 zumRing rim segments to each other is further proposed to close each pair of outer ring gear segments on the radially opposite side of the sensor by appropriate merger or extension of the first structure more distant segment areas to collect an optionally axially evoked Magnetstreufeldeld. FIG. 11 is a highly schematic representation of an embodiment modified from FIGS. 9 and 10, in which two annular segments 2111 and 2211 without inner transition region surround an inner magnetic ring 1011 and a magnetic field collected from magnetic ring 1011
Materialfreiraum 3111 zur dortigen lokalen Messung führen. In diesem Fall ist für einen zweiten Sensor wiederum ein zweites Paar von äußeren Ringkranzsegmenten mit axialem Abstand und in Bezug auf die Magnetfelderfassung verdreht zu den Ringkranzsegmenten 2111 und 2211 angeordnet.Material clearance 3111 lead to local local measurement. In this case, for a second sensor, in turn, a second pair of outer ring gear segments with axial spacing and with respect to the magnetic field detection twisted to the ring gear segments 2111 and 2211 is arranged.
Die Ausführungsformen der Fign. 12 und 13 zeigen jeweils weitere zu den Ausführungsfσrmen gemäß Fig. 1 bis 11 zweckmäßige Weiterbildungen. Zunächst sind bei der Ausführungsform nach Fig. 12, ähnlich zur Fig. 1, im Ringkranz 2012 wiederum vier Materialfreiräume jeweils im Winkel von 90 Grad versetzt zwischen den Segmenten 2112, 2212, 2312 und 2412, wobei in. zwei um 90 Grad zueinander versetzen Freiräumen jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor 3112 bzw. 3212 zur Feldstärkemessung angeordnet ist. Bei der Ausführungsform nach. Fig. 13 sind, ähnlich zur Fig. 3, zwischen den Ringkranz-Segmenten 2113 und 2213, 2213 und 2313, 2313 und 2413 sowie 2413 und 2113 des Ringkranzes 2013 jeweils 90 Grad zueinander versetzte Materialfreiräume vorhanden, wobei in zwei um 90 Grad zueinander versetzen Freiräumen jeweils ein zusätzlicher Ringmagnet 4113 bzw. 4213 angeordnet ist. In oder nahe dieser mit Ringmagneten bereitgestellten Freiräume wird somit wiederum die Richtung eines resultierenden Magnetfeldes bzw. der Winkel der zugehörenden Feldlinien durch einen in Fig. 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten magnetfeldempfindlichen Sensor erfasst, dessen Signal auf den Drehwinkel im Inneren zurückrechnet wird.The embodiments of FIGS. FIGS. 12 and 13 each show further developments which are expedient to the embodiments according to FIGS. 1 to 11. First, in the embodiment of Fig. 12, similar to Fig. 1, in the ring gear 2012 again four material clearances each offset at an angle of 90 degrees between the segments 2112, 2212, 2312 and 2412, wherein in. Two offset by 90 degrees to each other open spaces in each case a magnetic field-sensitive sensor 3112 or 3212 is arranged to measure the field strength. In the embodiment according to. Fig. 13, similar to Fig. 3, between the ring gear segments 2113 and 2213, 2213 and 2313, 2313 and 2413 and 2413 and 2113 of the ring gear 2013 each 90 degrees mutually offset material clearances exist, with two offset by 90 degrees to each other Freiräumen in each case an additional ring magnet 4113 or 4213 is arranged. In or near this space provided with ring magnets free space thus again the direction of a resulting magnetic field or the angle of the associated field lines is detected by a not shown in Fig. 6 for reasons of clarity magnetic field-sensitive sensor whose signal is calculated back to the rotation angle in the interior.
In Abwandlung oder Weiterbildung zur Fig. 1 bzw. Fig. 3 jedoch und ähnlich den Ausführungsformen nach Fig. 8 bis 11
weist der Magnetring 1012 (Fig. 12) oder 1013 (Fig. 13) nicht mehr nur zwei Pole auf, sondern ist als MuItipol- Magnet bereitgestellt. Die Flussführung und -konzentration des durch die Vielzahl der Magnete des Magnetrings 1012 oder 1013 erzeugten Magnetfeldes erfolgt über sich radial in der Ebene des Magnetrings 1012 bzw. 1013 in Richtung des Magnetrings erstreckende Zähne 500. Gemäß Fign. 12 und 13 sind jedoch in Abwandlung zu den Fig. 8 bis 11 diese Zähne 500 an einer weiteren zwischen der ersten und zweiten Struktur angeordneten dritten Struktur vorgesehen, die aus wenigstens zwei in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse angeordneten Segmente aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration aufgebaut ist. Bei den Fig. 12 und 13 ist diese dritte Struktur aus zwei weiteren ferromagnetischen Blechsegmenten 5112 undIn a modification or development to Fig. 1 and Fig. 3, however, and similar to the embodiments of FIGS. 8 to 11 For example, the magnet ring 1012 (FIG. 12) or 1013 (FIG. 13) no longer has only two poles, but is provided as a multipole magnet. The flow guidance and concentration of the magnetic field generated by the plurality of magnets of the magnet ring 1012 or 1013 is effected via teeth 500 extending radially in the plane of the magnet ring 1012 or 1013 in the direction of the magnet ring. According to FIGS. 12 and 13, however, in a modification to FIGS. 8 to 11, these teeth 500 are provided on a further third structure arranged between the first and second structures, which comprises at least two segments, arranged in a common plane perpendicular to the axis, of a ferromagnetic material for guiding the magnetic field and concentration is built up. In FIGS. 12 and 13, this third structure is made up of two further ferromagnetic sheet metal segments 5112 and
5212 bzw. 5113 und 5213 zur Flussführung und -konzentration geformt, die zusammen co-axial zwischen dem Magnetring 1012 oder 1013 und dem Ringkranz 2012 bzw. 2013 in der gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Bei diesen Ausführungsformen sind der Magnetring 1012 oder 1013 und die Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 relativ zum Ringkranz 2012 bzw. 2013 drehbar angeordnet. Der Magnetring 1012 oder 1013 und die Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und5212 and 5113 and 5213, respectively, for flux guidance and concentration, which are co-axially disposed between the magnetic ring 1012 or 1013 and the ring gear 2012 and 2013, respectively, in the common plane. In these embodiments, the magnet ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 are rotatably arranged relative to the ring gear 2012 and 2013, respectively. The magnet ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and
5213 stehen über ein Torsionselement miteinander in Verbindung, so dass sich diese bei zwischen dem Magnetring 1012 oder 1013 und den Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 angelegtem Drehmoment auch relativ zueinander verdrehen können.5213 are connected to each other via a torsion element, so that they can also rotate relative to one another with torque applied between the magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213.
Wenn jetzt die Situation vorliegt, dass der Magnetring 1012 oder 1013 und die Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 relativ zueinander nicht verdreht werden, diese also "fix" zueinander bleiben und nur gemeinsam zum Ringkranz 2012 bzw. 2013 verdreht werden, wird, wie bei vorbeschriebenen Ausführungsformen, insbesondere nach Fign. 1 bis 7,
lediglich der Drehwinkel zwischen dem Ringkranz 2012 oder 2013 und diesem System aus Magnetring 1012 bzw. 1013 und den Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 erfasst.If now there is the situation that the magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 are not rotated relative to one another, ie they remain "fixed" to one another and are only twisted together to ring ring 2012 or 2013, as in the above-described embodiments, in particular according to FIGS. 1 to 7, only the angle of rotation between the annular ring 2012 or 2013 and this system of magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 detected.
Wenn die Situation vorliegt, dass der innere Magnetring 1012 oder 1013 und die mittleren Zahn-Segmente 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 auch zueinander verdreht werden, dann wird zusätzlich eine Drehmomentmessung durchgeführt.If the situation exists that the inner magnet ring 1012 or 1013 and the middle tooth segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 are also rotated relative to each other, then a torque measurement is additionally performed.
Diese Drehmomentmessung ist dann proportional zur Verdrehung des inneren Magnetring 1012 oder 1013 und den mittleren Zahn-Segmenten 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213, die mit denselben Sensoren erfasst werden. Die Sensoren liefern folglich eine Information über den Drehwinkel des aus dem Magnetring 1012 oder 1013 und den Segmenten 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213 bestehenden Systems zum Ringkranz 2012 bzw. 2013 und eine Information über dasThis torque measurement is then proportional to the rotation of the inner magnet ring 1012 or 1013 and the middle tooth segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213, which are detected with the same sensors. The sensors thus provide information about the angle of rotation of the ring gear system 2012 or 2013 consisting of the magnetic ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213 and information about the ring gear
Drehmoment über den Versatz zwischen dem Magnetring 1012 oder 1013 und den Segmenten 5112 und 5212 bzw. 5113 und 5213.Torque on the offset between the magnet ring 1012 or 1013 and the segments 5112 and 5212 or 5113 and 5213.
Der Messbereich in Bezug auf das Drehmoment erstreckt sich hierbei über einen "halben Zahn" pro Polbreite. Wenn sich ausgehend von einer in Fign. 12 und 13 dargestellten relativen Stellung der Zähne 500 zu den Magnetpolen des Magnetrings 1012 bzw. 1013 diese relative Stellung so ändert, dass sich jeweils benachbarte Nord- und Südpole gewissermaßen genau mittig über einem Zahn 500 befinden, und dieser somit jeweils eine halbe Polbreite des Nord- und des unmittelbar benachbarten Südpols überlagert, dann schließt sich das gesamte Feld dieser benachbarten Nord- und Südpole über diesen Zahn und es wird kein resultierendes Feld zum äußeren Ringkranz 2012 oder 2013 eingesammelt, welches folglich eine ungünstige Konstellation ist. Will man bei einem Drehmoment von "0" die maximalen Signale erfassen, sollte daher die
Grundstruktur derart angeordnet sein, dass in diesem Fall, wie dargestellt, ein Zahn jeweils eine Polbreite des Magneten überdeckt.The measuring range in relation to the torque here extends over a "half tooth" per pole width. If, starting from a value shown in Figs. 12 and 13 illustrated relative position of the teeth 500 to the magnetic poles of the magnetic ring 1012 and 1013 so this relative position changes so that each adjacent north and south poles are effectively centered over a tooth 500, and this thus each half a pole width of the north - and superimposed on the immediately adjacent south pole, then the entire field of these adjacent north and south poles closes over this tooth and no resulting field is collected to the outer ring ring 2012 or 2013, which is therefore an unfavorable constellation. If you want to capture the maximum signals at a torque of "0", so should the Basic structure be arranged such that in this case, as shown, a tooth each covers a pole width of the magnet.
Mit anderen Worten tritt der messsignaltechnisch ungünstigste Fall in dem Moment ein, wenn sich alleIn other words, the worst case test signal occurs in the moment when all
Magnetfeldlinien schon über die Zähne komplett schließen, weil benachbarte Nord- und Südpole jeweils gleichmäßig überdeckt werden, so dass im Betrieb kein resultierendes Feld mehr außen geführt werden würde, welches für eine Drehmessung in Betracht kommt.Completely close magnetic field lines already over the teeth, because adjacent north and south poles are each uniformly covered, so that in operation no resulting field would be more outside out, which comes for a rotary measurement into consideration.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 sind in Weiterbildung zur Ausführungsform nach Fig. 13 an den zusätzlichen Zahn- Segmenten 5113 und 5213 weitere Magnete 700 zwischen den Zähnen 500 angeordnet, die eine Grundmagnetisierung dieser Segmente bewirken. Die einzelnen Magnetfelder desIn the embodiment according to FIG. 14, in further development of the embodiment according to FIG. 13, additional magnets 700 are arranged between the teeth 500 on the additional tooth segments 5113 and 5213, which effect a basic magnetization of these segments. The individual magnetic fields of the
Magnetrings 1013 und der Zahn-Segmenten 5113 und 5213 werden somit je nach Stellung zueinander addiert oder subtrahiert werden, welches zu einer weiter verbesserten Genauigkeit führt. Ferner erstreckt sich in diesem Fall der Messbereich in Bezug auf das Drehmoment über eine vollständige Polbreite je Zahn.Magnetic rings 1013 and the tooth segments 5113 and 5213 are thus added or subtracted from each other depending on the position, which leads to a further improved accuracy. Further, in this case, the measuring range with respect to the torque extends over a complete pole width per tooth.
Da auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 12, 13 und 14 die an den Drehgebern angeordneten Sensoren, beispielsweise wiederum MR-Sensoren, im Wesentlichen sinusförmige Signalverläufe ausgeben, stellt sich aufgrund des um 90 Grad versetzten Einsatzes von zwei Sensoren jeweils ein sinus- und ein dazu kosinusförmiger Signalverlauf ein.Since, in the embodiments according to FIGS. 12, 13 and 14, the sensors arranged on the rotary sensors, for example, in turn MR sensors, output substantially sinusoidal waveforms, one sinusoidal and one set in each case due to the offset by 90 degrees use of two sensors to cosinusoidal waveform.
Fig. 15 zeigt eine zu Fig. 14 ähnliche Ausführungsform, bei welcher jedoch die Anordnung der weiteren Magnete 700, d.h. im Wesentlichen die Polarisierung dieser Magnete, gegenüber der Magnetisierung der inneren Magnetstruktur 1013 entgegengesetzt ist, welches im vorliegenden Fall zu einer Verringerung der eingesammelten Feldlinien und folglich zu
einer Verringerung der Amplitude der zu messenden lokalen Magnetfelder führt.FIG. 15 shows an embodiment similar to FIG. 14, but in which the arrangement of the further magnets 700, ie substantially the polarization of these magnets, is opposite to the magnetization of the inner magnetic structure 1013, which in the present case leads to a reduction of the collected field lines and therefore too a reduction in the amplitude of the local magnetic fields to be measured leads.
Bei allen vorstehend in Bezug auf die Fig. 12 bis 15 diskutierten Ausführungsformen ist, wie ersichtlich, ferner ein verengter Übergangsbereich in jedem Segment der zwischengeordneten dritten, die Zähne umfassenden Struktur vorgesehen. Jeder Übergangsbereich verbindet wiederum einen näher zur ersten Struktur angeordneten Segmentbereich und einen zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich und stellt somit in ähnlicher Weise, wie bei denAs can be seen, in all of the embodiments discussed above with respect to FIGS. 12 to 15, a narrowed transition region is also provided in each segment of the intermediate third structure comprising the teeth. Each transition region, in turn, connects a segment region located closer to the first structure and a segment region more distant from the first structure, and thus presents in a manner similar to that of FIGS
Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 10 diskutiert, in Bezug auf den Feldlinienverlauf des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes jeweils eine Engstelle dar, durch welche die jeweils eingesammelten Feldlinien hindurch müssen.Embodiments according to FIGS. 5 to 10 are discussed, with respect to the field line profile of the magnetic field generated by the first structure, in each case a bottleneck, through which the respectively collected field lines must pass.
Fig. 16 zeigt zwei Diagramme mit jeweils skizzenhaft dargestellten berechneten Messkurven, die auf einer Ausführungsform nach Fig. 12 basieren.FIG. 16 shows two diagrams, each with a sketch of calculated measured curves, which are based on an embodiment according to FIG. 12.
Dargestellt sind jeweils nacheinander bzw. unabhängig voneinander berechnete Feldstärken Bl und B2 über einenShown in each case successively or independently calculated field strengths Bl and B2 via a
Drehwinkel zwischen dem aus dem Magnetring 1012 und den Segmenten 5112 und 5212 bestehenden System zum Ringkranz 2012 von 0 Grad bis 180 Grad. Die Berechnung der Feldstärke Bl oder B2 erfolgt jeweils auf der Magnetfeldmessung von ersten und zweiten Sensoren, die um 90 Grad versetzt in oder nahe einer jeweiligen Messstelle, wie vorstehend beschrieben, angeordnet sind.Angle of rotation between the system consisting of the magnet ring 1012 and the segments 5112 and 5212 to the annular ring 2012 from 0 degrees to 180 degrees. The calculation of the field strength Bl or B2 is carried out in each case on the magnetic field measurement of first and second sensors, which are arranged offset by 90 degrees in or near a respective measuring point, as described above.
Dargestellt ist mit Bl ein Moment, wo der Magnetring 1012 und die Segmente 5112 und 5212 fix zueinander sind und es also kein äußeres Drehmoment gibt. Die Kurven geben in diesem skizzierten Beispiel somit eine Veränderung des Drehwinkels zwischen dem aus dem Magnetring 1012 und den Segmenten 5112 und 5212 bestehenden System und dem
Ringkranz 2012 zwischen 0 Grad und 180 Grad wieder. Die Information über den Drehwinkel basiert auf den Kurven dadurch, dass von den jeweiligen Amplituden ausgehend die mit den Sensorelementen ermittelten Sinus- und Kosinusfunktionen auf eine Argustangensfunktion rückgerechnet wird, um einen reinen Winkel bekommen.Shown with Bl is a moment where the magnetic ring 1012 and the segments 5112 and 5212 are fixed to each other and so there is no external torque. The curves in this sketched example thus represent a change in the angle of rotation between the system consisting of the magnetic ring 1012 and the segments 5112 and 5212, and FIG Ring wreath 2012 between 0 degrees and 180 degrees again. The information about the angle of rotation is based on the curves in that, starting from the respective amplitudes, the sine and cosine functions determined with the sensor elements are recalculated to an Argus tangent function in order to obtain a pure angle.
Wenn der Magnetring 1012 und die Segmente 5112 und 5212 zueinander verdreht sind, dann wird dadurch, wie durch Kurve B2 ersichtlich, die Amplitude der resultierenden Sinus- oder Kosinusfunktion verändert. D.h., wenn wieder eine Argustangensberechnung durchgeführt wird, dann enthält die Information auch noch die AbsolutInformation der Amplitudenveränderung. Mit anderen Worten ist für die Drehwinkelmessung die Betrachtung des Argustangens die wesentliche Größe und für die Drehmomentmessung ist die Amplitude dieser zurückgerechneten Sinus- oder Kosinusfunktion die relevante Größe. In einem Messsignal sind folglich beide Informationen enthalten.If the magnet ring 1012 and the segments 5112 and 5212 are rotated relative to one another, then, as can be seen by curve B2, the amplitude of the resulting sine or cosine function is thereby changed. That is, when an argastangle calculation is performed again, the information also contains the absolute information of the amplitude variation. In other words, for the rotation angle measurement, the consideration of the argus tangent is the essential quantity, and for the torque measurement, the amplitude of this recalculated sine or cosine function is the relevant quantity. In a measurement signal, therefore, both information is included.
An den Sensoren, wobei stets wenigstens zwei um einen bestimmten Winkel in Bezug auf das erzeugte Magnetfeld versetzte Sensoren eingesetzt werden, wird somit jeweils zumindest in erster Näherung eine Sinusfunktion als Messsignal erfasst, die, wenn der Magnetring 1012 .und die Segmente 5112 und 5212 fix zueinander sind, die Verdrehung zum Ringkranz 2012 zwischen 0 und 180 Grad beschreibt. Bei versetzt um 90 Grad angeordneten Sensoren erzeugt somit ein Sensor eine Sinuskurve und der andere erzeugt eine Kosinuskurve. Die Amplituden dieser Kurven sind wiederum von der Verdrehung zwischen Magnetring 1012 und den Segmenten 5112 und 5212 abhängig. Wenn Magnetring 1012 und die Segmente 5112 und 5212 im festen Verhältnis zueinander betrachtet werden, verändert sich an einer Messstelle folglich nur der Wert des Sinus bzw. Kosinus.
Fig. 17 zeigt ein Diagramm, bei welchem basierend auf einer Ausführungsform nach Fig. 14 zu den zu vorstehender Figur diskutierten berechneten Feldstärken entsprechend erfasste Winkelverränderungen eines jeweils resultierenden Magnetfeldes skizziert sind.At the sensors, whereby always at least two sensors offset by a certain angle with respect to the generated magnetic field are used, a sinusoidal function is thus detected in each case at least to a first approximation, which, when the magnet ring 1012 and the segments 5112 and 5212 fix to each other, the rotation to the ring gear 2012 describes between 0 and 180 degrees. With sensors offset by 90 degrees, one sensor thus generates a sine curve and the other generates a cosine curve. The amplitudes of these curves are in turn dependent on the rotation between the magnetic ring 1012 and the segments 5112 and 5212. Consequently, if magnetic ring 1012 and segments 5112 and 5212 are considered in fixed relation to one another, then only the value of the sine or cosine changes at a measuring point. FIG. 17 shows a diagram in which, based on an embodiment according to FIG. 14, corresponding to the calculated field strengths discussed above are sketched correspondingly detected angular displacements of a respectively resulting magnetic field.
Figur 18 zeigt zwei sinusförmige Verläufe von zwei ausgegebenen sinusförmigen Messsignalen, ein an einer ersten Messstelle ausgegebenen Messsignal Messsignal "Signal a" und ein an einer zweiten Messstelle ausgegebenes Messsignal "Signal b", und ein durch Differenzbildung gewonnenes, geglättetes Messsignal "Signal", welches ersichtlich ein äußerst präzises Messsignal bereitstellt.FIG. 18 shows two sinusoidal profiles of two output sinusoidal measurement signals, a measurement signal "signal a" output at a first measurement location and a measurement signal "signal b" output at a second measurement location, and a smoothed measurement signal "signal" obtained by subtraction Obviously provides a very precise measurement signal.
Fig. 19 zeigt stark schematisiert das Prinzip eines weiteren, gegenüber den Fig. 12 und 13 abgewandelten erfindungsgemäßen Drehgebers. Bei Fig. 19 sind zwei äußere Ringkranzsegmente 2119 und 2219 dargestellt, die im Wesentlichen symmetrisch um eine erste Magnetstruktur 1019 radial herum angeordnet sind und jeweils einen Bogen von etwa 180 Grad definieren. Beide RingkranzSegmente 2119 und 2219 weisen überdies jeweils einen verengtenFIG. 19 shows in a highly schematic manner the principle of a further rotary encoder according to the invention, which is modified from FIGS. 12 and 13. In Fig. 19, two outer annular segments 2119 and 2219 are shown, which are arranged substantially symmetrically about a first magnetic structure 1019 radially around and each defining an arc of about 180 degrees. Both annular ring segments 2119 and 2219 also each have a narrowed one
Übergangsbereich, wie in Bezug auf die Fign. 5 bis 10 beschrieben auf. Ferner umfasst die bei Fig. 19 dargestellte Ausführungsform Zähne 500 an einer weiteren zwischen der ersten und zweiten Struktur angeordneten dritten Struktur, die, wie in Bezug auf die Fign. 12 und 13 beschrieben, aus wenigstens zwei in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse angeordneten Segmenten 5119 und 5219 aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration aufgebaut ist. Auch diese beiden Segmenten 5119 und 5219 besitzen einen verengten Übergangsbereich .Transition region, as with respect to Figs. 5 to 10 described on. Further, the embodiment illustrated in FIG. 19 includes teeth 500 at another third structure disposed between the first and second structures, which, as described with reference to FIGS. 12 and 13 described, from at least two arranged in a common plane perpendicular to the axis segments 5119 and 5219 of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration is constructed. These two segments 5119 and 5219 also have a narrow transition region.
In oder nahe einem durch die entfernteren Segmentbereiche des äußeren Ringkranzes definierten Materialfreiraum 3119 zur Messung eines lokalen Magnetfeldes ist ein nicht
dargestellter Sensor angeordnet. Aufgrund der verlängert bogenförmig ausgebildeten Segmente 2119 und 2219 wird wiederum ein Wesentlich größerer Umfangsbereich der Magnetstruktur 1019 erfasst, welches wiederum zu einer verbesserten Verstärkung der maximalen Feldstärke eines lokal erfassten Magnetfeldes und somit zu einem genaueren Messsignal führt.In or near a material clearance 3119 for measuring a local magnetic field defined by the more distant segment regions of the outer annular ring is not represented sensor arranged. Due to the elongated arc-shaped segments 2119 and 2219, a substantially larger peripheral area of the magnetic structure 1019 is in turn detected, which in turn leads to an improved amplification of the maximum field strength of a locally detected magnetic field and thus to a more accurate measurement signal.
Zur Bereitstellung eines zweiten Materialfreiraums, in oder nahe welchem ein weiteres zu messendes lokales Magnetfeld mit Phasendifferenz verläuft, wird ähnlich zur Anordnung gemäß Fig. 7 ein zweites Paar von äußeren Ringkranzsegmenten sowie zusätzlich ein zweites Paar von mittleren Segmenten mit axialem Abstand und in Bezug auf die Magnetfelderfassung verdreht zu Segmenten 2119, 2219 und 5119 und 5219 angeordnet, wobei auch in diesem Fall die Magnetstruktur 1019 zweckmäßig wiederum axial verlängert ist.To provide a second material clearance, in or near which another local magnetic field with phase difference to be measured is similar to the arrangement of FIG. 7, a second pair of outer ring gear segments and additionally a second pair of middle segments with axial distance and with respect to Magnetic field detection rotated to segments 2119, 2219 and 5119 and 5219 arranged, in which case the magnetic structure 1019 expediently again axially extended.
Folglich weist auch ein auf Fig. 19 basierter vollständig zusammengesetzter Drehgeber eine zweite Struktur aus mit axialem Abstand zueinander in zwei parallelen Ebenen angeordneten Segmenten auf .Consequently, a fully integrated rotary encoder based on FIG. 19 also has a second structure of axially spaced-apart segments arranged in two parallel planes.
Für einen Fachmann ist es ersichtlich, dass die Erfindung grundsätzlich auch Ausführungsformen umfasst, bei denen der Außendurchmesser der zweiten Struktur kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Struktur und die beiden Strukturen im Wesentlichen gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebenen angeordnet sind.
One skilled in the art will appreciate that the invention basically also includes embodiments in which the outer diameter of the second structure is smaller than the inner diameter of the first structure and the two structures are arranged in substantially common, radially extending planes.
Claims
1. Drehgeber auf magnetischer Basis, umfassend - eine erste im Wesentlichen Scheiben- oder ringartige Struktur und eine zweite im Wesentlichen Scheiben- oder ringartige Struktur, welche entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, sich Scheiben- oder ringartig radial zu dieser Achse im Wesentlichen entlang oder parallel zu gemeinsamen Ebenen erstrecken, von einander beabstandet und relativ zueinander drehbar angeordnet sind, - wobei die erste Struktur zur Erzeugung eines Magnetfeldes wenigstens zwei Magnetpole umfasst, - wobei die zweite Struktur aus wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordneten Segmenten aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration eines durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufgebaut ist, und die Segmente wenigstens zwei Materialfreiräume derart definieren, dass, die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder zueinander nicht in Phase sind und wobei in oder nahe wenigstens dieser beiden Materialfreiräume jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist .A magnetic-based rotary encoder comprising - a first substantially disc-like or ring-like structure and a second substantially disc-like or ring-like structure aligned along a common axis, extending substantially along or radially along said axis extend parallel to common planes, spaced from each other and are rotatably arranged relative to each other, - wherein the first structure for generating a magnetic field comprises at least two magnetic poles, - wherein the second structure of at least two arranged in common planes perpendicular to the axis segments of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of a magnetic field generated by the first structure, and the segments define at least two material clearances such that the local magnetic fields extending there are not in phase with each other and wherein at least two of these two material f A magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is arranged in each case.
2. Drehgeber nach vorstehendem Anspruch, wobei die Magnetpole senkrecht oder radial zur Achse angeordnet sind.2. Rotary encoder according to the preceding claim, wherein the magnetic poles are arranged perpendicular or radial to the axis.
3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Struktur in Form eines Magnetrings oder einer Magnetscheibe und die zweite ferromagnetische Struktur in Form eines Ringkranzes ausgebildet ist.3. Encoder according to claim 1 or 2, wherein the first structure in the form of a magnetic ring or a Magnet disc and the second ferromagnetic structure is formed in the form of a ring gear.
4. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Außendurchmesser der ersten Struktur kleiner ist als der Innendurchmesser der zweiten4. A rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the outer diameter of the first structure is smaller than the inner diameter of the second
Struktur und die beiden Strukturen im Wesentlichen in einer gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebene angeordnet sind.Structure and the two structures are arranged substantially in a common radially extending plane.
5. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Außendurchmesser der zweiten5. Encoder according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the outer diameter of the second
Struktur kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Struktur und die beiden Strukturen im Wesentlichen in einer gemeinsamen sich radial erstreckenden Ebene angeordnet sind. Structure is smaller than the inner diameter of the first structure and the two structures are arranged substantially in a common radially extending plane.
6. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Struktur mit axialem Abstand zueinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind.6. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the first and the second structure are arranged at an axial distance from each other in two parallel planes.
7. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Struktur wenigstens zwei mit axialem Abstand zueinander in zwei parallelen Ebenen angeordnete Segmente aufweist .7. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the second structure has at least two axially spaced apart in two parallel planes arranged segments.
8. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Struktur wenigstens zwei mit radialem Abstand zueinander in gemeinsamer Ebene angeordnete Segmente aufweist.8. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the second structure has at least two radially spaced-apart in a common plane arranged segments.
9. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Materialfreiräume, in oder nahe welchen jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung des lokalen Magnetfeldes angeordnet ist, derart durch die Segmente definiert sind, dass bei relativer Verdrehung der ersten Struktur zur zweiten Struktur die dort verlaufenden lokalen Magnetfelder zueinander eine Phasendifferenz besitzen, die äquivalent zu einer Viertelperiode eines sinusförmigen Sensorausgangssignals ist.9. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein at least two material clearances, in or near which in each case a magnetic field-sensitive sensor for measuring the local magnetic field is so defined by the segments that at relative rotation of the first structure to the second structure extending there local magnetic fields to each other have a phase difference which is equivalent to a quarter period of a sinusoidal sensor output signal.
10. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialfreiräume, in oder nahe welchen insgesamt wenigstens zwei magnetfeldempfindliche Sensoren zur Messung der lokalen Magnetfelder angeordnet sind, jeweils im Winkel von 90 Grad versetzt um die Achse in der zweiten Struktur angeordnet sind.10. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the material clearances are arranged in or near which a total of at least two magnetic field sensitive sensors for measuring the local magnetic fields, each offset at 90 degrees about the axis in the second structure.
11. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in oder nahe bei vier jeweils um einen Winkel versetzt um die Achse in der zweiten Struktur bereitgestellten Materialfreiräumen jeweils ein Sensor angeordnet ist, wobei die Materialfreiräume derart durch die Segmente definiert sind, das die Sensorsignale der jeweils gegenüberliegenden Sensoren zur Auswertung zu kombinieren, insbesondere zu addieren oder zu subtrahieren sind. 11. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein in each case a sensor is arranged in or near four provided by an angle offset about the axis in the second structure material clearances, the material clearances are defined by the segments that the sensor signals of each opposite sensors to be combined for evaluation, in particular to add or subtract.
12. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als magnetfeldempfindliche Sensoren Messsensoren zur Erfassung von Magnetfeldstärken eingesetzt sind.12. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein measuring sensors for detecting magnetic field strengths are used as magnetic field-sensitive sensors.
13. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei als magnetfeldempfindliche Sensoren13. Rotary encoder according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein as magnetic field-sensitive sensors
Messsensoren zur Erfassung von Winkeln oder Richtungen von Magnetfeldlinien eingesetzt sind.Measuring sensors are used to detect angles or directions of magnetic field lines.
14. Drehgeber nach vorstehendem Anspruch, wobei in oder nahe den Materialfreiräumen, in oder nahe welchen die magnetfeldempfindlichen Sensoren angeordnet sind, zusätzliche Magnete, insbesondere Ringmagnete, angeordnet sind. 14. Rotary encoder according to the preceding claim, wherein in or near the material clearances, in or near which the magnetic field-sensitive sensors are arranged, additional magnets, in particular ring magnets, are arranged.
15. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur einen Multipol-Magneten umfasst und die zweite Struktur sich in Richtung der ersten Struktur erstreckende Zähne umfasst. 15. The rotary encoder of claim 1, wherein the first structure comprises a multipole magnet and the second structure comprises teeth extending in the direction of the first structure.
16. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste Struktur einen Multipol- Magneten umfasst und zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur co-axial eine dritte Struktur angeordnet ist, die wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordnete Segmente aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufweist, wobei die dritte sich in Richtung der ersten Struktur erstreckende Zähne umfasst.16. The rotary encoder according to claim 1, wherein the first structure comprises a multipole magnet and, between the first structure and the second structure, a third structure is arranged coaxially, the at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and concentration of the magnetic field generated by the first structure, wherein the third extending in the direction of the first structure comprises teeth.
17. Drehgeber nach einem der zwei vorstehenden17. Rotary encoder according to one of the two preceding
Ansprüche, wobei die erste Struktur und die die Zähne aufweisende Struktur über ein Torsionselement miteinander in Verbindung stehen. Claims, wherein the first structure and the structure comprising the teeth via a torsion element communicate with each other.
18. Drehgeber nach einem der drei vorstehenden18. Rotary encoder according to one of the three preceding
Ansprüche, wobei zwischen den Zähnen weitere Magnete angeordnet sind.Claims, wherein between the teeth further magnets are arranged.
19. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Struktur und/oder eine zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur co-axial angeordnete dritte Struktur, die wenigstens zwei in gemeinsamen Ebenen senkrecht zur Achse angeordnete Segmente aus einem ferromagnetischen Material zur Magnetfeldführung und -konzentration des durch die erste Struktur erzeugten Magnetfeldes aufweist, wenigstens einen verengten Übergangsbereich in einem Segment umfasst, der von einem näher zur ersten Struktur angeordnetem Segmentbereich in einen zur ersten Struktur entfernteren Segmentbereich dieses Segmentes übergeht .19. The rotary encoder according to claim 1, wherein the second structure and / or a third structure arranged coaxially between the first structure and the second structure comprise at least two segments arranged in common planes perpendicular to the axis made of a ferromagnetic material for magnetic field guidance and Concentration of the magnetic field generated by the first structure comprises at least one narrowed transition region in a segment, which from a closer to the first structure arranged segment region in one of first structure remoter segment area of this segment passes.
20. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die magnetempfindlichen Sensoren relativ zur zweiten Struktur ortsfest angeordnet sind.20. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the magnetosensitive sensors are arranged stationary relative to the second structure.
21. Drehgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Struktur ortsfest angeordnet ist.21. Rotary encoder according to one of the preceding claims, wherein the second structure is arranged stationary.
22. Messeinrichtung zum Erfassen der Verdrehung einer Lenksäule eines Fahrzeuges, gekennzeichnet durch einen Drehgeber nach einem der vorstehenden22. Measuring device for detecting the rotation of a steering column of a vehicle, characterized by a rotary encoder according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die erste oder zweite Struktur mit der Lenksäule verbunden und die entsprechend andere Struktur ortsfest angeordnet ist.Claims, wherein the first or second structure is connected to the steering column and the corresponding other structure is arranged stationary.
23. Drehgeber oder Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Sensoren magnetoresistive Sensoren eingesetzt sind. 23. Rotary encoder or measuring device according to one of the preceding claims, wherein sensors are used as magnetoresistive sensors.
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