DE102015116303A1 - Device for compensating external magnetic stray fields or for compensating the influence of a magnetic field gradient on a magnetic field sensor - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Kompensieren eines Einflusses eines Magnetfeldgradienten, welcher durch eine Bauteilgeometrie wenigstens einer ersten Komponente (1) erzeugbar ist auf einen Magnetfeldsensor (17, 18). Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Magnetfeldsensoren (17, 18), die außerhalb des magnetischen Gleichgewichts einer weiteren ferromagnetischen Komponente (1) angeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst weiter mindestens zwei Magnetfeldsensoren (17, 18), die jeweils eine voneinander abweichende Sensitivität aufweisen. Derjenige Magnetfeldsensor (17, 18), welcher, bedingt durch seine räumliche Anordnung relativ zur weiteren ferromagnetischen Komponente (1), im Vergleich zum anderen Magnetfeldsensor (17, 18) in einem höheren Maße dem Einfluss des Magnetfeldgradienten ausgesetzt ist, eine Sensitivität aufweist, die von der Sensitivität des anderen Sensors abweicht.Device for compensating an influence of a magnetic field gradient which can be generated by a component geometry of at least one first component (1) on a magnetic field sensor (17, 18). The device comprises at least two magnetic field sensors (17, 18), which are arranged outside the magnetic balance of a further ferromagnetic component (1). The device further comprises at least two magnetic field sensors (17, 18) each having a different sensitivity. The one magnetic field sensor (17, 18), which, due to its spatial arrangement relative to the further ferromagnetic component (1) compared to the other magnetic field sensor (17, 18) is exposed to a greater extent the influence of the magnetic field gradient, has a sensitivity that deviates from the sensitivity of the other sensor.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation externer oder äußerer magnetischer Streufelder oder in anderen Worten zum Kompensieren eines Einflusses eines Magnetfeldgradienten auf einen Magnetfeldsensor nach den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a device for compensating external or external stray magnetic fields or in other words for compensating an influence of a magnetic field gradient on a magnetic field sensor according to the features of
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Im Bereich des Magnetfeldes der Welle ist ein Magnetfeldsensor angeordnet. Der Magnetfeldsensor misst die Einwirkung des auf die Welle wirkenden Drehmoments auf das Magnetfeld.In the region of the magnetic field of the shaft, a magnetic field sensor is arranged. The magnetic field sensor measures the effect of the torque acting on the shaft on the magnetic field.
Eine Magnetisierung eines metallenen Körpers wird durch Annäherung eines magnetischen Materials an den magnetisierbaren metallenen Körper oder durch Anlegung elektrischer Energie oder durch eine zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes erzeugt.A magnetization of a metal body is produced by approaching a magnetic material to the magnetizable metal body or by applying electrical energy or by a temporal change of an electric field.
Die Magnetisierung des Körpers wird durch Magnetfeldlinien veranschaulicht, die in jedem Punkt des Magnetfeldes die Richtung und den Richtungssinn der Magnetisierung bzw. des magnetischen Flusses zeigen.The magnetization of the body is illustrated by magnetic field lines which show the direction and direction of magnetization or magnetic flux at each point of the magnetic field.
Magnetische Feldlinien haben weder einen Anfang noch ein Ende, sondern sie verlaufen als geschlossene Bahnen.Magnetic field lines have neither a beginning nor an end, but they run as closed tracks.
Die magnetischen Feldlinien treten am Nordpol des Magneten bzw. des magnetisierten metallenen Körpers aus diesem aus und am Südpol wieder in den Magneten bzw. den magnetisierten Körper ein.The magnetic field lines emerge from this at the north pole of the magnet or the magnetized metal body, and again at the south pole into the magnet or the magnetized body.
Derartige Magnetfelder können von Magnetfeldsensoren erfasst bzw. gemessen und über darin integrierte oder damit verbundene Gerätschaften ausgewertet werden.Such magnetic fields can be detected or measured by magnetic field sensors and evaluated via integrated or associated equipment.
Magnetfeldsensoren finden z. B. im Kraftfahrzeugbau sowie bei der Herstellung von Elektrowerkzeugen und von Elektrohaushaltsgeräten Verwendung. Sie dienen beispielsweise der Kontrolle von mechanischen Abläufen. Im Rahmen gestiegener Sicherheits- und Qualitätsanforderungen gewinnen sie z. B. bei der Messung unterschiedlichster physikalischer Größen zunehmend an Bedeutung. Die Magnetfeldsensoren werden vorzugsweise in Mess-, Regel- und in Prüfgeräten eingesetzt. Magnetfeldsensoren kommen zusätzlich in Maschinen und Anlagen sowie zur Drehzahlkontrolle an Elektromotoren zum Einsatz.Magnetic field sensors find z. B. in automotive engineering and in the manufacture of power tools and household electrical appliances use. They serve, for example, the control of mechanical processes. In the context of increased safety and quality requirements they gain z. B. in the measurement of different physical sizes increasingly important. The magnetic field sensors are preferably used in measuring, control and test equipment. Magnetic field sensors are also used in machines and systems as well as for speed control of electric motors.
Magnetfeldsensoren werden in zunehmendem Maße auch zur Erfassung von Kräften, die auf einen metallenen magnetisierten Körper einwirken können, eingesetzt. Solche Kräfte können etwa durch die, insbesondere erhöhte, Beaufschlagung eines Drehmoments auf eine Welle auftreten, die magnetisiert ist. Eine solche Kraft hat nämlich Auswirkungen auf den Stress im Bauteil, welcher die Magnetfeldlage des betreffenden Körpers verändert und die von Magnetfeldsensoren erfasst werden kann.Magnetic field sensors are also increasingly used to detect forces that can act on a metal magnetized body. Such forces can occur, for example, by the, in particular increased, application of a torque to a shaft which is magnetized. Such a force has an effect on the stress in the component, which changes the magnetic field position of the body in question and which can be detected by magnetic field sensors.
Diese Magnetfeldsensoren werden dabei in einer räumlichen Nähe, die von Faktoren wie Platzbedarf, Empfangsstärke oder dergleichen beeinflusst wird, zu dem Magnetfelder aufweisenden bzw. emittierenden Körper angeordnet.These magnetic field sensors are arranged in a spatial proximity, which is influenced by factors such as space requirements, reception strength or the like, to the magnetic field emitting or emitting body.
Derartige Magnetfeldsensoren sind in der Regel räumlich beabstandet von dem betreffenden magnetisierbaren oder magnetisierten Körper angeordnet.Such magnetic field sensors are generally arranged spatially spaced from the respective magnetizable or magnetized body.
Idealerweise werden derartige Magnetfeldsensoren räumlich so angeordnet, dass sie eine Position mit neutralem magnetischen Feld (magnetisches Gleichgewicht) eines magnetisierten metallenen Körpers nutzen können. Das magnetische Gleichgewicht des jeweiligen magnetisierten metallenen Körpers liegt – vereinfacht ausgedrückt – häufig in der Mitte des jeweiligen magnetisierten metallenen Körpers.Ideally, such magnetic field sensors are spatially arranged to utilize a neutral magnetic field (magnetic balance) position of a magnetized metal body. The magnetic balance of the respective magnetized metal body is - in simple terms - often in the center of the respective magnetized metal body.
Dieses vorerwähnte magnetische Gleichgewicht des jeweiligen magnetisierten metallenen Körpers kann jedoch im Einzelfall aus verschiedenen Umständen beeinflusst werden oder jedenfalls für Magnetfeldsensoren nicht nutzbar sein.However, this aforementioned magnetic balance of the respective magnetized metal body may in individual cases be influenced by different circumstances or at least not be usable for magnetic field sensors.
So kann es etwa aus Gründen eingeschränkter Platzverhältnisse notwendig sein, die Magnetfeldsensoren außerhalb des räumlichen Bereichs dieses magnetischen Gleichgewichts anzuordnen.For reasons of limited space, for example, it may be necessary to arrange the magnetic field sensors outside the spatial area of this magnetic balance.
Bei dieser – wie es nachfolgend bezeichnet werden soll – räumlich nicht-symmetrischen Anordnung der Magnetfeldsensoren im Vergleich zum magnetischen Gleichgewicht des magnetisierten metallenen Körper, ist dann – wie es ebenfalls nachfolgend bezeichnet werden soll – häufig ein nicht-symmetrisches darüber hinaus externes Störmagnetfeld durch die Magnetfeldsensoren erfassbar, welches zu einem fehlerhaften Messsignal führt.In this - as will be hereinafter referred to - spatially non-symmetrical arrangement of the magnetic field sensors compared to the magnetic balance of the magnetized metal body, then - as will also be referred to below - is often a non-symmetric external external magnetic field disturbance by the magnetic field sensors detectable, which leads to a faulty measurement signal.
Hierbei sind aber – zunächst zu Erläuterungszwecken ohne Berücksichtigung des Einflusses externer Magnetfelder – wenigstens zwei Grundkonstellationen zu unterscheiden.Here, however, at least two basic constellations are to be distinguished - initially for explanatory purposes without taking into account the influence of external magnetic fields.
Werden etwa zwei Magnetfeldsensoren radial beabstandet, räumlich nicht-symmetrisch zu einem (einzelnen) magnetisierten Körper bzw. Bauteil, etwa einer Lenkwelle, angeordnet und dieses Bauteil mit einer Kraft, also etwa mit einem Drehmoment, beaufschlagt, so müssen die Magnetfeldsensoren dazu in der Lage sein, trotz ihrer nicht-symmetrischen Anordnung das durch die Kraftbeaufschlagung entstehende Magnetfeld zu erfassen. If about two magnetic field sensors radially spaced, spatially non-symmetrical to a (single) magnetized body or component, such as a steering shaft, arranged and this component with a force, ie applied with a torque, so the magnetic field sensors have to be able be, despite their non-symmetrical arrangement to detect the magnetic field resulting from the application of force.
Gleichfalls kann das magnetische Gleichgewicht des jeweiligen magnetisierten metallenen Körpers etwa beeinflusst werden, wenn dieser konstruktiv und/oder funktional mit einem zweiten nicht magnetisierten metallenen Körper zusammenwirkt und das Gebilde als Magnetfeldantenne wirkt. Strahlt der jeweilige magnetisierte metallene Körper z. B. unter Drehmomentbeaufschlagung ein Magnetfeld ab, so müssen Magnetfeldsensoren auch in einer solchen Konstellation des Vorhandenseins zweier metallener Körper und ihrer nicht-symmetrischen Anordnung zu dem magnetisierten Bauteil in der Lage sein, ein solcherart beeinflusstes Magnetfeld zu erfassen.Likewise, the magnetic balance of the respective magnetized metal body can be approximately influenced if it interacts constructively and / or functionally with a second non-magnetized metal body and the structure acts as a magnetic field antenna. Radiates the respective magnetized metal body z. For example, when torque is applied to a magnetic field, magnetic field sensors, even in such a constellation of the presence of two metallic bodies and their non-symmetrical arrangement with the magnetized component, must be able to detect a magnetic field influenced in this way.
Werden Magnetfeldsensoren in dem betreffenden räumlichen Bereich angeordnet, so erfassen sie die dort vorkommenden Magnetfelder.If magnetic field sensors are arranged in the relevant spatial area, they detect the magnetic fields occurring there.
Ist die Konzentration der Magnetfelder einer ferromagnetischen Komponente oder in dem genannten Beispiel des Zusammenwirkens von wenigstens zwei metallenen Körpern, d. h. zwei ferromagnetischen Komponenten, zumindest bereichsweise zueinander unterschiedlich, so ergeben diese Magnetfelder zueinander einen Differenzwert und somit wird dies in der vorliegenden Erfindung als Magnetfeldgradient bzw. als Gradient der magnetischen Flussdichten bezeichnet.Is the concentration of the magnetic fields of a ferromagnetic component or in the said example of the interaction of at least two metal bodies, d. H. two ferromagnetic components, at least partially different from each other, these magnetic fields give each other a difference value and thus this is referred to in the present invention as a magnetic field gradient or as a gradient of the magnetic flux densities.
Der Magnetfeldgradient ist umso höher, je größer der Unterschied der Dichte der Magnetfelder in den jeweiligen Bereichen der ferromagnetischen Komponente ausgebildet ist.The magnetic field gradient is the higher, the greater the difference between the density of the magnetic fields in the respective regions of the ferromagnetic component is formed.
Da in Fällen dieser beiden Grundkonstellationen regelmäßig wenigstens zwei ihrerseits voneinander beabstandete Magnetfeldsensoren eingesetzt werden, etwa in axialer Richtung und in Beabstandung zu dem oder den Messobjekt(en), können aufgrund dessen das etwa durch Stressbeaufschlagung auf dem Körper entstehende Magnetfeld durch beide Sensoren erfasst und ihre jeweiligen einzelsensor-bezogenen Ergebnisse zueinander in Beziehung gesetzt werden.Since, in cases of these two basic constellations, at least two magnetic field sensors spaced apart from each other are regularly used, for example in the axial direction and in spaced relation to the measurement object or objects, the magnetic field resulting from the application of stress to the body can be detected by both sensors and their respective individual sensor-related results are related to each other.
Die vorstehenden Fallkonstellationen lassen sich also etwa dahin zusammenfassen, dass auf die jeweils betroffene ferromagnetische Komponente eine komponenten-immanente Beeinflussung oder Änderung der Magnetfeldlage erfolgt. Die komponenten-immanente Beeinflussung oder Änderung der Magnetfeldlage kann in diesen Beispielsfällen etwa durch eine Einwirkung einer gesonderten Kraft oder eines gesonderten Drehmoments entstehen. Ein weiteres Problem, auf das sich die Erfindung bezieht, kann aber dann entstehen, wenn auf derartige ferromagnetische Komponenten ein externes oder mehrere externe Magnetfelder einwirken, die im Bereich der Anordnung der differenziellen Sensoren einen Magnetfeldgradienten erzeugen und das Messergebnis verfälschen.The above case constellations can therefore be summarized approximately in such a way that a component-immanent influencing or changing of the magnetic field position takes place on the respectively affected ferromagnetic component. The component-intrinsic influence or change of the magnetic field position can arise in these example cases, for example, by the action of a separate force or a separate torque. Another problem to which the invention relates, however, can arise when acting on such ferromagnetic components, an external or a plurality of external magnetic fields, which generate a magnetic field in the region of the arrangement of the differential sensors and distort the measurement result.
Soweit nachfolgend in Bezug auf ein solches externes Magnetfeld der Singular verwendet wird, bedeutet dies lediglich eine Vereinfachung der Darstellung und keine zahlenmäßige Einschränkung. Es kann sich dabei also um ein einzelnes externes Magnetfeld oder aber auch um mehrere Magnetfelder handeln, die auf solche ferromagnetische Komponenten einwirken können.As far as the singular is used below with respect to such an external magnetic field, this merely means a simplification of the illustration and no numerical restriction. It may therefore be a single external magnetic field or even multiple magnetic fields that can act on such ferromagnetic components.
Bei einem solchen externen Magnetfeld kann es sich etwa um das (homogene) Erdmagnetfeld handeln. Es kann aber auch, z. B. temporär, ein anderes Magnetfeld auf diese ferromagnetischen Komponenten wirken. Eine solche Situation kann z. B. eintreten, wenn die ferromagnetischen Komponenten etwa in der Nähe weiterer elektrischer Bauteile angeordnet sind, oder etwa wenn die ferromagnetischen Komponenten in ein Fahrzeug eingebaut sind, das beispielsweise in der Nähe einer elektrischen Leitung einer Straßenbahn fährt, das Straßenbahnschienen überquert oder dergleichen. All diese externen Magnetfelder wirken auf die dargestellten ferromagnetischen Komponenten ein. Es handelt sich dabei um sogenannte magnetische Streufelder.Such an external magnetic field may be, for example, the (homogeneous) earth magnetic field. But it can also, for. B. temporarily, another magnetic field act on these ferromagnetic components. Such a situation can z. Example, occur when the ferromagnetic components are arranged approximately in the vicinity of other electrical components, or about when the ferromagnetic components are installed in a vehicle that runs, for example, in the vicinity of an electric line of a tram, the tram rails crosses or the like. All these external magnetic fields act on the illustrated ferromagnetic components. These are so-called magnetic stray fields.
Diese magnetischen Streufelder können die vorbeschriebene Magnetfeldlage, die beispielsweise durch eine auf einen magnetisierten metallenen Körper wirkende Kraft entsteht, beeinflussen oder überlagern.These stray magnetic fields can influence or superimpose the above-described magnetic field position, which is produced, for example, by a force acting on a magnetized metal body.
In der ersten Fallkonstellation eines einzelnen magnetisierten Körpers, etwa einer Lenkwelle, wirkt im Fall des Auftretens eines externen Magnetfelds insbesondere dessen Stirnseite oder Spitze als sogenannte Magnetfeldantenne, weil sich die Magnetfeldlinien bzw. Magnetfelder – wie der elektrische Strom auch – den Weg des geringsten Widerstands suchen und sich deshalb an dem Bauteilende der ferromagnetischen Komponente konzentrieren. Sind in diesem räumlichen Bereich Magnetfeldsensoren angeordnet, also nicht-symmetrisch platziert, so unterliegen einer ggf. zusätzlichen Beeinflussung der Magnetfeldlage aufgrund eines externen magnetischen Streufeldes.In the first case constellation of a single magnetized body, such as a steering shaft acts in the case of the occurrence of an external magnetic field, in particular its front end or tip as a so-called magnetic field antenna, because the magnetic field lines or magnetic fields - like the electric current - looking for the path of least resistance and therefore concentrate at the component end of the ferromagnetic component. Magnetic field sensors are arranged in this spatial area, that is placed non-symmetrically, so subject to any additional influence of the magnetic field position due to an external magnetic stray field.
In diesem Fall kommt es zu einer Konzentration der Magnetfelder mit entsprechenden Magnetfeldgradienten. In this case, there is a concentration of the magnetic fields with corresponding magnetic field gradients.
Auch in der vorerwähnten zweiten Fallgestaltung kann ein externes magnetisches Streufeld zu einer Beeinflussung, Verfälschung oder Überlagerung einer komponenten-immanenten Magnetfeldlage kommen. Ist etwa eine nicht-magnetisierte Kurbelwelle an einer magnetisierten metallenen Mitnehmerscheibe angebracht und sind etwa die wenigstens zwei Magnetfeldsensoren axial oder radial beabstandet im Bereich der Stirnseite der Kurbelwelle, also in dem Bereich der Verbindung von Kurbelwelle und Mitnehmerscheibe, angeordnet, so kann ein derartiges externes Magnetfeld ebenfalls zu einer Beeinflussung oder Überlagerung des durch eine Kraftbeaufschlagung auftretenden Magnetfeldes führen.Even in the aforementioned second case, an external magnetic stray field can influence, falsify or superimpose a component-inherent magnetic field position. If, for example, a non-magnetized crankshaft is attached to a magnetized metal driver disk and if, for example, the at least two magnetic field sensors are arranged axially or radially spaced in the region of the front side of the crankshaft, ie in the region of the connection of the crankshaft and driver disk, such an external magnetic field can take place also lead to an influence or superposition of the magnetic field occurring due to a force application.
Nachfolgend wird ein solches durch Kraftbeaufschlagung entstehendes Magnetfeld auch als stress-basiert bezeichnet.In the following, such a magnetic field resulting from the application of force will also be referred to as stress-based.
Denn aufgrund des vorbeschriebenen Effektes konzentrieren sich die Magnetfeldlinien dieses externen magnetischen Streufeldes im Bereich der Stirnseite der Kurbelwelle, die damit ebenfalls die Funktion einer Magnetfeldantenne übernimmt. Die Erfassung der Magnetfeldlage durch die in diesem Bereich angeordneten Magnetfeldsensoren wird also in hohem Maße durch diese Konzentration des externen magnetischen Streufeldes beeinflusst.Because of the above-described effect, the magnetic field lines of this external stray magnetic field are concentrated in the region of the end face of the crankshaft, which thus also assumes the function of a magnetic field antenna. The detection of the magnetic field position by the magnetic field sensors arranged in this region is thus influenced to a high degree by this concentration of the external magnetic stray field.
Die Beeinflussung der Magnetlage durch ein externes magnetisches Streufeld hat Auswirkungen auf die Genauigkeit der Erfassung bzw. Messung und ggf. Auswertungen von stress-basierten Magnetfeldern des betreffenden magnetisierten metallenen Körpers.The influence of the magnetic layer by an external magnetic stray field has an effect on the accuracy of the detection or measurement and possibly evaluations of stress-based magnetic fields of the respective magnetized metal body.
Die vorbeschriebene Situation lässt sich deshalb auch als magnetische Nicht-Symmetrie von metallenen Körper im Vergleich zur Positionierung des/der Magnetsensors(en) aufgrund abgelenkten externen magnetischen Feldes umschreiben.The above-described situation can therefore also be described as magnetic non-symmetry of metal body in comparison to the positioning of the magnetic sensor (s) due to deflected external magnetic field.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kompensation externer magnetischer Streufelder bzw. zur Kompensation des Einflusses eines Magnetfeldgradienten auf einen Magnetfeldsensor bereitzustellen.The invention is therefore based on the object to provide a device and a method for compensation of external magnetic stray fields or to compensate for the influence of a magnetic field gradient on a magnetic field sensor.
Die Magnetfeldsensoren sollen ungeachtet der Kompensation externer Streufelder die stress-basierten Magnetfeldänderungen magnetisierter metallener Körper erfassen und auswerten können.Irrespective of the compensation of external stray fields, the magnetic field sensors should be able to record and evaluate the stress-based magnetic field changes of magnetized metallic bodies.
Des Weiteren soll eine solche Vorrichtung auf möglichst alle denkbaren Einbausituationen ausrichtbar sein.Furthermore, such a device should be alignable to as many conceivable installation situations as possible.
Die Vorrichtung soll es ermöglichen, diese Aufgaben präzise und kostengünstig zu erfüllen.The device should make it possible to fulfill these tasks precisely and inexpensively.
Weitere Apparaturen, Vorrichtungen insbesondere bezogen auf die Berücksichtigung externer Streufelder sollen möglichst entfallen können.Other apparatuses, devices, in particular with regard to the consideration of external stray fields, should as far as possible be dispensed with.
Des weiteren sollen ein Verfahren zu dieser Kompensation und eine Verwendung dieser Technologie ermöglicht werden. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt. Das Verfahren und die Verwendung sind in den Ansprüchen 7 und 8 niedergelegt.Furthermore, a method for this compensation and a use of this technology are to be made possible. The object is achieved by a device according to the features of
ZusammenfassungSummary
Die Erfindung sieht die Anordnung von wenigstens zwei Magnetfeldsensoren mit der Möglichkeit der Kompensation externer magnetischer Streufelder vor, die abgelenkt/konzentriert werden durch die unsymmetrische Ausrichtung magnetisierter oder nicht magnetisierter metallener Körper im Vergleich zum Sensor.The invention provides for the arrangement of at least two magnetic field sensors with the possibility of compensating external magnetic stray fields which are deflected / concentrated by the asymmetrical alignment of magnetized or non-magnetized metal bodies in comparison to the sensor.
Die Ablenkung erfolgt in Richtung zu einem metallenen Körper, der die Wirkung einer Magnetfeldantenne hat und an dessen Ein- und Austrittspunkten sich die Magnetfelder konzentrieren Die Erfindung offenbart insbesondere eine Vorrichtung zum Kompensieren des Einflusses eines Magnetfeldgradienten auf einen Magnetfeldsensor, der im Bereich einer ferromagnetischen Komponente angeordnet ist.The invention relates to a device for compensating the influence of a magnetic field gradient on a magnetic field sensor arranged in the region of a ferromagnetic component is.
Unter Kompensation wird vorliegend die Reduzierung oder Eliminierung des Einflusses externer magnetischer Streufelder verstanden.Compensation is understood herein to mean the reduction or elimination of the influence of external magnetic stray fields.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kompensation externer magnetischer Streufelder in Bezug auf eine ferromagnetische Komponente umfasst
- – mindestens zwei Magnetfeldsensoren,
- – die jeweils eine voneinander abweichende Sensitivität aufweisen,
- – wobei derjenige Magnetfeldsensor, welcher im Vergleich zum anderen Magnetfeldsensor eine höhere Stärke des nicht-symmetrischen Magnetfeldes der ferromagnetischen Komponente erfasst, eine Sensitivität aufweist, die von der Sensitivität des anderen Magnetfeldsensors abweicht,
- – wobei insbesondere derjenige Magnetfeldsensor, welcher im Vergleich zum anderen Magnetfeldsensor eine höhere Stärke des nicht-symmetrischen Magnetfeldes der ferromagnetischen Komponente erfasst, eine geringere Sensitivität aufweist, als der andere Magnetfeldsensor.
- At least two magnetic field sensors,
- Each having a different sensitivity,
- - Where the magnetic field sensor, which compared to the other Magnetic field sensor detects a higher strength of the non-symmetrical magnetic field of the ferromagnetic component, has a sensitivity that differs from the sensitivity of the other magnetic field sensor,
- - In particular, that one magnetic field sensor, which detects a higher strength of the non-symmetrical magnetic field of the ferromagnetic component in comparison to the other magnetic field sensor, has a lower sensitivity than the other magnetic field sensor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand wesentlicher Funktions- und Bauteile der Vorrichtung näher beschrieben.The invention is described below with reference to essential functional and components of the device.
Rein beispielhaft und nur zu Erläuterungszwecken wird von zwei Fallgestaltungen ausgegangen.By way of example and only for explanatory purposes, two case designs are assumed.
Das Ausführungsbeispiel der ersten Fallgestaltung betrifft die Anordnung von wenigstens zwei Magnetfeldsensoren außerhalb des magnetischen Gleichgewichts eines einzelnen magnetisierten metallenen Körpers, z. B. einer Lenkwelle. Es wirkt ein externes magnetisches Streufeld.The embodiment of the first case concerns the arrangement of at least two magnetic field sensors outside the magnetic balance of a single magnetized metal body, e.g. B. a steering shaft. It acts an external magnetic stray field.
Das Ausführungsbeispiel der zweiten Fallgestaltung betrifft das Zusammenwirken zweier ferromagnetischer Komponenten, in deren Verbindungsbereich, beabstandet hiervon, zwei Magnetfeldsensoren angeordnet sind. Beispielhaft soll von einer Verbindung einer nicht magnetisierten Kurbelwelle mit einer magnetisierten Mitnehmerscheibe, nachfolgend auch Flexplate genannt, ausgegangen werden. Die Flexplate ist dabei an der Stirnseite der Kurbelwelle befestigt. Im Bereich dieser Stirnseite sind auch – in einem gewissen Abstand hiervon – wenigstens zwei Magnetfeldsensoren angeordnet. Es soll angenommen werden, dass die Flexplate unter Stress ein Magnetfeld erzeugt, jedoch darüber hinaus ein externes magnetisches Streufeld wirkt.The embodiment of the second case configuration relates to the interaction of two ferromagnetic components, in whose connection region, spaced therefrom, two magnetic field sensors are arranged. By way of example, a connection of a non-magnetized crankshaft with a magnetized drive plate, also referred to below as flexplate, is to be assumed. The flexplate is attached to the front of the crankshaft. At least two magnetic field sensors are arranged in the region of this end face-at a certain distance therefrom. It is assumed that the flexplate generates a magnetic field under stress, but in addition an external stray magnetic field acts.
Zur genaueren Identifizierung der vorerwähnten Körper in beiden Fallgestaltungen soll der nicht magnetisierte Körper der zweiten Fallgestaltung, also im Beispiel die Kurbelwelle, als ferromagnetischer Körper oder nicht magnetisierter Körper bezeichnet werden, während die in beiden Fallgestaltungen verbleibenden Körper als magnetisierte metallene Körper beschrieben werden. Beide magnetisierte Körper senden insbesondere unter Stress ein Magnetfeld aus und können deshalb auch je als Magnetfeldemittent bezeichnet werden. Alle drei Körper sind ferromagnetische Komponenten im Sinne der erfindungsgemäßen Terminologie.For more precise identification of the aforementioned bodies in both cases, the non-magnetized body of the second case design, that is, in the example, the crankshaft, should be referred to as ferromagnetic body or non-magnetized body, while the bodies remaining in both cases are described as magnetized metal bodies. Both magnetized bodies emit a magnetic field in particular under stress and can therefore also be referred to as magnetic field emitters. All three bodies are ferromagnetic components in the sense of the terminology according to the invention.
Ferromagnetischer KörperFerromagnetic body
Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei dem ferromagnetischen Körper um eine Kurbelwelle eines Fahrzeugs handelt. Es kann aber auch eine Steuerwelle, eine Nockenwelle oder eine sonstige Welle zur Übertragung eines Drehmoments oder ein sonstiges ferromagnetisches Bauteil sein. Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass das magnetische Gleichgewicht etwa bei einer Nockenwelle und bei einer geraden Welle bei ansonsten gleichem Material räumlich und wirkmäßig voneinander abweichen kann.By way of example, it is assumed that the ferromagnetic body is a crankshaft of a vehicle. However, it can also be a control shaft, a camshaft or another shaft for transmitting a torque or another ferromagnetic component. It is readily apparent that the magnetic balance in a camshaft and a straight shaft with otherwise the same material spatially and effectively can differ from each other.
Magnetfeldkonzentratormagnetic field
Befindet sich etwa in der zweiten Fallgestaltung im Bereich der ferromagnetischen Komponente ein magnetisierter Körper, so wirkt der ferromagnetische Körper als Magnetfeldantenne bzw. als Magnetfeldkonzentrator. Im Beispiel der ersten Fallgestaltung fallen diese Effekte in einem Bauteil zusammen.If, for example, a magnetized body is located in the region of the ferromagnetic component in the second case, the ferromagnetic body acts as a magnetic field antenna or as a magnetic field concentrator. In the example of the first case, these effects coincide in one component.
Hinzu treten können die Wirkungen der Magnetfeldkonzentration aufgrund des Einwirkens eines externen magnetischen Streufeldes, wie oben beschrieben.In addition, the effects of the magnetic field concentration due to the action of an external stray magnetic field as described above may occur.
Der magnetisierte bzw. magnetisierbare metallene Körper ist in räumlicher Nähe des ferromagnetischen Körpers angeordnet. Rein beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich wird davon ausgegangen, dass er an der Stirnseite des ferromagnetischen Körpers angeordnet ist. Er kann mit dieser gegebenenfalls verbunden sein.The magnetized or magnetizable metal body is arranged in spatial proximity of the ferromagnetic body. Purely by way of example and in no way exclusively is it assumed that it is arranged on the end face of the ferromagnetic body. He may be connected to this if necessary.
Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei dem Magnetfeldkonzentrator um die Kurbelwelle eines Fahrzeugs handelt.By way of example, it is assumed that the magnetic field concentrator is the crankshaft of a vehicle.
Magnetfeldantennemagnetic antenna
Ist im Beispiel der zweiten Fallgestaltung der magnetisierte metallene Körper, also z. B. eine Mitnehmerscheibe, beispielsweise an der Stirnseite des ferromagnetischen Körpers angeordnet, so werden trotz dieses Umstandes die magnetischen Felder des externen magnetischen Streufeldes in dem erwähnten Beispiel seiner räumlichen Anordnung an der Stirnseite des ferromagnetischen Körpers angezogen und auf den ferromagnetischen Körper jedenfalls teilweise übergeleitet.Is in the example of the second case of the magnetized metal body, ie z. Example, a drive plate, for example, arranged on the front side of the ferromagnetic body, in spite of this fact, the magnetic fields of the external magnetic stray field are attracted in the mentioned example of its spatial arrangement on the front side of the ferromagnetic body and at least partly transferred to the ferromagnetic body.
In dem Beispielsfall einer Kurbelwelle ist sie die Magnetfeldantenne, die den Magnetfluss externer Magnetfelder, also im Beispiel des externen magnetischen Streufeldes, beeinflusst.In the example case of a crankshaft, it is the magnetic field antenna which influences the magnetic flux of external magnetic fields, that is to say in the example of the external stray magnetic field.
Die Umleitung der von einem externen magnetischen Streufeld herrührenden Magnetfeldlinien auf den ferromagnetischen Körper erfolgt durch diese Magnetfeldantennenfunktion. Es wird dabei davon ausgegangen, dass sich die Magnetfeldlinien bzw. Magnetfelder – wie der elektrische Strom auch – den Weg des geringsten Widerstands suchen und sich deshalb an dem Bauteilende des ferromagnetischen Körpers – also im Beispielsfall an der Stirnseite der Kurbelwelle – konzentrieren. Insbesondere die Bauteilenden des ferromagnetischen Körpers weisen die höchste Magnetfeldkonzentration aufThe diversion of the magnetic field lines originating from an external magnetic stray field onto the ferromagnetic body is effected by this magnetic field antenna function. It is assumed that the magnetic field lines or magnetic fields - like the electric current also - seek the path of least resistance and therefore concentrate on the component end of the ferromagnetic body - in the example on the front side of the crankshaft. especially the Component ends of the ferromagnetic body have the highest magnetic field concentration
Auf diese Weise erhöht sich im Bereich der Stirnseite des ferromagnetischen Körpers die Magnetfeldkonzentration gegenüber dem übrigen Bereich der ferromagnetischen Komponente.In this way increases in the region of the end face of the ferromagnetic body, the magnetic field concentration with respect to the remaining portion of the ferromagnetic component.
Die höhere Magnetfeldkonzentration des ferromagnetischen Körpers im Bereich der Stirnseiten des ferromagnetischen Körpers erzeugt einen exponentiell fallenden Gradienten zum magnetischen Gleichgewicht im Zentrum. Es wird dabei davon ausgegangen, dass hierdurch ein Magnetfeldgradient in Luft entsteht.The higher magnetic field concentration of the ferromagnetic body in the region of the end faces of the ferromagnetic body generates an exponentially decreasing gradient for the magnetic balance in the center. It is assumed that this results in a magnetic field gradient in air.
Das externe magnetische Streufeld ist somit in demjenigen räumlichen Übergangsbereich zum ferromagnetischen Körper (hier: an seiner Stirnseite), zu dem hin die Magnetfelder der umgeleitet werden, stärker als im übrigen Bereich der ferromagnetischen Komponente.The external magnetic stray field is thus stronger in that spatial transition region to the ferromagnetic body (here: on its front side), to which the magnetic fields are diverted, than in the remaining area of the ferromagnetic component.
Der vorbeschriebene Effekt tritt auch bei der ersten Fallgestaltung ein, bei der nur ein (einzelner) magnetisierter Körper vorhanden ist, dessen Stirnseiten gleichsam einen Magnetfeld-Gradienten zum Gleichgewicht hin erzeugen.The above-described effect also occurs in the first case design in which only one (single) magnetized body is present whose end faces, as it were, generate a magnetic field gradient towards equilibrium.
Magnetfeldgradient und MagnetfeldsensorMagnetic field gradient and magnetic field sensor
Ein Magnetfeldsensor misst die magnetische Flussdichte und Feldstärke des Magnetfeldes und leitet sie in einer auswertbaren Form vorzugsweise an eine elektronische Einrichtung zur Signalverarbeitung weiter. Das magnetische Feld wird dabei in der Einheit T (Tesla) gemessen.A magnetic field sensor measures the magnetic flux density and field strength of the magnetic field and preferably passes them in an evaluable form to an electronic device for signal processing. The magnetic field is measured in the unit T (Tesla).
Sensoren können z. B. nach ihrem Wirkprinzip in magnetische, optische, induktive und mechanische Sensoren unterteilt werden.Sensors can z. B. divided according to their mode of action in magnetic, optical, inductive and mechanical sensors.
Im Folgenden wird beispielhaft von wenigstens einem magnetischen Sensor ausgegangen.The following is an example of at least one magnetic sensor.
Magnetfeldsensoren kommen z. B. in Form von Fluxgates, Hallsonden oder Potentialspulen zum Einsatz.Magnetic field sensors come z. B. in the form of flux gates, Hall probes or potential coils used.
Beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich wird im Weiteren von einem Magnetfeldsensor, vorzugsweise von einem Fluxgate-Sensor ausgegangen.By way of example and in no way exclusively, a magnetic field sensor, preferably a fluxgate sensor, is assumed below.
Magnetfeldsensoren funktionieren berührungsfrei und somit ohne äußere mechanische Betätigungskraft.Magnetic field sensors work without contact and thus without external mechanical actuation force.
Die Auswertung des durch das Magnetfeld am jeweiligen Sensor entstehenden Signals erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, analog, digital, und zwar entweder unmittelbar oder über eine integrierte oder eine nachgeschaltete Elektronik.The evaluation of the signal generated by the magnetic field at the respective sensor is preferably carried out continuously, analogously, digitally, either directly or via integrated or downstream electronics.
Vorliegend wird umfasst ein Magnetfeldsensor jeweils wenigstens eine Magnetfeldsensorspule. Die wenigstens eine Spule umfasst vorzugsweise Drahtwicklungen.In the present case, a magnetic field sensor in each case comprises at least one magnetic field sensor coil. The at least one coil preferably comprises wire windings.
Zwei Magnetfeldsensoren umfassen also wenigstens zwei Magnetfeldsensorspulen. Die Magnetfeldsensorspulen sind dabei bevorzugt benachbart zueinander angeordnet. Sie können in ihrer Positionierung zueinander ein sogenanntes inneres Band und ein äußeres Band und das von den Bändern emittierende Magnetfeld messen.Two magnetic field sensors thus comprise at least two magnetic field sensor coils. The magnetic field sensor coils are preferably arranged adjacent to one another. In their positioning relative to one another they can measure a so-called inner band and an outer band and the magnetic field emitted by the bands.
Sie können in einem Gehäuse untergebracht sein.They can be housed in a housing.
Räumliche Anordnung des MagnetfeldsensorsSpatial arrangement of the magnetic field sensor
Es sind mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen, die räumlich im Beispiels der zweiten Fallgestaltung von dem magnetischen Körper sowie von dem ferromagnetischen Körper entfernt angeordnet sind.At least two magnetic field sensors are provided, which are arranged spatially in the example of the second case design away from the magnetic body and from the ferromagnetic body.
Sie sind in beiden Fallgestaltungen z. B. je nach den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen gegebenenfalls außerhalb des durch das magnetische Gleichgewicht der ferromagnetischen Komponente gebildeten Raumes angeordnet. Die Entfernung bemisst sich natürlich nicht nur nach den Platzverhältnissen sondern auch nach der jeweils zur Verfügung stehenden oder gewünschten Sensitivität oder nach der Stärke der Magnetisierung.They are in both cases z. B. depending on the available space, where appropriate, outside of the space formed by the magnetic balance of the ferromagnetic component space. Of course, the distance is measured not only according to the space available but also according to the respectively available or desired sensitivity or the strength of the magnetization.
Die Magnetfeldsensoren können dabei eher in dem räumlich entfernten Bereich der ferromagnetischen Komponente angeordnet, zu dem hin die Magnetfelder des externen magnetischen Streufelds umgeleitet werden, als in dem übrigen Bereich der ferromagnetischen Komponente, der von diesem Bereich weiter entfernt ist.The magnetic field sensors can thereby be arranged in the spatially remote area of the ferromagnetic component, to which the magnetic fields of the external stray magnetic field are redirected, than in the remaining area of the ferromagnetic component, which is further away from this area.
So können sie beispielsweise räumlich beabstandet, z. B. oberhalb, der Stirnseite z. B. der Kurbelwelle oder der Lenkwelle angeordnet sein, wobei an der Stirnseite die Wirkung der Magnetfeldantenne den größten Einfluss hat.So they can, for example, spatially spaced, z. B. above, the front z. B. the crankshaft or the steering shaft, wherein on the front side, the effect of the magnetic field antenna has the greatest influence.
Der Magnetfeldgradient ist durch eine Bauteilgeometrie wenigstens einer Magnetfeldantenne erzeugbar.The magnetic field gradient can be generated by a component geometry of at least one magnetic field antenna.
Die Magnetfeldsensoren können entweder axial und/oder horizontal und/oder paralell zur ferromagnetischen Komponente sowie zu dem magnetisierten Körper angeordnet sein.The magnetic field sensors can be arranged either axially and / or horizontally and / or parallel to the ferromagnetic component and to the magnetized body.
Die Anordnung ist bevorzugt zu der ferromagnetischen Komponente und/oder zum magnetisierten Körpers beabstandet. The arrangement is preferably spaced apart from the ferromagnetic component and / or the magnetized body.
Die Magnetfeldsensoren erfassen bzw. messen bevorzugt zunächst die magnetische Flussdichte und Feldstärke des Magnetfeldes, das durch Stress erzeugt wird, und leiten die Ergebnisse in einer auswertbaren Form vorzugsweise an eine elektronische Einrichtung zur Signalverarbeitung und/oder zur Anzeige weiter.The magnetic field sensors preferably first sense or measure the magnetic flux density and field strength of the magnetic field generated by stress, and preferably pass the results in an evaluable form to an electronic signal processing and / or display device.
Diese Weiterleitung kann entweder das Ergebnis vor oder nach Kompensation des externen magnetischen Streufeldes betreffen.This forwarding can either relate to the result before or after compensation of the external stray magnetic field.
In ihrer axialen oder radialen Anordnung relativ zum magnetisierten Körper bzw. zur ferromagnetischen Komponente ist weiterhin jeder der beiden Magnetfeldsensoren auf Grund des Magnetfeldgradienten einem unterschiedlich starken Magnetfeld des externen Magnetfelds ausgesetztIn its axial or radial arrangement relative to the magnetized body or to the ferromagnetic component of each of the two magnetic field sensors is further exposed due to the magnetic field gradient a different strong magnetic field of the external magnetic field
Sind die beiden Magnetfeldsensoren axial zum magnetisierten Körper bzw. zur ferromagnetischen Komponente angeordnet, so ist auf Grund des Magnetfeldgradienten derjenige Magnetfeldsensor einem stärkeren Magnetfeld ausgesetzt, der dem Magnetfeld mit der höheren Flussdichte am nächsten liegt. Dies wird häufig derjenige Sensor sein, der näher zum Bauteilende der ferromagnetischen Komponente beabstandet ist.If the two magnetic field sensors are arranged axially relative to the magnetized body or to the ferromagnetic component, the magnetic field gradient exposes the magnetic field sensor to a stronger magnetic field which is closest to the magnetic field having the higher flux density. This will often be that sensor which is spaced closer to the component end of the ferromagnetic component.
Im Fall einer radialen Anordnung der beiden Magnetfeldsensoren relativ zur ferromagnetischen Komponente ist auf Grund des Magnetfeldgradienten derjenige Magnetfeldsensor einem stärkeren Magnetfeld ausgesetzt, der räumlich näher zur ferromagnetischen Komponente angeordnet ist.In the case of a radial arrangement of the two magnetic field sensors relative to the ferromagnetic component, due to the magnetic field gradient, that magnetic field sensor is exposed to a stronger magnetic field, which is arranged spatially closer to the ferromagnetic component.
Sensitivität der MagnetfeldsensorenSensitivity of the magnetic field sensors
Um die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, sieht die Erfindung die Möglichkeit der Kompensation externer magnetischer Streufelder vor, die abgelenkt werden durch die Ausrichtung magnetisierter metallener Körper im Vergleich zum Sensor.In order to avoid the disadvantages of the prior art described at the outset, the invention provides the possibility of compensating external magnetic stray fields which are deflected by the orientation of magnetized metal bodies in comparison to the sensor.
Dazu sind mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen, die jeweils eine voneinander abweichende Sensitivität aufweisen.For this purpose, at least two magnetic field sensors are provided which each have a differing sensitivity.
Ein Magnetfeldsensor weist eine Sensitivität auf, welche von der Sensitivität des anderen Magnetfeldsensors abweicht.A magnetic field sensor has a sensitivity that deviates from the sensitivity of the other magnetic field sensor.
Derjenige Magnetfeldsensor, hat eine abweichende, geringere Sensitivität, welcher auf Grund der kleineren räumlichen Nähe zum Körper in einem höheren Maße dem Einfluss des Magnetfeldes ausgesetzt ist, als dies bei dem anderen Sensor der Fall ist.The one magnetic field sensor has a different, lower sensitivity, which is exposed to the influence of the magnetic field to a greater extent due to the smaller spatial proximity to the body than is the case with the other sensor.
Der erhöhte Einfluss des Magnetfeldes beruht im Fall von radial zum magnetisierten Körper angeordneten Magnetfeldsensoren beispielsweise darauf, dass der eine Magnetfeldsensor räumlich radial näher zum Körper angeordnet ist, als der andere radial weiter entfernte Magnetfeldsensor.The increased influence of the magnetic field in the case of magnetic field sensors arranged radially to the magnetized body is based, for example, on the fact that the one magnetic field sensor is arranged spatially radially closer to the body than the other radially further removed magnetic field sensor.
Dasselbe gilt spiegelbildlich bei einer axialen Anordnung der Magnetfeldsensoren.The same applies in mirror image with an axial arrangement of the magnetic field sensors.
Kompensieren des Einflusses von externen magnetischen StreufeldernCompensating the influence of external stray magnetic fields
Wie dargelegt, resultieren die äußeren magnetischen Streufelder durch eine bereichsweise Konzentration eines Magnetfeldes in der Entstehung eines Magnetfeldgradienten.As stated, the outer magnetic stray fields result in a magnetic field gradient due to a concentration of a magnetic field in certain areas.
Zum Kompensieren des Einflusses von externen magnetischen Streufeldern und damit zum Kompensieren des Einflusses des Magnetfeldgradienten, welcher durch die Bauteilgeometrie entsteht, und zum Zweck der Erreichung der unterschiedlichen Sensitivität weist jeder einzelne Magnetfeldsensor einen individuellen Kanal auf. Statt eines individuellen Kanals können beispielsweise auch unterschiedlich sensitive Fluxgates verwendet werden.To compensate for the influence of external magnetic stray fields and thus to compensate for the influence of the magnetic field gradient, which arises due to the component geometry, and for the purpose of achieving the different sensitivity, each individual magnetic field sensor has an individual channel. Instead of an individual channel, for example, differently sensitive flux gates can also be used.
Der Kanal umfasst sowohl das Medium, über das die Signalübertragung erfolgt, als auch den gesamten Übertragungsweg von einem Sender zu einem Empfänger.The channel comprises both the medium via which the signal transmission takes place and the entire transmission path from a transmitter to a receiver.
Zum Ausgleich des Einflusses des Magnetfeldgradienten auf die beiden Magnetfeldsensoren sind die Kanäle der jeweiligen Magnetfeldsensoren so ansteuerbar, dass der Einfluss des Magnetfeldgradienten auf den Magnetfeldsensor über die Sensitivität des zugehörigen Kanals gesteuert werden kann.To compensate for the influence of the magnetic field gradient on the two magnetic field sensors, the channels of the respective magnetic field sensors can be controlled such that the influence of the magnetic field gradient on the magnetic field sensor can be controlled via the sensitivity of the associated channel.
Die Sensitivität des Magnetfeldsensors ist in einer alternativen Ausführungsform durch Variationen der Anzahl der Wicklungen, der Spule des jeweiligen Magnetfeldsensors steuerbar. Die vorstehende Beschreibung gilt prinzipiell auch für die vorerwähnte erste Fallgestaltung, die durch eine Anordnung der Magnetfeldsensoren außerhalb des magnetischen Gleichgewichts, jedoch ohne Gradient des stressbasierten Magnetfeldes, eines einzelnen magnetisierten metallenen Körpers gekennzeichnet ist. Der metallene Körper ist zugleich das magnetisierte Bauteil. Dadurch dass die Magnetfeldsensoren am Ende dieses Körpers platziert sind, entsteht der Magnetfeldgradient, der entsprechend den vorstehenden Erläuterungen reduziert oder eliminiert wird.The sensitivity of the magnetic field sensor can be controlled in an alternative embodiment by variations in the number of windings, the coil of the respective magnetic field sensor. The above description also applies in principle to the aforementioned first case design, which is characterized by an arrangement of the magnetic field sensors outside the magnetic equilibrium, but without a gradient of the stress-based magnetic field, of a single magnetized metal body. The metal body is at the same time the magnetized component. The fact that the magnetic field sensors are placed at the end of this body results in the magnetic field gradient, which is reduced or eliminated according to the above explanations.
Darüber hinaus Erfassung des durch eine Krafteinwirkung entstehenden Magnetfeldes. In addition, detection of the resulting magnetic field by a force.
In einer weiteren Ausführungsform sind die wenigstens zwei Magnetfeldsensoren nicht nur in der Lage, den Einfluss von externen magnetischen Streufeldern zu erfassen und zu kompensieren. Sie können auch gegebenenfalls zusätzlich zu externen Magnetfeldern aufgrund einer Krafteinwirkung entstehende Magnetfelder erfassen.In a further embodiment, the at least two magnetic field sensors are not only able to detect and compensate the influence of external stray magnetic fields. If necessary, you can also detect magnetic fields resulting from a force in addition to external magnetic fields.
Zu diesem Zwecke erfassen sie diese Magnetfelder, die an der Oberfläche des Magnetfeldemittenten entstehen. Diese stress-basierten Magnetfelder entstehen aufgrund eines an der Oberfläche des betreffenden Magnetfeldemittenten auftretenden Stresses. Das magnetische Resultat ist analog zu diesem Stress linear aufgebaut.For this purpose they capture these magnetic fields, which arise at the surface of the magnetic field emitter. These stress-based magnetic fields arise due to a stress occurring on the surface of the relevant magnetic field emitter. The magnetic result is linear in analogy to this stress.
Der Stress und das darauf basierende Magnetfeld verhalten sich also linear. Dies gilt auch mit Blick auf unterschiedlich hohe Krafteinwirkungen.The stress and the magnetic field based on it behave linearly. This also applies to different levels of force.
Die erfindungsgemäßen Magnetsensoren sind dergestalt aufgebaut, dass sie nicht nur die vorerwähnten Magnetfeldgradient-bezogenen externen Magnetfelder erfassen und kompensieren, sondern auch die linear ausgestalteten stress-basierten Magnetfelder erfassen. Sie sind mithin so ausgestaltet, dass sie zwischen diesen beiden Arten unterschiedlich entstehender und aufgebauter Magnetfelder unterscheiden und diese differenziert oder zusammen erfassen können.The magnetic sensors of the present invention are constructed such that they not only detect and compensate the aforementioned magnetic field gradient-related external magnetic fields, but also detect the linearly-configured stress-based magnetic fields. They are thus designed so that they can distinguish between these two types of differently arising and constructed magnetic fields and these can differentiate or collect together.
Auch diese durch die Erfassung gewonnenen Informationen werden an eine Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit weitergeleitet.These information obtained by the detection are also forwarded to an evaluation and / or display unit.
Vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen werden anhand der nachfolgenden Zeichnung näher beschrieben.Advantageous variants and embodiments will be described with reference to the following drawings.
Hierbei zeigen:Hereby show:
Die nicht magnetisierte Kurbelwelle
Das (nicht gezeigte Quelle) externe magnetische Streufeld strahlt ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien
Die Kurbelwelle
Die Magnetfeldantenne
Die ferromagnetische Komponente
Das heisst, gibt es einen Gradienten an einem Ende, so weist auch das andere Ende einen auf.That is, if there is a gradient at one end, the other end also has one.
Radial zur Kurbelwelle
Dies beruht darauf, dass die Kurbelwelle
Die Bezugsziffer
Der Magnetfeldsensor
Die Bezugsziffer
Die von den Magnetfeldsensoren
In
Die Lenkwelle
Die Lenkwelle
Die extern herrührenden Magnetfeldlinien
Hierdurch entsteht an dem vorderen Ende
Der Magnetfeldbereich
Da das Magnetfeld der Lenkwelle
Die Magnetfeldsensoren
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ferromagnetische Komponente/Kurbelwelleferromagnetic component / crankshaft
- 22
- nicht vergebennot forgiven
- 33
- nicht vergebennot forgiven
- 44
- Drehachseaxis of rotation
- 55
- vorderes Ende der Kurbelwellefront end of the crankshaft
- 66
- Magnetisierter metallener KörperMagnetized metal body
- 77
- Mitnehmerscheibe als Beispiel eines magnetisierten KörpersDrive plate as an example of a magnetized body
- 88th
- Magnetfeldlinie des externen magnetischen StreufeldsMagnetic field line of the external magnetic stray field
- 99
- nicht vergebennot forgiven
- 1010
-
Magnetfeldantenne in Ausgestaltung einer Kurbelwelle
1 Magnetic field antenna in a design of acrankshaft 1 - 1111
- Magnetfeldlinie des externen magnetischen StreufeldsMagnetic field line of the external magnetic stray field
- 1212
- Magnetfeldlinien (austretend)Magnetic field lines (exiting)
- 1313
- Magnetfeldlinien (eintretend)Magnetic field lines (entering)
- 1414
- Bereich hoch verdichteter Magnetfeldlinien (schematisch)Range of high density magnetic field lines (schematic)
- 1515
- Bereich nicht hoch (immer noch Gradient.-verdichteter Magnetfeldlinien (schematisch)Range not high (still gradient-condensed magnetic field lines (schematic)
- 1616
- hinteres Ende der Kurbelwellerear end of the crankshaft
- 1717
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 1818
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 1919
- Lenkwelle als Beispiel eines magnetisierten KörpersSteering shaft as an example of a magnetized body
- 2020
- Magnetisierter metallener KörperMagnetized metal body
- 2121
- Magnetfeldlinien (eintretend)Magnetic field lines (entering)
- 2222
- MagnetfeldkonzentrationsbereichMagnetic concentration range
- 2323
- vorderes Ende der ferromagnetischen Komponentefront end of the ferromagnetic component
- 2424
- vorderer Bereich konzentriertes Magnetfeldfront area concentrated magnetic field
- 2525
- hinterer Bereich konzentriertes Magnetfeldrear area concentrated magnetic field
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 6553847 B2 [0002] US 6553847 B2 [0002]
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