DE102013006379A1

DE102013006379A1 - Sensor device with a torque sensor device and an incremental sensor device and motor vehicle

Info

Publication number: DE102013006379A1
Application number: DE102013006379.5A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Fröhlich; Roman Schöpe
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2013-04-13
Filing date: 2013-04-13
Publication date: 2014-10-16
Also published as: WO2014167118A1; EP2984466A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) für eine Welle, insbesondere eine Lenkwelle, eines Kraftfahrzeugs, mit einer Drehmomentsensoreinrichtung (100) zur Erfassung eines auf die Welle aufgebrachten Drehmoments, wobei die Drehmomentsensoreinrichtung (100) einen magnetischen Stator aufweist, der zum Leiten von magnetischem Fluss ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse (41) beabstandet zueinander angeordnete Statorteile (14, 15) umfasst, welche jeweils eine senkrecht zur Achse (41) angeordnete Ringscheibe (18, 19) aufweisen, und mit einer Inkrementalsensoreinrichtung (40), welche ein mit dem Stator drehfest verbundenes Sendeelement (46) und ein Empfangselement aufweist und dazu ausgebildet ist, in vorbestimmten Winkelabständen der Welle jeweils einen Signalimpuls aufgrund einer Relativbewegung zwischen dem Sendeelement (46) und dem Empfangselement auszugeben, wobei durch die Ringscheiben (18, 19) des magnetischen Stators jeweils eine senkrecht zur Achse (41) angeordnete Ebene (42, 43) definiert ist und das Sendeelement (46) der Inkrementalsensoreinrichtung (40) axial zwischen den Ebenen (42, 43) angeordnet ist.The invention relates to a sensor device (1) for a shaft, in particular a steering shaft, of a motor vehicle, having a torque sensor device (100) for detecting a torque applied to the shaft, wherein the torque sensor device (100) has a magnetic stator which is used to conduct magnetic Flow is formed and comprises two along an axis (41) spaced from each other arranged stator (14, 15), each having a perpendicular to the axis (41) arranged annular disc (18, 19), and with an incremental sensor means (40) which ein with the stator rotatably connected transmitting element (46) and a receiving element and is adapted to output at predetermined angular intervals of the wave each have a signal pulse due to a relative movement between the transmitting element (46) and the receiving element, wherein by the annular discs (18, 19) of the magnetic stator each one perpendicular to the axis (41) arranged Level (42, 43) is defined and the transmitting element (46) of the incremental sensor device (40) is arranged axially between the planes (42, 43).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für eine Welle, insbesondere eine Lenkwelle, eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Drehmomentsensoreinrichtung sowie eine Inkrementalsensoreinrichtung. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Erfassen eines auf die Welle aufgebrachten Drehmoments ausgebildet, während die Inkrementalsensoreinrichtung zum Ausgeben von Signalimpulsen in vorbestimmten Winkelabständen der Welle dient. Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst einen magnetischen Stator, der zum Leiten von magnetischem Fluss ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse beabstandet zueinander angeordnete Statorteile umfasst, welche jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ringscheibe aufweisen. Die Inkrementalsensoreinrichtung umfasst ein mit dem Stator drehfest verbundenes Sendeelement sowie ein Empfangselement, wobei aufgrund einer Relativbewegung zwischen Sendeelement und Empfangselement die Signalimpulse erzeugbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer derartigen Sensorvorrichtung.The invention relates to a sensor device for a shaft, in particular a steering shaft, of a motor vehicle, comprising a torque sensor device and an incremental sensor device. The torque sensor device is designed to detect a torque applied to the shaft, while the incremental sensor device is used to output signal pulses at predetermined angular intervals of the shaft. The torque sensor device comprises a magnetic stator which is designed to conduct magnetic flux and comprises two stator parts which are arranged spaced apart from each other along an axis and which each have an annular disk arranged perpendicular to the axis. The incremental sensor device comprises a transmitting element that is connected in a rotationally fixed manner to the stator and a receiving element, wherein the signal pulses can be generated due to a relative movement between the transmitting element and the receiving element. The invention also relates to a motor vehicle, in particular a passenger car, with such a sensor device.

Drehmomentsensoreinrichtungen zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments sind bereits Stand der Technik. Solche Drehmomentsensoreinrichtungen können beispielsweise bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt werden. Eine Drehmomentsensoreinrichtung ist zum Beispiel aus dem Dokument US 2004/0194560 A1 sowie aus der Druckschrift DE 102 40 049 A1 bekannt. Die Drehmomentsensoreinrichtung ist dabei an zwei sich in axialer Richtung gegenüberliegenden Wellenteilen bzw. Teilwellen der Lenkwelle angebracht, welche über einen Torsionsstab miteinander verbunden sind. An dem ersten Wellenteil ist ein Magnet – etwa ein Ringmagnet – angeordnet, während auf dem anderen Wellenteil ein Halter mit einem magnetischen Stator angebracht ist, welcher dem Dauermagneten in radialer Richtung über einen kleinen Luftspalt gegenüberliegt. Über den Stator – welcher üblicherweise aus zwei separaten Statorteilen besteht – wird der magnetische Fluss des Magneten hin zu einem ersten und einem zweiten Flussleiter geleitet, welche dann den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor – beispielsweise einen Hall-Sensor – abgeben. Eine solche Drehmomentsensoreinrichtung ist außerdem aus dem Dokument DE 10 2007 043 502 A1 bekannt.Torque sensor devices for detecting a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle are already known in the art. Such torque sensor devices can be used for example in electric steering systems. A torque sensor device is known from the document, for example US 2004/0194560 A1 as well as from the publication DE 102 40 049 A1 known. The torque sensor device is mounted on two opposite in the axial direction shaft parts or partial waves of the steering shaft, which are connected to each other via a torsion bar. On the first shaft part, a magnet - such as a ring magnet - arranged, while mounted on the other shaft part, a holder with a magnetic stator which is opposite to the permanent magnet in the radial direction over a small air gap. About the stator - which usually consists of two separate stator parts - the magnetic flux of the magnet is passed to a first and a second flux guide, which then deliver the magnetic flux to a magnetic sensor - for example, a Hall sensor. Such a torque sensor device is also known from the document DE 10 2007 043 502 A1 known.

Außerdem sind aus dem Stand der Technik Lenkwinkelsensoren bekannt, welche zur Erfassung des aktuellen absoluten Lenkwinkels der Lenkwelle dienen. Eine solche Einrichtung ist zum Beispiel aus der DE 10 2008 011 448 A1 bekannt. Eine Drehbewegung der Lenkwelle wird hier über ein Getriebe auf ein kleineres Zahnrad übertragen, welches einen Magneten trägt. Die Rotation des kleinen Zahnrades wird dann mithilfe eines Magnetsensors erfasst. Bekanntlich liefern Lenkwinkelsensoren ein analoges Signal, welches die augenblickliche Winkelstellung und somit den jeweils aktuellen absoluten Wert des Lenkwinkels charakterisiert.In addition, steering angle sensors are known from the prior art, which serve to detect the current absolute steering angle of the steering shaft. Such a device is for example from the DE 10 2008 011 448 A1 known. A rotational movement of the steering shaft is transmitted here via a gear on a smaller gear, which carries a magnet. The rotation of the small gear is then detected using a magnetic sensor. As is known, steering angle sensors provide an analog signal which characterizes the instantaneous angular position and thus the respective current absolute value of the steering angle.

Das Interesse richtet sich vorliegend jedoch insbesondere auf so genannte Indexsensoren bzw. Inkrementalsensoren, welche im Unterschied zu den genannten Lenkwinkelsensoren ein digitales bzw. ein diskretes Signal ausgeben. Dieses digitale Signal umfasst Signalimpulse, welche aufgrund einer Relativbewegung eines Sendeelements bezüglich eines Empfangselements erzeugt werden. Das Sendeelement ist üblicherweise so angeordnet, dass es bei Drehung der Lenkwelle eine ringförmige Bahn beschreibt, die an dem ortsfesten Empfangselement vorbeiführt. Bei einem Passieren des Empfangselements wird ein Signalimpuls ausgegeben. Solche Inkrementalsensoreinrichtungen dienen üblicherweise zur Plausibilisierung des absoluten Lenkwinkels, der mittels der Lenkwinkelsensoren gemessen wird. Anhand des digitalen Signals der Inkrementalsensoreinrichtung kann nämlich grob festgestellt werden, in welchem Winkelbereich der absolute Lenkwinkel liegen soll, sodass eine Überprüfung des gemessenen absoluten Winkels möglich ist.In the present case, however, the interest is directed in particular to so-called index sensors or incremental sensors which, in contrast to the aforementioned steering angle sensors, output a digital or a discrete signal. This digital signal comprises signal pulses, which are generated due to a relative movement of a transmitting element with respect to a receiving element. The transmitting element is usually arranged such that upon rotation of the steering shaft, it describes an annular path which leads past the stationary receiving element. When passing the receiving element, a signal pulse is output. Such incremental sensor devices usually serve to check the plausibility of the absolute steering angle, which is measured by means of the steering angle sensors. Namely, it can roughly be determined by means of the digital signal of the incremental sensor device in which angular range the absolute steering angle should lie, so that a check of the measured absolute angle is possible.

Zum Stand der Technik gehören auch solche Sensorvorrichtungen, bei denen die Drehmomentsensoreinrichtung einerseits sowie die Inkrementalsensoreinrichtung andererseits integral als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet sind. Eine solche Vorrichtung mit einem Drehmomentsensor und einem Inkrementalsensor ist beispielsweise aus der DE 10 2005 038 516 A1 sowie der EP 2 434 259 A1 bekannt.The prior art also includes such sensor devices in which the torque sensor device on the one hand and the incremental sensor device on the other hand are integrally formed as a common structural unit. Such a device with a torque sensor and an incremental sensor is for example from the DE 10 2005 038 516 A1 as well as the EP 2 434 259 A1 known.

Eine kombinierte Drehmoment- und Indexsensoreinrichtung ist des Weiteren aus der DE 10 2010 064 145 A1 bekannt.A combined torque and index sensor device is further from the DE 10 2010 064 145 A1 known.

An den aus dem Stand der Technik bekannten Drehmoment- und Indexsensorvorrichtungen ist als nachteilig der Umstand anzusehen, dass diese relativ viel Bauraum beanspruchen, der insbesondere im Bereich der Lenkwelle nur beschränkt zur Verfügung steht.At the known from the prior art torque and index sensor devices is to be regarded as a disadvantage of the fact that they require a relatively large amount of space, which is limited in particular in the field of steering shaft available.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kombinierte Drehmoment- und Inkrementalsensorvorrichtung bereitzustellen, welche im Vergleich zum Stand der Technik besonders kompakt aufgebaut ist.It is an object of the invention to provide a combined torque and incremental sensor device, which is particularly compact compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a sensor device and by a motor vehicle with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist für eine Welle, insbesondere eine Lenkwelle, eines Kraftfahrzeugs konzipiert und umfasst eine Drehmomentsensoreinrichtung zur Erfassung eines auf die Welle aufgebrachten Drehmoments sowie eine Inkrementalsensoreinrichtung bzw. Indexsensoreinrichtung. Die Drehmomentsensoreinrichtung hat einen magnetischen Stator, der zum Leiten von magnetischem Fluss von einem Magneten hin zu einem Flussleiter und hierdurch zu einem Magnetsensor ausgebildet ist und zwei entlang einer Achse – nämlich insbesondere einer Drehachse der Welle – beabstandet zueinander angeordnete Statorteile umfasst. Die Statorteile weisen jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ringscheibe auf. Die Inkrementalsensoreinrichtung wiederum umfasst ein mit dem Stator mittelbar oder unmittelbar drehfest verbundenes Sendeelement sowie ein Empfangselement. Die Inkrementalsensoreinrichtung ist so ausgebildet, dass in vorbestimmten Winkelabständen der Welle – beispielsweise pro Umdrehung oder mehrmals pro Umdrehung – jeweils ein Signalimpuls aufgrund einer Relativbewegung zwischen Sendeelement und Empfangselement ausgegeben wird. Die Inkrementalsensoreinrichtung gibt somit insbesondere ein digitales bzw. diskretes Signal aus. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch die Ringscheiben des magnetischen Stators jeweils eine senkrecht zur Achse angeordnete Ebene definiert ist und das Sendeelement der Inkrementalsensoreinrichtung axial zwischen den Ebenen angeordnet ist.A sensor device according to the invention is designed for a shaft, in particular a steering shaft, of a motor vehicle and comprises a torque sensor device for detecting a torque applied to the shaft and an incremental sensor device or index sensor device. The torque sensor device has a magnetic stator, which is designed to conduct magnetic flux from a magnet to a flux guide and thereby to a magnetic sensor and two along an axis - namely, in particular a rotational axis of the shaft - spaced from each other arranged stator parts. The stator parts each have an annular disk arranged perpendicular to the axis. The incremental sensor device in turn comprises a transmitting element which is connected directly or indirectly to the stator in a rotationally fixed manner and a receiving element. The incremental sensor device is designed so that at predetermined angular intervals of the shaft - for example, per revolution or several times per revolution - each a signal pulse due to a relative movement between the transmitting element and the receiving element is output. The incremental sensor device thus outputs in particular a digital or discrete signal. According to the invention it is provided that in each case a plane arranged perpendicular to the axis is defined by the annular disks of the magnetic stator and the transmitting element of the incremental sensor device is arranged axially between the planes.

Demnach wird vorgeschlagen, das Sendeelement der Inkrementalsensoreinrichtung axial zwischen den beiden Ringscheiben des Stators anzuordnen. Im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen das Sendeelement axial außerhalb des Stators liegt, kann durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sendeelements eine Sensorvorrichtung geschaffen werden, die insbesondere in axialer Richtung besonders kompakt und Platz sparend ist. Dies erweist sich insbesondere beim Einsatz der Sensorvorrichtung bei einer Lenkwelle des Kraftfahrzeugs als besonders vorteilhaft, bei welcher bekanntlich relativ wenig Bauraum zur Verfügung steht.Accordingly, it is proposed to arrange the transmitting element of the incremental sensor device axially between the two annular disks of the stator. In comparison to embodiments in which the transmitting element is located axially outside the stator, a sensor device can be created by the inventive arrangement of the transmitting element, which is particularly compact and space-saving, in particular in the axial direction. This proves to be particularly advantageous when using the sensor device in a steering shaft of the motor vehicle, in which, as is known, relatively little installation space is available.

Die beiden Statorteile sind bevorzugt gleich bzw. identisch ausgestaltet. Von der jeweiligen Ringscheibe stehen vorzugsweise eine Vielzahl von Zahnelementen ab, die bevorzugt in axiale Richtung zeigen und somit parallel zur Achse angeordnet sind sowie vorzugsweise äquidistant in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Durch diese Zahnelemente wird der magnetische Fluss von einem Dauermagneten empfangen und dann über die Ringscheibe an einen Flussleiter abgegeben, welcher wiederum den magnetischen Fluss an einen Magnetsensor abgibt.The two stator parts are preferably identical or identical. Of the respective annular disc are preferably from a plurality of tooth elements, which preferably show in the axial direction and are thus arranged parallel to the axis and are preferably arranged distributed equidistantly in the circumferential direction. By these tooth elements of the magnetic flux is received by a permanent magnet and then delivered via the annular disc to a flux guide, which in turn emits the magnetic flux to a magnetic sensor.

Bevorzugt sind die beiden Statorteile an einem ringförmigen und insbesondere wulstartigen Halter bzw. Träger angeordnet. Dann kann das Sendeelement der Inkrementalsensoreinrichtung an einem Außenumfang des Halters angeordnet sein. Somit wird eine Sensorvorrichtung geschaffen, welche auch in radialer Richtung sehr kompakt ausgebildet ist. Üblicherweise stehen die Ringscheiben des Stators nämlich radial über den Außenumfang des Halters hinaus über, sodass zwischen den Ringschieben quasi ein Stauraum ausgebildet ist, der axial durch die Ringscheiben und radial durch den Außenumfang des Halters begrenzt ist. Dieser Stauraum wird nun für die Anordnung des Sendeelements genutzt. Außerdem erübrigt sich durch diese Anordnung der Einsatz eines zusätzlichen Halters für das Sendeelement, weil ein ohnehin vorhandener Halter des Stators genutzt wird.Preferably, the two stator parts are arranged on an annular and in particular bead-like holder or carrier. Then, the transmitting element of the incremental sensor device can be arranged on an outer circumference of the holder. Thus, a sensor device is provided, which is also very compact in the radial direction. Usually, the annular disks of the stator are in fact radially beyond the outer circumference of the holder beyond, so that between the ring slides quasi a storage space is formed, which is bounded axially by the annular discs and radially by the outer periphery of the holder. This storage space is now used for the arrangement of the transmitting element. In addition, this arrangement eliminates the need for an additional holder for the transmitting element, because an already existing holder of the stator is used.

Der genannte Halter kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. Der Halter kann auch einstückig ausgebildet sein.The said holder may for example be formed from plastic. The holder may also be formed in one piece.

Das Empfangselement ist bevorzugt in Form eines Schalters ausgebildet, welcher immer dann kurz geschlossen wird und einen Signalimpuls erzeugt, wenn er durch das Sendeelement passiert wird bzw. wenn das Sendeelement an dem Empfangselement vorbeigeführt wird.The receiving element is preferably designed in the form of a switch which is always short-circuited and generates a signal pulse when it is passed through the transmitting element or when the transmitting element is guided past the receiving element.

In einer Ausführungsform ist das Sendeelement als Magnet und das Empfangselement als Magnetsensor ausgebildet.In one embodiment, the transmitting element is designed as a magnet and the receiving element as a magnetic sensor.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Magnet radial magnetisiert ist, sodass seine Magnetfeldlinien und somit die Linien eines von dem Magneten erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Außenseite des Magneten und somit insbesondere senkrecht zum Außenumfang des Halters verlaufen. Auf diese Art und Weise kann ein Übersprechen der Inkrementalsensoreinrichtung einerseits und der Drehmomentsensoreinrichtung andererseits verhindert oder zumindest weitgehend reduziert werden, weil die Magnetfeldlinien des Magneten nicht auf die Ringscheiben des magnetischen Stators ausgerichtet werden bzw. nicht in axialer Richtung verlaufen.It proves to be advantageous if the magnet is radially magnetized so that its magnetic field lines and thus the lines of a magnetic field generated by the magnet substantially perpendicular to a radial outside of the magnet and thus in particular perpendicular to the outer circumference of the holder. In this way, crosstalk of the incremental sensor device on the one hand and the torque sensor device on the other hand can be prevented or at least largely reduced because the magnetic field lines of the magnet are not aligned with the annular disks of the magnetic stator or do not extend in the axial direction.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Magnet mit seiner Magnetisierung spiegelsymmetrisch bezüglich einer axial mittig zwischen den Ebenen der Ringscheiben angeordneten Mittelebene ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der räumliche Verlauf der Magnetfeldlinien des Magnetfelds spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene ist, die axial mittig zwischen den beiden Ringscheiben und senkrecht zur Achse liegt. Diese Ausführungsform beruht darauf, dass selbst bei einer radialen Magnetisierung des Magneten insbesondere am axialen Rand des Magneten Magnetfeldlinien vorhanden sind, die zusätzlich auch eine axiale Richtungskomponente besitzen. Die spiegelsymmetrische Ausgestaltung des Magneten bezüglich seiner Magnetisierung sorgt also dafür, dass das Magnetfeld an beiden Ringscheiben gleich ist und das Übersprechen zwischen der Drehmomentsensoreinrichtung und der Inkrementalsensoreinrichtung somit vollständig vermieden werden kann.Furthermore, it has proven to be advantageous if the magnet is formed with its magnetism mirror-symmetrical with respect to an axially centrally disposed between the planes of the annular discs center plane. This means that the spatial course of the magnetic field lines of the magnetic field is mirror-symmetrical with respect to the center plane, which lies axially in the middle between the two annular disks and perpendicular to the axis. This embodiment is based on the fact that even with a radial magnetization of the magnet, in particular on axial edge of the magnet magnetic field lines are present, which also have an axial directional component. The mirror-symmetric design of the magnet with respect to its magnetization thus ensures that the magnetic field at both annular disks is the same and the crosstalk between the torque sensor device and the incremental sensor device can thus be completely avoided.

Hinsichtlich der Ausgestaltung des Magneten können nun verschiedenste Ausführungsformen vorgesehen sein:
Zum einen kann der Magnet ringsegmentförmig und somit in Form eines Ringsegments bzw. unvollständigen Rings ausgebildet sein und zumindest ein Polpaar oder ausschließlich ein Polpaar aus einem Nordpol und einem Südpol aufweisen, die in Umfangsrichtung nebeneinander, insbesondere unmittelbar aneinander anschließend, angeordnet sind. Durch eine solche ringsegmentförmige Ausgestaltung des Magneten kann der Fertigungsaufwand reduziert werden. Weist der Magnet ein Polpaar aus einem Nordpol und einem Südpol auf, so wird durch die Inkrementalsensoreinrichtung immer dann ein Signalimpuls ausgegeben, wenn der Magnet den Magnetsensor passiert. Pro Umdrehung kann somit ein einziger Signalimpuls ausgegeben werden. Optional können auch mehrere einzelne Teilmagnete jeweils in Form eines Ringsegments entlang des Umfangs angeordnet sein.With regard to the configuration of the magnet, various embodiments can now be provided:
On the one hand, the magnet ring-segment-shaped and thus in the form of a ring segment or incomplete ring be formed and at least one pair of poles or only a pole pair of a north pole and a south pole, the side by side, in particular directly adjacent to each other, are arranged in the circumferential direction. By such a ring-segment-shaped configuration of the magnet manufacturing costs can be reduced. If the magnet has a pole pair of a north pole and a south pole, a signal pulse is output by the incremental sensor device whenever the magnet passes the magnetic sensor. Per revolution thus a single signal pulse can be output. Optionally, a plurality of individual partial magnets may each be arranged in the form of a ring segment along the circumference.

Zum anderen kann jedoch vorgesehen sein, dass der Magnet vollumfänglich ringförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von Polpaaren aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Nordpole und die Südpole abwechselnd in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, sodass sich an jeden Nordpol in Umfangsrichtung jeweils ein Südpol und an jeden Südpol jeweils ein Nordpol unmittelbar anschließt. Es werden somit pro Umdrehung so viele Signalimpulse erzeugt und ausgegeben, wie es Polpaare gibt. Somit kann ein präziseres diskretes Signal bereitgestellt werden.On the other hand, however, it can be provided that the magnet is formed completely annular and has a plurality of pole pairs, which are arranged distributed in the circumferential direction. In particular, it is provided that the north poles and the south poles are arranged alternately distributed in the circumferential direction, so that each north pole in the circumferential direction in each case a south pole and each south pole in each case a north pole immediately followed. Thus, as many signal pulses are generated and output per revolution as are pole pairs. Thus, a more precise discrete signal can be provided.

Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Pol des Magneten in Umfangsrichtung breiter als andere Pole des Magneten ausgebildet ist. Somit wird auch derjenige Signalimpuls speziell gekennzeichnet, welcher durch diesen breiteren Pol erzeugt wird. Dies hat Vorteile insbesondere hinsichtlich der Auswertung des diskreten Signals.It can also be provided that at least one pole of the magnet is wider in the circumferential direction than other poles of the magnet. Thus, that signal pulse which is generated by this wider pole is also specially marked. This has advantages in particular with regard to the evaluation of the discrete signal.

Die Drehmomentsensoreinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest ein Sensorelement, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist und zum Empfangen des magnetischen Flusses von dem Stator dient. Die Leiterplatte kann dabei eine für das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung sowie für das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung gemeinsame Leiterplatte sein, sodass sowohl das Sensorelement als auch das Empfangselement auf derselben Leiterplatte angeordnet sind. Somit wird die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert, weil keine zusätzliche Leiterplatte eingesetzt zu werden braucht.The torque sensor device preferably comprises at least one sensor element, which is arranged on a printed circuit board and serves to receive the magnetic flux from the stator. The printed circuit board can be a common printed circuit board for the sensor element of the torque sensor device and for the receiving element of the incremental sensor device, so that both the sensor element and the receiving element are arranged on the same printed circuit board. Thus, the number of components required is reduced because no additional circuit board needs to be used.

Die Leiterplatte ist bevorzugt parallel zu den Ebenen der Ringscheiben angeordnet.The printed circuit board is preferably arranged parallel to the planes of the annular disks.

Bevorzugt ist die Leiterplatte außermittig zwischen den Ebenen der Ringscheiben angeordnet, sodass das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung axial mittig zwischen den Ebenen liegt. Somit wird eine symmetrische Drehmomentsensoreinrichtung geschaffen, bei welcher das Sensorelement in der Mittelebene und somit axial mittig zwischen den Ringscheiben angeordnet ist.Preferably, the circuit board is arranged eccentrically between the planes of the annular discs, so that the sensor element of the torque sensor device is located axially in the middle between the planes. Thus, a symmetrical torque sensor device is provided in which the sensor element is arranged in the center plane and thus axially centrally between the annular discs.

Das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung wiederum kann an einer dem Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet sein.The receiving element of the incremental sensor device, in turn, can be arranged on a side of the printed circuit board opposite the sensor element of the torque sensor device.

Alternativ kann das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung auch an derselben Seite der Leiterplatte wie das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung angeordnet sein.Alternatively, the receiving element of the incremental sensor device can also be arranged on the same side of the printed circuit board as the sensor element of the torque sensor device.

Das Empfangselement der Inkrementalsensoreinrichtung und/oder das Sensorelement der Drehmomentsensoreinrichtung kann als SMD-Bauteil (surface-mounted device) ausgebildet sein, welches auf der gemeinsamen Leiterplatte in SMT-Technologie (surface mounting technology) montiert wird. Die Leiterplatte kann somit in einem einzigen Fertigungsschritt sowohl mit dem Sensorelement als auch mit dem Empfangselement bestückt werden.The receiving element of the incremental sensor device and / or the sensor element of the torque sensor device may be formed as an SMD component (surface-mounted device), which is mounted on the common printed circuit board in SMT technology (surface mounting technology). The circuit board can thus be equipped in a single manufacturing step with both the sensor element and with the receiving element.

Alternativ kann das Sensorelement und/oder das Empfangselement als THT-Bauteil (through hole technology) ausgebildet sein.Alternatively, the sensor element and / or the receiving element may be formed as a THT component (through hole technology).

Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Welle, insbesondere einer Lenkwelle, und mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ein Personenkraftwagen.The invention also relates to a motor vehicle with a shaft, in particular a steering shaft, and with a sensor device according to the invention. The motor vehicle is preferably a passenger car.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone.

Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The invention will now be described with reference to individual preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Drehmomentsensoreinrichtung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic and perspective view of a torque sensor device of a sensor device according to an embodiment of the invention;

2 in schematischer und perspektivischer Darstellung die Drehmomentsensoreinrichtung im zusammengebauten Zustand; 2 in a schematic and perspective view of the torque sensor device in the assembled state;

3 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch die Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung zusätzlich eine Inkrementalsensoreinrichtung aufweist; 3 a schematic representation of a sectional view through the sensor device, wherein the sensor device additionally comprises an incremental sensor device;

4 in schematischer Darstellung eine Stirnseite der Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 4 a schematic representation of an end face of the sensor device according to an embodiment of the invention;

5 in schematischer Darstellung eine Stirnseite einer Leiterplatte gemäß Pfeildarstellung V aus 6; 5 schematic representation of an end face of a printed circuit board according to arrow V representation 6 ;

6 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch die Sensorvorrichtung gemäß 4 entlang einer in 4 angedeuteten Linie VI-VI; 6 in a schematic representation of a sectional view through the sensor device according to 4 along an in 4 indicated line VI-VI;

7 bis 9 in schematischer Darstellung die Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 7 to 9 a schematic representation of the sensor device according to another embodiment;

10 und 11 in schematischer Darstellung die Sensorvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und 10 and 11 a schematic representation of the sensor device according to yet another embodiment; and

12 bis 14 in schematischer Darstellung jeweils eine Stirnseite der Sensorvorrichtung, wobei unterschiedliche Ausgestaltungen eines Magneten näher erläutert werden. 12 to 14 in schematic representation in each case an end face of the sensor device, wherein different embodiments of a magnet are explained in detail.

In 1 sind Teilkomponenten einer insgesamt mit 1 bezeichneten Sensorvorrichtung dargestellt, welche speziell für eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs konzipiert ist. Die in 1 dargestellten Komponenten sind Bestandteile einer Drehmomentsensoreinrichtung 100, welche zum Messen des Drehmoments ausgebildet ist, welches auf die Lenkwelle aufgebracht wird.In 1 are subcomponents of a total with 1 Shown designated sensor device, which is designed specifically for a steering shaft of a motor vehicle. In the 1 Components shown are components of a torque sensor device 100 , which is designed to measure the torque which is applied to the steering shaft.

Die Lenkwelle beinhaltet dabei zwei Wellenteile, welche über einen Torsionsstab miteinander axial verbunden sind. An einem der Wellenteile wird ein Halter 2 drehfest angebracht, während an dem anderen Wellenteil ein in den Figuren nicht dargestellter Ringmagnet drehfest angebracht wird. Der Halter 2 ist beispielsweise ein einstückig ausgebildetes Kunststoffteil, insbesondere ein Gussbauteil.The steering shaft includes two shaft parts, which are axially connected to each other via a torsion bar. At one of the shaft parts becomes a holder 2 mounted rotationally fixed, while on the other shaft part, a ring magnet, not shown in the figures, is mounted non-rotatably. The holder 2 is for example an integrally formed plastic part, in particular a cast component.

Der Halter 2 hat zwei axial nebeneinander angeordnete zylindrische Bereiche, nämlich einerseits einen ersten axialen zylindrischen bzw. wulstartigen Bereich 3 sowie einen in axialer Richtung versetzt angeordneten und einen etwas geringeren Durchmesser aufweisenden zweiten axialen Bereich 4. Der erste axiale Bereich 3 ist über eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Strebenpaaren 5 mit dem zweiten axialen Bereich 4 verbunden. Jedes Strebenpaar 5 besteht dabei aus zwei nebeneinander angeordneten Streben, zwischen denen eine axiale Aussparung 6 ausgebildet ist. Diese Aussparung 6 stellt auch eine Durchgangsöffnung dar.The holder 2 has two axially juxtaposed cylindrical regions, namely on the one hand a first axial cylindrical or bead-like region 3 and a second axial region arranged offset in the axial direction and having a slightly smaller diameter 4 , The first axial area 3 is about a plurality of distributed in the circumferential direction arranged struts pairs 5 with the second axial region 4 connected. Each strut pair 5 consists of two adjacent struts, between which an axial recess 6 is trained. This recess 6 also represents a passage opening.

Der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 hat zwei axiale Randbereiche, nämlich einerseits einen ersten äußeren Randbereich 7 sowie andererseits einen zweiten axialen Randbereich 8. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten axialen Randbereich 8 ein umlaufender Flansch 9 ausgebildet, der von dem ersten axialen Bereich 3 in radialer Richtung ein wenig nach außen absteht. In dem Flansch 9 sind eine Vielzahl von radialen Aussparungen 10 ausgebildet, welche in denselben Winkelpositionen wie die Aussparungen 6 ausgebildet sind.The first axial area 3 of the owner 2 has two axial edge regions, namely, on the one hand, a first outer edge region 7 and on the other hand, a second axial edge region 8th , In the illustrated embodiment is in the second axial edge region 8th a circumferential flange 9 formed from the first axial region 3 protrudes a little outward in the radial direction. In the flange 9 are a variety of radial recesses 10 formed, which in the same angular positions as the recesses 6 are formed.

Auch in dem ersten axialen Randbereich 7 sind eine Vielzahl von axialen Aussparungen 11 ausgebildet, welche als axiale Vertiefungen in dem äußeren Rand des axialen Bereichs 3 des Halters 2 ausgeformt sind. Diese Aussparungen 11 sind in Umfangsrichtung versetzt zu den Aussparungen 10 angeordnet, sodass die Aussparungen 11 in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Aussparungen 10 angeordnet sind und umgekehrt.Also in the first axial edge area 7 are a variety of axial recesses 11 formed as axial depressions in the outer edge of the axial region 3 of the owner 2 are formed. These recesses 11 are offset in the circumferential direction to the recesses 10 arranged so that the recesses 11 in the circumferential direction in each case between two adjacent recesses 10 are arranged and vice versa.

Zur Sensorvorrichtung 1 gehört außerdem ein Gleitstück 12, wie auch ein Stator 13, welcher im Ausführungsbeispiel aus einem ersten Statorteil 14 und einem zweiten Statorteil 15 besteht. Der Stator 13 ist aus einem weichmagnetischen Material gebildet und dient zum Leiten des magnetischen Flusses von dem genannten Ringmagneten hin zu einem Flussleiter und hierdurch hin zu einem Sensorelement, etwa einem Hall-Sensor.To the sensor device 1 also includes a slider 12 as well as a stator 13 , which in the embodiment of a first stator 14 and a second stator part 15 consists. The stator 13 is formed of a soft magnetic material and serves to conduct the magnetic flux from said ring magnet to a flux guide and thereby to a sensor element, such as a Hall sensor.

Das Gleitstück 12 hat einen inneren Umfang bzw. eine innere Hülse 17, in welche der erste axiale Bereich 3 des Halters 2 aufgenommen werden kann, sodass der äußere Umfang des ersten Bereichs 3 an dem inneren Umfang 17 des Gleitstücks 12 gleiten kann.The slider 12 has an inner circumference and an inner sleeve 17 into which the first axial region 3 of the owner 2 can be included so that the outer circumference of the first area 3 on the inner circumference 17 of the slider 12 can slide.

Die in 1 gezeigte Ausgestaltung des Halters 2 und der Statorteile 14, 15 ist lediglich beispielhaft und kann je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. Insbesondere die Befestigung der Statorteile 14, 15 an dem Halter 2 kann unterschiedlich gestaltet werden, sodass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebene Befestigungsart beschränkt ist.In the 1 shown embodiment of the holder 2 and the stator parts 14 . 15 is only by way of example and may vary depending on the embodiment. In particular, the attachment of the stator 14 . 15 on the holder 2 can be designed differently, so that the invention is not limited to the manner of attachment described below.

Jedes Statorteil 14, 15 ist jeweils einstückig ausgebildet, wobei die Statorteile 14, 15 außerdem gleich ausgebildet sind. Jedes Statorteil 14, 15 weist eine flanschartige und sich in radialer Richtung erstreckende bzw. radial zeigende Ringscheibe 18 bzw. 19 auf, wie auch eine Vielzahl von Zahnelementen 20 bzw. 21, welche von der jeweiligen Ringscheibe 18 bzw. 19 in axialer Richtung abstehen, und zwar in Richtung zum Halter 2 bzw. in Richtung zu dem jeweils anderen Statorteil 14, 15. Die Zahnelemente 20, 21 erstrecken sich somit in axialer Richtung etwa parallel zu einer Drehachse des Wellenteils. Die beiden Statorteile 14, 15 sind dabei gleich ausgebildet, sodass auch die Anzahl der Zahnelemente 20 der Anzahl der Zahnelemente 21 entspricht.Each stator part 14 . 15 is in each case integrally formed, wherein the stator parts 14 . 15 are also the same. Each stator part 14 . 15 has a flange-like and extending in the radial direction or radially facing annular disc 18 respectively. 19 on, as well as a variety of tooth elements 20 respectively. 21 , which of the respective annular disc 18 respectively. 19 protrude in the axial direction, in the direction of the holder 2 or in the direction of the respective other stator part 14 . 15 , The tooth elements 20 . 21 thus extend in the axial direction approximately parallel to a rotational axis of the shaft part. The two stator parts 14 . 15 are the same design, so that the number of tooth elements 20 the number of tooth elements 21 equivalent.

Nachfolgend wird eine mögliche Befestigungsart des Stators 13 am Halter 2 beschrieben, wobei – wie bereits ausgeführt – die Erfindung nicht auf diese spezielle Befestigungsart beschränkt ist. Die Zahnelemente 20, 21 weisen jeweils einen Grundkörper 22 bzw. 23 sowie eine sich an den Grundkörper 22, 23 axial unmittelbar anschließende Lasche 24 bzw. 15 auf. Die Lasche 24, 25 hat in Umfangsrichtung eine deutlich geringere Breite als der Grundkörper 22 bzw. 23, etwa eine halbe Breite. Die Lasche 24 bzw. 25 bildet auch ein axiales freies Ende 26 bzw. 27 des jeweiligen Zahnelements 20 bzw. 21. Zur Befestigung des Stators 13 wird einerseits das Statorteil 14 mit seinen Zahnelementen 20 auf den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 aufgesteckt, sodass die Zahnelemente 20 in korrespondierenden Öffnungen zwischen den Strebenpaaren 5 aufgenommen und an einem Innenumfang des ersten axialen Bereichs 3 abgestützt werden. Nach dem Aufstecken des Statorteils 14 auf den zweiten axialen Bereich 4 des Halters 2 sind die Zahnelemente 20 im Inneren des ersten Bereichs 3 angeordnet, sodass lediglich die Laschen 24 axial über den ersten Bereich 3 hinaus überstehen. Die Laschen 24 befinden sich dann in denselben Winkelpositionen wie die Aussparungen 11 und können somit durch Umbiegen in diese korrespondierenden Aussparungen 11 aufgenommen werden, um einen sicheren Sitz des Statorteils 14 in allen Richtungen zu gewährleisten. Somit wird das Statorteil 14 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung fixiert bzw. an dem Halter 2 festgelegt. Dabei wird auch die Ringscheibe 18 in Anlage mit dem Flansch 9 gebracht. Entsprechend erfolgt die Befestigung des zweiten Statorteils 15 am Halter 2, wobei hier die Zahnelemente 21 von der gegenüberliegenden axialen Seite in den axialen Bereich 3 des Halters 2 eingesteckt werden.Below is a possible attachment of the stator 13 on the holder 2 described, wherein - as already stated - the invention is not limited to this special fastening. The tooth elements 20 . 21 each have a basic body 22 respectively. 23 as well as to the main body 22 . 23 axially immediately adjacent tab 24 respectively. 15 on. The tab 24 . 25 has a significantly smaller width in the circumferential direction than the main body 22 respectively. 23 , about half a width. The tab 24 respectively. 25 also forms an axial free end 26 respectively. 27 of the respective tooth element 20 respectively. 21 , For fastening the stator 13 on the one hand, the stator part 14 with its tooth elements 20 on the second axial area 4 of the owner 2 attached so that the tooth elements 20 in corresponding openings between the strut pairs 5 received and on an inner periphery of the first axial portion 3 be supported. After attaching the stator part 14 on the second axial area 4 of the owner 2 are the tooth elements 20 inside the first area 3 arranged so that only the tabs 24 axially over the first area 3 survive beyond. The tabs 24 are then in the same angular positions as the recesses 11 and can thus by bending into these corresponding recesses 11 be included to ensure a secure fit of the stator 14 to ensure in all directions. Thus, the stator is 14 fixed both in the axial direction and in the circumferential direction or on the holder 2 established. This is also the annular disc 18 in contact with the flange 9 brought. Accordingly, the attachment of the second stator takes place 15 on the holder 2 , where here the tooth elements 21 from the opposite axial side into the axial region 3 of the owner 2 be plugged in.

Die Drehmomentsensoreinrichtung 100 ist im zusammengebauten Zustand in 2 dargestellt.The torque sensor device 100 is in the assembled state in 2 shown.

Wie bereits ausgeführt, weist die Sensorvorrichtung 1 zusätzlich eine Inkrementalsensoreinrichtung bzw. eine Indexsensoreinrichtung auf, welche mit der Drehmomentsensoreinrichtung 100 als eine integrale Baueinheit ausgeführt ist. Eine solche integral ausgeführte Sensorvorrichtung 1 mit der Drehmomentsensoreinrichtung 100 und einer Inkrementalsensoreinrichtung 40 ist in einer Schnittdarstellung in 3 gezeigt. Die Drehachse der Welle ist dabei mit 41 bezeichnet. Wie aus 3 hervorgeht, sind die beiden Ringscheiben 18, 19 parallel zueinander und senkrecht zur Achse 41 angeordnet und definieren jeweils eine Ebene 42 bzw. 43, welche senkrecht zur Achse 41 orientiert ist. Axial mittig zwischen den Ebenen 42, 43 liegt eine ebenfalls radiale Mittelebene 44. Die Inkrementalsensoreinrichtung 40 umfasst ein in Form eines Magneten 45 ausgebildetes Sendeelement 46, welches an einem Außenumfang 47 des ersten axialen Bereichs 3 des Halters 2 angebracht ist.As already stated, the sensor device 1 additionally an incremental sensor device or an index sensor device which is connected to the torque sensor device 100 is designed as an integral unit. Such an integrally implemented sensor device 1 with the torque sensor device 100 and an incremental sensor device 40 is in a sectional view in 3 shown. The axis of rotation of the shaft is with 41 designated. How out 3 shows, are the two washers 18 . 19 parallel to each other and perpendicular to the axis 41 arranged and define each one level 42 respectively. 43 , which are perpendicular to the axis 41 is oriented. Axially centered between the levels 42 . 43 is also a radial center plane 44 , The incremental sensor device 40 includes one in the form of a magnet 45 trained transmitting element 46 , which on an outer circumference 47 of the first axial region 3 of the owner 2 is appropriate.

Der Magnet 45 liegt also in einem Zwischenbereich bzw. einem Stauraum zwischen den beiden Ringscheiben 18, 19 und ist somit axial zwischen den beiden radialen Ebenen 42, 43 angeordnet. Dabei ist der Magnet 45 in radialer Richtung magnetisiert, sodass Magnetfeldlinien 48 des Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Außenseite 49 bzw. zur Oberfläche des Magneten 45 verlaufen. Die Magnetpole befinden sich also im Wesentlichen an der radialen Außenseite des Magneten 45. Wie aus 3 hervorgeht, weisen die Magnetfeldlinien 48 im axialen Randbereich des Magneten 45 auch eine axiale Richtungskomponente auf, was jedoch dadurch kompensiert wird, dass die Magnetfeldlinien 48 spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene 44 verlaufen und das magnetische Feld somit gleich an den beiden Ringscheiben 18, 19 ist. Es kommt somit zu keinem Übersprechen zwischen der Inkrementalsensoreinrichtung 40 und der Drehmomentsensoreinrichtung 100.The magnet 45 So lies in an intermediate area or a storage space between the two annular discs 18 . 19 and thus is axially between the two radial planes 42 . 43 arranged. Here is the magnet 45 Magnetized in the radial direction, so that magnetic field lines 48 the magnetic field is substantially perpendicular to a radial outside 49 or to the surface of the magnet 45 run. The magnetic poles are thus located substantially on the radial outside of the magnet 45 , How out 3 indicates the magnetic field lines 48 in the axial edge region of the magnet 45 Also, an axial directional component, which is compensated by the fact that the magnetic field lines 48 mirror-symmetric with respect to the median plane 44 run and the magnetic field thus equal to the two annular discs 18 . 19 is. There is thus no crosstalk between the incremental sensor device 40 and the torque sensor device 100 ,

In 4 ist eine axiale Stirnseite der Sensorvorrichtung 1 gezeigt, wobei zusätzlich auch eine Leiterplatte 50 sowie ein Flussleiter 51 dargestellt sind. Der Flussleiter 51 dient zum Leiten des magnetischen Flusses von dem Stator 13 hin zu einem auf der Leiterplatte angeordneten Sensorelement 52, welcher an der abgewandten Seite der Leiterplatte 50 angeordnet und somit in 4 gestrichelt angedeutet ist. Auf derselben Leiterplatte 50 ist des Weiteren ein Empfangselement 53 der Inkrementalsensoreinrichtung 40 angeordnet, welches in Form eines Magnetsensors ausgebildet ist. Auch dieses Empfangselement 53 ist auf der abgewandten Seite der Leiterplatte 50 angeordnet und somit lediglich gestrichelt angedeutet.In 4 is an axial end face of the sensor device 1 shown, in addition, a circuit board 50 as well as a river guide 51 are shown. The river conductor 51 serves to conduct the magnetic flux from the stator 13 towards a sensor element arranged on the printed circuit board 52 , which on the opposite side of the circuit board 50 arranged and thus in 4 indicated by dashed lines. On the same circuit board 50 is furthermore a receiving element 53 the incremental sensor device 40 arranged, which is formed in the form of a magnetic sensor. Also this receiving element 53 is on the far side of the circuit board 50 arranged and thus indicated only by dashed lines.

In 6 ist eine Schnittansicht durch die Sensorvorrichtung 1 entlang einer in 4 angedeuteten Schnittlinie VI-VI dargestellt. Wie aus 6 hervorgeht, ist die Leiterplatte 50 parallel zu den Ringscheiben 18, 19 angeordnet und liegt außerdem außermittig bezüglich der Mittelebene 44. Durch diese Anordnung der Leiterplatte 50 sind die beiden elektronischen Bauteile, nämlich das Empfangselement 53 sowie das Sensorelement 52, welche in diesem Ausführungsbeispiel auf derselben Seite der Leiterplatte 50 angeordnet sind, axial mittig zwischen den Ringscheiben 18, 19 und somit in der Mittelebene 44 angeordnet. Somit verlaufen die Magnetfeldlinien 48 direkt durch das Empfangselement 53 hindurch. In 6 is a sectional view through the sensor device 1 along an in 4 indicated section line VI-VI. How out 6 shows, is the circuit board 50 parallel to the washers 18 . 19 arranged and also located off-center with respect to the median plane 44 , By this arrangement of the circuit board 50 are the two electronic components, namely the receiving element 53 as well as the sensor element 52 , which in this embodiment on the same side of the circuit board 50 are arranged axially centrally between the annular discs 18 . 19 and thus in the middle plane 44 arranged. Thus, the magnetic field lines run 48 directly through the receiving element 53 therethrough.

Eine Draufsicht auf einen Bereich der Leiterplatte 50 gemäß der Pfeildarstellung V aus 6 ist in 5 dargestellt. Wie aus 5 hervorgeht, kann das Empfangselement 53 als SMD-Bauteil ausgeführt sein, welches auf der Leiterplatte 50 oberflächenmontiert ist. Der Magnet 45 kann dabei ein Polpaar aus einem Nordpol N und einem Südpol S aufweisen, welche in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der Nordpol N in Umfangsrichtung in zwei kleinere Elemente aufgeteilt, zwischen denen sich der Südpol S befindet.A plan view of a portion of the circuit board 50 according to the arrow V from 6 is in 5 shown. How out 5 indicates the receiving element 53 be designed as an SMD component, which on the circuit board 50 surface mounted. The magnet 45 can have a pole pair of a north pole N and a south pole S, which are arranged side by side in the circumferential direction. In the embodiment according to 5 the north pole N is divided in the circumferential direction into two smaller elements, between which the south pole S is located.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den 7 bis 9 gezeigt. Hier befindet sich das Empfangselement 53 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 50 und somit an derjenigen Seite, die vom Sensorelement 52 der Drehmomentsensoreinrichtung 40 abgewandt ist. In 8 ist dabei eine Schnittansicht entlang einer in 7 angedeuteten Schnittlinie VIII-VIII gezeigt. Wie insbesondere aus 8 hervorgeht, ist das Empfangselement 53 außermittig bezüglich der Mittelebene 44 angeordnet. Eine Erfassung des magnetischen Felds ist jedoch deshalb möglich, weil die Magnetfeldlinien 48 eine axiale Komponente aufweisen. Wie weiterhin aus 9 hervorgeht, in welcher eine Draufsicht auf die Leiterplatte 50 von einer in 8 mit IX bezeichneten Blickrichtung aus dargestellt ist, ist das Empfangselement 53 auch bei diesem Ausführungsbeispiel als SMD-Bauteil ausgeführt.Another embodiment is in the 7 to 9 shown. Here is the reception element 53 on the opposite side of the circuit board 50 and thus on the side of the sensor element 52 the torque sensor device 40 turned away. In 8th is a sectional view along a in 7 indicated section line VIII-VIII shown. As in particular from 8th shows, is the receiving element 53 off-center with respect to the median plane 44 arranged. However, detection of the magnetic field is possible because the magnetic field lines 48 have an axial component. How to continue 9 shows, in which a plan view of the circuit board 50 from one in 8th IX is shown as the receiving element 53 also executed in this embodiment as an SMD component.

Eine noch weitere Ausführungsform ist in den 10 und 11 dargestellt. Hier befindet sich das Empfangselement 53 an derselben Seite der Leiterplatte 50 wie das Sensorelement 52, ist jedoch als THT-Bauteil ausgeführt und über Anschlussdrähte an die Leiterplatte 50 angebunden. Wie bei allen anderen Ausführungsformen ist auch hier das Sensorelement 52 als SMD-Bauteil ausgeführt, kann jedoch alternativ als THT-Bauteil ausgebildet sein.Yet another embodiment is in the 10 and 11 shown. Here is the reception element 53 on the same side of the circuit board 50 like the sensor element 52 , but is designed as a THT component and via connecting wires to the circuit board 50 tethered. As with all other embodiments, here is the sensor element 52 executed as an SMD component, but may alternatively be designed as a THT component.

Während in 10 eine Stirnseite dargestellt ist, zeigt 11 eine Schnittansicht, entlang einer in 10 angedeuteten Schnittlinie XI-XI. Wie aus 11 hervorgeht, wird durch das Empfangselement 53 eine radiale Komponente der Magnetfeldlinien 48 erfasst.While in 10 an end face is shown, shows 11 a sectional view, along an in 10 indicated cutting line XI-XI. How out 11 is revealed by the receiving element 53 a radial component of the magnetic field lines 48 detected.

Hinsichtlich der Ausgestaltung des Magneten 45 können verschiedene Ausführungsformen vorgesehen sein, welche Bezug nehmend auf die 12 bis 14 nachfolgend näher beschrieben werden.With regard to the design of the magnet 45 Various embodiments may be provided which refer to FIGS 12 to 14 will be described in more detail below.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 12 weist der Magnet 45 – wie bereits ausgeführt – ein einziges Polpaar aus einem Südpol S und einem Nordpol N auf. Diese sind in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet, wobei der Nordpol N auf zwei kleinere Elemente aufgeteilt ist, die sich beidseitig an den Südpol N in Umfangsrichtung anschließen.In the embodiment according to 12 indicates the magnet 45 - As already stated - a single pole pair of a south pole S and a north pole N on. These are arranged side by side in the circumferential direction, wherein the north pole N is divided into two smaller elements that connect to the south pole N in the circumferential direction on both sides.

In diesem Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist der Magnet 45 also ringsegmentförmig ausgebildet.According to this embodiment 12 is the magnet 45 So ring-shaped.

Demgegenüber ist der Magnet 45 gemäß 13 vollumfänglich ringförmig ausgebildet, sodass der Magnet 45 den Halter 2 vollumfänglich umschließt bzw. ummantelt. Der Magnet 45 hat eine Vielzahl von Polpaaren, wobei die Nordpole N und die Südpole S in Umfangsrichtung abwechselnd verteilt angeordnet sind. An jeden Nordpol N schließt sich somit unmittelbar ein Südpol S an.In contrast, the magnet 45 according to 13 fully annular, so that the magnet 45 the holder 2 completely encloses or sheathed. The magnet 45 has a plurality of pole pairs, wherein the north pole N and the south pole S are arranged alternately distributed in the circumferential direction. At each north pole N thus immediately follows a south pole S.

Die Ausgestaltung gemäß 14 entspricht im Wesentlichen der gemäß 13, wobei ein Pol 54 – im Ausführungsbeispiel ein Südpol S – im Vergleich zu den übrigen Polen in Umfangsrichtung breiter ausgeführt ist.The embodiment according to 14 is essentially the same as 13 , where a pole 54 - In the embodiment, a south pole S - is made wider in the circumferential direction compared to the other poles.

Andere Magnetisierungsmuster beziehungsweise mehrere unterschiedliche Polbreiten sind ebenfalls möglich.Other magnetization patterns or several different pole widths are also possible.

Beim Drehen der Lenkwelle dreht sich auch der Magnet 45 und beschreibt eine ringförmige Bahn, welche an dem Empfangselement 53 vorbeiführt. Das Empfangselement 53 erzeugt dann ein diskretes bzw. digitales Signal mit einer Vielzahl von Signalimpulsen – beispielsweise Spannungsimpulsen –, welche mittels der Inkrementalsensoreinrichtung 40 beispielsweise an ein Steuergerät abgegeben werden. In Abhängigkeit von diesem Signal kann dann beispielsweise der absolute Lenkwinkel plausibilisiert werden, der mittels einer separaten Lenkwinkelsensoreinrichtung gemessen wird.When turning the steering shaft, the magnet also rotates 45 and describes an annular track which on the receiving element 53 passes. The receiving element 53 then generates a discrete or digital signal with a plurality of signal pulses - for example, voltage pulses - which by means of the incremental sensor device 40 for example, be delivered to a controller. Depending on this signal, for example, the absolute steering angle can then be plausibilized, which is measured by means of a separate steering angle sensor device.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2004/0194560 A1 [0002]
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Claims

Sensor device ( 1 ) for a shaft, in particular a steering shaft, of a motor vehicle, with a torque sensor device ( 100 ) for detecting a torque applied to the shaft, wherein the torque sensor device ( 100 ) a magnetic stator ( 13 ), which is designed to conduct magnetic flux and two along an axis (FIG. 41 ) spaced apart stator parts ( 14 . 15 ), each one perpendicular to the axis ( 41 ) arranged annular disc ( 18 . 19 ), and with an incremental sensor device ( 40 ), which one with the stator ( 13 ) rotatably connected transmitting element ( 46 ) and a receiving element ( 53 ) and is adapted to at predetermined angular intervals of the shaft in each case a signal pulse due to a relative movement between the transmitting element ( 46 ) and the receiving element ( 53 ), characterized in that through the annular discs ( 18 . 19 ) of the magnetic stator ( 13 ) one perpendicular to the axis ( 41 ) level ( 42 . 43 ) and the transmitting element ( 46 ) of the incremental sensor device ( 40 ) axially between the planes ( 42 . 43 ) is arranged.

Sensor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the stator parts ( 14 . 15 ) on an annular holder ( 2 ) are arranged and the transmitting element ( 46 ) of the incremental sensor device ( 40 ) on an outer circumference ( 47 ) of the holder ( 2 ) is arranged.

Sensor device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitting element ( 46 ) a magnet ( 45 ) and the receiving element ( 53 ) is a magnetic sensor.

Sensor device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the magnet ( 45 ) is radially magnetized so that magnetic field lines ( 48 ) one of the magnets ( 45 ) generated magnetic field substantially perpendicular to a radial outer side ( 49 ) of the magnet ( 45 ).

Sensor device ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the magnet ( 45 ) with its magnetization mirror-symmetrical with respect to an axially centered between the planes ( 42 . 43 ) arranged center plane ( 44 ) is trained.

Sensor device ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnet ( 45 ) is formed ring-segment-shaped and has a pole pair (N, S) of a north pole (N) and a south pole (S), which are arranged in the circumferential direction next to each other.

Sensor device ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnet ( 45 ) is fully annular and has a plurality of pole pairs (N, S) which are arranged distributed in the circumferential direction.

Sensor device ( 1 ) according to one of claims 3 to 7, characterized in that a pole ( 54 ) of the magnet ( 45 ) in the circumferential direction wider than another pole (N, S) of the magnet ( 45 ) is trained.

Sensor device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the torque sensor device ( 100 ) at least one sensor element ( 52 ), wherein the sensor element ( 52 ) of the torque sensor device ( 100 ) and the receiving element ( 53 ) of the incremental sensor device ( 40 ) on a common printed circuit board ( 50 ) are arranged.

Sensor device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the printed circuit board ( 50 ) parallel to the levels ( 42 . 43 ) is arranged.

Sensor device ( 1 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the printed circuit board ( 50 ) off-center between the levels ( 42 . 43 ) is arranged and the sensor element ( 52 ) of the torque sensor device ( 100 ) axially midway between the planes ( 42 . 43 ) is arranged.

Sensor device ( 1 ) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the receiving element ( 53 ) of the incremental sensor device ( 40 ) on a sensor element ( 52 ) of the torque sensor device ( 100 ) opposite side of the circuit board ( 50 ) is arranged.

Sensor device ( 1 ) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the receiving element ( 53 ) of the incremental sensor device ( 40 ) and the sensor element ( 52 ) of the torque sensor device ( 100 ) on one and the same side of the printed circuit board ( 50 ) are arranged.

Motor vehicle with a shaft, in particular a steering shaft, and with a sensor device ( 1 ) according to any one of the preceding claims.