Patent DE-102015117064-B4 (DE)
Title: Positionsdetektor
Inventor: MEHNERT WALTER
IPC: G01B7/00
Filed: 2015-10-07
Granted: 2023-06-07
Abstract: Absoluter Positionssensor aufweisend:
 einen Zählsensor zur Zählung der Anzahl von Umdrehungen oder linearen Versetzungen eines Gegenstandes; und
 einen Mikrocontroller;
 wobei der Zählsensor aufweist:
 einen Positionsdetektor; und
 einen Datenspeicher zur Speicherung eines Wertes, der die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen angibt;
 wobei der Positionsdetektor aufweist:
 ein Wiegandmodul, das aus einem Wieganddraht mit einer den Wieganddraht umschließenden Spule aufgebaut ist;
 ein Messsubstrat, das eine Messebene definiert und auf dem ein erstes Hallelement und ein zweites Hallelement angeordnet sind, wobei die Hallelemente auf dem Messsubstrat derart angeordnet sind, dass deren magnetfeldempfindlichen Flächen sich in der Messebene erstrecken;
 eine das erste und zweite Hallelement aufweisende Verarbeitungselektronik, die eingerichtet ist, ein von dem ersten Hallelement ausgegebenes Ausgangssignal und ein von dem zweiten Hallelement ausgegebenes Ausgangssignal auszuwerten; und
 eine Permanentmagnetanordnung, die relativ zu dem Wiegandmodul und dem ersten und zweiten Hallelement in einer Richtung sowie einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegbar ist; wobei
 bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung die Spule des Wiegandmoduls einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich ein Nordpol oder ein Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer ersten Position befindet, und bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung die Spule des Wiegandmoduls den Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer zweiten von der ersten unterschiedlichen Position befindet, 
 in einem autonomen Modus, in dem der Positionsdetektor nicht mit Fremdenergie versorgt wird, das erste und zweite Hallelement und die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt werden, die von dem Wiegandmodul geliefert wird, und das erste Hallelement und das zweite Hallelement derart angeordnet sind, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelements und des Ausgangssignals des zweiten Hallelements zumindest redundante Informationen darüber erhält, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt;
 wobei das erste Hallelement und das zweite Hallelement derart angeordnet sind, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Spannungsimpulses, des Ausgangssignals des ersten Hallelements und des Ausgangssignals des zweiten Hallelements redundante Informationen darüber erhält, ob sich der Nord- oder Südpol an der ersten oder zweiten Position befindet und ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt;
 wobei der Positionsdetektor weiterhin aufweist:
 ein drittes auf dem Messsubstrat angeordnetes Hallelement, das zu dem ersten Hallelement derart antiseriell verschaltet ist, dass deren eine Magnetfeldstärke angebenden Ausgangssignale zu einem Summensignal addiert werden, wobei das erste und dritte Hallelement derart angeordnet sind, dass, wenn sich der Nordpol in dem autonomen Modus nach Feststellen des Spannungsimpulses an der ersten Position befindet, das Ausgangssignal des ersten Hallelements dem Nordpol und das Ausgangssignal des dritten Hallelements dem Südpol entspricht; und
 ein viertes auf dem Messsubstrat angeordnetes Hallelement, das zu dem zweiten Hallelement derart antiseriell verschaltet ist, dass deren eine Magnetfeldstärke angebenden Ausgangssignale zu einem Summensignal addiert werden, wobei das zweite und vierte Hallelement derart angeordnet sind, dass, wenn sich der Nordpol in dem autonomen Modus nach Feststellen des Spannungsimpulses an der zweiten Position befindet, das Ausgangssignal des zweiten Hallelements dem Nordpol und das Ausgangssignal des vierten Hallelements dem Südpol entspricht; 
 wobei die Permanentmagnetanordnung eingerichtet ist, an dem Gegenstand derart angeordnet zu werden, dass die Permanentmagnetanordnung die Umdrehungen oder linearen Versetzungen zusammen mit dem Gegenstand durchführt;
 wobei die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet ist, auf Basis der redundanten Informationen, die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes zu zählen und den entsprechenden Wert in dem Datenspeicher abzuspeichern;
 wobei in dem nicht-autonomen Modus die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet ist, die Ausgangssignale des ersten bis vierten Hallelementes an den Mikrocontroller auszugeben, der dazu eingerichtet ist, auf Basis der Ausgangssignale der vier Hallelemente einen Grad der Umdrehung, insbesondere eine Winkelstellung, oder einen Grad der linearen Versetzung, insbesondere eine die Versetzung angebende Strecke, jeweils bezüglich einer Referenzstellung des Gegenstandes, auf Basis der Ausgangssignale der Hallelemente zu ermitteln.