Positionsmesssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem, aufweisend einen Permanentmagneten und einen sich entlang einer seitlich neben dem Permanentmagneten entlang desselben verlaufenden Messstrecke bewegbar angeordneten Magnetfeldsensor, um anhand einer mittels des Magnetfeldsensors bestimmten Richtung des Magnetfeldes eine Position des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke bestimmen zu können.

Bei einem derartigen Positionsmesssystem kann z. B. die Bestimmung der Position des Magnetfeldsensors bzw. einer mit dem Magnetfeldsensor versehenen Komponente entlang einer geradlinig verlaufend vorgesehenen Messstrecke vorgesehen sein. Alternativ kann bei einer solchen Messung jedoch auch z. B. eine gekrümmt verlaufende Messstrecke vorgesehen sein, z. B. eine kreisbogenförmig gekrümmte Messstrecke.

Die Funktion eines derartigen "magnetischen" Positionsmesssystems beruht auf der Ausnutzung des Umstands, dass das Magnetfeld eines Permanentmagneten ortsabhängig ist und somit eine für einen bestimmten Ort mittels eines Magnetfeldsensors bestimmte Richtung des Magnetfeldes eine für die entsprechende Position (des Magnetfeldsensors relativ zum Permanentmagneten) repräsentative Größe darstellt bzw. anhand des Ergebnisses einer Messung der Richtung des Magnetfeldes auf diese Position geschlossen werden kann. Es versteht sich, dass die Position, die Bewegbarkeit und die Bewegung des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke hierbei und auch im Rahmen der Erfindung als Relativposition bzw. Relativbewegbarkeit bzw. Relativbewegung des Magnetfeldsensors relativ zum Permanentmagneten zu verstehen sind.

Derartige gattungsgemäße Positionsmesssysteme sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sei hierzu auf die Veröffentlichungen EP 0 979 988 B1 , DE 199 10 636 A1 , EP 1 989 505 B1 und WO 2011/135063 A2 verwiesen.

Nachteilig ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Positionsmesssystemen eine mehr oder weniger große Anfälligkeit für eine Beeinträchtigung des Messergebnisses durch etwaig in der Installationsumgebung des Systems auftretende magnetische Störfelder. Darüber hinaus besteht ein Nachteil bekannter Systeme oftmals darin, dass aufgrund von prinzipiell vorgegebenen Eigenschaften eines Magnetfeldes die Abhängigkeit des Magnetfeldes des Permanentmagneten von der Position des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke durch die Konstruktion (z. B. durch Formgestaltung und Magnetisierung des Permanentmagneten, und Verlauf der Messstrecke relativ zum Permanentmagneten) zwar beeinflusst werden kann, jedoch nicht völlig beliebig vorgegeben werden kann. Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme liegt in der Toleranzempfindlichkeit der Messung gegenüber mechanischen Toleranzen wie z. B. Fertigungs- und Montagetoleranzen sowie mechanischem Spiel. Insbesondere spielbedingte Positionsänderungen des Magnetfeldsensors quer zur Richtung des zu messenden Magnetfeldes bewirken eine erhebliche Messunsicherheit.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Positionsmesssystem der eingangs genannten Art die vorstehend erläuterten Nachteile zu beseitigen oder zumindest abzumildern. Insbesondere soll mit der Erfindung ein Positionsmesssystem der eingangs genannten Art ermöglicht werden, dass weniger störanfällig ist, und bei dem die Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke flexibler vorgegeben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Positionsmesssystem nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Positionsmesssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es ferner (wenigstens) ein ferromagnetisches Flussleitstück aufweist, das sich unterhalb oder überhalb der Messstrecke plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke und wenigstens einem Teil der Messstrecke folgend und andererseits in seitlicher Richtung (Lateralrichtung) erstreckt.

Vorteilhaft können mit der Erfindung durch das (wenigstens eine) ferromagnetische Flussleitstück etwaig auftretende magnetische Störfelder zumindest teilweise abgeschirmt werden. Daher ist der Einfluss von Störfeldern auf das Messergebnis verringert. Die Abschirmwirkung hängt hierbei von der räumlichen Anordnung und Ausdehnung des ferromagnetischen Materials ab und lässt sich somit vorteilhaft durch die Konstruktion dem konkreten Anwendungsfall anpassen. Als besonders günstig erweist sich die Abschirmwirkung, wenn unterhalb und überhalb der Messstrecke sich erstreckende ferromagnetische Flussleitstücke angebracht sind. Die hier bei der Beschreibung des Positionsmesssystems zur Definition relativer räumlicher Anordnungen und räumlicher Richtungen verwendeten Begriffe wie z. B. "unterhalb", "unten", "Oberhalb", "oben", "vertikal", "seitlich" bzw. "lateral", "horizontal" dienen lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung des Positionsmesssystems. Die Begriffe definieren gewissermaßen ein räumliches Koordinatensystem des Positionsmesssystems als solchem, wurden jedoch insofern willkürlich gewählt, als letztlich erst in Verwendungssituation des Positionsmesssystems z. B. bestimmt wird, wo oben und wo unten ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das (wenigstens eine) ferromagnetische Flussleitstück eine gezielte Beeinflussung und somit Modifikation der Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten von der Position des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke realisiert werden kann. Die Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors kann bei der Erfindung nicht nur durch die Formgestaltung und Magnetisierung des Permanentmagneten sowie den Verlauf der Messstrecke relativ zum Permanentmagneten beeinflusst werden, sondern vorteilhaft zusätzlich durch die konkrete Anordnung und Formgestaltung des oder der Flussleitstücke.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass viele Anordnungen und Formgestaltungen des oder der Flussleitstücke existieren und somit eingesetzt werden können, mit denen gleichzeitig sowohl eine große Abschirmwirkung gegenüber Störfeldern als auch eine vorteilhafte Modifikation der die Messsystemcharakteristik mitbestimmenden Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors erzielt werden können.

Insbesondere kann z. B. jegliche Art von Linearisierung der genannten Abhängigkeit bzw. der Messsystemcharakteristik eine solche vorteilhafte Modifikation darstellen. Linearisierung bedeutet hierbei, dass der Zusammenhang zwischen einerseits der Richtung des Magnetfeldes (bzw. des entsprechenden Sensorsignals), und andererseits der zu bestimmenden Position exakter durch eine relativ einfache mathematische Funktion, insbesondere lineare Funktion, beschreibbar ist, als dies ohne den erfindungsgemäßen Einsatz eines oder mehrerer Flussleitstücke der Fall wäre.

Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine hinsichtlich etwaiger Toleranzen relativ unempfindliche Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors erzielt werden kann. Beispielsweise kann mit der Erfindung durch eine Homogenisierung des Magnetfeldes im Bereich der Messstrecke z. B. mechanisches Spiel des Magnetfeldsensors hinsichtlich dessen Anordnung auf der Messstrecke und/oder bei dessen Führung entlang der Messstrecke vorteilhaft ausgeglichen werden.

Die Messstrecke verläuft seitlich neben dem (wenigstens einen) Permanentmagneten entlang des Permanentmagneten. In einer Ausführungsform ist die Messstrecke geradlinig verlaufend vorgesehen. Alternativ kann jedoch auch eine nicht-geradlinig verlaufende Messstrecke vorgesehen sein, insbesondere z. B. eine gekrümmt verlaufende Messstrecke, z. B. eine kreisbogenförmig gekrümmte Messstrecke. Eine gekrümmt verlaufende Messstrecke kann z. B. einem Bogenwinkel von mindestens 20°, insbesondere mindestens 40° und/oder maximal 180°, insbesondere maximal 120°, entsprechen. Der Verlauf der Messstrecke kann hierbei insbesondere z. B. parallel (d. h. mit einem vorgegebenen einheitlichen Abstand in Lateralrichtung des Positionsmesssystems) zu einem Verlauf eines insbesondere z. B. langgestreckt form gestalteten Permanentmagneten vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform behält der Magnetfeldsensor bei dessen Bewegung entlang der Messstrecke (d. h. relativ zum Permanentmagneten) seine Orientierung bezüglich der (lokalen) Orientierung des Messstrecke.

In einer weiter unten noch detaillierter beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Permanentmagnet als ein ringförmig geschlossen verlaufender Körper ausgebildet. In diesem Fall kann auch die Messstrecke ringförmig geschlossen seitlich neben dem Permanentmagneten entlang des Permanentmagneten verlaufen. Insbesondere können hierbei kreisbogenförmig gekrümmte, geschlossene, konzentrische Verläufe des Permanentmagneten und der Messstrecke vorgesehen sein, so dass der Verlauf der Messstrecke einem Bogenwinkel von 360° entspricht.

Im Rahmen der Erfindung soll nicht ausgeschlossen sein, dass mehrere Permanentmagneten vorgesehen sind, insbesondere z. B. wenigstens zwei Permanentmagneten, wobei der Magnetfeldsensor z. B. entlang einer seitlich neben beiden Permanentmagneten (also in Lateralrichtung betrachtet zwischen den beiden Permanentmagneten) entlang beider Permanentmagneten verlaufenden Messstrecke bewegbar angeordnet sein kann. Im Rahmen der Erfindung soll nicht ausgeschlossen sein, dass mehrere Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, insbesondere z. B. wenigstens zwei Magnetfeldsensoren, die beide entlang der seitlich neben dem (wenigstens einen) Permanentmagneten entlang desselben verlaufenden Messstrecke bewegbar angeordnet sind, jedoch im Verlauf der Messstrecke versetzt zueinander. In diesem Fall kann eine Bestimmung einer Position entlang der Messstrecke unter Verwendung der mehreren (von mehreren Magnetfeldsensoren gemessenen) Magnetfelder realisiert werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Permanentmagnet aus einem Stück eines hartmagnetischen Materials gebildet, insbesondere z. B. einer Legierung enthaltend Eisen (z. B. Ferrit) und z. B. Kobalt und/oder Nickel. Alternativ kann der Permanentmagnet z. B. aus einem Verbundmaterial gebildet sein, wie z. B. einer Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten Partikeln aus magnetischem Material. Letztere Magneten können z. B. durch Pressen oder Spritzen hergestellt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet als ein langgestrecktes Profil ausgebildet ist.

In diesem Fall besitzt der Permanentmagnet einen über dessen Länge (Verlauf) einheitlichen Querschnitt (Profilquerschnitt). Der Profilquerschnitt kann hierbei insbesondere z. B. eine rechteckige, z. B. etwa quadratische, oder z. B. eine etwa trapezförmige Form besitzen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Profilachse des Profils geradlinig verläuft. In diesem Fall kann der Permanentmagnet also z. B. eine prismatische, z. B. quaderförmige Form besitzen.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Profilachse des Profils gekrümmt verläuft. Beispielsweise kann eine kreisbogenförmig gekrümmte Profilachse vorgesehen sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet als ein langgestrecktes Profil ausgebildet ist und die seitlich neben dem Permanentmagneten entlang desselben verlaufende Messstrecke parallel zu einer Profilachse des Profils verläuft. Der Begriff "parallel" soll in diesem Zusammenhang unabhängig davon zu verstehen sein, ob die Profilachse und die Messstrecke beide geradlinig verlaufen oder beide gekrümmt verlaufen.

Insbesondere kann hierbei also vorgesehen sein, dass die Profilachse und die Messstrecke beide geradlinig, seitlich voneinander beabstandet parallel zueinander verlaufen, oder dass die Profilachse und die Messstrecke z. B. mit jeweiligen Krümmungen, seitlich voneinander beabstandet, parallel zueinander verlaufen (beispielsweise auf jeweiligen Kreisbögen von zwei konzentrischen Kreisen).

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet als ein langgestreckter Körper mit einem über dessen Länge (Verlauf) variierenden Querschnitt ausgebildet ist.

Der Begriff "Querschnitt" ist so zu verstehen, dass der Querschnitt sowohl durch dessen Form (Querschnittsform) als auch dessen Größe

(Querschnittsflächeninhalt) bestimmt ist. Insofern kann sich ein über die Länge des Permanentmagneten variierender Querschnitt aufgrund einer Variation der Querschnittsform und/oder einer Variation des Querschnittsflächeninhalts ergeben.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet als ein langgestreckter Körper mit einem über dessen Länge einheitlichen (nicht variierenden) Querschnittsflächeninhalt ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet als ein langgestreckter Körper mit einer über dessen Länge variierenden Querschnittsform ausgebildet ist. Hierzu kann insbesondere z. B. vorgesehen sein, dass der Querschnitt die Form eines Vierecks (z. B. Form eines Trapezes) besitzt, bei welchem über die Länge des Permanentmagneten die Orientierung einer der Messstrecke zugewandte Seite des Vierecks variiert.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die genannte Seite des Vierecks an einer mittleren Stelle im Verlauf der Länge des Permanentmagneten vertikal verläuft (und der Querschnitt dort z. B. wenigstens annähernd rechteckig ist), jedoch mit zunehmendem Abstand von der mittleren Stelle zunehmend schräg (bezüglich der Vertikalen) verläuft. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die genannte Seite des Vierecks in einem Winkel bezüglich der Vertikalen verläuft, der im Verlauf der Länge des Permanentmagneten monoton, insbesondere streng monoton, insbesondere proportional zur Position im Verlauf dieser Länge variiert. In einer bevorzugten Weiterbildung variiert der Winkel bezüglich der Vertikalen hierbei insgesamt (über die volle Länge des Permanentmagneten) um einen Winkelbetrag von mindestens 10°, insbesondere mindestens 30° oder mindestens 60°. Andererseits ist es in vielen Fällen vorteilhaft, wenn dieser Winkelbetrag maximal 120°, insbesondere maximal 90° beträgt. Insbesondere kann auch hierbei vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Permanentmagneten einen über die Länge desselben einheitlichen (nicht variierenden) Querschnittsflächeninhalt besitzt. In einer Ausführungsform ist das genannte Viereck ein Trapez, bei dem zwei zueinander parallele Trapezseiten wenigstens annähernd in Lateralrichtung des Positionsmesssystems verlaufen und eine der Messstrecke abgewandte Trapezseite wenigstens annähernd in Vertikalrichtung des Positionsmesssystems verläuft.

In einer Ausführungsform ist der Permanentmagnet als ein ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossen verlaufender Körper ausgebildet, wobei die Messstrecke z. B. ebenfalls ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossen radial außerhalb des Permanentmagneten verlaufen kann.

Auch in diesem Fall können vorteilhaft die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen des Permanentmagneten vorgesehen werden, wobei hinsichtlich der Begrifflichkeiten zu beachten ist: "entlang der Länge (des Permanentmagneten)" bedeutet dann "entlang des Umfangs", und "eine volle Länge (des Permanentmagneten)" bedeutet dann "einen vollen 360°-Umfang/Umlauf". Außerdem ist folgende Restriktion zu beachten: Ein Querschnitt an einer bestimmten Stelle muss nach Fortschreiten entlang des Umfangs (spätestens) alle 360° reproduziert werden. Bei der Ausgestaltung des Permanentmagneten als ein Profil ist das zwar immer der Fall, bei einer Ausgestaltung mit einem über die Länge (Verlauf, d. h. hier 360°-Umlauf) variierenden Querschnitt stellt dies jedoch eine Restriktion dar.

Unter Berücksichtigung dieser Restriktion bedarf bei einem ringförmig geschlossen verlaufenden Permanentmagneten die vorstehend beschriebene Ausgestaltung, bei der "die genannte Seite des Vierecks an einer mittleren Stelle im Verlauf der Länge des Permanentmagneten vertikal verläuft (und der Querschnitt dort z. B. wenigstens annähernd rechteckig ist), jedoch mit zunehmendem Abstand von der mittleren Stelle zunehmend schräg (bezüglich der Vertikalen) verläuft", einer Modifikation. Bei Ausgestaltung mit einem über den 360°-Umlauf variierenden Querschnitt ist gemäß einer modifizierten Ausgestaltung vorgesehen, dass die genannte Seite des Vierecks an (wenigstens) einer bestimmten ersten Stelle im Verlauf des Permanentmagneten vertikal verläuft (und der Querschnitt dort z. B. wenigstens annähernd rechteckig ist) und mit zunehmendem Abstand von dieser ersten Stelle bis hin zu (wenigstens) einer zweiten Stelle zunehmend schräg (bezüglich der Vertikalen) verläuft, wobei jedoch nach Überschreiten jeder solchen zweiten Stelle die Viereckseite wieder abnehmend schräg (bezüglich der Vertikalen) verläuft.

Ferner bedarf unter Berücksichtigung der Restriktion bei einem ringförmig geschlossen verlaufenden Permanentmagneten die vorstehend beschriebene Ausgestaltung einer Modifikation, bei der "die genannte Seite des Vierecks in einem Winkel bezüglich der Vertikalen verläuft, der im Verlauf der Länge des Permanentmagneten monoton, insbesondere streng monoton, insbesondere proportional zur Position im Verlauf dieser Länge variiert", wobei in einer bevorzugten Weiterbildung "der Winkel bezüglich der Vertikalen hierbei insgesamt (über die volle Länge des Permanentmagneten) um einen Winkelbetrag von mindestens 10°, insbesondere mindestens 30° oder mindestens 60° variiert". Bei Ausgestaltung mit einem über den 360°-Umlauf variierenden Querschnitt ist gemäß einer modifizierten Ausgestaltung vorgesehen, dass die genannte Seite des Vierecks in einem Winkel bezüglich der Vertikalen verläuft, der im Verlauf des Umfangs des Permanentmagneten abschnittweise monoton, insbesondere streng monoton, insbesondere proportional zur Position im Verlauf dieses Umfangs variiert, wobei wenigstens ein Abschnitt des Umfangs mit monotoner Zunahme und wenigstens ein Abschnitt des Umfangs mit monotoner Abnahme vorgesehen ist, wobei in einer bevorzugten Weiterbildung der Winkel bezüglich der Vertikalen über den vollen Umfang des Permanentmagneten und/oder jeden der genannten Abschnitte um einen Winkelbetrag von mindestens 10° , insbesondere mindestens 30° oder mindestens 60° variiert (und z. B. um maximal 120°, insbesondere um maximal 90°, variiert).

Hinsichtlich der Magnetisierung des Permanentmagneten gibt es verschiedene Möglichkeiten.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet homogen magnetisiert ist, wobei in diesem Fall der Permanentmagnet beispielsweise als ein langgestrecktes Profil ausgebildet und insbesondere orthogonal zu einer Profilachse des Profils magnetisiert sein kann (z. B. vertikal).

Im Falle einer homogenen Magnetisierung des Permanentmagneten ist bevorzugt eine zumindest annähernd orthogonal zu einem Verlauf des Permanentmagneten orientierte Magnetisierungsrichtung vorgesehen, insbesondere z. B. eine zumindest annähernd vertikal orientierte Magnetisierungsrichtung.

Eine homogene Magnetisierung in Richtung der Profilachse des Profils, oder allgemein in Richtung der Länge des Permanentmagneten, soll im Rahmen der Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen sein.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform mit homogener Magnetisierung ist vorgesehen, dass die Anordnung und/oder Formgestaltung des oder der Flussleitstücke über die Länge des Permanentmagneten betrachtet derart ungleichmäßig ist, dass dadurch die Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke und somit die Messsystemcharakteristik nennenswert modifiziert wird, oder dass dadurch diese Abhängigkeit sogar erst hervorgerufen wird. Hierzu zwei Ausführungsbeispiele:

1. Beispiel: Bei einem Permanentmagneten, der als ein langgestrecktes (z. B. geradlinig) verlaufendes Profil ausgebildet und homogen in Richtung seiner Profilachse magnetisiert ist, ergibt sich entlang einer parallel zur Profilachse verlaufenden Messstrecke eine qualitativ relativ komplizierte und quantitativ relativ schwache Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke. Mit dem Einsatz eines oder mehrerer über die Länge des Permanentmagneten betrachtet ungleichmäßiger Flussleitstücke lässt sich die Abhängigkeit jedoch vorteilhaft sowohl qualitativ (z. B. Linearisierung) als auch quantitativ (z. B. Vergrößerung eines "Hubs" der vom Magnetfeldsensor gemessenen Größe(n)) modifizieren bzw. verbessern.

2. Beispiel: Bei einem Permanentmagneten, der als ein langgestrecktes (z. B. geradlinig) verlaufendes Profil ausgebildet und homogen orthogonal zu seiner Profilachse (z. B. vertikal) magnetisiert ist, ergibt sich entlang einer seitlich neben dem Permanentmagneten entlang desselben parallel zur Profilachse verlaufenden Messstrecke überhaupt keine Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke (abgesehen von "Randeffekten" an den Enden einer bis an die beiden Enden des Permanentmagneten heranreichenden Messstrecke). Mit dem Einsatz eines oder mehrerer über die Länge des Permanentmagneten betrachtet ungleichmäßiger Flussleitstücke lässt sich eine solche Abhängigkeit jedoch vorteilhaft hervorrufen und sogar qualitativ in einem gewissen Ausmaß in gewünschter Weise einstellen.

Gemäß einer spezielleren Ausführungsform ist der Permanentmagnet homogen mit einer im Wesentlichen orthogonal zu einem Verlauf des Permanentmagneten orientierten Magnetisierungsrichtung magnetisiert, insbesondere mit einer im Wesentlichen vertikal orientierten Magnetisierungsrichtung, wobei ein unteres und ein oberes Flussleitstück vorgesehen sind, die sich im gesamten Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet jeweils bis hin zum Permanentmagneten erstrecken und jeweils am Permanentmagneten anliegen (und z. B. bündig mit dem Permanentmagneten abschließen), und die sich jeweils an einer Stelle im Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet bis hin zur Messstrecke oder über die Messstrecke hinaus erstrecken und über wenigstens einen Teil des Verlaufs der Messstrecke eine variierende seitliche Erstreckung besitzen. Die Konturen (von oben oder unten betrachtet) der beiden Flussleitstücke können hierbei insbesondere z. B. spiegelbildlich zueinander verlaufen, bezogen auf eine in einem mittleren Bereich der Messstrecke vertikal sich erstreckende Spiegelebene. Eine Längsmittellinie des Permanentmagneten kann hierbei geradlinig oder gekrümmt verlaufen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet inhomogen magnetisiert ist, wobei auch in diesem Fall der Permanentmagnet beispielsweise als ein langgestrecktes Profil ausgebildet sein kann, und wobei insbesondere z. B. eine "wendelförmig" entlang einer Profilachse des Profils, oder allgemeiner entlang der Länge des Permanentmagneten, variierende Magnetisierung vorgesehen sein kann.

Eine solche wendelförmige Variation kann insbesondere derart vorgesehen sein, dass eine (lokale) Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen ausschließlich von der Position entlang der Profilachse des Profils (allgemein: entlang der Länge des Permanentmagneten) abhängt.

Im Falle einer inhomogenen Magnetisierung des Permanentmagneten ist bevorzugt eine zumindest annähernd orthogonal zu einem Verlauf des Permanentmagneten orientierte und im Verlauf des Permanentmagneten variierende Magnetisierungsrichtung vorgesehen.

In einer Weiterbildung der Ausführungsform mit inhomogener Magnetisierung ist vorgesehen, dass die Anordnung und Formgestaltung des oder der Flussleitstücke über die Länge des Permanentmagneten betrachtet gleichmäßig ist. Zu diesem Zweck kann das Flussleitstück bzw. z. B. jedes von zwei unterhalb bzw. überhalb der Messstrecke angeordneten Flussleitstücken jeweils als eine Platte formgestaltet sein, die sich unterhalb oder überhalb der Messstrecke einerseits in Richtung der Messstrecke und hierbei der Messstrecke über deren gesamte Länge folgend und andererseits in seitlicher Richtung mit konstanter Erstreckung (z. B. Plattenbreite) erstreckt. In diesem Fall ergibt sich keine nennenswerte qualitative Änderung der Messsystemcharakteristik, die im Wesentlichen bereits durch die inhomogene (z. B. wendelförmige) Magnetisierung vorgegeben sein kann. Jedoch ergibt sich vorteilhaft eine hohe Abschirmwirkung hinsichtlich Störfeldern, und ferner kann vorteilhaft eine gewisse quantitative Modifikation der Messsystemcharakteristik durch Verstärkung und Homogenisierung des Magnetfeldes im Bereich der Messstrecke erzielt werden.

In einer anderen Weiterbildung der Ausführungsform mit inhomogener Magnetisierung ist vorgesehen, dass die Anordnung und/oder Formgestaltung des oder der Flussleitstücke über die Länge des Permanentmagneten betrachtet ungleichmäßig ist, um durch eine damit bewerkstelligte Modifikation der Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors entlang der Messstrecke die Messsystemcharakteristik in einer gewünschten Weise zu modifizieren (z. B. Linearisierung).

Hierzu ein Ausführungsbeispiel: Bei einem Permanentmagneten, der als ein langgestrecktes (z. B. geradlinig) verlaufendes Profil ausgebildet und inhomogen, orthogonal zu seiner Profilachse "wendelförmig" magnetisiert ist, ergibt sich entlang einer parallel zur Profilachse verlaufenden Messstrecke bereits eine qualitativ einfache und quantitativ relativ starke Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke. Der erfindungsgemäße Einsatz eines oder mehrerer Flussleitstücke kann dann z. B. in erster Linie zur Störfeldabschirmung dienen. Dennoch kann auch in diesem Beispiel durch eine gezielt eingesetzte Ungleichmäßigkeit von Anordnung und/oder Formgestaltung des oder der Flussleitstücke über die Länge des Permanentmagneten betrachtet die Messsystemcharakteristik vorteilhaft modifiziert (z. B. linearisiert) werden. Zu diesem Zweck kann das Flussleitstück bzw. z. B. jedes von zwei unterhalb bzw. überhalb der Messstrecke angeordneten Flussleitstücken jeweils als eine Platte formgestaltet sein, die sich unterhalb oder überhalb der Messstrecke einerseits in Richtung der Messstrecke und hierbei der Messstrecke z. B. über deren gesamte Länge folgend und andererseits in seitlicher Richtung mit ungleichmäßiger Erstreckung (z. B. Plattenbreite) erstreckt.

Gemäß einer spezielleren Ausführungsform ist der Permanentmagnet inhomogen mit einer im Wesentlichen orthogonal zu einem Verlauf des Permanentmagneten orientierten und im Verlauf des Permanentmagneten variierenden Magnetisierungsrichtung magnetisiert, wobei ein unteres und ein oberes Flussleitstück vorgesehen sind, die sich im gesamten Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet jeweils einerseits bis hin zum Permanentmagneten erstrecken und am Permanentmagneten anliegen und sich jeweils andererseits bis hin zur Messstrecke oder über die Messstrecke hinaus erstrecken. Der Permanentmagnet kann hierbei z. B. als ein langgestreckter Körper mit einem über dessen Länge variierenden Querschnitt ausgebildet sein, insbesondere wobei der Querschnitt die Form eines Vierecks besitzt, bei welchem über die Länge des Permanentmagneten die Orientierung einer der Messstrecke zugewandten Seite des Vierecks variiert. Insbesondere kann die im Verlauf des Permanentmagneten variierende Magnetisierungsrichtung als eine ("wendelförmige") Verdrehung der Magnetisierungsrichtung vorgesehen sein, wobei sich über den gesamten Verlauf des Permanentmagneten z. B. ein Verdrehwinkel ergeben kann, der mindestens 10°, insbesondere mindestens 20° beträgt. Andererseits ist es in vielen Fällen ausreichend, wenn dieser Verdrehwinkel maximal 120°, insbesondere maximal 90° beträgt. Eine Längsmittellinie des Permanentmagneten kann hierbei geradlinig oder gekrümmt verlaufen.

Wie bereits erwähnt kann der Permanentmagnet im Rahmen der Erfindung als ein ringförmig geschlossen verlaufender Körper (z. B. Profil) ausgebildet sein. Auch in diesem Fall können vorteilhaft die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit homogener oder inhomogener Magnetisierung vorgesehen werden, wenn hinsichtlich der Begrifflichkeiten beachtet wird, dass "entlang der Länge (des Permanentmagneten)" dann "entlang des Umfangs" bedeutet, und "eine volle Länge (des Permanentmagneten)" dann z. B. "einen vollen 360°-Umfang/Umlauf" bedeuten kann, und die Restriktion beachtet wird, dass eine Magnetisierung (in Betrag und Richtung) an einer bestimmten Stelle nach Fortschreiten entlang des Umfangs (spätestens) alle 360° reproduziert werden muss. Der Begriff "in seitlicher Richtung" ist dann zu verstehen als "in radialer Richtung". In einer Ausführungsform ist entlang des Umfangs eine periodisch sich ändernde Magnetisierungsrichtung vorgesehen, wobei über den vollen Umfang (360°) betrachtet nur eine Periode oder aber mehrere Perioden (z. B. 2, 3, 4 oder mehr Perioden) eines Umfangswinkel-abhängigen Verlaufs der Magnetisierungsrichtung vorgesehen sein können.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Positionsmesssystem (wenigstens) ein unteres ferromagnetisches Flussleitstück auf, das sich unterhalb der Messstrecke plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke und wenigstens einem Teil der Messstrecke folgend und andererseits in seitlicher Richtung erstreckt, und weist das Positionsmesssystem (wenigstens) ein oberes ferromagnetisches Flussleitstück auf, das sich überhalb der Messstrecke plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke und wenigstens einem Teil der Messstrecke folgend und andererseits in seitlicher Richtung erstreckt.

Bei der Beschreibung von besonderen Details oder Ausführungsformen betreffend die Gestaltung eines bzw. des Flussleitstücks kann diese Beschreibung im Falle des Vorhandenseins mehrerer Flussleitstücke, beispielsweise eines unteren und eines oberen Flussleitstücks wie vorstehend erwähnt, auf eines oder mehrere oder alle dieser vorhandenen Flussleitstücke bezogen werden.

In einer Ausführungsform ist das Flussleitstück aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung, gebildet.

Bei dem Material des Flussleitstücks kann es sich insbesondere z. B. um Eisen oder eine Metalllegierung enthaltend Eisen (z. B. Eisennickellegierung) handeln.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flussleitstück als ein massives Blech ("Flussleitblech") ausgebildet ist, insbesondere als ein Blech mit einheitlicher Dicke. Geeignete Bleche können z. B. als Stanzblech ausgebildet bzw. gefertigt sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt eine Dicke (bzw. eine über eine Blechfläche gemittelte Dicke) mindestens das 0,05-fache, insbesondere mindestens das 0,1 -fache einer (ggf. maximalen) Erstreckung des Permanentmagneten in Vertikalrichtung, und/oder beträgt diese Dicke maximal das 0,5-fache, insbesondere maximal das 0,4-fache dieser Erstreckung.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flussleitstück die Form einer ebenen Platte besitzt, wobei eine Plattenebene sich einerseits zumindest annähernd parallel zur Messstrecke (unterhalb oder überhalb derselben) und andererseits in seitlicher Richtung, insbesondere zumindest annähernd in horizontaler Richtung, erstrecken kann.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flussleitstück sich an wenigstens einer Stelle im Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet bis hin zum Permanentmagneten erstreckt (z. B. horizontal erstreckt), insbesondere am Permanentmagneten anliegt. So kann z. B. ein unterhalb der Messstrecke angeordnetes Flussleitstück mit einem stirnseitigen Rand oder mit einem Teil seiner oberen Flachseite am Permanentmagneten anliegen, wohingegen ein überhalb der Messstrecke angeordnetes Flussleitstück mit einem stirnseitigen Rand oder mit einem Teil seiner unteren Flachseite am Permanentmagneten anliegen kann.

Bevorzugt ist eine flächige Anlage des (sich plattenförmig erstreckenden) Flussleitstücks an einer entsprechenden Anlagefläche des Permanentmagneten vorgesehen. Die Anlagefläche kann z. B. als eine ebene Fläche ausgestaltet sein. Die Anlagefläche kann z. B. eine untere oder eine obere Abschlussfläche des Permanentmagneten darstellen, wobei in diesem Fall bevorzugt ist, dass das betreffende Flussleitstück vollflächig an dieser Anlagefläche anliegt. Die Anlagefläche kann z. B. horizontal orientiert sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Flussleitstück sich an wenigstens einer Stelle im Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet bis hin zur Messstrecke oder über die Messstrecke hinaus erstreckt.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flussleitstück sich über den gesamten Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet bis hin zur Messstrecke oder über die Messstrecke hinaus erstreckt. Im Falle einer geradlinig verlaufenden Messstrecke kann hierfür z. B. ein Flussleitstück mit einer rechteckigen Kontur vorgesehen sein. Im Falle einer ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossen verlaufenden Messstrecke kann hierfür z. B. ein Flussleitstück mit einer einheitlich breit ringförmigen bzw. mit einer kreisringförmigen Kontur vorgesehen sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Flussleitstück im gesamten Verlauf der Messstrecke in seitlicher Richtung betrachtet sich einerseits bis hin zum Permanentmagneten erstreckt und am Permanentmagneten anliegt und sich andererseits bis hin zur Messstrecke oder über die Messstrecke hinaus erstreckt.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Flussleitstück über wenigstens einen Teil des Verlaufs der Messstrecke eine variierende seitliche Erstreckung besitzt. Bevorzugt variiert hierbei nur die seitliche Erstreckung des dem Permanentmagneten abgewandten Teils des Flussleitstücks, wohingegen der dem Permanentmagneten zugewandte Teil des Flussleitstücks eine einheitliche seitliche Erstreckung besitzt und z. B. mit einer Stirnseite oder (bevorzugt) einem Teil der Flachseite am Permanentmagneten anliegt.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flussleitstück über den gesamten Verlauf der Messstrecke eine variierende seitliche Erstreckung besitzt. Auch in diesem Fall variiert hierbei bevorzugt nur die seitliche Erstreckung des dem Permanentmagneten abgewandten Teils des Flussleitstücks. Im Falle einer geradlinig verlaufenden Messstrecke kann hierfür z. B. ein Flussleitstück mit einer trapezförmigen Kontur vorgesehen sein.

Wie bereits erwähnt kann der Permanentmagnet im Rahmen der Erfindung als ein ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossen verlaufender Körper (z. B. Profil) ausgebildet sein. Auch dann können vorteilhaft vorstehend beschriebene Ausgestaltungen des Flussleitstücks vorgesehen werden, insbesondere z. B. auch mit (wenigstens) einem ringförmig geschlossen verlaufenden Flussleitstück. Zu beachten ist die Restriktion, dass der Querschnitt des Flussleitstücks an einer bestimmten Stelle nach Fortschreiten entlang des Umfangs (spätestens) alle 360° reproduziert werden muss. Der Begriff "in seitlicher Richtung" ist dann zu verstehen als "in radialer Richtung". Die Restriktion ist z. B. erfüllt, wenn das bzw. jedes Flussleitstück im Verlauf des Umfangs einen einheitlichen Querschnitt besitzt. Möglich sind jedoch auch Ausführungen, bei denen das Flussleitstück im Verlauf des Umfangs einen uneinheitlichen Querschnitt besitzt (insbesondere z. B. eine uneinheitliche seitliche bzw. radiale Erstreckung, z. B. auf dessen der Messstrecke zugewandten (radial äußeren) Seite). In einer Ausführungsform ist entlang des Umfangs eine periodisch sich ändernde radiale Erstreckung des Flussleitstücks vorgesehen, wobei über den vollen Umfang (360°) des Systems betrachtet nur eine Periode oder aber mehrere Perioden (z. B. 2, 3, 4 oder mehr Perioden) eines Umfangswinkel-abhängigen Verlaufs dieser radialen Erstreckung vorgesehen sein können.

Mit dem bei der Erfindung eingesetzten (wenigstens einen) Magnetfeldsensor wird das Magnetfeld am Ort des Magnetfeldsensors zur Bestimmung einer Richtung des Magnetfeldes gemessen, um basierend auf der Bestimmung dieser Richtung des Magnetfeldes die Position des Magnetfeldsensors entlang der neben dem Permanentmagneten verlaufenden Messstrecke zu bestimmen.

In einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor zur Bereitstellung (wenigstens) eines analogen Sensorsignals (z. B. Spannungssignal) ausgebildet.

In einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor zur Bereitstellung (wenigstens) eines digitalen Sensorsignals (Datensignal) ausgebildet.

Der Begriff "Magnetfeldsensor" ist im Sinne der Erfindung insofern breit zu verstehen, als es bei dieser Messung in der Regel weder erforderlich noch zweckmäßig ist, den Magnetfeldvektor am Ort des Magnetfeldsensors vollständig, d. h. hinsichtlich Betrag und Richtung, zu messen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden mittels des Magnetfeldsensors z. B. (mindestens) zwei verschiedene Magnetfeldkomponenten gemessen und daraus die Richtung des Magnetfeldes bestimmt.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetfeldsensor dazu ausgebildet ist, mindestens zwei Magnetfeldkomponenten des Magnetfeldes zu messen und ein von der Richtung des Magnetfeldes abhängiges Sensorsignal bereitzustellen. Letzteres Sensorsignal kann insbesondere z. B. repräsentativ für einen Winkel bzw. Drehwinkel sein, um den die Richtung des Magnetfeldes von einer durch den Magnetfeldsensor definierten Richtung abweicht bzw. verdreht ist. Derartige Magnetfeldsensoren sind in vielfältigen Ausführungen kommerziell erhältlich und können vorteilhaft bei der Erfindung eingesetzt werden.

In einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor als magnetoresistiver Sensor ausgebildet, z. B. als ein so genannter XMR-Sensor, also z. B. als AMR ("anisotropic magneto-resistive")-Sensor, GMR ("giant magneto-resistive")-Sensor oder TMR ("tunneling magneto-resistive")-Sensor. Alternativ kann der Magnetfeldsensor z. B. als ein Hall-Sensor wie insbesondere z. B. ein 2D-Hallsensor oder 3D-Hallsensor ausgebildet sein.

In einer spezielleren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetfeldsensor dazu ausgebildet ist, ein für einen Drehwinkel, um den die Richtung des Magnetfeldes von einer durch den Magnetfeldsensor und dessen Anordnung im Positionsmesssystem definierten Richtung verdreht ist, repräsentatives Sensorsignal (z. B. analoges Spannungssignal oder digitales Datensignal) bereitzustellen.

Bei der so definierten Richtung kann es sich insbesondere um eine Lateralrichtung des Positionsmesssystems handeln, d. h. eine horizontale Richtung orthogonal zur Richtung der Messstrecke, wobei als der zu messende Drehwinkel insbesondere z. B. der in einer Ebene orthogonal zur Richtung der Messstrecke sich ergebende Drehwinkel vorgesehen sein kann.

In einer Ausführungsform eines Magnetfeldsensors, der einen Drehwinkel des Magnetfeldes misst, ist dieser dazu ausgebildet, den Drehwinkel in einem Drehwinkelbereich von mindestens 10°, insbesondere mindestens 20° (z. B. +/- 10°) zu messen. Andererseits ist es in vielen Fällen ausreichend, wenn der messbare Drehwinkelbereich maximal 90° (z. B. +/- 45°) beträgt.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Positionsabhängigkeit eines mittels der Messung des Magnetfeldsensors bestimmten Drehwinkels des Magnetfeldes entlang der Messstrecke zumindest abschnittweise durch eine wenigstens annähernd lineare Funktion oder durch eine wenigstens annähernd sinusförmige Funktion beschreibbar ist. Bei nicht ringförmig geschlossenem Verlauf der Messtrecke ist in vielen Fällen eine wenigstens annähernd lineare Funktion bevorzugt, wohingegen bei ringförmig geschlossenem Verlauf der Messtrecke in vielen Fällen eine wenigstens annähernd sinusförmige Funktion bevorzugt ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messsystem eine Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation aufweist, die dazu ausgebildet ist, (wenigstens) ein von dem Magnetfeldsensor in Abhängigkeit von dem Magnetfeld erzeugtes Messsignal in vorbestimmter Weise zu modifizieren und somit ein modifiziertes Sensorsignal (für eine weitere Verwendung oder weitere Verarbeitung) bereitzustellen. In einer Ausführungsform wird die Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation von einer Schaltungsanordnung zur Signalverarbeitung gebildet, die einen integralen Bestandteil des Magnetfeldsensors darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation oder zumindest ein Teil einer diese bildenden Schaltungsanordnung zur Signalverarbeitung auch baulich separat vom Magnetfeldsensor vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Positionsmesssystem eine Auswerteeinrichtung (z. B. programmgesteuerte elektronische Auswerteeinrichtung) aufweisen, an welche ein von dem Magnetfeldsensor erzeugtes Sensorsignal geliefert wird, und welche dazu ausgebildet ist, die Kennlinien-Kompensation (oder zumindest einen Teil derselben) durchzuführen, um das modifizierte Sensorsignal bereitzustellen.

In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation als eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung ausgebildet, welcher (wenigstens) ein vom Magnetfeldsensor in Form eines digitalen Datensignals erzeugtes Sensorsignal zugeführt wird. Alternativ kann z. B. vorgesehen sein, dass der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung (wenigstens) ein digitales Datensignal zugeführt wird, welches durch eine Analog/Digital-Wandlung aus einem vom Magnetfeldsensor in analoger Form bereitgestellten Sensorsignal gewonnen wurde.

In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation dazu ausgebildet, eine Modifikation der Messsystemcharakteristik derart zu realisieren, dass der Zusammenhang zwischen einerseits dem Wert (analog oder digital) eines vom Magnetfeldsensor bereitgestellten Signals, wie z. B. eines für einen Drehwinkel des Magnetfeldes repräsentativen Sensorsignals, und andererseits der Position (entlang der Messstrecke) exakter durch eine relativ einfache mathematische Funktion, insbesondere eine lineare Funktion ("Linearisierung"), beschreibbar ist, als dies ohne den Einsatz der Kennlinien-Kompensation der Fall wäre.

In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation zur Durchführung einer so genannten "Multipoint-Kalibrierung" ausgebildet, bei welcher das betreffende Sensorsignal in Abhängigkeit von dem davon repräsentierten Wert (z. B. Drehwinkelwert) innerhalb des betreffenden Wertebereiches (z. B. +/- 45%) unter Verwendung einer Kompensationskurve kalibriert (modifiziert) wird, wobei diese Kompensationskurve für diesen Wertebereich durch mehrerer Stützpunkte definiert ist. Beispielsweise können in der Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation hierfür die Stützpunkte (bzw. diese repräsentierende Daten) abgespeichert sein. Im Betrieb des Positionsmesssystems kann die Einrichtung anhand der Stützpunkte oder einer damit ermittelten Kompensationskurve die entsprechende Kompensation durchführen (z. B. durch Multiplizieren des vom Sensorsignal repräsentierten Wertes mit einem sich aus der Kompensationskurve für diesen Wert ergebenden Korrekturfaktor).

Wenngleich bei der Erfindung wie bereits erwähnt durch geeignete Anordnung und Formgestaltung eines oder mehrerer Flussleitstücke bereits vorteilhaft eine gewisse Einstellung der Messsystemcharakteristik realisiert werden kann, so kann ein zusätzlicher Einsatz der beschriebenen Kennlinien-Kompensation vorteilhaft diese Einstellung hinsichtlich ihrer Genauigkeit weiter verbessern und/oder weitere Freiheitsgrade der Einsteilbarkeit ermöglichen.

In einer diesbezüglich in vielen Fällen ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform ist eine Verkippung eines Verlaufes der Messstrecke bezüglich eines (horizontalen) Verlaufes des Permanentmagneten und/oder eines oder mehrerer Flussleitstücke vorgesehen, derart, dass sich die (vertikalen) Positionen der beiden Enden der Messstrecke nennenswert voneinander unterscheiden, so dass die Messstrecke zwischen den beiden Enden geneigt (bezüglich des Verlaufes des Permanentmagneten bzw. des Flussleitstücks, bzw. bezüglich der Florizontalen) von einem Ende zum anderen Ende verläuft. Insbesondere kann hierbei ein über die Länge der Messstrecke betrachtet einheitlicher Neigungswinkel des geneigten Verlaufes der Messstrecke bezüglich des Verlaufes des Permanentmagneten und/oder eines Flussleitstücks vorgesehen sein.

Äquivalent dazu könnte man auch von einer Verkippung der aus Permanentmagnet und Flussleitstück(en) gebildeten Anordnung bezüglich eines (horizontalen) Verlaufes der Messstrecke sprechen. Wesentlich ist für diese Ausführungsform die relative Verkippung der genannten Komponenten zueinander.

Die Verkippung führt zu einer entsprechenden Modifikation der Messsystemcharakteristik. Als vorteilhaft hat sich insbesondere herausgestellt, dass mit der definierten Verkippung der Magnetfeldsensor entlang der Messstrecke in einem homogeneren Feld geführt werden kann und somit eine Verringerung einer Empfindlichkeit der Messsystemcharakteristik bzw. der Messgenauigkeit gegenüber mechanischen Toleranzen (z. B. Spiel in horizontaler und/oder vertikaler Richtung, sowie z. B. Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen) erzielt werden kann. In einer Ausführungsform beträgt der oben erwähnte Neigungswinkel (bzw. im Falle eines nicht einheitlichen Neigungswinkels dessen über den Verlauf der Messstrecke gemittelter Wert) mindestens 1°, insbesondere mindestens 2°. Andererseits ist in vielen Fällen ein Wert von maximal 10°, insbesondere maximal 5° zweckmäßig.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Verwendung eines Positionsmesssystems der hier beschriebenen Art als eine Linearpositionsmesseinrichtung oder eine Winkelpositionsmesseinrichtung an einer linear verstellbaren Komponente bzw. drehverstellbaren Komponente eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Als drehverstellbaren Komponente kommt z. B. eine Turboladerklappe oder eine Ventilklappe eines Kraftfahrzeuges in Betracht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Positionsmesssystem gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer idealen und einer realen Positionsabhängigkeit des Magnetfeldes am Beispiel des in Fig. 1 gezeigten Positionsmesssystems,

Fig. 3 einen bei einem Positionsmesssystem einsetzbaren Magnetfeldsensor,

Fig. 4 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Magnetfeldes für das in Fig. 4 gezeigte Positionsmesssystem,

Fig. 6 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 9 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Kennlinien-Kompensation bei einem Positionsmesssystem, Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Magnetfeldsensors eines Positionsmesssystems gemäß eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 11 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, in einer Draufsicht,

Fig. 12 das Positionsmesssystem von Fig. 11 in mehreren Querschnittsansichten,

Fig. 13 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, in einer Draufsicht,

Fig. 14 das Positionsmesssystem von Fig. 11 in mehreren Querschnittsansichten,

Fig. 15 ein Positionsmesssystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, in einer Draufsicht, und

Fig. 16 und 17 beispielhafte Verläufe von mittels Magnetfeldsensoren bei dem Positionsmesssystem von Fig. 15 bestimmten Magnetfeldwinkeln.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Positionsmesssystems 10, aufweisend einen Permanentmagneten 12 und einen sich entlang einer seitlich neben dem Permanentmagneten 12 entlang desselben verlaufenden Messstrecke 14 bewegbar angeordneten Magnetfeldsensor 16.

Mit diesem Positionsmesssystem 10 kann anhand einer mittels des Magnetfeldsensors 16 bestimmten Richtung des Magnetfeldes eine Position des Magnetfeldsensors 16 entlang der Messstrecke 14 bestimmt werden. Unerheblich ist hierbei, ob im praktischen Einsatz des Positionsmesssystems in einer bestimmten Installationsumgebung (technische Einrichtung, wiez. B. Fahrzeug) der Permanentmagnet feststehend montiert ist und der Magnetfeldsensor in dieser Installationsumgebung bewegt wird, oder ob umgekehrt der Magnetfeldsensor feststehend montiert ist und der Permanentmagnet (samt nachfolgend beschriebenen Flussleitstücken) bewegt wird. Insofern kommt es bei der Messung lediglich auf die relative Position bzw. relative Bewegung des Magnetfeldsensors relativ zum Permanentmagneten an. Die in Fig. 1 eingezeichneten drei Pfeile 18 veranschaulichen für drei verschiedene Positionen entlang der Messstrecke 14 die Richtung des dort jeweils vorliegenden Magnetfeldes. Im dargestellten Beispiel ist der Permanentmagnet 12 aus einer hartmagnetischen Metalllegierung hergestellt und als ein langgestrecktes Profil ausgebildet. Der Permanentmagnet 12 besitzt hierbei einen über dessen Länge (Verlauf) einheitlichen Querschnitt (Profilquerschnitt) von rechteckiger Form und ist mit einer geradlinig verlaufenden Profilachse ausgebildet.

Die seitlich neben dem Permanentmagneten 12 entlang desselben verlaufende Messstrecke 14 ist im dargestellten Beispiel ebenfalls geradlinig verlaufend vorgesehen und verläuft hier parallel zur Profilachse des Profils des Permanentmagneten 12. Die Messstrecke 14 verläuft somit in einer Lateralrichtung des Positionsmesssystems 10 betrachtet in einem bestimmten Abstand parallel zum Permanentmagneten 12 bzw. dessen Profilachse.

Das Positionsmesssystem 10 eignet sich somit insbesondere zur Linearpositionserfassung an einer Komponente (z. B. Stössel eines elektromechanischen Aktuators oder dergleichen), die in einer technischen Einrichtung (z. B. Fahrzeug) verschiebbar angeordnet ist.

Im dargestellten Beispiel ist der Permanentmagnet 12 homogen magnetisiert, wobei eine Magnetisierungsrichtung vertikal orientiert ist, d. h. orthogonal zur Profilachse und orthogonal zur Lateralrichtung des Positionsmesssystems 10.

Das Positionsmesssystem 10 weist im dargestellten Beispiel ferner zwei ferromagnetische Flussleitstücke 20-1 , 20-2 auf, nämlich ein unteres ferromagnetisches Flussleitstück 20-1 , das sich unterhalb der Messstrecke 14 plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke 14 und der Messstrecke 14 folgend und andererseits in seitlicher Richtung (Lateralrichtung) erstreckt, und ein oberes ferromagnetisches Flussleitstück 20-2, das sich überhalb der Messstrecke 14 plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke 14 und der Messstrecke 14 folgend und andererseits in seitlicher Richtung erstreckt.

Die Flussleitstücke 20-1 , 20-2 erstrecken sich im dargestellten Beispiel in seitlicher Richtung betrachtet einerseits (in Fig. 1 links) jeweils bis hin zum Permanentmagneten 12 und liegen dort an, so dass die betreffenden Seitenränder der Flussleitstücke 20-1 , 20-2 bündig mit dem Permanentmagneten 12 abschließen. Andererseits (in Fig. 1 rechts) erstrecken sich die Flussleitstücke 20-1 , 20-2 in seitlicher Richtung betrachtet jeweils an einem ihrer Längsenden im Verlauf der Messstrecke 14 deutlich über die Messstrecke 14 hinaus, besitzen jedoch jeweils eine über den Verlauf der Messstrecke 14 kontinuierlich sich verringernde seitliche Erstreckung, so dass die Flussleitstücke 20-1 , 20-2 an ihrem jeweils anderen Längsende im Bereich des Permanentmagneten 12 enden und somit in Lateralrichtung den Permanentmagneten 12 nicht überragen.

Die (von oben oder unten betrachteten) Konturen der beiden Flussleitstücke 20-1 , 20-2 verlaufen, bezogen auf eine in der Mitte der Messstrecke 14 vertikal sich erstreckende Spiegelebene, spiegelbildlich zueinander.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform neben einer durch die Flussleitstücke 20-1 , 20-2 erzielten Abschirmwirkung gegenüber etwaigen Störfeldern vor allem auch der Umstand, dass durch die ungleichmäßige Formgestaltung der Flussleitstücke 20-1 , 20-2 über die Länge des Permanentmagneten 12 betrachtet eine Abhängigkeit des Magnetfeldes (vgl. Pfeile 18 in Fig. 1 ) von der Position des Magnetfeldsensors 16 entlang der Messstrecke 14 hervorgerufen wird. Zu bedenken ist hierbei, dass bei dem Permanentmagneten 12 sich ohne solche Flussleitstücke 20-1 , 20-2 überhaupt keine Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke 14 ergeben würde (abgesehen von "Randeffekten" an den Enden der im dargestellten Beispiel bis an die beiden Enden des Permanentmagneten 12 heranreichenden Messstreckei 4).

Mit dem Einsatz der ungleichmäßig formgestalteten Flussleitstücke 20-1 , 20-2 lässt sich die genannte Abhängigkeit jedoch vorteilhaft hervorrufen und sogar qualitativ in einem gewissen Ausmaß in gewünschter Weise einstellen. Dazu könnten abweichend von den im dargestellten Beispiel geradlinig vorgesehenen Verläufen der in Fig. 1 rechten Seitenränder der Flussleitstücke 20-1 , 20-2 beispielsweise gekrümmte und/oder abgewinkelte Verläufe derart vorgesehen werden, dass damit die Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position entlang der Messstrecke 14 entsprechend modifiziert wird.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte, hier für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 dargestellte Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes von der Position.

Die Richtung des Magnetfeldes wird in Fig. 2 repräsentiert durch einen Winkel "ang" der Magnetfeldrichtung bezüglich der Vertikalrichtung, und die Position entlang der Messstrecke 14 wird repräsentiert durch einen normierten Positionsparameter "pos" (pos=0% am Beginn der Messstrecke, pos=50% in der Mitte der Messstrecke, pos=100% am Ende der Messstrecke).

Wenn der Magnetfeldsensor 16 entlang der Messstrecke 14 bewegt wird (Fig. 1 ), so variiert der Winkel "ang" zwischen den Werten a1 (bei pos=0%) und a2 (bei pos=100%). Im Beispiel von Fig. 1 gilt a2 = -a1.

Die durchgezogene Linie in Fig. 2 zeigt die reale Positionsabhängigkeit des Winkels "ang", wohingegen die gestrichelte Linie in Fig. 2 eine in der Praxis zumeist als ideal zu bevorzugende Abhängigkeit darstellt, bei der sich der Winkel "ang" linear mit der Position "pos" verändert.

Durch eine entsprechend gewählte Anordnung und Formgestaltung eines oder mehrerer Flussleitstücke (ortsfest relativ zum Permanentmagneten, und insbesondere z. B. damit verbunden oder daran anliegend) kann bei der Erfindung die Positionsabhängigkeit des Magnetfeldes vorteilhaft beeinflusst werden, beispielsweise um die vorstehend erläuterte ideale Abhängigkeit zu erzielen oder zumindest anzunähern.

Fig. 3 zeigt nochmals isoliert den im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 eingesetzten Magnetfeldsensor 16, der ein von der Richtung des Magnetfeldes abhängiges Sensorsignal bereitstellt, welches repräsentativ für den Winkel bzw. Drehwinkel "ang" ist, um den die Richtung des Magnetfeldes von einer durch den Magnetfeldsensor definierten Richtung verdreht ist.

Fig. 3 veranschaulicht auch den Winkelmessbereich des Magnetfeldsensors 16, der sich in diesem Beispiel z. B. über einen Bereich von +/- 45° erstreckt. Beim Einsatz im Positionsmesssystem 10 von Fig. 1 liegt der zu messende Drehwinkel "ang" in einer Ebene orthogonal zur Richtung der Messstrecke 14.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen. Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Positionsmesssystems 10a, welches sich, wie aus der nachfolgenden Erläuterung ersichtlich, in zwei Aspekten von dem Beispiel von Fig. 1 unterscheidet: Zum einen weist das Positionsmesssystems 10a einen inhomogen magnetisierten Permanentmagneten auf, und zum anderen werden gleichmäßig formgestaltete Flussleitstücke eingesetzt.

Das in Fig. 4 gezeigte Positionsmesssystem 10a weist wie bei dem Beispiel von Fig. 1 einen als langgestrecktes Profil mit rechteckigem Profilquerschnitt und mit geradliniger Profilachse ausgebildeten Permanentmagneten 12a auf, zu dem seitlich versetzt eine Messstrecke 14a verläuft, entlang der ein Magnetfeldsensor 16a bewegbar ist.

Der Permanentmagnet 12a ist jedoch inhomogen magnetisiert ist, wobei im dargestellten Beispiel eine überall orthogonal zur Profilachse des Permanentmagneten 12a orientierte, "wendelförmig" entlang der Profilachse variierende Magnetisierung vorgesehen ist. Eine (lokale) Magnetisierungsrichtung hängt hierbei nur von der Position entlang der Profilachse des Permanentmagneten 12a ab.

Das Positionsmesssystem 10a umfasst wie bei dem Beispiel von Fig. 1 ferner ein unteres ferromagnetisches Flussleitstück 20-1 , das sich unterhalb einer Messstrecke 14a plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke 14a und dieser folgend und andererseits in seitlicher Richtung (Lateralrichtung) erstreckt, sowie ein oberes ferromagnetisches Flussleitstück 20a-2, das sich überhalb der Messstrecke 14a plattenförmig einerseits in Richtung der Messstrecke 14a und dieser folgend und andererseits in seitlicher Richtung erstreckt.

Jedoch ist bei dem Positionsmesssystem 10a die Anordnung und Formgestaltung der Flussleitstücke 20a-1 , 20a-2 über die Länge des Permanentmagneten 12a betrachtet insofern gleichmäßig, als die Flussleitstücke 20a-1 , 20a-2 sich in seitlicher Richtung jeweils mit konstanter Erstreckung (Plattenbreite) erstrecken. Damit ergibt sich keine nennenswerte qualitative Veränderung der Positionsabhängigkeit des Magnetfeldes (vgl. Pfeile 18 in Fig. 4), die hier bereits durch die inhomogene wendelförmige Magnetisierung bewirkt wird. Jedoch ergibt sich vorteilhaft eine hohe Abschirmwirkung hinsichtlich Störfeldern, und ferner wird vorteilhaft eine gewisse Verstärkung des Magnetfeldes im Bereich der Messstrecke 14a erzielt. Im dargestellten Beispiel besitzen die Flussleitstücke 20a-1 , 20a-2 jeweils eine rechteckige Kontur.

Abweichend davon könnte die Anordnung und/oder die Formgestaltung der Flussleitstücke 20a-1 , 20a-2 über die Länge des Permanentmagneten 12a betrachtet jedoch so modifiziert werden, um damit eine Modifikation der Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Position des Magnetfeldsensors 16a entlang der Messstrecke 14a zu bewerkstelligen. Hierfür könnten insbesondere die geradlinigen Verläufe der in Fig. 4 rechten Seitenränder der Flussleitstücke 20-1 , 20-2 durch gekrümmte und/oder abgewinkelte Verläufe ersetzt werden.

Auch im Falle einer derartigen Modifikation ist es zumeist vorteilhaft, wenn die Konturen der beiden Flussleitstücke bezogen auf eine in einem mittleren Bereich der Messstrecke 14a vertikal sich erstreckende Spiegelebene weiterhin spiegelbildlich zueinander verlaufen. Auch ist es zumeist vorteilhaft, wenn die modifizierten Seitenränder weiterhin in Lateralrichtung betrachtet die Messstrecke 14a überragen.

Fig. 5 zeigt in drei verschiedenen Querschnitten des in Fig. 4 gezeigten Positionsmesssystems 10a, für Positionen mit pos=0%, pos=50% und pos=100% entlang der Messstrecke 14a, durch entsprechende Simulationsrechnungen ermittelte Magnetfeldlinien des Magnetfeldes.

Ferner veranschaulicht Fig. 5 beispielhaft eine gegenüber den Beispielen der Fig. 1 und 4 abgewandelte Ausführungsform, die darin besteht, dass der Verlauf der Messstrecke bezüglich eines horizontalen Verlaufes eines oder mehrerer Flussleitstücke verkippt ist, derart, dass sich die vertikalen Positionen der beiden Enden der Messstrecke nennenswert voneinander unterscheiden. Diese Abwandlung ist in Fig. 5 ersichtlich. Während in der Mitte der Messstrecke (pos=50%) der Magnetfeldsensor 16a (und somit die Messstrecke) vertikal betrachtet in der Mitte zwischen den Flussleitstücken 20a-1 , 20a-2 angeordnet ist bzw. verläuft, so befinden sich der Magnetfeldsensor 16a bzw. die entsprechenden Verlaufsabschnitte der Messstrecke an den beiden Enden der Messstrecke (pos=0% und pos=100%) vertikal nach oben (für pos=0%) bzw. unten (für pos=100%) versetzt. Insbesondere kann hierbei ein über die Länge der Messstrecke betrachtet einheitlicher Neigungswinkel des geneigten Verlaufes der Messstrecke bezüglich der Horizontalrichtung im Bereich von z. B. etwa 1 ° bis 5° vorgesehen sein. Mit dieser Abwandlung kann vorteilhaft eine Verringerung der Empfindlichkeit der Messsystemcharakteristik und somit der Messgenauigkeit gegenüber mechanischem Spiel sowie mechanischen Fertigungs- und Montagetoleranzen erzielt werden, da der Magnetfeldsensor 16a in einem Bereich bewegt wird, in dem ein homogeneres Magnetfeld herrscht.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Positionsmesssystems 10b, welches sich von dem in Fig. 4 gezeigten Positionsmesssystem 10a dadurch unterscheidet, dass eine Profilachse eines Permanentmagneten 12b sowie dementsprechend eine parallel dazu verlaufende Messstrecke 14b nicht geradlinig, sondern kreisbogenförmig gekrümmt verlaufen. Der in Fig. 6 eingezeichnete Bogenwinkel a beträgt etwa 45°, kann jedoch dem konkreten Anwendungsfall angepasst auch andere Werte annehmen. Insbesondere könnte abweichend von Fig. 6 auch ein Bogenwinkel a von 360° vorgesehen sein. In diesem Fall wäre der Permanentmagnet also als ein kreisringförmig geschlossen verlaufendes Profil ausgebildet, bei dem die Messstrecke insbesondere ebenfalls kreisringförmig geschlossen um den Permanentmagneten herum (radial außerhalb desselben) verlaufen kann, wobei eine "wendelförmig" entlang der Profilachse variierende Magnetisierung bei einem Fortschreiten entlang des Umfangs (spätestens) alle 360° reproduziert werden muss (Ausführungsbeispiele hierzu werden unten mit Bezug auf die Fig. 11 und 12 sowie Fig. 13 und 14 erläutert).

Das Positionsmesssystem 10b eignet sich somit z. B. zur Drehwinkelerfassung an einer drehbar gelagerten Komponente (z. B. Drehwelle an einer Turboladerklappe oder an einer Ventilklappe) einer technischen Einrichtung (z. B. Fahrzeug). Bei einer derartigen Verwendung kann die aus Permanentmagnet 12b und Flussleitstücken 20b-1 , 20b-2 gebildete Anordnung an einer betreffenden Drehwelle befestigt werden, so dass diese sich bei einer Drehung der Drehwelle mit dreht, wohingegen ein Magnetfeldsensor 16b im entsprechenden seitlichen Abstand stationär befestigt werden kann. Bei einer Drehung der Drehwelle bewegt sich der Magnetfeldsensor 16b dann relativ zum Permanentmagneten 12b entlang der Messstrecke 14b.

Abgesehen von der gekrümmten, hier kreisbogenförmigen Formgestaltung des Positionsmesssystems 10b und somit Messung entlang eines Kreisbogens funktioniert dieses System wie das mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene System. Auch das mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Positionsmesssystems 10 kann gemäß einer Abwandlung gekrümmt, insbesondere kreisbogenförmig gekrümmt ausgeführt werden, sei es mit einem Bogenwinkel von weniger als 360° oder mit einem Bogenwinkel von 360° (d. h. ringförmig geschlossen). Die für das Positionsmesssystem 10 (bzw. 10a) unter Bezugnahme auf die Länge des Permanentmagneten oder der Messstrecke, und unter Bezugnahme auf die Lateralrichtung beschriebenen möglichen Details und Ausgestaltungen sind auch für gekrümmte Abwandlungen einsetzbar. Zu beachten ist, dass dann die Länge gekrümmt verläuft und es daher keine einheitliche Lateralrichtung des Systems mehr gibt, sondern die Lateralrichtung über die Länge variiert (Die Lateralrichtung verläuft dann an jeder Stelle orthogonal zur Orientierung der Längsrichtung an dieser Stelle und kann dann auch als Radialrichtung bezeichnet werden).

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Positionsmesssystems 10c, welches sich von dem in Fig. 4 gezeigten Positionsmesssystem 10a dadurch unterscheidet, dass ein Permanentmagnet 12c als ein langgestreckter Körper mit einem über dessen Länge (Verlauf) variierenden Querschnitt ausgebildet ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 12c mit einem über dessen Länge einheitlichen (nicht variierenden) Querschnittsflächeninhalt ausgebildet ist. Es variiert jedoch die Querschnittsform. Der Querschnitt besitzt die Form eines Vierecks, bei welchem über die Länge des Permanentmagneten 12c die Orientierung einer der Messstrecke 14c zugewandte Seite des Vierecks variiert. Die genannte Seite des Vierecks verläuft in der Mitte des Verlaufs der Länge des Permanentmagneten vertikal, und der Querschnitt ist dort rechteckig ist. Mit zunehmendem Abstand von der Mitte verläuft die Seite jedoch zunehmend schräg bezüglich der Vertikalen.

Im dargestellten Beispiel verläuft die Seite des Vierecks in einem Winkel bezüglich der Vertikalen, der im Verlauf der Länge des Permanentmagneten streng monoton und insbesondere z. B. proportional zur Position im Verlauf dieser Länge variiert.

Im dargestellten Beispiel variiert der Winkel bezüglich der Vertikalen insgesamt (über die volle Länge des Permanentmagneten 12c) um einen Winkelbetrag von 90°.

Der Permanentmagnet 12c ist wie bei dem Beispiel von Fig. 4 inhomogen magnetisiert, wobei eine überall orthogonal zur Profilachse des Permanentmagneten 12c orientierte, "wendelförmig" entlang der Profilachse variierende Magnetisierung vorgesehen ist.

In vielen Fällen ist bevorzugt, dass der Winkel, um den sich die Magnetisierung im Verlauf des Permanentmagneten 12c dreht, zumindest annähernd gleich demjenigen Winkel ist (z. B. mit Abweichung von maximal 20°, insbesondere maximal 10°), um den sich im Verlauf des Permanentmagneten 12c die Orientierung der genannten Vierecksseite dreht. Dies ist bei dem Beispiel von Fig. 7 der Fall, bei dem sich im Verlauf des Permanentmagneten 12c die Richtung der Magnetisierung um 90° dreht.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Positionsmesssystems 10d, welches sich von dem in Fig. 7 gezeigten Positionsmesssystem 10c dadurch unterscheidet, dass ein Verlauf (z. B. Längsmittelachse) eines Permanentmagneten 12d sowie dementsprechend eine parallel dazu verlaufende Messstrecke 14d nicht geradlinig, sondern kreisbogenförmig gekrümmt verlaufen. Ansonsten entspricht das Beispiel von Fig. 8 in Aufbau und Funktion dem Beispiel von Fig. 7.

Das Positionsmesssystem 10d eignet sich somit (wie auch z. B. das in Fig. 6 gezeigte Positionsmesssystem 10b) beispielsweise zur Drehwinkelerfassung an einer drehbar gelagerten Komponente einer technischen Einrichtung (z. B. Fahrzeug).

Das mit Bezug auf Fig. 8 beschriebene Positionsmesssystems 10d kann gemäß einer Abwandlung ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossen ausgeführt werden. Zur Reproduktion des Querschnitts und der Magnetisierung alle 360° bestünde eine mögliche Abwandlung z. B. darin, die in Fig. 8 gezeigte Variation des Querschnitts und der Magnetisierung für einen ersten 180°-Teilumfang vorzusehen und für einen sich daran anschließenden zweiten 180°-Teilumfang invertiert vorzusehen (so dass Querschnitt und Magnetisierung am Ende des zweiten 180°-Teilumfangs denjenigen am Beginn des ersten 180°-Teilumfangs entsprechen). Allgemeiner betrachtet könnte eine Variation des Querschnitts und der Magnetisierung (wie z. B. die in Fig. 8 gezeigte Variation des Querschnitts und der Magnetisierung) und deren invertierte Variation alternierend für eine gerade Anzahl "n" von mehr als zwei aufeinanderfolgende, sich zum vollen 360°-Umfang ergänzende Teilumfänge vorgesehen werden. Für n=4 wären dies also z. B. vier 90°-Teilumfänge, für n=6 sechs 60°-Teilumfänge, für n=8 acht 45°-Teilumfänge

USW. Fig. 9 veranschaulicht eine bei jedem Positionsmesssystem der hier beschriebenen Art optional einsetzbare Kennlinien-Kompensation, die dazu dient, (wenigstens) ein von dem (wenigstens einen) Magnetfeldsensor in Abhängigkeit von dem Magnetfeld erzeugtes Messsignal in vorbestimmter Weise zu modifizieren und somit ein modifiziertes Sensorsignal (für eine weitere Verwendung oder weitere Verarbeitung) bereitzustellen.

Fig. 9 zeigt im oberen Teil eine beispielhafte Auftragung eines relativen Fehlers "err" des vom Magnetfeldsensor erzeugten Sensorsignals in Abhängigkeit von der Position bzw. hier dem normierten Positionsparameter "pos" (pos=0% am Beginn der Messstrecke, pos=50% in der Mitte der Messstrecke, pos=100% am Ende der Messstrecke).

Falls ein ringförmig (z. B. kreisringförmig) geschlossener Verlauf der Messstrecke vorgesehen ist, so bezeichnen 0% und 100% dieselbe Stelle auf der Messstrecke, und pos=0% kann z. B. als Winkelposition von 0° und pos=100% als Winkelposition von 360° interpretiert werden.

Der mittels der Kennlinien-Kompensation zu beseitigende oder zumindest zu reduzierende relative Fehler "err" kann im Prinzip beliebig definiert werden als das Verhältnis, zwischen dem vom Sensorsignal repräsentierten "realen" Wert (z. B. digitaler Wert) und einem (beliebig) vorgegebenen "idealen" Wert. In der Praxis ist als idealer Wert zumeist ein linear mit der Position variierender Wert wünschenswert (Linearisierung). Abweichend davon könnte im konkreten Anwendungsfall jedoch auch eine andere mathematische Funktion zur Beschreibung einer "idealen" Messsystemcharakteristik wünschenswert sein.

Der relative Fehler "err" bzw. dessen positionsabhängiger Verlauf "err(pos) "kann z. B. in empirischer Weise ermittelt werden. Sodann kann eine z. B. digitale Repräsentation dieses Verlaufes in einer Einrichtung zur Kennlinien-Kompensation, z. B. einer (insbesondere z. B. programmgesteuerten) digitalen Signalverarbeitungseinrichtung abgespeichert werden, insbesondere als eine durch mehrere Stützpunkte definierte Fehlerkurve (vgl. Fig. 9 oben), die sodann im Betrieb des betreffenden Positionsmesssystems als eine Kompensationskurve (oder zur Ermittlung einer Kompensationskurve) verwendet werden kann. Im Betrieb des Positionsmesssystems kann dann jeder vom Magnetfeldsensor bei dessen Magnetfeldmessung erzeugte Messwert unter Verwendung der vorab gespeicherten Stützpunkte bzw. einer daraus sich ergebenden Kompensationskurve so modifiziert (korrigiert) werden, dass der modifizierte Wert exakt(er) dem "idealen" Wert entspricht. Hierzu kann z. B. jeder vom ursprünglichen Sensorsignal repräsentierte Wert mit einem aus einer Kompensationskurve für diesen Wert sich ergebenden Korrekturfaktor multipliziert werden.

Fig. 9 zeigt im unteren Teil eine beispielhafte Auftragung des relativen Fehlers "err" für ein in dieser Weise modifiziertes (korrigiertes) Sensorsignal in Abhängigkeit vom normierten Positionsparameter "pos". Wie ersichtlich wurde der relative Fehler vorteilhaft drastisch reduziert.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kennlinien-Kompensation ganz oder zumindest teilweise durch den Magnetfeldsensor durchgeführt wird, der in diesem Fall mit entsprechender Elektronik, insbesondere z. B. mit digitaler Signalverarbeitungselektronik, auszustatten ist. Alternativ kann die Kennlinien-Kompensation jedoch auch in einer separat vom Magnetfeldsensor eingesetzten (z. B. programmgesteuerten elektronischen) Auswerteeinrichtung erfolgen, welcher (wenigstens) ein vom Magnetfeldsensor erzeugtes (und z. B. für einen Winkel der Magnetfeldrichtung repräsentatives) Sensorsignal zugeführt wird und welche daraus das entsprechend modifizierte Sensorsignal erzeugt und gegebenenfalls z. B. weiter auswertet (abhängig vom Zweck der Positionsmessung).

Fig. 10 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines für ein Positionsmesssystem der hier beschriebenen Art einsetzbaren Magnetfeldsensors 16. Der dargestellte Magnetfeldsensor 16 kann somit insbesondere z. B. bei jedem der vorstehend mit Bezug auf die Fig. 1 , 4, 6, 7 und 8 beschriebenen Systeme verwendet werden.

Der Magnetfeldsensor 16 weist zwei magnetoresistive Sensoreinheiten 30-1 und 30-2 auf, die dazu ausgebildet sind, zwei orthogonal zueinander orientierten Richtungen zugeordnete Magnetfeldkomponenten des Magnetfeldes zu messen, d. h. zwei jeweils eine dieser Komponenten repräsentierende analoge elektrische Signale "x" und "y" bereitzustellen. Die Signale x und y werden im dargestellten Beispiel jeweils mittels eines von zwei Verstärkern 32-1 und 32-2 verstärkt und mittels eines jeweiligen A/D-Wandlers 34-1 bzw. 34-2 in digitale Signale gewandelt.

Die digitalen Signale werden einer Winkelberechnungseinheit 36 zugeführt, in welcher aus den beiden Komponentensignalen die Richtung (Winkel) des Magnetfeldes berechnet wird.

Der von der Winkelberechnungseinheit 36 berechnete Winkel des Magnetfeldes wird mittels einer Kennlinien-Kompensations-Einheit 38 korrigiert, und der somit korrigierte Winkel über eine Schnittstelleneinheit 40 ausgegeben.

Die Winkelberechnungseinheit 36 und die Kennlinien-Kompensations-Einheit 38 können insbesondere z. B. als funktionale Teile einer Berechnungseinheit implementiert sein, die in Form einer programmgesteuerten elektronischen Rechnereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) ausgebildet ist. Für die Kennlinien-Kompensation erforderliche Daten können vorab in einer Speichereinheit 42 abgespeichert werden, auf welche die Kennlinien-Kompensations-Einheit 38 bei der Korrektur des Winkels zugreift.

Zusammenfassend ist der in Fig. 10 gezeigte Magnetfeldsensor 16 dazu ausgebildet ist, zwei Magnetfeldkomponenten des Magnetfeldes zu messen und daraus ein von der Richtung des Magnetfeldes abhängiges, hierbei jedoch vorteilhaft linearisiertes Sensorsignal bereitzustellen.

Die Fig. 11 bis 17 zeigen Ausführungsbeispiele von Positionsmesssystemen 10e (Fig. 11 und 12), 10f (Fig. 13 und 14) und 10g (Fig. 15 bis 17) zur Veranschaulichung der im Rahmen der Erfindung für bestimmte Anwendungsfälle interessanten Ausführungsform, bei welcher ein ringförmig, hier kreisringförmig geschlossener Verlauf einer Messstrecke radial außerhalb eines parallel dazu und hier somit ebenfalls kreisringförmig geschlossen verlaufenden Permanentmagneten 12e, 12f bzw. 12g vorgesehen ist.

Eine weitere vorteilhafte Gemeinsamkeit dieser Ausführungsbeispiele besteht darin, dass sowohl ein unteres (erstes), unterhalb der Messstrecke sich erstreckendes Flussleitstück 20e-1 , 20f-1 bzw. 20g-1 als auch ein oberes, (zweites), überhalb der Messstrecke sich erstreckendes Flussleitstück 20e-2, 20f-2 bzw. 20g-2 vorgesehen ist, wobei diese Flussleitstücke radial innen jeweils bündig mit einem Innenumfang des Permanentmagneten abschließen.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Ausführung, bei der die Flussleitstücke 20e-1 , 20e-2 über den gesamten Verlauf (Umfang) der Messstrecke eine einheitliche seitliche (radiale) Erstreckung besitzen, und sich hierbei wie dargestellt in dieser Radialrichtung z. B. jeweils etwas nach radial außen über die Messstrecke hinaus erstrecken können. Mithin sind die Flussleitstücke 20e-1 , 20e-2 jeweils kreisringförmig mit einheitlicher Breite.

Eine zur Positionsmessung erforderliche Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 12e von der Position (Umfangsposition bzw. Umfangswinkelposition) eines Magnetfeldsensors 16e (Fig. 12) entlang der Messstrecke wird durch eine inhomogene Magnetisierung, hier eine wendelförmig entlang der Länge (Umfang) des Permanentmagneten 12e variierende Magnetisierung, realisiert.

Die Fig. 12A bis 12D sind Querschnitte an den in Fig. 11 eingezeichneten Umfangspositionen "A" (Umfangswinkelposition = 0°) bis "D" (Umfangswinkelposition = 270°) und verdeutlichen die entlang des Umfangs wendelförmig variierende Magnetisierung.

Im dargestellten Beispiel variiert eine Magnetisierungsrichtung im Verlauf eines vollen Umfangs (360°) z. B. wenigstens annähernd sinusförmig in einem Bereich von +/- 15° (Abweichung von der Vertikalen). Wie aus den Fig. 12A bis 12D ersichtlich ist über den vollen Umfang (360°) betrachtet eine Periode eines Umfangswinkel-abhängigen Verlaufs der Magnetisierungsrichtung vorgesehen. Abweichend von diesem Beispiel könnten jedoch auch mehrere Perioden (z. B. 2, 3, 4 oder mehr) Perioden vorgesehen sein.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Ausführung, bei der die Flussleitstücke 20f-1 , 20f-2 über den Verlauf (Umfang) der Messstrecke betrachtet eine uneinheitliche seitliche (radiale) Erstreckung besitzen, und sich hierbei wie dargestellt in dieser Radialrichtung jeweils z. B. über einen Teil ihres Umfangs nach radial außen etwas über die Messstrecke hinaus und über einen anderen Teil ihres Umfangs jeweils weniger weit als die Messstrecke erstrecken. Die zur Positionsmessung erforderliche Abhängigkeit der Richtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 12f von der Position (Umfangsposition bzw. Umfangswinkelposition) eines Magnetfeldsensors 16f (Fig. 14) entlang der Messstrecke wird in diesem Beispiel durch eine inhomogene Magnetisierung, hier eine wendelförmig entlang der Länge (Umfang) des Permanentmagneten 12f variierende Magnetisierung, realisiert, und durch die uneinheitliche seitliche (radiale) Erstreckung der Flussleitstücke 20f-1 , 20f-2 gewissermaßen noch vorteilhaft verstärkt.

Die Fig. 14A bis 14D sind Querschnitte an den in Fig. 13 eingezeichneten Umfangspositionen "A" (Umfangswinkelposition = 0°) bis "D" (Umfangswinkelposition = 270°) und verdeutlichen die entlang des Umfangs wendelförmig variierende Magnetisierung, die somit genauso wie bei dem Beispiel der Fig. 11 und 12 vorgesehen sein kann, also entlang des Umfangs betrachtet z. B. wenigstens annähernd sinusförmig variieren kann und/oder über den vollen Umfang (360°) betrachtet eine oder mehrere Perioden (z. B. Sinusperioden) eines Umfangswinkel-abhängigen Verlaufs vollführen kann.

Gemäß einer Abwandlung des in den Fig. 13 und 14 gezeigten Beispiels könnte der Permanentmagnet (12f) homogen magnetisiert sein, insbesondere mit einer wenigstens annähernd vertikal orientierten Magnetisierungsrichtung.

Die Fig. 15 zeigt eine Ausführung, bei der ein Permanentmagnet 12g und Flussleitstücke 20g-1 , 20g-2 sowie für das Beispiel der Fig. 11 und 12 beschrieben gestaltet sind. Abweichend davon könnten der Permanentmagnet 12g und die Flussleitstücke 20g-1 , 20g-2 jedoch auch anders gestaltet sein.

Vorteilhaft werden bei dem in Fig. 15 gezeigten Beispiel zwei Magnetfeldsensoren 16g-1 und 16g-2 verwendet, die jeweils entlang der seitlich (radial) neben dem Permanentmagneten 12g entlang desselben verlaufenden Messstrecke bewegbar angeordnet sind, jedoch im Verlauf der Messstrecke um 90° zueinander versetzt sind. Somit kann die Bestimmung der Position entlang der Messstrecke vorteilhaft unter Verwendung der von beiden Magnetfeldsensoren 16g-1 und 16g-2 gemessenen Magnetfelder realisiert werden.

Die Fig. 16 und 17 zeigen beispielhafte Verläufe der mittels der Magnetfeldsensoren 16g-1 und 16g-2 bestimmten Winkel "ang1" und "ang2" der Magnetfeldrichtung bezüglich der Vertikalen in Abhängigkeit von einer Position (Umfangswinkelposition) entlang der Messstrecke.

Wenn der Magnetfeldsensor 16g-1 entlang der Messstrecke bewegt wird, so variiert der Winkel "ang1" im dargestellten Beispiel wie aus Fig. 16 ersichtlich wenigstens annähernd sinusförmig, wohingegen der Winkel "ang2" hierbei wie aus Fig. 17 ersichtlich wenigstens annähernd kosinusförmig variiert. Im Beispiel lässt sich aus den beiden gleichzeitig bestimmten Werten von "ang1" und "ang2" vorteilhaft eindeutig die Position (Umfangsposition) ermitteln.

Die reale Positionsabhängigkeit der Winkel "ang1" und "ang2" kann durch eine entsprechend angepasst gewählte Formgestaltung der Flussleitstücke und/oder durch Einsatz einer Kennlinien-Kompensation (wie oben bereits beschrieben) so modifiziert werden, dass die Positionsabhängigkeit exakter durch eine gewünschte mathematische Funktion, hierz. B. eine Sinus- oder Kosinus-Funktion, beschrieben wird, als dies ohne Kennlinien-Kompensation der Fall wäre.