Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorlagesensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkungen weisen Servoeinheiten auf, die als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer Zahn stange des Lenkgetriebes angeordnet sein können. Ein Elektromotor der Servoeinheit weist einen Rotorlagesensor (RPS) auf, der den Drehwinkel der Motorwelle misst. Das RPS Signal wird zur Steuerung des Elektromotors verwendet. Derzeit verwendete RPS umfassen magnetische Sensoren, deren Messung sehr leicht durch externe Magnetfelder gestört werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Rotorlagesensor anzugeben, der einen verringerten Einfluss eines vorhandenen magnetischen Störfeldes auf die Ermittlung der Rotorlage aufweist.

Diese Aufgabe wird von einem Rotorlagesensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Demnach ist ein Rotorlagesensor zum Erfassen einer Drehlage einer Motor welle eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung aufweisend einen Gebermagneten, der mit der Motorwelle verbunden ist, einen ortsfesten Sensor, der dem Gebermagneten zugeordnet ist und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand der Signale des Sensors die Drehlage zu bestimmen, vorgesehen, wobei der Rotorlagesensor eine Abschirmvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Sensor vor externen magnetischen Störfeldern abzuschirmen. Die Abschirmung des Sensors erfolgt dabei gezielt nach außen hin, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung der Drehlage der Motorwelle deutlich verbessert wird.

Vorzugsweise ist der Sensor auf einer Leiterplatte angeordnet, die mit der Abschirmvorrichtung verbunden ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Abschirmvorrichtung ein weichmagnetisches Material auf. Sie ist dabei zumindest teilweise aus diesem Material gebildet. Das Material ist insbesondere ferritischer Stahl. Vorzugs weise ist die Abschirmvorrichtung einstückig aus dem Material gefertigt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Abschirmvorrichtung rotationssymmetrisch ist und symmetrisch zum Sensor angeordnet ist. Die Abschirmvorrichtung kann beispielsweise hutförmig oder halbkugelförmig sein, wobei sie bevorzugt hohl und dünnwandig ist. In diesem Fall schließt die Abschirmvorrichtung mit der Leiterplatte vorzugsweise einen begrenzten Raum ab, der sich auf der dem Sensor gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befindet.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Abschirmvorrichtung hohl zylindrisch ist und den Sensor umfangsseitig, konzentrisch zur Längsachse der Motorwelle umgibt. Dabei ist sie bevorzugt mit der Leiterplatte auf ihrer sensornahen Seite befestigt und zum Gebermagneten hin offen ausgebildet, so dass die Funktionalität des Sensors nicht eingeschränkt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gebermagnet ein permanenter Zweipol-Magnet. Der Sensor weist vorzugsweise wenigstens einen xMR- oder Hall-Sensor auf. xMR-Sensoren funktionieren basierend auf magneto- resistiven Effekten. Die Klasse der xMR-Sensoren umfasst beispielsweise AMR- und GMR-Sensoren. Der Gebermagnet ist allgemein bevorzugt auf einem Trägerstift befestigt ist, der mit einem Ende der Motorwelle verbunden ist.

Weiterhin ist eine elektromechanische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, die einen Elektromotor aufweisend einen zuvor beschriebenen Rotorlagesensor umfasst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen :

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Hilfskraftlenkung,

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Rotorlagesensors in einem magnetischen Störfeld,

Fig. 3: eine Darstellung der Abhängigkeit der Genauigkeit der RPS

Messung von dem Drehwinkel,

Fig. 4: zwei räumliche Ansichten einer magnetischen Abschirmvor

richtung,

Fig. 5: eine räumliche Darstellung einer magnetischen Abschirmvor richtung,

Fig. 6: zwei räumliche Ansichten einer weiteren magnetischen Abschirm vorrichtung, sowie

Fig. 7: einen Längsschnitt durch einen Rotorlagesensor mit der in Fig. 6 gezeigten magnetischen Abschirmvorrichtung.

In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist,

schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein

entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 4 übertragen. Das Ritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 50 einer Zahnstange 5. Das Lenkritzel 4 bildet zusammen mit der Zahnstange 5 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 5 ist in einem dritten Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit Spurstangen 6 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 6 selbst sind in bekannter Weise über Achs schenkel mit je einem gelenkten Rad 7 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 7. Die gelenkten Räder 7 erfahren über eine Fahrbahn 70 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 7 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein

Elektromotor 8 mit einem Rotorlagensensor (RPS) einer Servoeinheit 9 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 9 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 9, 10, 11 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 4 oder der Zahnstange 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 9,10,11 trägt ein

Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 4 und/oder in die

Zahnstange 5 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 9,10,11 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der

Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 4 oder der Zahnstange 5 angeordnet sein.

Figur 2 zeigt einen Rotorlagesensor 12 zur Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Motorwelle 13 des Elektromotors. Der Rotorlagesensor 12 weist einen Gebermagneten 14 auf, der drehfest mit der Motorwelle 13 verbunden ist. Der Gebermagnet 14 ist an einem Trägerstift 15 befestigt, der in eine Ausnehmung eingesetzt ist, welche in eine Stirnseite der Motorwelle 13 eingebracht ist. Bei dem Gebermagneten 14 handelt es sich bevorzugt um einen Zweipol-Magneten, der auf einem wellenfernen Ende des Trägerstifts 15 sitzt. Ein auf einer Leiterplatte 16 gehäusefest angeordneter Sensor 17 detektiert Magnetfeldänderungen, welche bei Rotation des Gebermagneten 14 sowie der Motorwelle 13 entstehen. Der Sensor 17 kann an beiden Seiten der Leiterplatte 16 angeordnet werden. Die entsprechenden Sensorsignale des Sensors 17 werden in einer nicht dargestellten Regel- oder Steuereinheit ausgewertet und können zur Einstellung des Elektromotors herangezogen werden. Bei dem Sensor 17 handelt es sich zum Beispiel um einen AMR- Sensor (anisotroper magnetoresistiver Effekt) oder um einen Hall-Sensor. Die Pole des Gebermagnetes 14 sind bevorzugt durch Permanentmagnete gebildet. Befindet sich der Rotorlagesensor 12 in einem externen

magnetischen Störfeld 18, hat dies große Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messung der Drehlage der Motorwelle 13.

Figur 3 zeigt die Abhängigkeit der Genauigkeit der Messung der Position der Motorwelle von der Drehlage mit magnetischem Störfeld 19 und ohne magnetischem Störfeld 20, wobei das Störfeld eine Größenordnung von 1000 A/m hat. Die Genauigkeit der Messung verschlechtert sich deutlich bei

Vorliegen eines solchen externen magnetischen Störfeldes. Erfindungsgemäß wird daher der Sensor magnetisch abgeschirmt, um den Einfluss eines magnetischen Störfeldes zu verringern.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen verschiedene mögliche Abschirmvorrichtung

21,22,23. Die Abschirmvorrichtungen 21,22,23 sind aus einem weich magnetischen Material mit hoher magnetischer Leitfähigkeit und kleiner Koerzitivfeldstärke, insbesondere ferritischem Stahl, hergestellt. Üblicherweise sind die Abschirmvorrichtungen 21,22,23 aus einem Material hergestellt, das für die niederfrequente magnetische Abschirmung geeignet ist. Mit Hilfe dieser Abschirmungen 21,22,23 ist es möglich, die Feldlinien von externen

magnetischen Feldern um den Sensor 17 herumzulenken und somit die

Beeinflussung der Rotorlagemessung durch Störfelder, ganz oder wenigstens zu einem erheblichen Teil zu unterbinden.

Figur 4 zeigt eine hutförmige hohle Abschirmvorrichtung 21 aufweisend eine Wölbung 24, die von einem planen Rand 25 umschlossen ist. Der Rand 25 liegt im eingebauten Zustand der Abschirmvorrichtung 21 auf der wölbungsfernen Seite auf der motorwellenfernen Seite der Leiterplatte auf. Die Abschirm vorrichtung 21 bildet mit der Leiterplatte einen vollkommen nach außen hin abgeschlossenen Raum aus. Der Sensor liegt außerhalb dieses Raumes. Die Abschirmvorrichtung ist rotationsymmetrisch zur Längsachse der Motorwelle ausgestaltet bzw. angeordnet, wobei der Sensor mittig zur Längsachse auf der Leiterplatte angeordnet ist. Die hutförmige Abschirmvorrichtung 21 schirmt somit den Sensor auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte gegen magnetische Störfelder nach außen hin ab.

In Figur 5 ist eine zylindrische Abschirmvorrichtung 22 mit einer ringförmigen Grundfläche dargestellt. Auf einer Stirnseite der Mantelfläche 26 sind Nasen 27 zur Positionierung und Befestigung der Abschirmvorrichtung 22 auf der Leiterplatte vorgesehen. Die Abschirmvorrichtung 22 wird auf der Leiterplatte so angeordnet, dass der Mantel der zylindrischen Abschirmvorrichtung 22 den Sensor konzentrisch zur Längsachse der Motorwelle umfangseitig umgibt. Die Abschirmvorrichtung 22 ist dabei auf der motorwellennahen Seite der

Leiterplatte befestigt und zwischen Leiterplatte und Zweipol-Magnet

angeordnet. Vorzugsweise befindet sich die Abschirmvorrichtung 22 auf derselben Seite der Leiterplatte, auf der sich der Sensor befindet.

Figur 6 zeigt eine weitere denkbare Ausführungsform der Abschirmvorrichtung 23, die halbkugelförmig ausgeformt und hohl ist. Figur 7 zeigt die Anordnung der halbkugelförmigen Abschirmvorrichtung 23 in einem Rotorlagesensor 12. Wie im Beispiel der hutförmigen Abschirmvorrichtung beschrieben, liegt die halbkugelförmige Abschirmvorrichtung 23 ebenfalls auf der motorwellenfernen Seite der Leiterplatte, rotationssymmetrisch zur Längsachse 100. Im Idealfall im montierten Zustand liegt die Abschirmvorrichtung 23 in Anlage mit ihrer ringförmigen Stirnfläche auf der Leiterplatte 16. In der Praxis gibt es immer eine kleine Lücke zwischen der Leiterplatte 16 und der Abschirmung. Die Abschirmvorrichtung 23 bildet mit der Leiterplatte 16 einen vollkommen nach außen hin abgeschlossenen Raum aus. Der Sensor 17 liegt außerhalb dieses Raumes. Der Sensor 17 ist mittig zur Längsachse auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 16 angeordnet. Die halbkugelförmige Abschirmvor richtung 23 schirmt somit den Sensor 17 gegen magnetische Störfelder nach außen hin ab.