DD257178A3

DD257178A3 - Anordnung zur erzeugung von steuersignalen

Info

Publication number: DD257178A3
Application number: DD85281115A
Authority: DD
Inventors: Peter Johannes; Lutz Lampe; Wolfgang Lampe; Uwe Loreit; Gottfried Neumaerker; Peter Pertsch
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1988-06-08
Also published as: JPS6275313A; DE3627976A1; US4791365A

Abstract

Mit Hilfe eines Magneten, eines magnetempfindlichen Sensors und das Magnetfeld beeinflussender Mittel, zwischen denen eine Relativbewegung stattfindet, werden Steuersignale erzeugt. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, durch die Anwendung eines speziellen Sensortyps und die Gestaltung des magnetischen Rueckschlusses eine hoehere Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Materialeinsparung und einer Verringerung der Abhaengigkeit der Anordnung von Temperatur- und mechanischen Einfluessen zu erreichen. Erfindungsgemaess wird dies durch die Verwendung eines magnetoresistiven Schaltkreises erreicht, der sich zwischen einem festen und mindestens zwei simultan linear oder zirkular beweglichen, V- oder U-foermig angeordneten Magnetflusskonzentratoren befindet, die im wesentlichen abwechselnd wirksam sind. Der magnetoresistive Schaltkreis wird in seinem Saettigungsbereich betrieben, wenn nur einer der zwei Magnetflusskonzentratoren wirksam ist. Verwendet wird die Anordnung vorzugsweise in Zuendverteilern von Explosionsmotoren. Fig. 4

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Steuersignalen mit Hilfe eines Magneten, eines im zugehörigen Magnetfeld angeordneten magnetempfindlichen Sensors und das Magnetfeld beeinflussender Mittel, wobei Magnet und Sensor einerseits und ein Teil der das Magnetfeld beeinflussenden Mittel andererseits.relativ zueinander beweg bar sind und ein magnetischer Rückschluß besteht. Die Erfindung kann zur Längen- und Winkelmessung bzw. -steuerung verwendet werden; sie ist besonders vorteilhaft zur Steuerung des Zündzeitpunktes in Explosionsmotoren benutzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Positioniereinrichtungen bekannt, bei denen ein durch Positionswechsel in seiner Flußdichte sich veränderndes Magnetfeld in einem Sensor ein der Flußdichte proportionales elektrisches Signal erzeugt, das die Ermittlung der Lage eines zu positionierenden Teiles ermöglicht. Diese Positioniereinrichtungen erlauben sowohl eine lineare als auch eine zirkuläre Lagebestimmung. Insbesondere ist es bei Brennkraftmaschinen bekannt, einen Blendenring zwischen den Polen eines Magneten zur alternierenden Veränderungder Flußdichte hindurchzuführenden oder einen über seinen Umfang abwechselnd entgegengesetzt gepolten Magnetring mit einem Hallsensor zur Erzeugung der Signale für den Zündzeitpunkt jedes Zylinders zusammenwirken zu lassen. Bei den bekannten Einrichtungen wirken sich äußere Magnetfelder, Temperaturänderungen, Fertigungs- und Montagefehler genauigkeitsmindernd aus. Außerdem muß der Blendenring aus einem speziellen Material mit hoher Permeabilität hergestellt sein. Das Magnetfeld schwankt nur zwischen einem Maximalwert und einem gleichgerichteten Minimalwert, was besondere Anforderungen an die Stärke des Magneten stellt. Bei den mit Hallsensoren und Magnetringen ausgestatteten Signalgeneratoren können die Steuerungen der Schaltschwellen der Hallsensoren, die Toleranzen im Abstand zwischen Magnetring und Hallsensor, die Steuerungen des Magnetringes auf Grund seiner Herstellung und Lagerungsfehler der Nockenwelle nicht oder nur durch spezielle Vorkehrungen ausreichend berücksichtigt werden.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Nachteile bfehoben und eine Anordnung zur Erzeugung von Steuersignalen geschaffen werden, die eine höhere Empfindlichkeit mit einer Materialeinsparung, einerTemperaturunempfindlichkeit über einen großen Bereich und einer Verringerung der Abhängigkeit von äußeren Einflüssen verbindet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Erzeugung von Steuersignalen für die o. g. Anwendungsfälle mittels magnetoresistiver Sensoren durch die Anordnung von Magnetfeldkonzentratoren ein schalterartiges Verhalten mit großem Signalhub bei weitgehender Unabhängigkeit des Zeitpunktes des Steuersignals von der Exemplarstreuung zu erhalten. Bei einer Anordnung zur Erzeugung von Steuersignalen mit Hilfe eines Magneten, eines im Sättigungsbereich betriebenen magnetoresistiven Sensors und von Magnetflußkonzentratoren, wobei Magnet und Sensor einerseits und ein Teil der Magnetflußkonzentratoren andererseits relativ zueinander bewegbar sind, ein magnetischer Rückschluß besteht und wobei mindestens zwei Magnetflußkonzentratoren parallel gegeneinander versetzt zu beiden Seiten einer Ebene angeordnet sind, die die Richtung der Relativbewegung enthält, und zwei einander zugekehrte, im wesentlichen symmetrisch zur Ebene angeordnete Kanten aufweisen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein dritter Magnetflußkonzentrator vorgesehen ist, der mit dem Sensor im wesentlichen in der Ebene auf einer Geraden angeordnet ist, die rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zur Richtung der Relativbewegung gerichtet ist und daß der dritte Magnetflußkonzentrator auf der den beiden ersten Magnetflußkonzentratoren abgewandten Seite des Sensors angeordnet ist.

Der Schaltkreis mit den magnetoresistiven Sensoren kann sowohl als Brückenschaltung mit vier veränderbaren Widerständen als auch als Halbbrücke mit einer zusätzlichen Elektronik ausgebildet sein. Er kann auch weitere, der Signalverarbeitung und -auswertung dienende Bauelemente aufweisen. Die Verwendung der Magnetflußkonzentratoren und des magnetoresistiven Schaltkreises ermöglicht die Übersteuerung dieses Schaltkreises, seine Verwendung im Sättigungsbereich und damit die Ausschaltung des Einflusses von störenden Magnetfeldern. Für eine günstige Wirkungsweise der Anordnung ist es notwendig, daß die Gerade rechtwinklig zur Richtung der Relativbewegung steht und daß die beiden anderen Magnetflußkonzentratoren so angeordnet sind, daß die zwischen dem Sensor und jeweils einem der beiden anderen Magnetflußkonzentratoren verlaufenden Feldlinien beim Übergang von einem Magnetflußkonzentrator zum anderen eine Richtungsänderung von 90° erfahren. Damit ist auch gesagt, daß zum Zeitpunkt der Richtungsänderung beide andere Magnetfeldkonzentratoren wirksam sind. Vorteilhaft ist es, wenn der dritte Magnetflußkonzentrator und der Sensor am Stator und die beiden anderen Magnetflußkonzentratoren am Rotor eines Zündverteilers angeordnet sind. In diesem Fall enthält die zweite Ebene die Drehachse des Zündverteilers, die einander zugekehrten Kanten befinden sich also vorzugsweise in einer Durchmesserebene. Für die Konzentration des Magnetfeldes, das Betreiben des Sensors im Sättigungsbereich und die geeignete Dimensionierung des Magneten ist es von Vorteil, wenn der dritte Magnetflußkonzentrator in der Nähe des Sensors eine Spitze oder Kante aufweist. Dabei ist es auch möglich, daß der eine Magnetflußkonzentrator ein Polschuh des Magneten ist oder daß die beiden anderen Magnetflußkonzentratoren ein geeignet ausgebildeter und angeordneter Polschuh des Magneten sind. Der magnetische Rückschluß verbindet magnetisch den vom Sensor abgewandten Magnetpol mit den beiden anderen Magnetflußkonzentratoren, wobei zur Gewährleistung der Relativbewegung im magnetischen Rückschluß ein«nger Luftspalt vorgesehen ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die beiden ersten MagnetflußkOnzentratoren einen offenen Winkel miteinander bilden, in dessen Öffnungen oder in der Nähe von dessen Öffnung der Sensor angeordnet ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden ersten Magnetflußkonzentratoren als Schenkel eines U-förmigen Bauteils angeordnet sind und der dritte Magnetflußkonzentrator mit dem Sensor in oder in der Nähe der Öffnung des U-förmigen Bauteils angeordnet ist, so daß sich eine Richtungsänderung des konzentrierten Magnetflusses von vorzugsweise 90" beim Umschalten der Feldrichtung von einem der beiden Magnetflußkonzentratoren zum anderen ergibt. Anstelle der beiden ersten Magnetflußkonzentratoren können auch mehrere Magnetflußkonzentratoren paarweise angeordnet sein, wobei die Magnetflußkonzentration jedes Paares eine ungleiche Ausdehnung parallel zur Bewegungsrichtung aufweisen.

Äusführungsbeispieie

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

FIg. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel im Aufriß,

Fig. 2: den Grundriß des ersten Ausführungsbeispiels, der an der Stelle A aufgerissen dargestellt ist,

Fig.3: die Stelle A in vergrößerter Darstellung und

Fig.4: den Aufriß eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In den Figuren 1 bis 3 ist mit einer um eine Achse Χ_Ί-Χι drehbaren Welle 1 eine Segmentscheibe 2 aus ferromagnetischem Material mit den gegeneinander und bezüglich der Achse Xi-X₁ versetzt angeordneten Magnetflußkonzentratoren 3 fest verbunden. Außerdem ist auf einem Flansch 4 der Welle 1 eine zur Segmentscheibe 2 parallele Trägerscheibe 5 aus nicht magnetisierbarem Material so gelagert und über ein Koppelglied 6 mit einem im übrigen nicht dargestellten feststehenden Geräteteil 7 justierbar so verbunden, daß sie an den Drehungen der Welle 1 nicht teilnimmt. Auf der Trägerscheibe 5 ist ein Permanentmagnet 8 mit der Polung N-S befestigt, der an seinen Polflächen '.appen 9,10 aufweist, die beide an ihren freien Enden gekröpft sind und mit diesen Enden durch die Trägerscheibe 5 hindurch ragen. Der Lappen 9 ist an seinem freien Ende keilförmig mit einer Kante 11 und damit als Magnetflußkonzentrator ausgebildet. Unmittelbar vor der Kante 11 ist ein magnetoresistor Sensor (Schaltkreis) 12 angeordnet, der über einen Winkelarm 13 mit einer an der Trägerscheibe 5 befestigten Buchse 14 starr verbunden ist. Der Winkelarm 13 und die Buchse 14 bestehen ebenfalls aus nicht magnetisierbarem Material. Der Lappen 10 ragt mit seinem freien Ende so zwischen die Magnetflußkonzentratoren 3, daß zwischen seiner Abkröpfung 15 und der Segmentscheibe 2 ein enger, den magnetischen Rückschluß wenig beeinflussender Luftspalt 16 entsteht. Die Drehrichtung der Segmentscheibe 2 zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen den Magnetflußkonzentratoren 3 und dem Sensor 12 sowie dem als Magnetflußkonzentrator dienenden Lappen 9 ist in Fig.2 durch einen Pfeil 17 angegeben.

Beim Drehen der Welle 1 mit der Segmentscheibe 2 in Richtung des Pfeils 17 bewegen sich die Magnetflußkonzentratoren 3 auf Bahnen, die an der Stelle des einen Magnetflußkonzentrators 9 und des Sensors 12 mit der Segmentscheibe 2 einen U-förmigen Querschnitt ergeben. Dabei liegen der eine Magnetflußkonzentrator 9 mit dem Sensor 12 im wesentlichen auf einer Geraden, die auf der Relativbewegung senkrecht steht. Bezüglich der durch die Gerade und die Relativbewegung bestimmten

Tangentialebene sind benachbart liegende Kanten 18 zweier aufeinanderfolgender, auf der Segmentscheibe 2 befestigter Magnetflußkonzentratoren 3 symmetrisch angeordnet. Diese jeweils benachbart liegenden Kanten befinden sich in einer Durchmesserebene bezüglich der Segmentscheibe 2. Die Tangentialebene und die jeweilige Durchmesserebene sind als erste und zweite Ebene in Sinne dieser Beschreibung rechtwinklig zueinander gerichtet. Der magnetische Kreis geht im vorliegenden Fall vom N-PoI des Magneten 8 aus über die Lasche 9 mit dem keilförmigen freien Ende, das den Magnetfluß auf den Sensor 12 konzentriert, zum inneren bzw. äußeren der anderen Magnetflußkonzentratoren 3, über die Segmentscheibe 2, den Luftspalt 16 und die Lasche 10 zum S-PoI. Der magnetoresistive Schaltkreis 12 befindet sich infolge der starken Konzentration des Magnetflusses immer im Sättigungsbereich und spricht nur auf den Richtungswechsel des Magnetflusses an, der eintritt, wenn der Magnetfluß bei der Relativbewegung von einem äußeren zu einem inneren Magnetflußkonzentrator 3 oder umgekehrt springt. Der Magnetfluß ändert beim Richtungswechsel seine Richtung um etwa 90°, das heißt, bezüglich der Tangentialebene von +45° auf -45°. .

In Fig.4 ist eine Welle 19, mit der eine ausferromagnetischem Material bestehende Segmentscheibe 20 starr verbunden ist, um eine Achse X2-X2 drehbar gelagert. Die Segementscheibe20 besitzt periphere Magnetflußkonzentratoren 21, 22, die abwechselnd nach oben und unten und symmetrisch aus der Ebene der Segmentscheibe 20 V-förmig herausgebogen sind. In der Öffnung des V ist ein magnetoresistiver Schaltkreis 23 angeordnet, der von den Magnetflußkonzentratoren 21,22 bei Drehung der Segementscheibe 20 abwechselnd gleich weit entfernt ist. Auf der Welle 19 ist außerdem eine unmagnetische Trägerscheibe 24 angeordnet, die über ein Koppelglied 25 mit einem festen Geräteteil 26 justierbar verbunden ist und dadurch von Drehungen der Welle 19 nicht beeinflußt wird. Die Trägerscheibe 24 trägt den Sensor 23 und getrennt davon, einen Magneten 27 mit einem Rückschluß 28, der gegenüber dem Sensor 23 in einer Spitze 29 endet und mit diesem spitzen Ende als Magnetflußkonzentrator dient. Der eine Magnetflußkonzentrator 29 und der Sensor 23 sind auf einer Geraden angeordnet, die rechtwinklig auf der Relativbewegung der Segmentscheibe 20 steht und bilden mit dieser eine erste Ebene, auf der die von benachbarten Kanten der aufeinanderfolgenden anderen Magnetflußkonzentratoren 21,22 bestimmte zweite Ebene senkrecht steht.

Auch in diesem Fall bildet sich eine Magnetflußkonzentration heraus, die den Sensor 23 im Sättigungsbereich liegen läßt. Beim Drehen der Welle 19 mit der Segmentscheibe 20 tritt durch unterschiedliche Richtung der Magnetflußkonzentratoren 21,22 beim Wechsel von einem Magnetflußkonzentratorzum anderen ein Richtungswechsel des Magnetflusses ein, den der Sensor 23 in ein elektrisches Signal umformt, das mit Hilfe nicht dargestellter Mittel weiterverarbeitet werden kann und als Steuersignal dient. lh den Ausführungsbeispielen haben die beiden anderen Magnetflußkonzentratoren unterschiedliche Längen. Es ist auch möglich, sie gleichlang zu gestalten und linear anzuordnen.

Claims

1. Anordnung zur Erzeugung von Steuersignalen mit Hilfe eines Magneten, eines im Sättigungsbereich betriebenen magnetoresistiven Sensors und von Magnetflußkonzentratoren, wobei Magnet und Sensor einerseits und ein Teil der Magnetflußkonzentratoren andererseits relativ zueinander bewegbar sind, ein magnetischer Rückschluß besteht und wobei'mindestens zwei der Magnetflußkonzentratoren parallel gegeneinander versetzt zu beiden Seiten einer Ebene angeordnet sind, die die Richtung der Relativbewegung enthält, und zwei einander zugekehrte, im wesentlichen symmetrisch zur Ebene angeordnete Kanten aufweisen, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein dritter Magnetflußkonzentrator vorgesehen ist, der mit dem Sensor im wesentlichen in der Ebene auf einer Geraden angeordnet ist, die rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zur Richtung der Relativbewegung gerichtet ist und daß der dritte Magnetflußkonzentrator auf der den beiden ersten Magnetflußkonzentratoren abgewandten Seite des Sensors angeordnet ist.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1 ,gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Magnetflußkonzentrator und der Sensor am Stator und die beiden ersten Magnetfiußkonzentratoren am Rotor eines Zündverteilers angebracht sind.

3. Anordnung gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Magnetflußkonzentrator in der Nähe des Sensors eine Spitze oder Kante aufweist.

4. Anordnung gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Magnetflußkonzentrator mit dem Sensor in oder nahe der Öffnung eines offenen Winkels angeordnet ist, den die beiden ersten Magnetflußkonzentratoren miteinander bilden.

5. Anordnung gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der dritte Magnetflußkonzentrator mit dem Sensor in oder nahe der Öffnung eines U-förmigen Bauteils angeordnet ist, dessen Schenkel die beiden ersten Magnetflußkonzentratoren sind.