WO2000017661A1 - Device and method for detecting the movement of rotation of a shaft - Google Patents

Device and method for detecting the movement of rotation of a shaft Download PDF

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WO2000017661A1
WO2000017661A1 PCT/DE1999/002772 DE9902772W WO0017661A1 WO 2000017661 A1 WO2000017661 A1 WO 2000017661A1 DE 9902772 W DE9902772 W DE 9902772W WO 0017661 A1 WO0017661 A1 WO 0017661A1
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magnetic
shaft
threshold value
flux
magnetic field
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PCT/DE1999/002772
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Hubert Lamm
Günter HADERER
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01P3/4802Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage by using electronic circuits in general
    • GPHYSICS
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    • G01P3/488Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the rotary movement of a shaft with the features mentioned in the preamble of claim 1 and a method for detecting such a rotary movement.
  • Devices and methods of the type mentioned are used in many technical areas in order to detect and quantitatively measure rotary movements, for example of electric motors.
  • a special field of application for such devices and methods are control systems for the drive motors of sunroofs or window regulators, which automatically switch off the drive motors when the sunroof or the window pane has reached an end of its / its range of motion.
  • a disadvantage of such systems is that with each actuation, the transmission downstream of the engine experiences a violent vibration when the sunroof or window reaches its stop and is thereby unnecessarily stressed.
  • a known solution uses a circular disk-shaped magnet mounted on the shaft, the north and south poles of which are separated by a plane running through the shaft.
  • a Hall sensor is arranged in a stationary manner in a magnetic circuit which runs through this magnet. Due to its rotation, the disk-shaped magnet modulates the flux sensed by the Hall sensor with a period which corresponds to the rotation period of the shaft.
  • the Hall sensor generates a signal which, depending on the sign of the flow, can have two different values.
  • a wide range of tolerance influences which are related, for example, to the magnetic flux, the arrangement of the Hall sensor or the switching hysteresis of the Hall sensor, result in one of the two output levels of the Hall sensor in most cases lasts longer than the other. It does not therefore indicate every level change a rotation of 180 degrees. In order to be able to computationally compensate for such an inaccuracy, it is necessary to observe the output signal of the Hall sensor over several periods and to form an average.
  • This known device for detecting a rotary movement comprises a flow modulator in the form of a circular disc with two cut segments, which, mounted on the shaft, rotates between two pole pieces of a stationary magnetic circuit. If the areas of the circular disk that have not been cut off lie opposite the pole pieces, the air gap in the magnetic circuit is considerably smaller than if the cut off areas lie opposite the pole pieces. As a result, the flux in the magnetic circuit varies with two periods per revolution of the shaft.
  • a Hall sensor is arranged laterally next to the magnetic field source of the magnetic circuit and detects its leakage flux, which is also modulated by the rotation of the circular disk.
  • the Hall sensor of this known device generates two output signals "0" or “l w or” H “and” L u , depending on how large the magnetic field strength to which it is exposed. For this it is necessary to define a field strength value between the two extreme values at which the output signal switches from one level to the other. This value depends on the local conditions of the magnetic circuit in which the hall sor is used. In order to ensure that the Hall sensor switches between the two levels at an angular distance of 90 degrees, a complex adjustment is required.
  • the device according to the invention for detecting a rotary movement with the features of claim 1 and the method according to claim 9 have the advantage that the accuracy of the rotary movement detection is independent of the threshold value set, so that the threshold value is any value within the fluctuation - Width of the output signal of the magnetic field sensor can be selected.
  • the accuracy of detection of the device and the method are therefore not affected by mechanical changes in the magnetic circuit, for example as a result of aging or wear of moving parts, by thermal expansion or shrinking phenomena due to the ambient temperature, etc.
  • the resolution in the rotational movement detection that can be achieved with the device according to the invention or the method according to the invention depends on the number n of periods with which the flux modulator modulates the flux in the magnetic circuit per revolution of the shaft. This number n should be at least 3.
  • the flow modulator is preferably a wheel mounted on the shaft itself, on which, in the circumferential direction of the wheel, alternate n areas with a first one Magnetic permeability and n areas with a second magnetic permeability are arranged, which alternately move through the magnetic circuit when the shaft rotates and thus modulate its magnetic flux.
  • the wheel is a gearwheel
  • the areas with different magnetic permeabilities are the teeth or the interdental spaces of the gearwheel.
  • the wheel may be a disc with holes arranged circumferentially at a given radius.
  • this further comprises at least one stationary pole shoe which faces the wheel and whose width is at most equal to the width of each area.
  • a corresponding second pole piece can be arranged at another point facing the wheel, the position being chosen so that both pole pieces face either areas with high permeability or areas with low permeability at any time.
  • a second magnetic field sensor is arranged at an angle relative to the first magnetic field sensor about the axis of the shaft, the angle being chosen such that an output signal of the second magnetic field sensor a phase shift relative to Output signal of the first, which is measurably different from 0 or ⁇ ⁇ .
  • the direction of rotation of the shaft can be identified by comparing the chronological sequence, for example of zero crossings of the output signals of the two magnetic field sensors.
  • the second magnetic field sensor can be arranged to detect fluctuations in the magnetic flux in the same magnetic circuit as the first magnetic field sensor, but is preferably assigned to a separate, second magnetic circuit.
  • Figure 1 shows the basic structure of an armature shaft with an armature and an inventive device for detecting the rotational movement of the shaft;
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the device according to the invention in a view in the direction of the shaft
  • Figures 3 each show a further embodiment in and 4 perspective view
  • Figure 5 is a circuit diagram of a magnetic field sensor and a comparator according to the invention
  • Figure 7 is a circuit diagram of a device according to the invention, which is able to detect the direction of rotation.
  • Figure 1 shows a side view of an armature 1 of an electric motor, which is mounted together with a commutator 2 on an armature shaft 3.
  • a drive screw 4 at one end of the shaft 3 drives a window lifter mechanism or a sunroof of a motor vehicle via a gear wheel (not shown) with an axis perpendicular to the armature shaft 3.
  • a metal gear wheel 5 is fixedly mounted on the shaft 3 between the drive screw 4 and the armature 1.
  • a magnet 6 is arranged in a stationary manner at a distance from the outer circumference of the gear wheel 5.
  • the space between the magnet 6 and the gear 5 is essentially filled by a magnetic field sensor in the form of a Hall sensor 7.
  • a magnetic flux runs from the magnet 6 through the Hall sensor 7 into the gear wheel 5. This flux is of different strength, depending on whether the Hall sensor on the gear wheel has a tooth or a space between the teeth opposite. These fluctuations in the magnetic flux are registered by the Hall sensor and processed by electronic circuits, which will be discussed in more detail later, in particular in connection with FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 2 shows the rotary motion detection device from FIG. 1 in a side view along the axis of the shaft 3.
  • a magnetic circuit here extends from the magnet 5 via the Hall sensor 7 and an air gap in a tooth 8 of the gear wheel 5.
  • An adjacent tooth 8 has a pole piece 10 opposite, from which the magnetic flux is returned via a yoke 11 to the magnet 6.
  • the air gaps between the Hall sensor 7 or the pole shoe 10 and the gearwheel 5 are narrow, and accordingly the flow through the Hall sensor is strong. If the gear wheel 5 rotates in one direction or the other, an interdental space 9 comes to lie opposite the Hall sensor 7 or the pole piece 10, and the flow through the Hall sensor 7 accordingly decreases.
  • the Hall voltage proportional to the magnetic field strength in the Hall sensor is tapped and processed, as will be explained later.
  • the width of the pole piece 10 or the Hall sensor 7, which in this embodiment also has the function of a pole piece, namely to guide the flow into the gearwheel with as little scatter as possible, is not greater in circumferential direction than the width of the teeth 8 or the interdental spaces 9 of the gear 5; preferably "it is slightly smaller in order to achieve the greatest possible modulation of the magnetic flux by the rotation of the gear wheel 5.
  • the function of the yoke 11 can also be taken over by a metallic housing of the detection device.
  • a second arrangement of magnet 6 ', Hall sensor 7', pole piece 10 'and yoke 11' is arranged on the gear wheel 5 offset at an angle about the axis of the shaft 3.
  • the angle is chosen so that whenever the Hall sensor and pole piece of one arrangement are exactly opposite a tooth or a tooth space, the Hall sensor and pole piece of the other arrangement are half a tooth and half a tooth space. Because of this arrangement, output signals are obtained from the two Hall sensors 7 and 7 ', which are out of phase with each other by ⁇ ⁇ / 2. The evaluation of these signals will be discussed later in connection with FIGS. 7 and 8.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of a detection device according to the invention.
  • the magnet 6 is oriented parallel to the shaft 3 and arranged so that there is only a small air gap between it and an opposite tooth 8 of the gear wheel 5.
  • the magnetic flux from the magnet 6 largely runs through the tooth 8, and the stray field, which is detected by the Hall sensor 7 arranged on the side of the magnet 6 facing away from the gear, is small.
  • the tooth wheel 5 rotates further, so that the magnet has a tooth space 9 opposite, its magnetic field is distributed more evenly over the space surrounding the magnet 6, and the field detected by the Hall sensor 7 has a stronger effect.
  • the signal detected by the Hall sensor of this embodiment thus behaves, so to speak, in phase opposition to the signal recorded in the previous embodiment, but is evaluated in the same way.
  • a second magnet and a second Hall sensor can also be provided in this embodiment, which detects a phase-shifted signal.
  • FIG. 4 shows a third embodiment, in which the gearwheel is replaced by a circular metallic disk 15, into which, at a given radius n, axially extending holes 19 are broken, which form regions of low permeability.
  • the diameter of the holes are essentially equal to the width of the areas between two adjacent holes, which have a higher permeability.
  • the disk 15 rotates between the two arms of a horseshoe-shaped magnet 6. These arms carry pole shoes 10 on their inner ends facing the disk 15, the cross sections of which essentially correspond to that of the holes 19 and only one of which can be seen in the figure .
  • a Hall sensor (not shown) is arranged on one of the pole shoes. Just as with the devices described above, the Hall sensor produces a periodic signal which has n periods per revolutions of the shaft 3.
  • FIG. 5 schematically shows the electronic components which are used in the device according to the invention for detecting the rotary movement.
  • the Hall sensor 7 has a first connection pair for a supply current and a second connection pair 21, 22 for tapping a Hall voltage induced by the magnetic field.
  • the terminal 21 is kept at an intermediate potential between a supply potential Vcc and ground by a voltage divider R1, R2.
  • the other terminal 22 is connected to a first input of an operational amplifier 23, the second input of which is supplied with a potential via a voltage divider R3, R4, which potential is selected such that it lies between the extreme values of the potential at the terminal 22.
  • the operational amplifier 23 outputs the square-wave signal shown in FIG. 6, line a with n periods per armature revolution.
  • the ratio of the periods of high and low levels within a period of the output signal of the operational amplifier 23 depends on the value of the potentials set by the voltage dividers R1, R2 or R3, R4. However, these relative time periods are not evaluated. Instead, the output signal of the operational amplifier 23 is fed to a flip-flop 24, which in each case generates a short pulse on a rising edge of the output signal, but ignores the falling edges.
  • the operational amplifier 23 thus forms, together with the flip-flop 24, a comparator which supplies a pulse when the signal from the Hall sensor is via a value defined by the voltage divider R3, R4 increases, but not when it falls below this value again. This gives the pulse signal shown in FIG. 6, line b, with n pulses per revolution of the shaft.
  • the number of pulses output by the multivibrator 24 can be recorded by a counter 25 in order to obtain a measure of the angle of rotation of the shaft 3.
  • Figure 7 shows the electronic components of the device according to the invention in the event that a second magnetic field sensor 7 'is provided, as shown in Figure 2.
  • the evaluation circuit which is formed by the components lying within the dashed box 20 in FIG. 5, is shown in simplified form in FIG. 7 by a box 20.
  • the output signal of the evaluation circuit 20 is present at the counter input C of a counter 25.
  • an output connection of the Hall sensor 7 ' is connected to the center point of a voltage divider R1', R2 '.
  • the other output terminal 22 ' is connected to an input of an operational amplifier 23', the second input of which is connected to a second voltage divider R3 ', R4'.
  • the potentials set by the two voltage dividers are again chosen such that the potential difference at the inputs of the operational amplifier 32 'changes its sign when the field sensor 7' changes from high to low. Due to the relative arrangement of the Hall sensors 7 and 7 ', as described with reference to FIG. 2, the output signal of the operational amplifier 23' (see FIG. 6, line c) is against the output signal of the sensor 7 shown in line a by ⁇ / 2 out of phase. This output signal of the Hall sensor 23 'is applied to a counter direction input U / D of the counter 25, so that, depending on the level at this input, a pulse arriving at the input C leads to an increase or decrease in the counter reading of the counter 25 by 1.
  • the circuit shown in FIG. 7 delivers correct results even if the phase shift of ⁇ / 2 does not deviate by more than ⁇ / 4. In principle, it is sufficient to distinguish the directions of rotation if the phase shift between the output signals of the operational amplifiers 23 and 23 'deviates so far from 0 or ⁇ ⁇ that the difference can be recognized by a downstream evaluation circuit.
  • the interdental spaces or holes can be filled with a solid material whose magnetic permeability differs significantly from that of the gear wheel or the disk.
  • a gear or a disc made of a material with low permeability, such as a plastic, and to fill the holes or interdental spaces with a metal of high permeability.

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Abstract

The invention relates to a device for detecting the movement of rotation of a shaft (3), comprising a flux modulator (5, 15) that rotates with the shaft and through which a magnetic circuit runs, whereby the flux modulator (5, 15) modulates the flux in the magnetic circuit with n number of periods per rotation of said shaft (3). The device also comprises a magnetic field sensor (7) for detecting fluctuations in the magnetic field in the magnetic circuit that are caused by the rotation of the flux modulator (5, 15), in addition to a comparator (23, 24) that compares the output signal of the magnetic field sensor (7) with a threshold value. The comparator (23, 24) emits a signal that indicates a movement of rotation when the output signal of the magnetic field sensor (7) exceeds the threshold value in a given direction. No signal is emitted when the output signal exceeds the threshold value in the opposite direction. The movement of rotation can thus be detected with a certain amount of tolerance with respect to inaccuracies and drifting of said threshold value.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung der Drehbewegung einer WelleDevice and method for detecting the rotational movement of a shaft
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zum Erfassen einer solchen Drehbewegung.The invention relates to a device for detecting the rotary movement of a shaft with the features mentioned in the preamble of claim 1 and a method for detecting such a rotary movement.
Stand der TechnikState of the art
Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art werden in vielen technischen Bereichen eingesetzt, um Drehbewegungen beispielsweise von Elektromotoren zu erfassen und quantitativ zu messen. Ein spezielles Anwendungsgebiet für solche Vorrichtungen und Verfahren sind Steuersysteme für die Antriebsmotoren von Schiebedächern oder Fensterhebern, welche die Antriebsmotoren selbsttätig abschalten, wenn das Schiebedach bzw. die Fensterscheibe ein Ende seines/ihres Bewegungsbereiches erreicht hat.Devices and methods of the type mentioned are used in many technical areas in order to detect and quantitatively measure rotary movements, for example of electric motors. A special field of application for such devices and methods are control systems for the drive motors of sunroofs or window regulators, which automatically switch off the drive motors when the sunroof or the window pane has reached an end of its / its range of motion.
Es ist zwar möglich, in solchen Systemen Ab>- schaltautomatiken einzusetzen, die die Stromversorgung eines Antriebsmotors unterbrechen, wenn erfaßt wird, daß dieser sich nicht mehr dreht, weil die Fensterscheibe oder das Schiebedach einen Anschlag am Ende des Bewegungsbereichs erreicht hat.In such systems it is possible to use automatic switch-off devices which interrupt the power supply of a drive motor if it is detected that it no longer rotates because the Window or the sunroof has reached a stop at the end of the range of motion.
Ein Nachteil solcher Systeme ist jedoch, daß bei jeder Betätigung das dem Motor nachgeschaltete Getriebe eine heftige Erschütterung erfährt, wenn das Schiebedach oder Fenster seinen Anschlag erreicht und dadurch unnötig strapaziert wird.A disadvantage of such systems, however, is that with each actuation, the transmission downstream of the engine experiences a violent vibration when the sunroof or window reaches its stop and is thereby unnecessarily stressed.
Es ist deshalb wünschenswert, die Position eines solchen Fensters oder Schiebedachs stets genau verfolgen zu können, um rechtzeitig vor Erreichen des Anschlags am Ende des Bewegungsbereichs den Motor anhalten oder seine Antriebskraft begrenzen zu können.It is therefore desirable to always be able to track the position of such a window or sunroof precisely in order to be able to stop the motor or limit its driving force in good time before the stop at the end of the movement range.
Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Vorrichtungen zur Erfassung der Drehbewegung einer Antriebswelle entwickelt worden. Eine bekannte Lösung verwendet einen an der Welle montierten kreisscheibenfδrmigen Magneten, dessen Nord- und Südpol durch eine durch die Welle verlaufende Ebene getrennt sind. In einem Magnetkreis, der durch diesen Magneten verläuft, ist ortsfest ein Hallsensor angeordnet. Durch seine Drehung moduliert der scheibenförmige Magnet den von Hallsensor erfaßten Fluß mit einer Periode, die der Dmdrehungsperiode der Welle entspricht. Der Hallsensσr erzeugt ein Signal, das je nach Vorzeichen des Flusses zwei verschiedene Werte annehmen kann. Vielfältige Toleranzeinflüsse, die z.B. mit dem magnetischen Fluß, der Anordnung des Hallsen- sors oder der Schalthysterese des Hallsensors zusammenhängen, führen dazu, daß in den meisten Fällen einer der beiden Ausgangspegel des Hallsensoxs länger anhält als der andere. Es zeigt deshalb nicht jede Pegeländerung eine Umdrehung von 180 Grad an. Um eine solche Ungenauigkeit rechnerisch kompensieren zu können, ist es notwendig, das Aus- gangssignal des Hallsensors über mehrere Perioden hinweg zu beobachten und einen Mittelwert zu bilden.For this purpose, different devices for detecting the rotary movement of a drive shaft have been developed. A known solution uses a circular disk-shaped magnet mounted on the shaft, the north and south poles of which are separated by a plane running through the shaft. A Hall sensor is arranged in a stationary manner in a magnetic circuit which runs through this magnet. Due to its rotation, the disk-shaped magnet modulates the flux sensed by the Hall sensor with a period which corresponds to the rotation period of the shaft. The Hall sensor generates a signal which, depending on the sign of the flow, can have two different values. A wide range of tolerance influences, which are related, for example, to the magnetic flux, the arrangement of the Hall sensor or the switching hysteresis of the Hall sensor, result in one of the two output levels of the Hall sensor in most cases lasts longer than the other. It does not therefore indicate every level change a rotation of 180 degrees. In order to be able to computationally compensate for such an inaccuracy, it is necessary to observe the output signal of the Hall sensor over several periods and to form an average.
Eine weitere derartige Vorrichtung ist bekannt aus DE-A-19525292. Diese bekannte Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung umfaßt einen Flußmodulator in Form einer Kreisscheibe mit zwei abgeschnittenen Segmenten, die sich, auf der Welle montiert, zwischen zwei Polschuhen eines stationären Magnetkreises dreht. Wenn die nicht abgeschnittenen Bereiche der Kreisscheibe den Polschuhen gegenüberliegen, ist der Luftspalt im Magnetkreis wesentlich kleiner, als wenn die abgeschnittenen Bereiche den Polschuhen gegenüberliegen. Infolgedessen variiert der Fluß im Magnetkreis mit zwei Perioden pro Umdrehung der Welle. Ein Hallsensor ist seitlich neben der Magnetfeldquelle des Magnetkreises angeordnet und erfaßt deren durch die Umdrehung der Kreisscheibe ebenfalls modulierten Streufluß.Another such device is known from DE-A-19525292. This known device for detecting a rotary movement comprises a flow modulator in the form of a circular disc with two cut segments, which, mounted on the shaft, rotates between two pole pieces of a stationary magnetic circuit. If the areas of the circular disk that have not been cut off lie opposite the pole pieces, the air gap in the magnetic circuit is considerably smaller than if the cut off areas lie opposite the pole pieces. As a result, the flux in the magnetic circuit varies with two periods per revolution of the shaft. A Hall sensor is arranged laterally next to the magnetic field source of the magnetic circuit and detects its leakage flux, which is also modulated by the rotation of the circular disk.
Der Hallsensor dieser bekannten Vorrichtung erzeugt zwei Ausgangssignale „0" oder „lw bzw. „H" und „Lu, je nachdem, wie groß die magnetische Feldstärke ist, der er ausgesetzt ist. Hierfür ist es notwendig, einen zwischen den beiden Extremwerten liegenden Wert der Feldstärke festzulegen, an dem das Ausgangssignal vom einen auf den anderen Pegel umschaltet . Dieser Wert hängt von den lokalen Gegebenheiten des Magnetkreises ab, in dem der Hallsen- sor eingesetzt wird. Um zu erreichen, daß der Hall- sensor jeweils in einem Winkelabstand von 90 Grad zwischen den zwei Pegeln umschaltet, ist eine aufwendige Justierung erforderlich.The Hall sensor of this known device generates two output signals "0" or "l w or" H "and" L u , depending on how large the magnetic field strength to which it is exposed. For this it is necessary to define a field strength value between the two extreme values at which the output signal switches from one level to the other. This value depends on the local conditions of the magnetic circuit in which the hall sor is used. In order to ensure that the Hall sensor switches between the two levels at an angular distance of 90 degrees, a complex adjustment is required.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 9 haben demgegenüber den Vorteil, daß die Genauigkeit der Drehbewegungserfassung unabhängig vom eingestellten Schwellwert ist, so daß als der Schwell- wert ein beliebiger Wert innerhalb der Schwankungs- breite des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors gewählt werden kann. Die Erfassungsgenauigkeit der Vorrichtung und des Verfahrens werden deshalb nicht von mechanischen Veränderungen im Magnetkreis, etwa in Folge von Alterungserscheinungen oder Abnutzung von bewegten Teilen, durch thermische Ausdehnungs- oder Schrumpfungserscheinungen aufgrund der Umgebungstemperatur, etc. beeinträchtigt.The device according to the invention for detecting a rotary movement with the features of claim 1 and the method according to claim 9 have the advantage that the accuracy of the rotary movement detection is independent of the threshold value set, so that the threshold value is any value within the fluctuation - Width of the output signal of the magnetic field sensor can be selected. The accuracy of detection of the device and the method are therefore not affected by mechanical changes in the magnetic circuit, for example as a result of aging or wear of moving parts, by thermal expansion or shrinking phenomena due to the ambient temperature, etc.
Die Auflösung bei der Drehbewegungserfassung, die sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen läßt, hängt ab von der Zahl n von Perioden, mit der der Flußmodulator den Fluß im Magnetkreis pro Umdrehung der Welle moduliert. Diese Zahl n sollte wenigstens 3 sein.The resolution in the rotational movement detection that can be achieved with the device according to the invention or the method according to the invention depends on the number n of periods with which the flux modulator modulates the flux in the magnetic circuit per revolution of the shaft. This number n should be at least 3.
Der Flußmodulator ist vorzugsweise ein auf der Welle selbst montiertes Rad, an dem in ümfangsriehtung des Rades abwechselnd n Bereiche mit einer ersten magnetischen Permeabilität und n Bereiche mit einer zweiten magnetischen Permeabilität angeordnet sind, die bei einer Drehung der Welle sich abwechselnd durch den Magnetkreis bewegen und so dessen Magnetfluß modulieren.The flow modulator is preferably a wheel mounted on the shaft itself, on which, in the circumferential direction of the wheel, alternate n areas with a first one Magnetic permeability and n areas with a second magnetic permeability are arranged, which alternately move through the magnetic circuit when the shaft rotates and thus modulate its magnetic flux.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Rad ein Zahnrad, und die Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Permeabilitäten sind die Zähne bzw. die Zahnzwischenräume des Zahnrades.According to a preferred embodiment, the wheel is a gearwheel, and the areas with different magnetic permeabilities are the teeth or the interdental spaces of the gearwheel.
Alternativ kann das Rad eine Scheibe mit bei einem gegebenen Radius in Umfangsrichtung angeordneten Löchern sein.Alternatively, the wheel may be a disc with holes arranged circumferentially at a given radius.
Um einen hohen magnetischen Fluß im Magnetkreis zu ermöglichen, umfaßt dieser ferner wenigstens einen ortsfesten Polschuh, der dem Rad zugewandt ist und dessen Breite höchstens gleich der Breite jedes Bereiches ist. Ein entsprechender zweiter Polschuh kann an anderer Stelle dem Rad zugewandt angeordnet sein, wobei die Stelle so gewählt ist, daß zu jedem Zeitpunkt beide Polschuhe entweder Bereichen mit hoher Permeabilität oder Bereichen mit niedriger Permeabilität zugewandt sind.In order to enable a high magnetic flux in the magnetic circuit, this further comprises at least one stationary pole shoe which faces the wheel and whose width is at most equal to the width of each area. A corresponding second pole piece can be arranged at another point facing the wheel, the position being chosen so that both pole pieces face either areas with high permeability or areas with low permeability at any time.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung, die nicht nur die Erfassung des Ausmaßes einer Bewegung, sondern auch von deren Richtung ermöglicht, ist ein zweiter Magnetfeldsensor relativ zum ersten Magnetfeldsensor um die Achse der Welle winkelversetzt angeordnet, wobei der Winkel so gewählt ist, daß ein Ausgangssignal des zweiten Magnetfeldsensors eine Phasenverschiebung relativ zum AusgangsSignal des ersten aufweist, die von 0 oder ±π meßbar verschieden ist. Durch Vergleichen der zeitlichen Aufeinanderfolge beispielsweise von Nulldurchgängen der Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren läßt sich die Drehrichtung der Welle erkennen.According to an advantageous further development of the invention, which not only enables the extent of a movement, but also its direction, to be detected, a second magnetic field sensor is arranged at an angle relative to the first magnetic field sensor about the axis of the shaft, the angle being chosen such that an output signal of the second magnetic field sensor a phase shift relative to Output signal of the first, which is measurably different from 0 or ± π. The direction of rotation of the shaft can be identified by comparing the chronological sequence, for example of zero crossings of the output signals of the two magnetic field sensors.
Der zweite Magnetfeldsensor kann angeordnet sein, um Schwankungen des Magnetflusses in den gleichen Magnetenkreis zu erfassen wie der erste Magnetfeldsensor, vorzugsweise ist er aber einem eigenen, zweiten Magnetkreis zugeordnet.The second magnetic field sensor can be arranged to detect fluctuations in the magnetic flux in the same magnetic circuit as the first magnetic field sensor, but is preferably assigned to a separate, second magnetic circuit.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei- spielen zu entnehmen.Further advantageous features of the invention can be found in the following description of exemplary embodiments.
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Aus- führungsbeispiele mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Ankerwelle mit einem Anker und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung der Welle;Figure 1 shows the basic structure of an armature shaft with an armature and an inventive device for detecting the rotational movement of the shaft;
Figur 2 eine erste Ausgestaltung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung der Welle;FIG. 2 shows a first embodiment of the device according to the invention in a view in the direction of the shaft;
Figuren 3 jeweils eine weitere Ausgestaltung in und 4 perspektivischer Ansicht; Figur 5 eine Schaltskizze eines Magnetfeldsensors und eines Komparators gemäß der Erfindung;Figures 3 each show a further embodiment in and 4 perspective view; Figure 5 is a circuit diagram of a magnetic field sensor and a comparator according to the invention;
Figur 6 Verläufe von Signalen in den Schaltungen aus Figuren 5 und 7; undFigure 6 waveforms of signals in the circuits of Figures 5 and 7; and
Figur 7 eine Schaltskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in der Lage ist, auch die Richtung einer Drehung zu erfassen.Figure 7 is a circuit diagram of a device according to the invention, which is able to detect the direction of rotation.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Anker 1 eines Elektromotors, der zusammen mit einem Kommutator 2 auf einer Ankerwelle 3 montiert ist . Eine AntriebsSchnecke 4 an einem Ende der Welle 3 treibt über ein nicht gezeigtes Zahnrad mit zur Ankerwelle 3 senkrechter Achse einen Fensterhebermechanismus oder ein Schiebedach eines Kraftfahrzeugs an.Figure 1 shows a side view of an armature 1 of an electric motor, which is mounted together with a commutator 2 on an armature shaft 3. A drive screw 4 at one end of the shaft 3 drives a window lifter mechanism or a sunroof of a motor vehicle via a gear wheel (not shown) with an axis perpendicular to the armature shaft 3.
Zwischen der AntriebsSchnecke 4 und dem Anker 1 ist ein Zahnrad 5 aus Metall fest an der Welle 3 montiert. In einem Abstand vom äußeren Umfang des Zahnrads 5 ist ein Magnet 6 ortsfest angeordnet. Der Zwischenraum zwischen dem Magneten 6 und dem Zahnrad 5 ist im wesentlichen ausgefüllt durch einen Magnetfeldsensor in Form eines Hallsensors 7.A metal gear wheel 5 is fixedly mounted on the shaft 3 between the drive screw 4 and the armature 1. A magnet 6 is arranged in a stationary manner at a distance from the outer circumference of the gear wheel 5. The space between the magnet 6 and the gear 5 is essentially filled by a magnetic field sensor in the form of a Hall sensor 7.
Ein magnetischer Fluß verläuft vom Magneten 6 durch den Hallsensor 7 in das Zahnrad 5. Dieser Fluß ist unterschiedlich stark, je nachdem, ob dem Hallsensor am Zahnrad ein Zahn oder ein Zahnzwischenraum gegenüberliegt . Diese Schwankungen des magnetischen Flusses werden vom Hallsensor registriert und von elektronischen Schaltungen verarbeitet, auf die später, insbesondere in Verbindung mit Figur 5 und 6, genauer eingegangen wird.A magnetic flux runs from the magnet 6 through the Hall sensor 7 into the gear wheel 5. This flux is of different strength, depending on whether the Hall sensor on the gear wheel has a tooth or a space between the teeth opposite. These fluctuations in the magnetic flux are registered by the Hall sensor and processed by electronic circuits, which will be discussed in more detail later, in particular in connection with FIGS. 5 and 6.
Figur 2 zeigt die Drehbewegungserfassungsvorrich- tung aus Figur 1 in einer Seitenansicht entlang der Achse der Welle 3. Ein Magnetkreis erstreckt sich hier vom Magneten 5 über den Hallsensor 7 und einen Luftspalt in einem Zahn 8 des Zahnrades 5. Einem benachbarten Zahn 8 liegt ein Polschuh 10 gegenüber, von dem aus der magnetische Fluß über ein Joch 11 zum Magneten 6 zurückgeleitet wird.FIG. 2 shows the rotary motion detection device from FIG. 1 in a side view along the axis of the shaft 3. A magnetic circuit here extends from the magnet 5 via the Hall sensor 7 and an air gap in a tooth 8 of the gear wheel 5. An adjacent tooth 8 has a pole piece 10 opposite, from which the magnetic flux is returned via a yoke 11 to the magnet 6.
In der gezeigten Stellung des Zahnrades 5 sind die Luftspalte zwischen dem Hallsensor 7 bzw. dem Polschuh 10 und dem Zahnrad 5 schmal, und dementsprechend ist der Fluß durch den Hallsensor stark. Wenn sich das Zahnrad 5 in der einen oder anderen Richtung dreht, kommt ein Zahnzwischenraum 9 gegenüber dem Hallsensor 7 bzw. dem Polschuh 10 zu liegen, und der Fluß durch den Hallsensor 7 wird dementsprechend geringer. Die zur magnetischen Feldstärke im Hallsensor proportionale Hallspannung wird abgegriffen und weiterverarbeitet, wie später erläutert wird.In the position of the gearwheel 5 shown, the air gaps between the Hall sensor 7 or the pole shoe 10 and the gearwheel 5 are narrow, and accordingly the flow through the Hall sensor is strong. If the gear wheel 5 rotates in one direction or the other, an interdental space 9 comes to lie opposite the Hall sensor 7 or the pole piece 10, and the flow through the Hall sensor 7 accordingly decreases. The Hall voltage proportional to the magnetic field strength in the Hall sensor is tapped and processed, as will be explained later.
Die Breite des Polschuhs 10 bzw. des Hallsensors 7, der in dieser Ausgestaltung ebenfalls die Funktion eines Polschuhs hat, nämlich den Fluß mit möglichst geringer Streuung in das Zahnrad zu leiten, ist in Umfangsriehtung nicht größer als die Breite der Zähne 8 bzw. der Zahnzwischenräume 9 des Zahnrades 5; vorzugsweise" ist sie geringfügig kleiner, um die Stärkstmögliche Modulation des magnetischen Flusses durch die Drehung des Zahnrades 5 zu erreichen.The width of the pole piece 10 or the Hall sensor 7, which in this embodiment also has the function of a pole piece, namely to guide the flow into the gearwheel with as little scatter as possible, is not greater in circumferential direction than the width of the teeth 8 or the interdental spaces 9 of the gear 5; preferably "it is slightly smaller in order to achieve the greatest possible modulation of the magnetic flux by the rotation of the gear wheel 5.
Die Funktion des Jochs 11 kann auch von einem metallischen Gehäuse der Erfassungsvorrichtung übernommen werden.The function of the yoke 11 can also be taken over by a metallic housing of the detection device.
Eine zweite Anordnung aus Magnet 6', Hallsensor7 ' , Polschuh 10' und Joch 11' ist unter einem Winkel um die Achse der Welle 3 versetzt am Zahnrad 5 angeordnet. Dabei ist der Winkel so gewählt, daß immer dann, wenn Hallsensor und Polschuh der einen Anordnung einem Zahn oder einem Zahnzwischenraum exakt gegenüberliegen, Hallsensor und Polschuh der anderen Anordnung jeweils zur Hälfte einem Zahn und zur Hälfte einem Zahnzwischenraum gegenüberliegen. Aufgrund dieser Anordnung werden von den zwei Hallsen- soren 7 und 7' Ausgangssignale erhalten, die um ±π/2 gegeneinander phasenverschoben sind. Auf die Auswertung dieser Signale wird später in Verbindung mit Figuren 7 und 8 eingegangen.A second arrangement of magnet 6 ', Hall sensor 7', pole piece 10 'and yoke 11' is arranged on the gear wheel 5 offset at an angle about the axis of the shaft 3. The angle is chosen so that whenever the Hall sensor and pole piece of one arrangement are exactly opposite a tooth or a tooth space, the Hall sensor and pole piece of the other arrangement are half a tooth and half a tooth space. Because of this arrangement, output signals are obtained from the two Hall sensors 7 and 7 ', which are out of phase with each other by ± π / 2. The evaluation of these signals will be discussed later in connection with FIGS. 7 and 8.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung. Bei dieser Ausgestaltung ist der Magnet 6 parallel zur Welle 3 orientiert und so angeordnet, daß nur ein geringer Luftspalt zwischen ihm und einem gegenüberliegenden Zahn 8 des Zahnrads 5 besteht. In dieser in der Figur dargestellten Position verläuft der magnetische Fluß vom Magneten 6 größtenteils durch den Zahn 8, und das Streufeld, das vom an der vom Zahnrad abgewandten Seite des Magneten 6 angeordneten Hallsensor 7 erfaßt wird, ist gering. Wenn sich das Zahn- rad 5 weiterdreht, so daß dem Magneten ein Zahnzwi- schenraum 9 gegenüberliegt, verteilt sich dessen Magnetfeld gleichmäßiger auf den den Magneten 6 umgebenden Raum, und das vom Hallsensor 7 erfaßte Feld wirkt stärker. Das vom Hallsensor dieser Ausgestaltung erfaßte Signal verhält sich somit gewissermaßen gegenphasig zu dem in der vorhergehenden Ausgestaltung erfaßten Signal, seine Auswertung erfolgt aber in der gleichen Weise.Figure 3 shows an alternative embodiment of a detection device according to the invention. In this embodiment, the magnet 6 is oriented parallel to the shaft 3 and arranged so that there is only a small air gap between it and an opposite tooth 8 of the gear wheel 5. In this position shown in the figure, the magnetic flux from the magnet 6 largely runs through the tooth 8, and the stray field, which is detected by the Hall sensor 7 arranged on the side of the magnet 6 facing away from the gear, is small. If the tooth wheel 5 rotates further, so that the magnet has a tooth space 9 opposite, its magnetic field is distributed more evenly over the space surrounding the magnet 6, and the field detected by the Hall sensor 7 has a stronger effect. The signal detected by the Hall sensor of this embodiment thus behaves, so to speak, in phase opposition to the signal recorded in the previous embodiment, but is evaluated in the same way.
Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausgestaltung ein zweiter Magnet und ein zweiter Hallsensor vorgesehen werden, der ein phasenverschobenes Signal erfaßt.Of course, a second magnet and a second Hall sensor can also be provided in this embodiment, which detects a phase-shifted signal.
Figur 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung, bei der das Zahnrad durch eine kreisförmige metallische Scheibe 15 ersetzt ist, in die bei einem gegebenen Radius n axial verlaufende Löcher 19 gebrochen sind, die Bereiche niedriger Permeabilität bilden. Die Durchmesser der Löcher sind im wesentlichen gleich der Breite der Bereiche zwischen zwei benachbarten Lochern, die eine höhere Permeabilität aufweisen.FIG. 4 shows a third embodiment, in which the gearwheel is replaced by a circular metallic disk 15, into which, at a given radius n, axially extending holes 19 are broken, which form regions of low permeability. The diameter of the holes are essentially equal to the width of the areas between two adjacent holes, which have a higher permeability.
Die Scheibe 15 rotiert zwischen den zwei Armen eines hufeisenförmigen Magneten 6. Diese Arme tragen an ihren Innenenden, der Scheibe 15 zugewandt, Pol- schuhe 10, deren Querschnitte im wesentlichen dem der Löcher 19 entspricht und von denen in der Figur nur einer zu sehen ist. An einem der Polschuhe ist ein Hallsensor (nicht gezeigt) angeordnet. Genauso wie bei den oben beschriebenen Vorrichtungen er- zeugt der Hallsensor ein periodisches Signal, das n Perioden pro Umdrehungen der Welle 3 aufweist.The disk 15 rotates between the two arms of a horseshoe-shaped magnet 6. These arms carry pole shoes 10 on their inner ends facing the disk 15, the cross sections of which essentially correspond to that of the holes 19 and only one of which can be seen in the figure . A Hall sensor (not shown) is arranged on one of the pole shoes. Just as with the devices described above, the Hall sensor produces a periodic signal which has n periods per revolutions of the shaft 3.
Figur 5 zeigt schematisch die elektronischen Komponenten, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung eingesetzt werden. Der Hallsensor 7 hat ein erstes Anschlußpaar für einen Versorgungsstrom und ein zweites Anschlußpaar 21, 22 zum Abgreifen einer durch das Magnetfeld induzierten Hallspannung. Der Anschluß 21 wird durch einen Spannungsteiler Rl, R2 auf einem Zwischenpo- tential zwischen einem Versorgungspotential Vcc und Masse gehalten. Der andere Anschluß 22 ist mit einem ersten Eingang eines Operationverstärkers 23 verbunden, dessen zweitem Eingang über einen Spannungsteiler R3 , R4 ein Potential zugeführt wird, das so gewählt ist, daß es zwischen den Extremwerten des Potentials am Anschluß 22 liegt. Der Operationsverstärker 23 gibt das in Figur 6, Zeile a gezeigte Rechtecksignal mit n Perioden pro Ankerumdrehung aus. Dabei hängt das Verhältnis der Zeitdauern von hohem und niedrigen Pegel innerhalb einer Periode des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 23 von dem Wert der durch die Spannungsteiler Rl, R2 bzw. R3 , R4 eingestellten Potentiale ab. Diese relativen Zeitdauern werden allerdings nicht ausgewertet. Stattdessen wird das Ausgangs- signal des Operationsverstärkers 23 einer Kippstufe 24 zugeleitet, die jeweils auf einer ansteigenden Flanke des Ausgangssignals einen kurzen Puls erzeugt, die abfallenden Flanken aber ignoriert. Der Operationsverstärker 23 bildet so zusammen mit der Kippstufe 24 einen Komparator, der einen Puls liefert, wenn das Signal des Hallsensors über einen durch den Spannungsteiler R3, R4 definierten Wert anwächst, nicht aber, wenn es wieder unter diesen Wert abfällt. Man erhält so das in Figur 6, Zeile b gezeigte Pulssignal, mit n Impulsen pro Umdrehung der Welle. Die Zahl der vom Multivibrator 24 ausgegebenen Impulse kann von einem Zähler 25 erfaßt werden, um so ein Maß für den zurückgelegten Dreh- winkel der Welle 3 zu erhalten.FIG. 5 schematically shows the electronic components which are used in the device according to the invention for detecting the rotary movement. The Hall sensor 7 has a first connection pair for a supply current and a second connection pair 21, 22 for tapping a Hall voltage induced by the magnetic field. The terminal 21 is kept at an intermediate potential between a supply potential Vcc and ground by a voltage divider R1, R2. The other terminal 22 is connected to a first input of an operational amplifier 23, the second input of which is supplied with a potential via a voltage divider R3, R4, which potential is selected such that it lies between the extreme values of the potential at the terminal 22. The operational amplifier 23 outputs the square-wave signal shown in FIG. 6, line a with n periods per armature revolution. The ratio of the periods of high and low levels within a period of the output signal of the operational amplifier 23 depends on the value of the potentials set by the voltage dividers R1, R2 or R3, R4. However, these relative time periods are not evaluated. Instead, the output signal of the operational amplifier 23 is fed to a flip-flop 24, which in each case generates a short pulse on a rising edge of the output signal, but ignores the falling edges. The operational amplifier 23 thus forms, together with the flip-flop 24, a comparator which supplies a pulse when the signal from the Hall sensor is via a value defined by the voltage divider R3, R4 increases, but not when it falls below this value again. This gives the pulse signal shown in FIG. 6, line b, with n pulses per revolution of the shaft. The number of pulses output by the multivibrator 24 can be recorded by a counter 25 in order to obtain a measure of the angle of rotation of the shaft 3.
Figur 7 zeigt die elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Fall, daß ein zweiter Magnetfeldsensor 7' vorgesehen ist, wie in Figur 2 gezeigt. Die Auswerteschaltung, die von den in Figur 5 innerhalb des gestrichelt umrandeten Kästchens 20 liegenden Komponenten gebildet wird, ist in Figur 7 durch ein Kästchen 20 vereinfacht dargestellt. Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 20 liegt am Zähleingang C eines Zählers 25 an. Wie in Figur 5 ist ein Ausgangsanschluß des Hall- sensors 7' mit dem Mittenpunkt eines Spannungsteilers R1',R2' verbunden. Der andere Ausgangsanschluß 22' ist mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 23' verbunden, dessen zweiter Eingang an einen zweiten Spannungsteiler R3 ' , R4' angeschlossen ist. Die von den zwei Spannungsteilern eingestellten Potentiale sind abermals so gewählt, daß die Potentialdifferenz an den Eingängen des Operationsverstärkers 32' beim Übergang von hoher auf niedrige Feldstärke am Hallsensor 7' ihr Vorzeichen wechselt. Aufgrund der relativen Anordnung der Hallsensoren 7 und 7' , wie mit Bezug auf Figur 2 geschildert, ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 23' (Siehe Figur 6, Zeile c) gegen das in Zeile a gezeigte Ausgangssignal des Sensors 7 um π/2 phasenverschoben. Dieses Ausgangssignal des Hallsensors 23' wird an einen Zählrichtungseingang U/D des Zählers 25 angelegt, so daß je nach Pegel an diesem Eingang ein am Eingang C eintreffender Impuls zu einer Erhöhung oder Erniedrigung des Zählerstands des Zählers 25 um 1 führt.Figure 7 shows the electronic components of the device according to the invention in the event that a second magnetic field sensor 7 'is provided, as shown in Figure 2. The evaluation circuit, which is formed by the components lying within the dashed box 20 in FIG. 5, is shown in simplified form in FIG. 7 by a box 20. The output signal of the evaluation circuit 20 is present at the counter input C of a counter 25. As in FIG. 5, an output connection of the Hall sensor 7 'is connected to the center point of a voltage divider R1', R2 '. The other output terminal 22 'is connected to an input of an operational amplifier 23', the second input of which is connected to a second voltage divider R3 ', R4'. The potentials set by the two voltage dividers are again chosen such that the potential difference at the inputs of the operational amplifier 32 'changes its sign when the field sensor 7' changes from high to low. Due to the relative arrangement of the Hall sensors 7 and 7 ', as described with reference to FIG. 2, the output signal of the operational amplifier 23' (see FIG. 6, line c) is against the output signal of the sensor 7 shown in line a by π / 2 out of phase. This output signal of the Hall sensor 23 'is applied to a counter direction input U / D of the counter 25, so that, depending on the level at this input, a pulse arriving at the input C leads to an increase or decrease in the counter reading of the counter 25 by 1.
Es ist offensichtlich, daß die in Figur 7 gezeigte Schaltung auch dann korrekte Ergebnisse liefert, wenn die Phasenverschiebung von π/2 um nicht mehr als π/4 abweicht. Grundsätzlich ist es zur Unterscheidung der Drehrichtungen ausreichend, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der Operationsverstärker 23 und 23' so weit von 0 oder ±π abweicht, daß die Differenz von einer nach- geordneten Auswerteschaltung erkannt werden kann.It is obvious that the circuit shown in FIG. 7 delivers correct results even if the phase shift of π / 2 does not deviate by more than π / 4. In principle, it is sufficient to distinguish the directions of rotation if the phase shift between the output signals of the operational amplifiers 23 and 23 'deviates so far from 0 or ± π that the difference can be recognized by a downstream evaluation circuit.
Man erhält so eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle, die es ermöglicht, mit geringem Aufwand eine hohe Winkelauflösung zu erzielen, die im wesentlichen nur durch die mögliche Zahl n von Bereichen unterschiedlicher Permabili- tät, d. h. in den hier beschriebenen Beispielen die Zahl der Löcher oder Zahnzwischenräume bzw. Zähne beschränkt ist, die an einem Rad so untergebracht werden können, daß die von ihnen verursachte Flußänderung zuverlässig erfaßt werden kann.This gives a device for detecting the rotational movement of a shaft, which makes it possible to achieve a high angular resolution with little effort, which is essentially only possible by the possible number n of areas of different permeability, ie. H. in the examples described here, the number of holes or interdental spaces or teeth is limited which can be accommodated on a wheel in such a way that the flow change caused by them can be reliably detected.
Um die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen Verunreinigungen zu verringern, können die Zahnzwischen- räume oder Löcher mit einem festen Material ausgefüllt sein, dessen magnetische Permeabilität sich von dem des Zahnrads bzw. der Scheibe deutlich unterscheidet . In einem solchen Fall ist es auch mδcj- lich, ein Zahnrad oder eine Scheibe aus einem Material mit niedriger Permeabilität, z.B. einem Kunststoff, herzustellen, und die Löcher bzw. Zahnzwischenräume mit einem Metall hoher Permeabilität auszufüllen. In order to reduce the sensitivity of the device to contamination, the interdental spaces or holes can be filled with a solid material whose magnetic permeability differs significantly from that of the gear wheel or the disk. In such a case it is also mδcj- Lich, a gear or a disc made of a material with low permeability, such as a plastic, and to fill the holes or interdental spaces with a metal of high permeability.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle (3) mit einem mit der Welle rotierenden Flußmodulator (5,15), durch den hindurch ein Magnetkreis verläuft, wobei der Flußmodulator (5,15) den Fluß im Magnetkreis mit einer Zahl n von Perioden pro Umdrehung der Welle (3) moduliert, einem Magnetfeldsensor (7) zum Erfassen von durch die Rotation des Flußmodulators (5,15) verursachten Schwankungen des Magnetflusses in dem Magnetkreis und einem Komparator (23,24) zum Vergleichen des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors (7) mit einem Schwellwert, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (23,24) ein eine Drehbewegung anzeigendes Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (7) den Schwellwert in einer gegebenen Richtung überschreitet und kein Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal den Schwellwert in der entgegengesetzten Richtung überschreitet .1. Device for detecting the rotary movement of a shaft (3) with a flow modulator (5,15) rotating with the shaft, through which a magnetic circuit runs, the flow modulator (5,15) the flow in the magnetic circuit with a number n of periods modulated per revolution of the shaft (3), a magnetic field sensor (7) for detecting fluctuations in the magnetic flux caused by the rotation of the flux modulator (5, 15) in the magnetic circuit and a comparator (23, 24) for comparing the output signal of the magnetic field sensor (7 ) with a threshold value, characterized in that the comparator (23, 24) outputs a signal indicating a rotational movement when the output signal of the magnetic field sensor (7) exceeds the threshold value in a given direction and does not output a signal when the output signal exceeds the threshold value in the opposite direction.
2. Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n wenigstens gleich drei ist. 2. Devices according to claim 1, characterized in that n is at least equal to three.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmodulator ein auf der Welle (3) montiertes Rad (5,15) umfaßt, an dem in ü - fangsrichtung abwechselnd n Bereiche (8) mit einer ersten magnetischen Permabilität und n Bereiche (9,19) mit einer zweiten magnetischen Permabilität angeordnet sind.3. Device according to claim 2, characterized in that the flow modulator comprises a wheel (5, 15) mounted on the shaft (3), on which in the circumferential direction alternatingly n regions (8) with a first magnetic permeability and n regions ( 9,19) are arranged with a second magnetic permeability.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad ein Zahnrad (5) ist und die Bereiche die Zähne (8) und die Zahnzwischenräume4. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a gear (5) and the areas of the teeth (8) and the interdental spaces
(9) des Zahnrads sind.(9) of the gear.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad eine Scheibe (15) mit in üm- fangsrichtung angeordneten Löchern (19) ist.5. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a disc (15) with holes arranged in the circumferential direction (19).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis wenigstens einen Polschuh (10) umfaßt, der dem Rad (5,15) zugewandt ist und dessen Breite höchstens gleich der Breite jedes Bereiches (8,9,19) ist.6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnetic circuit comprises at least one pole piece (10) which faces the wheel (5,15) and whose width is at most equal to the width of each area (8,9,19 ) is.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Magnetfeldsensor (7') relativ zum ersten Magnet- feldsensor (7) um die Achse der Welle (3) winkel- versetzt angeordnet ist, wobei der Winkel so gewählt ist, daß ein Ausgangssignal des zweiten Ma- gnetfeldsensors (7') eine Phasenverschiebung relativ zum Ausgangssignal des ersten (7) aufweist, die von 0 oder +π meßbar verschieden ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second magnetic field sensor (7 ') relative to the first magnetic field sensor (7) around the axis of the shaft (3) is arranged at an angle, the angle being selected so that an output signal of the second magnetic field sensor (7 ') has a phase shift relative to the output signal of the first (7) which is measurably different from 0 or + π.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnetfeldsensor (7' ) Schwankungen des Magnetflusses in einem zweiten Magnetkreis erfaßt.8. The device according to claim 7, characterized in that the second magnetic field sensor (7 ') detects fluctuations in the magnetic flux in a second magnetic circuit.
9. Verfahren zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle mit Hilfe eines Magnetkreises, der durch einen Flußmodulator (5; 15) verläuft, der mit der Welle (3) rotiert und den Fluß im Magnetkreis mit n Perioden pro Umdrehung der Welle (3) moduliert, mit den Schritten: a) Messen eines ersten Magnetflusses an einer vorgegebenen Stelle (7) des Magnetkreises, b) Vergleichen des gemessenen ersten Magnetflusses mit einem Schwellwert, c) Erzeugen eines eine Drehbewegung anzeigenden Signals, wenn der gemessene erste Magnetfluß den Schwellwert in einer gegebenen Richtung überschreitet, nicht aber, wenn der gemessene erste Magnetfluß den Schwellwert in der entgegengesetzten Richtung überschreitet .9. A method for detecting the rotary movement of a shaft with the aid of a magnetic circuit which runs through a flux modulator (5; 15) which rotates with the shaft (3) and modulates the flux in the magnetic circuit with n periods per revolution of the shaft (3), with the steps: a) measuring a first magnetic flux at a predetermined point (7) of the magnetic circuit, b) comparing the measured first magnetic flux with a threshold value, c) generating a signal indicating a rotational movement if the measured first magnetic flux has the threshold value in a given Direction exceeds, but not if the measured first magnetic flux exceeds the threshold value in the opposite direction.
10. Verfahren nach Anspruch 9, mit den zusätzlichen Schritten: d) Messen eines zweiten Magnetflusses an einer zweiten Stelle (7') eines Magnetkreises, e) Vergleichen des gemessenen zweiten Magnetflusses mit einem zweiten Schwellwert, f) Erfassen, ob zum Zeitpunkt, zu dem einer der Magnetflüsse den zugeordneten Schwellwert in einer bestimmten Richtung überschreitet, der andere Magnetfluß oberhalb oder unterhalb des ihm zugeordneten Schwellwerts liegt, und Erkennen der Richtung der Drehung anhand des Ergebnisses der Erfassung. 10. The method according to claim 9, with the additional steps: d) measuring a second magnetic flux at a second location (7 ') of a magnetic circuit, e) comparing the measured second magnetic flux with a second threshold value, f) detecting whether at the time which one of the magnetic fluxes exceeds the assigned threshold value in a specific direction, the other magnetic flux lies above or below the threshold value assigned to it, and recognizing the direction of rotation based on the result of the detection.
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