DE10047939C2

DE10047939C2 - Induktiver Weggeber

Info

Publication number: DE10047939C2
Application number: DE2000147939
Authority: DE
Inventors: Willi Wimmer; Walter Seidl
Original assignee: Vogt Electronic AG
Current assignee: Vogt Electronic AG
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE10047939A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Weggeber zur Erfassung der gegen seitigen Lage relativ zueinander beweglicher Bauteile. Solche Weggeber können z. B. im Au tomobilbau Verwendung finden, z. B. zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe, zur Er kennung der Sitzposition, zur Fahrwerksregulierung, Schiebedachposition und dergleichen.

Aus der JP 58-127116 A ist ein induktiver Weggeber bekannt. Dieser weist einen Ständer und einen Läufer auf, die relativ zueinander beweglich sind und ein Sensorelement mit zwei Spulen sowie ein weiteres aus elektrisch leitfähigem Material bestehendes Sensor element tragen. An die Spulen ist eine Halbbrücke angeschlossen. Eine Auswerteschaltung ermittelt aus der Phasenlage der Ausgangssignale der Halbbrücke die Lage des Läufers zum Ständer.

Die DE 38 24 534 A1 offenbart eine Meßeinrichtung zur berührungsfreien Bestim mung des Drehwinkels und/oder Wegmessung. Bei dieser aus der DE 38 24 534 A1 bekann ten Meßeinrichtung sind auf einem Träger zwei identische Spulen spiegelsymmetrisch zuein ander angeordnet. Mit Hilfe einer Scheibe, die mit einem Bauteil, dessen Drehbewegung ge messen werden soll, verbunden ist, wird die Größe der in den beiden Spulen erzeugten Wir belströme verändert. Der Träger ist unter einem gewissen Winkel in Schrägstellung zur Scheibe angeordnet. Dadurch wird innerhalb des Meßbereichs die Stelle mit der höchsten Meßgenauigkeit an eine gewünschte Position verschoben.

Die DE 41 28 159 A1 offenbart eine Meßeinrichtung zur Bestimmung eines Drehwin kels oder eines Wegs. Die Meßeinrichtung gemäß der DE 41 28 159 A1 weist einen Spulen körper auf, auf dem zwei in einem Spannungsteiler verschaltete Spulen angeordnet sind. Zwi schen den beiden Spulen befindet sich ein Übergangsbereich, dessen axiale Länge auf die Länge einer Meßhülse abgestimmt ist. An der Meßhülse ist ein Bauteil befestigt, dessen Be wegung bestimmt werden soll. Die beiden Meßspulen sind so auf den Spulenkörper gewi ckelt, daß im stromdurchflossenen Zustand ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt wird. Hierzu weisen die Wicklungen der beiden Spulen einen zunehmenden Abstand auf, wobei sich die Seiten der beiden Spulen mit dem größten Wicklungsabstand im Übergangsbereich befinden.

Aus der DE 39 29 681 A1 ist eine Meßeinrichtung zur Bestimmung des Wegs oder des Drehwinkels eines Maschinenteils bekannt. Bei dieser Meßeinrichtung gemäß der DE 39 29 681 A1 sind eine erste Spule auf einem hülsenförmigen Spulenkörper und eine zweite Spule auf einem zylinderförmigen Spulenkörper angeordnet. Der hülsenförmige Spulenkörper wird über einen Kern aus ferromagnetischem Material geführt, während der zylinderförmige Spu lenkörper in eine Hülse aus elektrisch leitfähigem, aber nicht ferromagnetischem Material eingreift. Dabei sind jeweils der hülsenförmige Spulenkörper und der Kern bzw. der zylinder förmige Spulenkörper und die Hülse achsgleich ausgebildet. Aufgrund des Wirbelstromef fekts wird die Induktivität in der zweiten Spule erniedrigt, während aufgrund des ferromagne tischen Effekts die Induktivität in der ersten Spule erhöht wird.

Aus der DE 198 13 497 A1 ist ein induktiver Weggeber in Form eines Drehwinkelge bers bekannt, bei dem auf einem kreisförmigen Ständer eine Primärspule und mehrere Sekun därspulenpaare in Planartechnik aufgebracht sind. Die Spulen sind auf einen magnetisch leit fähigen Träger aufgebracht. Auf dem Rotor befinden sich wenigstens zwei kreissektorförmi ge, ebenfalls magnetisch leitfähige Plättchen. Je nach Lage dieser Plättchen werden die Pri märspule und die Sekundärspule mehr oder weniger stark induktiv miteinander gekoppelt, so daß sich wenigstens ein Lageparameter des Rotors gegenüber dem Ständer ermitteln läßt.

Die bekannten Weggeber erlauben zwar eine genaue Messung bzw. Erfassung er ge genseitigen Lage von Rotor und Ständer. Sie sind jedoch verhältnismäßig kompliziert aufge baut und daher in der Herstellung verhältnismäßig teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen bei guter Meßgenauigkeit in Aufbau und Herstellung einfachen Weggeber zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen induktiven Weggeber gelöst.

Der erfindungsgemäße Weggeber verzichtet auf die magnetische Kopplung zwischen einer Primärspule und einer oder mehreren sekundären Spulen. Er kommt daher in praktisch allen möglichen Anwendungsfällen mit zwei Spulen aus. Werden diese mit einem Wechsel strom verhältnismäßig hoher Frequenz gespeist, werden durch die erzeugten Felder im Be dämpfungselement Wirbelströme erzeugt, die zu einer Phasendifferenz zwischen den Aus gangssignalen der den Spulen nachgeschalteten Halbbrücke führen. Diese Phasendifferenz läßt sich in der nachgeschalteten Auswerteschaltung zur Lageerkennung des Läufers gegen über dem Ständer heranziehen.

Der erfindungsgemäße Weggeber eignet sich grundsätzlich zur Erkennung sowohl einer zurückgelegten Wegstrecke als auch eines Drehwinkels.

Zur Verbesserung der Meßempfindlichkeit ist das Bedämpfungselement vorzugsweise als Doppelzylindersegment ausgebildet, dessen Innenwandung innerhalb und dessen Außen wandung außerhalb der Sensorspulen angeordnet und längs diesen beweglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen induktiven Weggebers wird nachfol gend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Schnitt eines Drehwinkelgebers,

Fig. 2 eine Abwicklung der Sensorspulen,

Fig. 3 die perspektivische Ansicht eines Ständers und eines Rotors des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

Fig. 4 das Prinzipschaltbild des Drehwinkelgebers der Fig. 1 und 2 und

Fig. 5 im Diagramm den Signalverlauf am Ausgang der Auswerteschaltung.

Nach der Schnittdarstellung der Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßer Drehwinkelge ber aus einem etwa topfförmigen Gehäuse 1, das mit einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Träger 3 mit einer zentralen Buchse 4, an den ein nach unten ragendes zylindrisches Trägerelement 5 angeformt ist. Auf der äußeren Oberfläche des Trägerelements 5 sind zwei sich jeweils über 180° erstreckende Sensorspulen 6 (siehe auch die Abwicklung der Spulen in Fig. 2) aufgebracht. Auf der oberen Oberfläche des Trä gers 3 liegt eine Platine 7, die mit den Bauelementen der Auswerteschaltung 8 (Fig. 4) be stückt ist. Die Anschlußdrähte der Spulen 6 sind dort mit den Leiterbahnen der Platine 7 ver lötet.

Auf der in der Darstellung der Fig. 1 linken Seite des Gehäuses 1 ist an dieses eine Stecker-Aufnahmebuchse 9 angeformt, deren Leiterelemente 18 durch den Träger 3 und die Platine 7 auf deren Leiterbahnen geführt sind. Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist an das Ge häuse 1 eine Befestigungsbuchse 10 angeformt.

In einer an das Gehäuse 1 angeformten zentralen Buchse 11 und der Buchse 4 des Trägers 3 befindet sich je ein Gleitlager 12, in denen eine Welle 13 gelagert ist. Diese trägt ein Bedämpfungselement 15 in Form zweier konzentrischer Teilzylinder oder Zylinderseg mente 16 und 17 (siehe auch Fig. 3). Dabei ist das innere Zylindersegment 16 innerhalb und das äußere Zylindersegment 17 außerhalb der Spulen 6 angeordnet und längs diesen beweg lich.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf eine Abwicklung der beiden Spulen 6 mit der Platine 7, wobei sich die Spulen über 360° erstrecken. Mit dieser Ausführungsform läßt sich ein Win kelbereich von etwa 120° erfassen.

Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Schaltungsaufbau der Spulen 6, die zusammen mit Wi derständen R1 und R2 zu einer Halbbrücke geschaltet und an die Auswerteschaltung 8 ange schlossen sind. Die Auswerteschaltung 8 enthält auch die Speisung für die Halbbrücke.

Die Halbbrücke wird z. B. mit einer Spannung von 12 V und einer Frequenz von 100 kHz bis 1 MHz gespeist. Über die Widerstände wird die Brücke auf 45° Phasenverschiebung eingestellt, so daß sich ein linearer Arbeitsbereich (Fig. 5) ergibt.

Durch die Bedämpfung ändert sich die Phasendifferenz der in der Brücke fließenden Ströme. Diese Änderung wird mittels der Auswerteschaltung 8 in eine analoge Spannung um gewandelt und am Ausgang der Auswerteschaltung 8 zur Verfügung gestellt.

Soll ein größerer Winkelbereich erfaßt werden, so werden über den Umfang des Trä gers 3 zwei bzw. drei Spulenpaare verteilt und die Halbbrücke entsprechend erweitert. Das Bedämpfungselement ist dementsprechend zu verkürzen, erstreckt sich also nicht über 180°, sondern über nur 90° bzw. 60°.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Gehäusedeckel

3

Träger

4

Muffe

5

zylindrisches Trägerelement

6

Sensorspulen

7

Platine

8

Auswerteschaltung

9

Aufnahmebuchse

10

Befestigungsbuchse

11

zentrale Buchse

12

Gleitlager

13

Welle

14

Rotor

15

Bedämpfungselement

16

inneres Zylindersegment

17

äußeres Zylindersegment

Claims

1. Induktiver Weggeber mit einem Ständer und einem Läufer, die relativ zueinander be weglich sind, mit einem Sensorelement mit wenigstens zwei planaren, mit einem hochfrequenten Strom gespeisten Sensorspulen (6), an die eine Halbbrücke (6, R1, R2) angeschlossen ist, mit einem nahe an den Sensorspulen (6) angeordneten, aus elek trisch leitfähigem Material bestehenden Bedämpfungselement (15) und mit einer Auswerteschaltung (8), die aus der Phasendifferenz der Ausgangssignale der Halbbrü cke die Lage des Läufers zum Ständer ermittelt, wobei die Sensorspulen (6) zylind risch und das Bedämpfungselement (15) als Zylindersegment ausgebildet sind.

2. induktiver Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedämp fungselement als Doppelzylindersegment (16, 17) ausgebildet ist, dessen inneres Seg ment (16) innerhalb und dessen äußeres Segment (17) außerhalb der Sensorspulen (6) angeordnet und beweglich ist.