DE102004013423A1 - Induction generator especially for monitoring the movement of a component with a rotating magnet and with coupling magnets to hold the rotating magnet above a preset rotation speed - Google Patents
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Abstract
Description
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungserzeuger, wie er beispielsweise
aus der
In
der
Derartige Einrichtungen mit einem Erregermagneten und einer Erregerspule haben den Vorteil, dass der erzeugte Spannungsimpuls nicht nur als Messsignal für die Drehbewegung des Drehteils dienen kann, sondern dass zugleich über die induzierte Spannung in der Erregerspule die Betriebsspannung für eine Auswerteeinheit zur Vornahmeregistrierung der Drehbewegung besteht. Die Einrichtung ist also in der Lage, als Generator zu fungieren.such Have facilities with a field magnet and an exciter coil the advantage that the generated voltage pulse not only as a measurement signal for the Rotational movement of the rotating part can serve, but that at the same time over the induced voltage in the excitation coil, the operating voltage for an evaluation unit for pre-registration of the rotary motion exists. The device is thus able to act as a generator.
Aufgrund der auftretenden schlagartigen Wechselbewegung der Erregerspule tritt jedoch eine Geräuschbildung ein, die mit höherwerdender Drehfrequenz des Erregermagneten zunehmend als störend empfunden wird. Darüber hinaus besteht bei zunehmender Drehzahl des Drehelements nicht mehr unbedingt das Bedürfnis, die Bewegung des Drehelements über einen Sensor zu erfassen, der den Versorgungsstrom für die Sensoreinrichtung selbst erzeugt, da dann meist eine externe Spannungsversorgung verfügbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Spannungserzeugungsanordnung derart auszubilden, dass sie ab einer bestimmten Drehfrequenz des Erregermagneten selbstabschaltend ist.by virtue of the occurring sudden change movement of the exciter coil However, a noise occurs one with the higher Rotational frequency of the exciter magnet increasingly perceived as disturbing becomes. About that In addition, with increasing speed of the rotary member is no longer necessarily the need, the movement of the rotary element over to detect a sensor that controls the supply current to the sensor device self-generated, because then usually an external power supply is available. The object of the invention is therefore, the voltage generating arrangement form such that they start at a certain rotational frequency of the Exciter magnet is self-disconnecting.
Diese Aufgabe wird durch einen Spannungserzeuger gemäß der Erfindung gelöst.These Task is solved by a voltage generator according to the invention.
Ein derartiger Spannungserzeuger weist eine Erregerspule zum Erzeugen einer elektrischen Spannung, und einen axial zur Erregerspule versetzt angeordneten Erregermagneten auf. Der Erregermagnet ist um eine senkrecht zur axialen Anordnung stehenden Mittelachse drehbar gelagert und wird über ein diametral der Erregerspule gegenüberliegendes Drehelement angetrieben, welches zum Erzeugen einer magnetischen Wechselwirkung mit dem Erregermagneten dem Erregermagnet zugewandte Koppelmagnete aufweist, welche derart angeordnet sind, dass ihre Polung alternierend ist. Aus einer Drehbewegung des Drehelements resultiert eine Bewegung des Erregermagneten, welche dann in der Erregerspule eine Spannung induziert. Gemäß der Erfindung sind lateral zu dem Erregermagnet Koppelelemente aus magnetisch aktivem Material angeordnet.One Such voltage generator has an exciter coil for generating an electrical voltage, and arranged offset axially to the excitation coil Exciter magnet on. The exciter magnet is around a perpendicular to the axial arrangement standing central axis rotatably mounted and is connected via a diametrically opposite the exciting coil Driven rotary element, which is used to generate a magnetic Interaction with the exciter magnet facing the exciter magnet Coupling magnets which are arranged such that their Polarity is alternating. From a rotational movement of the rotary element results in a movement of the exciter magnet, which then in the Exciting coil induces a voltage. According to the invention are lateral arranged to the excitation magnet coupling elements of magnetically active material.
Durch die Koppelelemente aus magnetisch aktivem Material kann eine Wechselwirkung zwischen Erregermagnet und Koppelelement erreicht werden, welche den Erregermagneten in einer Stellung hält, in der er von seiner Ausrichtung her die geringste Wechselwirkung mit den Koppelmagneten des Drehelements aufweist. Weist das Drehelement eine relativ hohe Drehgeschwin digkeit auf, so verändert sich das magnetische Feld im Bereich des Erregermagneten in so rascher Folge, dass aufgrund der Wechselwirkungen zwischen Erregermagnet und Koppelelementen der Erregermagnet in einer Stellung verharrt, in der er sich axial ausgerichtet zu den beiden Koppelelementen dazwischenliegend befindet. Die Drehbewegung des Erregermagnet wird dadurch in dieser Stellung, in der er der geringsten Feldwirkung durch die Koppelmagnete ausgesetzt ist, feststehend gehalten, so dass keine weiteren Drehbewegungen des Erregermagneten stattfinden und daher auch keine Spannung mehr in der Spule induziert wird.By the coupling elements of magnetically active material can interact be achieved between the exciter magnet and coupling element, which holding the exciter magnet in a position in which it depends on its orientation fro the slightest interaction with the coupling magnets of the rotary element having. Does the rotary member a relatively high speed Drehgeschwin on, so changed The magnetic field in the field of the exciter magnet in so faster Consequence that due to the interactions between exciter magnet and coupling elements of the excitation magnet remains in a position, in which it is axially aligned with the two coupling elements located in between. The rotational movement of the excitation magnet is in this position, in which he has the least field effect is suspended by the coupling magnets, held stationary, so that no further rotational movements of the exciter magnet take place and Therefore, no voltage is induced in the coil.
Durch diese Maßnahme wird insbesondere erreicht, dass die Drehlager des Erregermagneten geschont werden, weil Drehbewegungen zu hoher Drehfrequenz vermieden werden. Darüber hinaus wird die Geräuschentwicklung, die auf der unsteten, ungleichmäßigen Bewegung des Erregermagneten beruht, vermieden, da er aufgrund seiner eigenen Trägheit ab einer bestimmten Geschwindigkeit gestoppt wird. Das ständige Beschleunigen und Abbremsen entfällt, wodurch die Geräuschquelle für eine klopfendes, klapperndes Geräusch entfällt.By This measure is achieved in particular that the pivot bearing of the exciter magnet spared be avoided because rotational movements to high rotational frequency. About that In addition, the noise, the on the unsteady, uneven movement is based on the exciter magnet, avoided because it due to its own inertia from a certain speed is stopped. The constant acceleration and braking is eliminated, causing the noise source for one knocking, rattling noise eliminated.
Gemäß bevorzugter Ausbildung des Spannungserzeugers sind die Koppelelemente aus magnetisch aktivem Metall, insbesondere Eisen oder aus magnetischem Material hergestellt. Magnetisches Material, insbesondere mit einer vorgegebenen Polung ist dazu geeignet, eine große Haltekraft in der neutralen Zwischenstellung auszuüben und daher schon relativ frühzeitig, bei geringer Drehfrequenz des Drehelements ein Festhalten des Erregermagneten in der bestimmten Lage vorzunehmen. Beispielsweise Eisen oder Ferritmaterial tritt aber auch in eine magnetische Wechselwirkung mit dem Erregermagneten ein, so dass auch diese Materialien geeignet sind, als Koppelelemente zu dienen.According to a preferred embodiment of the voltage generator, the coupling elements are made of magnetically active metal, in particular iron or of magnetic material. magnetic Material, in particular with a predetermined polarity is suitable for exerting a large holding force in the neutral intermediate position and therefore already relatively early, at a low rotational frequency of the rotary member to carry out a detention of the exciter magnet in the specific position. However, for example, iron or ferrite material also enters into a magnetic interaction with the exciter magnet, so that these materials are also suitable to serve as coupling elements.
In weiterführender Ausgestaltung der Erfindung, sind die Koppelelemente mittig zwischen Erregerspule und Drehelement und rechtwinklig zur Mittelachse des Erregermagneten angeordnet. In dieser Positionierung bildet sich die größte Kraftwirkung zwischen dem Erregermagneten und dem Koppelelement aus, wobei gleichzeitig die Kraftwirkung der Koppelmagnete auf dem Drehelement in ihrer Wirkung auf den Erregermagneten am geringsten sind. Somit ist diese Position am besten zum Aufrechterhalten einer festen Lage des Erregermagneten geeignet. Gemäß weiterführender bevorzugter Ausgestaltung sind die Koppelelemente in ihrer Breite entsprechend der Breite des Erregermagneten ausgebildet. Hierdurch ist eine Zone geschaffen, die eine einer Drehbewegung entgegenwirkende Stellung des Erregermagneten bewirkt, die sich in ihrer Breite über die Drehbewegung des Erregermagneten hinweg genau so weit erstreckt, dass eine eindeutige Lage definiert wird. Eine Zentrierung des Erregermagneten in einer lokal stabilen Gleichgewichtslage wird ermöglicht.In further leading Embodiment of the invention, the coupling elements are centrally between Excitation coil and rotary element and perpendicular to the central axis of the Exciter magnet arranged. In this positioning forms the greatest force effect between the excitation magnet and the coupling element, wherein at the same time the force effect of the coupling magnets on the rotary element in their Effect on the exciter magnet are the lowest. So this is Position best for maintaining a fixed position of the exciter magnet suitable. According to continuing Preferred embodiment, the coupling elements in their width formed according to the width of the exciter magnet. hereby a zone is created which counteracts a rotational movement Position of the exciter magnet causes, in width across the Rotary movement of the exciter magnet extends so far away, that a definite position is defined. A centering of the exciter magnet in a locally stable equilibrium position is possible.
Gemäß weiterführender Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Länge des Koppelelements in Richtung der Mittelachse des Erregermagneten der Länge des Erregermagneten in dieser Richtung. Durch die Erstreckung über eine gemeinsame Länge hinweg, wird die Wechselwirkung zwischen Erregermagnet und Koppelelement größtmöglich gestaltet.According to continuing Embodiment of the invention corresponds to the length of the coupling element in the direction the central axis of the exciter magnet the length of the excitation magnet in this direction. By extension over a common length, becomes the interaction between excitation magnet and coupling element as large as possible.
Gemäß weiterführender vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Koppelelemente in definiertem radialen Abstand bezüglich dem äußeren Drehkreis des Erregermagneten um seine Mittelachse herum angeordnet. Der definierte Abstand zwischen dem Koppelelement und dem Erregermagnet definiert die Haltekraft, welche in der Mittellage bezüglich der Koppelelemente gegeben ist. Der Abstand ist so auszuwählen und zu bestimmen, dass einerseits das Verharren des Erregermagneten in seiner axial ausgerichteten Stellung zu den Koppelelementen ab der gewünschten Drehzahl des Drehelements und andererseits das Verlassen dieser festen Position bei darunterliegenden Drehzahlen, wenn die Koppelmagnete auf den Erregermagneten einwirken, gewährleistet. Bei jeder beliebigen Drehbewegung des Drehelements unterhalb der festgelegten Drehfrequenz muss zu entsprechender Drehbewegung des Erregermagneten führen.According to continuing Advantageous embodiment of the invention are the coupling elements in a defined radial distance with respect to the outer turning circle of the exciting magnet arranged around its central axis. The defined distance between the coupling element and the exciter magnet defines the holding force, which in the middle position regarding the coupling elements is given. The distance is to be selected and to determine that, on the one hand, the persistence of the exciter magnet in its axially aligned position to the coupling elements the desired Speed of the rotary member and on the other hand leaving this fixed position at underlying speeds when the coupling magnets act on the exciter magnet ensures. At any Rotary movement of the rotary element below the specified rotational frequency must lead to appropriate rotational movement of the exciter magnet.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist der definierte radiale Abstand zumindest über ein bestimmtes Intervall hinweg einstellbar. Durch diese Maßnahme können zum einen Fertigungstoleranzen und Toleranzen in der magnetischen Kraftwirkung der Koppelelemente oder des Erregermagnets, aber auch der Koppelmagnete auf dem Drehelement ausgeglichen werden. Andererseits kann auch die Kopplung zwischen den Koppelelementen und dem Erregermagneten eingestellt werden und so eine anwendungsabhängige Einstellung der Drehfrequenz des Drehelements vorgenommen werden, ab welcher die Erregerspule zwischen den Koppelelementen gehalten wird und die Drehbewegung des Drehelements nicht mehr mit nachvollzieht.According to others Preferred embodiment, the defined radial distance is at least over a certain Interval adjustable. By this measure, on the one hand, manufacturing tolerances and Tolerances in the magnetic force effect of the coupling elements or of the exciter magnet, but also the coupling magnets on the rotary element be compensated. On the other hand, the coupling between the coupling elements and the exciter magnet can be adjusted and such an application-dependent Setting the rotational frequency of the rotary element to be made, from which the exciter coil is held between the coupling elements is and no longer follows the rotational movement of the rotary element with.
Gemäß bevorzugter Verwendung eines erfindungsgemäßen Spannungserzeugers handelt es sich um einen Bestandteil eines Drehstellungsgebers für die Erfassung der Drehbewegung des Drehelements oder einem mit der Bewegung des Drehelements festgekoppelten anderen Bauteils, welches eine Relativbewegung bezüglich dem feststehenden Bezugspunkt ausübt und dessen Bewegung zumindest in eine Relativ- oder Drehbewegung des Drehelements umsetzbar ist. Es entspricht dabei besonders bevorzugter Ausgestaltung, wenn Erregerspule, Erregermagnet und Koppelelemente in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse bevorzugt aus nicht magnetisch aktivem Material hergestellt ist, so dass es keine Wechselwirkung mit dem Erregermagneten aufweist. Es entspricht dabei besonders bevorzugter Ausgestaltung, wenn das Gehäuse als blockartiges Element ausgebildet ist, in den in axialer Richtung gesehen, ein Drehlager für den Erregermagneten eingearbeitet ist und in rechtwinkliger Richtung zu der axialen Anordnung von Mittelachse und Erregerspule, lateral der Mittelachse die beiden Koppelelemente in entsprechenden Nuten oder Ausnehmungen des Gehäuses angeordnet sind und dort beispielsweise durch Klemmschrauben feststehend gehalten sind. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Koppelelemente in ein Gehäuse beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial ebenso eingegossen sind, wie die Drehlager des Erregermagneten, welche diesen in einer entsprechend kreisrunden Führung halten.According to preferred Use of a voltage generator according to the invention it is part of a rotary encoder for capture the rotational movement of the rotary member or one with the movement of the Rotary element coupled other component, which is a relative movement in terms of the fixed reference point and whose movement at least in a relative or rotational movement of the rotary member can be implemented. It corresponds to a particularly preferred embodiment, when the excitation coil, exciter magnet and coupling elements are arranged in a common housing, wherein the housing preferably made of non-magnetically active material, so that it has no interaction with the exciter magnet. It corresponds to a particularly preferred embodiment, if the casing is designed as a block-like element, in the axial direction seen a pivot for the exciter magnet is incorporated and in a right-angle direction to the axial arrangement of central axis and exciter coil, lateral the central axis of the two coupling elements in corresponding grooves or recesses of the housing arranged are and kept fixed there, for example by clamping screws are. Another possibility is, that the coupling elements in a housing, for example, a Plastic material are poured as well as the pivot bearing of the Excitation magnets, which in a correspondingly circular guide hold.
Nachfolgend ist die Erfindung auch anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigt:following the invention is also based on the one shown in the drawing embodiment explained in more detail; there shows:
Anhand
der beiden
Wie
aus der
Wie
in der
Wird
anstelle eines magnetisch aktiven Materials, wie einem Eisen- oder
Ferritkern für
die Koppelelemente
Dadurch,
dass der Erregermagnet
Den
Dabei
ist zu sehen, dass das Gehäuse
Bei
der Gestaltung des Gehäuses
ist darauf zu achten, dass dieses die Feldwirkungen von den Koppelmagneten
Im
Wesentlichen ist dabei Relativgeschwindigkeit bzw. die Frequenz
oder Drehgeschwindigkeit des Drehelements
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