DE102005056405B3 - Apparatus for detecting movement and position of an object having ring magnets which have rotational movement and a superimposed additional motion - Google Patents

Apparatus for detecting movement and position of an object having ring magnets which have rotational movement and a superimposed additional motion Download PDF

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Abstract

The apparatus generates voltage pulses, in dependence on the movement and/or position of the object, in at least one coil by a magnetic field which causes relative movement of the coil and which is generated by two opposite pole magnets rotating about a common axis. The coil includes a spring which moves to and fro under the effect of the magnetic field due to the reluctance effect thus causing a polarity change which generates the pulses. The magnets are formed as connected ring magnets which execute an additional movement superimposed onto their rotational movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes, bei der in Abhängigkeit von den Bewegungen und/oder Positionen des Gegenstandes in mindestens einer Spule durch mindestens ein eine Relativbewegung zur Spule ausführendes und diese beaufschlagendes, von zwei um eine gemeinsame Achse rotierenden, gegenpoligen Magneten erzeugtes Magnetfeld jeweils Spannungsimpulse erzeugt werden, wobei die Spule mindestens partiell eine aus magnetisch leitendem Material bestehende Feder umschließt, die unter dem Einfluss des Magnetfeldes aufgrund des Reluktanz-Effektes eine Hin- und Herbewegung ausführt und dadurch einen den jeweiligen Spannungsimpuls erzeugenden Polaritätswechsel des Magnetfeldes in der Spule bewirkt.The The invention relates to a device for detecting movements and / or positions of an object in dependence on from the movements and / or positions of the object in at least a coil by at least one a relative movement to the coil executive and these impinging, of two rotating about a common axis, Magnetic field generated magnetic field respectively voltage pulses be generated, wherein the coil at least partially one of magnetic conductive material encloses existing spring under the influence the magnetic field due to the reluctance effect a reciprocating motion carries and thereby a polarity change generating the respective voltage pulse causes the magnetic field in the coil.

Zwei Vorrichtungen der vorstehenden Art sind aus der WO 2005/052505 A2 bekannt. Bei beiden bekannten Vorrichtungen führen die Magnete eine reine Rotationsbewegung aus. Unterschiedlich ist hingegen die Anordnung der Magnete, während letztere nämlich bei der ersten Ausführungsform in Richtung der Bewegung hintereinander angeordnet sind, liegen sie bei der zweiten Ausführungsform nebeneinander und dies dergestalt, dass ihre Polflächen schräg zur Bewegungsbahn stehen. Durch die Schräglage der Polflächen wird eine erhebliche Reduzierung von Drehmomentpulsationen erreicht, die bei der ersten Ausführungsform dadurch verursacht werden, dass es bei Annäherung des vorderen Magneten des Magnetpaares an die Feder aufgrund der Anziehungskraft zwischen diesem Magneten und der Feder zu einer gewissen Beschleunigung der Antriebswelle kommt, die durch eine Verzögerung abgelöst wird, sobald der Magnet die Feder mitnimmt. Diese Verzögerung fällt schlagartig weg, sobald das freie Ende der Feder gewissermaßen zum zweiten Magneten hinüberspringt. Der Wegfall der Verzögerung erstreckt sich nur über einen kurzen Augenblick, da anschließend der zweite Magnet die Feder erneut auslenkt, was wiederum zu einer Verzögerung der Antriebswelle führt, die erneut wegfällt, sobald die Rückstellkraft der Feder die Anziehungskraft zwischen ihr und dem zweiten Magneten übersteigt.Two Devices of the above type are known from WO 2005/052505 A2 known. In both known devices, the magnets lead a pure Rotation movement off. Different, however, is the arrangement the magnets, while the latter namely in the first embodiment are arranged one behind the other in the direction of movement lie they in the second embodiment next to each other and in such a way that their pole faces at an angle to the path of movement stand. Due to the tilt the pole faces a significant reduction in torque pulsations is achieved those in the first embodiment caused by it when approaching the front magnet of the magnet pair to the spring due to the attraction between this magnet and the spring to a certain acceleration of the Drive shaft comes off, which is replaced by a delay, as soon as the magnet takes the spring with it. This delay will abruptly disappear as soon as the free end of the spring jumps over to the second magnet. The elimination of the delay extends just over a moment, then the second magnet Spring deflects again, which in turn leads to a delay of the drive shaft leads, which falls away again, as soon as the restoring force the spring exceeds the attraction between it and the second magnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der in Betracht gezogenen Art die Drehmomentpulsationen noch stärker zu reduzieren als bei der zweiten bekannten Ausführungsform. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Magnete als miteinander verbundene Ringmagnete ausgebildet sind, die eine ihre Rotationsbewegung überlagernde, zusätzliche Bewegung ausführen.Of the Invention is based on the object in a device of type considered the torque pulsations even more reduce than in the second known embodiment. Is solved this object according to the invention by that the magnets are formed as interconnected ring magnets are one that overlays their rotational motion, additional Perform movement.

Die Verwendung erfindungsgemäßer Vorrichtungen bietet sich insbesondere dann an, wenn geringe Baumaße einzuhalten sind, wie dies z. B. bei Umdrehungszählern für kleine Antriebe der Fall ist. Ihr Vorteil besteht darin, dass durch die der Drehbewegung der Ringmagnete überlagerte, zusätzliche Bewegung der Ringmagnete ein „Schraubenlinien-Effekt" erzielt wird, wobei die Steigung der Schraubenlinie aufgrund ihres Verlaufs über 360° sehr klein gehalten werden kann und auf diese Weise eine praktisch pulsationsfreie Rotationsbewegung der Antriebswelle erzielbar ist.The Use of devices according to the invention is particularly suitable if you want to comply with small dimensions are, as z. As with revolution counters for small drives of the case is. Their advantage is that by the rotational movement the ring magnets overlaid, additional movement the ring magnets a "helical-line effect" is achieved, wherein the slope of the helix is very small due to its course over 360 ° can be held and in this way a virtually pulsation-free Rotational movement of the drive shaft can be achieved.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:Further Details and features of the invention will become apparent from the following Description schematically shown in the accompanying drawings embodiments the invention and from the dependent claims. Show it:

1 die Seitenansicht einer Vorrichtung mit im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verbundenen Ringmagneten, die zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung eine Taumelbewegung ausführen, 1 the side view of a device with in the region of their mutually facing side surfaces interconnected ring magnet, which perform in addition to their rotational movement a wobbling motion,

2a–f das Zusammenspiel zwischen den Ringmagneten und der Feder der Vorrichtung gemäß 1, 2a -F the interaction between the ring magnet and the spring of the device according to 1 .

3 die Seitenansicht einer modifizierten Vorrichtung mit eine Taumelbewegung ausführenden Ringmagneten, three the side view of a modified device with a tumbling moving ring magnet,

4 die Seitenansicht einer Vorrichtung mit im Bereich ihrer Außen- und Innenflächen miteinander verbundenen Ringmagneten, die zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung eine Exzenterbewegung ausführen und 4 the side view of a device with in the region of its outer and inner surfaces interconnected ring magnets that perform in addition to their rotational movement an eccentric and

5a–e das Zusammenspiel zwischen den Ringmagneten und der Feder der Vorrichtung gemäß 4. 5a -E the interaction between the ring magnet and the spring of the device according to 4 ,

Die 1 und 2a zeigen stark schematisiert die wesentlichen Teile einer Vorrichtung mit zwei Ringmagneten 1 und 2, die im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verklebt sind. Die Ringmagnete 1 und 2 sind auf einer nicht dargestellten Welle gelagert, die um die Achse 3 rotiert. Wie aus der einen Schnitt längs der Linie IIa-IIa in 1 darstellenden 2a erkennbar, sind die Ringmagnete 1 und 2 radial entgegengesetzt polarisiert, d. h. der in 1 vordere und in 2a untere Ringmagnet bildet im dargestellten Fall außen eine Nordpol N und innen einen Südpol S, während der in 1 nicht erkennbare, in 2a obere Ringmagnet 2 außen als Südpol S und innen als Nordpol N ausgebildet ist. Die Ringmagnete 1 und 2 stehen, wie aus den 2a und 2f erkennbar, schräg zur Drehachse, d. h. sie sind nach Art einer Taumelscheibe ausgebildet und führen bei einer Drehung der sie tragenden Welle eine Taumelbewegung aus. In geringem Abstand vom Umfang der Ringmagnete 1 und 2 befindet sich das freie Ende einer aus ferromagnetischem Material bestehenden, stabförmigen Feder 4, die im dargestellten Fall als Blattfeder ausgebildet ist. Die Feder 4 ist an ihrem dem freien Ende abgewandten Ende in einer Halterung 5 eingespannt und wird auf einem Großteil ihrer Länge von einer Spule 6 umgeben.The 1 and 2a show very schematically the essential parts of a device with two ring magnets 1 and 2 , which are glued together in the area of their mutually facing side surfaces. The ring magnets 1 and 2 are mounted on a shaft, not shown, about the axis three rotates. As from the one section along the line IIa-IIa in 1 performing 2a recognizable, are the ring magnets 1 and 2 radially opposite polarized, ie the in 1 front and in 2a lower ring magnet forms in the illustrated case outside a north pole N and inside a south pole S, while in 1 unrecognizable, in 2a upper ring magnet 2 outside as the south pole S and inside as the north pole N is formed. The ring magnets 1 and 2 stand, as from the 2a and 2f recognizable, obliquely to the axis of rotation, ie they are designed in the manner of a swash plate and perform at a rotation of the shaft carrying a wobbling motion. At a small distance from the circumference of the ring magnets 1 and 2 is the free end of a ferromagnetic material existing, rod-shaped spring 4 , which is formed in the illustrated case as a leaf spring. The feather 4 is at its end remote from the free end in a holder 5 clamped and is on much of its length from a spool 6 surround.

Bei einer Drehung der Ringmagnete 1 und 2 um die Achse 3 der sie tragenden Welle im Uhrzeigersinn wird das freie Ende der Feder 4 bis zu einem gewissen – in den Zeichnungen zum besseren Verständnis übertrieben dargestellten – Grad mitgenommen, d. h. ausgelenkt. Sobald die Rückstellkraft der Feder 4 die durch den Südpol des Ringmagneten 2 auf sie ausgeübte Anziehungskraft übersteigt, schnappt sie zurück. In 2b ist gezeigt, dass der Ringmagnet 2 mit seinem Magnetfeld die Feder 4 in Richtung des Pfeiles 7 durchflutet. Nach dem Zurückschnappen in die in 2c dargestellte Lage hat sich die Richtung des Magnetfeldes, wie durch den Pfeil 8 zum Ausdruck gebracht, umgekehrt. Dieser schnelle Richtungswechsel des Magnetfeldes ruft in der Spule 6 einen Spannungsimpuls hervor, der zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung und zum Zählen von Vorgängen nutzbar ist.With a rotation of the ring magnets 1 and 2 around the axis three the clockwise shaft carrying it becomes the free end of the spring 4 up to a certain degree - exaggerated in the drawings for better understanding - degree taken, ie deflected. Once the restoring force of the spring 4 through the south pole of the ring magnet 2 exceeds their gravitational pull, she snaps back. In 2 B is shown that the ring magnet 2 with his magnetic field the spring 4 in the direction of the arrow 7 flooded. After snapping back into the in 2c The position shown has the direction of the magnetic field, as indicated by the arrow 8th expressed, vice versa. This rapid change of direction of the magnetic field gets in the coil 6 a voltage pulse, which is useful for powering an electronic circuit and for counting operations.

Drehen sich die Ringmagnete 1, 2 weiter, so wird die Feder 4 – wie in 2e gezeigt – in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, um anschließend wieder annähernd in ihre Ausgangsposition zurückzuschnellen und einen erneuten Spannungsimpuls zu erzeugen. Danach beginnt der Vorgang von Neuem. Die Feder 4 erzeugt folglich bei einer vollen Umdrehung der Ringmagnete 1 und 2 zwei Spannungsimpulse.The ring magnets rotate 1 . 2 continue, so will the spring 4 - as in 2e shown - pressed in the opposite direction, then back to almost back to their original position and to generate a renewed voltage pulse. Thereafter, the process starts again. The feather 4 thus generates at one full revolution of the ring magnets 1 and 2 two voltage pulses.

3 zeigt eine Lösung, bei der die Feder 4 nicht außerhalb, sondern innerhalb eines Ringmagnetpaares angeordnet ist. Es versteht sich, dass der Bewegungsablauf der Feder 4 in diesem Fall der gleiche ist, wie zuvor erörtert. three shows a solution in which the spring 4 not outside, but is arranged within a ring magnet pair. It is understood that the movement of the spring 4 in this case the same is as discussed earlier.

Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Taumelbewegung der Ringmagnete durch eine periodische Axialverschiebung der sie tragenden Welle zu ersetzen.Basically it would be too possible, the tumbling motion of the ring magnets by a periodic axial displacement to replace the wave carrying them.

In den 4 und 5a bis 5e ist eine Variante mit zwei ineinander angeordneten Ringmagneten 9 und 10 gezeigt, die nicht radial, sondern axial entgegengesetzt magnetisiert sind. In diesem Fall sind die Ringmagnete 9, 10 nicht schräg zur Drehachse der sie tragenden Welle orientiert, sonder exzentrisch auf der Welle gelagert. Die gemeinsame zentrale Achse 11 der Ringmagnete 9, 10 fällt also nicht mit der Drehachse 12 zusammen. In 4 ist senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Achse 11 und der Drehachse 12 im Abstand r von der Achse 11 der Ringmagnete in geringem, axialem Abstand von der Trennlinie 13 zwischen dem inneren Ringmagneten 9 und dem äußeren Ringmagneten 10 wiederum eine Feder 4 angeordnet, die von einer Halterung 5 gehalten und einer Spule 6 umgeben wird, wie dies am besten aus der 5a erkennbar ist.In the 4 and 5a to 5e is a variant with two ring magnets arranged one inside the other 9 and 10 shown, which are magnetized not radially, but axially opposite. In this case, the ring magnets 9 . 10 not oriented obliquely to the axis of rotation of the shaft carrying it, but eccentrically mounted on the shaft. The common central axis 11 the ring magnets 9 . 10 does not coincide with the axis of rotation 12 together. In 4 is perpendicular to the connecting line between the axis 11 and the axis of rotation 12 at a distance r from the axis 11 the ring magnets at a small, axial distance from the dividing line 13 between the inner ring magnet 9 and the outer ring magnet 10 again a spring 4 Arranged by a bracket 5 held and a coil 6 is surrounded, as is best from the 5a is recognizable.

Bei einer Drehung der Ringmagnete 9, 10 um die Drehachse 12 wird die Feder 4, wie in 5b gezeigt, vom äußeren Ringmagneten 10 so lange mitgenommen und so stark ausgelenkt, bis die Rückstellkraft der Feder 4 die Anziehungskraft zwischen ihr und dem Ringmagneten 10 übersteigt. Sobald dies der Fall ist, springt die Feder 4 zurück und gelangt dabei in den Einflussbereich des inneren Ringmagneten 9, wobei wie bei der ersten Ausführungsform ein durch die Pfeile 14 und 15 in 5b und 5c angedeuteter Wechsel des Magnetfeldes stattfindet, der den erwünschten Spannungsimpuls in der Spule 6 erzeugt.With a rotation of the ring magnets 9 . 10 around the axis of rotation 12 becomes the spring 4 , as in 5b shown by the outer ring magnet 10 taken so long and so strongly deflected until the restoring force of the spring 4 the attraction between her and the ring magnet 10 exceeds. As soon as this happens, the spring jumps 4 back and gets into the sphere of influence of the inner ring magnet 9 , wherein as in the first embodiment by the arrows 14 and 15 in 5b and 5c indicated change of the magnetic field takes place, the desired voltage pulse in the coil 6 generated.

Rotieren die Ringmagnete 9, 10 weiter, so wird die Feder 4 vom inneren Ringmagneten 9 mitgenommen und ausgelenkt, bis sie erneut zurückspringt. Es werden folglich auch bei der zweiten Ausführungsform während einer Umdrehung der Ringmagnete 9 und 10 zwei Spannungsimpulse erzeugt.Rotate the ring magnets 9 . 10 continue, so will the spring 4 from the inner ring magnet 9 Taken and distracted, until she jumps back again. Consequently, also in the second embodiment, during one revolution, the ring magnets become 9 and 10 generates two voltage pulses.

Claims (7)

Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes, bei der in Abhängigkeit von den Bewegungen und/oder Positionen des Gegenstandes in mindestens einer Spule durch mindestens ein eine Relativbewegung zur Spule ausführendes und diese beaufschlagendes, von zwei um eine gemeinsame Achse rotierenden, gegenpoligen Magneten erzeugtes Magnetfeld jeweils Spannungsimpulse erzeugt werden, wobei die Spule mindestens partiell eine aus magnetisch leitendem Material bestehende Feder umschließt, die unter dem Einfluss des Magnetfeldes aufgrund des Reluktanz-Effektes eine Hin- und Herbewegung ausführt und dadurch einen den jeweiligen Spannungsimpuls erzeugenden Polaritätswechsel des Magnetfeldes in der Spule bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete als miteinander verbundene Ringmagnete (1, 2; 9, 10) ausgebildet sind, die eine ihre Rotationsbewegung überlagernde, zusätzliche Bewegung ausführen.Device for detecting movements and / or positions of an object, in which depending on the movements and / or positions of the object in at least one coil by at least one relative movement to the coil exporting and acting on this, of two rotating about a common axis, opposite polarity Magnetically generated magnetic field respectively voltage pulses are generated, wherein the coil at least partially surrounds a spring composed of magnetically conductive material which performs a reciprocating motion under the influence of the magnetic field due to the reluctance effect and thereby generating a respective voltage pulse polarity change of the magnetic field causes the coil, characterized in that the magnets as interconnected ring magnets ( 1 . 2 ; 9 . 10 ) are formed, which perform a rotational movement superimposed, additional movement. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (1, 2) im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verbunden sind und ihre zusätzliche Bewegung eine durch eine Schräglage ihrer Verbindungsfläche gegenüber ihrer Drehachse (3) bewirkte Taumelbewegung ist.Device according to claim 1, characterized in that the ring magnets ( 1 . 2 ) in the region of their mutually facing side surfaces are connected to each other and their additional movement one by an inclination of their connection surface with respect to their axis of rotation ( three ) is caused wobbling motion. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (9, 10) im Bereich ihrer einander zugewandten Außen- und Innenflächen miteinander verbunden sind und ihre zusätzliche Bewegung eine durch eine Exzentrizität ihrer gemeinsamen zentralen Achse (11) gegenüber ihrer Drehachse (12) bewirkte Exzenterbewegung ist.Device according to claim 1, characterized in that the ring magnets ( 9 . 10 ) in the region of their mutually facing outer and inner surfaces are interconnected and their additional movement by an eccentricity of their common central axis ( 11 ) with respect to its axis of rotation ( 12 ) is caused eccentric movement. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Feder (4) senkrecht zur Drehachse (3) der Ringmagnete (1, 2) angeordnet ist und deren Taumelbewegungen die Auslenkung der Feder (4) bewirken.Device according to claim 2, characterized in that the longitudinal axis of the spring ( 4 ) perpendicular to the axis of rotation ( three ) the ring magnets ( 1 . 2 ) is arranged and whose wobbling movements, the deflection of the spring ( 4 ) cause. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Feder (4) parallel zur Drehachse (12) der Ringmagnete (9, 10) angeordnet ist und deren Exzenterbewegungen die Auslenkung der Feder (4) bewirken.Device according to claim 3, characterized in that the longitudinal axis of the spring ( 4 ) parallel to the axis of rotation ( 12 ) the ring magnets ( 9 . 10 ) is arranged and whose eccentric movements, the deflection of the spring ( 4 ) cause. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (1, 2) in radialer Richtung entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind.Device according to claim 2 or 4, characterized in that the ring magnets ( 1 . 2 ) are magnetized in the opposite direction to each other in the radial direction. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (9, 10) in axialer Richtung entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind.Device according to claim 3 or 5, characterized in that the ring magnets ( 9 . 10 ) are magnetized in the axial direction opposite to each other.
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