DE10228453A1

DE10228453A1 - Verfahren und Messvorrichtung zur Messung der Bewegung und Position eines Messobjektes

Info

Publication number: DE10228453A1
Application number: DE2002128453
Authority: DE
Inventors: Danny Koch
Original assignee: Eugen Forschner GmbH
Current assignee: Eugen Forschner GmbH
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Zur genauen Erfassung der Position und Bewegung eines magnetische Eigenschaften aufweisenden Meßobjektes (6) ist eine Meßvorrichtung aus einem Magneten (1) und einem Joch (2) vorgesehen. Der Magnet (1), z. B. ein Stabmagnet, und das Joch (2), das z. B. U-förmig mit zwei Schenkel (3, 4) aufgebaut ist, bilden einen magnetischen Kreis. In einem Luftspalt des Joches (2), vorzugsweise in der Mitte, ist ein Magnetfeldsensor (5) angeordnet, dessen Ausgangssignal (7) die Position und die Bewegung des Meßobjektes (6) anzeigt, das in dem von den magnetischen Feldlinien eingeschlossenen Gebiet bewegt wird.

Description

Die Erfindung sieht vor, an einem Magneten, z.B. einem Stabmagneten oder einer Spule mit Eisenkern, derart ein Joch anzuordnen, dass ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird. Die magnetischen Feldlinien verlaufen vom Nordpol des Magneten durch das Joch zum Südpol des Magneten. Im Joch ist vorzugsweise in der Mitte des Weges der magnetischen Feldlinien ein Luftspalt vorgesehen, in welchem mindestens ein Magnetfeldsensor zur Messung der magnetischen Feldstärke angeordnet ist. Beispielsweise ist das Joch U-förmig gestaltet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, den Querschnitt des Joches nicht konstant, sondern zum Luftspalt hin ab- oder zunehmend zu gestalten.
Das magnetische Eigenschaften aufweisende Meßobjekt, das z.B. weich- oder hartmagnetisch ist, wird in dem vom Joch bzw. von den magnetischen Feldlinien eingegrenzten Gebiet bewegt. Das Mesobjekt stellt daher einen Zweig für die magnetischen Feldlinien dar. Der Magnetfeldsensor gibt ein von der Position des Meßobjektes abhängiges Ausgangssignal ab. Wird das Mesobjekt bewegt, so ändert sich das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors. Der Differentialquotient des Ausgangssignales des Magnetfeldsensors stellt daher ein Maß für die Bewegung des Meßobjektes dar.
Durch die Maßnahme, den Querschnitt des Joches nicht konstant, sondern zum Luftspalt hin zu- oder abnehmend zu gestalten, wird eine größere Meßgenauigkeit erzielt, weil sich das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors bei Bewegungen des Meßobjektes stärker ändert, als wenn der Querschnitt auf der gesamten Länge des Joches konstant wäre. Vorzugsweise dient ein Eisenblech oder Eisenblechpaket als Joch, weil Eisenbleche unterschiedlicher Form und Querschnitts leicht herstellbar sind, beispielsweise durch Stanzen.
Das Joch ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Magnetfeldsensor in einem definierten Luftspalt liegt und den Differenzfluss zum magnetischen Fluss durch das Messobjekt erfasst.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht zur Erhöhung der Meßgenauigkeit eine zweite Anordnung vor, die ebenso wie die erste Anordnung aufgebaut, jedoch um 180° gedreht neben der ersten Anordnung angeordnet ist. Durch die Anordnung sind die Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren um 180 ° gegeneinander phasenverschoben. Die Posi tionsbestimmung erfolgt durch Bildung und Auswertung der Summe und der Differenz der Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass durch diese Maßnahme Abstandstoleranzen sowie Toleranzen der magnetischen Materialeigenschaften des Messobjektes kompensiert werden.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Erfindung wird anhand des in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.
Am Nordpol N und am Südpol S eines Stabmagneten 1 sind die Enden der beiden Schenkel 3 und 4 eines U-förmigen Joches 2 befestigt, das in der Mitte einen Luftspalt aufweist, in welchem ein Magnetfeldsensor 5 angeordnet ist. Der Querschnitt der Schenkel 3 und 4 des Uförmigen Joches 2 nimmt vom Magneten 1 zum Luftspalt hin ab. Das Meßobjekt 6, z.B. eine Kupplungsscheibe einer Kupplung oder ein Zahnrad eines automatischen Getriebes, ist in dem vom Joch 2 begrenzten Bereich bewegbar. Weil das Meßobjekt 6 magnetische Eigenschaften aufweist, es ist entweder weich- oder hartmagnetisch, wird ein Querzweig für die magnetischen Feldlinien gebildet. Die magnetischen Feldlinien verlaufen daher sowohl durch das U-förmige Joch 2 als auch durch den vom Meßobjekt 6 gebildeten Querzweig, der die beiden Schenkel 3 und 4 des Joches 2 miteinander verbindet.
Die magnetische Feldstärke im Luftspalt des U-förmigen Joches 2, wo der Magnetfeldsensor 5 vorgesehen ist, ist von der Position des Meßobjektes 6 abhängig. Der Differenzialquotient der magnetischen Feldstärke hängt von der Bewegung des Meßobjektes 6 ab. Das statische Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 5 gibt daher die Position des Meßobjektes 6 an. Änderungen des Ausgangssignales des Magnetfeldsensors 5 zeigen dagegen die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des bewegten Meßobjektes 6 an.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet, das aus zwei Anordnungen, wie sie in 1 dargestellt ist, aufgebaut ist. Die beiden identisch aufgebauten An- ordnungen sind nebeneinander, jedoch um 180 ° gedreht angeordnet. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der erste Magnetfeldsensor und der zweite Magnetfeldsensor liefern je ein Ausgangssignal. Die beiden Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren sind aufgrund ihrer geometrischen Anordnung um 180 ° gegeneinander phasenverschoben. Die Bestimmung der Position und der Bewegung des Messobjektes erfolgt durch Bildung und Auswertung der Summe und der Differenz der Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren. Wie bereits erwähnt werden durch diese Maßnahme Abstandstoleranzen und Toleranzen der magnetischen Materialeigenschaften des Messobjektes kompensiert.
Wie bereits erwähnt, sieht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, den Querschnitt des Joches 2 nicht konstant, sondern zu- oder abnehmend zu gestalten, um die Meßvorrichtung optimal an unterschiedliche Meßobjekte und Bewegungen des Meßobjektes anpassen zu können.
Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus.
Durch Verändern des Längen-Breitenverhältnisses des Joches lässt sich der Magnetfeldsensor an unterschiedliche Messlängen anpassen. Durch Verändern der Jochbreite und der Stärke der magnetischen Erregung kann der Magnetfeldsensor an unterschiedliche Messabstände und Größen angepasst werden. Schließlich kann die Geometrie des Joches dem Oberflächenverlauf des Messobjektes angepasst werden, um geringste Abstände zwischen den Polen des Joches und dem Messobjekt zu erzielen, insbesondere bei rotierenden Messobjekten.
Die Erfindung ist allgemein zur genauen Erfassung der Position und der Bewegung eines magnetische Eigenschaften aufweisenden Meßobjektes geeignet.

N: Nordpol
S: Südpol
1: Magnet
2: Joch
3: Schenkel
4: Schenkel
5: Magnetfeldsensor
6: Meßobjekt

Claims

Meßvorrichtung zur Messung der Bewegung und Position eines Meßobjektes (6), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer ersten Anordnung aus einem ersten Magneten (1) und einem ersten Joch (2) mit einem ersten Luftspalt, in welchem ein erster Magnetfeldsensor (5) zur Messung der magnetischen Feldstärke angeordnet ist, ein erster geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist, dass das magnetische Eigenschaften aufweisende Meßobjekt (6) im von den magnetischen Feldlinien umschlossenen Gebiet bewegbar ist und dass das Ausgangssignal (7) des ersten Magnetfeldsensors (5) ein Maß für die Position und die Bewegung des Meßobjektes (6) darstellt.
Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweiten Anordnung aus einem zweiten Magneten (1) und einem zweiten Joch (2) mit einem zweiten Luftspalt, in welchem ein zweiter Magnetfeldsensor (5) zur Messung der magnetischen Feldstärke angeordnet ist, ein zweiter geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist, dass das magnetische Eigenschaften aufweisende Messobjekt (6) im von den magnetischen Feldlinien umschlossenen Gebiet bewegbar ist, dass die erste Anordnung und die zweite Anordnung nebeneinander, jedoch um 180 ° gedreht angeordnet sind und dass die Ausgangssignale (7) der beiden Magnetfeldsensoren (5) ein Maß für die Position und die Bewegung des Meßobjektes (6) darstellen.
Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale (7) der beiden Magnetfeldsensoren (5) gegeneinander um 180 ° phasenverschoben sind.
Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) so gestaltet ist und der Magnetfeldsensor (5) so im Luftspalt angeordnet ist, dass er den Differenzfluss zum magnetischen Fluss durch das Messobjekt (6) erfasst.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) symmetrisch mit einem Luftspalt in der Mitte ausgebildet ist.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) U-förmig mit zwei Schenkeln (3, 4) gestaltet ist.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Joches (2) nicht konstant ist.
Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Joches (2) von seinen beiden Enden zum Luftspalt hin zu- oder abnimmt.
Meßvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnet ein stabförmiger Permanentmagnet (1) oder eine Spule vorgesehen ist.
Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnet eine Spule mit einem Eisenkern vorgesehen ist.
Verfahren zur Messung der Position und Bewegung eines Meßobjektes (6), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer ersten Anordnung aus einem ersten Magneten (1) und einem ersten Joch (2) mit einem ersten Luftspalt, in welchem ein erster Magnetfeldsensor (5) zur Messung der magnetischen Feldstärke angeordnet wird, ein erster geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird, dass das magnetische Eigenschaften aufweisende Meßobjekt (6) im von den magnetischen Feldlinien umschlossenen Gebiet bewegt wird und dass das Ausgangssignal (7) des ersten Magnetfeldsensors (5) ein Maß für die Position und die Bewegung des Meßobjektes (6) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweiten Anordnung aus einem zweiten Magneten (1) und einem zweiten Joch (2) mit einem zweiten Luftspalt, in welchem ein zweiter Magnetfeldsensor (5) zur Messung der magnetischen Feldstärke angeordnet wird, ein zweiter geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird, dass das magnetische Eigenschaften aufweisende Messobjekt (6) im von den magnetischen Feldlinien umschlossenen Gebiet bewegt wird, dass die erste und die zweite Anordnung nebeneinander liegend, jedoch um 180 ° gedreht angeordnet werden und dass die Ausgangssignale (7) der beiden Magnetfeldsensoren (5) ein Maß für die Position und die Bewegung des Messobjektes (6) darstellen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale (7) der beiden Magnetfeldsensoren (5) um 180 ° gegeneinander phasenverschoben sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und die Bewegung des Messobjektes (6) durch Bildung und Auswertung der Summe und der Differenz der Ausgangssignale (7) der beiden Magnetfeldsensoren (5) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) so gestaltet wird, dass der Magnetfeldsensor (5) in einem definierten Luftspalt liegt und den Differenzfluss zum magnetischen Fluss durch das Messobjekt (6) erfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) symmetrisch mit einem Luftspalt in der Mitte ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) U-förmig mit zwei Schenkeln (3, 4) gestaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Joches (2) nicht konstant gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Joches (2) von seinen beiden Enden zum Luftspalt hin zu- oder abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnet ein stabförmiger Permanentmagnet (1) oder eine Spule vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnet eine Spule mit Eisenkern vorgesehen wird.