DE112011103381T5

DE112011103381T5 - Berührungsloser Bewegungs- und Geschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE112011103381T5
Application number: DE112011103381T
Authority: DE
Inventors: Lutz May
Original assignee: POLYRESEARCH AG
Current assignee: Abas Inc
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-08-29
Also published as: WO2012045818A1; US20110308330A1

Abstract

Berührungsloser Geschwindigkeitssensor 1 zum Messen einer relativen Geschwindigkeit eines Gegenstands 2, 3 und des berührungslosen Geschwindigkeitssensors 1, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor eine zugewandte Ausrichtung z aufweist, wobei die zugewandte Ausrichtung eine Ausrichtung definiert, die in Richtung einer Fläche des Gegenstands gerichtet ist, eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit 10, eine erste Magnetfeld-Detektoreinheit 20, die eine erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung 21 aufweist, die ausgeführt ist, um ein Magnetfeld zu ermitteln und ein erstes Signal auszugeben, das für das ermittelte Magnetfeld charakteristisch ist, und eine zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung 22 umfasst, die ausgeführt ist, um ein Magnetfeld zu ermitteln und ein zweites Signal auszugeben, das für das ermittelte Magnetfeld charakteristisch ist, wobei eine Auswerteeinheit 50 ausgeführt ist, um eine Signalstärke des ersten Signals und des zweiten Signals durch Vergleichen der Signalstärke des ersten Signals und der Signalstärke des zweiten Signals zu bewerten und die Geschwindigkeit auf der Grundlage des Vergleichs des ersten Signals und des zweiten Signals zu bestimmen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Bewegung und Geschwindigkeit und insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Messen von Bewegung und Geschwindigkeit.
Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind viele Geschwindigkeits- und Bewegungssensoren bekannt. Die meisten dieser Messtechnologien erfordern magnetisch feststellbare Merkmale, wie beispielsweise mechanische Zahnstrukturen oder eine Vormagnetisierung der Oberfläche. Sensorsysteme, die z. B. auf einem Magnetband als Ziel basieren, weisen eine Vielzahl von Nachteilen auf. Solche Vorrichtungen bergen das Risiko, versehentlich entmagnetisiert zu werden und sind häufig empfindlich gegenüber mechanischer Belastung. Ferner weisen solche Vorrichtungen des Standes der Technik einen zusätzlichen Platzbedarf auf und die magnetisch codierten Bänder weisen meistens einen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten als die andere mechanische Struktur um das Magnetband herum auf. Der Absolutwert des Magnetfeldes, das verwendet wird, um das Sensormodul auszuführen, liegt deutlich unter dem Bereich von 30 Gauß (Absolutwert unter 3 mT). Andere Messtechnologien verwenden Permanentmagnete oder mit elektrischem Strom versorgte Spulenmagnete mit absoluten Feldstärken von >> 100 Gauß (>> 10 mT) bis zu 2000 Gauß (200 mT). Daher werden metallische Teilchen mit ferromagnetischen Eigenschaften, die in Öl schwimmen, durch diese Sensoren angezogen und stören die Sensorleistung und führen daher zu einer ernsthaften Verminderung der Signalqualität. Sensorlösungen, die auf Potentiometern basieren, sind empfindlich gegenüber Schwingungen und beruhen auf einer sehr engen Montagetoleranz.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wäre wünschenswert, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Bewegungs- und Geschwindigkeitsmessung zur Verwendung unter strengen Betriebsbedingungen bereitzustellen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Bewegungs- und Geschwindigkeitsmessung, ein entsprechendes Programmelement und computerlesbares Medium gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche bereit. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass die folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sowohl für das Verfahren, für die Vorrichtung, für das Programmelement und für das computerlesbare Medium gelten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein berührungsloser Geschwindigkeitssensor zum Messen einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem Gegenstand und dem berührungslosen Geschwindigkeitssensor bereitgestellt, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor eine zugewandte Ausrichtung aufweist, wobei die zugewandte Ausrichtung eine Ausrichtung definiert, die in Richtung einer Oberfläche des Gegenstands gerichtet ist, eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit, eine erste Magnetfeld-Detektoreinheit, die eine erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung aufweist, die zum Erkennen eines Magnetfeldes und zum Ausgeben eines ersten Signals ausgeführt ist, das für das erkannte Magnetfeld charakteristisch ist, und eine zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung aufweist, die ausgeführt ist, um ein Magnetfeld zu erkennen und ein zweites Signal auszugeben, das für das erkannte Magnetfeld charakteristisch ist, wobei eine Auswerteeinheit ausgeführt ist, um eine Signalstärke des ersten Signals und des zweiten Signals durch Vergleichen der Signalstärke des ersten Signals und der Signalstärke des zweiten Signals auszuwerten und die Geschwindigkeit auf der Grundlage des Vergleichs des ersten und des zweiten Signals zu bestimmen.
Wenn durchgängig erzeugte magnetische Feldlinien einen festen Gegenstand (hier Sensorgegenstand genannt) durchqueren, der magnetische Eigenschaften aufweist, wie ferromagnetische Materialien, wird das Eintreten und das Austreten des magnetischen Feldes in den/aus dem Gegenstand und dessen Durchdringung durch das magnetische Feld eine messbare Zeit in Anspruch nehmen. Wenn der Sensorgegenstand sich bewegt, während ein magnetisches Feld versucht, diesen Gegenstand zu durchqueren, wird die Verzögerungszeit, die das magnetische Feld während des Durchquerens des Gegenstands erfährt, bewirken, dass die Feldlinien in die Richtung gezogen werden, in die sich der Gegenstand bewegt. Es kann erkannt werden, dass die Stärke des magnetischen Feldes auf der Grundlage des vorhergehend beschriebenen Effekts in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Sensors vor dem Sensor, insbesondere vor der Generatoreinheit, niedriger und hinter dem Sensor höher sein wird. Daher kann beim Vergleichen eines erkannten Werts von einer Felddetektionsvorrichtung vor der Generatoreinheit und von einer Felddetektionsvorrichtung hinter der Generatoreinheit die Differenz als ein Maß für die Bewegung oder Geschwindigkeit des Sensors betrachtet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Effekt nicht nur das Bestimmen der Bewegung und Geschwindigkeit sondern auch der Bewegungsrichtung ermöglicht. So kann ein berührungsloser Geschwindigkeits- oder Bewegungssensor bereitgestellt werden, der unter strengen Umweltbedingungen betrieben werden kann. Der Betrieb des Sensors wird durch Staub und Schmutz im Wesentlichen nicht beeinflusst. Das Erzeugen eines magnetischen Feldes ermöglicht eine aktive Messung, derart, dass keine Signalschwächung erwartet wird. Ferner erfordert der Gegenstand, der dem Sensor zugewandt ist, keinerlei Bearbeitung oder Formung. Der Sensor kann auf sich linear bewegenden Trägern oder auf drehenden Scheiben/Rädern sowie auf einer Bahn mit frei wählbarer Form verwendet werden. Ferner gleicht der Sensor eine breite Palette von Montagetoleranzen aus. Der Sensor kann auch zwischen Vorwärtsbewegung, Rückwärtsbewegung und keiner Bewegung differenzieren. Der Sensor kann in einem sehr weiten Betriebstemperaturbereich zwischen –50°C bis >+175°C betrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein berührungsloser Geschwindigkeitssensor bereitgestellt, der eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit, eine erste Magnetfeld-Detektoreinheit, die zum Erkennen eines magnetischen Feldes und Ausgeben eines Signals ausgeführt ist, das für das erkannte magnetische Feld charakteristisch ist, eine Auswerteeinheit, die zum Auswerten einer Signalstärke des Signals ausgeführt ist, die für das erkannte magnetische Feld charakteristisch ist, durch Vergleichen der Signalstärke von Signalen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden, und Bestimmen der Geschwindigkeit auf der Grundlage der zu verschiedenen Zeitpunkten erfassten Signale aufweist.
Daher kann das Sensorelement mit nur einem Magnetfeld-Detektorelement, z. B. einer einzigen Spule, betrieben werden. Angenommen dass der Sensor bei einer Bewegung gleich Null mit dem Messen beginnt, kann dieser Wert als ein Bezugswert verwendet werden, derart, dass beim Beschleunigen die nächsten erkannten Werte mit dem Bezugswert oder dem entsprechenden vorherigen Wert verglichen werden können. Daher kann, wenn die Abtastrate zwischen aufeinanderfolgenden Messungen bekannt ist, die Differenz der Stärke des magnetischen Feldes innerhalb einer bestimmten Zeitdifferenz ausgewertet werden, um die Bewegung oder Geschwindigkeit zu bestimmen. Der einzelne Detektorvorrichtungssensor sollte, soweit wie die Bewegungsgeschwindigkeit nahezu konstant ist, dasselbe Ergebnis aufweisen wie der Doppeldetektorsensor wie vorhergehend beschrieben. Daher ist die Differenz zwischen beiden Sensortypen niedriger, wenn eine geringe Zeitdifferenz, d. h. eine hohe Abtastrate, vorliegt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist mindestens eine der Magnetfeld-Detektorvorrichtungen eine Hauptdetektionsausrichtung auf, die parallel zur zugewandten Ausrichtung des berührungslosen Geschwindigkeitssensors ist.
So können die Signalstärke hoch und die Toleranzen niedrig gehalten werden. Die Messung kann auf eine genauere Art und Weise erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit ausgeführt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Kombination aus einem Permanentmagnetfeld und einem Magnetfeld ist, das eine Wechselfrequenz aufweist.
Daher kann der Sensor gegenüber potentiellen magnetischen Informationen, die versehentlich bereits im Messgegenstand gespeichert sein können, wie wenn zeitweise ein Permanentmagnet an den Messspuren untergebracht wurde, unempfindlich gemacht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Frequenz auch ein Magnetfeld mit Wechselfrequenz ohne einen Permanentmagnetfeldversatz sein. Die Frequenz kann auch ein Permanentmagnetfeld ohne einen Versatz eines Magnetfeldes mit einer Wechselfrequenz sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Sensor im Allgemeinen mit einem Permanentmagnet als Erzeugungsvorrichtung sowie einem Elektromagnet, der ein magnetisches Wechselfeld aufweist, sowie mit einer Kombination davon betrieben werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Magnetfeld-Erzeugungseinheit ausgeführt, um eine Frequenz des erzeugten magnetischen Feldes anzunehmen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch die Feldstärke angepasst werden kann.
Daher kann die Frequenz zum Anpassen des Sensors an ein Material des Gegenstands variiert werden. Mit anderen Worten kann der vorhergehend beschriebene Effekt variieren, wenn verschiedene Materialien für den Gegenstand verwendet werden, da sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Bezug auf verschiedene Materialien unterscheiden kann. Die Feldstärke kann zum Ausgleichen der Entfernung zwischen dem Gegenstand und dem Sensor angepasst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der berührungslose Geschwindigkeitssensor ferner eine zweite Magnetfeld-Detektoreinheit, wobei die erste Magnetfeld-Detektoreinheit und die zweite Magnetfeld-Detektoreinheit unterschiedliche Hauptdetektionsausrichtungen in Bezug auf eine Bewegung aufweisen, wobei die Hauptdetektionsausrichtungen in Bezug zueinander geneigt sind. Die Neigung kann zum Beispiel 90° betragen, derart, dass eine orthogonale Bewegung unterschieden werden kann.
Daher kann der Sensor gleichzeitig Bewegungen und Geschwindigkeiten in einer oder zwei Achsen messen. Die Neigung um 90° ermöglicht eine wirksame Unterscheidung zwischen zwei Bewegungsrichtungen und ermöglicht ferner eine einfache Auswertung der Bewegung in jeder Richtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung und die zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung an entgegengesetzten Seiten der Magnetfeld-Erzeugungseinheit angeordnet.
Daher können beide Detektorvorrichtungen verglichen werden, da die Bewegung in eine Richtung zu einem stärkeren Signal auf der einen Detektorvorrichtung und zu einer Abschwächung des Signals auf der anderen Detektorvorrichtung führt. Ferner können beim Vergleichen beider Detektionsvorrichtungen Versatzeffekte beseitigt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung und die zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung an einer Seite und ausgerichtet in einer Linie mit der Magnetfeld-Erzeugungseinheit angeordnet.
So können auch schnelle Bewegungen und hohe Geschwindigkeiten ermittelt werden, insbesondere Bewegungen, die schneller sind als die Ausbreitung des Erzeugungsfeldes. Dieser Effekt kann mit dem Durchbrechen der Schallmauer verglichen werden, was bedeutet, dass die Bewegung des Sensors schneller ist als die Ausbreitung des Feldes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Magnetfeld-Erzeugungseinheit ein Magnetfeld-Erzeugungselement und einen Flusskonzentrator auf.
So können die magnetischen Feldlinien derart konzentriert werden, dass die Dichte der Feldlinien hoch gehalten werden kann, was ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis ergibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Flusskonzentrator ein Joch des Typs mit einem ringförmigen Segment auf, wobei ein erster Pol des Flusskonzentrators sich an der Segmentspitze befindet und ein zweiter Pol des Flusskonzentrators sich entlang des Segmentbogens befindet. Anstatt eines kreisförmigen Segments kann das Joch auch von einem dreieckigen Typ sein, wobei ein erster Pol des Flusskonzentrators sich dann an einer Dreiecksspitze befindet und ein zweiter Pol des Flusskonzentrators sich entlang der Seite befindet, die der Dreiecksspitze gegenüberliegt.
So kann ein vordefiniertes Magnetfeld erzeugt werden, das eine vordefinierte Ausweitung der Feldlinien zwischen der Spitze und der Basis aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das kreisförmige Segment ein Viertelsegment eines Kreises, wobei eine Linie zwischen dem ersten Pol und der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtung und eine Linie zwischen dem ersten Pol und der zweiten Magnetfeld-Detektorvorrichtung orthogonal zueinander sind. Die erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung und die zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung können neben dem segmentförmigen Joch positioniert sein.
So können die beiden Detektorvorrichtungen an einem bestimmten Ort positioniert sein und das Joch kann als ein Schild zum Vermeiden von Verzerrungen beim Betrieb des Sensors dienen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Flusskonzentrator ein Joch eines kreisförmigen Typs auf, wobei ein erster Pol des Flusskonzentrators sich im Mittelpunkt des kreisförmigen Flusskonzentrators befindet und ein zweiter Pol des Flusskonzentrators sich entlang des Umfangs des kreisförmigen Flusskonzentrators befindet, wobei ein erstes Magnetfeld-Detektorelement und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtung sich an gegenüberliegenden Seiten des ersten Pols befinden und ein erstes Magnetfeld-Detektorelement und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement der zweiten Magnetfeld-Detetkorvorrichtung sich an gegenüberliegenden Seiten des ersten Pols befinden und z. B. um eine Vierteldrehung über das erste Magnetfeld-Detektorelement und das zweite Magnetfeld-Detektorelement der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtung verschoben sind.
So können sämtliche Detektorvorrichtungen durch den Flusskonzentrator eingekapselt sein. Es tritt kein Streufeld in den Detektorbereich ein. Der topfartige Flusskonzentrator stellt auch einen mechanischen Schutz vor äußerem Einfluss bereit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist mindestens eine Magnetfeld-Detektorvorrichtung ein erstes Magnetfeld-Detektorelement und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement auf, wobei das erste Magnetfeld-Detektorelement eine Ausrichtung der magnetischen Feldlinien aufweist, die durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit in einem immer noch stehenden Zustand erzeugt werden, und das zweite Magnetfeld-Detektorelement eine Ausrichtung der magnetischen Feldlinien aufweist, die durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit in einem Bewegungszustand erzeugt werden.
So ist die Detektorvorrichtung in der Lage, die Neigung der Feldlinien zu messen. Die Feldlinien weisen eine veränderliche Neigung auf, derart, dass beide Felddetektionselemente, z. B. Spulen, durch Vergleichen der Stärke des Detektionssignals des ersten Detektorelements und des zweiten Detektorelements zwischen einer Bewegung von Null, einer langsamen oder einer schnellen Bewegung unterscheiden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Aufzug bereitgestellt, der einen berührungslosen Geschwindigkeitssensor zum Messen einer relativen Geschwindigkeit zwischen einer Aufzugskabine und einer Gebäudestruktur aufweist, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor ein berührungsloser Geschwindigkeitssensor wie vorhergehend beschrieben ist, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor eine Messfläche aufweist, die orthogonal zur zugewandten Ausrichtung ist.
So kann eine Geschwindigkeit oder Bewegung einer Aufzugskabine ohne Berührung zwischen dem Sensor und dem Gegenstand bestimmt werden. Der Sensor kann derart an der Aufzugskabine angebracht sein, dass der Gegenstand ortsfest zu z. B. einer Gebäudestruktur wie beispielsweise einer Führungsschiene oder dergleichen ist. Der Sensor kann indes derart an der ortsfesten Konstruktion angebracht sein, dass der Gegenstand an der Aufzugskabine angebracht ist. Mit Letzterem wird eine Sensorenverdrahtung zwischen der Kabine und der ortsfest angebrachten Steuerung vermieden. Der berührungslose Sensor kann von besonderer Bedeutung sein, wenn ein Aufzug ohne Seil verwendet wird, dessen Antrieb und Halt z. B. mit Magnetschwebetechnik ausgeführt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der berührungslose Geschwindigkeitssensor an der Aufzugskabine angebracht, wobei die Messfläche ausgeführt ist, um einer Oberfläche einer Schiene der Gebäudestruktur zugewandt zu sein, wobei sich die Schiene in eine Bewegungsrichtung erstreckt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Aufzug ferner eine an der Aufzugskabine angebrachte Seilscheibe auf, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor an der Aufzugskabine angebracht ist und einer Oberfläche der an der Aufzugskabine angebrachten Seilscheibe zugewandt ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der berührungslose Geschwindigkeitssensor derart angebracht, dass der berührungslose Geschwindigkeitssensor einer Oberfläche eines Aufzugsseils zugewandt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorhergehenden Merkmale auch miteinander kombiniert werden können. Die Kombination der vorhergehenden Merkmale kann auch zu Synergieeffekten führen, auch wenn diese nicht ausdrücklich im Detail beschrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Geschwindigkeit und Bewegung eines Sensors in Bezug zu einem Gegenstand bereitgestellt, wobei das Verfahren das Erzeugen eines Magnetfeldes, das in den Gegenstand eintritt, das Erkennen des Magnetfeldes an verschiedenen Orten oder zu verschiedenen Zeitpunkten, das Vergleichen der erkannten Magnetfelder und das Auswerten der Bewegung oder Geschwindigkeit auf der Grundlage der beiden erkannten Werte aufweist, wobei beide erkannten Werte aufgrund der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes im Gegenstand in Bezug zueinander variieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Programmelement bereitgestellt, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, das vorhergehend beschriebene Verfahren durchführt. Es sei darauf hingewiesen, dass Verfahrensschritte, die nicht direkt durch einen Computer durchgeführt werden können, zumindest durch einen Computer unter Verwendung von durch Computer steuerbaren Vorrichtungen gesteuert werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, auf dem das vorhergehend beschriebene Programmelement gespeichert ist.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus den hiernach beschriebenen Ausführungsformen hervor und werden anhand davon erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 eine Veranschaulichung einer Bewegungs- und Geschwindigkeitsmessung mit einer einzigen Achse.
2 eine Veranschaulichung des allgemeinen Prinzips des Effekts, auf dem die vorliegende Erfindung basiert.
3 eine Veranschaulichung einer Seitenansicht einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit und eines Gegenstands.
4 eine Veranschaulichung einer Seitenansicht einer alternativen Gestaltung der Magnetfeld-Erzeugungseinheit.
5 eine Veranschaulichung einer Draufsicht einer alternativen Gestaltung einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit.
6 eine Veranschaulichung der Winkeländerung des Magnetflusspfads von und zu der Erzeugungseinheit.
7 eine Veranschaulichung einer Bewegungs- und Geschwindigkeitsmessung mit einer einzigen Achse.
8 eine Veranschaulichung einer Bewegungs- und Geschwindigkeitsmessung mit zwei Achsen.
9 eine Veranschaulichung einer möglichen Sensoranordnung mit einem U-Joch und zwei Spulen.
10 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Verteilung der Wirbelströme in dem Gegenstand.
11 eine Veranschaulichung der Änderung des Winkels der Feldlinien beim Bewegen des Sensors oder der Generatoreinheit und des Gegenstands in Bezug zueinander.
12 eine Veranschaulichung einer Detektorgestaltung zum Erkennen eines Feldlinienwinkels.
13 eine Veranschaulichung des Sensors, wobei die Generatoreinheit ein segmentiertes Joch umfasst.
14 eine Veranschaulichung der Position der Detektoreinheit 20.
15 eine Veranschaulichung des Betriebs des Jochsensors vom segmentierten Typ.
16 eine Veranschaulichung eines möglichen Aufbaus eines Sensors mit Fernbedienung.
17 eine Veranschaulichung einer möglichen Anpassung der Stärke des erzeugten Magnetfeldes.
18 eine Veranschaulichung einer möglichen Schaltung zur Steuerung des berührungslosen Sensors.
19 eine Veranschaulichung einer Drehscheibenanwendung des Sensors.
20 eine Veranschaulichung einer Drehscheibenanwendung des berührungslosen Sensors.
21 eine Veranschaulichung einer alternativen Position des Sensors zu einer Scheibe oder einer Seilscheibe.
22 eine Veranschaulichung eines Sensors, der einem T-Träger eines Aufzugs zugewandt ist.
23 eine Veranschaulichung einer Ansicht eines Querschnitts eines/einer Aufzugsträgers oder -schiene und des Sensors.
24 eine Veranschaulichung einer Anwendung für eine Aufzugskabinenbewegung.
25 eine Veranschaulichung eines topfartigen Sensors.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Erkennen der Bewegung eines Gegenstands und zum Quantifizieren der Geschwindigkeit und der Richtung bereit, mit der/in die sich der Gegenstand bewegt, bei der die Verwendung von mechanisch beweglichen Teilen vermieden wird und die auf die Verwendung unter strengen Betriebsbedingungen ausgelegt ist.
Der berührungslose Bewegungs- und Geschwindigkeitssensor kann die Absolutbewegung, Richtung und Geschwindigkeit des Sensorsystems in Bezug zu einem Gegenstand, wie beispielsweise einer Drehscheibe, oder einem sich linear bewegenden Träger, der magnetische Eigenschaften aufweist, ermitteln und messen. Die ”aktive” Sensorlösung, die hier beschrieben wird, arbeitet mit magnetischen Grundsätzen, indem sie die wechselnden Winkelrichtungen der magnetischen Feldlinien misst, die von der Sensoreinheit ausströmen. Die Magnetflusspfadänderungen werden durch die Bewegungen eines Gegenstands verursacht, der magnetische Eigenschaften aufweist und sehr nahe bei der Sensoreinheit angeordnet ist. Zentrale Merkmale des linearen Bewegungs- und Geschwindigkeitssensors, der hier beschrieben wird, sind zum Beispiel eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Montagetoleranzen, derart, dass der Sensor potentiell wechselnde Zwischenräume zwischen dem Gegenstand und dem Sensor ausgleichen kann. Ferner stellt der Sensor eine echte berührungslose Messlösung ohne sich bewegende Bauelemente bereit, was eine Abnutzung und einen Verschleiß von Null ergibt. Der Sensor kann auf einer breiten Palette von bereits bestehenden Stählen und anderen Materialien mit magnetischen Eigenschaften verwendet werden und deckt ferner einen breiten bidirektionalen, d. h. Vorwärts- und Rückwärtsgeschwindigkeitsmessbereich, ab, der bei einer Bewegung von Null beginnt. Der Sensor kann zum Messen von Linear- und Drehbewegungen verwendet werden. Der Sensor kann auf Bahnen mit frei wählbarer Form angewandt werden, z. B. auf die Bewegung eines Fahrzeugs, wie Roboter oder andere Fahrzeuge, über einer Ebene. Auf der Grundlage der ermittelten Geschwindigkeit und Zeit und wenn der Ausgangspunkt bekannt ist, kann der Sensor zur Verfolgung einer Position eines sich in zwei Dimensionen bewegenden Gegenstands in der Ebene verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Sensor keine mechanischen Oberflächenmerkmale oder irgendeine Art von Bearbeitung des Messgegenstands, z. B. eines Trägers oder einer Schiene, erfordert. Das bedeutet, dass der Messgegenstand im selben Zustand bleiben kann, wenn dieses Sensorsystem angewandt wird. Der Sensor ist unempfindlich gegenüber Öl, Wasser, Staub oder Korrosionsschutzbeschichtung des Messgegenstands. Die Stärke des ausgestrahlten Magnetfeldes kann unter einem Pegel gehalten werden, bei dem ferromagnetische Teilchen durch das Feld angezogen würden, derart, dass sich keine metallischen Teile am Sensor anhäufen.
Wenn durchgängig erzeugte magnetische Feldlinien einen festen Gegenstand (hier Sensorgegenstand genannt) durchqueren, der magnetische Eigenschaften aufweist, wie ferromagnetische Materialien, wird das Eintreten und das Austreten des magnetischen Feldes in den/aus dem Gegenstand und dessen Durchdringung durch das magnetische Feld eine messbare Zeit in Anspruch nehmen. Wenn der Sensorgegenstand sich bewegt, während ein magnetisches Feld versucht, diesen Gegenstand zu durchqueren, wird die Verzögerungszeit des magnetischen Feldes während des Durchquerens des Gegenstands bewirken, dass die Feldlinien in die Richtung gezogen werden, in die sich der Gegenstand bewegt. Für relativ langsame Geschwindigkeiten des Gegenstands sind die Interaktion zwischen dem Ziehen der magnetischen Feldlinien und der gegenwärtigen Geschwindigkeit des Gegenstands linear. Dies kann zu dem Effekt führen, dass, je schneller der Sensorgegenstand sich in eine bestimmte Richtung bewegt, die magnetischen Feldlinien, die sich durch diesen Gegenstand bewegen, desto mehr in die Richtung gezogen werden, in die der Gegenstand sich bewegt.
Im Prinzip ist es möglich, dass das hier beschriebene Bewegungs- und Geschwindigkeitssensorsystem mit einem konstanten nicht wechselnden Magnetfeld funktioniert. In diesem Fall besteht indes die Gefahr, dass ferromagnetische Gegenstände vorübergehend magnetisiert werden, was dann die Sensormessungen stören kann und möglicherweise zu einem falschen Messwert führt. Zur Vermeidung eines solchen Effekts wechselt das Magnetfeld, das zum Messen der Bewegung der Gegenstände verwendet wird, mit einer definierten (festen oder adaptiven) Frequenz. Der Wechsel des Magnetfeldes, das verwendet wird, um die Bewegung des Gegenstands zu messen, hat den Vorteil des Entmagnetisierens oder Löschens vorhergehend in der Oberfläche der Gegenstände gespeicherter magnetischer Informationen und dass er durch die Elektronik, die das Signal empfängt, selektiv gefiltert werden kann, um unerwünschte störende Signale zu beseitigen. Ferner gleicht er störende statische magnetische Streufelder wie diejenigen, die vom Magnetfeld der Erde erzeugt werden, aus. So kann diese Sensorgestaltung in Abhängigkeit von den erwarteten Betriebsbedingungen durch eine nicht wechselnde und durch eine wechselnde Magnetfeldquelle betrieben werden.
Im Prinzip kann die Magnetfeldquelle ein Permanentmagnet oder ein mit Gleichstrom betriebener elektromagnetischer Feldgenerator, z. B. ein Induktor mit ferromagnetischem Kern, sein. Wenn eine Erhöhung der Leistungen der Sensorsysteme gewünscht wird, wird ein aktiv gesteuerter, mit Strom betriebener magnetischer Feldgenerator verwendet. Das bedeutet, dass die Stärke des Magnetfeldes und die Wechselfrequenz durch die Steuerelektronik verändert werden. Dieses aktive Modulieren oder Steuern der Stärke des magnetischen Signals ermöglicht das Ausgleichen von Änderungen in dem Abstand zwischen dem Sensormodul und dem Sensorobjekt. Mit anderen Worten, je größer der Abstand oder die Entfernung zwischen Sensor und Objekt wird, desto größer wird das erzeugte Magnetfeld. Für bestimmte Geometrien wurde herausgefunden, dass die optimale erforderliche Magnetfeld-Wechselfrequenz relativ niedrig, z. B. deutlich unter 1 MHz, in vielen Fällen in der Nähe der hörbaren Frequenz ist, und von dem für den Sensorgegenstand verwendeten Material abhängig ist. Dieses Sensorsystem arbeitet mit Material, das eine hohe, niedrige oder keine magnetische Remanenz aufweist oder sehr begrenzte magnetische Eigenschaften aufweist, solange die Magnetfeldgeneratorfrequenz und die verwendete Stärke des Magnetfeldes (Amplitude) an das verwendete Material des Sensorgegenstands angepasst ist.
1 zeigt ein allgemeines Prinzip der Erfindung unter Verwendung einer einfachen Geometrie. Die linke Veranschaulichung zeigt eine 3D-Ansicht und die rechte Veranschaulichung zeigt eine Seitenansicht. Wenn der Magnetfeldgenerator 10 über dem Ort ”A” angeordnet ist, der auch der Ort ist, an dem das Magnetfeld in den Sensorgegenstand 2 eindringen wird, wenn keine Bewegung vorliegt, und unter der Annahme, dass die magnetischen Feldlinien am Ort ”B” aus dem statischen Sensorgegenstand austreten werden (dicke gestrichelte Linie), dann wird der Feldlinien-Austrittsort in die Richtung ”C” verschoben, wenn der Sensorgegenstand 2 sich in dieselbe Richtung bewegt (dünne gestrichelte Linie).
2 zeigt verschiedene Situationen in einer Draufsicht auf den Magnetfeldgenerator 10 und auf die Oberfläche des Sensorgegenstands. Die zweite Grafik von links zeigt eine gleichförmige Magnetfeldverteilung um den Magnetfeldgenerator herum, wenn der Sensorgegenstand sich nicht bewegt, d. h. bei einer Geschwindigkeit von Null. In allen anderen Fällen wird das Magnetfeld, das den Sensorgegenstand durchquert, daraus austritt oder darin eintritt, verzerrt, wie in 2 gezeigt. Die Verzerrungen werden größer, wenn der Sensorgegenstand sich schneller bewegt, und sind ebenfalls abhängig von den magnetischen Eigenschaften des Sensorgegenstands. Die Veranschaulichung ganz links in 2 zeigt einen Sensor, der sich in Bezug zum Gegenstand nach rechts, hier in die Richtung der positiven x-Achse, bewegt. Das bedeutet, dass der Gegenstand sich in Bezug zum Sensor nach links, hier in die Richtung der negativen x-Achse, bewegt. Die zweite Veranschaulichung von links in 2 zeigt einen Sensor ohne Bewegung, d. h. bei einer Geschwindigkeit von Null. Die zweite Veranschaulichung von rechts in 2 zeigt einen Sensor, der sich in Bezug zu einem Gegenstand nach links, hier in die Richtung der negativen x-Achse, bewegt. Die Veranschaulichung ganz rechts in 2 zeigt einen Sensor, der sich in Bezug zum Gegenstand nach unten, d. h. hier in Richtung der negativen y-Achse, bewegt. Es sei darauf hingewiesen, dass in 2 die Detektionseinheit, die Detektionsvorrichtung und die Detektionselemente der Vereinfachung der Veranschaulichung des Effekts halber weggelassen wurden.
3 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Magnetfeldgeneratoreinheit 10 und eines Gegenstands 2. Die Generatoreinheit 10 weist eine Spule 11 und ein Joch 15 auf. Die linke Veranschaulichung zeigt die Anordnung ohne Bewegung und die rechte Anordnung zeigt eine Bewegung des Gegenstands 2 nach rechts. In 2 wird gezeigt, wie die magnetischen Feldlinien (gestrichelt) durch die Bewegung des Gegenstands 2 verzerrt oder verzogen werden. Wie in 3 ersichtlich, ändern die magnetischen Feldlinien ihre Neigung. Dies führt zu einer verzerrten Felddichte und insbesondere zu einer Felddichte, die auf beiden Seiten unterschiedlich ist, wie dies in der rechten Veranschaulichung ersichtlich ist. Die Magnetfeld-Detektionseinheit 20 kann eine erste Magnetfeld-Detektionseinheit 21 und eine zweite Magnetfeld-Detektionseinheit 22 aufweisen. Die erste und die zweite Vorrichtung können zum Beispiel Spulen sein. Die Spulen können mit ihrer Längsausdehnung orthogonal zu der Oberfläche des Gegenstands 2 angeordnet sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Detektionsvorrichtungen auch geneigt oder derart angeordnet sein können, dass ihre Längsausdehnung parallel zur Oberfläche des Gegenstands ist.
Solange z. B. ein magnetischer Wechselfeldgenerator durch ein magnetisches Wechselfeld angetrieben wird, sind keine unerwünschten Nebeneffekte vorhanden, wenn ferromagnetisches Material mit Remanenz, d. h. einem Magnetspeichereffekt, verwendet wird. Das Sensormodul kann auf viele verschiedene Arten gestaltet sein. Wichtig ist, dass die Gestaltung nicht zu sehr auf einer ”perfekten” Ausrichtung auf die Oberfläche des Sensorgegenstands beruht, um eines der besonderen Merkmale dieser Messtechnologie, nämlich die Arbeit mit großen Montagetoleranzen, zu ermöglichen.
Es bestehen mehrere Möglichkeiten zum Aufbau von z. B. Blöcken des Bewegungs- und Geschwindigkeitssensors. Das Bewegungs- und Geschwindigkeitssensorsystem kann drei Hauptbausteine aufweisen, nämlich einen Magnetfeldgenerator 10, ein Magnetfeld-Detektionssystem 20, 30 und Signalaufbereitungs- und Verarbeitungselektronik (Signal Conditioning and Signal Processing – SCSP) 50. Der Magnetfeldgenerator und das Magnetfeld-Detektionssystem können kombiniert werden, um ein tatsächliches Sensormodul zu bilden, wie z. B. in 3 ersichtlich. Die Signalaufbereitungs- und Verarbeitungselektronik 50 (in 3 nicht gezeigt) kann direkt beim Sensormodul angeordnet sein, kann aber auch in einem gewissen Abstand von dem Sensormodul entfernt angeordnet sein. Dies kann ein relevantes Merkmal sein, wenn der Betriebstemperaturbereich an dem Ort, an dem das Sensormodul angeordnet ist, die Fähigkeiten der elektronischen Bauelemente übersteigt. In einem solchen Fall sind das Sensormodul (Generator und Felddetektor) und die SCSP-Elektronik durch eine Anzahl von vorzugsweise abgeschirmten Drähten verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine drahtlose Funk- oder eine optische Verbindung zwischen dem Sensorblock und der Elektronik angewandt werden kann. Der Magnetfeldgenerator kann in mehreren verschiedenen Ausrichtungsachsen in Bezug zum beweglichen Sensorgegenstand angeordnet werden: flach, in die x-Richtung gerichtet (die Richtung, in die das Sensorobjekt sich bewegt), flach in die y-Richtung und aufrecht vom Sensorobjekt weg gerichtet, wie z. B. in 3 gezeigt. Der ”aktive” Magnetfeldgenerator 10 kann als eine gewickelte Spule 11 (unter Verwendung von Draht) oder einer Leiterplattengestaltung (flache Kupferspuren) ausgeführt sein. Die Verwendung eines ferromagnetischen Kerns im Mittelpunkt des Magnetfeldgenerators kann von Vorteil sein, da damit das ”Führen” des Magnetflusses zum gewünschten Messort ermöglicht werden kann. Diese Sensorgestaltung funktioniert indes auch unter Verwendung von Luftspulen, wird aber empfindlicher gegenüber anderen Metallgegenständen, die in der Nähe des Sensormoduls angeordnet sein können. Die Magnetfeld-Detektionsvorrichtungen können von verschiedenen Typen sein. Die Änderungen und die Absolutwerte der magnetischen Feldsignale sind stark genug, um durch eine breite Palette von im Handel erhältlichen Magnetfeldsensoren ermittelt und gemessen zu werden, die Hall-Effekt-Sensoren (z. B. die analoge Version), einen MR-, und GMR- oder einen Fluxgate-Sensor aufweisen, aber nicht darauf beschränkt sind. Ein anderes relevantes Merkmal dieses Sensorsystems ist, dass die absolute Stärke des Magnetfeldes, das verwendet wird, um dieses System zu betreiben, unterhalb eines Pegels liegt, bei dem Metallgegenstände mit magnetischen Eigenschaften durch das Feld angezogen werden, wie beispielsweise Teilchen aus Abnutzung und Verschleiß, die in Öl schwimmen. Das Elektronikmodul 50 kann aus rein analogen, analogen/digitalen oder rein digitalen Schaltungen bestehen.
Im Prinzip kann der Sensor mit einer Permanentmagnetfeldquelle arbeiten. Dabei wird diese spezifische Gestaltungslösung indes wahrscheinlich empfindlich auf störende magnetische Streufelder, wie beispielsweise das Magnetfeld der Erde oder Elektromotoren, Stromleitungen, usw. sein. Eine andere Lösung ist die Verwendung eines magnetischen Wechselfeldgenerators. Wenn ein magnetisches Wechselfeld verwendet wird, kann es vorkommen, dass die Signalbandbreite niedriger ist als bei der Verwendung eines nicht wechselnden Magnetfeldes. Aber für die meisten Anwendungen stellt eine Quelle mit magnetischem Wechselfeld mehr Vorteile bereit als Einschränkungen. Die Frequenz, die verwendet wird, um die Polarität und Magnetfeldquelle zu wechseln, ist relevant und ist entscheidend für die Höchstgeschwindigkeit des Gegenstands, die der Sensor erkennen und messen kann.
4 und 5 veranschaulichen eine alternative Sensormodulgestaltung, in der der Magnetfeldgenerator 10 in Bezug zu der Oberfläche des Sensorgegenstands 2 in der y-Richtung flach, d. h. um 90° in Bezug zu der Bewegung des Gegenstands gedreht, angeordnet ist. Die Ausbreitung der Feldlinien ändert sich mit der Geschwindigkeit und der Bewegung der Generatoreinheit 10. Es sei darauf hingewiesen, dass die Detektoreinheiten in 4 und 5 nicht gezeigt sind. Der Sensor in der Mitte veranschaulicht keine Bewegung, der linke und der rechte Sensor in 4 und 5 veranschaulichen eine Bewegung des Sensors nach links beziehungsweise nach rechts. In der entsprechenden Bewegungsrichtung ändern sich die magnetischen Feldlinien (gestrichelt) vor und hinter dem Sensor und weisen unterschiedliche Dichten auf.
6 zeigt die Änderung des Winkels der Feldlinien beim Bewegen des Gegenstands 2 in Bezug zu dem Sensor. Unter Verwendung von einer Magnetfeld-Detektionsvorrichtung mit lediglich einer einzigen Achse kann ein voll funktionsfähiges Sensorsystem aufgebaut werden. Eine solche Sensorlösung ist indes empfindlich auf eine große Anzahl möglicher magnetischer Störungen und mechanischer Montagetoleranzen. Eine alternative Gestaltung kann unter Verwendung von zwei oder mehr Magnetfeld-Detektionsvorrichtungen bereitgestellt werden, die derart angeordnet sind, dass die unerwünschten Störungen, wie beispielsweise das Magnetfeld der Erde, ausgeglichen werden. Eine weitere Lösung ist die Verwendung eines ”V-förmigen” Magnetdetektionssensors mit zwei Achsen, der zwei unabhängig arbeitende Magnetfeldsensoren mit einer einzigen Achse umfasst. Die zwei Signale werden durch eine trigonometrische Formel (sin – cos) verarbeitet, die die magnetischen Absolutwerte beseitigt und lediglich Magnetflusswinkel berechnet (unter Verwendung des Arcustangens).
7 zeigt einen Testgegenstand 2 und eine Felderzeugungseinheit 10. Die Felderzeugungseinheit erzeugt ein Magnetfeld. Die Detektoreinheit 20 ist neben der Generatoreinheit 10 angeordnet. Die Detektoreinheit kann zum Beispiel zwei Detektorvorrichtungen 21 und 22 aufweisen, die jeweils eine Spule aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass anstatt einer Spule auch andere Detektionsvorrichtungen verwendet werden können, wie beispielsweise Hall-Sensoren usw. Der berührungslose Sensor unterscheidet sich von anderen bekannten, auf magnetischen Grundsätzen basierenden Bewegungs- und Geschwindigkeitssensoren darin, dass er nicht auf anderen Merkmalen als einigen magnetischen Eigenschaften an der Oberfläche eines Messgegenstands beruht, wie z. B. einem Träger oder einer Schiene. Die Detektionsrichtung der Detektionsvorrichtungen 21, 22, 31, 32, z. B. die Langsachse einer Spule, kann orthogonal zum Gegenstand 2 sein oder parallel zum Gegenstand 2 sein, wie in 7 und 8 veranschaulicht.
8 zeigt auch einen Testgegenstand 2 und eine Felderzeugungseinheit 10. Die Felderzeugungseinheit erzeugt ein Magnetfeld. Der Sensor neben der ersten Detektoreinheit 20 umfasst eine zweite Detektoreinheit 30. Beide Detektoreinheiten sind neben der Generatoreinheit 10 angeordnet. Jede der Detektoreinheiten kann zum Beispiel zwei Detektorvorrichtungen 21, 22 für die erste Detektoreinheit und 31, 32 für die zweite Detektoreinheit aufweisen, die jeweils eine Spule aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass anstatt einer Spule auch andere Detektionsvorrichtungen verwendet werden können, wie beispielsweise Hall-Sensoren usw. Daher kann ein allgemeiner Gestaltungsvorschlag bereitgestellt werden, um die Bewegung und Geschwindigkeit eines Gegenstands in die x- und y-Richtung zu messen.
9 veranschaulicht ein U-förmiges Joch, das um die Schenkel 16, 17 gewickelte Spulen als Antriebsspulen 11a und 11b aufweist. Die Sensorspulen 21, 22 sind neben den Jochschenkeln angeordnet. Die Spulen können beide neben den beiden Schenkeln des Jochs 15 angeordnet werden.
10 veranschaulicht die Wirbelströme in dem Gegenstand 2 oder der Schiene, die sich aus dem erzeugten Magnetfeld ergeben. Die Dichte des Magnetfeldes, das durch die Wirbelströme verursacht wird, ist in der Bewegungsrichtung gesehen hinter dem Sensor stärker. Die Bewegungsrichtung des Jochs ist durch den Pfeil veranschaulicht.
Wie in 10 ersichtlich, sind die Wirbelströme nicht symmetrisch in Bezug auf einen bestimmten Schenkel 16, 17 des Jochs 15. Mit anderen Worten, wenn der Sensor sich in Bezug zum Gegenstand 2 bewegt, sind die Wirbelströme auf der Schenkelseite, die der Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, stärker, wie in 10 ersichtlich. Wenn die Sensorelemente, wie Spulen oder Hall-Sensoren, neben den Schenkeln, d. h. in einer Linie mit den Schenkeln in Bezug auf die Bewegungsrichtung, wie in 9, positioniert werden, ist es möglich im Beispiel von 9 und 10 die Bewegungsrichtung auf der Grundlage der Asymmetrie der Wirbelströme zu ermitteln. So ist der Sensor richtungsempfindlich. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bewegungsrichtung auch in einer Ebene, d. h. in der x- und der y-Richtung ermittelt werden kann. Zu diesem Zweck sind mindestens drei Sensorelemente erforderlich, wobei eine Anordnung mit vier Sensoren für eine einfachere Auswertung sorgt. Eine solche Anordnung ist in 25 ersichtlich. Die vier Sensorelemente oder Magnetfeld-Detektionsvorrichtungen 21, 22, 31, 32 sind neben dem mittleren Schenkel des Jochs angeordnet. Wenn nur drei Magnetfeld-Detektionsvorrichtungen verwendet werden, können diese Vorrichtungen in gleichen Abstanden entlang des Umfangs des mittleren Schenkels, d. h. auf einer Vorrichtung alle 120°, angeordnet werden.
11 veranschaulicht die Änderung des Winkels der Feldlinien beim Bewegen des Sensors oder der Generatoreinheit 10 und des Gegenstands 2 in Bezug zueinander. Wenn eine Magnetfeld-Generatoreinheit 10 verwendet wird, die z. B. eine Spule 11 aufweist, die in axialer Richtung zum Sensorgegenstand 2 angeordnet ist, wie beispielsweise ein Träger oder eine Schiene, ändern die magnetischen Feldlinien den Ort ihres Eintritts in den Gegenstand und ihres Austritts aus dem Gegenstand gemäß der Bewegung und der Geschwindigkeit, mit der der Gegenstand 2 sich unter dem Sensor bewegt. Zum Beispiel ist eine Bewegung des Gegenstands 2 nach rechts, wie in 11 oben veranschaulicht, relativ gesehen identisch mit der Bewegung des Magnetfeldgenerators nach links, da die Form der magnetischen Feldlinie (von der Seite gesehen) in Richtung der Fahrtseite des Generators (dicke Linie) gestreckt wird. Die dünne durchgezogene Linie veranschaulicht die Feldlinien in einem bewegungslosen Zustand.
12 veranschaulicht eine Detektorgestaltung zum Ermitteln eines Feldlinienwinkels. Wie mit Bezug auf 11 beschrieben, wird die Form der magnetischen Feldlinie in Richtung der Fahrtseite des Generators (dicke Linie) gestreckt und somit ihr Winkel geändert. Diese Änderung kann unter Verwendung z. B. eines ”V”-förmigen Magnetfeldmessungs- oder Detektionsspulenfeldes zum Bestimmen der Verzerrung der magnetischen Feldlinie erkannt werden. Die Detektionseinheit 20 weist hier zwei Detektionsvorrichtungen 21, 22 auf, wobei jede der Detektionsvorrichtungen zwei orthogonal angeordnete Detektionselemente 21a, 21b und 22a, 22b, hier in der Form einer Spule, aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Sensortypen zu diesem Zweck verwendet werden können, wie zum Beispiel Hall-Sensoren. Die Sensorelemente können auch in Bezug zur erwarteten Ausrichtung der Feldlinien zwischen der Höchst- und Mindestgeschwindigkeit ausgerichtet werden, derart, dass der Winkel zwischen den beiden Sensorelementen dem Winkel zwischen den Feldlinien bei der Höchst- und Mindestgeschwindigkeit entspricht. Unter Verwendung einer ”V”-förmigen Magnetfeld-Detektionseinheit als Magnetfeldsensor, der das Magnetfeld in zwei Achsen, z. B. in den Ebenen x und y, messen kann, ermöglicht das Messen der genauen Änderung der Flusspfadrichtung, ohne die Absolutwerte der einzelnen Magnetfeld-Stärkemessungen zu berücksichtigen. Während es möglich wäre, einen Magnetfeldsensor mit lediglich einer einzigen Achse zum Messen der magnetischen Flusspfadänderungen zu verwenden, hat das Magnetfeldsensorsystem mit zwei Achsen den Vorteil, dass die ”absolute” Stärke des Magnetfeldes keine Bedeutung mehr hat. Ein Magnetfeldsensor mit zwei Achsen macht den Bewegungs- und Geschwindigkeitssensor weitgehend immun gegenüber unerwünschten Nebeneffekten, wenn der Luftspalt (Zwischenraum) zwischen der Sensoreinheit und dem Sensorgegenstand sich ändert. Ein wechselnder Luftspalt ergibt Änderungen der absoluten Amplitude des Magnetsignals. Eine solche Änderung kann durch dynamisches Anpassen der Stärke des erzeugten Magnetfeldes ausgeglichen werden.
Die in 13 gezeigte Sensorgestaltung veranschaulicht eine Generatoreinheit 10, die eine spitze Magnetfeldquelle und einen Magnetflussempfänger mit breiter Form aufweist. Die Veranschaulichung rechts in 13 ist die Seitenansicht, die untere Veranschaulichung ist die Vorderansicht und die Veranschaulichung oben links ist eine Draufsicht des Sensors oder der Felderzeugungseinheit 10. Der Sensor weist eine Generatoreinheit 10, die ein segmentförmiges Joch 15 aufweist, auf, das als Flusskonzentrator dient. Das Joch weist einen spitzen Pol 16 und einen breiten Pol 17 auf. Der breite Pol 17 umgibt den spitzen Pol 16 in der Form eines Kreissegments. Das Felderzeugungselement 11 ist in dieser Ausführungsform durch eine Spule ausgeführt, es können indes aber auch andere Erzeugungselemente, wie z. B. ein Permanentmagnet, verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Erzeugungselement auch in dem breiten Pol 17 oder dem Überbrückungsabschnitt 18 des Jochs 15 angeordnet werden kann. Die Polgestaltung der Pole 16 und 17 bildet die gewünschten Feldlinienpfade. Diese Gestaltung ist auch gut vor fremden, störenden Magnetfeldquellen geschützt.
14 veranschaulicht die Flusskonzentratorgestaltung mit der eingebauten Feldgeneratorspule 11 und mit den integrierten ”V”-förmig angeordneten Magnetfeld-Detektions- oder Messspulen 20, 30, die jeweils als Detektionseinheit dienen. Die V-förmige Gestaltung der Detektorelemente, hier in der Form von Spulen, sorgt für eine Vergleichsmessung, während der das Signal von beiden Messspulen verglichen werden kann, um die Geschwindigkeit zu bestimmen. Ferner ermöglicht die V-förmige Gestaltung das Erkennen von Bewegung in die horizontale Richtung sowie in die vertikale Richtung. Wenn der Sensor von 14 nach links oder nach rechts bewegt wird, ändern sich die Feldlinien, wie in 15 beschrieben. Wenn der Sensor von oben gesehen nach oben und unten bewegt wird, verformen sich die Feldlinien wie Bögen (nicht veranschaulicht), was auch zu einer geänderten Dichte führt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Detektorspulen mit ihrer Längsachse parallel zum Gegenstand angeordnet sein können, wie in 14 auf der linken Seite veranschaulicht. Die Spulen können indes auch mit der Längsachse orthogonal zur Oberfläche des Gegenstands angeordnet sein, was häufig parallel zum z. B. spitzen Polschenkel sein wird, wie in der Mitte von 14 veranschaulicht. Die orthogonalen Spulen gemeinsam mit dem spitzen Pol können in einem Dreieck, z. B. einem gleichschenkligen Dreieck, angeordnet sein. Jede Detektionseinheit 20, 30 kann zwei Detektionselemente 21, 22 und 31, 32 beinhalten, wie in 14 rechts veranschaulicht, derart, dass eine verbesserte Messung in beide Bewegungsrichtungen durchgeführt werden kann.
15 veranschaulicht den Betrieb eines Sensors, der eine Generatoreinheit 10 mit einem segmentartigen Joch 15 aufweist. Die Feldlinien breiten sich vom Pol 16, der einen kleinen Querschnitt aufweist, zum Pol 17 aus, der einen großen Querschnitt aufweist und wie ein Bogen gebildet ist. 15 veranschaulicht die drei Betriebsarten, Geschwindigkeit gleich Null in der Mitte und positive und negative Geschwindigkeiten links und rechts. Wie links und rechts ersichtlich, verschieben sich die Feldlinien bei der Bewegung des Sensors und des Gegenstands in Bezug zueinander. So variiert die Dichte der Feldlinien (gestrichelt) bei der Bewegung des Messgegenstands 2, wie beispielsweise ein Träger oder eine Schiene, in den angegebenen Richtungen derart, dass diese Änderung der Dichte durch Detektionsvorrichtungen gemessen werden kann, die in 15 nicht gezeigt sind.
16 veranschaulicht einen möglichen Aufbau eines Sensors mit Fernbedienung. Der Sensor weist ein U-förmiges Joch auf, d. h. ein hufeisenförmiges Joch mit den Magnetfeld-Erzeugungswicklungen 11a und 11b auf dem linken beziehungsweise rechten Schenkel. Das Joch weist ferner eine Wicklung LB zum Bestimmen der Entfernung des gesamten Hufeisens von dem Gegenstand 2 auf. Der Sensor weist ferner die Sensorspulen 21 und 22 auf. Die Sensorspulen sind neben und parallel zu den Schenkeln des Jochs angeordnet, derart, dass die Spulen orthogonal zur Fläche des Gegenstands 2 sind.
17 veranschaulicht eine mögliche Anpassung der Stärke des erzeugten Magnetfeldes. Die Wicklung LB ermöglicht das Bestimmen des Abstands zwischen dem Sensor und dem Gegenstand, derart, dass eine Verstärkungsregelung verwendet werden kann, um das Ausgangssignal für Änderungen im Abstand auszugleichen. Der Ausgang der Abstandssteuerung versorgt eine Ausgleichsschaltung. Die Ausgleichsschaltung passt das Signal von der Detektorvorrichtung 20 an, um den variierenden Abstand auszugleichen.
18 veranschaulicht eine mögliche Schaltung zur Steuerung des berührungslosen Sensors. Eine Feldgenerator-Antriebseinheit 51 steuert die Magnetfeld-Erzeugungsspulen 11a, 11b und treibt sie an. Ein Signal der Abstandsbestimmungsspule LB versorgt eine Abstandssignal-Aufbereitungseinheit 52. Dieses Ergebnis wird mit einem Treibersignal der Feldgenerator-Antriebseinheit 51 in einem Komparator 53 verglichen. Das Bewegungssignal versorgt eine Bewegungssignal-Aufbereitungseinheit 54. Das Ergebnis der Komparatoreinheit 53 wird mit dem Ausgangssignal der Messsignal-Aufbereitungseinheit 54 im Komparator 55 verglichen. Das endgültige Ausgangssignal, das für die Geschwindigkeit oder die Bewegung charakteristisch ist, ist ein Ergebnis von dem Komparator 55.
Wie in 19 ersichtlich, kann, wenn die Bewegungs- und Geschwindigkeitssensoreinheit an der Seite einer Metallscheibe angeordnet ist, die magnetische Eigenschaften aufweist, dieses Sensorsystem die Geschwindigkeit eines sich drehenden Ziels messen.
20 veranschaulicht eine weitere Anwendung des Sensors an einer Drehscheibe. Die Scheibe 2 kann sich entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn in Bezug zu dem Sensorblock drehen. Der obere Sensor veranschaulicht eine Situation ohne Bewegung, wobei die Pfeile des linken und rechten Sensors die relative Bewegung des Sensors in Bezug zu der Scheibe veranschaulichen.
21 veranschaulicht eine alternative Position des Sensors 1 zu einer Scheibe 2 oder einer Seilscheibe. In diesem Fall ist die Sensoreinheit derart angeordnet, dass sie dem Rand einer Drehscheibe zugewandt ist.
22 veranschaulicht einen Sensor 1, der einem T-Träger 2 eines Aufzugs zugewandt ist. Typischerweise weist die Schiene oder der Träger, die/der die Kabine an ihrer Position hält, eine Form wie ein ”T”-Träger auf. Die Bewegungs- und Geschwindigkeitssensoreinheit wird in der Nähe der Oberfläche der Schiene gehalten und bewegt sich dann den Träger hinauf und herab, indem der Abstand so konstant gehalten wird wie möglich. Der Sensor funktioniert, wenn er nur einer Oberflächenseite des Trägers oder der Schiene zugewandt ist. Mit anderen Worten, der Sensor muss keine Klammer bilden, die einem Träger oder einer Schiene von zwei z. B. entgegengesetzten Seiten zugewandt ist.
Wie aus 23 ersichtlich, muss der Abstand von der Oberseite der Schiene oder des Trägers und der Bewegungs- und Geschwindigkeitssensoreinheit gesehen, klein gehalten werden, um sicherzustellen, dass der Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem Sensorgegenstand, z. B. der Schiene, nicht die Grenzen des Sensorsystems überschreitet.
In 24 wird ein Ausführungsbeispiel in Bezug auf die Bewegung einer Aufzugskabine und die Übergeschwindigkeitsdetektion beschrieben. Zum Erkennen, wann eine Aufzugskabine oder ein Aufzugswagen seine angegebene maximale Bewegungsgeschwindigkeit überschreitet, werden mechanische Sensorgestaltungen auf der Grundlage einer Begrenzung der Zentrifugalkraft verwendet. Diese relativ alten Geschwindigkeitssensoren werden über dem Aufzugsschienenrahmen für gewöhnlich unmittelbar unter dem Dach eines Bürogebäudes, Hotels oder mehrstöckigen Wohnhauses untergebracht. Dieser mechanische Geschwindigkeitssensor ist durch ein Seil mit der sich bewegenden Kabine verbunden, das der Kabine zu jedem Stockwerk, zu dem sie sich bewegt, folgen muss. Das daraus resultierende Seilsystem, einschließlich des Ausgleichs der thermischen Ausdehnung, ist sehr komplex und erfordert viel Platz innerhalb des Aufzugsschachts. Der hier beschriebene Bewegungs- und Geschwindigkeitssensor kann direkt an der Kabine untergebracht werden, derart, dass kein Bedarf an einem Seil besteht, das mit einer ortsfesten Einheit unter dem Dach des Aufzugsschachts verbunden ist, derart, dass der Sensor 1 der Schiene oder dem Träger gegenübersteht, der den Aufzug im Aufzugsschacht nach oben und unten führt. Der Bewegungs- und Geschwindigkeitssensor muss derart untergebracht werden, dass nur ein relativ kleiner Luftspalt zwischen der Detektionsseite des Bewegungs- und Geschwindigkeitssensors und dem Sensorgegenstand vorhanden ist, der in diesem Fall die Schiene ist. 24 veranschaulicht das für ein Beispiel, in dem die Bewegungs- und Geschwindigkeitssensoreinheit 1 ständig auf der Kabine 100 eines Aufzugs angebracht ist. Die Sensoreinheit ist den Schienenwegen 2 zugewandt, die die Kabine im Schacht nach oben und unten führen. Die Schienenwege bilden somit den Sensorgegenstand 2.
25 veranschaulicht einen topfartigen Sensor. Der Flusskonzentrator 15 weist einen Umfangsabschnitt 17 als einen Pol und einen mittleren Abschnitt 16 als den anderen Pol auf. Die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung 11 kann eine nicht gezeigte Spule sein, die um den mittleren Abschnitt gewickelt ist. Der mittlere Abschnitt 16 und der Umfangsabschnitt 17 sind durch eine Abdeckung miteinander verbunden, wobei beide Pole das Joch oder den Flusskonzentrator bilden. Der ringförmige Spalt zwischen dem mittleren Abschnitt 16 und dem Umfangsabschnitt 17 nimmt die Messvorrichtungen 21, 22, 31, 32 auf. So sind die Messvorrichtungen durch das Joch bedeckt und das Joch oder der Flusskonzentrator dienen gleichzeitig als magnetische Abschirmung. Die in 25 veranschaulichte Ausführungsform weist vier Detektionsvorrichtungen auf aber der Sensor kann auch mit drei Detektionsvorrichtungen betrieben werden, die in gleichen Abständen über den Umfang des ringförmigen Spalts zwischen dem äußeren Abschnitt 17 und dem mittleren Abschnitt 16 verteilt sind.
Eine weitere Anwendung ist die Bestimmung eines Schlupfs. Dies kann durchgeführt werden, wenn eine Zugvorrichtung bereitgestellt wird, die ausgeführt ist, um sich entlang einer Zugschiene zu bewegen. Die Zugvorrichtung umfasst ein Rad als einen Gegenstand 2 und einen ersten Sensor 1, wie vorhergehend beschrieben. Der erste Sensor ist auf einem Gestell der Zugvorrichtung angebracht und ermittelt die Bewegung und die Geschwindigkeit des Rads in Bezug zu dem Gestell. Die Zugvorrichtung weist ferner einen zweiten Sensor wie vorhergehend beschrieben auf. Der zweite Sensor ist derart angeordnet, dass er die Bewegung des Gestells in Bezug zu der Schiene ermittelt. Die bestimmte Geschwindigkeit von jedem der beiden Sensoren kann verglichen werden, um den Schlupf zu bestimmen. Ein solches System kann zur Schlupfüberwachung einer Zugvorrichtung verwendet werden.
Das Material des Sensorgegenstands kann variieren, da der Sensor mit den meisten Metallen funktioniert, die einige magnetische Eigenschaften aufweisen. Abhängig von der Legierung, die für den Sensorgegenstand verwendet wird und davon, wie das Material behandelt wurde, einem möglicherweise angewandten Härtungsverfahren, müssen die einstellbaren Betriebsparameter des Sensors einmalig abgestimmt und kalibriert werden, um sicherzustellen, dass der angegebene Geschwindigkeitswert richtig ist.
Der berührungslose Sensor kann in den Zielanwendungen einer Aufzugskabinen-Geschwindigkeits- und Bewegungsdetektion, einer Aufzugskabinen-Übergeschwindigkeitsdetektion, einer Kranlast-Geschwindigkeits- und Bewegungsdetektion, einer Motordrehzahlmessung, einer Fahrzeugantriebswellen-Drehzahl-, einer Fahrzeug- und Zugbremsscheiben-Drehzahl-, einer Windturbinenschaufel-Drehzahl-, einer Werkzeugmaschinen- und Papierfabrikanwendung verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorhergehenden Anwendungen die Möglichkeiten weiterer Anwendungsgebiete nicht einschränken.
Die hier beschriebene Sensorlösung ist eigens für Anwendungen im Freien gedacht, die unter rauen und strengen Betriebsbedingungen funktionieren müssen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”aufweisen” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”ein” oder ”eine” nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Elemente kombiniert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche einschränkend aufzufassen sind.
Bezugszeichenliste

1: Sensor, berührungslose Sensoranordnung
2: Gegenstand, der sich in Bezug zum Sensor bewegt
3: Gegenstand, mit Bezug auf den sich der Sensor bewegt
4: Seilscheibe
9: Messfläche des Sensors
10: Magnetfeld-Erzeugungseinheit
11: Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung, Spule
11a: erste Teilmagnetfeld-Erzeugungsvorrichtung, Spule
11b: zweite Teilmagnetfeld-Erzeugungsvorrichtung, Spule
15: Joch, Flusskonzentrator
16: Jochschenkel, Pol
17: Jochschenkel, Pol
20: erste Magnetfeld-Detektionseinheit
21: erste Magnetfeld-Detektionsvorrichtung
21a: erstes Magnetfeld-Detektionselement
21b: zweites Magnetfeld-Detektionselement
22: zweite Magnetfeld-Detektionsvorrichtung
22a: erstes Magnetfeld-Detektionselement
22b: zweites Magnetfeld-Detektionselement
30: zweite Magnetfeld-Detektionseinheit
31: erste Magnetfeld-Detektionsvorrichtung
31a: erstes Magnetfeld-Detektionselement
31b: zweites Magnetfeld-Detektionselement
32: zweite Magnetfeld-Detektionsvorrichtung
32a: erstes Magnetfeld-Detektionselement
32b: zweites Magnetfeld-Detektionselement
50: Bewertungsvorrichtung/Signalaufbereitungs- und Signalverarbeitungseinheit
51: Feldgenerator-Antriebseinheit
52: Entfernungssignal-Aufbereitungseinheit
53: Komparator
54: Bewegungssignal-Aufbereitungseinheit
55: Komparator
100: Aufzugskabine
LA: Generatorspule
LA1: Teilgeneratorspule
LA2: Teilgeneratorspule
LB: Entfernungsausgleichsspule

Claims

Berührungsloser Geschwindigkeitssensor zum Messen einer relativen Geschwindigkeit eines ferromagnetischen Gegenstands (2, 3) und des berührungslosen Geschwindigkeitssensors (1), wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor folgendes aufweist: eine zugewandte Ausrichtung (9), wobei die zugewandte Ausrichtung eine Ausrichtung definiert, die in Richtung einer Oberfläche des Gegenstands gerichtet ist, eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) zum Erzeugen von Magnetfluss in dem ferromagnetischen Gegenstand, eine erste Magnetfeld-Detektoreinheit (20), die eine erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung (21), die ausgeführt ist, um ein von dem erzeugten Magnetfluss in dem ferromagnetischen Gegenstand verursachtes Magnetfeld zu erkennen und ein erstes Signal auszugeben, das für das erkannte Magnetfeld charakteristisch ist, und eine zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung (22) aufweist, die ausgeführt ist, um ein Magnetfeld zu erkennen und ein zweites Signal auszugeben, das für das erkannte Magnetfeld charakteristisch ist, und eine Auswerteeinheit (50), die ausgeführt ist, um eine Signalstärke des ersten Signals und des zweiten Signals durch Vergleichen der Signalstärke des ersten Signals und der Signalstärke des zweiten Signals auszuwerten und die Geschwindigkeit auf der Grundlage des Vergleichs des ersten Signals und des zweiten Signals zu bestimmen.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Magnetfeld-Detektorvorrichtungen (21, 22) eine Hauptdetektionsausrichtung aufweist, die parallel zur zugewandten Ausrichtung (z) des berührungslosen Geschwindigkeitssensors (1) ist.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) zum Erzeugen eines Magnetfeldes ausgeführt ist, das eine Kombination aus einem Permanentmagnetfeld und einem Magnetfeld ist, das eine Wechselfrequenz aufweist.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) ausgeführt ist, um eine Frequenz des erzeugten magnetischen Feldes anzunehmen.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner eine zweite Magnetfeld-Detektoreinheit (30) aufweist, wobei die erste Magnetfeld-Detektoreinheit (20) und die zweite Magnetfeld-Detektoreinheit unterschiedliche Hauptdetektionsausrichtungen (x, y) in Bezug auf eine Bewegung aufweisen, wobei die Hauptdetektionsausrichtungen in Bezug zueinander geneigt sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 5, wobei die erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung (20) und die zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung (30) an entgegengesetzten Seiten der Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) angeordnet sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die erste Magnetfeld-Detektorvorrichtung (20) und die zweite Magnetfeld-Detektorvorrichtung (30) an einer Seite und in einer Linie mit der Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) angeordnet sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) ein Magnetfeld-Erzeugungselement (11) und einen Flusskonzentrator (15) umfasst.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, wobei der Flusskonzentrator (15) ein Joch eines Typs mit einem ringförmigen Segment aufweist, wobei ein erster Pol (16) des Flusskonzentrators sich an der Segmentspitze befindet und ein zweiter Pol (17) des Flusskonzentrators sich entlang des Segmentbogens befindet.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 9, wobei das kreisförmige Segment ein Viertelsegment eines Kreises ist, wobei eine Linie zwischen dem ersten Pol (16) und der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtung (21) und eine Linie zwischen dem ersten Pol (16) und der zweiten Magnetfeld-Detektorvorrichtung (22) orthogonal zueinander sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, wobei der Flusskonzentrator (15) ein U-förmiges Joch ist, das um die Schenkel (16, 17) gewundene Spulen als Treiberspulen (11a, 11b) des Magnetfeld-Erzeugungselementes (11) der Magnetfeld-Erzeugungseinheit (10) aufweist, wobei Sensorspulen der ersten und zweiten Magnetfeld-Detektorvorrichtung (21, 22) neben und zwischen den beiden Schenkeln des Jochs (15) angeordnet sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, wobei der Flusskonzentrator (15) ein Joch mit einer kreisförmigen Form aufweist, wobei ein erster Pol (16) des Flusskonzentrators im Mittelpunkt des kreisförmigen Flusskonzentrators angeordnet sind und ein zweiter Pol (17) des Flusskonzentrators sich entlang des Umfangs des kreisförmigen Flusskonzentrators befindet, wobei ein erstes Magnetfeld-Detektorelement (21a) und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement (21b) der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtung (21) an gegenüberliegenden Seiten des ersten Pols angeordnet sind und ein erstes Magnetfeld-Detektorelement (22a) und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement (22b) der zweiten Magnetfeld-Detektorvorrichtung (22) an gegenüberliegenden Seiten des ersten Pols angeordnet sind und um eine Vierteldrehung über das erste Magnetfeld-Detektorelement (21a) und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement (21b) der ersten Magnetfeld-Detektorvorrichtug (21) verschoben sind.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens eine Magnetfeld-Detektorvorrichtung (21) ein erstes Magnetfeld-Detektorelement (21a) und ein zweites Magnetfeld-Detektorelement (21b) aufweist, wobei das erste Magnetfeld-Detektorelement eine Ausrichtung der magnetischen Feldlinien aufweist, die durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit in einem immer noch stehenden Zustand erzeugt wird, und das zweite Magnetfeld-Detektorelement eine Ausrichtung der magnetischen Feldlinien aufweist, die durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit in einem Bewegungszustand erzeugt wird.
Aufzug, der einen berührungslosen Geschwindigkeitssensor zum Messen einer relativen Geschwindigkeit zwischen einer Aufzugskabine (2) und einer Gebäudestruktur (3) aufweist, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor (1) ein berührungsloser Geschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ist.
Aufzug nach Anspruch 14, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor (1) an der Aufzugskabine (2) montiert ist, wobei die Messfläche (9) ausgeführt ist, um einer Oberfläche einer Schiene (3) der Gebäudestruktur zugewandt zu sein, wobei sich die Schiene in eine Bewegungsrichtung erstreckt.
Aufzug nach einem der Ansprüche 14 oder 15, der ferner eine an der Aufzugskabine angebrachte Seilscheibe (4) aufweist, wobei der berührungslose Geschwindigkeitssensor (1) an der Aufzugskabine (2) montiert ist und einer Oberfläche der an der Aufzugskabine angebrachten Seilscheibe zugewandt ist.