DE1513147A1 - Elektrischer Impulsgeber - Google Patents

Description

Anmelder; GOLAY,-BUCHEL & Gie. S.A.

Elektrischer Impulsgeber -■' ■ ··■·- . ^./·

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Impulsgeber, ./

bestehend aus einem mit fester Hochfrequenz gespeisten "Jiesonanzkreis rnit einer sättigbaren Induktivität^ welche bei Annäherung eines äusseren, relativ zu dieser Induktivität bewegten Magneten ihren Sättigungszustand und damit die an der Induktivität, abfallende ... ' Spannung ändert, wobei ein Ausgangssignal als Funktion-'dieser veränderliciien Spannung abgeleitet wird.

Bekannte Impulsgeber dieser Art werden gewöhnlich als Näher-. ungsdetektoren verwendet und sind zu diesem Zwecke derart ges taltet f, das s das Aus gangs s ig.nal, welche s al s Fvinktion der An näherung eines zu messenden ferromagnetischen Objekts^an den Detektor bzw. als Funktion des Vorbeiganges des Objektes ara Detektor erzeugt werden soll, möglichst ein wohldef inier te s · Sprtaig^lgaal. ist. Man ist daher insbesondere bei der Auslegung dieser bekannten Schaltungen bestrebt, mögliche Störaffekte,

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weiche eine wohl definierte Auslösung des Ausgangs signals allein -ils Funktion des Abstandes des zu messenden Objekts ,■ _: von dur Induktivität beeinträchtigen könnten, zu eliminieren, d.h. die Anzeigefunktion des Nähe rungs detektor s unabhängig von der Näherungsgeschwindigkeit des zu messenden Objekts zu machen. Das gilt auch für bekannte induktive Drehzahlmesser, bei denen ein die Induktivität des Detektors beeinflussender Magnet an der Welle befestigt ist, deren Drehzahl gemessen werden soll. In diesem Falle wird eine drehzahlabhängige Anzeige dadurch erreicht, dass die bei jedem Durchgang des Magneten durch den Detektorbereich ausgelösten Aus gangs impulse je Zeiteinheit in einen Strommesser summiert werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgeber der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welcher in Abhängigkeit von der Drehzahl eines mit einem Magneten versehenen mechanischen Teils Aus gangs impulse liefert, deren Impulsfolgefrequenz zwar der Anzahl der Umdrehungen dieses Teils entspricht, die jedoch darüber hinaus eine drehzahlabhätipige zeitliche Phasenverschiebung aufweisen, wobei diese Phasenverschiebung relativ zum Zeitpunkt der Durchgänge des Magneten durch eine vorgegebene Winkelstellung definiert ist. Derartige, gegenüber der mechanischen Drehbewegung eines Teils phasenverschobenu elektrische Impulse können mit Vorteil

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zur elektronischen Kommutierung elektrischer Motoren verwendet werden, indem auf diese Weise automatisch unerwünschte, drehzahlabhängige Phasenverschiebungen infolge der Selbstinduktivität der Motorwicklungen und des gesamten Steuerkreises kompensiert werden. Der Magnet ist dann beispielsweise auf der Läuferwelle des Motors angeordnet und löst beim Passieren der Induktivität Aus gangs impulse mit einer entsprechenden drehzahlabhängigen Impulsfolgefrequenz aus, wobei diese Impulse beispielsweise die den Motorstrom schaltenden Leistung str an sistor· steuert.

Eine andere interessante Anwendung des Impulsgebers nach der Erfindung besteht in der Steuerung von Zündmaschinen für Verbrennungsmotoren, bei denen bekanntlich der Rhythmus der Zündfolge als Funktion der Drehzahl geregelt werden muss, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten; die Vorverschiebung der Zeitpunkte der Zündung relativ zur Stellung des Motorkolbens als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird durch einen Impulsgeber nach der Erfindung auf rein elektrischem Wege mit Hilfe eines entsprechend mit der Motordrehzahl umlaufenden Magneten verwirklicht.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist der Impulsgeber nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet in an

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sich bei induktiven Drehzahlmessern bekannter Weise periodisch oder aperiodisch relativ zur Induktivität bewegt wird, wobei nur ein bestimmter Pol dee Magneten auf die Induktivität einwirkt, und xur Ableitung dee Auegangs signals die Ueberlagerung der von der Geschwindigkeit de« bewegten Magneten unabhängigen, nur von dessen Lage relativ zur Induktivität abhAngigen Resonanz -spannungsamplitude sowie der nur von der Geschwindigkeit des Magneten abhängigen Amplitude der beim Vorgang des Magneten an der Induktivität erzeugten Induktionsspannung verwendet wird, so dass diese resultierende Ausgangs spannung Maxima bzw. Minima aufweist, die proportional zur Geschwindigkeit des Magneten relativ cum Zeitpunkt des Vorbeiganges d«s Magneten an der Induktivität phasenverschoben sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Dauermagnet als Sektor einer rotierbaren, vollständig symmetrischen Scheibe ausgebildet ist und diese Scheibe aus einem Träger aus ferromagnetische!» Material und einem den Bereich des Magneten zu einem Kreisring ergänzenden Sektor aus einem nicht magnetisieren Material besteht. Dadurch wird erreicht, dass sich die Scheibe im vollkommenen dynamischen Gleichgewicht befindet, keine Unwucht aufweist und daher mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werd η kam,.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Auaführungsbeispiel näher erläutert» Es zeigen;

Fig, 1 : ein schematisch.es Schaltbild des Impulsgebers zusammen mit einer den Dauermagneten tragenden, rotierenden Scheibe, im Schnitt, und

Fig. 2 J eine Draufsicht auf die Scheibe in Richtung der Pfeile IX-II nach Figur 1,

Nach Figur 1 weist der Impulsgeber eine sättigbare Induktivität auf, die aus einem Ferritkern 1 und einer Spule 2 besteht, der ein Kondensator 3 parallel geschaltet ist. Eine mittlere Anzapfung der Spule 2 ist an die Basis und das eine Ende der Spule an den Emitter des Transistor· 5 angeschlossen. Das andere Spulenende ist über einen Widerstand 4 mit dezn einen Pol einer hochfrequenten Stromquelle verbunden, die den im Basis-Emitter - Kreis des Transistors 5 liegenden und aus der sättigbares Induktivität 1)2 und dem Kondensator 3 bestehenden Resonanzkreis mit einem hochfrequenten Wechselstrom speiet« Der Emitter des Transistors 5 liegt an Masse, während sein Kollektor an die Leitung 6 eines nicht näher dargestellten Ausgangskreises angeschlos sen ist und ilber den ans teilbar en Widerstand 4a eine vorgebbare Spannung erhält»

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Die Schaltung ist derart dimensioniert, dass bei einem bestimmten Sätiigungszustand der veränderbaren Induktivität 1,2 der Resonanzkreis durch den speisenden hochfrequenten 'Wechselstrom in Resonanz erregt wird, während bei anderen Werten des Sättigungszustande der Induktivität praktisch kein Stromfluss stattfindet» Wenn die Resonanz schwingung einsetzt, dann wird der Transistor 5 im Rhythmus der Resonanzfrequenz in den leitenden Zustand geschaltet, so dass ein entsprechend verstärktes Ausgangs signal auf die Leitung 6 gegeben wird.

Die Schaltung ist beispielsweise derart getroffen, dass die Reaonanxbedingung für den Resonanzkreis bei Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes erfüllt ist. Wenn dagegen der Ferritkern in den Einflussbereich eines hinreichend starken äusseren Magnetfeldes gelangt, dann wird durch den sich verändernden Sättigungsaustand der Xnduktivittt die Eigenfrequens des Resonanzkreises gegenüber der Frequenz dee speisenden Wechselstroms soweit verändert, dass die Schwingungen auf· huren, der Transistor 5 gesperrt wtrd und demzufolge das Aus gangs signal auf der Leitung 6 verschwindet.

Im betrachteten Ausführungsbeispiel wird der Impulsgeber durch einen auf einer rotierenden Scheibe 9 angeordneten Dauermag neten β gesteuert» Dieser Dauermagnet t hat die Form eines

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magnetisieren Sektors und pas eiert bei Drehung der Scheibe 9 die Anspxechsone des Impuls geber β, d,h, den Bereich vor der einen Stirnseite de· Ferritkerns 1, wobei der Magnet nur mit einem Pol auf die Induktivität einwirkt. Die Scheibe 9 weist einen au· ferromagnetisch«m Material bestehenden, topfförmigan Träger auf, ia den auf der &$x Induktivität 1,2 zugewandten Seite ein Kr ein ring eingesetzt ist, der nach Figur 2 aus einem kleinen Sektor 8 auf magnetischem Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft und einem diesen Sektor 8 *u einem Kr eis ring eigäaeeiiden grösseren Sektor 7 aus ein«*m unmagnetischem Material bestellt· Der Sektor β ist in Aehseftrichtung der Scheibe magnetisiert. Der ferromagnetische TrIger dieet gleichseitig als ein den magnetischen Fluss des Dauermagneten 8 teilweise schliessender Anker, der eine Entmagnetisierung dieses magnetisiertcQ Sektors verhindert. Die Scheibe 9 mit ihrem Kreisringtinsat* 7,1 ist voUctindig symmetrisch in besug auf ihre Drehachse auegebildet, so dass sie kein« Unwucht aufweist« Das wird EweckmAssigerweis« dadurch erreicht, dass das Kreisringmaterial aus ein und demselben magnetischen Werkstoff aus einem Teil hergestellt wird, wobei anschließend nur der Sektor magnetisiert wird. Wegen der vollständigen Auswuchtung der Scheibe 9 kann diese mit sehr grossen Drehzahlen rotiert werden. Da auBserdem der gesamte Impulsgeber nur auf der einen Seite der Scheibe 9 liegt, können der vorzugsweise eine in sich ge-

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schlossene Baueinheit bildende Impulsgeber und die Scheibe besonders einfach und zugänglich installiert werden.

Es ist auch möglich, die Scheibe 9 stationär zu installieren und dafür den Impulsgeber relativ zur Scheibe drehbar anzuordnen.

Solange sich bei Drehung der Scheibe 9 der unmagnetische Sektor 7 vor dem Ferritkern 1 befindet, findet keine Veränderung des Sättigungszustands der Induktivität 1,2 und damit der Resonanzbedingung statt und der Impulsgeber liefert ein Ausgangs signal. Wenn der Magnet 8 den Ferritkern passiert, wird wegen der dann erhöhten Sättigung der Induktivität 1,2 die Resonanbedingung gestört, so dass der Transistor 5 in den Sperrzustand schaltet und das Aus gangs signal auf der Leitung 6 verschwindet, bis wiederum der unmagnetisierte Sektor 7 die Ansprechzone erreicht.

Die Maxima (bzw. Minima) der Aus gangs signale des Impulsgebers sind zeitlich gegenüber denjenigen Zeitpunkten phasenverschoben, an denen der Magnet 8 seine von der Induktivität 1,2 entfernteste Stellung (bzw, die der Induktivität nächste Stellung gem. Figur 1) passiert, und zwar ist die Grosse dieser Phasenverschiebung der Geschwindigkeit der Scheibe 9 proportional. . Dieser Effekt, den die Erfindung ausnützt, ist leicht zu verstehen, wenn man das Ausgangssignal als Ueberlagerung

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zweier Spannungen betrachtet, nämlich der "Resonanzspannung", die nur vom Sättigungszustand der Induktivität 1,2 bestimmt wird, welche ihrerseits nur von der Lage des Magneten 8 relativ zur Induktivität und nicht von der Geschwindigkeit des Magneten abhängt, und der in der Spule 2 erzeugten Induktionsspannung, die nur von der Geschwindigkeit des Magneten und nicht von dessen Lage abhängt. Den Maxima und Minima der reinen Resonanzspannung Überlagern sich die Maxima und Minima der von Drehzahl der Scheibe 9 abhängigen Induktionsspannung , die beim Eintritt des Magneten 8 in den Bereich der Spule 2 bzw« beim Austritt des Magneten 8 aus dem Bereich der Spule 2 auftreten und die eine um so grössere Amplitude haben, je rascher sich der Magnet bewegt. Nimmt man an, dass bei der Entfernung des Magneten 8 aus dem Bereich der Spule 2 eine positive Induktionsspannung, also ein Induktionsmaximum, erzeugt wird, das sich dem beim Durchgang des Magneten durch die von der Induktivität entferntesten Lage erzeugten Maximum der Resonanzspannung überlagert, dann ist es klar, dass das Maximum der Summenspannung, also das Ausgangssignal, dem Zeitpunkt des Durchgangs des Magneten 8 durch die von der Induktivität entferntesten Lage umso mehr voreilt, je grosser die Drehzahl der Scheibe 9 ist. Eine derartige, drehzahlabhängige Phasenverschiebung von Ausgangs Signalen wird jedoch für zahlreiche Anwendungen, insbesondere zur Steuerung der Zündung von

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Verbrennungsmotoren oder zur Steuerung der elektronischen Kommutierung von Elektromotoren, gewünscht, so dass man für derartige Anwendungen die Scheibe 9 lediglich auf den Motor· wellen zu installieren braucht.

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Claims (1)

1. f IΛ Elektrisch«r Impulsgeber, bestehend aus eiaem mit iecter Hoch· irequena gespeisten Resonanskreis mit einer säitigb&raa Induktivität· welche bei Annäherung eines äusserea« relativ au dieser induktivität bewegten Magaeten ihren Sättigaagesastaad und daanit die aa der Induktivität abfallende Spannung ändert« wobei eia'A«sf aagssigasl ede runktio· dieser veränderliches fpanavMg abgeleitet wird, dadurch gekennxeichnet* dass 4»r Dauerzsitgnet (I) ia aa «Ic* bei induktiven Dr«haahlme*«*rn bekannter Weise perieeUscb oder aperiodisch relativ en» Xndwktivitit (1,2) bewegt wird, wobei «ar ein bestimmter Pal des Magneten auf die induktivität einwirkt, und «τ Ableitung des Aasgange signals die Ueberlageruag der vo· der Geschwindigkeit des bcwegiea Magnetea uaabhimgigea, aar ve« dessen Lage relativ sur Induktivität abhängigem lU*«aausf*aaaafa· amplitude sewie der nur von der Geschwindigkeit de· Magneten ab· hSagigen Amplitude der beim Vorgang des Magnete» aa der Induktivität eraeugtea Induktionsspannung verwendet wird* so dass diese resultierende Attsgangespaaaaag Maxima baw. Mialms aufweist« die propoonal aur Oeschwindlgkeit des Magneten relativ sum Zeitpunkt <S*s Yerbeiganges de* Magneten au der Induktivität phasenvcrschebea siad.

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   Z, Impulsgeber nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, das· der au* parallel geschalteter Induktiv*«* (1, 2) «ad Kanaxit&t (3) bestehende Roson&nslureJ· des Steuer kreie «in« β Traaeietor· (5) bildet, de ««en di« erwähnte Spannung »überlagerung bildend« Au»gamg«snam>ung einen Sigaalkrei· (4) *p«iat.

   3. Ixnpulegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« da·· die Ratoaanabedinguag für den Resonaoakrei· bei Abwesenheit dee bewegten Magneten van der Induktivität eriOUt let.

   4. Impulsgeber nach einem 4er vorangehenden Ansprüche, dadnrch gekeoaseichnet« da·· der Dauermagnet (ft) der Sektor einer rotier« baren und vollständig symmetrisch In Besug auf Ure Drehach·· aas gebildeten Scheibe (9) ist und diese Scheibe ■>«· einem Trtger aus ferromagnetische!» Material «ad einem de» Bereich de· Magneten (8) a« siaem Kreis ring ergtnsenden Sektor ·>«· «iaesa nicht magmetisierten Kiaterial besteht*

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