DE1513147B2 - Elektrischer drehzahlimpulsgeber - Google Patents

Description

45 Näherungsdetektoren die Anzeigefunktion, unabhängig von der Näherungsgeschwindigkeit des ferromagnetischen Objekts.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe

Drehzahl-Impulsgeber, bestehend aus einem mit zugrunde, einen Impulsgeber der eingangs beschrie-

einer festen Hochfrequenz schwingenden Resonanz- 50 benen Art zu schaffen, der in Abhängigkeit von der

kreis mit einer Induktionsspule sowie einem peri- Drehzahl des bewegten ferromagnetischen Körpers

odisch relativ zu dieser Induktionsspule bewegten Ausgangsimpulse liefert, deren Impulsfolgefrequenz

ferromagnetischen Körper, welcher in der Induk- zwar der Drehzahl dieses Körpers entspricht, die

tionsspule sowohl seiner Geschwindigkeit proportio- jedoch darüber hinaus eine drehzahlabhängige zeit-

nale Induktionsspannungen erzeugt, als auch die 55 liehe Phasenverschiebung aufweisen, welche relativ

Amplitude der Resonanzspannung als Funktion seiner zum Zeitpunkt der Durchgänge des bewegten Kör-

Lage relativ zur Induktionsspule verändert. pers durch den Wirkungsbereich der Induktionsspule

In einer älteren Anmeldung (deutsche Auslege- definiert ist.

schrift 1221470) wird ein rotierender Impulsgeber Zur Lösung dieser Aufgabe ist der elektrische dieser Art beschrieben, welcher zur Erzeugung einer 60 Drehzahl-Impulsgeber nach der Erfindung dadurch seiner Drehzahl frequenzproportionalen Impulsfolge gekennzeichnet, daß in an sich bei Näherungsdetekdient und bei welchem die Eisenzähne eines Rotors toren bekannter Weise der Resonanzkreis von einer an der Induktionsspule vorbeilaufen, welche gleich- unabhängigen Hochfrequenz-Spannungsquelle gezeitig die Schwingkreisspule eines Hochfrequenz- speist wird, die Induktionsspule eine sättigbare Oszillators ist. Diese Spule ist so bemessen und 65 Induktivität und der ferromagnetische Körper durch angeordnet, daß die Schwingung aussetzt, wenn ein einen, den Sättigungszustand dieser Induktivität ver-Zahn an der Spule vorbeiläuft. Die dabei in der ändernden Dauermagneten gebildet wird, der in Spule induzierten Spannungsstöße werden gleich- ebenfalls an sich bekannter Weise nur mit einem

ι α ι ,j» ι *± /

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Pol auf die Induktivität einwirkt, und daß zwei erreicht, daß sich die Scheibe im vollkommenen

Anzapfungen der Induktionsspule an den Steuerkreis dynamischen Gleichgewicht befindet, keine Unwucht

eines Transistors angeschlossen sind, dessen Aus- aufweist und daher mit sehr hohen Drehzahlen

gangskreis einen Signalkreis speist. betrieben werden kann.

Auf diese Weise wird erreicht, daß in der Induk- 5 Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an tionsspule die nur von der momentanen Lage des einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Magneten relativ zur Spule abhängige Amplitude F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Impulsder Resonanzspannung, d. h. der hochfrequenten gebers zusammen mit einer den Dauermagneten Spannung, und die nur von der Geschwindigkeit des tragenden, rotierenden Scheibe, im Schnitt,
Magneten relativ zur Spule abhängige Amplitude der io F i g. 2 eine Draufsicht auf die Scheibe in Richtung Induktionsspannung überlagert werden und diese der Pfeile II-II nach F i g. 1 und
Summenspannung im Transistor gleichgerichtet wird, F i g. 3 bis 6 die elektrische Funktion des Impulsweicher wegen des stets vorhandenen inneren Span- gebers nach der Erfindung veranschaulichende Kurnungsabfalls als Schwellwertstufe dient. Im Unter- ven, welche den Verlauf der auftretenden Spannunschied zu dem eingangs erwähnten, älteren Impuls- 15 gen als Funktion des Drehwinkels ω t des Magneten geber trägt also zu dieser Summenspannung stets darstellen.

die gesamte, sich stetig und periodisch als Funktion Nach Fig. 1 weist der Impulsgeber eine sättigbare des Sättigungszustandes der Induktivität ändernde Induktivität auf, die aus einem Ferritkern 1 und einer Resonanzspannung bei, und es werden die Maxima Spule 2 besteht, der ein Kondensator 3 parallel geder aus der Hüllkurve dieser Resonanzspannung und 20 schaltet ist. Eine mittlere Anzapfung der Spule 2 aus der Induktionsspannung zusammengesetzten ist an die Basis und das eine Ende der Spule an Summenspannung zeitlich relativ zu den Zeitpunkten den Emitter des Transistors 5 angeschlossen. Das des Vorbeigangs des Magneten an der Spule in andere Spulenende ist über einen Widerstand 4 mit Abhängigkeit von der Drehzahl des Magneten ver- dem einen Pol einer hochfrequenten Spannungsquelle schoben, da die in bezug auf die Extremwerte der 25 verbunden, die den im Basis-Emitterkreis des Tran-Resonanzspannung stets vor- und nacheilenden sistors 5 liegenden und aus der sättigbaren Induk-Induktionsspannungsimpulse je nach ihrer Größe die tivität 1, 2 und dem Kondensator 3 bestehenden Lage des resultierenden Maximums der Summen- Resonanzkreis mit einem hochfrequenten Wechselspannung bestimmen. strom speist. Der Emitter des Transistors 5 liegt an

Eine derartige, mit dem Impulsgeber nach der 30 Masse, während sein Kollektor an die Leitung 6

Erfindung erzeugte Impulsfolge kann mit Vorteil eines nicht näher dargestellten Ausgangskreises ange-

zur elektronischen Kommutierung elektrischer Mo- schlossen ist und über den einstellbaren Wider-

toren verwendet werden, indem auf diese Weise stand 4 α eine vorgebbare Spannung erhält,

automatisch unerwünschte, drehzahlabhängige Pha- Die Schaltung ist derart dimensioniert, daß bei

senverschiebungen infolge der Selbstinduktivität der 35 einem bestimmten Sättigungszustand der veränder-

Motorwicklungen und des gesamten Steuerkreises baren Induktivität 1, 2 der Resonanzkreis durch den

kompensiert werden. Der Magnet ist dann beispiels- speisenden hochfrequenten Wechselstrom in Reso-

weise auf der Läuferwelle des Motors angeordnet nanz erregt wird, während bei anderen Werten des

und löst beim Passieren der Induktivität Ausgangs- Sättigungszustands der Induktivität praktisch kein

impulse mit einer entsprechenden drehzahlabhän- 40 Stromfluß stattfindet. Wenn die Resonanzschwingung

gigen Impulsfolgefrequenz aus, wobei diese Impulse einsetzt, dann wird der Transistor 5 im Rhythmus

beispielsweise die den Motorstrom schaltenden der Resonanzfrequenz in den leitenden Zustand

Leistungstransistors steuern. geschaltet, so daß ein entsprechend verstärktes Aus-

Eine andere interessante Anwendung des Impuls- gangssignal auf die Leitung 6 gegeben wird,
gebers nach der Erfindung besteht in der Steuerung 45 Die Schaltung ist beispielsweise derart getroffen, von Zündmaschinen für Verbrennungsmotoren, bei daß die Resonanzbedingung für den Resonanzkreis denen bekanntlich der Rhythmus der Zündfolge als bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes erfüllt Funktion der Drehzahl geregelt werden muß, um ist. Wenn dagegen der Ferritkern in den Einflußeinen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten; die Vor- bereich eines hinreichend starken äußeren Magnetverschiebung der Zeitpunkte der Zündung relativ 50 feldes gelangt, dann wird durch den sich verändernzur Stellung des Motorkolbens als Funktion der den Sättigungszustand der Induktivität die Eigen-Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird durch einen frequenz des Resonanzkreises gegenüber der Fre-Impulsgeber nach der Erfindung auf rein elektri- quenz des speisenden Wechselstroms so weit verschem Wege mit Hilfe eines entsprechend mit der ändert, daß die Schwingungen aufhören, der Tran-Motordrehzahl umlaufenden Magneten verwirklicht. 55 sistor 5 gesperrt wird und demzufolge das Ausgangs-

Zweckmäßigerweise weist der Resonanzkreis einen signal auf der Leitung 6 verschwindet,

der Induktionsspule parallelgeschalteten Konden- Im betrachteten Ausführungsbeispiel wird der

sator auf. Außerdem ist es vorteilhaft, die Schaltungs- Impulsgeber durch einen auf einer rotierenden

anordnung so zu wählen, daß die Resonanzbedin- Scheibe 9 angeordneten Dauermagneten 8 gesteuert,

gung für den Resonanzkreis bei Abwesenheit des 60 Dieser Dauermagnet 8 hat die Form eines magneti-

bewegten Magneten von der Induktivität erfüllt ist. sierten Sektors und passiert bei Drehung der Scheibe 9

Ferner ist der Dauermagnet vorteilhafterweise der die Ansprechzone des Impulsgebers, d. h. den BeSektor einer rotierbaren und vollständig symmetrisch reich vor der einen Stirnseite des Ferritkerns 1, in bezug auf ihre Drehachse ausgebildeten Scheibe, wobei der Magnet nur mit einem Pol auf die Indukwelche aus einem Träger aus ferromagnetischem 65 tivität einwirkt. Die Scheibe 9 weist einen aus ferro-Material und einem den Bereich des Magneten zu magnetischem Material bestehenden, topfförmigen einem Kreisring ergänzenden Sektor aus einem nicht Träger auf, in den auf der der Induktivität 1, 2 zumagnetisierten Material besteht. Dadurch wird gewandten Seite ein Kreisring eingesetzt ist, der nach

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F i g. 2 aus einem kleinen Sektor 8 aus magnetischem In F i g. 4 ist, unter Fortlassung der erwähnten Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft und einem diesen Resonanzspannung, die in der Spule 2 beim Vorbei-Sektor 8 zu einem Kreisring ergänzenden größeren gang des Magneten 8 induzierte Spannung angegeben, Sektor 7 aus einem unmagnetischen Material besteht. und zwar gilt die Kurve A für eine kleine und die Der Sektor 8 ist in Achsenrichtung der Scheibe 5 Kurve B für eine große Drehzahl. Ausgehend von magnetisiert. Der ferromagnetische Träger dient der oben definierten Winkelstellung »Null« wird gleichzeitig als ein den magnetischen Fluß des Dauer- während der Entfernung des Magneten 8 von der magneten 8 teilweise schließender Anker, der eine Spule 2 in dieser ein Induktionsspannungsstoß Entmagnetisierung dieses magnetisierten Sektors erzeugt, der natürlich um so größer ist, je rascher verhindert. Die Scheibe 9 mit ihrem Kreisringeinsatz io die Bewegung des Magneten ist. Während der folgen-7, 8 ist vollständig symmetrisch in bezug auf ihre den Halbdrehung des Magneten, bei welcher sich Drehachse ausgebildet, so daß sie keine Unwucht der Magnet nunmehr der Spule 2 nähert, wird entaufweist. Das wird zweckmäßigerweise, dadurch sprechend ein induktiver Spannungsstoß entgegenerreicht, daß das Kreisringmaterial aus ein und dem- gesetzter Polarität erzeugt, der auf Null abgeklungen selben magnetischen Werkstoff aus einem Teil her- 15 ist, wenn der Magnet die größte Nähe zur Spule gestellt wird, wobei anschließend nur der Sektor 8 erreicht hat. Dann wiederholt sich das Spiel. Die magnetisiert wird. Wegen der vollständigen Aus- Maxima und Minima der reinen Induktionsspannung wuchtung der Scheibe 9 kann diese mit sehr großen fallen natürlich nicht mit den Maxima und Minima Drehzahlen rotiert werden. Da außerdem der ge- der reinen Resonanzspannung nach F i g. 3 zusamsamte Impulsgeber nur auf der einen Seite der 20 men, sondern sind gegenüber den Extremwerten Scheibe 9 liegt, können der vorzugsweise eine in sich dieser Resonanzspannung um eine definierte Zeitgeschlossene Baueinheiten bildende Impulsgeber und spanne verschoben, da die Extrema der Induktions-'-die Scheibe besonders einfach und zugänglich instal- spannung während der Annäherung und während liert werden. der Entfernung des Magneten von der Spule auf-

Es ist auch möglich, die Scheibe 9 stationär zu 25 treten.

installieren und dafür den Impulsgeber relativ zur Beide in den F i g. 3 und 4 dargestellten Span-Scheibe drehbar anzuordnen. nungskomponenten werden nun in der Schaltung

Die Funktion des beschriebenen Impulsgebers soll nach der Erfindung überlagert, und die in F i g. 5

an Hand der Fig. 3 bis 6 näher erläutert werden. dargestellte resultierende Spannung mißt man bei-

Die Fig. 3 zeigt denjenigen Spannungsverlauf, 30 spielsweise am Ausgang des Transistors 5. Man den man beispielsweise an der Spule 2 mißt, wenn erkennt, daß die gewünschte Phasenverschiebung der man die Scheibe mit dem Magneten 8 sehr langsam Maxima der resultierenden Ausgangsspannung aus zweimal dreht, derart, daß praktisch die vom beweg- der Addition der nur lageabhängigen Resonanzten Magneten in der Spule induzierte Spannung spannung nach F i g. 3 und der drehzahlabhängigen Null ist. Die dargestellte Resonanzspannungskurve 35 Induktionsspannung nach F i g. 4 folgt. Eine Indukist die Einhüllende der mit HF bezeichneten Hoch- tionsspannung mit größerer Amplitude gemäß der frequenzspannung, mit welcher der Resonanzkreis Kurve B hat bei der Überlagerung mit der Kurve gespeist wird. Es ist angenommen, daß der Dreh- nach F i g. 3 eine entsprechend größere Verschiebung winkel »Null«, bei welchem ein Minimum der Reso- des Maximums der Summenkurve nach Fig. 5 nach nanzspannung auftritt, dem Vorbeigang des Magne- 40 links zur Folge als eine Induktionsspannung mit ten 8 an der Spule 2, also dem Zustand maximaler geringerer Amplitude gemäß der Kurvet. Es findet Sättigung des Kerns 1 durch den Magneten 8, ent- also eine Verschiebung der Maxima der Summenspricht. Die Resonanzbedingung für den Resonanz- kurve nach Fig. 5 relativ zu den Maxima der kreis ist also derart gewählt, daß bei maximaler Resonanzspannungskurve nach Fig. 3 statt,, d.h. Sättigung des Kerns 1 die Spannung ein Minimum 45 also, relativ zu den Zeitpunkten der Vorbeigänge hat, während bei der größten Entfernung des Magne- des Magneten an der Spule. In F i g. 5 ist auch noch ten 8 von der Spule 2, also bei minimaler Sättigung der Fall einer besonders kleinen Induktionsspannung des Kerns 1, die Resonanzbedingung praktisch erfüllt durch die Kurve C dargestellt,
ist und daher die Resonanzspannung ein Maximum Fig. 6 zeigt diejenigen resultierenden Rechteckaufweist, so impulse, welche man aus den Kurven A, B bzw. C

Wenn man also die von der Drehzahl des Magne- nach F i g. 5 erhält, wenn man diese Kurven nach

ten 8 abhängige reine Induktionsspannung außer F i g. 5 auf eine geeignete Schwellwertstufe gibt, wie

Betracht läßt, dann gilt die in F i g. 3 dargestellte sie im Prinzip bereits der Transistor 5 nach F i g. 1

Resonanzspannungskurve unabhängig für alle mög- infolge des stets vorhandenen inneren Spannungs-

lichen Geschwindigkeiten des Magneten 8, denn sie 55 abfalls darstellt. Die Folge von so gewonnenen

hat immer beim Vorbeigang des Magneten an der Rechteckimpulsen weist die gewünschte, vorstehend

Spule 2 ein Minimum und in der um dazu 180° erläuterte, drehzahlproportionale Phasenverschiebung

versetzten Winkelstellung ein Maximum. auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche· gerichtet und beaufschlagen den Hochfrequenz- ' oszillator durch eine Arbeitspunktverlagerung derart,

1. Elektrischer Drehzahl-Impulsgeber, be- daß mit zunehmender Größe der induzierten Spanstehend aus einem mit einer festen Hochfrequenz nungsstöße, also mit zunehmender Drehzahl, die schwingenden Resonanzkreis mit einer Induk- 5 relativen Zeitabschnitte der Vorbeigänge eines Zahns, tionsspule sowie einem periodisch relativ zu in denen die hochfrequente Schwingung wieder eindieser Induktionsspule bewegten ferromagne- setzt, immer kleiner und schließlich zu Null werden, tischen Körper, welcher in der Induktionsspule Im Grenzfall sehr hoher Drehzahlen wird also die sowohl seiner Geschwindigkeit proportionale Resonanzspannung, d. h. die hochfrequente Schwin-Induktionsspannungen erzeugt als auch die 10 gung, vollständig zugunsten der dann starken Induk-Amplitude der Resonanzspannung als Funktion tionsspannungen unterdrückt, während bei kleinen seiner Lage relativ zur Induktionsspule verändert, Drehzahlen die Ausgangsimpulse praktisch nur durch dadurch gekennzeichnet, daß in an die hochfrequente Schwingung gebildet werden. Auf sich bei Näherungsdetektoren bekannter Weise diese Weise lassen sich auch bei sehr kleinen Drehder Resonanzkreis von einer unabhängigen 15 zahlen hinreichend starke, zur Auswertung geeignete Hochfrequenz-Spannungsquelle gespeist wird, die drehzahlproportionale Ausgangsimpulse erhalten. Induktionsspule eine sättigbare Induktivität (1, 2) Eine drehzahlabhängige Phasenverschiebung der und der magnetische Körper durch einen den. Ausgangsimpulse relativ zum Zeitpunkt des Vorbei-Sättigungszustand dieser Induktivität verändern- gangs eines Zahns an der Spule tritt nicht auf, den Dauermagneten (8) gebildet wird, der in 20 sondern lediglich eine Verbreiterung der Induktionsebenfalls an sich bekannter Weise nur mit einem Spannungsimpulse bei steigender Induktionsspannung. Pol auf die Induktivität einwirkt, und daß zwei Es ist ferner ein induktiver Drehzahlmesser be-.. Anzapfungen der Induktionsspule (2) an den kannt (USA.-Patentschrift 2 559 849), bei welchem Steuerkreis eines Transistors (5) angeschlossen der eine Induktivität beeinflussende Magnet mit sind, dessen Ausgangskreis einen Signalkreis (6) 25 seinem einen Pol auf diese Induktivität einwirkt und speist. an der Welle befestigt ist, deren Drehzahl gemessen

2. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge- werden soll. Die bei Vorbeigang des Magneten an kennzeichnet, daß der Resonanzkreis einen der der Induktivität erzeugten Induktionsimpulse steuern Induktionsspule (2) parallelgeschalteten Konden- ein Thyratron, und die von diesem ausgelösten sator (3) aufweist. 30 Stromimpulse werden je Zeiteinheit in einem Strom-

3. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge- messer summiert.

kennzeichnet, daß die Resonanzbedingung für ' Außerdem sind induktive Näherungsdetektoren

den Resonanzkreis bei Abwesenheit des beweg- bekannt (britische Patentschrift 907 189), welche mit

ten Magneten von der Induktivität erfüllt ist. einem aus einem Widerstand, einer sättigbaren

4. Impulsgeber nach einem der vorangehenden 35 Induktivität und einer Kapazität bestehenden, mit Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einer festen Wechselspannung gespeisten Kreis arbei-Dauermagnet (8) der Sektor einer rotierbaren ten, wobei die Induktivität durch einen äußeren und vollständig symmetrisch in bezug auf ihre Dauermagneten bei dessen Annäherung beeinflußt Drehachse ausgebildeten Scheibe (9) ist und diese wird. Hierbei sowie bei anderen bekannten Nähe-Scheibe aus einem Träger aus ferromagnetischem 40 rungsdetektoren ist die Schaltungsanordnung derart Material und einem den Bereich des Magneten (8) getroffen, daß ein möglichst wohl definiertes Sprungzu einem Kreisring ergänzenden Sektor aus einem signal erzeugt wird, wenn der Abstand eines ferronicht magnetisierten Material besteht. magnetischen Objekts vom Detektor einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Insbesondere ist bei diesen