DE1913468A1 - Drehzahl-Messwertgeber - Google Patents

Description

Patentanwälte

DipUng. iU-lauck

Dipl. Phys. V/. Schmitz

8 München i£, Mozaristr.23

Tel. 5380586

Kelaey-Hayes Company

38481 Huron River Drive

Romulus, Michigan/USA 17. März 1969 Anwaltsakte M-652 Drehzahl-Meßwertgeber

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drehzahl-Meßwertgeber Zum Messen der Winkelgeschwindigkeit zweier gegeneinander drehbarer Bauteile, mit einem Rotor, einem Stator, einer Meßspule und einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes

Beim Messen der Winkelgeschwindigkeit ist es Insbesondere in Verbindung mit einem Blockierregler eines Fahrzeuges erwünscht, daß der Meßwertgeber ein Ausgangssignal hoher Amplitude liefert. Je größer die Magnetflußänderungen Ib Magnetkreis der Meßspule sind, desto größer ist im allgemeinen auch die Amplitude des von der Meßspule erzeugten Ausgangssignals.

Erfindungsgemäß soll ein Meßwertgeber zur Erzeugung eines derartigen Ausgangssignals geschaffen werden, bei dem der durch den Magnetkreis der Meispule führende Magnetfluß zwischen einem sehr großen und einem sehr kleinen Wert schwankt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Drehzahl-Meßwertgeber der eingangs angegebenen Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen der Magnetanordnung zugeordneten Magnetkreis,

si- --■■■·■ ■'----- --

der in Abhängigkeit von der Relativdrehung des Rotors und des Stators betätigbar ist und das Magnetfeld abwechselnd auf die Meßspule hin lenkt und von ihr ablenkt.

Weitere vorteilhafte Merkmale 3ind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßwertgeber wird der Magnetfluß abwechselnd zwischen einem Pfad, der im Magnetkreis der Meßspule liegt, und einem die Meßspule umgehenden Pfad umgeschaltet, so daß die Magnetflußänderung im Magnetkreis der Meßspule auf einen Höchstwert gebracht und somit ein Ausgangssignal mit einer großen Amplitude erhalten wird. Der Rotor und der Stator sind mit sich zugekehrten Zahnabschnitten versehen, derart, daß die im Magnetkreis der Meßspule gelegenen Magnetpfade wechselweise eine niedrige und eine hohe Reluktanz aufweisen. Um jedoch <äes Magnetfluß im Magnetkreis der Meßspule während des Zustanöss iiöfter Reluktanz möglichst gering zu halten, ist zusätzlich ein zweiter Magnetpfad vorgesehen, der die Meßspule umgeht. Zu der Zeit, zu der der Magnetkreis der Spule über eine große Reluktanz verfügt, liegt somit im Umgehungskreis ein Magnetpfad geringerer Reluktanz, so daß der auf die Meßspule einwirkende Magnetfluß auf einem Minimalwert ist, und zu der Zeit, zu der der Magnetkreis άντ Meßspule über eine niedrige Reluktanz verfügt _B hat der ümgehungskreia aine hohe Reluktanz, so daß der auf die MeSspule

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einwirkende Magnetfluß auf einem Maximalwert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Meßwertgeber ist also der zwischen den beiden Schaltzuständen erzielte Unterschied des auf die Meßspule einwirkenden Magnetflusses äußerst groß, so daß ein Ausgangssignal mit einer großen Amplitude erzeugt wird. Vorzugsweise wird ein Permanentmagnet verwendet, und infolge des oben beschriebenen Uraschaltens zwischen den Magnetkreisen erscheint der Magnetkreis des Magneten als Magnetkreis mit im wesentlichen konstanter Reluktanz. Als Folge davon wird angenommen, daß der Magnet über ein wirksameres Betriebsverhalten verfügt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise gebrochenen Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meßwertgebers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fign. 4 und 5 der Fig. 3 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele des in Fig. 1 gezeigten Meßwertgebers

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig. 6.

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Gemäß den Pign. 1 bis 3 1st der Meßwertgeber Io in Verbindung mit einem feststehenden Bauteil 12 und einem drehfähigen Bauteil 14 gezeigt und enthält eine Statoranordnung 2o mit einem ringförmig verlaufenden Stator 22 von U-förmlgem Querschnitt, in dem eine ringförmig verlaufende Meßspule 24 angeordnet ist, die eine von einem Plastik-Spulenkörper 28 getragene Wicklung 26 aufweist. Ein ringförmig verlaufender Dauermagnet 33 ist neben dem Innen, gelegenen Umgehungsschenkel 32 des Ststors 22 angeordnet. Der Stator 22 hat einen zweiten, außen gelegenen Schenkel 34. Neben dem Magneten 3o liegt ein im wesentlichen scheibenförmiges Rückführglied 36. Ein ringförmiges Gehäuse 37 aus nicht-magnetischem Material hält die Statoranordnung 2o einschließlich des Stators 22, die Meßspule 24, den Magneten 3o und das Rückführglied 36 zusammen und ist an dem feststehenden Bauteil 12 angebracht.

Die radial inneren Enden der Schenkel 32 und 34 sind mit einer Vielzähl von in Umfangsrichtung verteilten, axial verlaufenden Zähnen 38 bzw. 4o versehen. Das radial innere Ende 42 des Rückführgliedes 36 1st im wesentlichen glattflächig ausgebildet.

Ein Rotor 44 ist im wesentlichen koaxial zur Statoranordnung 2o und drehfest auf dem drehbaren Bauteil 14 angeordnet; der Rotor 44 ist ringförmig ausgebildet und mit einer Vielzahl von in ümfangsrichtung verteilten, axial verlaufenden Zähnen 46 versehen, deren axiale Erstreckung ausreichend groß ist, daß sie den Zähnen 38 und 4o der Schenkel 32 bzw. 34 zugekehrt sind. Der Rotor 44 ist weiterhin mit einem Ib wesentlichen glattflächigen Abschnitt 48 versehen, der zu der glatten Fläche 42 des Rückführgliedes 36

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axial ausgerichtet und dieser in Radialrichtung zugekehrt ist. Die Zähne 46 sind zur Axialrichtung schräg angestellt (siehe Fig. 3), während die Zähne 38 und 4o in Axialrichtung verlaufen. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 den Zähnen 4o unmittelbar zugekehrt sind, sind die Zähne 38 den Zwischenräumen zwischen den Zähnen 46 zugekehrt, und umgekehrt. Der der Wicklung 26 zugeordnet Magnetkreis des Magneten 3o verläuft über den die Schenkel 32 und 34 verbindenden Steg 47 des Stators 22, den äußeren Schenkel 34, den Spalt 5o zwischen den Zähnen 4o des Schenkels 34 und den Zähnen 46 des Rotors 44, den Rotor 44 und den Spalt 52 zwischen dem Rotor 44 und dem Rückführglied 36. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 mit den Zähnen 4o fluchten, enthält der die Wicklung 26 beeinflussende Magnetkreis des Magneten 3o einen Magnetpfad niedriger Reluktanz (der Luftspalt 5o ist klein), und wenn die Zähne 4o und 46 nicht miteinander fluchten (und der Luftspalt 5o groß ist), wird für den auf die Wicklung 26 einwirkenden Magnetkreis ein Magnetpfad hoher Reluktanz geschaffen. Um im Schaltzustand hoher Reluktanz den Magnetischen Fluß durch den Magnetkreis der Wicklung 26 weiter zu verringern, ist ein Uragehungskreis vorgesehen. Der magnetische Umgehungskreis des Magneten 3o führt über den Umgehungsschenkel 32 des Stators 22, den Luftspalt 54 zwischen den Zähnen 38 des Schenkels 32 und den Zähnen 46 des Rotors 44, den Rotor 44 und den Luftspalt 52 zwischen dem Rotor 44 und dem Rückführglied 36. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 mit den Zähnen 38 fluchten, verfügt der Umgehungskreis über eine niedrige Reluktanz (der Luftspalt $ ist schmal), und wenn die Zähne 46 außer Flucht mit den Zähnen 38 sind, hat der Umgehungskreis eine hohe Reluktanz (der Luftspalt 54 ist groß). Wie erwähnt« sind

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die Zähne 46 schräg angestellt, und zwar derart, daß der Umgehungskreis im Zustand hoher Reluktanz ist, wenn der Magnetkreis für die Wicklung im Zustand niedriger Reluktanz ist, und umgekehrt. Als Folge davon verringert der Umgehungspfad, der im Zustand hoher Reluktanz des Magnetkreises für die Wicklung 26 eine niedrige Reluktanz aufweist, den die Wicklung 26 beeinflussenden Magnetfluß . foetrltcfatlielii und bringt ihn auf einen sehr kleinen Wert; im Zustand niedriger Reluktanz des Magnetkreises der Wicklung 26 ist Jedoch der Umgehungskreis im Zustand hoher Reluktanz und beeinflußt den auf die Wicklung einwirkenden Magnetfluß nur geringfügig. Die beträchtlichen Änderungen des auf die Wicklung 26 einwirkenden Magnetflusses (vom Zustand niedriger Reluktanz smss Zastaad hoher Reluktanz des Magnetkreises der Wicklung) führen dazu, daß die Wicklung 26 ein Ausgangssignal hoher Ampllfcasils erzeugt. Oleichzeitig ersehein der Gesamtmagnetkreis des Magnet®!* 3© als Magnetkreis von Im wesentlichen konstanter Stärke, was, wie angenommen tfird, für die Verbesserung der Wirksamkeit des Magneten 3o verantwortlich ist.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Statorkonstruktion; bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Flg. 4 8lud die dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 3 entsprechenden Bauteile mit dem gleichen Besugszeichen, jedoch mit des Zusatz "a" versehen. Anstelle der schräg angestellten Zähne 46 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Flg. H Zahnpaare 46a und 46a⁹ vorgesehen, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, um die umschaltung zwischen dem Magnetkreis für die Wicklung und dem Umgehungs-

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Magnetkreis zu bewirken.

Fig* 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem entsprechende Bauteile das gleiche Bezugszeichen, jedoch den Zusatz ^Mb" haben. Die Zähne 46b sind hier in Axialrichtung gradlinig ausgebildet und die Zähne Mob und 38b in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, um die Umschaltung zu bewerkstelligen.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Fig. gezeigt, in der die dem Ausführungsbeispiel gealäß den Fign. 1 bis 3 entsprechenden Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem zusätzlichen Buchstaben "c" versehen sind. Die Statoranordnung 2oc enthält einen ringförmig verlaufenden Stator 22c von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt; der Stator 22c hat einen radial äußeren Schenkel 3¹Ic und einen radial inneren Umgehungsschenkel 32c. Die Schenkel 32c und 3¹Ie tragen an ihren axial inneren Enden in Umfangsrichtung verteilte, in Radialrichtung verlaufende Zähne 38c bzw. ¹IoC. Eine Meßspule 2¹Jc verläuft ringförmig, ist in dem Stator 22c gehaltert und enthält eine ringförmig verlaufende Wicklung 26c, die in einem U-förmigen Plastik-Wickelträger 28c gehaltert ist. Ein kreisförmig verlaufender Ringmagnet 3oc ist neben dem Umgehungsschenkel 32c angeordnet und von der in der Zeichnung dargestellten Polarität. An der radial äußeren Seite des Magneten 3oc ist ein kreisförmiger Rückführring 36c angeordnet. Die Statoranordnung 2oc ist in einem nicht-magnetischen Gehäuse 37c abgestützt, das seinerseits an einem feststehenden Bauteil 12c befestigt ist. Ein Rotor 44c in Form einer ebenen Scheibe ist drehfest auf einem drehbaren Bauteil

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I4c gehaltert und an seinem radial äußeren Ende mit einer Vielzahl von In Umfangsrichtung verteilten, radial verlaufenden Zähnen 46c, die den Zähnen ¹IOc des Schenkels 34c des Stators 22c zugekehrt sind, sowie an seinem radial inneren Ende mit einer zweiten Reihe von in Umfangsrichtung verteilten, radial verlaufenden Zähnen 46C¹ versehen, die den Zähnen 38c des UmgehungsschenkeIs 32c zugekehrt sind. Die Zähne 4oc und 38c sind in Radial- und Umfangsrichtung fluchtend angeordnet, während die Zähne 46c und 46c¹ in Radial- und Umfangsrichtung außer Flucht sind. Ahnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Pign. 1 bis 3 liegt der Luftspalt 5oc zwischen den Zähnen 4oc und 46c in dem Magnetkreis für die Wicklung 26c, während der Luftspalt 54c zwischen den Zähnen 38c und 46c¹ in dem Umgehungs-Magnetkreis liegt. Der Luftspalt 48c zwischen dem Rückführring 36c und dem Rotor 44c liegt im Rückstrom pfad beider Magnetkreise. Wenn daher die Zähne 4oc und 46c miteinander fluchten, sind die Zähne 38c und 46c¹ außer Flucht, wodurch der Magnetkreis für die Wicklung 26c über eine niedrige Reluktanz (der Luftspalt 5oc ist klein) und der Umgehungskreis über eine hohe Reluktanz (der Luftspalt 54c ist groß) verfügt. In der nächsten Stellung, wenn die Zähne 46c und 4oc außer Flucht sind, fluchten die Zähne 46c¹ und 38c miteinander, wodurch der Magnetkreis für die Wicklung 26c über eine große Reluktanz (der Luftspalt 5oc ist groß) und der Umgehungskreis über eine niedrige Reluktanz verfügt (der Luftspalt 54c ist klein); durch diese Verbindung, infolge der der Umgehungspfad im Zustand niedriger und der Wicklungspfad gleichzeitig im Zustand hoher Reluktanz 1st, wird die Größe des zu diesem Zeitpunkt auf die Wicklung 2<?c

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wirkenden Magnetflusses äußerst gering gehalten; infolgedessen tritt eine sehr große Änderung des auf die Wicklung 26c einwirkenden Magnetflusses ein, wenn ihr Magnetkreis vom Zustand niedriger zum Zustand hoher Reluktanz umgeschaltet wird, wodurch ein Ausgangssignal großer Amplitude erzeugt wird. Der Magnet 3oc hat wiederum einen Magnetkreis, dessen Gesamtreinktanz für den Magneten 3oc im wesentlichen konstant erscheint. Zu dem gleichen Ergebnis könnte man gelangen, wenn die Zähne 46c und 46c¹ in Umfangsrichtung ausgerichtet und die Zähne 38c und 4oc in Umfangsrichtung versetzt angeordnet würden.

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Claims (18)

1. Patentansprüche

   ^Elektrischer Drehzahl-Meßwertgeber zum Messen der Winkelgeschwindigkeit zweier gegeneinander drehbarer Bauteile, mit einem Rotor, einem Stator, einer Meßspule und einer Magnetanordnung zur Erzeugung efaes magnetischem Feldes, gekenn-

   . zeichnet durch einen der Magnetanordnung (3o) zugeordneten Magnetkreis (17, 31, 1o, 5o, 16, 44, 52, 36; 32, 38, 54, 16, 11, 52, 36), der in Abhängigkeit von der Relativdrehung des Rotors (44) und des Stators (2o) betätigbar ist und das Magnetfeld abwechselnd auf die Meßspule (24) hin lenkt und von ihr ablenkt.
2. 2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (47, 34, 4o, 5o, 46, 44, 52, 36; 32, 38, 54, 46, 44, 52, 36) während der sich abwechselnden Schaltzustände

   . des Hinlenkens und des Ablenkens des Magnetfeldes zu und von der Meßspule (24) einen Pfad in wesentlichen konstanter Reluktanz für die Magnetanordnung (3o) bildet.

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3. 3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (47, 54, 4o, 5o, 46, 44, 52, 36; 32, 38, 54, 46, 44, 52, 36) einen ersten Magnetpfad (47, 34, 5o, 44, 52, 36), der zwecks Hinlenken des Magnetfeldes zur Meßspule (24) in Wirkverbindung mit der Meßspule (24) steht, und einen zweiten Magnetpfad (32, 54, 44, 52, 36) zum Ablenken des Magnetfeldes von der Meßspule (24) enthält sowie eine mit dem Rotor (44) und dem Stator (2o) verbundene Schalteinrichtung (38, 4o, 46) aufweist, die das Magnetfeld abwechselnd zu dem ersten und dem zweiten Magnetpfad leitet.
4. 4. Meßwertgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (47, 34, 4o, 50, 46, 44, 52, 36; 32, 38, 54, 46, 44, 52, 36) einen ersten Schaltzustand, in dem der erste Magnetpfad (47, 34, 5o, 44, 52, 36) eine hohe Reluktanz und der zweite Magnetpfad (32, 54, 44, 52, 36) eine niedrige Reluktanz hat, und einen zweiten Schaltzustand aufweist, in dem der erste Magnetkreis eine niedrige und der zweite Magnetkreis eine hohe Reluktanz hat, und daß die Schalteinrichtung (38, 4o, 46) den Magnetkreis abwechselnd zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand hin- und herschaltet.
5. 5. Meßwertgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (38, 4o, 46) eine Vielzahl von auf dem Rotor (44) und dem Stator (2o) angeordneten Zähnen enthält.

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6. 6. Meßwertgeber nach den Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (38, 4o, 46) aus einer ersten am Stator (2o) angeordneten Zahnreihe (38, 4o) und einer der ersten Zahnreihe gegenüberliegenden zweiten Zahnreihe (46) bestehen, die am Rotor (44) angeordnet 1st, wobei ein erster Satz von Zähnen (4o, 46) der beiden Zahnreihen im ersten Magnetpfad (47,34, 5o, 44, 52, 36) liegt und bei Drehung des Rotors (44) derart verschiebbar 1st, daß sich seine Zähne abwechselnd zugekehrt und nicht zugekehrt sind, und wobei der andere Satz von Zähnen (38, 4o) der ersten und zweiten Zahnreihe im zweiten Magnetpfad (32, 54, 44, 52, 36) liegt und bei Drehung des Rotors (44) derart verschiebbar 1st, daß sich seine Zähne abwechselnd zugekehrt und nicht zugekehrt sind, und daß im ersten Schaltzustand des Magnetkreises (47, 34, 4o, 50, 46, 44, 52, 36; 32, 38, 54, 46, 44, 52, 36) der erste Satz von Zähnen (4o, 46) sich nicht und der zweite Satz von Zähnen (38, 46) sich zugekehrt 1st und im zweiten Schaltzustand des Magnetkreises sich der erste Satz von Zähnen (4o, 46) zugekehrt und der zweite Satz von Zähnen (38, 46) sich nicht zugekehrt ist.
7. 7. Meßwertgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine (46) der beiden Zahnreihen (38, 4o, 46) gegenüber der Drehrichtung des Rotors (44) schräg angestellt ist.
8. 8. Meßwertgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg angestellte Zahnreihe (46) auf dem Rotor (44) angeordnet ist.

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9. 9. Meßwertgeber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere (38, 4o) der beiden Zahnreihen (38, Mo, 46) im wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung des Rotors (44) verläuft.
10. 1o.Meßwertgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Drehrichtung des Rotors (44) verlaufenden Zähne (38, 4o) aus zwei Folgen (38, 4o) von Zähnen bestehen, die senkrecht zur Drehrichtung des Rotors fluchtend und seitlich versetzt zueinander angeordnet sind·
11. Ii.Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 6 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß eine (38, 4o oder 46) der beiden Zahnreihen zwei Folgen (38, 4o) von Zähnen enthält, die in Drehrichtung des Rotors (44) versetzt zueinander angeordnet sind.
12. 12.Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne(38, 4o, 46) aus einer ersten Reihe (46) von in ümfangsrichtung am Rotor (44) verteilten Zähnen und einer zweiten Reihe (38, 4o) von in Umfangsrichtung am Stator (2o) verteilten Zähnen bestehen.
13. 13.Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnreihen (38, 4o, 46) im wesentlichen parallel zu* Drehachse des Rotors (44) verlaufen.
14. 14.Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnreihen (38, 4o, 46) im wesentliche^

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    radial zur Drehachse des Rotors (44) verlaufen.
15. 15. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2o) zwei Schenkel (32, 34) enthält, zwischen denen die Meßspule (24) gehaltert ist, wobei der erste Schenkel (32) ausschließlich im zweiten Magnetpfad (32, 54, 44, 52, 36) und der zweite Schenkel (34) ausschließlich im ersten Magnetpfad (47, 34, 5o, 44, 52, 36) liegt«.
16. 16. Meßwertgeber nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zahnfolge (33) der zweiten Zahnreihe (38, 4o) auf dem einen Schenkel (32) und eine zweite Zahnfolge (4o) der zweiten Za&nreihe (38, 4o) auf den anderen Schenkel (34) angeordnet ist.
17. 17· Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung ein Dauermagnet (3o) ist.
18. 18. Meßwertgeber nach Anspruch 16 und 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3o) mit seinem einen Polende an dem einem Schenkel (32) und mit seinem entgegengesetzten Polende ^an Rückffihrglied (36) anliegt.

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