DE19523066C2

DE19523066C2 - Induktiver Drehzahlgeber

Info

Publication number: DE19523066C2
Application number: DE19523066A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wagner; Harry Skarpil
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-06-24
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2015-06-25
Also published as: DE19523066A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Drehzahlgeber mit einem drehbar ange ordneten, Zähne oder Durchbrechungen aufweisenden Impulsrad, in welchem ortsfest ein Magnet mit in Richtung der Drehachse des Impulsrades gerichteten Polen angeordnet ist, auf denen Polplatten mit zum Impulsrad gerichteten Zäh nen aufliegen, mit einer die Polplatten und den Magneten umschließenden elektrischen Spule, wobei die einander benachbarten Polplatten einen unter schiedlichen magnetischen Pol aufweisen, so daß durch Drehung des Impuls rades ein permanenter Wechsel der Streuflußrichtung an den Polplatten erfolgt.

Induktive Drehzahlgeber der vorstehenden Art werden zum Beispiel in Kraft fahrzeugen im Bereich des jeweiligen Radlagers der Räder angeordnet, um Signale für einen Blockierschutz beim Bremsen oder für eine Schlupfverhinde rung beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs zu gewinnen. Bei den bisher be kanntgewordenen Drehzahlgebern der eingangs genannten Art sind die Pol platten quer zur Querschnittsebene des Impulsrades angeordnet. Ihre Zähne können deshalb nicht über einen größeren Bereich entlang der Innenkontur des Impulsrades verlaufen. Zu Schwierigkeiten kommt es bei solchen Drehzahlge bern, wenn sich der Luftspalt zwischen den Zähnen und dem Impulsrad verän dert.

Solche Veränderungen treten zum Beispiel bei im Radbereich angeordneten Drehzahlgebern durch Lagerverschleiß oder durch wechselnde Lagerbelastun gen bei Kurvenfahrt auf. Besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs kann es dann zu einem Auslöschen der Drehzahlsignale kom men.

Einen induktiven Drehzahlgeber, der zwei induktive Spulen mit parallel verlau fenden Achsen, die zwischen den Polen eines Magneten angeordnet sind, auf weist, betrifft DE-OS 21 00 610. Dabei hat der Magnet angeformte Polplatten mit je einem gezahnten Bereich an gegenüberliegenden Schmalseiten. Ein Zahnversatz der Polplatten ist hier nicht vorgesehen. Geringe Schwankungen der Stärke des magnetischen Flusses bei kleinen Drehzahlen oder Änderungen der Richtung des magnetischen Flusses können mit diesem Geber nicht detek tiert werden.

Diese Druckschrift zeigt in Fig. 2 auch schon einen Drehzahlgeber, bei wel chem Polschuhe innerhalb eines Impulsrades derart angeordnet sind, daß je weils mehrere Zähne entlang der Innenkontur des Impulsrades vorgesehen werden können. Der Magnetfluß verläuft bei diesem Drehzahlgeber jedoch an ders als bei dem gattungsgemäßen Drehzahlgeber von einem Polschuh einer Seite durch das Impulsrad zum 180° gegenüberliegenden Polschuh. Ein solcher Drehzahlgeber ist zwar gegen Luftspaltänderungen weniger empfindlich als der eingangs genannte Drehzahlgeber, liefert jedoch bei niedrigen Umfangsge schwindigkeiten des Impulsrades kein ausreichend starkes Signal.

Einen Wechselspannungsgenerator mit einem als Stirnrad ausgebildeten Zahn rad, auf das an seiner Außenseite zwei voneinander beabstandete Magneten mit zwei parallel verlaufenden und an beide Magneten anliegenden Polplatten angeordnet sind, offenbart US 4 636 674. Der Generator ist für Messungen in duktiver Größen, z. B. an großen stationären Motoren, geeignet. Für eine Anwendung z. B. in einem Kraftfahrzeug ist dieser aufwendige Generator aufgrund erheblicher Platzprobleme in einem entsprechend klein dimensionierten Impuls rad ungeeignet. Zudem ist die Anordnung sehr fehleranfällig, da kleinste Ein bautoleranzen zu einem lokal unterschiedlichen Luftspalt führen.

Darüber hinaus ist aus DE 42 13 977 A1 eine Vorrichtung zur Messung von Drehbewegungen und zum Erzeugen eines die Drehbewegung darstellenden elektrischen Wechselsignals mit einem Signalgeberring, der mit dem die Dreh bewegung ausführenden Teil umläuft, und mit einem stationären, induktiven Meßwertaufnehmer, der in der von dem Signalgeberring aufgespannten Fläche angeordnet ist und der ein doppelseitiges Meßsystem mit einer Meßspule, ei nem Spulenkern und Polschuhen aufweist, bekannt. Der Spulenkern weist da bei einen senkrecht zur Spulenachse magnetisierten Permanentmagneten und langgestreckte, auf den Polflächen parallel zur Spulenachse angeordnete Pol schuhe auf; der Signalgeberring und die Polschuhe sind derart ausgebildet, daß bei einer Drehbewegung abwechselnd der Magnetfluß über das Endstück eines Polschuhes zu dem diametralen Endstück des auf der zweiten Polfläche ange ordneten Polschuhes sowie nachfolgend diametral über die beiden anderen Endstücke der Polschuhe verläuft.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen induktiven Drehzahlgeber der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er gegenüber Luftspaltänderun gen möglichst unempfindlich ist und der auch bei geringen Geschwindigkeiten ein ausreichend starkes Signal zu erzeugen vermag.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in dem Anspruch 1 gelöst.

Bei einem solchen Drehzahlgeber findet der Streufluß von einer Polplatte zur anderen nicht in Umfangsrichtung, sondern in Axialrichtung des Impulsrades statt. Weiterhin erlaubt die parallel zur Querschnittsebene des Impulsrades ausgerichtete Anordnung der Polplatten, diese gegenüber einem Teilbereich des Innenumfangs des Impulsrades mit einer Mehrzahl von Zähnen zu verse hen, wodurch die Gesamtaustrittsfläche für den magnetischen Fluß erhöht wird. Dank der Erfindung kann man in einem Impulsrad zur Verstärkung des Signals mehrere, jeweils gleich große Polplatten jeweils unter Zwischenschaltung eines Magneten sandwichartig anordnen.

Zur Verwirklichung der Erfindung genügt es, wenn die Polplatten an einer gemeinsamen Seite einen Zahnkamm mit zur Innenkontur des Impulsrades gerichteten Zähnen aufweisen. Zur weiteren Erhöhung der Signalstärke trägt es jedoch bei, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Polplatten jeweils an gegen überliegenden Seiten einen Zahnkamm mit zur Innenkontur des Impulsra des gerichteten Zähnen aufweisen.

Ein für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausreichend starkes und von auftretenden Luftspaltänderungen nicht unerwünscht stark beeinflußtes Signal ergibt sich, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der induktive Drehzahlgeber ein Paket aus drei Polplatten und zwei dazwischenliegenden Magneten aufweist.

Der induktive Drehzahlgeber beansprucht besonders wenig Platz und ist sehr kostengünstig herstellbar, wenn der Magnet oder die Magnete plattenförmig ausgebildet und an ihren gegenüberliegenden Breitseiten, gegen welche die Polplatten anliegen, entgegengesetzt magnetisiert sind.

Das Impulsrad könnte eine übliche Innenverzahnung mit zumindest annähernd gleicher Teilung wie die Zähne der Polplatten aufweisen. Besonders kostengünstig ist es herstellbar, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Impulsrad in seiner Umfangsfläche gegenüber den Zähnen der Polplatten eine Vielzahl von länglichen, mit zumindest annähernd gleicher Teilung angeordneten Durchbrechungen auf weist.

Ist die Teilung der Zähne der Polplatten um ein geringes Maß kleiner als die Teilung der Durchbrechungen oder der Innenverzahnung des Impulsrades kommt es auch bei einer z. B. toleranzbedingten Verschiebung der Polplatten, die zu einem ungleichen Abstand der Polplatten zum Impulsrad führt, nicht zu einer Verschlechterung der erzeugten Signale. Dies liegt daran, daß die Gesamtüberdeckung der Zähne der Polplatten mit den Stegen zwischen den Durchbrechungen oder den Zähnen der Innenverzahnung des Impulsrades mehr oder weniger gleichgroß beibehalten bleibt.

Der erforderliche Versatz der Zähne der Polplatten kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß die Zähne der Polplatten zur Mittellinie der Polplatten um eine viertel Teilung versetzt und daß benachbarte Polplatten jeweils um 180° zu ihrer Mittellinie verdreht angeordnet sind.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die Polplatten im Drehzahlgeber um eine halbe Zahnteilung zueinander verschwenkt sind.

Statt die Zähne zu versetzen, kann man gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch vorsehen, daß die Durchbrechungen im Impulsrad schräg zur Drehachse des Impulsrades verlaufen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Durchbrechungen jeweils mit einem achsparallelen Abschnitt beginnen, dem sich ein schräg zur Drehachse verlaufender Abschnitt anschließt, welcher in einem wiederum achsparallelen Abschnitt ausläuft.

Eine Alternative zu den schrägen Durchbrechungen liegt darin, daß im Impulsrad mehrere Reihen von zueinander versetzten Durchbrechungen angeordnet sind.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drehzahlgeber nach der Erfindung,

Fig. 2 und 2a einen Längsschnitt durch den Drehzahlgebers nach Fig. 1

Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt durch den Drehzahlgeber mit um eine Zahnteilung gedrehtem Impulsrad,

Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht des Impulsrades,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Drehzahlgebers,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Drehzahlgebers,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Drehzahlgebers,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Drehzahlgebers,

Fig. 9 eine gegenüber den vorangehenden Ausführungsbeispielen geänderte Polplatte,

Fig. 10 zwei übereinander liegende Polplatten,

Fig. 11 einen Teilbereich eines Polrades,

Fig. 12 einen gegenüber Fig. 11 geänderten Teilbereich eines Polrades,

Fig. 13 einen Teilbereich einer weiteren Ausführungsform des Polrades.

Die Fig. 1 zeigt ein Impulsrad 1, welches in seiner Mantelfläche mit gleichmäßiger Teilung Durchbrechungen 2 hat, zwischen denen sich jeweils ein Steg 3 befindet. Innnerhalb des Impulsrades 1 erkennt man einen scheibenförmigen Magneten 4, welcher auf einer Polplatte 5 aufliegt. Die Polplatte 5 hat an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Zahnkamm 6, 7 mit Zähnen 8, 9. Um die Polplatte 5 und den Magneten 4 herum ist eine elektrische Spule 10 angeordnet.

Die Fig. 2 und 2a lassen erkennen, daß auf beiden Breitseiten des Magneten 4 jeweils eine Polplatte 5, 11 angeordnet ist. Weiterhin zeigen die Fig. 2 und 2a, daß gegen die Polplatte 5 ein weiterer Magnet 12 und dagegen wiederum eine weitere Polplatte 13 anliegen. Der Magnet 4 ist senkrecht zu den Polplatten 5, 11, 13 so magnetisiert, daß sein Nordpol in Fig. 2 gesehen nach links und sein Südpol nach rechts weist. Der Magnet 12 ist genau entgegengesetzt magnetisiert. Sein Südpol weist nach links und sein Nordpol nach rechts. Das hat zur Folge, daß die Polplatten 11 und 13 einen Nordpol und die dazwischenliegende Polplatte 5 einen Südpol bildet. Wie aus den Fig. 2 und 2a zu ersehen ist, wird die Richtung des magnetischen Streuflusses an den äußeren Polplatten 11 und 13 sowie der inneren Polplatte 5 verändert. Dieser Fluß wird davon periodisch beeinflußt, ob gerade Durchbrechungen 2 oder Stege 3 des Impulsrades 1 den jeweiligen Zähnen 8, 9 der Polplatten 5, 11, 13 gegenüberliegen.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Impulsrades 1 liegen bei der Polplatte 5 im rechten Bereich die Zähne 8 jeweils einem Steg 3' gegenüber, während im linken Bereich die Zähne 9 mit einer Durchbrechung 2' fluchten. Die Zähne 8 und 9 sind also um eine Zahnteilung zueinander versetzt. Bei den beiden anderen in Fig. 2 zu sehenden Polplatten 11 und 13 sind diese Verhältnisse gerade umgekehrt.

Bei der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 hat sich gegenüber Fig. 1 das Impulsrad 1 genau um eine halbe Zahnteilung bzw. halbe Teilung der Durchbrechungen 2 im Uhrzeigersinn gedreht. Deshalb weisen im rechten Bereich die Zähne 8 zu einer Durchbrechung 2' des Impulsrades 1 und im linken Bereich die Zähne 9 jeweils zu einem Steg 3.

Die Fig. 4 läßt erkennen, daß die Durchbrechungen 2 im Impulsrad 1 als längliche Schlitze ausgebildet sind. Dadurch kann man die Länge der Durchbrechungen 2 leicht der Dicke des sandwichartigen Paketes aus Polplatten 11, 5, 13 und Magneten 4, 12 anpassen.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen nur dadurch, daß die Polplatte 5 und entsprechend auch die anderen, in Fig. 5 nicht zu sehenden Polplatten, nur an einer Seite einen Zahnkamm 6 mit Zähnen 8 hat und auch nur an dieser Seite über einen geringen Luftspalt mit dem Impulsrad 1 zusammenwirkt.

Die Fig. 6 und 6a zeigen, daß sich der erfindungsgemäße, induktive Drehzahlgeber auch mit nur einem Magneten 4 und zwei Polplatten 5, 11 verwirklichen läßt. Wenn man ein stärkeres Signal erhalten will, kann man diese Anordnung sandwichtig dadurch verbreitern, daß man außenseitig auf jede Polplatte einen weiteren Magneten mit wiederum einer Polplatte und darauf beliebig oft immer wieder einen Magneten mit einer Polplatte anordnet.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im Prinzip der Ausführungsform in Fig. 5 entspricht. Es ist nur die dem Zahnkamm 6 gegenüberliegende Seite der Polplatten 5 als Rückschluß mit geringem Luftspalt zum Impulsrad 1 ausgebildet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist der Teilungswinkel α_p der Zähne 8 der Polplatten 5, 11 und 13 um einen geringen Betrag kleiner als der Teilungswinkel α_z der Stege des Impulsrades 1. Durch diese bewußte Fehlanpassung kommt auch bei einer relativen Verschiebung von Polplatten und Impulsrad in Richtung x die Mehrzahl der Polzähne in richtige Überdeckung mit den Stegen des Impulsrades 1. Es kann somit nicht zu einer wesentlichen Schwächung der erzeugten Signale kommen.

Die Fig. 9 zeigt eine Polplatte 5, bei der im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Polplatten die Zähne 8 nicht symmetrisch zur Mittellinie, sondern um ein Viertel der Teilung der Zähne 8 versetzt angeordnet sind. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 9 die Teilung mit α_z und der Versatz mit α_z: 4 eingezeichnet. Das führt dazu, daß die Zähne 8, 8a zweier hintereinander liegender Polplatten 5, 11 genau wie in Fig. 1 auf Lücke stehen, wenn man die neben der Polplatte 5 anzuordnende Polplatte um 180° zur Achse 15 verdreht anordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 sind die Polplatten 5, 11 wiederum symmetrisch ausgebildet. Die Zähne 8, 8' der hintereinander liegenden Polplatten 5, 11 sind jedoch dadurch um eine Zahnteilung α_z versetzt, daß die Polplatten 5, 11 selbst um eine halbe Zahnteilung α_z : 2 zueinander verschwenkt angeordnet sind.

Die Fig. 11 zeigt, daß das Polrad 1 anstelle der in Fig. 4 gezeigten, achsparallel verlaufenden Durchbrechungen 2 auch schräg verlaufende Durchbrechungen 2 haben kann. Gemäß Fig. 11 laufen die Durchbrechungen 2 zunächst mit einem kurzen Abschnitt 2a achsparallel, dann mit einem Abschnitt 2b schräg und zuletzt wieder mit einem Abschnitt 2c achsparallel.

Gemäß Fig. 12 verlaufen die Durchbrechungen 2 einheitlich über ihre volle Länge schräg.

Die Fig. 13 zeigt zwei Reihen von Durchbrechungen 2, 14, welche zueinander versetzt sind.

Claims

1. Induktiver Drehzahlgeber mit einem drehbar angeordneten, Zähne oder Durchbrechungen aufweisenden Impulsrad (1), in welchem ortsfest mindestens ein Magnet (4, 12) mit in Richtung der Drehachse des Im pulsrades (1) gerichteten Polen angeordnet ist, auf denen parallel zur Querschnittsebene des Impulsrades (1) Polplatten (5, 11, 13) aufliegen, die an zumindest einer dem Impulsrad (1) zugewandten Schmalseite jeder Polplatte (5, 11, 13) entlang der Innenkontur des Impulsrades (1) Zähne (8, 9) aufweisen, wobei die Zähne (8, 9) benachbarter Polplatten 11, 5; 5, 13) zueinander um eine halbe Zahnteilung versetzt sind und wobei die einander benachbarten Polplatten (11, 5; 5, 13) einen unter schiedlichen magnetischen Pol aufweisen, so daß durch Drehung des Impulsrades (1) ein permanenter Wechsel der Streuflußrichtung an den Polplatten (5, 11, 13) erfolgt, und mit einer die Polplatten (5, 11, 13) und den mindestens einen Magneten (4, 12) umschließenden elektrischen Spule (10).

2. Induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polplatten (11, 5, 13) jeweils an gegenüberliegenden Seiten ei nen Zahnkamm (6, 7) mit zur Innenkontur des Impulsrades (1) gerich teten Zähnen (8, 9) aufweisen.

3. Induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß er ein Paket aus drei Polplatten (5, 11, 13) und zwei da zwischenliegenden Magneten (4, 12) aufweist.

4. Induktiver Drehzahlgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) oder die Magnete (4, 12) plattenförmig ausgebildet und an ihren gegenüberliegenden Breitseiten, gegen welche die Polplatten (5, 11, 13) anliegen, entgegengesetzt magnetisiert sind.

5. Induktiver Drehzahlgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsrad (1) in seiner Umfangsflä che gegenüber den Zähnen (8, 9) der Polplatten (11, 5, 13) eine Viel zahl von länglichen, mit zumindest annähernd gleicher Teilung ange ordneten Durchbrechungen (2, 14) aufweist.

6. Induktiver Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsrad (1) eine Innenverzahnung mit zu mindest annähernd gleicher Teilung wie die Zähne (8, 9) der Polplatten (5, 11, 13) aufweist.

7. Induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Teilung der Zähne (8, 9) der Polplatten (5, 11, 13) um ein geringes Maß kleiner ist als die Teilung der Durchbrechungen oder der Innenverzahnung des Impulsrades (1).

8. Induktiver Drehzahlgeber nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (8, 8a) der Pol platten (5, 11, 13) zur Mittellinie (15) der Polplatten (5, 11, 13) um eine viertel Teilung (α_z: 4) versetzt und daß benachbarte Polplatten (5, 11, 13) jeweils um 180° zu ihrer Mittellinie (15) verdreht angeordnet sind.

9. Induktiver Drehzahlgeber nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polplatten (5, 11, 13) im Drehzahlgeber um eine halbe Zahnteilung zueinander verschwenkt sind.

10. induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (2) im Impulsrad (1) schräg zur Drehachse des Impulsrades (1) verlaufen.

11. Induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (2) jeweils mit einem achsparallelen Ab schnitt (2a) beginnen, dem sich ein schräg zur Drehachse verlaufender Abschnitt (2b) anschließt, welcher in einem wiederum achsparallelen Abschnitt (2c) ausläuft.

12. Induktiver Drehzahlgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Impulsrad (1) mehrere Reihen von zueinander versetzten Durchbrechungen (2, 14) angeordnet sind.