DE1963266A1

DE1963266A1 - Angular accelerometer

Info

Publication number: DE1963266A1
Application number: DE19691963266
Authority: DE
Inventors: Otto Knappe
Original assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Current assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1971-06-24

Description

Winkelbeschleunigungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelbeschleunigungsmesser, bei dem eine die Meßbewegung durchführende Wirbelstromtrommel in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist und die durch die Trommelbewegung erfolgende Feldverdrängung eine der Bewegungsänderung proportionale Spannung in einer Spule induziert. Angular Accelerometer The invention relates to a Angular accelerometer in which an eddy current drum performing the measuring movement is placed in a constant magnetic field and generated by the drum movement resulting field displacement a voltage proportional to the change in movement in induced by a coil.

Meßwerte, die einer Beschleunigung entsprechen, können grundsätzlich dadurch gewonnen werden, daß geschwindigkeitsproportionale Meßwerte differenziert werden. Dabei können geschwindigkeitsproportionale Signale beispielsweise durch Gleichstrom-Tachometermaschinen gewonnen werden.Measured values that correspond to an acceleration can in principle can be obtained by differentiating measured values proportional to the speed will. Speed-proportional signals can, for example, pass through DC tachometer machines are obtained.

Einrichtungen, bei denen das beschleunigungsproportionale Ausgangssignal als elektrische Größe vorliegt, arbeiten gewöhnlich nach dem Ferraris-Prinzip. Dabei dreht sich eine elektrisch gut leitende Metallscheibe oder Trommel im Feld eines wechselstromerregten Magneten. Der Antrieb der Trommel erfolgt über eine Welle oder sonstwie von der Einrichtung aus, deren Beschleunigung gemessen werden soll, etwa also vom Fahrzeug her. Je nach der Winkelgeschwindigkeit der Trommel wird das Wechselstrom-Magnetfeld durch die in der Trommel fliessenden Wirbelströme mehr oder weniger verzerrt, wodurch in einem anderen, entsprechend angeordneten Spulensysbem eine der Winkelgeschwindigkeit der Trommel proportionale Spanung induziert wird. Richtet man diese Spannung gleich und differenziert sie an einem Kondensator, kann man daraus einen Meßwert rUr die Winkelbeschleunigung gewinnen.Facilities in which the output signal proportional to the acceleration exists as an electrical quantity, usually work according to the Ferraris principle. Included an electrically conductive metal disc or drum rotates in the field one AC excited magnets. The drum is driven by a shaft or otherwise from the device whose acceleration is to be measured, for example so from the vehicle. Depending on the angular velocity of the drum, the alternating current magnetic field becomes more or less distorted by the eddy currents flowing in the drum, whereby in another, correspondingly arranged coil system, one of the angular velocity voltage proportional to the drum is induced. If you rectify this tension and differentiates them on a capacitor, one can derive a measured value rUr die Gain angular acceleration.

Will man den durch die Differenzierung eingebrachten Fehler vermeiden, kann der Magnet auch sofort mit Gleichstrom erregt werden, dann liefern die entsprechend angeordneten Empfängerspulen eine Spannung, die der Winkelbeschleunigung der rotierenden Trommel entspricht. Beide Möglichkeiten sind in der US-Patentschrift 3.178.641 verwirklicht, die eine vierpolige, ringförmige Weicheisenanordnung mit zwei Erreger-und zwei Empfängerspulen aufweist wobei die Erregerspulen sowohl von einer Gleichspannung als auch von einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Durch entsprechende Filterung des ausgangsseitig gewonnenen Signals kann man dadurch sowohl ein geschwindigkeits- als auch beschleunigungsabhängig Signal gewinnen.If one wants to avoid the error introduced by the differentiation, if the magnet can also be excited immediately with direct current, then they deliver accordingly arranged receiver coils a voltage that corresponds to the angular acceleration of the rotating Drum corresponds. Both possibilities are realized in US Pat. No. 3,178,641, a four-pole, ring-shaped soft iron arrangement with two excitation and two receiver coils having the excitation coils both from a DC voltage and from a AC voltage are applied. By filtering the output side accordingly The obtained signal can be made dependent on both speed and acceleration Gain signal.

Nachteilig bei solchen Anordnungen ist, daß sie eine, insbesondere im Hinblick auf die Beschleunigung sehr geringe Signalspannung aufweisen und einen relativ hohen Störpegel, der durch geringste Welligkeit in der Erregerspannung erzeugt wird. Es ist deshalb zweckmäßiger, solche Beschleunigungsgeber unter Verwendung von Permanentmagneten zu bauen. Eine solche Anordnung kann der deutschen Patentschrift 888.476 entnommen werden. In dieser Patentschrift ist ein runder Permanentmagnet von einer Wirbelstromtrommel umgeben, die vpn der Achse des zu messenden Gerätesangetrieben wird. Ein Anzeigespulenpaar ist um 9o Grad zur Hauptachse des Permanentmagneten versetzt angeordnet. Dreht sich die Trommel, so werden die Kraftlinien durch die induzierten Wirbelströme verzerrt und induzieren ihrerseits bei ungleichförmiger Bewegung der Trommel eine Spannung in den Spulen, die ein Maß für die Beschleunigung darstellt. Auch in diesem Fall ergibt sich bei nur sehr geringer Signalspannung ein hoher Störpegel, da die Spule Ja nur den, aufgrund der Verzerrung sich jeweils ändernden Magnetfluß in eine Spannung umsetzen kann und dieser Magnetfluß naturgemäß nur sehr schwach ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Signalspannung muß man bei dieser Bauart verhältnismaßig große Geräte verwenden, für die oft bei den Anwendungen der zur Verfügung stehende Raum nicht ausreicht.The disadvantage of such arrangements is that they are one, in particular have very low signal voltage in terms of acceleration and a relatively high interference level, which is generated by the slightest ripple in the excitation voltage will. It is therefore more appropriate to use such accelerometers of permanent magnets to build. Such an arrangement can be found in German patent specification 888.476 can be taken. In this patent there is a round permanent magnet surrounded by an eddy current drum, which is driven by the axis of the device to be measured will. A pair of display coils is 90 degrees to the major axis of the permanent magnet staggered. When the drum rotates, the lines of force through the induced eddy currents distorted and induce in turn with non-uniform Movement of the drum creates tension in the coils, which is a measure of the acceleration represents. In this case, too, there is only a very low signal voltage a high level of interference, since the coil is only the one due to the distortion can convert changing magnetic flux into a voltage and this magnetic flux naturally is just very weak. In order to achieve a sufficient signal voltage one must at use this type of relatively large devices, for which often in the applications the available space is insufficient.

Die Erfindung hat die Aufgabe, trotz Verwendung einfacher Dauermagnetformen und handelsUblicher Magnetwerkstoffe ein Gerät zur Bestimmung von Winkelbeschleunigungen zur VerfUgung zu stellen, das kompakte Abmessungen mit großer Signalstärke und hohem Störpegelabstand vereint.The invention has the object, despite the use of simple permanent magnet shapes and commercially available magnetic materials Device for the determination of To make angular accelerations available, the compact dimensions with large Signal strength and high signal-to-noise ratio combined.

Die Erfindung geht dabei aus von einem einem Winkelbeschleunigungsmesser, bei dem eine die Meßbewegung durchführende Wirbelstromtrommel in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist und die durch die Trommelbewegung erfolgende Feldverdrängung eine der Bewegungsänderung proportionale Spannung in einer Spule induziert und besteht darin, daß der von den Polen des Permanentmagneten aufgrund der Trommeldrehung ausgehende Nutzmagnetfluß mit Ausnahme des Trommelluftspaltes ausschließlich im Innern von weichmagnetischen, hochpermeablen Leitstücken in Form entsprechend ausgebildeter Poltöpfe mit Gegenpolstücken verläuft und daß jedem Pol des Permanentmagneten mindestens zwei Gegenpol stücke gegenüberstehen.The invention is based on an angular accelerometer, in which one eddy current drum performing the measuring movement in a constant Magnetic field is arranged and the displacement of the field caused by the drum movement a voltage proportional to the change in movement induces and exists in a coil in that the one emanating from the poles of the permanent magnet due to the rotation of the drum Usable magnetic flux with the exception of the drum air gap exclusively inside soft magnetic, highly permeable conductive pieces in the form of appropriately designed Pole pots with opposing pole pieces runs and that each pole of the permanent magnet at least two opposing pole pieces face each other.

Dadurch ist gewährleistet, daß der durch die Trommeldrehung auftretende, auf eine Verzerrung des ursprünglichen Permanentmagnetflusses zurUckzuführende Nutzmagnetfluß keine wesentliche Schwächung dadurch erleidet, daß er größere Strecken in Luft- oder durch das Dauermagnetmaterial zurücklegen müßte.This ensures that the resulting from the drum rotation, useful magnetic flux due to a distortion of the original permanent magnetic flux does not suffer any significant weakening by traveling longer distances in the air or would have to travel through the permanent magnet material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein außen liegender, ringförmiger Permanentmagnet vorgesehen, in dessen Inneren sich die Wirbelstromtrommel befindet und wobei weiter mindestens vier ineinander greifende, von dem Permanentmagneten durch die Wirbelstromtrommel getrennte Pol töpfe vorgesehen sind, deren als Gegenpolstücke ausgebildete Polschuhe so vor den Polen des Permanentmagneten stehen und die über, den Magnetfluß führende, im Innern einer Spule angeordnete magnetische Verbindungsstücke so miteinander verbunden sind, daß sich der durch die Verbindungsstücke im Spuleninneren fließende konstante Magnetfluß aufhebt und der aufgrund der Flußverdrängung infolge der Bewegung der Wirbelstromtrommel entstandene Fluß im Spuleninneren addiert und ein der Beschleunigung proportionales Signal induziert.In a further advantageous embodiment of the invention is a external, ring-shaped permanent magnet provided, in the interior of which the eddy current drum is located and further wherein at least four interlocking, separated from the permanent magnet by the eddy current drum Pole pots are provided, the pole pieces of which are designed as opposing pole pieces the poles of the permanent magnet and the over, the magnetic flux leading, im Magnetic connecting pieces arranged inside a coil are thus connected to one another are that the constant flowing through the connecting pieces inside the coil Magnetic flux cancels and due to the displacement of the flux as a result of the movement of the Eddy current drum created flux inside the coil added and one of the acceleration proportional signal induced.

In den, die Poltöpfe verbindenden, aus hochpermeablem Material bestehenden Verbindungsstücken, die sich gleichzeitig im Innern von einer oder mehreren Spulen befinden, fließt also ein Magnetfluß, dessen Gesamtmagnetfluß bei stehender Wirbelstromtrommel den Wert Null ergibt, im Gegensatz dazu addiert sich der aufgrund der Feldverdrängung entstehende Magnetfluß in einer einzigen Richtung und ergibt damit ein besonders kräftiges Ausgangssignal.In the one that connects the pole pots and is made of highly permeable material Connectors that are located inside one or more coils at the same time are located, so a magnetic flux flows, the total magnetic flux when the eddy current drum is stationary results in the value zero, in contrast to this, the value added due to the displacement of the field resulting magnetic flux in a single direction and thus gives a special strong output signal.

Im folgenden wird anhand der Figuren Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.In the following, the structure and mode of operation of a Embodiment of the invention explained in more detail.

Dabei zeigt: Fig. 1 den inneren Teilaufbau einschließlich Wirbelstromtrommel in explodierter Darstellung, Fig. 2 die Darstellung des erfindungsgemäßen Winkelbeschleunigungsmessers in einem Schnitt A-B entsprechend Fig. 3, Fig. 3 den Winkelbeschleunigungsmesser in Aufsicht und Fig. 4 die schematische Abwicklung des inneren Kernaufbaus eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.It shows: FIG. 1 the inner part structure including the eddy current drum in an exploded representation, Fig. 2 shows the representation of the invention Angular accelerometer in a section A-B corresponding to Fig. 3, Fig. 3 Angular accelerometer in plan view and FIG. 4 shows the schematic development of the inner core structure of an embodiment according to the invention.

Zur Erläuterung der Erfindung wird von Fig. 1 im Zusammenhang mit Fig. 2 ausgegangen. In Fig. 1 ist der innere Aufbau eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung bis einschließlich der Wirbelstromtrommel 1, die von der Achse gedreht wird, deren Beschleunigung zu messen ist, dargestellt. Der Grundgedanke der Erfindung ist in der Maßnahme zu sehen, daß der von den Polflächen eines Ringmagneten stannlende Fluß ausschließlich mit Hilfe von Weicheisenleitstücken durch eine Spule hindurchgeführt wird, jedoch dergestalt, daß sich der von dem Permanentmagneten herrührende konstante Magnetfluß im Inneren der Spule aufhebt und nur der aufgrund der Feldverdrängung entstehende Magnetfluß im Innern der Spule sich zu einer magnetischen Induktion addiert, die in der Spule eine Spannung entsprechender Polarität induziert. Zu diesem Zweck sind als Pol töpfe bezeichnete Anordnungen 2 bis 5 vorgesehen, die aufgrund ihrer Ausbildung in der Lage sind, die Spule 11.mit ihren in Form eines räumlichen Dreizacks angeordneten Polschuhen 7 bis lo von außen zu umfassen und sie gleichzeitig über innere, aus Weicheisen bestehende Verbindungsstücke 12 und 13 ebenfalls mit dem Magnetfluß zu durchsetzen, so daß ein praktisch in sich geschlossener magnetischer Leiterkreis entsteht. Die Poltöpfe 2 bis 5 sind dabei so ausgebildet, daß sie aus einem kreisförmigen Basisteil und aus zu dem Basisteil senkrecht in Form eines räumlichen Dreizacks angeorndeten Polschuhen bestehen.To explain the invention, FIG. 1 in connection with Fig. 2 assumed. In Fig. 1, the internal structure of an embodiment is according to of the invention up to and including the eddy current drum 1, which rotated from the axis whose acceleration is to be measured is shown. The basic idea of the invention can be seen in the measure that the stannlende of the pole faces of a ring magnet Flux passed through a coil exclusively with the help of soft iron guide pieces is, however, such that the resulting from the permanent magnet is constant Magnetic flux inside the coil cancels and only due to the displacement of the field The resulting magnetic flux inside the coil turns into a magnetic induction added, which induces a voltage of the corresponding polarity in the coil. To this Purpose are designated as pole pots arrangements 2 to 5 provided due to their training are able to use the coil 11. with their in the form of a spatial Trident arranged pole pieces 7 to lo from the outside to encompass and they simultaneously via inner, made of soft iron connecting pieces 12 and 13 also with enforce the magnetic flux, so that a practically self-contained magnetic Leadership circle is created. The pole pots 2 to 5 are designed so that they are made of a circular base part and perpendicular to the base part in the form of a spatial Trident arranged pole pieces exist.

Als Permanentmagnet ist ein ringförmiger, in sich geschlossener tTagnet 14 vorgesehen (siehe Fig. 2 und 3), der in axialer Richtung magnetisiert ist, d.h. daß eine obere über den gesamten Umfang laufende Fläche beispielsweise den Nordpol und die untere Fläche den Südpol darstellt. Diese beiden Pole werden über spezielle Magnetpolschuhe 15 und 16, die mit Jeweils einem Polleitstück 16 verbunden sind, wiederholt, aber abwechselnd in den inneren Umfang des ringförmigen Permanentmagneten gebracht. Im Ausführungsbeispiel sind jeweils drei Polschuhe 15 vorgesehen, die von dem in Fig. 3 oberen Rand des ringförmigen Permanentmagneten und drei Polschuhe 16, die von dem unteren Rand des Permanentmagneten ausgehen.A ring-shaped, self-contained magnet is used as a permanent magnet 14 (see Figs. 2 and 3) magnetized in the axial direction, i. E. that an upper surface running over the entire circumference, for example the north pole and the lower surface represents the south pole. These two poles are about special Magnetic pole pieces 15 and 16, each connected to a pole piece 16, repeatedly but alternately in the inner circumference of the annular permanent magnet brought. In the embodiment, three pole shoes 15 are provided, which from the upper edge of the ring-shaped permanent magnet in FIG. 3 and three pole pieces 16, which extend from the lower edge of the permanent magnet.

Dadurch ergibt sich, daß über den inneren Umfang desringförmigen Permanentmagneten gesehen, sechs Polflächen vorl-iegen, die abwechselnd jeweils einen SUdpol bzw. einen Nordpol darstellen. Außerdem ist zusätzlich zu jedem Polschuh noch ein temperaturabhängiger Nebenschluß 17 vorgesehen (Fig. 2), der für die Kompensation des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands des Trommelmaterials sorgt.This results in that the ring-shaped permanent magnet over the inner circumference seen, there are six pole faces, each alternating one south pole or one south pole. represent a north pole. In addition to each pole piece, there is also a temperature-dependent one Shunt 17 is provided (Fig. 2), the compensation for the temperature-dependent electrical Resistance of the drum material ensures.

Entsprechend Fig. 2 ist der ringförmige Permanentmagnet 14 im Innern eines tassenförmigen Gehäuses 18 angebracht, das über Schrauben 19 mit einem Deckel 20 versehen ist. Der Permanentmagnet 14 ist fest als Stator in das Gehäuse 18 eingebaut. Nach innen zu folgt dann die mit einer äußeren Antriebswelle 21 verbundene Wirbelstromtrommel 1, die aus geeignetem Material, beispielsweise Aluminium oder auch Kupfer hergestellt sein kann. Die Wirbelstromtrommel trennt räumlich gesehen die Polflächen des Magneten von dem inneren Kernaufbau, der, wie schon erwähnt, in Fig. 1 in explodierter Darstellung ausführlich dargestellt ist.According to FIG. 2, the ring-shaped permanent magnet 14 is inside a cup-shaped housing 18 attached, which has screws 19 with a lid 20 is provided. The permanent magnet 14 is permanently installed in the housing 18 as a stator. The eddy current drum connected to an outer drive shaft 21 then follows inwards 1, which are made of suitable material, for example aluminum or copper can be. The eddy current drum spatially separates the pole faces of the magnet of the inner core structure, which, as already mentioned, in Fig. 1 in an exploded view is shown in detail.

Fügt man die in Fig. 1 dargestellten Einzelteile ohne Winkelverdrehung wieder zusammen, ergibt sich, daß die Spule 11 zunächst von zwei sich gegenüberstehenden Pol töpfen 3 und 4 umfaßt wird. Die als Gegenpolstücke zu den Polflächen des Permanentmagneten ausgebildeten Polschuhe 8 und 9 der Poltöpfe 3 und 4 sind so ausgebildet - wobei jeder Poltopf im Ausführungsbeispiel mit 3 Polschuhen versehen ist - daß Jeweils ein Polschuh 8 und ein Polschuh 9 vor einem gleichnamigen Pol des Permanentmagneten stehen; auch die übrigen Polschuhe dieser Pol töpfe stehen vor gleichnamigen Polflächen des Permanentmagneten; beispielsweise soll angenommen sein, daß sie sämtlich vor Südpole darstellenden Polflächen des Permanentmagneten stehen.If the individual parts shown in Fig. 1 are added without angular rotation together again, the result is that the coil 11 is initially of two opposite one another Pole pots 3 and 4 is included. The as opposite pole pieces to the pole faces of the permanent magnet trained pole shoes 8 and 9 of the pole pots 3 and 4 are designed - with each pole pot in the exemplary embodiment is provided with 3 pole pieces - that in each case a pole piece 8 and a pole piece 9 in front of a pole of the same name of the permanent magnet stand; The other pole pieces of these pole pots also face pole faces of the same name the permanent magnet; for example, assume that they are all above The pole faces of the permanent magnet that represent south poles are.

Die beiden anderen Poltöpfe 2 und 5 umfassen die Spule 11 ebenfalls von außen mit ihren Polschuhen 7 und lo, sind jedoch gegenüber den Pol töpfen 3 und 4 so verdreht, daß ihre Polschuhe 7 und lo jeweils zu zweit vor den übrigen Polflächen, die entsprechend der vorher getroffenen Abmachung nunmehr Nordpole darstellen, angeordnet sind. Schematisch ist eine solche Anordnung in der Kernabwicklung in Fig. 4 dargestellt, auf die weiter unten im Zusammenhang mit der Wirkungsweise der Anordnung noch genauer eingegangen wird.The two other pole pots 2 and 5 also encompass the coil 11 from the outside with their pole pieces 7 and lo, however, opposite the pole pots 3 and 4 twisted so that their pole pieces 7 and lo in pairs in front of the rest Pole faces, which now represent north poles in accordance with the previously made agreement, are arranged. Such an arrangement is schematically shown in the core processing in Fig. 4 shown on the below in connection with the operation of the Arrangement will be discussed in more detail.

Es ergibt sich also, daß die beiden inneren Poltöpfe 3 und 4 dadurch, daß ihre jeweiligen Polschuhe gemeinsam vor Südpolflächen des Permanentmagneten stehen - sie sind von diesen lediglich durch die dünne Wand der Wirbelstromtrommel 1 getrennt - selbst zu Südpolen, die beiden Poltöpfe 2 und 5 aufgrund der Stellung ihrer Polschuhe 7 und lo vor den Nordpolflächen des Permanentmagneten Nordpole geworden sind. Die Flußführung zwischen diesen Poltöpfen im Inneren der Ringspule 11 übernehmen jeweils sogenannte Leitstäbe bzw. Verbindungsstücke 12 bzw. 13, die jedoch so angeordnet sind, daß beispielsweise die aus weichmagnetisch hochpermeablem Material bestehenden Verbindungsstücke 13 den Pol topf 3 mit dem Poltopf 5 verbinden, wodurch im Inneren der Spule ein Magnetfluß im Sinne der auf den Verbindungsstücken 13 eingezeichneten Pf ielrichtung erzeugt wird. Damit dieser Magnetfluß, der von dem Nordpol-Poltopr 5 zu dem "SUdpol"-Poltopf 3 verläuft, nicht durch den ebenfalls "Südpol"-Poltopf 4 kurzgeschlossen wird, sind h dem Poltopf 4 Ausnehmungen 22 vorgesehen, durch welche die Verbindungsstücke 13 berUhrungslos zum Poltopf 5 hindurchgerührt sind. Außerdem ist zwischenden Poltöpfen 5 und 4 eine aus unmagnetisierbarem Material bestehende Zwischenscheibe 6 angeordnet,wodurch die beiden Poltöpfe 4 und 5 magnetisch voneinander isoliert sind. Das ist nötig, weil Ja entsprechend den vorhergehenden Erläuterungen, die sich jeweils auf einer SE: te der Spule 11 befindlichen Poltöpfe mit ihren Polschuhen vor ungleichnamigen Polfächen des Permanentmagneten stehen. Einturzschluß" zwischen diesen beiden Polen würde verhindern, daß der Magnetfluß durch das Spuleninnere geführt wird.The result is that the two inner pole pots 3 and 4 that their respective pole pieces together in front of the south pole faces of the permanent magnet stand - they are of these only through the thin wall of the eddy current drum 1 separate - even to the south of Poland, the two pole pots 2 and 5 due to the position their pole pieces 7 and lo in front of the north pole faces of the permanent magnet have become north poles are. Take over the flux guidance between these pole pots in the interior of the ring coil 11 in each case so-called guide rods or connecting pieces 12 and 13, which, however, are arranged in this way are that, for example, made of soft magnetic highly permeable material Connecting pieces 13 connect the pole pot 3 to the pole pot 5, whereby inside the coil a magnetic flux in the sense of that shown on the connecting pieces 13 Pf ielrichtung is generated. So that this magnetic flux from the North Pole Poltopr 5 to the "SUdpol" pole pot 3 runs, not through the likewise "South Pole" pole pot 4 is short-circuited, recesses 22 are provided in the pole pot 4, through which the connecting pieces 13 moved through without contact to the pole pot 5 are. In addition, between the pole pots 5 and 4 is one made of non-magnetizable material existing intermediate disk 6 arranged, whereby the two pole pots 4 and 5 magnetically are isolated from each other. This is necessary because yes according to the previous ones Explanations of the pole pots located on an SE: te of the coil 11 stand with their pole pieces in front of unlike pole faces of the permanent magnet. A "short circuit" between these two poles would prevent the magnetic flux is passed through the inside of the bobbin.

Entsprechend ist der "Südpol"-Poltopf 4 über Verbindungsstücke 12 mit dem 'Nordpol"-Poltopf 2 verbunden. Die Isolierung zwischen den Poltöpfen 2 und 3 wird von einer nichtmagnetisierbaren Zwischenscheibe 6' übernommen. In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, da es sich hierbei jedoch um einen Schnitt entsprechend der Linie A-B in Fig. 3 handelt, sind immer nur Teilstücke der einzelnen Bauelemente zu erkennen, was den überblick erschwert.The “south pole” pole pot 4 is correspondingly connected via connecting pieces 12 connected to the 'north pole' pole pot 2. The insulation between the pole pots 2 and 3 is taken over by a non-magnetizable intermediate disk 6 '. In Fig. 2 the same parts as in Fig. 1 are provided with the same reference numerals, since there are However, this is a section along the line A-B in FIG. 3 Only parts of the individual components can be recognized, which makes it difficult to get an overview.

Die Wirkungsweise der Anordnung soll im folgenden anhand der Fig. 4 erläutert werden.The mode of operation of the arrangement is described below with reference to FIG. 4 will be explained.

In Fig. 4 ist der innere Kernaufbau der Fig. 1 im abgewickelten Zustand dargestellt, wobei die Trommel 1 gar nicht und von dem Permanentmagneten lediglich die 6 Polflächen, nämlich Jeweils dreimal Südpol 16 und dreimal Nordpol 15 abwechselnd über den Umfang, dargestellt sind. Die einzelnen Abwicklungen muß man sich so denken, daß diese an ihren Endpunkten jeweils kreisförmig wieder zusammengeführt sind. Da es bei einer solchen Abwicklung schlecht möglich ist, die Ringspule 11 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Fig. 4 als eine einzige geschlossene Spule darzustellen, wurde um jedes Verbindungsstück 12 bzw. 13 zwischen den einzelnen Poltöpfen 2,4 und 3,5 eine Spulenteilwicklung 11' gezeichnet; sämtliche Teilwicklungen sind parallel geschaltet und repräsentieren die in Fig. 1 dargestellte Ringspule 11.In Fig. 4, the inner core structure of Fig. 1 is in the developed state shown, the drum 1 not at all and only from the permanent magnet the 6 pole faces, namely three times south pole 16 and three times north pole 15 alternately over the scope, are shown. You have to think of the individual transactions as that these are brought together again in a circle at their end points. There it is difficult with such a development to adjust the ring coil 11 accordingly the embodiment of FIG. 1 in FIG. 4 as a single closed coil To illustrate, was around each connector 12 and 13 between each Pole pots 2,4 and 3,5 a coil part winding 11 'drawn; all partial windings are connected in parallel and represent the ring coil shown in FIG 11.

Solange sich die Trommel 11 nicht bewegt, d.h. im Ruhezustand, ergibt sich eine magnetische Flußverteilung in dem gesamten System von Poltöpren und Verbindungsstücken entsprechend den dünn eingezeichneten, gegebenenfalls gegabelten Pfeilen mit schwarzer Spitze. Es tritt also aus den drei Nordpolflächen des ringförmigen Permanentmagneten ein Magnetfluß aus und verteilt sich paritätisch auf die beiden, diesen Nordpolflächen jeweils gegenüberstehenden Polschuhe der Poltöpfe 2 und 5.As long as the drum 11 is not moving, i.e. at rest, results magnetic flux distribution in the entire system of pole caps and connectors corresponding to the thinly drawn, possibly forked arrows with black arrows Top. So it emerges from the three north pole faces of the ring-shaped permanent magnet a magnetic flux and is distributed equally on the two, these north pole surfaces opposing pole shoes of pole pots 2 and 5.

Der von den Nordpolflächen herrührende magnetische Fluß in dem Pol topf 5 gelangt schließlich über die Verbindungsstege 13 zu dem Poltopf 3, und verschwindet wieder in den entsprechenden Südpolen des Magneten. Die magnetische Flußrichtung ist in diesem Falle in den Verbindungsstegen 13 von oben nach unten entsprechend den dünn eingezeichneten Pfeilen.The magnetic flux in the pole from the north pole faces Pot 5 finally reaches the pole pot 3 via the connecting webs 13 and disappears again in the corresponding south poles of the magnet. The direction of magnetic flux is in this case in the connecting webs 13 from top to bottom according to the thin arrows.

Im Gegensatz dazu verläuft der von dem Poltopf 2 herrührende magnetische Fluß in den Verbindungsstücken 12 von unten nach oben, er gelangt also zum Pol topf 4 und von dort aufgrund der Polschuhe 9 des Poltopres 4 ebenfalls in den Südpol des Permanentmagneten. Damit verlaufen die beiden konstanten Magnetfiüsse zunächst einmal völlig innerhalb eines hochpermeablen weicheisenmagnetischen Materials, und zwar abgesehen von den kleinen Luftspalten, die durch die übergänge von den Magnetpolschuhen 15 bzw. 16 des Permanentmagneten zu den einzelnen Gegenpolschuhen 7 bis lo der Poltöpfe vorliegen. Somit stehen jeder Polfläche des Magnetringes zwei Hälften des inneren Kernaufbaus gegenüber, wobei durch die spezielle Anordnung der in die jeweiligen Polhälften eintretende Fluß die Spule in entgegengesetzter Richtung durchsetzt.In contrast to this, the magnetic one originating from the pole pot 2 runs Flow in the connectors 12 from bottom to top, so it reaches the pole pot 4 and from there due to the pole shoes 9 of the pole top 4 also into the south pole of the permanent magnet. The two constant magnetic fiows thus run initially once completely within a highly permeable soft iron magnetic material, and apart from the small air gaps created by the transitions from the magnetic pole pieces 15 or 16 of the permanent magnet to the individual opposing pole shoes 7 to lo of the pole pots are present. Thus, there are two halves of the inner one for each pole face of the magnetic ring Core structure opposite, whereby due to the special arrangement of the in the respective Flux entering the pole halves passes through the coil in the opposite direction.

Dreht sich nun die zwischen dem ringförmigen Magneten und au inneren Kern angeordnete Wirbelstromtrommel aus gut leitendem Material, so wird in diesem trommelförmigen Rotor eine der Drehzahl proportionale Spannung induziert, deren Folge Ströme sind, deren Magnetrelder sich wiederum dem Feld des Permanentmagneten überlagern. Auf diese Weise ergibt sich für jede Trommeldrehzahl jeweils ein bestimmter Verzerrungszustand des resultierenden Gesamtmagnetfeldes. Durch Xnderungen in der Trommeldrehzahl, die einer Beschleunigung bzw. Verzögerung entsprechend, wird auch eine änderung des überlagerten Feldes verursacht, so daß durch diese änderung eine entsprechende Spannung in der Spule induziert werden kann, wobei Schwankungen in der Gesamtintensität des Feldes aufgrund der schon beschriebenen Gegenläufigkeit des durchsetzenden Permanentmagnetfeldes praktisch ohne Einfluß bleiben.Now rotates between the ring-shaped magnet and the inner one Core arranged eddy current drum made of highly conductive material, so in this drum-shaped rotor induces a voltage proportional to the speed, whose The result are currents whose magnetic fields are in turn the field of the permanent magnet overlay. In this way, there is a specific one for each drum speed State of distortion of the resulting total magnetic field. Due to changes in the Drum speed that corresponds to an acceleration or delay accordingly, a change in the superimposed field is also caused, so that this change a corresponding voltage can be induced in the coil, with fluctuations in the total intensity of the field due to the opposite direction already described the permeating permanent magnetic field remain practically without influence.

Bei einer änderung der Trommeldrehzahl wird das Magnetfeld in dem Sinne verzerrt, daß sich die Flußverteilung auf den Magnetpolen 15 und 16 verändert; und zwar wird der Fluß in der einen Hälfte eines Magnetpoles um denselben Betrag ansteigen, um den er in der anderen Hälfte geschwächt wird, d.h. der im Ruhezustand gleichmäßig über die Polfläche verteilte Magnetfluß wird in Bewegungsrichtung der Trommel zusammengedrängt. Man kann sich diese Flußverdrängung auch durch ein von den Trommel strömen induziertes Zusatzfeld jeweils zwischen den beiden Polhälften jedes Magnetpoles 15 bzw. 16 verursacht denken. Dieses Zusatzfeld ist in Fig. 4 für Jede Polhälfte durch die üblichen Symbole eingezeichnet, d.h.When the drum speed changes, the magnetic field in the Distorted sense that the flux distribution on the magnetic poles 15 and 16 changes; namely, the flux in one half of a magnetic pole becomes the same amount increase by which it is weakened in the other half, i.e. the one at rest Magnetic flux evenly distributed over the pole face becomes the in the direction of movement Drum huddled together. This flow displacement can also be seen by one of Induced additional fields flow through the drum between the two pole halves each magnetic pole 15 or 16 caused think. This additional field is shown in FIG. 4 for each pole half indicated by the usual symbols, i.e.

bei dem ersten Südpol (von links beginnend) ist zunächst ein (durch den Kreis mit dem Kreuz dargestellter), in die Polhälfte hineinlaufender und ein aus der anderen Polhälfte heraustretender (dargestellt durch den Kreiz mit dem Punkt) Magnetfluß eingezeichnet. Die anderen Polflächen tragen eine entsprechende Markierung, wobei dieses Zusatzfeld für die jeweiligen Nordpol-Polflächen umgekehrt verläuft. Dieser, zusätzlich zu der stationären Magnetfeldverteilung auftretende Magnetfluß ist durch Doppelpfeile gekennzeichnet; er tritt auf bzw. ändert sich in dem Maße, wie die Trommel 1 sich dreht bzw. ihre Drehzahl ändert.at the first south pole (starting from the left) there is initially a (through the circle with the cross), running into the pole half and a emerging from the other half of the pole (represented by the circle with the point) Magnetic flux is shown. The other pole faces are marked accordingly, where this additional field for the respective north pole pole faces reversed runs. This occurring in addition to the steady magnetic field distribution Magnetic flux is indicated by double arrows; it occurs or changes to the extent that the drum 1 rotates or changes its speed.

Verfolgt man die durch die Doppelpfeile angegebene dynamische Magnetflußverteilung, so erkennt man, daß dieser Magnetfluß in den Verbindungsstücken 12 und 13 die gleiche Richtung, nämlich in Fig. 4 von unten nach oben hat, unabhängig davon, ob der Magnetfluß von dem Pol topf 2 zum Poltopf 4 oder von dem Poltopf 5 zum Poltopf 3 erfolgt. Dieser dynamische Magnetfluß verläuft aufgrund der Flußleitung durch die Teile 12 und 19 im Inneren der Spule und induziert bei Änderung ein entsprechend kräftiges Ausgangssignal. Außerdem wird durch den vorliegenden Aufbau erreicht, daß das Zusatzmagnetfeld bzw. der aufgrund der Flußverdrängung entstandene Magnetfluß ausschließlich in dem hochpermeablen Material der Poltöpfe und Verbindungsstücke verläuft, abgesehen von dem Luftspalt bzw.If one follows the dynamic magnetic flux distribution indicated by the double arrows, so it can be seen that this magnetic flux in the connecting pieces 12 and 13 is the same Direction, namely in Fig. 4 from bottom to top, regardless of whether the magnetic flux from the pole pot 2 to the pole pot 4 or from the pole pot 5 to the pole pot 3 takes place. This dynamic magnetic flux passes through parts 12 and 19 due to the conduction of flux inside the coil and induces a correspondingly strong output signal when there is a change. In addition, the present structure ensures that the additional magnetic field or the magnetic flux created due to the displacement of the flux is exclusively in the highly permeable one Material of the pole pots and connecting pieces runs apart from the air gap respectively.

dem Trommelmaterial,.und ohne daß das Dauermagnetmaterial nochmals passiert werden müßte.the drum material, .and without the permanent magnet material again would have to be happened.

-Die erfindungsgemäße Anordnung hat etwa einen Durchmesser von 50 bis 70 mm und erzeugt eine Signalspannung von loo mV für 2 eine Winkelbeschleunigung von + 75 rad Trotzdem erfordert der erfindungsgemäße Winkelbeschleunigungsmesser nur Dauermagnetformen aus handelsüblichen Magnetwerkstoffen mittlerer Qualität, wobei dank der neuartigen Konstruktion Poltöpfe und die übrigen Kernteile aus Stanzteilen aufgebaut sein können und außerdem nur eine einzige Ringspule, in deren Inneren der magnetischen Nutzfluß verläuft, benötigt wird.The arrangement according to the invention has a diameter of approximately 50 up to 70 mm and generates a signal voltage of 100 mV for an angular acceleration of + 75 rad. Nevertheless, the angular accelerometer according to the invention requires only Permanent magnet molds made from commercially available magnetic materials of medium quality, whereby Thanks to the new construction, pole pots and the other core parts are made from stamped parts can be constructed and also only a single toroidal coil inside the useful magnetic flux is required.

Claims

Patent claims:

Angular accelerometer in which one carries out the measurement movement Eddy current drum is arranged in the magnetic field of a permanent magnet and the The displacement of the field caused by the movement of the drum is one of the change in movement proportional voltage induced in a coil arrangement, characterized in that that each pole of the permanent magnet (14) has at least two opposing pole pieces (7,8,9,10) oppose the soft magnetic conductive pieces (12, 13) with each other and with the coil arrangement (11) are connected so that the useful magnetic flux except of the drum air gap runs exclusively in these soft magnetic connections.

2. Angular accelerometer according to claim 1, -. characterized, that an external, annular permanent magnet (14) is provided in which Inside is the eddy current drum (1), and that at least four interlocking, pole pots separated from the permanent magnet (14) by the eddy current drum (1) (2, 3, 4, 5) are provided, the pole pieces of which are designed as opposing pole pieces (7, 8, 9, 10) so stand in front of the poles (15,16) of the permanent magnet and the one above, the magnetic flux leading magnetic connecting pieces arranged in the interior of one or more coils (11) (12:13) so with one another are connected that the through the Connector picks up flowing constant magnetic flux inside the coil and that due to the displacement of the flux as a result of the movement of the eddy current drum (1) The flux inside the coil is added and a signal proportional to the acceleration is induced.

3. Angular accelerometer according to claim 2, characterized in that that the interlocking pole pots (2> 3,4,5) from a circular base part and consist of upright pole rods (7,8,9,10) running perpendicular thereto, the magnetic flux from the permanent magnet through the eddy current drum record through.

4. Accelerometer according to claim 1, 2 and 3, characterized in that that always two pole pot pairs are provided, which with their outer lying, Pole shoes (7, 8, 9, lo) designed as counter-pole pieces encompass the coil body ( and the soft iron connecting pieces (12, i3) extending inside the coil (11) are connected to one another, the opposite pole shoes (7,8,9,10) of each pole pot is in communication with another pole of the permanent magnet.

5. Angular accelerometer according to claim 4, characterized in that that the pole pieces (7,9,) of each further Pole pot pair (2.4) are arranged in front of the poles of the permanent magnet (14) that of this Pole pot pair originating flux inside the coil the flux of the other pole pot pair (3,5) runs in the opposite direction.

6. Angular accelerometer according to claim 2 to 5, characterized in that that according to Fig. 1 inner pole pots (3, 4) with their pole pieces (8, 9) of the same name Poles (south poles, 16) of the permanent magnet (14) stand, but the coil (11) of embracing opposite sides and that the circular basio eil each inner Pole pot (3, 4) with recesses (22) for the contact-free passage of soft iron connecting pieces (12,13) is provided, which each have an inner pole pot (3 or 4) with the opposite outer pole pot (5 or 2), whose pole pieces are in front of the others Poles (north poles, 15) of the magnet stand, connects.

7. Angular accelerometer according to claim 1 to 6, characterized in that that two inner, each having three pole shoes, opposite pole pots (3, 4) are provided, of which, according to FIG. 1, the left inner pole pot (3) over, through the right inner (4) connecting pieces going through and not touching them (13) with the right outer pole pot (5) and the right inner pole pot (4) with the left outer pole pot (2) is connected.

8. Device according to claim 7, characterized in that between the pole pots on each side are separating or insulating disks (6,6 ') made of non-magnetic Material are provided.

9. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the annular permanent magnet (14) in the axial direction is magnetized, i.e. its upper half, for example, a north and its lower half forms a south pole and that alternately from above and below outgoing pole shoes (15, 16) extend inward over the entire width, so that alternating pole faces with different polarity are distributed over the circumference are.

lo. Device according to claim 9, characterized in that for each Pole shoe (15, 16) of the permanent magnet is an outgoing from the other pole face temperature-dependent magnetic shunt (17) to compensate for the temperature-dependent electrical resistance of the drum material is provided.

L e r s e i t e