DE19652082A1 - Eddy current measuring device - Google Patents

Eddy current measuring device

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DE19652082A1 DE1996152082 DE19652082A DE19652082A1 DE 19652082 A1 DE19652082 A1 DE 19652082A1 DE 1996152082 DE1996152082 DE 1996152082 DE 19652082 A DE19652082 A DE 19652082A DE 19652082 A1 DE19652082 A1 DE 19652082A1
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Abstract

The invention relates to an instrument for measuring eddy currents for a tachometer, comprising a radially magnetized permanent magnet (4) and a second axially magnetized permanent magnet (8). The radially magnetized permanent magnet (4) is used to generate eddy currents in an eddy current body (2), which moves a needle (7) placed on a centre arbor (1). The second, axially magnetized permanent magnet (8) is mounted a short distance opposite to a fixed Hall element (10). To generate an especially powerful magnetic field the permanent magnet (4) of the eddy current body (2) is magnetized diametrically. The second permanent magnet (8) comprises several pairs of magnetic poles and permits a high resolution of the angle of rotation of a drive shaft (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrommeßwerk, insbeson­ dere für einen Tachometer, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle befestigten, radial magnetisierten Perma­ nentmagneten und mit einem glockenförmigen, den Perma­ nentmagneten übergreifenden, drehfest auf einer Zeiger­ welle angeordneten Wirbelstromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle.The invention relates to an eddy current measuring device, in particular another for a speedometer, with a non-rotatable on one Drive shaft attached, radially magnetized perma magnet and with a bell-shaped, the Perma overlapping magnet, non-rotatable on a pointer shaft arranged eddy current body from an electrical conductive material and a Hall element for measurement the speed of the drive shaft.

Solche Wirbelstrommeßwerke werden beispielsweise in Ta­ chometern von Fahrzeugen zur Anzeige einer zu der Dreh­ zahl der Antriebswelle proportionalen Geschwindigkeit und zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle und damit einer zurückgelegten Entfernung einge­ setzt und sind damit bekannt. Hierbei erzeugt der Perma­ nentmagnet mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle Wirbelströme in dem Wirbelstromkörper. Das Hallelement steht der dem Wirbelstromkörper abgewandten Seite des Permanentmagneten mit geringem Abstand gegenüber und er­ zeugt bei einem Vorbeibewegen eines Magnetpolpaares des Permanentmagneten ein elektrisches Signal. Die Anzahl der elektrischen Signale ist proportional zu der Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle.Such eddy current measuring devices are, for example, in Ta chometers of vehicles to display one to the rotation speed and speed proportional to the drive shaft to determine the number of revolutions of the drive wave and thus a distance covered sets and are known with it. Here the perma creates Magnet with increasing speed of the drive shaft Eddy currents in the eddy current body. The Hall element is the side of the eddy current body facing away from Permanent magnets with a short distance opposite and he testifies when a pair of magnetic poles moves past  Permanent magnets an electrical signal. The number of electrical signals is proportional to the number of Revolutions of the drive shaft.

Nachteilig bei dem bekannten Wirbelstrommeßwerk ist, daß der Permanentmagnet in der Regel zylinderförmig ge­ staltet ist und an seinen Stirnseiten nur ein schwaches magnetisches Feld erzeugt. Die Erfassung von schwachen magnetischen Feldern erfordert den Einsatz von besonders kostenintensiven Hallelementen. Weiterhin ist der Perma­ nentmagnet zur Übertragung eines möglichst starken Ma­ gnetfeldes auf den Wirbelstromkörper häufig diametral ma­ gnetisiert. Hierdurch läßt sich durch das Hallelement nur eine sehr geringe Auflösung des Drehwinkels der An­ triebswelle erzeugen.A disadvantage of the known eddy current measuring device is that the permanent magnet is generally cylindrical ge is shaped and only a weak one on its front sides generated magnetic field. The detection of weak magnetic fields requires the use of special costly Hall elements. Furthermore, the perma Magnet to transmit the strongest possible measurement gnetfeldes on the eddy current body often diametrically ma gnetized. This allows the Hall element only a very low resolution of the angle of rotation of the on generate drive shaft.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Wirbel­ strommeßwerk der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es kostengünstig aufgebaut ist und eine möglichst genaue Ermittlung des Drehwinkels der Antriebswelle er­ möglicht.The problem underlying the invention is a vortex to design the current measuring mechanism of the type mentioned at the beginning, that it is inexpensive and one if possible exact determination of the angle of rotation of the drive shaft possible.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein weiterer Permanentmagnet zur Erregung des Hallelementes vorgesehen ist.This problem is solved according to the invention in that at least one other permanent magnet to excite the Hall element is provided.

Hierdurch kann man den Permanentmagneten des Wirbelstrom­ körpers unabhängig von den Erfordernissen des Hallelemen­ tes zur Erzeugung eines möglichst starken Magnetfeldes beispielsweise diametral magnetisiert. Da das Hallelement einem eigenen oder mehreren Permanentmagneten gegenüber­ steht, erzeugt es den vorbeibewegten Magnetpolpaaren ein­ deutig zuzuordnende elektrische Signale. Eine mit dem er­ findungsgemäßen Wirbelstrommeßwerk ermittelte Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle ist damit besonders genau. Zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle oder ihres Stellwinkels ist im einfachsten Fall nur ein einziges, besonders kostengünstig gefertigtes Halle­ lement erforderlich. Die Auflösung des Drehwinkels ist in diesem Fall abhängig von der Anzahl der Magnetpolpaare des Permanentmagneten des Hallsensors.This allows the permanent magnet of the eddy current body regardless of the requirements of Hallelemen tes to generate the strongest possible magnetic field for example diametrically magnetized. Because the Hall element with one or more permanent magnets stands, it generates the magnetic pole pairs that are moving past clearly assignable electrical signals. One with which he Eddy current measuring device according to the invention determined number of The rotation of the drive shaft is therefore particularly precise. To determine the number of revolutions of the drive  shaft or its setting angle is in the simplest case only a single, particularly cost-effectively manufactured hall element required. The resolution of the angle of rotation is in in this case depending on the number of magnetic pole pairs of the Hall sensor permanent magnet.

Zur Erregung des Hallelementes könnte beispielsweise ein einzelner Permanentmagnet an einem Ausleger der Antriebs­ welle angeordnet sein. Das Wirbelstrommeßwerk läßt sich jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung konstruktiv besonders einfach montieren, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes ringförmig die An­ triebswelle umschließend gestaltet ist. Zur Erfassung ei­ ner vorgesehenen Auflösung des Drehwinkels kann der Per­ manentmagnet des Hallsensors beispielsweise mehrere an seiner dem Hallelement zugewandten Seite angeordnete Ma­ gnetpolpaare aufweisen.For example, to excite the Hall element single permanent magnet on a boom of the drive wave be arranged. The eddy current measuring mechanism can be however, according to an advantageous further development of the Erfin The construction is particularly easy to install if the Permanent magnet of the Hall element ring-shaped drive shaft is designed around. To capture egg ner intended resolution of the angle of rotation, the Per manentmagnet of the Hall sensor, for example, several Ma arranged on its side facing the Hall element have magnetic pole pairs.

Eine gegenseitige Überlagerung von magnetischen Feldern der beiden Permanentmagnete wird gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig ver­ mieden, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes auf der dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers abge­ wandten Seite axial magnetisiert ist. Hierdurch verlaufen die Feldlinien der Permanentmagnete um 90° verdreht zu­ einander, so daß der Permanentmagnet des Wirbelstromkör­ pers am Hallelement ein wesentlich schwächeres magneti­ sches Feld aufbaut als der Permanentmagnet des Hallele­ mentes. Fehlmessungen des Hallelementes durch magnetische Felder des Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers wer­ den durch diese Gestaltung zuverlässig vermieden.A mutual superposition of magnetic fields of the two permanent magnets is according to another one partial development of the invention reliably ver avoid when the permanent magnet of the Hall element the abge the permanent magnet of the eddy current body facing side is axially magnetized. Run through this the field lines of the permanent magnets are rotated by 90 ° each other, so that the permanent magnet of the eddy current body pers on the Hall element a much weaker magneti field builds up as the permanent magnet of the Hallele mentes. Incorrect measurements of the Hall element due to magnetic Fields of the permanent magnet of the eddy current body who reliably avoided by this design.

Das Wirbelstrommeßwerk weist gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kleine Abmessungen auf, wenn der Permanentmagnet des Hallelemen­ tes an dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers an­ liegt.According to another, the eddy current measuring device has one partial development of the invention particularly small Dimensions on when the permanent magnet of Hallelemen  tes on the permanent magnet of the eddy current body lies.

Fehlmessungen des Hallsensors durch eine gegenseitige Überlagerung der magnetischen Felder der Permanentmagnete werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weiter verringert, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes mit geringem Abstand zu dem Permanent­ magneten des Wirbelstromkörpers angeordnet ist.Incorrect measurements of the Hall sensor due to a mutual Superposition of the magnetic fields of the permanent magnets according to another advantageous development the invention further reduced when the permanent magnet of the Hall element at a short distance from the permanent magnets of the eddy current body is arranged.

Das von Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld ist umso schwächer und gleichförmiger, je mehr Magnetpolpaare dieser aufweist. Will man den Drehwinkel der Antriebswel­ le mit einer besonders hohen Auflösung erfassen, könnte man den Permanentmagneten des Hallelementes mit besonders vielen Magnetpolpaaren versehen. Dies erfordert jedoch den Einsatz eines besonders empfindlichen und damit ko­ stenintensiven Hallelementes. Eine besonders hohe Auflö­ sung des Drehwinkels läßt sich gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung auch mit weniger empfindlichen und damit kostengünstigen Hallelementen er­ zeugen, wenn zur Erfassung der Drehzahl oder des Drehwin­ kels der Antriebswelle mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Hallelemente vorgesehen sind. Der Abstand zweier Hallelemente könnte beispielsweise dem halben Ab­ stand eines Magnetpolpaares entsprechen.The magnetic field generated by permanent magnets is the weaker and more uniform the more magnetic pole pairs this has. If you want the angle of rotation of the drive shaft le could capture with a particularly high resolution one with the permanent magnet of the Hall element in particular many magnetic pole pairs. However, this requires the use of a particularly sensitive and therefore knockout most intensive Hall element. A particularly high resolution solution of the angle of rotation can be according to another partial development of the invention with less sensitive and therefore inexpensive Hall elements testify when to record the speed or the spin kels of the drive shaft several, at a distance from each other arranged Hall elements are provided. The distance two Hall elements could, for example, half the Ab correspond to a pair of magnetic poles.

$ie Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention permits numerous embodiments. For There are two more to clarify its basic principle of shown in the drawing and are below described. This shows in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungs­ gemäßes Wirbelstrommeßwerk, Fig. 1 is a sectional view through a fiction, according Wirbelstrommeßwerk,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Wirbelstrommeß­ werks aus Fig. 1 entlang der Linie II-II, Fig. 2 is a sectional view of the Wirbelstrommeß plant of FIG. 1 along the line II-II,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Wirbelstrom­ meßwerks. Fig. 3 shows another embodiment of the eddy current measuring mechanism.

Die Fig. 1 zeigt ein Wirbelstrommeßwerk mit einem auf einer Zeigerwelle 1 befestigten, glockenförmigen Wirbel­ stromkörper 2. Der Wirbelstromkörper 2 übergreift einen auf einer Antriebswelle 3 befestigten, radial magneti­ sierten Permanentmagneten 4. Auf der dem Permanentmagne­ ten 4 abgewandten Seite des Wirbelstromkörpers 2 ist ein Rückschlußring 5 angeordnet. Die Zeigerwelle 1 wird von einer Drehfeder 6 in eine Grundstellung vorgespannt und trägt auf ihrem dem Wirbelstromkörper 2 abgewandten Ende einen Zeiger 7. Auf der Unterseite des radial magneti­ sierten Permanentmagneten 4 ist ein zweiter Permanentma­ gnet 8 angeordnet, der auf seiner dem radial magnetisier­ ten Permanentmagneten 4 abgewandten Seite mehrere in Fig. 2 dargestellte Magnetpolpaare 9 aufweist. Mit gerin­ gem Abstand vor dem zweiten Permanentmagneten 8 ist ein Hallelement 10 angeordnet, das bei einem Vorbeibewegen eines der Magnetpolpaare 9 ein elektrisches Signal er­ zeugt. Fig. 1 shows a Wirbelstrommeßwerk with an attached to a pointer shaft 1, bell-shaped eddy-current body 2. The eddy current body 2 engages over a fixed on a drive shaft 3 , radially magneti-based permanent magnet 4th On the permanent magnet 4 th side of the eddy current body 2 , a return ring 5 is arranged. The pointer shaft 1 is biased into a basic position by a torsion spring 6 and carries a pointer 7 on its end facing away from the eddy current body 2 . On the underside of the radially magnetized permanent magnet 4 , a second permanent magnet 8 is arranged, which on its side facing away from the radially magnetized th permanent magnet 4 has a plurality of magnetic pole pairs 9 shown in FIG. 2. With a small distance in front of the second permanent magnet 8 , a Hall element 10 is arranged which, when one of the magnetic pole pairs 9 moves past, generates an electrical signal.

Eine Drehung der Antriebswelle 3 und damit des radial ma­ gnetisierten Permanentmagneten 4 erzeugt der Winkelge­ schwindigkeit des Permanentmagneten 4 entsprechend starke Wirbelströme in dem Wirbelstromkörper 2. Diese Wirbel­ ströme lenken die Zeigerwelle 1 gegen die Kraft der Dreh­ feder 6 aus. Die Auslenkung des Zeigers 7 ist hierbei ab­ hängig von der Drehzahl der Antriebswelle 3. Die Anzahl der von dem Hallelement 10 erzeugten elektrischen Signale ist das Produkt der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle 3 und der Anzahl der Magnetpolpaare 9 des zweiten Permanentmagneten 8. A rotation of the drive shaft 3 and thus the radially ma magnetized permanent magnet 4 generates the Winkelge speed of the permanent magnet 4 correspondingly strong eddy currents in the eddy current body 2nd These eddy currents deflect the pointer shaft 1 against the force of the rotary spring 6 . The deflection of the pointer 7 is dependent on the speed of the drive shaft 3 . The number of electrical signals generated by the Hall element 10 is the product of the number of revolutions of the drive shaft 3 and the number of magnetic pole pairs 9 of the second permanent magnet 8 .

Die Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung des Wirbel­ strommeßwerks aus Fig. 1 entlang der Linie II-II, daß der zweite Permanentmagnet 8 eine Vielzahl von Ma­ gnetpolpaaren 9 trägt und damit eine besonders hohe Auf­ lösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 ermöglicht. Der Permanentmagnet 4 des Wirbelstromkörpers 2 ist diame­ tral magnetisiert und weist damit nur ein Magnetpolpaar auf. Hierdurch werden in dem Wirbelstromkörper 2 beson­ ders starke Wirbelströme erzeugt. Fig. 2 shows in a sectional view of the vortex flowmeter from Fig. 1 along the line II-II that the second permanent magnet 8 carries a plurality of Ma gnetpolpaaren 9 and thus enables a particularly high resolution of the angle of rotation of the drive shaft 3 . The permanent magnet 4 of the eddy current body 2 is magnetically magnetized and thus has only one pair of magnetic poles. As a result, strong eddy currents are generated in the eddy current body 2 .

Bei einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Wirbelstrommeßwerks ist der zweite Permanentmagnet 8 mit einem geringen Abstand zu dem Permanentmagneten 4 des Wirbelstromkörpers 2 angeordnet. Hierdurch wird eine ge­ genseitige Überlagerung der magnetischen Felder der Per­ manentmagnete 4, 8 besonders gering gehalten. Weiterhin hat das Wirbelstrommeßwerk zwei Hallelemente 11, 12, die mit einem Versatz von einem halben Abstand der Magnetpol­ paare des zweiten Permanentmagneten 8 zueinander angeord­ net sind. Hierdurch wird die Auflösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 bei gleicher Anzahl der Magnetpolpaa­ re verdoppelt.In an embodiment of the eddy current measuring mechanism shown in FIG. 3, the second permanent magnet 8 is arranged at a short distance from the permanent magnet 4 of the eddy current body 2 . As a result, a ge mutual superposition of the magnetic fields of the permanent magnets 4 , 8 is kept particularly low. Furthermore, the eddy current measuring mechanism has two Hall elements 11 , 12 , which are pairs with an offset of half a distance of the magnetic pole pairs of the second permanent magnet 8 from one another. As a result, the resolution of the angle of rotation of the drive shaft 3 is doubled for the same number of magnetic pole pairs.

Claims (6)

1. Wirbelstrommeßwerk, insbesondere für einen Tachome­ ter, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle befestig­ ten, radial magnetisierten Permanentmagneten und mit ei­ nem glockenförmigen, den Permanentmagneten übergreifen­ den, drehfest auf einer Zeigerwelle angeordneten Wirbel­ stromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebs­ welle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weite­ rer Permanentmagnet (8) zur Erregung des Hallelementes (10-12) vorgesehen ist.1. Eddy current measuring mechanism, in particular for a tachometer, with a rotationally fixed on a drive shaft, radially magnetized permanent magnets and with a bell-shaped, the permanent magnets overlap the, rotatably arranged on a pointer shaft eddy current body made of an electrically conductive material and a Hall element for measurement the speed of the drive shaft, characterized in that at least one wide permanent magnet ( 8 ) is provided for exciting the Hall element ( 10-12 ). 2. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (10-12) ringförmig die Antriebswelle (3) umschließend gestaltet ist.2. Eddy current measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 8 ) of the Hall element ( 10-12 ) is designed annularly surrounding the drive shaft ( 3 ). 3. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallele­ mentes (10-12) auf der dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) abgewandten Seite axial magneti­ siert ist. 3. eddy current measuring mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet ( 8 ) of the Hallele element ( 10-12 ) on the permanent magnet ( 4 ) of the eddy current body ( 2 ) facing away is axially magneti siert. 4. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Perma­ nentmagnet (8) des Hallelementes (10) an dem Permanentma­ gneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) anliegt.4. eddy current measuring mechanism according to at least one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet ( 8 ) of the Hall element ( 10 ) on the permanent magnet ( 4 ) of the eddy current body ( 2 ). 5. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Perma­ nentmagnet (8) des Hallelementes (11, 12) mit geringem Abstand zu dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkör­ pers (2) angeordnet ist.5. Eddy current measuring mechanism according to at least one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet ( 8 ) of the Hall element ( 11 , 12 ) is arranged at a short distance from the permanent magnet ( 4 ) of the eddy current body ( 2 ). 6. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfas­ sung der Drehzahl oder des Drehwinkels der Antriebswelle (3) mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Hallele­ mente (11, 12) vorgesehen sind.6. eddy current measuring mechanism according to at least one of the preceding claims, characterized in that for detecting the speed or the angle of rotation of the drive shaft ( 3 ) a plurality of spaced Hallele elements ( 11 , 12 ) are provided.
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