DE19653639A1 - Rotational movement measuring device, e.g for ABS in vehicle - Google Patents
Rotational movement measuring device, e.g for ABS in vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung einer Drehbewegung und zur Erzeugung eines die Drehbewegung darstellenden elektrischen Signals. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Meßwertgeber in Form eines Enco ders, einer Zahnscheibe oder dergleichen, die mit einem Rad oder mit einem anderen die Drehbewegung ausführenden Teil umläuft, sowie aus einem stationären Meßwertaufnehmer, der eine Meßspule mit mindestens einem Permanentmagneten, mit Polschuhen und mit einer Meßwicklung aufweist, in der durch Änderung des über die Polschuhe und über den Meßwertgeber geführten Magnet- oder Streuflusses ein Meßsignal induziert wird.The invention relates to a device for measurement a rotary motion and to generate a rotary motion representing electrical signal. The device exists essentially from a transmitter in the form of an Enco ders, a toothed washer or the like, with a wheel or with another part performing the rotary movement rotates, as well as from a stationary transducer, the a measuring coil with at least one permanent magnet, with Pole shoes and with a measuring winding in which by Change of the over the pole pieces and over the transmitter guided magnetic or stray flux induced a measurement signal becomes.
Meßvorrichtungen oder induktive Drehzahlsensoren dieser Art sind bereits in zahlreichen Ausbildungsformen bekannt. Sol che Sensoren werden beispielsweise in bekannten blockier geschützten Bremsanlagen (ABS) und in Antriebsschlupfrege lungssystemen (ASR) zum Erfassen des Drehverhaltens der ein zelnen Fahrzeugräder benötigt. Diese Sensoren bestehen grundsätzlich aus einem stationären, an der Peripherie einer Zahnscheibe oder in der Radachse angeordneten Meßwertauf nehmer, der eine Meßspule mit einem Permanentmagneten ent hält. In der Meßspule wird beim Rotieren des Rades eine Wechselspannung induziert, deren Frequenz von der Zahnzahl und der Drehbewegung bestimmt wird. Die Meßspule enthält einen oder mehrere Polschuhe, die in unmittelbarer Nachbar schaft zu den Zähnen des Meßwertgebers enden und die den Verlauf des magnetischen Feldes oder Streufeldes beeinflus sen. Die Änderung des magnetischen Feldes zwischen Meßspule, Polschuhen und Zahnscheibe führt dann zu der Erzeugung des Meßsignals.Measuring devices or inductive speed sensors of this type are already known in numerous forms of training. Sol che sensors are blocked for example in known protected braking systems (ABS) and traction slip Systems (ASR) to record the turning behavior of the individual vehicle wheels needed. These sensors exist basically from a stationary, on the periphery of a Toothed lock washer or measured value arranged in the wheel axis Participant who ent a measuring coil with a permanent magnet holds. In the measuring coil there is a rotation of the wheel AC voltage induced whose frequency depends on the number of teeth and the rotational movement is determined. The measuring coil contains one or more pole pieces in the immediate vicinity shaft to the teeth of the sensor and the The course of the magnetic field or stray field is influenced sen. The change in the magnetic field between the measuring coil, Pole shoes and toothed washer then leads to the generation of the Measurement signal.
Aus der DE 42 13 977 A1 (P 7322) ist eine Meßvorrichtung mit einer doppelseitigen Meßspule bekannt, die in einem als Meß wertgeber dienenden Ring oder Hohlzylinder mit Innenverzah nung angeordnet ist. Die Meßspule sitzt auf einem Spulenträger, auch Spulenkörper genannt. Die Meßspule um schließt einen Permanentmagnetkern und Polschuhe. Die Pol schuhe liegen auf dem Spulenkern auf und sind in Form von langgestreckten, parallel zur Meßspulenachse ausgerichteten Plättchen ausgebildet, deren Enden beidseitig aus der Spule herausragen. Die Meßspule sitzt im Inneren einer rotieren den, innenverzahnten Scheibe, weshalb die Polschuhe auf bei den Seiten der Spule bis zu der Zahnung bzw. in die Nachbar schaft der Zahnung geführt sind.DE 42 13 977 A1 (P 7322) has a measuring device a double-sided measuring coil known in one as measuring value serving ring or hollow cylinder with internal toothing is arranged. The measuring coil sits on one Coil carrier, also called coil former. The measuring coil around closes a permanent magnet core and pole pieces. The pole shoes lie on the spool core and are in the form of elongated, aligned parallel to the measuring coil axis Platelets formed, the ends of both sides of the coil stick out. The measuring coil sits inside a rotating the internally toothed disc, which is why the pole pieces on the sides of the coil up to the teeth or in the neighboring shaft of the teeth are guided.
Die doppelseitige Ausbildung einer Meßspule ist ein Weg zur Erzeugung eines relativ hohen Meßsignals. Bei einem an der Peripherie einer rotierenden Zahnscheibe oder eines Encoder ringes, achsparallel oder radial, angeordneten Meßwertauf nehmer wirkt natürlich die Meßspule nur einseitig. Folglich sind andere Maßnahmen, z. B. Verringerung des Luftspaltes zwischen den Encoder-Zähnen und Polschuhen etc. erforder lich, um ein ausreichendes Meßsignal in dem induktiven Meß wertaufnehmer hervorzurufen.The double-sided formation of a measuring coil is a way to Generation of a relatively high measurement signal. At one on the Periphery of a rotating toothed disc or an encoder ring, axially parallel or radial, arranged measured value Of course, the measuring coil only acts on one side. Hence are other measures, e.g. B. Reduction of the air gap between the encoder teeth and pole shoes etc. required Lich to a sufficient measurement signal in the inductive measurement to cause value sensors.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art konstruktiv derart zu gestalten bzw. derart auszubilden, daß bei Ein haltung vorgegebener Außenabmessungen des Meßwertaufnehmers und der Meßspule und mit möglichst geringem Herstellungs- und Montageaufwand eine vergleichsweise hohe Nutzspannung bzw. ein hohes Meßsignal gewonnen wird. The present invention is based on the object constructively a measuring device of the type mentioned to design or train such that at one maintenance of specified external dimensions of the sensor and the measuring coil and with the lowest possible manufacturing and Installation effort a comparatively high useful voltage or a high measurement signal is obtained.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene Meßvorrichtung gelöst wird, deren Besonderheit darin besteht, daß die Meßwicklung auf einem als Spulenträger und Spulenkern dienenden Körper angeordnet ist, der aus magnetisierbarem Kunststoff besteht und in den die Polschuhe eingebettet sind.It has been found that this task through the Measuring device described is solved, the A special feature is that the measuring winding on a arranged as a coil carrier and coil core serving body is made of magnetizable plastic and in the the pole pieces are embedded.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird das für die komplette Meßspule zur Verfügung stehende Volumen optimal genutzt, weil im Gegensatz zu herkömmlichen Konstruktionen auf einen separaten Spulenträger oder Spulenkörper verzich tet wird und statt dessen die Meßwicklung unmittelbar auf einem Körper angeordnet ist, der aus magnetisierbarem Kunst stoff besteht. Dieser Körper ersetzt somit sowohl den Perma nentmagnetkern als auch den herkömmlichen Spulenkörper. In diesen magnetisierbaren Kunststoff sind die Polschuhe einge bettet.Due to the construction according to the invention that is for complete measuring coil available volume optimal used because in contrast to conventional constructions do without a separate bobbin or bobbin tet and instead the measuring winding immediately a body is arranged, which is made of magnetizable art fabric exists. This body thus replaces both the perma nentmagnetkern as well as the conventional coil body. In the pole shoes are inserted into this magnetizable plastic beds.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der als Kern und Spulenträger dienende Kunststoffkörper der Meßspule durch Magnetisieren des Kunststoffes in perma nentmagnetische Areale unterschiedlicher Polarität unter teilt. Dabei kann der aus dem magnetisierbaren Kunststoff hergestellte Körper gezielt derart magnetisiert werden, daß in Abstimmung mit der Anzahl und Anordnung der Polschuhe und der Ausbildung der Zahnscheibe ein besonders hohes Nutzsi gnal bzw. Meßsignal entsteht.According to an advantageous embodiment of the invention becomes the plastic body serving as the core and coil carrier the measuring coil by magnetizing the plastic in perma Magnetic areas of different polarity below Splits. It can be made of magnetizable plastic manufactured bodies are specifically magnetized such that in coordination with the number and arrangement of the pole pieces and the formation of the lock washer is particularly useful gnal or measurement signal arises.
Wenn der Meßwertaufnehmer in Form eines sogenannten Topfsen sors mit Stirnabgriff ausgebildet ist, hat es sich als gün stig erwiesen, wenn die Polschuhenden an der dem Meßwert geber bzw. der Zahnung zugewandten Seite aus der Meßspule heraus ragen. If the sensor in the form of a so-called pot Sors is designed with a forehead tap, it has turned out to be green proven when the pole shoe ends at the measured value encoder or the toothing side from the measuring coil stick out.
Nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel eines solchen Topfsensors sind in dem die Meßwicklung tragenden, aus dem magnetisierbaren Kunststoff bestehenden Körper vier Polschuhe eingebettet und derart angeordnet, daß die heraus ragenden Polschuhenden in Drehrichtung des Meßwertgebers hintereinander liegen, wobei die Magnetisierung derart aus geführt ist, daß bei einer Drehbewegung die Richtung des Magnetflusses bzw. Streuflusses, der über die Polschuhenden und die Zahnung verläuft, beim Passieren aufeinanderfolgen der Polschuhenden wechselt.According to a particularly advantageous embodiment of a Such pot sensors are in the carrying the measuring winding, body made of the magnetizable plastic four Pole shoes embedded and arranged so that the out protruding pole shoe ends in the direction of rotation of the sensor lie one behind the other, the magnetization being like this is performed that the direction of the Magnetic flux or stray flux that over the pole shoe ends and the toothing runs in succession as it passes the pole shoe ends changes.
Die Anordnung der Polschuhe, deren Breite und deren Abstand in Drehrichtung lassen sich aufeinander abstimmen. Als zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn bei der Ausführung mit vier Polschuhen der Abstand zwischen zwei benachbarten Pol schuhenden etwa der halben Zahnlücke bzw. dem halben Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen einer Meßwertgeber-Zahn scheibe entspricht.The arrangement of the pole pieces, their width and their distance in the direction of rotation can be coordinated. As has proven to be useful if the execution with four pole pieces the distance between two neighboring poles shoeing about half the tooth gap or half the distance between the successive teeth of a transmitter tooth disc corresponds.
In den Unteransprüchen sind noch andere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Other exemplary embodiments are in the subclaims described the invention.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildungen her vor. Dargestellt ist inFurther details, advantages and possible applications the invention will become apparent from the following description Embodiment based on the accompanying drawings in front. Is shown in
Fig. 1 im Axialschnitt, schematisch vereinfacht, ein Topf sensor nach der Erfindung und Fig. 1 in axial section, schematically simplified, a pot sensor according to the invention and
Fig. 2 im Schnitt entlang der Linie A-B der Meßwertauf nehmer des Sensors nach Fig. 1. Fig. 2 along the line AB of Meßwertauf participants of the sensor of Fig. 1 in section.
Bei der dargestellten Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung handelt es sich um einen sog. Topfsensor 1. Dieser Sensor oder, genauer, Meßwertaufnehmer 1 ist an der Peripherie einer nur ausschnittweise dargestellten Zahn scheibe 2 angeordnet, die mit dem Rad oder einem anderen Körper, dessen Drehbewegung gemessen werden soll, gekoppelt ist und mit diesem rotiert. Der Topfsensor 1 ist dagegen stationär, z. B. an dem Radträger eines Fahrzeugrades, be festigt.The illustrated embodiment of a measuring device according to the invention is a so-called pot sensor 1 . This sensor or, more precisely, transducer 1 is arranged on the periphery of a toothed disc 2 , which is only shown in sections, which is coupled to the wheel or another body, the rotational movement of which is to be measured, and rotates with it. The pot sensor 1 , however, is stationary, for. B. on the wheel carrier of a vehicle wheel, be fastened.
Es handelt sich um eine induktive Meßanordnung. Der Sensor bzw. Meßwertaufnehmer 1 besitzt daher eine Meßspule 3, die sich wiederum aus einer Meßwicklung 4 und aus einem als Spu lenkörper oder Spulenträger oder Spulenkern dienenden Körper 5 zusammensetzt. In dem dargestellten Beispiel sind vier Polschuhe 6-9 in dem Körper 3 eingebettet.It is an inductive measuring arrangement. The sensor or transducer 1 therefore has a measuring coil 3 , which in turn is composed of a measuring winding 4 and a body 5 serving as a coil body or coil carrier or coil core. In the example shown, four pole shoes 6-9 are embedded in the body 3 .
Die Meßspule 3 besitzt einen starren Abgriff; an der der eigentlichen Meßseite bzw. an der der Zahnscheibe 12 abge wandten Seite der Meßspule ist die Meßwicklung 4 mit einem Sensor-Anschlußkabel 10 galvanisch gekoppelt. Dieses Sensor-An schlußkabel 10 ist durch einen Aufnahmekörper 11 des dar gestellten Sensors 1 hindurchgeführt. Dieser Aufnahmekörper 11 dient auch zur Positionierung und Halterung der Meßspule 3 und des Sensors 1.The measuring coil 3 has a rigid tap; on the actual measuring side or on the toothed disc 12 abge facing side of the measuring coil, the measuring winding 4 is galvanically coupled to a sensor connecting cable 10 . This sensor-to connection cable 10 is passed through a receiving body 11 of the sensor 1 presented . This receiving body 11 also serves to position and hold the measuring coil 3 and the sensor 1 .
Die komplette Meßspule 3 des Sensors 1 sitzt in einem aus Kunststoff oder Metall bestehenden Becher oder Topf 12, der an dem Aufnahmekörper 11 befestigt ist und der für die not wendige mechanische Festigkeit und Abdichtung gegen das Ein dringen von Schmutz und Feuchtigkeit sorgt. Für die Ausge staltung und für das Herstellen solcher Gebilde stehen dem Fachmann zahlreiche Varianten und Verfahren zur Verfügung. The complete measuring coil 3 of the sensor 1 sits in a plastic or metal cup or pot 12 which is attached to the receiving body 11 and which ensures the necessary agile mechanical strength and sealing against the ingress of dirt and moisture. Numerous variants and methods are available to the person skilled in the art for the design and for the manufacture of such structures.
Die Polschuhe 6-9 ragen an der Meßseite, nämlich an der mit der Zahnscheibe 2 zusammenwirkenden Seite, aus der Meß spule 3 heraus. Die Enden dieser Polschuhe sitzen zweckmäßi gerweise in entsprechenden Aussparungen am Boden des die Meßspule 3 umgebenden Gehäuses oder Topfes 12. Es ist auch natürlich möglich, den Topf 12 durch Umspritzen der Sensor spule 3 im Bereich der Topfwandung und des Topfbodens her zu stellen.The pole shoes 6-9 protrude on the measuring side, namely on the side cooperating with the toothed disk 2 , from the measuring coil 3 . The ends of these pole pieces sit appropriately in corresponding recesses at the bottom of the housing or pot 12 surrounding the measuring coil 3 . It is of course also possible to manufacture the pot 12 by overmolding the sensor coil 3 in the area of the pot wall and the pot base.
Der als Spulenträger und Spulenkern dienende Körper 5 der Meßspule 3 wird nach dem Herstellen der kompletten Meßspule 3 magnetisiert, so daß beispielsweise die in Fig. 1 angedeu tete Unterteilung in permanentmagnetische Areale unter schiedlicher Polarität entsteht (N = Nordpol; S = Südpol). Durch die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors bzw. des Körpers 5 aus magnetisierbarem Kunststoff, der ein nachträg liches Magnetisieren mit weitgehend beliebiger Verteilung der permanentmagnetischen Areale zuläßt, kann eine errechne te oder empirisch ermittelte, den jeweiligen Gegebenheiten besonders gut angepaßte Magnetisierung realisiert werden.The body 5 of the measuring coil 3 , which serves as the coil carrier and coil core, is magnetized after the production of the complete measuring coil 3 , so that, for example, the division indicated in FIG. 1 into permanent magnetic areas with different polarity arises (N = north pole; S = south pole). By producing the sensor or the body 5 according to the invention from magnetizable plastic, which permits subsequent magnetization with largely any distribution of the permanent magnetic areas, a calculated or empirically determined magnetization that is particularly well adapted to the respective circumstances can be realized.
Die Polschuhe 6-9 sind in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise hintereinander angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Polschuhenden 6', 7'; 7', 8'; 8', 9' entspricht in etwa dem halben Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 13, 14; 14, 15. Dadurch wird erreicht, daß das magne tische Feld oder Streufeld, das über die Polschuhe und über die Zähne 13-15 verläuft, beim Passieren der einzelnen Zähne seine Richtung ändert. Auf diese Weise wird schon bei relativ geringer Radgeschwindigkeit, d. h. langsamer Relativ bewegung zwischen der Zahnscheibe 2 und dem stationären Sen sor 1, eine vergleichsweise hohe Störung und Änderung des magnetischen Feldes und damit die Induktion eines relativ hohen Nutzsignals erreicht. Dieses Nutzsignal oder Meßsignal steht am Ausgang der Wicklung 4 der Meßspule 3 zur Verfü gung.The pole shoes 6-9 are arranged one behind the other in the manner shown in FIG. 2. The distance between two adjacent pole shoe ends 6 ', 7 '; 7 ', 8 '; 8 ', 9 ' corresponds approximately to half the distance between two successive teeth 13 , 14 ; 14 , 15 . This ensures that the magnetic field or stray field, which runs over the pole pieces and over the teeth 13-15 , changes its direction when passing the individual teeth. In this way, a comparatively high disturbance and change in the magnetic field and thus the induction of a relatively high useful signal is achieved even at a relatively low wheel speed, ie slow relative movement between the toothed disk 2 and the stationary sensor 1 . This useful signal or measurement signal is available at the output of the winding 4 of the measuring coil 3 .
Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform der Meßspule, nämlich durch das Ersetzen des Spulenträgers und des Kernes durch einen gemeinsamen, aus magnetisierbarem Kunststoff hergestellten Körper 5, wird das Einbetten einer größeren Zahl von Polschuhen, hier von vier Polschuhen, ohne Inkauf nahme eines hohen Herstellungsaufwandes ermöglicht. Diese Vielzahl von Polschuhen wirkt sich auf die Höhe des an der Meßspule abgreifbaren Nutzsignals, wie dies bereits erläu tert wurde, besonders günstig aus. Alternativ oder zusätz lich werden die Anforderungen an den Luftspalt zwischen den Polschuhenden 6' bis 9' und den Zähnen 13 bis 15 - der Luftspalt muß bekanntlich auch unter ungünstigen Toleranzbe dingungen möglichst gering sein - reduziert. Auch dies wirkt sich auf den Herstellungs- und Montageaufwand vorteil haft aus.By the embodiment of the measuring coil according to the invention, namely by replacing the coil carrier and the core by a common body made of magnetizable plastic 5 , the embedding of a larger number of pole pieces, here of four pole pieces, is possible without having to accept a high manufacturing effort. This large number of pole pieces has a particularly favorable effect on the level of the useful signal which can be tapped at the measuring coil, as has already been explained. Alternatively or additionally, the requirements for the air gap between the pole shoe ends 6 'to 9 ' and the teeth 13 to 15 - the air gap must be known to be as small as possible, even under unfavorable tolerance conditions - are reduced. This also has an advantageous effect on the manufacturing and assembly costs.
Erfindungsgemäß wird also mit einfachen Mitteln eine erheb liche Verbesserung und Verbilligung erreicht.According to the invention, an increase is thus achieved using simple means improvement and cheapening achieved.
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