DE19842990A1 - Apparatus and method for detecting the rotational movement of a shaft - Google Patents

Apparatus and method for detecting the rotational movement of a shaft

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DE19842990A1
DE19842990A1 DE1998142990 DE19842990A DE19842990A1 DE 19842990 A1 DE19842990 A1 DE 19842990A1 DE 1998142990 DE1998142990 DE 1998142990 DE 19842990 A DE19842990 A DE 19842990A DE 19842990 A1 DE19842990 A1 DE 19842990A1
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Guenter Haderer
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Abstract

The invention relates to a device for detecting the movement of rotation of a shaft (3), comprising a flux modulator (5, 15) that rotates with the shaft and through which a magnetic circuit runs, whereby the flux modulator (5, 15) modulates the flux in the magnetic circuit with n number of periods per rotation of said shaft (3). The device also comprises a magnetic field sensor (7) for detecting fluctuations in the magnetic field in the magnetic circuit that are caused by the rotation of the flux modulator (5, 15), in addition to a comparator (23, 24) that compares the output signal of the magnetic field sensor (7) with a threshold value. The comparator (23, 24) emits a signal that indicates a movement of rotation when the output signal of the magnetic field sensor (7) exceeds the threshold value in a given direction. No signal is emitted when the output signal exceeds the threshold value in the opposite direction. The movement of rotation can thus be detected with a certain amount of tolerance with respect to inaccuracies and drifting of said threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfas sung der Drehbewegung einer Welle mit den im Ober begriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zum Erfassen einer solchen Drehbewe gung. The invention relates to a device for Erfas solution the rotational movement of a shaft with the term in the top of claim 1 features mentioned as well as a method for detecting such Drehbewe supply.

Stand der Technik State of the art

Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art wer den in vielen technischen Bereichen eingesetzt, um Drehbewegungen beispielsweise von Elektromotoren zu erfassen und quantitativ zu messen. Devices and methods of the type mentioned who the used in many technical fields to detect rotational movements, for example, electric motors and quantitatively measure. Ein spezielles Anwendungsgebiet für solche Vorrichtungen und Ver fahren sind Steuersysteme für die Antriebsmotoren von Schiebedächern oder Fensterhebern, welche die Antriebsmotoren selbsttätig abschalten, wenn das Schiebedach bzw. die Fensterscheibe ein Ende sei nes/ihres Bewegungsbereiches erreicht hat. drive a specific area of ​​application for such devices and Ver are control systems for the drive motors of sunroofs or windows, which shut down the drive motors automatically when the sunroof or the window pane is an end nes / has reached its range of movement.

Es ist zwar möglich, in solchen Systemen Ab schaltautomatiken einzusetzen, die die Stromversor gung eines Antriebsmotors unterbrechen, wenn erfaßt wird, daß dieser sich nicht mehr dreht, weil die Fensterscheibe oder das Schiebedach einen Anschlag am Ende des Bewegungsbereichs erreicht hat. While it is possible to use automatic isolation equipment in such systems from which supply the Stromversor interrupt a drive motor when it is detected that this has stopped spinning because the window or the sunroof has reached a stop at the end of the movement range.

Ein Nachteil solcher Systeme ist jedoch, daß bei jeder Betätigung das dem Motor nachgeschaltete Ge triebe eine heftige Erschütterung erfährt, wenn das Schiebedach oder Fenster seinen Anschlag erreicht und dadurch unnötig strapaziert wird. However, a disadvantage of such systems is that with each actuation of the downstream motor Ge gear undergoes a violent vibration, when the sunroof or window reaches its stop and thereby unnecessary strain.

Es ist deshalb wünschenswert, die Position eines solchen Fensters oder Schiebedachs stets genau ver folgen zu können, um rechtzeitig vor Erreichen des Anschlags am Ende des Bewegungsbereichs den Motor anhalten oder seine Antriebskraft begrenzen zu kön nen. It is therefore desirable to be able to always follow the position of such a window or sunroof exactly ver to the end of the movement area stop in time before reaching the stop the engine or NEN limit its driving force to Kings.

Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Vorrichtungen zur Erfassung der Drehbewegung einer Antriebswelle entwickelt worden. For this purpose, various devices for detecting the rotational movement of a drive shaft have been developed. Eine bekannte Lösung verwendet einen an der Welle montierten kreisscheibenförmigen Magneten, dessen Nord- und Südpol durch eine durch die Welle verlaufende Ebene getrennt sind. A known solution uses a shaft mounted circular disc-shaped magnet, the north and south poles are separated by a plane passing through the shaft level. In einem Magnetkreis, der durch diesen Magneten verläuft, ist ortsfest ein Hallsensor angeordnet. In a magnetic circuit which passes through this magnet, a Hall sensor is arranged stationary. Durch seine Drehung moduliert der scheibenförmige Magnet den von Hallsensor erfaßten Fluß mit einer Periode, die der Umdrehungsperiode der Welle entspricht. Due to its rotation the disc-shaped magnetic modulates the flow sensed by Hall effect sensor with a period corresponding to the period of rotation of the shaft. Der Hallsensor erzeugt ein Signal, das je nach Vorzei chen des Flusses zwei verschiedene Werte annehmen kann. The Hall sensor generates a signal that can assume two different values ​​depending on Vorzei surfaces of the river. Vielfältige Toleranzeinflüsse, die z. Versatile tolerance influences such. B. mit dem magnetischen Fluß, der Anordnung des Hallsen sors oder der Schalthysterese des Hallsensors zu sammenhängen, führen dazu, daß in den meisten Fäl len einer der beiden Ausgangspegel des Hallsensors länger anhält als der andere. to sammenhängen example, with the magnetic flux arrangement of the Hallsen sors or the switching hysteresis of the Hall sensor, cause in most FAEL len one of the two output level of the Hall sensor lasts longer than the other. Es zeigt deshalb nicht jede Pegeländerung eine Umdrehung von 180 Grad an. so it does not show any level change at one rotation of 180 degrees. Um eine solche Ungenauigkeit rechnerisch kompensieren zu können, ist es notwendig, das Aus gangssignal des Hallsensors über mehrere Perioden hinweg zu beobachten und einen Mittelwert zu bil den. To compensate for such uncertainty by calculation, it is necessary to observe the Out output signal of the Hall sensor over several periods and an average value for the bil.

Eine weitere derartige Vorrichtung ist bekannt aus DE-A-195 25 292. Diese bekannte Vorrichtung zur Er fassung einer Drehbewegung umfaßt einen Flußmodula tor in Form einer Kreisscheibe mit zwei abgeschnit tenen Segmenten, die sich, auf der Welle montiert, zwischen zwei Polschuhen eines stationären Magnet kreises dreht. Another such device is known from DE-A-195 25 292. This known apparatus for He replaced by a rotary movement comprises a Flußmodula tor in the form of a circular disk with two abgeschnit requested segments mounted on the shaft, between two pole shoes of a stationary magnetic circle turns. Wenn die nicht abgeschnittenen Be reiche der Kreisscheibe den Polschuhen gegenüber liegen, ist der Luftspalt im Magnetkreis wesentlich kleiner, als wenn die abgeschnittenen Bereiche den Polschuhen gegenüberliegen. If the non-cut large loading of the circular disc are the pole pieces with respect to the air gap in the magnetic circuit is substantially smaller than when the cut-off portions are opposed to the pole pieces. Infolgedessen variiert der Fluß im Magnetkreis mit zwei Perioden pro Um drehung der Welle. As a result, the river varies in the magnetic circuit with two periods per order rotation of the shaft. Ein Hallsensor ist seitlich ne ben der Magnetfeldquelle des Magnetkreises angeord net und erfaßt deren durch die Umdrehung der Kreis scheibe ebenfalls modulierten Streufluß. A Hall sensor is laterally ben ne of the magnetic field source the magnetic circuit angeord net and detects the modulated disc also by the rotation of the circular leakage flux.

Der Hallsensor dieser bekannten Vorrichtung erzeugt zwei Ausgangssignale "0" oder "1" bzw. "H" und "L", je nachdem, wie groß die magnetische Feldstärke ist, der er ausgesetzt ist. The Hall sensor of this known device generates two output signals "0" or "1" or "H" and "L", depending on how big is the magnetic field strength, which it is exposed. Hierfür ist es notwen dig, einen zwischen den beiden Extremwerten liegen den Wert der Feldstärke festzulegen, an dem das Ausgangssignal vom einen auf den anderen Pegel um schaltet. For this purpose, it is notwen dig, a range between the two extreme values ​​to determine the value of the field strength at which the output signal to the other level to switch from a. Dieser Wert hängt von den lokalen Gege benheiten des Magnetkreises ab, in dem der Hallsen sor eingesetzt wird. This value depends on the local Gege benheiten the magnetic circuit in which the Hallsen sor is used. Um zu erreichen, daß der Hall sensor jeweils in einem Winkelabstand von 90 Grad zwischen den zwei Pegeln umschaltet, ist eine auf wendige Justierung erforderlich. In order to achieve that the Hall sensor in each case switches in an angular spacing of 90 degrees between the two levels is a necessary on manoeuvrable adjustment.

Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung ei ner Drehbewegung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 9 haben demgegenüber den Vorteil, daß die Genauigkeit der Drehbewegungserfassung unabhängig vom einge stellten Schwellwert ist, so daß als der Schwell wert ein beliebiger Wert innerhalb der Schwankungs breite des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors gewählt werden kann. In contrast, the inventive apparatus for detecting egg ner rotational movement with the features of claim 1 and method according to the invention of claim 9 has the advantage that the accuracy of rotational movement detection is independent of the inserted set threshold value, so that as the swell value is an arbitrary value within the fluctuation width of the output signal of the magnetic sensor can be selected. Die Erfassungsgenauigkeit der Vorrichtung und des Verfahrens werden deshalb nicht von mechanischen Veränderungen im Magnetkreis, etwa in Folge von Alterungserscheinungen oder Abnutzung von bewegten Teilen, durch thermische Ausdehnungs- oder Schrumpfungserscheinungen aufgrund der Umge bungstemperatur, etc. beeinträchtigt. The detection accuracy of the apparatus and method are therefore not affected by mechanical variations in the magnetic circuit, as a result of aging or wear of moving parts, due to thermal expansion or shrinkage phenomena due to the surrounding ambient temperature, etc..

Die Auflösung bei der Drehbewegungserfassung, die sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen läßt, hängt ab von der Zahl n von Perioden, mit der der Flußmodu lator den Fluß im Magnetkreis pro Umdrehung der Welle moduliert. The resolution at the rotational motion detection, which can be achieved with the inventive device and the method according to the invention depends on the number n of periods with which the Flußmodu lator the flux in the magnetic circuit per revolution of the shaft modulated. Diese Zahl n sollte wenigstens 3 sein. This number n should be at least. 3

Der Flußmodulator ist vorzugsweise ein auf der Wel le selbst montiertes Rad, an dem in Umfangsrichtung des Rades abwechselnd n Bereiche mit einer ersten magnetischen Permeabilität und n Bereiche mit einer zweiten magnetischen Permeabilität angeordnet sind, die bei einer Drehung der Welle sich abwechselnd durch den Magnetkreis bewegen und so dessen Magnet fluß modulieren. The flow modulator is preferably an on Wel le itself mounted wheel, n ranges with a first magnetic permeability and n regions having a second magnetic permeability are provided on the circumferential direction of the wheel are alternately arranged, which move upon rotation of the shaft alternately by the magnetic circuit and thus modulate the magnetic flow.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Rad ein Zahnrad, und die Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Permeabilitäten sind die Zähne bzw. die Zahnzwischenräume des Zahnrades. According to a preferred embodiment the wheel is a gear, and the regions with different magnetic permeabilities are the teeth or between the teeth of the gear.

Alternativ kann das Rad eine Scheibe mit bei einem gegebenen Radius in Umfangsrichtung angeordneten Löchern sein. Alternatively, the wheel may be a disc having disposed at a given radius in the circumferential direction of holes.

Um einen hohen magnetischen Fluß im Magnetkreis zu ermöglichen, umfaßt dieser ferner wenigstens einen ortsfesten Polschuh, der dem Rad zugewandt ist und dessen Breite höchstens gleich der Breite jedes Be reiches ist. In order to allow a high magnetic flux in the magnetic circuit, this further comprises at least a stationary pole piece, which is facing the wheel and whose width at most equal to the width of each Be is rich. Ein entsprechender zweiter Polschuh kann an anderer Stelle dem Rad zugewandt angeordnet sein, wobei die Stelle so gewählt ist, daß zu jedem Zeitpunkt beide Polschuhe entweder Bereichen mit hoher Permeabilität oder Bereichen mit niedriger Permeabilität zugewandt sind. A corresponding second pole piece may be disposed facing the wheel elsewhere, wherein the location is selected so that at any time, both pole pieces either facing areas of high permeability, or areas of low permeability.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Er findung, die nicht nur die Erfassung des Ausmaßes einer Bewegung, sondern auch von deren Richtung er möglicht, ist ein zweiter Magnetfeldsensor relativ zum ersten Magnetfeldsensor um die Achse der Welle winkelversetzt angeordnet, wobei der Winkel so ge wählt ist, daß ein Ausgangssignal des zweiten Ma gnetfeldsensors eine Phasenverschiebung relativ zum Ausgangssignal des ersten aufweist, die von 0 oder ±π meßbar verschieden ist. According to an advantageous further development of the He invention that it enables not only the detection of the amount of movement but also the direction thereof, a second magnetic field sensor is positioned relative angular offset for the first magnetic field sensor about the axis of the shaft, wherein the angle is so-selected, that an output signal of the second Ma field sensor has a phase shift relative to the output signal of the first, which is different measurable of 0 or ± π. Durch Vergleichen der zeitlichen Aufeinanderfolge beispielsweise von Nulldurchgängen der Ausgangssignale der beiden Ma gnetfeldsensoren läßt sich die Drehrichtung der Welle erkennen. By comparing the time sequence, for example zero crossings of the output signals of the two Ma, the rotational direction of the shaft can be seen gnetfeldsensoren.

Der zweite Magnetfeldsensor kann angeordnet sein, um Schwankungen des Magnetflusses in den gleichen Magnetenkreis zu erfassen wie der erste Magnetfeld sensor, vorzugsweise ist er aber einem eigenen, zweiten Magnetkreis zugeordnet. The second magnetic field sensor may be arranged to detect variations in the magnetic flux in the same magnetic circuit as the first magnetic field sensor, but preferably it is associated with a separate, second magnetic circuit.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen zu entnehmen. Other advantageous features of the invention can be found playing the following description to exemplary embodiments.

Zeichnungen drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Aus führungsbeispiele mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. The invention is described with reference to several exemplary embodiments from explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Ankerwelle mit einem Anker und einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehbe wegung der Welle; Fig. 1 shows the basic structure of an armature shaft having an armature and an inventive device for detecting the SEN Drehbe movement of the shaft;

Fig. 2 eine erste Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung der Welle; 2 shows a first embodiment of the device according to the Invention in a view in the direction of the shaft.

Fig. 3 und 4 jeweils eine weitere Ausgestaltung in perspektivischer Ansicht; FIGS. 3 and 4 each show a further embodiment in perspective view;

Fig. 5 eine Schaltskizze eines Magnetfeldsensors und eines Komparators gemäß der Erfin dung; Fig. 5 is a circuit diagram of a magnetic field sensor and a comparator according to the dung OF INVENTION;

Fig. 6 Verläufe von Signalen in den Schaltungen aus Fig. 5 und 7; 6 shows waveforms of signals in the circuits of Figure 5 and 7..; und and

Fig. 7 eine Schaltskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in der Lage ist, auch die Richtung einer Drehung zu erfassen. Fig. 7 is a circuit diagram of a device according to the invention is able to detect the direction of rotation.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of Embodiments

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Anker 1 eines Elektromotors, der zusammen mit einem Kommu tator 2 auf einer Ankerwelle 3 montiert ist. Fig. 1 shows a side view of an armature of an electric motor 1, which is mounted together with a commu tator 2 on an armature shaft 3. Eine Antriebsschnecke 4 an einem Ende der Welle 3 treibt über ein nicht gezeigtes Zahnrad mit zur Ankerwelle 3 senkrechter Achse einen Fensterhebermechanismus oder ein Schiebedach eines Kraftfahrzeugs an. A driving worm 4 at one end of the shaft 3 drives a not shown gear with vertical axis to the armature shaft 3 a window regulator mechanism or a sliding roof of a motor vehicle.

Zwischen der Antriebsschnecke 4 und dem Anker 1 ist ein Zahnrad 5 aus Metall fest an der Welle 3 mon tiert. Between the driving screw 4 and the armature 1, a gear 5 is advantage of metal fixed to the shaft mon. 3 In einem Abstand vom äußeren Umfang des Zahnrads 5 ist ein Magnet 6 ortsfest angeordnet. At a distance from the outer periphery of the gear 5, a magnet 6 is arranged stationary. Der Zwischenraum zwischen dem Magneten 6 und dem Zahnrad 5 ist im wesentlichen ausgefüllt durch ei nen Magnetfeldsensor in Form eines Hallsensors 7 . The space between the magnet 6 and the gear wheel 5 is substantially filled by ei NEN magnetic field sensor in the form of a Hall sensor. 7

Ein magnetischer Fluß verläuft vom Magneten 6 durch den Hallsensor 7 in das Zahnrad 5 . A magnetic flux flows from the magnet 6 through the Hall sensor 7 in the gear. 5 Dieser Fluß ist unterschiedlich stark, je nachdem, ob dem Hallsen sor am Zahnrad ein Zahn oder ein Zahnzwischenraum gegenüberliegt. This flux varies greatly depending on whether the Hallsen sor on the gear one tooth or a tooth space opposite. Diese Schwankungen des magnetischen Flusses werden vom Hallsensor registriert und von elektronischen Schaltungen verarbeitet, auf die später, insbesondere in Verbindung mit Fig. 5 und 6, genauer eingegangen wird. These fluctuations of the magnetic flux to be registered by the Hall sensor and processed by electronic circuits, and later, in particular in connection with FIGS. 5 and 6, will be discussed in detail to the.

Fig. 2 zeigt die Drehbewegungserfassungsvorrich tung aus Fig. 1 in einer Seitenansicht entlang der Achse der Welle 3 . Fig. 2 shows the Drehbewegungserfassungsvorrich processing of Fig. 1 in a side view along the axis of the shaft 3. Ein Magnetkreis erstreckt sich hier vom Magneten 6 über den Hallsensor 7 und einen Luftspalt in einem Zahn 8 des Zahnrades 5 . A magnetic circuit extends here from the magnet 6 via the Hall sensor 7 and an air gap in a tooth of the gear wheel 8. 5 Einem benachbarten Zahn 8 liegt ein Polschuh 10 gegen über, von dem aus der magnetische Fluß über ein Joch 11 zum Magneten 6 zurückgeleitet wird. An adjacent tooth 8 is a pole piece 10 with respect to, is returned from the magnetic flux through a yoke 11 to the magnet 6 from the.

In der gezeigten Stellung des Zahnrades 5 sind die Luftspalte zwischen dem Hallsensor 7 bzw. dem Pol schuh 10 und dem Zahnrad 5 schmal, und dementspre chend ist der Fluß durch den Hallsensor stark. In the illustrated position of the gear wheel 5 are the air gaps between the Hall effect sensor 7 and the pole shoe 10 and the gear 5 narrow, and accordingly spre accordingly the flow through the Hall sensor is strong. Wenn sich das Zahnrad 5 in der einen oder anderen Rich tung dreht, kommt ein Zahnzwischenraum 9 gegenüber dem Hallsensor 7 bzw. dem Polschuh 10 zu liegen, und der Fluß durch den Hallsensor 7 wird dement sprechend geringer. When the gear 5 rotates in one or the other rich tung, comes a tooth space 9 with respect to the Hall effect sensor 7 and the pole piece 10 to lie, and the flux through the Hall effect sensor 7 is accordingly low. Die zur magnetischen Feldstärke im Hallsensor proportionale Hallspannung wird abge griffen und weiterverarbeitet, wie später erläutert wird. The proportional to the magnetic field strength in the Hall sensor Hall voltage is abge attacked and further processed, as will be explained later.

Die Breite des Polschuhs 10 bzw. des Hallsensors 7 , der in dieser Ausgestaltung ebenfalls die Funktion eines Polschuhs hat, nämlich den Fluß mit möglichst geringer Streuung in das Zahnrad zu leiten, ist in Umfangsrichtung nicht größer als die Breite der Zähne 8 bzw. der Zahnzwischenräume 9 des Zahnrades 5 ; The width of the pole piece 10 and the Hall effect sensor 7, which also has the function of a pole piece in this embodiment, namely, to direct the flow with the smallest possible scatter in the gear wheel, is not greater in the peripheral direction than the width of the teeth 8 or of the interdental spaces 9 of the gear wheel 5; vorzugsweise ist sie geringfügig kleiner, um die stärkstmögliche Modulation des magnetischen Flusses durch die Drehung des Zahnrades 5 zu erreichen. preferably it is slightly smaller in order to achieve the strongest possible modulation of the magnetic flux through the rotation of the gear. 5

Die Funktion des Jochs 11 kann auch von einem me tallischen Gehäuse der Erfassungsvorrichtung über nommen werden. The function of the yoke 11 can also be of a me-metallic housing of the detection device over taken.

Eine zweite Anordnung aus Magnet 6 ', Hallsensor 7 ', Polschuh 10 ' und Joch 11 ' ist unter einem Winkel um die Achse der Welle 3 versetzt am Zahnrad 5 ange ordnet. A second array of magnet 6 ', Hall sensor 7', pole piece 10 'and the yoke 11' is at an angle to the axis of the shaft 3 is transferred to the gear 5 arranged. Dabei ist der Winkel so gewählt, daß immer dann, wenn Hallsensor und Polschuh der einen Anord nung einem Zahn oder einem Zahnzwischenraum exakt gegenüberliegen, Hallsensor und Polschuh der ande ren Anordnung jeweils zur Hälfte einem Zahn und zur Hälfte einem Zahnzwischenraum gegenüberliegen. The angle is chosen so that a tooth and half whenever Hall sensor and pole piece of the planning a Anord a tooth or a tooth space precisely opposed to the Hall sensor and the pole piece of the walls ren arrangement opposite to each half a tooth space. Auf grund dieser Anordnung werden von den zwei Hallsen soren 7 und 7 ' Ausgangssignale erhalten, die um ±π/2 gegeneinander phasenverschoben sind. Due to this arrangement can be obtained 7 and 7 'output signals from the two sensors Hallsen which are phase shifted by ± π / 2 from each other. Auf die Auswertung dieser Signale wird später in Verbindung mit Fig. 7 und 8 eingegangen. In the evaluation of these signals are discussed later in connection with Fig. 7 and 8.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung. Fig. 3 shows an alternative embodiment of a sensing device according to the invention. Bei dieser Ausgestaltung ist der Magnet 6 parallel zur Welle 3 orientiert und so angeordnet, daß nur ein geringer Luftspalt zwischen ihm und einem gegenüberliegenden Zahn 8 des Zahnrads 5 besteht. In this embodiment, the magnet 6 is oriented parallel to the shaft 3 and arranged so that only a small air gap between it and an opposite tooth 8 of the gear wheel 5 is made. In dieser in der Fi gur dargestellten Position verläuft der magnetische Fluß vom Magneten 6 größtenteils durch den Zahn 8 , und das Streufeld, das vom an der vom Zahnrad abge wandten Seite des Magneten 6 angeordneten Hallsen sor 7 erfaßt wird, ist gering. In this in the Fi position gur shown, the magnetic flux from the magnet 6 passes largely through the tooth 8, and the stray field, which is detected by at the ordered by gear abge facing side of the magnet 6 Hallsen sor 7, is low. Wenn sich das Zahn rad 5 weiterdreht, so daß dem Magneten ein Zahnzwi schenraum 9 gegenüberliegt, verteilt sich dessen Magnetfeld gleichmäßiger auf den den Magneten 6 um gebenden Raum, und das vom Hallsensor 7 erfaßte Feld wirkt stärker. When the toothed wheel 5 rotates further, so that the magnet's room A Zahnzwi opposite to 9, whose magnetic field evenly distributed on the magnet 6 to imaging space, and the field detected by the Hall sensor 7 has a stronger effect. Das vom Hallsensor dieser Aus gestaltung erfaßte Signal verhält sich somit gewis sermaßen gegenphasig zu dem in der vorhergehenden Ausgestaltung erfaßten Signal, seine Auswertung er folgt aber in der gleichen Weise. The design detected by the Hall sensor, this off signal behaves GeWiS water masses in phase opposition to the detected in the preceding embodiment, signal, its evaluation but follows in the same way.

Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausgestal tung ein zweiter Magnet und ein zweiter Hallsensor vorgesehen werden, der ein phasenverschobenes Si gnal erfaßt. Of course, a second magnet and a second Hall sensor can be provided in this Ausgestal processing which detects a phase shifted Si gnal.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung, bei der das Zahnrad durch eine kreisförmige metallische Scheibe 15 ersetzt ist, in die bei einem gegebenen Radius n axial verlaufende Löcher 19 gebrochen sind, die Bereiche niedriger Permeabilität bilden. Fig. 4 shows a third embodiment in which the gear wheel is replaced by a circular metal disc 15, which are refracted at a given radius n axially extending holes 19, form the regions of low permeability. Die Durchmesser der Löcher sind im wesentlichen gleich der Breite der Bereiche zwischen zwei be nachbarten Löchern, die eine höhere Permeabilität aufweisen. The diameters of the holes are substantially equal to the width of the areas between two neighboring be holes having a higher permeability.

Die Scheibe 15 rotiert zwischen den zwei Armen ei nes hufeisenförmigen Magneten 6 . The disk 15 rotates between the two arms ei nes horseshoe magnet. 6 Diese Arme tragen an ihren Innenenden, der Scheibe 15 zugewandt, Pol schuhe 10 , deren Querschnitte im wesentlichen dem der Löcher 19 entspricht und von denen in der Figur nur einer zu sehen ist. These arms carry at their inner ends, the disk 15 facing pole shoes 10, whose cross-sections essentially corresponds to that of the holes 19 and from which in the figure only one can be seen. An einem der Polschuhe ist ein Hallsensor (nicht gezeigt) angeordnet. On one of the pole pieces is a Hall sensor (not shown). Genauso wie bei den oben beschriebenen Vorrichtungen er zeugt der Hallsensor ein periodisches Signal, das n Perioden pro Umdrehungen der Welle 3 aufweist. As with the devices described above, it demonstrates the Hall sensor a periodic signal having n cycles per revolution of the shaft. 3

Fig. 5 zeigt schematisch die elektronischen Kompo nenten, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung eingesetzt werden. Fig. 5 shows schematically the components electronic compo which are used in the inventive apparatus for detecting the rotary movement. Der Hallsensor 7 hat ein erstes Anschlußpaar für einen Versorgungsstrom und ein zweites Anschlußpaar 21 , 22 zum Abgreifen einer durch das Magnetfeld in duzierten Hallspannung. The Hall sensor 7 has a first pair of terminals for a supply current, and a second terminal pair 21, 22 for picking up a magnetic field in duced by the Hall voltage. Der Anschluß 21 wird durch einen Spannungsteiler R1, R2 auf einem Zwischenpo tential zwischen einem Versorgungspotential Vcc und Masse gehalten. The terminal 21 is held by a voltage divider R1, R2 on a Zwischenpo tential between a supply potential Vcc and ground. Der andere Anschluß 22 ist mit ei nem ersten Eingang eines Operationsverstärkers 23 verbunden, dessen zweitem Eingang über einen Span nungsteiler R3, R4 ein Potential zugeführt wird, das so gewählt ist, daß es zwischen den Extremwer ten des Potentials am Anschluß 22 liegt. The other terminal 22 is connected to ei nem first input of an operational amplifier 23, whose second input via a clamping voltage divider R3, R4, a potential is supplied, is so chosen that it lies between the Extremwer th of the potential at terminal 22nd Der Opera tionsverstärker 23 gibt das in Fig. 6, Zeile a ge zeigte Rechtecksignal mit n Perioden pro Ankerum drehung aus. The opération amplifier 23 are shown in Fig. 6, line showed a ge square wave signal having n cycles per rotation of Ankerum. Dabei hängt das Verhältnis der Zeit dauern von hohem und niedrigen Pegel innerhalb ei ner Periode des Ausgangssignals des Operationsver stärkers 23 von dem Wert der durch die Spannungs teiler R1, R2 bzw. R3, R4 eingestellten Potentiale ab. The ratio of the time depends take high and low levels within ei ner period of the output signal of the Operationsver stärkers 23 set by the value of the divider by the voltage R1, R2 or R3, R4 potentials from. Diese relativen Zeitdauern werden allerdings nicht ausgewertet. These relative time periods are, however, not evaluated. Stattdessen wird das Ausgangs signal des Operationsverstärkers 23 einer Kippstufe 24 zugeleitet, die jeweils auf einer ansteigenden Flanke des Ausgangssignals einen kurzen Puls er zeugt, die abfallenden Flanken aber ignoriert. The output signal of the operational amplifier 23 of a flip-flop circuit 24 is instead fed to the a short pulse it testifies each case on a rising edge of the output signal, but the falling edges ignored. Der Operationsverstärker 23 bildet so zusammen mit der Kippstufe 24 einen Komparator, der einen Puls lie fert, wenn das Signal des Hallsensors über einen durch den Spannungsteiler R3, R4 definierten Wert anwächst, nicht aber, wenn es wieder unter diesen Wert abfällt. The operational amplifier 23 thus forms, together with the flip-flop 24 a comparator which fert a pulse lie when the signal of the Hall sensor increases above a defined by the voltage divider R3, R4 value, but not when it again drops below this value. Man erhält so das in Fig. 6, Zeile b gezeigte Pulssignal, mit n Impulsen pro Umdrehung der Welle. One obtains the pulse signal b shown in Fig. 6, line, with n pulses per revolution of the shaft. Die Zahl der vom Multivibrator 24 ausge gebenen Impulse kann von einem Zähler 25 erfaßt werden, um so ein Maß für den zurückgelegten Dreh winkel der Welle 3 zu erhalten. The number of sheets from the multivibrator 24 added pulses can be detected by a counter 25, thus a measure of the angle of rotation covered to receive the shaft. 3

Fig. 7 zeigt die elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Fall, daß ein zweiter Magnetfeldsensor 7 ' vorgesehen ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Fig. 7 shows the electronic components of the device of the invention showing in the case that a second magnetic field sensor 7 'is provided as shown in Fig. 2. Die Auswerteschaltung, die von den in Fig. 5 innerhalb des gestrichelt umrandeten Kästchens 20 liegenden Komponenten gebildet wird, ist in Fig. 7 durch ein Kästchen 20 vereinfacht dargestellt. The evaluation circuit, which is formed by the in-Fig. 5 within the dotted-line box 20 components is shown in Fig. 7 by a box 20 simplified. Das Ausgangssignal der Auswerteschal tung 20 liegt am Zähleingang C eines Zählers 25 an. The output of the Auswerteschal tung 20 is applied to the count input C of a counter 25th Wie in Fig. 5 ist ein Ausgangsanschluß des Hall sensors 7 ' mit dem Mittelpunkt eines Spannungstei lers R1', R2' verbunden. As shown in Fig. 5, an output terminal of the Hall sensor 7 'to the center of a Spannungstei toddlers R1', R2 is connected '. Der andere Ausgangsanschluß 22 ' ist mit einem Eingang eines Operationsverstär kers 23 ' verbunden, dessen zweiter Eingang an einen zweiten Spannungsteiler R3', R4' angeschlossen ist. The other output terminal 22 'is connected to an input of a Operationsverstär kers 23' connected to the second input of a second voltage divider R3 ', R4' is connected. Die von den zwei Spannungsteilern eingestellten Po tentiale sind abermals so gewählt, daß die Poten tialdifferenz an den Eingängen des Operationsver stärkers 32 ' beim Übergang von hoher auf niedrige Feldstärke am Hallsensor 7 ' ihr Vorzeichen wech selt. The set of the two voltage dividers Po potentials are again chosen so that the poten tialdifferenz at the inputs of Operationsver stärkers 32 'at the transition from high to low field strength at the Hall sensor 7' selt its sign wech. Aufgrund der relativen Anordnung der Hallsen soren 7 und 7 ', wie mit Bezug auf Fig. 2 geschil dert, ist das Ausgangssignal des Operationsverstär kers 23 ' (Siehe Fig. 6, Zeile c) gegen das in Zei le a gezeigte Ausgangssignal des Sensors 7 um π/2 phasenverschoben. Due to the relative arrangement of the Hallsen sensors 7 and 7 ', as changed geschil with reference to FIG. 2, the output of the Operationsverstär kers 23' (See Fig. 6, line c) to that shown in Zei le a output signal of the sensor 7 phase-shifted by π / 2. Dieses Ausgangssignal des Hall sensors 23 ' wird an einen Zählrichtungseingang U/D des Zählers 25 angelegt, so daß je nach Pegel an diesem Eingang ein am Eingang C eintreffender Im puls zu einer Erhöhung oder Erniedrigung des Zäh lerstands des Zählers 25 um 1 führt. This output signal of the Hall sensor 23 'is applied to a count direction input U / D of the counter 25, so that at the input C of incoming in the pulse to an increase or decrease of the Zäh lerstands of the counter 25 leads, depending on the level at this input to the first

Es ist offensichtlich, daß die in Fig. 7 gezeigte Schaltung auch dann korrekte Ergebnisse liefert, wenn die Phasenverschiebung von π/2 um nicht mehr als π/4 abweicht. It is obvious that the circuit shown in Fig. 7 also gives correct results if the phase shift of π / 2 so as not deviate by more than π / 4. Grundsätzlich ist es zur Unter scheidung der Drehrichtungen ausreichend, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der Operationsverstärker 23 und 23 ' so weit von 0 oder ±π abweicht, daß die Differenz von einer nach geordneten Auswerteschaltung erkannt werden kann. Basically, it is sufficient for the discrimination of the rotational directions, when the phase shift between the output signals of the operational amplifiers 23 and 23 so far differs' of 0 or ± π, the difference can be detected by an evaluation circuit subordinated to. Man erhält so eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle, die es ermöglicht, mit geringem Aufwand eine hohe Winkelauflösung zu er zielen, die im wesentlichen nur durch die mögliche Zahl n von Bereichen unterschiedlicher Permabili tät, dh in den hier beschriebenen Beispielen die Zahl der Löcher oder Zahnzwischenräume bzw. Zähne beschränkt ist, die an einem Rad so untergebracht werden können, daß die von ihnen verursachte Fluß änderung zuverlässig erfaßt werden kann. This gives a device for detecting the rotational movement of a shaft, which makes it possible with little effort to aim a high angular resolution to it, the n areas of different Permabili essentially only by the possible number ty, that is, in the examples described herein, the number of holes or spaces between the teeth or teeth is limited, which can be accommodated on a wheel so that the flow caused by them change can be reliably detected.

Um die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen Verun reinigungen zu verringern, können die Zahnzwischen räume oder Löcher mit einem festen Material ausge füllt sein, dessen magnetische Permeabilität sich von dem des Zahnrads bzw. der Scheibe deutlich un terscheidet. In order to reduce cleanings against Verun the sensitivity of the device, the interdental spaces or holes can with a solid material be be charged, the magnetic permeability significantly un differs from that of the gear and the disk. In einem solchen Fall ist es auch mög lich, ein Zahnrad oder eine Scheibe aus einem Mate rial mit niedriger Permeabilität, z. In such a case, it is also possible, please include, a gear or a disk made of a mate rial with low permeability, z. B. einem Kunst stoff, herzustellen, und die Löcher bzw. Zahnzwi schenräume mit einem Metall hoher Permeabilität auszufüllen. As material a plastic, manufacture, and the holes or the spaces between Zahnzwi with a high permeability metal fill.

Claims (10)

  1. 1. Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle ( 3 ) mit einem mit der Welle rotierenden Fluß modulator ( 5 , 15 ), durch den hindurch ein Magnet kreis verläuft, wobei der Flußmodulator ( 5 , 15 ) den Fluß im Magnetkreis mit einer Zahl n von Perioden pro Umdrehung der Welle ( 3 ) moduliert, 1. A device for detecting the rotational movement of a shaft (3) with a rotating with the shaft flow modulator (5, 15), through which a magnetic circuit passes, wherein the flow modulator (5, 15) n the flux in the magnetic circuit with a number modulated by periods per revolution of the shaft (3),
    einem Magnetfeldsensor ( 7 ) zum Erfassen von durch die Rotation des Flußmodulators ( 5 , 15 ) verursachten Schwankungen des Magnetflusses in dem Magnetkreis und fluctuations of the magnetic flux in the magnetic circuit caused a magnetic field sensor (7) for detecting by the rotation of Flußmodulators (5, 15) and
    einem Komparator ( 23 , 24 ) zum Vergleichen des Aus gangssignals des Magnetfeldsensors ( 7 ) mit einem Schwellwert, a comparator (23, 24) for comparing the signal from transition of the magnetic field sensor (7) with a threshold value,
    dadurch gekennzeichnet , daß der Komparator ( 23 , 24 ) ein eine Drehbewegung anzeigendes Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ( 7 ) den Schwellwert in einer gegebenen Richtung über schreitet und kein Signal ausgibt, wenn das Aus gangssignal den Schwellwert in der entgegengesetz ten Richtung überschreitet. characterized in that the comparator (23, 24) outputs a rotational movement indicative signal when the output signal of the magnetic field sensor (7) below the threshold value in a given direction on and no signal when the off output signal the threshold value in the counter strike th direction exceeds.
  2. 2. Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß n wenigstens gleich drei ist. 2. devices according to claim 1, characterized in that n is at least equal to three.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Flußmodulator ein auf der Welle ( 3 ) montiertes Rad ( 5 , 15 ) umfaßt, an dem in Um fangsrichtung abwechselnd n Bereiche ( 8 ) mit einer ersten magnetischen Permabilität und n Bereiche ( 9 , 19 ) mit einer zweiten magnetischen Permabilität angeordnet sind. 3. A device according to claim 2, characterized in that the flow modulator comprises on the shaft (3) mounted wheel (5, 15) to which in order circumferential direction alternately n regions (8) having a first magnetic Permabilität and n regions ( 9, 19) are arranged with a second magnetic Permabilität.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Rad ein Zahnrad ( 5 ) ist und die Bereiche die Zähne ( 8 ) und die Zahnzwischenräume ( 9 ) des Zahnrads sind. 4. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a toothed wheel (5) and the areas of the teeth (8) and the tooth spaces (9) of the gear.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Rad eine Scheibe ( 15 ) mit in Um fangsrichtung angeordneten Löchern ( 19 ) ist. 5. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a disc (15) in order circumferential direction arranged holes (19).
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis wenig stens einen Polschuh ( 10 ) umfaßt, der dem Rad ( 5 , 15 ) zugewandt ist und dessen Breite höchstens gleich der Breite jedes Bereiches ( 8 , 9 , 19 ) ist. 6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnetic circuit little least one pole piece (10) which the wheel (5, 15) faces and whose width at most equal to the width of each region (8, 9, 19).
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Magnetfeldsensor ( 7 ') relativ zum ersten Magnet feldsensor ( 7 ) um die Achse der Welle ( 3 ) winkel versetzt angeordnet ist, wobei der Winkel so ge wählt ist, daß ein Ausgangssignal des zweiten Ma gnetfeldsensors ( 7 ') eine Phasenverschiebung rela tiv zum Ausgangssignal des ersten ( 7 ) aufweist, die von 0 oder ±π meßbar verschieden ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second magnetic field sensor (7 ') is arranged offset relative to the first magnetic field sensor (7) about the axis of the shaft (3) angle, the angle being so-selected, that an output signal of the second Ma field sensor (7 ') has a phase shift rela tive to the output signal of the first (7), the π of 0 or ± different measurable.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Magnetfeldsensor ( 7 ') Schwankungen des Magnetflusses in einem zweiten Ma gnetkreis erfaßt. 8. The device according to claim 7, characterized in that the second magnetic field sensor (7 ') detects variations in the magnetic flux in a second Ma gnetkreis.
  9. 9. Verfahren zur Erfassung der Drehbewegung einer Welle mit Hilfe eines Magnetkreises, der durch ei nen Flußmodulator ( 5 ; 15 ) verläuft, der mit der Wel le ( 3 ) rotiert und den Fluß im Magnetkreis mit n Pe rioden pro Umdrehung der Welle ( 3 ) moduliert, mit den Schritten: 9. A method for detecting rotational movement of a shaft by means of a magnetic circuit defined by ei NEN flow modulator (5; 15), which rotates with the Wel le (3) and the flux in the magnetic circuit with n Pe rioden per revolution of the shaft (3 ) modulated, comprising the steps of:
    • a) Messen eines ersten Magnetflusses an einer vorgegebenen Stelle ( 7 ) des Magnetkreises, a) measuring a first magnetic flux at a predetermined location (7) of the magnetic circuit,
    • b) Vergleichen des gemessenen ersten Magnetflus ses mit einem Schwellwert, b) comparing the measured first Magnetflus ses with a threshold value,
    • c) Erzeugen eines eine Drehbewegung anzeigenden Signals, wenn der gemessene erste Magnetfluß den Schwellwert in einer gegebenen Richtung überschrei tet, nicht aber, wenn der gemessene erste Magnet fluß den Schwellwert in der entgegengesetzten Rich tung überschreitet. c exceeds) generating a rotary motion indicating signal when the measured first magnetic flux across cry tet the threshold in a given direction, but not if the measured first magnetic flux the threshold value in the opposite Rich processing.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, mit den zusätzlichen Schritten: 10. The method of claim 9, comprising the additional steps:
    • a) Messen eines zweiten Magnetflusses an einer zweiten Stelle ( 7 ') eines Magnetkreises, a) measuring a second magnetic flux at a second position (7 ') of a magnetic circuit,
    • b) Vergleichen des gemessenen zweiten Magnetflus ses mit einem zweiten Schwellwert, b) comparing the measured second Magnetflus ses with a second threshold,
    • c) Erfassen, ob zum Zeitpunkt, zu dem einer der Magnetflüsse den zugeordneten Schwellwert in einer bestimmten Richtung überschreitet, der andere Ma gnetfluß oberhalb oder unterhalb des ihm zugeordne ten Schwellwerts liegt, und Erkennen der Richtung der Drehung anhand des Ergebnisses der Erfassung. c) detecting whether gnetfluß to the time at which one of the magnetic fluxes exceeds the threshold value assigned in a given direction, the other Ma above or below the supplied arrange him th threshold value, and detecting the direction of rotation based on the result of the detection.
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