DE19842990A1

DE19842990A1 - Device and method for detecting the rotational movement of a shaft

Info

Publication number: DE19842990A1
Application number: DE1998142990
Authority: DE
Inventors: Hubert Lamm; Guenter Haderer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-13
Also published as: WO2000017661A1

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 detecting solution of the rotary motion of a shaft with those in the upper Concept of claim 1 mentioned features as well a method for detecting such a rotation supply.

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. 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.Devices and methods of the type mentioned used in many technical areas to Rotational movements of, for example, electric motors record and measure quantitatively. A special one Field of application for such devices and Ver driving are control systems for the drive motors of sunroofs or window regulators, which the Switch off the drive motors automatically if that Sunroof or the window pane is an end nes / their range of motion.

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.It is possible to use Ab use automatic controls that power the interrupt the drive motor if detected is that this no longer turns because the Window pane or the sunroof a stop at the end of the range of motion.

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.A disadvantage of such systems, however, is that each actuation the Ge downstream of the engine drives a violent shake if that Sunroof or window reaches its stop and is thereby unnecessarily stressed.

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 position one such window or sunroof always ver to be able to follow in time before reaching the Stop the motor at the end of the range of motion stop or limit its driving force nen.

Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Vorrichtungen zur Erfassung der Drehbewegung einer Antriebswelle entwickelt worden. Eine bekannte Lösung verwendet einen an der Welle montierten kreisscheibenförmigen Magneten, dessen Nord- und Südpol durch eine durch die Welle verlaufende Ebene getrennt sind. In einem Magnetkreis, der durch diesen Magneten verläuft, ist ortsfest ein Hallsensor angeordnet. Durch seine Drehung moduliert der scheibenförmige Magnet den von Hallsensor erfaßten Fluß mit einer Periode, die der Umdrehungsperiode der Welle entspricht. Der Hallsensor erzeugt ein Signal, das je nach Vorzei chen des Flusses zwei verschiedene Werte annehmen kann. Vielfältige Toleranzeinflüsse, die z. 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. Es zeigt deshalb nicht jede Pegeländerung eine Umdrehung von 180 Grad an. 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.For this purpose there are different devices for detecting the rotary movement of a drive shaft has been developed. A known solution is used a circular disk-shaped mounted on the shaft Magnets, the north and south poles of which are marked by a the shaft-running plane are separated. In one Magnetic circuit that passes through this magnet is a stationary Hall sensor. Through its The disc-shaped magnet modulates the rotation flow detected by Hall sensor with a period that corresponds to the rotation period of the shaft. The Hall sensor generates a signal depending on the time of the river assume two different values can. Various tolerance influences, e.g. B. with the magnetic flux, the arrangement of the hall sensor or the switching hysteresis of the Hall sensor connected, cause that in most cases len one of the two output levels of the Hall sensor lasts longer than the other. It therefore shows not every level change a turn of 180 degrees on. To calculate such an inaccuracy To be able to compensate, it is necessary to end Hall sensor output signal over several periods to be observed and to establish an average the.

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. 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. Infolgedessen variiert der Fluß im Magnetkreis mit zwei Perioden pro Um drehung der Welle. Ein Hallsensor ist seitlich ne ben der Magnetfeldquelle des Magnetkreises angeord net und erfaßt deren durch die Umdrehung der Kreis scheibe ebenfalls modulierten Streufluß.Another such device is known from DE-A-195 25 292. This known device for Er Setting a rotary motion includes a flow module Gate in the form of a circular disc with two cut off segments that are mounted on the shaft between two pole pieces of a stationary magnet circle rotates. If the not cut off Be pass the circular disc opposite the pole pieces the air gap in the magnetic circuit is essential smaller than if the cut off areas Pole shoes face each other. As a result, it varies the flux in the magnetic circuit with two periods per um rotation of the shaft. A Hall sensor is on the side ben of the magnetic field source of the magnetic circuit net and captures their by the rotation of the circle disc also modulated 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. 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. Dieser Wert hängt von den lokalen Gege benheiten des Magnetkreises ab, in dem der Hallsen sor eingesetzt wird. 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.The Hall sensor of this known device generates two output signals "0" or "1" or "H" and "L", depending on how big the magnetic field strength is to whom he is exposed. It is necessary for this dig, one between the two extreme values determine the value of the field strength at which the Output signal from one level to the other switches. This value depends on the local area conditions of the magnetic circuit in which the hall sor is used. To achieve the Hall sensor at an angular distance of 90 degrees toggles between the two levels, one is on agile adjustment required.

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. 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 device for detecting egg ner rotary movement with the features of claim 1 and the inventive method according to claim 9 have the advantage that the accuracy the rotation detection regardless of the on set threshold is such that as the threshold worth any value within the fluctuation width of the output signal of the magnetic field sensor can be chosen. The detection accuracy of the The device and the method are therefore not of mechanical changes in the magnetic circuit, for example as a result of signs of aging or wear of moving parts through thermal expansion or signs of shrinkage due to the reverse exercise temperature, etc. impaired.

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. Diese Zahl n sollte wenigstens 3 sein.The resolution of the rotational movement detection deal with the device according to the invention or the process according to the invention depends on the number n of periods with which the flow mod the flux in the magnetic circuit per revolution of the Wave modulated. This number n should be at least 3 his.

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 one in the world le self-assembled wheel, on the circumferential direction of the wheel alternating n areas with a first magnetic permeability and n areas with a second magnetic permeability are arranged which alternate when the shaft rotates move through the magnetic circuit and thus its magnet modulate 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 a gear, and the areas with different magnetic permeabilities are the teeth or the interdental spaces of the gear.

Alternativ kann das Rad eine Scheibe mit bei einem gegebenen Radius in Umfangsrichtung angeordneten Löchern sein.Alternatively, the wheel can be attached to a disc given radius in the circumferential direction 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. 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.To a high magnetic flux in the magnetic circuit too enable, this further comprises at least one stationary pole shoe facing the wheel and whose width is at most equal to the width of each Be is rich. A corresponding second pole piece can be arranged facing the wheel elsewhere be, the position is chosen so that for each Timing both pole pieces with either areas high permeability or areas with low Permeability are facing.

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. Durch Vergleichen der zeitlichen Aufeinanderfolge beispielsweise von Nulldurchgängen der Ausgangssignale der beiden Ma gnetfeldsensoren läßt sich die Drehrichtung der Welle erkennen.According to an advantageous development of the Er finding that is not just capturing the extent of a movement, but also of its direction possible, a second magnetic field sensor is relative to the first magnetic field sensor around the axis of the shaft arranged angularly offset, the angle so ge is chosen that an output signal of the second Ma gnetfeldsensors a phase shift relative to Output signal of the first has that of 0 or ± π is measurably different. By comparing the chronological order of for example from Zero crossings of the output signals of the two Ma gnetfeldsensors the direction of rotation of the Detect wave.

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 can be arranged to fluctuations in magnetic flux in the same Magnetic circuit to capture like the first magnetic field sensor, but preferably it is its own, assigned to the second magnetic circuit.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen zu entnehmen.Further advantageous features of the invention are the following description of execution play out.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Aus führungsbeispiele mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to several management examples with reference to the associated Drawings explained in more detail. Show it:

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

Fig. 2 eine erste Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung der Welle; Figure 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 inven tion;

Fig. 6 Verläufe von Signalen in den Schaltungen aus Fig. 5 und 7; und Fig. 6 waveforms of signals in the circuits of Figs. 5 and 7; 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, which is able to detect the direction of rotation.

Description of the 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. 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. Fig. 1 shows a side view of an armature 1 of an electric motor, which is mounted together with a commu tator 2 on an armature shaft 3 . A drive worm 4 at one end of the shaft 3 drives a window lifter mechanism or a sunroof of a motor vehicle via a gear wheel (not shown) with an axis perpendicular to the armature shaft 3 .

Zwischen der Antriebsschnecke 4 und dem Anker 1 ist ein Zahnrad 5 aus Metall fest an der Welle 3 mon tiert. In einem Abstand vom äußeren Umfang des Zahnrads 5 ist ein Magnet 6 ortsfest angeordnet. Der Zwischenraum zwischen dem Magneten 6 und dem Zahnrad 5 ist im wesentlichen ausgefüllt durch ei nen Magnetfeldsensor in Form eines Hallsensors 7.Between the drive screw 4 and the armature 1 , a gear 5 made of metal on the shaft 3 is installed on it. A magnet 6 is arranged in a stationary manner at a distance from the outer circumference of the gear wheel 5 . The gap between the magnet 6 and the gear 5 is essentially filled by egg 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. Dieser Fluß ist unterschiedlich stark, je nachdem, ob dem Hallsen sor am Zahnrad ein Zahn oder ein Zahnzwischenraum gegenüberliegt. 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.A magnetic flux runs from the magnet 6 through the Hall sensor 7 into the gear wheel 5 . This flow is different, depending on whether the Hall sensor on the gear is opposite a tooth or a space between teeth. These fluctuations in the magnetic flux are registered by the Hall sensor and processed by electronic circuits, which will be discussed in more detail later, in particular in connection with FIGS. 5 and 6.

Fig. 2 zeigt die Drehbewegungserfassungsvorrich tung aus Fig. 1 in einer Seitenansicht entlang der Achse der Welle 3. Ein Magnetkreis erstreckt sich hier vom Magneten 6 über den Hallsensor 7 und einen Luftspalt in einem Zahn 8 des Zahnrades 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. FIG. 2 shows the rotational movement detection device from FIG. 1 in a side view along the axis of the shaft 3 . A magnetic circuit here extends from the magnet 6 via the Hall sensor 7 and an air gap in a tooth 8 of the gear wheel 5 . An adjacent tooth 8 is opposite a pole piece 10 , from which the magnetic flux is returned to the magnet 6 via a yoke 11 .

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. 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. Die zur magnetischen Feldstärke im Hallsensor proportionale Hallspannung wird abge griffen und weiterverarbeitet, wie später erläutert wird.In the position of the gear 5 shown , the air gaps between the Hall sensor 7 or the pole shoe 10 and the gear 5 are narrow, and accordingly the flow through the Hall sensor is strong. When the gear 5 rotates in one or the other direction Rich, a tooth space 9 comes to rest against the Hall sensor 7 or the pole piece 10 , and the flow through the Hall sensor 7 is accordingly lower. The Hall voltage proportional to the magnetic field strength in the Hall sensor is tapped and 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; vorzugsweise ist sie geringfügig kleiner, um die stärkstmögliche Modulation des magnetischen Flusses durch die Drehung des Zahnrades 5 zu erreichen.The width of the pole piece 10 or of the Hall sensor 7 , which in this embodiment also has the function of a pole piece, namely to guide the flow into the gearwheel with as little scatter as possible, is not greater in the circumferential direction than the width of the teeth 8 or the interdental spaces 9 of the gear 5 ; it is preferably slightly smaller in order to achieve the greatest possible modulation of the magnetic flux by the rotation of the gear wheel 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 taken over by a metallic housing of the detection device.

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. 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. Auf grund dieser Anordnung werden von den zwei Hallsen soren 7 und 7' Ausgangssignale erhalten, die um ±π/2 gegeneinander phasenverschoben sind. Auf die Auswertung dieser Signale wird später in Verbindung mit Fig. 7 und 8 eingegangen.A second arrangement of magnet 6 ', Hall sensor 7 ', pole piece 10 'and yoke 11 ' is offset at an angle about the axis of the shaft 3 on the gear 5 is arranged. The angle is chosen so that whenever the Hall sensor and pole piece of the Anord voltage are exactly opposite a tooth or a tooth space, Hall sensor and pole piece of the other arrangement are each half a tooth and half a tooth space. On the basis of this arrangement, the two Hall sensors 7 and 7 'give output signals which are out of phase by ± π / 2 with respect to one another. The evaluation of these signals will be discussed later in connection with FIGS. 7 and 8.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung. 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 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. 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. 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. Fig. 3 shows an alternative embodiment of a detection device according to the invention. In this embodiment, the magnet 6 is oriented parallel to the shaft 3 and arranged so that there is only a small air gap between it and an opposite tooth 8 of the gear wheel 5 . In this position shown in the Fi gur the magnetic flux from the magnet 6 largely through the tooth 8 , and the stray field, which is detected by the arranged on the side facing away from the gear wheel of the magnet 6 Hall sensor 7 is low. If the toothed wheel 5 continues to rotate so that the magnet has a tooth inter mediate space 9 , its magnetic field is distributed more evenly to the space around the magnet 6 , and the field detected by the Hall sensor 7 has a stronger effect. The signal detected by the Hall sensor of this design thus behaves to a certain extent in phase opposition to the signal detected in the previous embodiment, but its evaluation 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, also with this configuration a second magnet and a second Hall sensor be provided, the phase-shifted Si gnal detected.

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. Die Durchmesser der Löcher sind im wesentlichen gleich der Breite der Bereiche zwischen zwei be nachbarten Löchern, die eine höhere Permeabilität aufweisen. FIG. 4 shows a third embodiment in which the gearwheel is replaced by a circular metallic disk 15 , into which axially extending holes 19 are broken for a given radius n, which form regions of low permeability. The diameter of the holes are essentially equal to the width of the areas between two adjacent holes which have a higher permeability.

Die Scheibe 15 rotiert zwischen den zwei Armen ei nes hufeisenförmigen Magneten 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. An einem der Polschuhe ist ein Hallsensor (nicht gezeigt) angeordnet. Genauso wie bei den oben beschriebenen Vorrichtungen er zeugt der Hallsensor ein periodisches Signal, das n Perioden pro Umdrehungen der Welle 3 aufweist.The disk 15 rotates between the two arms of a horseshoe-shaped magnet 6 . These arms carry at their inner ends, facing the disc 15 , pole shoes 10 , the cross sections of which essentially correspond to that of the holes 19 and of which only one can be seen in the figure. A Hall sensor (not shown) is arranged on one of the pole shoes. Just like in the devices described above, the Hall sensor generates a periodic signal that has n periods per revolutions of the shaft 3 .

Fig. 5 zeigt schematisch die elektronischen Kompo nenten, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehbewegung eingesetzt werden. 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. Der Anschluß 21 wird durch einen Spannungsteiler R1, R2 auf einem Zwischenpo tential zwischen einem Versorgungspotential Vcc und Masse gehalten. 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. Der Opera tionsverstärker 23 gibt das in Fig. 6, Zeile a ge zeigte Rechtecksignal mit n Perioden pro Ankerum drehung aus. 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. Diese relativen Zeitdauern werden allerdings nicht ausgewertet. 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. 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. Man erhält so das in Fig. 6, Zeile b gezeigte Pulssignal, mit n Impulsen pro Umdrehung der Welle. 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. Fig. 5 shows schematically the electronic components that are used in the device according to the invention for detecting the rotary movement. The Hall sensor 7 has a first connection pair for a supply current and a second connection pair 21 , 22 for tapping a Hall voltage induced by the magnetic field. The terminal 21 is held by a voltage divider R1, R2 at an intermediate potential between a supply potential Vcc and ground. The other terminal 22 is connected to a first input of an operational amplifier 23 , the second input of which is fed via a voltage divider R3, R4, a potential which is selected such that it lies between the extreme values of the potential at terminal 22 . The operational amplifier 23 outputs the square wave signal shown in FIG. 6, line a with n periods per armature rotation. The ratio of the time duration depends on the high and low level within a period of the output signal of the operational amplifier 23 from the value of the potentials set by the voltage dividers R1, R2 or R3, R4. However, these relative time periods are not evaluated. Instead, the output signal of the operational amplifier 23 is fed to a flip-flop 24 , which generates a short pulse on a rising edge of the output signal, but ignores the falling edges. The operational amplifier 23 thus forms, together with the flip-flop 24, a comparator which delivers a pulse when the signal from the Hall sensor increases above a value defined by the voltage divider R3, R4, but not when it drops below this value again. The pulse signal shown in FIG. 6, line b is thus obtained with n pulses per revolution of the shaft. The number of pulses issued by the multivibrator 24 can be detected by a counter 25 so as to obtain a measure of the angle of rotation of the shaft 3 traveled.

Fig. 7 zeigt die elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Fall, daß ein zweiter Magnetfeldsensor 7' vorgesehen ist, wie in Fig. 2 gezeigt. 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. Das Ausgangssignal der Auswerteschal tung 20 liegt am Zähleingang C eines Zählers 25 an. Wie in Fig. 5 ist ein Ausgangsanschluß des Hall sensors 7' mit dem Mittelpunkt eines Spannungstei lers R1', R2' verbunden. Der andere Ausgangsanschluß 22' ist mit einem Eingang eines Operationsverstär kers 23' verbunden, dessen zweiter Eingang an einen zweiten Spannungsteiler R3', R4' angeschlossen ist. 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. 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. 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. FIG. 7 shows the electronic components of the device according to the invention in the event that a second magnetic field sensor 7 'is provided, as shown in FIG. 2. The evaluation circuit, which is formed by the components lying within the dashed box 20 in FIG. 5, is shown in simplified form in FIG. 7 by a box 20 . The output signal of the evaluation circuit 20 is present at the counter input C of a counter 25 . As in Fig. 5, an output terminal of the Hall sensor 7 'is connected to the center of a voltage divider R1', R2 '. The other output terminal 22 'is connected to an input of an operational amplifier 23 ', the second input of which is connected to a second voltage divider R3 ', R4'. The potentials set by the two voltage dividers are again chosen so that the potential difference at the inputs of the operational amplifier 32 'changes its sign when changing from high to low field strength at the Hall sensor 7 '. Due to the relative arrangement of the Hall sensors 7 and 7 ', as described with reference to FIG. 2, the output signal of the operational amplifier 23 ' (see FIG. 6, line c) is against the output signal of the sensor 7 shown in line a out of phase by π / 2. This output signal of the Hall sensor 23 'is applied to a counting direction input U / D of the counter 25 , so that, depending on the level at this input, an pulse arriving at the input C leads to an increase or decrease in the count of the counter 25 by 1.

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. 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. 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, d. h. 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.It is obvious that the circuit shown in Fig. 7 gives correct results even if the phase shift of π / 2 does not deviate by more than π / 4. Basically, it is sufficient to differentiate the directions of rotation if the phase shift between the output signals of the operational amplifiers 23 and 23 'deviates so far from 0 or ± π that the difference can be recognized by an ordered evaluation circuit. This gives a device for detecting the rotary movement of a shaft, which makes it possible to achieve a high angular resolution with little effort, which is essentially only possible by the possible number n of areas of different permeability, ie in the examples described here the number of Holes or interdental spaces or teeth is limited, which can be accommodated on a wheel so that the flow change caused by them 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 einem solchen Fall ist es auch mög lich, ein Zahnrad oder eine Scheibe aus einem Mate rial mit niedriger Permeabilität, z. B. einem Kunst stoff, herzustellen, und die Löcher bzw. Zahnzwi schenräume mit einem Metall hoher Permeabilität auszufüllen.To reduce the sensitivity of the device to Verun To reduce cleaning, the teeth between clear spaces or holes with a solid material fills its magnetic permeability from that of the gear or the disc clearly un makes a difference. In such a case it is also possible Lich, a gear or a disc made of a mate rial with low permeability, e.g. B. an art fabric, manufacture, and the holes or Zahnzwi rooms with a metal with high permeability to fill in.

Claims

1. Device for detecting the rotary movement of a shaft ( 3 ) with a rotating with the shaft rotating flux modulator ( 5 , 15 ) through which a magnetic circuit runs, the flux modulator ( 5 , 15 ) the flux in the magnetic circuit with a number n modulated by periods per revolution of the shaft ( 3 ),
a magnetic field sensor ( 7 ) for detecting fluctuations in the magnetic flux in the magnetic circuit caused by the rotation of the flux modulator ( 5 , 15 ) and
a comparator ( 23 , 24 ) for comparing the output signal of the magnetic field sensor ( 7 ) with a threshold value,
characterized in that the comparator ( 23 , 24 ) outputs a signal indicating a rotational movement when the output signal of the magnetic field sensor ( 7 ) exceeds the threshold value in a given direction and does not output a signal when the output signal outputs the threshold value in the opposite direction exceeds.

2. Devices according to claim 1, characterized shows that n is at least three.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the flow modulator comprises a on the shaft ( 3 ) mounted wheel ( 5 , 15 ), on the in the circumferential direction alternating n areas ( 8 ) with a first magnetic permeability and n areas ( 9 , 19 ) are arranged with a second magnetic permeability.

4. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a gear ( 5 ) and the areas are the teeth ( 8 ) and the tooth spaces ( 9 ) of the gear.

5. The device according to claim 3, characterized in that the wheel is a disc ( 15 ) with holes arranged in the circumferential direction ( 19 ).

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnetic circuit comprises at least one pole piece ( 10 ) which faces the wheel ( 5 , 15 ) and whose width is at most equal to the width of each area ( 8 , 9 , 19 ) is.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second magnetic field sensor is arranged angularly offset relative to the first magnetic field sensor (7) about the axis of the shaft (3), (7 '), wherein the angle is so-selected, that an output signal of the second magnetic field sensor ( 7 ') has a phase shift rela tive to the output signal of the first ( 7 ), which is measurably different from 0 or ± π.

8. The device according to claim 7, characterized in that the second magnetic field sensor ( 7 ') detects fluctuations in the magnetic flux in a second magnetic circuit.

9. A method for detecting rotational movement of a shaft by means of a magnetic circuit defined by ei NEN flow modulator (5; 15), of le with the Wel (3) is rotating and the flux in the magnetic circuit with n Pe rioden the shaft (3 per revolution ) modulated with the steps:

a) measuring a first magnetic flux at a predetermined point ( 7 ) of the magnetic circuit,
b) comparing the measured first magnetic flux with a threshold value,
c) generating a signal indicating a rotational movement when the measured first magnetic flux exceeds the threshold value in a given direction, but not when the measured first magnetic flux exceeds the threshold value in the opposite direction.

10. The method according to claim 9, with the additional steps:

a) measuring a second magnetic flux at a second point ( 7 ') of a magnetic circuit,
b) comparing the measured second magnetic flux with a second threshold value,
c) Detecting whether at the time when one of the magnetic fluxes exceeds the assigned threshold value in a specific direction, the other magnetic flux is above or below the assigned threshold value, and recognizing the direction of rotation based on the result of the detection.