DE2137800A1 - Magnetische Aufnehmereinrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung - Google Patents
Magnetische Aufnehmereinrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit oder WinkelstellungInfo
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Description
Magnetische Aufηehmereinrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit
oder Winkelstellung
Priorität: 16. Oktober 1970, Italien
Die Erfindung betrifft eine magnetische Aufnehmereinrichtung
zum Messen von Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung, insbesondere zur Verwendung in der Messung der Winkelgeschwindigkeit
eines Laufrades eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise
in Zuordnung zu rutschsicheren Bremssystemen, selbst
wenn andere Einrichtungen vorgesehen sind.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer magnetischen Aufnehmereinrichtung der Bauart mit einem Zahnrad, welches
mit einem magnetischen Element zusammenwirkt, welches in der
Nähe der Zähne des Rades angeordnet ist, um ein elektrisches
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Ausgangs signal herzuleiten, das rait der Winkelgeschwindigkeit
des Zahnrades in Beziehung steht.
Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Winkelstellung oder der Geschwindigkeit eines sich drehenden Elementes,
welches um seine Achse rotiert, besteht darin, ein elektrisches Signal auszunutzen, welches durch die Bewegung aufeinanderfolgender
Zähne eines geeigneten Zahnrades aus ferromagnetische!!! Material, welches am sich drehenden Element
befestigt ist oder durch dieses angetrieben ist, vorbei an einer daneben angeordneten magnetischen Aufnehmereinrichtung
erzeugt wird» Die Aufnehmereinrichtung besteht üblicherweise aus einer kleinen Spule, die auf einem ferromagnetischen
Kern gewickelt und so angeordnet ist, daß das in Verbindung mit der Spule stehende magnetische Feld,
welches durch einen geeignet positionierten Dauermagneten erzeugt wurde, als Folge der Be-Mc^a: g lev Zähne des Rades
an der Aufnehmereinrichtung vorbei variiert, wodurch eine Spannung in der Spule induziert wird. Die induzierte Spannung
wird im wesentlichen proportional der Winkelgeschwindigkeit
des Rades solange, wie ein Verlust aufgrund der Wirbelströme im Kern vernachlässigbar ist.
Man sieht, daß dann, wenn die Abmessungen der Aufnehmereinrichtung
ausreichend klein sind, um gewisse praktische Forderungen zu erfüllen, wie dies gewöhnlich der Fall ist,
die induzierte Spannung, insbesondere bei niedrigen Drehgeselivifindigkeiten
des Rades, in Praxis sehr klein sein kanru Darüberhinaus kann eine zufriedenstellende Verstärkung
der Spannung Schwierigkeiten im Hinblick auf Störungen bringen, die unvermeidlicherweise im Ausgang der Aufnehmereinrichtung
vorhanden sind.
Erfindungsgemäß soll darum vor allem eine magnetische Aufnehmereinrichtung
vorgeschlagen werden, die in der Lage ist,
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eine Ausgangsspannung zu liefern, die im wesentlichen
größer als diejenige ist, die mit bisher bekannten Aufnehmereinrichtungen
erhältlich war.
Auch soll erfindungsgemäß eine Aufnehmereinrichtung vorgeschlagen
werden, die weniger empfindlich gegen den Einfluß von Störungen als bekannte Aufnehmereinrichtungen
der genannten Art ist.
Auch soll eine magnetische Aufnehmereinrichtung der genannten Art vorgeschlagen werden, die in der Lage ist,
zufriedenstellend trotz der Arbeitstoleranzen im Rad und der Montage zu arbeiten, wobei die Toleranzen weiter als
die bekannter Aufnehmereinrichtungen sein können.
Erfindungsgemäß wird all dies durch eine magnetische Aufnehmereinrichtung
der Differentialbauart erreicht, die es möglich macht, in beachtlicher Weise die Amplitude des
elektrischen Ausgangs signals der Einrichtung zu vergrössern, wodurch der Einfluß von Fehlern, Störungen und Herst
ellungs- und Montagetoleranzen auf das Ausgangssignal vermindert wird.
Erfindungsgemäß wird nun eine magnetische Aufnehmereinrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals, welches
repräsentativ für Y/inkelgeschwhdigkeit oder Winkellage ist, der Bauart vorgeschlagen, welche ein magnetisches Element
umfaßt, das induktiv mit einer Spule gekoppelt ist und mit einem ferromagnetische Zahnrad zusammenwirkt, welches
so ausgebildet ist, daß es sich mit oder durch das sich drehende Element dreht, und zeichnet sich dadurch
aus/die Abnehmereinrichtung zwei magnetische Kreise umfaßt, die induktiv mit einer gemeinsamen Ausgangsspule
gekoppelt sind, wobei jeder Kreis ein Paar von Polschuhen aufweist, die mit den Zähnen des Rades zusammenwirken und
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in Umfangsriehtung der Zähne unter Abstand angeordnet .sind,,
wobei die Entfernung zwischen den Polschuhen in jedem Paar
eine gerade Zahl von Halbteilungen der Zähne des Rades ausmacht, und die Entfernung zwischen den Mitten der beiden
Paaren von Schuhen eine ungerade Zahl von Halbteilungen dieser Zähne ausmacht.
Eine bevorzugte praktische Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert
werden, die rein schematisch eine magnetische Aufnehmereinrichtung nach der Erfindung zeigt.
Nach der Zeichnung umfaßt die magnetische Aufnehmerein richtung
zwei Dauermagnet M1 und Mp, zwischen denen ein Kern N
sich erstreckt. Die beiden Dauermagnet M.. und Mp stehen sich
mit den gleichen Polen gegenüber und jeder ist auf zwei parallelen Polflächen jeweils mit Schuhen S1, S£ und S^, S.
versehen. Die Schuhe S1 und S\ bilden ein erstes Paar von
Schuhen, welche zusammen mit dem Kern N und dem Dauermagnet M1 einen ersten magnetischen Kreis bilden, der durch einige
Zähne auf dem Umfang eines nebenangeordneten Zahnrades vervollständigt ist, von dem ein Teil durch R angedeutet wurde.
Die Schuhe S2 und S, bilden ein zweites Paar von Schuhen,
welche zusammen mit dem Kern N und dem Dauermagnet Mg einen
zweiten magnetischen Kreis bilden, der auch durch die Zähne des Rades R vervollständigt ist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die jeweiligen durch die Schuhe S1 - S. getragenen Polstücke, welche den
Umfang des gezahnten Rades R gegenüberliegen, so unter Abstand angeordnet, daß aufeinanderfolgende Paare von
Polstücken in Umfangsriehtung, das ist S1 SpJ S2, S^ und
S,, S, voneinander um eine integrale ungerade Zahl vollständiger
Zahnteilungen des Zahnrades R unter Abstand
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angeordnet sind. So sind die ersten und zweiten Paare von
Polstücken S^, S,,und S2, S. durch eine ungerade Zahl von
Zahnteilungen versetzt angeordnet, wodurch sichergestellt wird, daß sämtliche der vier Polstücke niemals gleichzeitig
ausgerichtet bezüglich der Zähne des Rades R sind. So ist in der Zeichnung das erste Paar von Schuhen S1, S^ ausgerichtet
bezüglich der beiden Zähne des Rades R dargestellt, und daher wird der erste magnetische Kreis durch das Rad R
vervollständigt, während das zweite Paar von Schuhen S2, S4
aasgerichtet bezüglich zwei Räumen zwischen den Zähnen des Rades R ist, so daß der zweite magnetische Kreis durch das
Rad R im wesenüichen offen ist. Bei Drehung des Rades R durch eine halbe Zahnteilung aus der in der Zeichnung dargestellten
Lage wird der erste magnetische Kreis geöffnet, der zweite geschlossen.
Das heißt, die beiden magnetischen Kreise werden abwechselnd bei Drehung des Rades R über eine Zeit gleich der Zeit geschlossen,
die das Rad R braucht, um sich durch eine halbe Zahnteilung zu drehen. Da die beiden Dauermagneten M1 und M2
gleiche einander gegenüberstehende Pole, wie in der Zeichnung dargestellt, aufweisen, bringt eine Bewegung des Rades R
um eine halbe Zahnteilung eine Umsteuerung des magnetischen Feldes im Kern N hervor.
Eine Spule B ist auf den Kern N gewickelt. Strom wird in die Spule B als Ergebnis des wechselnden Magnetfeldes im
Kern N nach Drehung des Rades R induziert, wobei der Strom die Richtung für jede halbe Zahnteilung der Bewegung des
Rades R umsteuert.
Wenn somit η die Drehgeschwindigkeit des Rades R in*Umdrehungen
pro Sekunden und d die Anzahl"* der Zähne auf dem liad-R11-.::
ist, dann wird die Frequenz f der induzierten Spättnüng^J/-^
welche mehr oder weniger sinusförmig und an den Klemmen der
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Spule B erzeugt wird, gegeben durch: f = η d,
d. h., die Frequenz f ist proportional der Winkelgeschwindigkeit des Rades R.
Wie schematisch dargestellt, wird die induzierte Spannung an einen Rechteckkreis Q gelegt, der in an sich bekannter
Weise einen Rechteckwellenausgang der gleichen Frequenz wie die sinusförmige von der Spule B induzierte Spannung
liefert. Die Frequenz der Rechteckwelle wird, um die Drehgeschwindigkeit
des Rades zu erhalten, nach bekannten Verfahren gemessen. Zusätzlich gibt ein Zählen der Perioden
der Rechteckwelle die Winkellage des Rades gegenüber einer Bezugsstellung an.
Die Umkehrung des Magnetfeldes im Kern K und damit die
Vorzeichenumkehr der induzierten elektromagnetischen Kraft in der Spule B im Verlauf der Bewegung des Rades R durch
eine vollständige Polteilung führt zu einem alternierenden Ausgangssignal mit einer Spitze-Spitze-Amplitude, die gleich
dem Doppelten derjenigen einer magnetischen Aufnehmereinrichtung
der bisher bekannten Art ist. Außerdem macht die Differentialwirkung des Kreises die Einrichtung im wesentlichen
unempfindlich gegen Änderungen des Luftspalts zwischen
den Zähnen des Rades R und den Polflächen der Schuhe S - S,, wodurch für die Aufnahme so größere Herstellungstoleranzen des Rades und der Montage des Rades auf der
Welle möglich werden.
Obwohl nach der mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschriebenen Ausführungsform Dauermagneten zur Herstellung
der beiden magnetischen Kreise verwendet werden, können diese Dauermagneten durch ELektromagnete ersetzt werden.
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Außerdem kann die Aufnehmereinrichtung unterschiedliche praktische Ausfuhrungsformen annehmen und das Positionieren
der Polschuhe kann auch unterschiedlich mit Bezug auf
das Zahnrad sein. Insbesondere kann das Zahnrad einen inneren gezahnten Rand, Umfang oder Flansch aufweisen,
wobei in diesem Fall die Aufnehmereinrichtung auf der Innenseite des Rades montiert wäre.
Nach der spezifischen hier beschriebenen und dargestellten
Ausführungsform sind die Polschuhe S1 - S, unter gleichen
Intervallen zueinander unter Abstand angeordnet: Im allgemeinen jedoch können unterschiedliche Abstände verwendet
werden, vorausgesetzt, die Polschuhe S-, S^ und S2» S.
jedes Paares sind um ein integrales gerades Vielfaches der Halbteilung der Zähne auf dem Rad R unter Abstand angeordnet
und vorausgesetzt, die Entfernung zwischen den Mitten der beiden Paare von Schuhen,- das ist die relative
Unifangsverschiebung der beiden Schuhpaare - ist ein integrales ungerades Vielfachesder Halbteilung der Zähne.
Patentansprüche:
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Claims (5)
1.ylttagnetische Aufnehmereinrichtung zur Lieferung eines
elektrischen Signals, welches repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung eines sich
drehenden Elementes ist, der Bauart mit einem magnetischen Element, welches induktiv mit einer Spule
gekoppelt ist und mit einem gezahnten ferromagnetischen
Rad zusammenwirkt, das so ausgebildet ist, daß es mit oder durch das drehbare Element drehbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber zwei Magnetkreise (S1, M1, N, S-,; S2, M2, N, S,) aufweist, die induktiv
mit einer gemeinsamen Ausgangsspule (B) gekoppelt sind, , wobei jeder Kreis ein Paar von Polschuhen
(S1, S^; S2, S4) aufweist, die mit den Zähnen des Rades
(R) zusammenwirken und in Umfangsrichtung der Zähne unter Abstand angeordnet sind, wobei die Entfernung
zwischen den Polschuhen jedes Paares (S1, S^; S2, S.)
eine gerade Anzahl von Halbteilungen der Zähne des Rades (R) und die Entfernung zwischen den Mitten der
beiden Sehuhpaare eine ungerade Zahl von Halbteilungen dieser Zähne ausmacht.
2. Magnetische Auf nehmereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden magnetischen Kreise einen Dauermagneten (M1; M2) umfaßt.
3. Magnetische Aufnehmereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden magnetischen Kreise einen Elektromagneten umfaßt.
4. Magnetische Auf nehmereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Paare von Polschuhen (S1, S-,; S2, S^)
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mit den gleichen Polen nach außen weisend angeordnet sind.
5. Magnetische Aufnehmereinrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rechteckumformereinrichtung (Q), die das elektrische
durch diese . Ausgangsspule (B) gelieferte Signal beim Betrieb des Gebers aufnimmt und einen entsprechenden Rechteckwellenausgang liefert.
PATENTANWÄLTE
ORHNO. M. FINCKE, DIPL-lNG. H. BOH*
WPLINe. S. STAKK
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