DE2157801A1 - Analoger drehwinkelabhaengiger funktionsgeber - Google Patents

Analoger drehwinkelabhaengiger funktionsgeber

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 20.November 1971 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50
VPA 71/7587 Wb/Dm
Analoger drehwinkelabhängiger 3?unktionsgeber
Die Erfindung bezieht sich auf einen analogen, drehwinkelabhängigen Funktionsgeber mit einem aus mindestens zwei Teilen entgegengesetzter Polarität zusammengesetzten Magnetträger, wobei die Teile des Magnetträgers eine gemeinsame Grenzfläche bilden und auf einem gemeinsamen Träger über einen Winkelbereich zwischen 0° und 360° befestigt sind und mit einem Hallgenerator zur kontakt- und berührungslosen Signalabnahme, wobei der Hallgenerator von dem Magnetfeld des Magnetträgers angesteuert ist,
Drehwinkelabhängige Funktionsgeber werden in der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik benötigt, wobei die Winkelstellungsmelder mit trigonometrischer oder linearer Darstellung des Winkels die wichtigsten sind. Bei der Steuerung und Regelung von Antrieben stellt sich häufig die Aufgabe, rotierende Wellen in einer vorgegebenen Winkellage zum Stehen zu bringen. Die bekannten digitalen Winkelschrittgeber (Siemens-Zeitschrift (1962) Heft 7, Seiten 521-527; Siemens-Zeitschrift 38 (1964) Heft 9, Seiten 673-675j Maschinenmarkt 70 (1964) Nr. 75, Seiten 122-124) sind für diese Aufgabe nur bedingt geeignet, da mit abnehmender Drehzahl die für die Positionierung erforderliche Digital-Analog-Wandlung, die aus den digitalen Winkelsignalen ein Signal für den analog arbeitenden Antrieb ableitet, versagt. Für das mit der Reduktion der Geschwindigkeit auf Null verbundene genaue Positionieren ist ein analoger Winkelgeber erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen analogen drehwinkelabhängigen Funktionsgeber mit kontakt- und berührungsloser Signalgabe zu schaffen, mit dessen Hilfe über 360° eine winkelabhängige Funktion dargestellt und insbesondere ein zur
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Winkelstellung proportionales Signal erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gemeinsame Grenzfläche zwischen den entgegengesetzt polarisierten Teilen des Magnetträgers über ihre gesamte Länge eine Steigung aufweist und daß der Hallgenerator dem Magnetträger derart zugeordnet ist, daß auf ihn das inhomogene Magnetfeld der Grenzfläche während einer Umdrehung des Magnetträgers einwirkt.
Als Magnetträger kann z.B. eine aus zwei Teilen entgegengesetzter Polarität bestehende rechteckige Magnetfolie verwendet werden, die auf dem Umfang eines kreisförmigen Trägers angeordnet ist, wobei die.Grenzfläche zwischen den Teilen entgegengesetzter Polarität geradlinig ansteigend verläuft. Der aus zwei Teilen entgegengesetzter Polarität bestehende Magnetträger kann auch z.B. aus einer kreisförmigen Magnetfolie bestehen, die auf der Stirnfläche eines kreisförmigen Trägers angeordnet ist. Die beiden entgegengesetzt polarisierten Teile des Magnetträgers sind hierbei längs einer annähernd spiralförmig verlaufenden gemeinsamen Grenzfläche getrennt.
Im Gegensatz zu den bekannten digitalen Funktionsgebern mit Hallgeneratoren, bei welchen der Hallgenerator möglichst senkrecht zur Grenzfläche zwischen entgegengesetzt magnetisierten Bereichen bewegt wird, wird beim analogen drehwinkelabhängigen Funktionsgeber gemäß der Erfindung der Hallgenerator über einen großen Winkelbereich oder im Verlauf einer Umdrehung allmählich über die Grenzfläche geführt. Er arbeitet also im inhomogenen Feld des Grenzgebietes.
Anhand der Zeichnung und von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1a bis 1c in schematischer Darstellung einen Funktionsgeber gemäß der Erfindung mit geradlinig ansteigender Grenzfläche zwischen den entgegengesetzt polari-
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sierten Teilen des Magnetträgers, Pig. 2 in graphischer Darstellung den Verlauf der vom Hallgenerator abgegebenen Signalspannung bei einem Punktionsgeber gemäß Pig. 1a bis 1c,
Pig. 3 in schematischer Darstellung einen Punktionsgeber gemäß der Erfindung mit einer annähernd spiralförmig verlaufenden Grenzfläche zwischen den entgegengesetzt polarisierten Teilen des Magnetträgers.
In den Piguren 1a bis 1c ist ein linearer, analoger drehwinkelabhängiger Punktionsgeber dargestellt, bei dem ein aus zwei entgegengesetzt polarisierten Teilen bestehender Magnetträger auf den Umfang eines kreisförmigen Trägers angeordnet ist. In den Piguren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der analoge drehwinkelabhängige Punktionsgeber besteht aus einem radförmigen Träger 11, welcher als Träger einer aus mindestens zwei entgegengesetzt polarisierten Teilen 12 und bestehenden magnetisierbaren Polie 14 dient. Zur Erzeugung einer zum Drehwinkel von 0° bis 360° proportionalen Hallspannung ist die in Pig.1a in der Ebene dargestellte rechteckige, zweigeteilte Polie 14 so geteilt, daß bei einer Länge von z.B. 70IL die geradlinig ansteigende Grenzfläche 15 zwischen den entgegengesetzt magnetisierten Hälften 12 und 13 so geneigt ist, daß sie durch den Mittelpunkt des Vierecks ABCD und durch die Seiten BC und AD jeweils um einen Millimeter aus der Mitte versetzt führt. Unmittelbar rechts von der Seite AD wird der Hallgenerator 16 (Stellung I) von positiver Induktion durchsetzt. Bewegt sich der Hallgenerator auf die Mitte zu, so wird seine wirksame Pläche in zunehmendem Maße auch von negativer Induktion durchsetzt, bis sich beide in der Viereckmitte (Stellung II) das Gleichgewicht halten. Der Hallgenerator gibt in dieser Stellung das Signal 0 ab. Bewegt er sich weiter in Richtung der Seite CB, so wird er immer stärker von negativer Induktion durchsetzt, bis er schließlich in Stellung III das
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größte negative Signal abgibt. Liegt der zweigeteilte Magnetträger 14 auf dem Umfang des in Pig.1b und 1c dargestellten radförmigen Trägers 11, so stoßen die Kanten CB und AD aneinander; die Induktion welchselt an dieser Stelle steil ihr. Vorzeichen. Wird das Viereck ABCD durch eine Gerade unterteilt, die die Seiten AB und CD in einer Höhe von 2,5 mm bzw. 4 mm schneidet, so läßt sich eine zwischen 0° und 360° praktisch winkelproportionale Signalspannung erreichen, wenn die Abtastung auf einer geraden Linie erfolgt, die auf beiden Seiten in einer Höhe von ca. 5 mm schneidet.
In Pig. 2 ist in graphischer Darstellung die vom Hallgenerator abgegebene Signalspannung gezeigt. Auf der Abszisse ist der Winkelbereich von 0 bis 360° und auf den Ordinaten die abgegebene Signalspannung U in Millivolt abgetragen. Die Kurve 21 gibt den Verlauf der Signal spannung pro Umdrehung des Magnetträgers 14 wieder. Durch Umpolung des Steuerstromes des Hallgenerators wird ein Signalspannungsverlauf erzielt, der durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 22 wiedergegeben ist.
Der gleiche Signalspannungsverlauf gemäß Pig. 2 läßt sich auch erzielen, wenn die magnetisierbarerPolie statt auf dem Umfang auf der Stirnfläche eines radförmigen Trägers aufgebracht wird. In diesem Palle wird ein Magnetträger verwendet,wie er in Pig.3 schematisch dargestellt ist. Der Magnetträger 31 besteht aus den beiden entgegengesetzt polarisierten Teilen 32 und 33. Die beiden Teile 32 und 33 sind längs der annähernd spiralförmig ansteigend verlaufenden Grenzfläche 34 getrennt, deren einer Teil innerhalb, deren anderer Teil außerhalb des vom Hallgenerator bei der Abfrage beschriebenen Kreises 35 liegt. Der Kreis 35 schneidet den Kurvenzug 34 im Punkt a und im Punkt b auf dem Geradenstück. Im Schnittpunkt a zeigt die Signalspannung einen flachen Nulldurchgang entsprechend der Stellung II in Pig. 1a. Im Schnittpunkt b zeigt die Signalspannung einen steilen Hulldurchgang.
3 Patentansprüche
3 Figuren
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Claims (2)

  1. - 5 - VPA 71/7587
    Patentansprüche
    Analoger drehwinkelabhangiger Funktionsgeber mit einem aus mindestens zwei Teilen entgegengesetzter Polarität zusammengesetzten Magnetträger, wobei die Teile des Magnetträgers jeweils eine gemeinsame Grenzfläche bilden und auf einem gemeinsamen Träger über einen Winkelbereich zwischen 0° und 360° befestigt sind und mit einem Hallgenerator zur kontakt- und berührungslosen Signalabnähme, wobei der Hallgenerator von dem Magnetfeld des Magnetträgers angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (15, 34) zwischen den entgegengesetzt polarisierten Teilen (12, 13 bzw. 32, 33) des Magnetträgers (14 bzw. 31) über ihre gesamte Länge eine Steigung aufweist und daß der Hallgenerator (16) dem Magnetträger (14 bzw. 31) derart zugeordnet ist, daß auf ihn das inhomogene Magnetfeld der Grenzfläche (15 bzw. 34) während einer Umdrehung des Magnetträgers (.14 bzw. 31) einwirkt.
  2. 2. !Funkt ions geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetträger (H) eine aus zwei Teilen (12, 13) entgegengesetzter Polarität bestehende rechteckige Magnetfolie auf dem Umfang eines kreisförmigen Trägers (11) angeordnet ist und daß die Grenzfläche (15) zwischen den Teilen (12, 13) entgegengesetzter Polarität geradlinig ansteigend verläuft.
    3« Punktionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetträger (31) eine aus zwei Teilen (32, 33) entgegengesetzter Polarität bestehende kreisförmige Magnetfolie auf der Stirnfläche eines kreisförmigen Trägers angeordnet ist und daß die Grenzfläche (34) zwischen den Teilen (32, 33) entgegengesetzter Polarität annähernd spiralförmig ansteigend verläuft.
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    Leerseite
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