DE2201738A1

DE2201738A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE2201738A1
Application number: DE19722201738
Authority: DE
Inventors: Harries David Anthony
Original assignee: Girling Ltd
Current assignee: Girling Ltd
Priority date: 1971-01-15
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-08-10
Also published as: DE2201738B2; GB1381501A; JPS5313174U; JPS5419191Y2

Description

betreffend ffinkelgeschwindigkeitssensor

Die Erfindung bezieht sich auf Sensoren zum Fühlen bzw· Feststellen der Drehgeschwindigkeit oder von Änderungen der Drehgeschwindigkeit eines drehbaren Bauteils, z. B. eines Fahrzeugrades.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Sensor zum Feststellen der Drehgeschwindigkeit oder von Änderungen der Drehgeschwindigkeit eines drehbaren Bauteils,'der ein mit dem drehbaren Bauteil verbindbares Läuferteil und ein mit dem Läuferteil konzentrisch angeordnetes Statorteil aufweist, das mit einem Bauteil verbindbar ist, gegenüber weldhem das drehbare Bauteil drehbar ist, weist eines der Teile eine magnetische Einrichtung auf, die in den Teilen einen Magnetfluß erzeugt, so daß beim Drehen des Läuferteils in einer in einem Bauteil angeordneten elektrischen Wicklung eine elektromotorische Kraft induziert wird.

Wenn das Läuferteil zusammen mit einem abbremsbaren Rad eines Fahrzeugs drehbar ist, wird das durch den Sensor erzeugte Wechselspannungssignal einer elektronischen Steuer-

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bzw. Kegeleinrichtung zugeführt, die das ueciiselspannungssignal in ein Gleichspannungs-Ausgartessignal umwandelt. Dieses Gleichsspannungs-Ausgangssignal kann benutzt werden, um eine Einrichtung zu betätigen, durch welche die auf das had aufgebrachte Bremskraft geregelt wiru, wenn die Verzögerung der Drehbewegung des Hades einen vorbestimmten .vert überschreitet.

Alternativ kann die Änderung der Frequenz des Wechselspannungssignals als direktes Maß für die Änderung der Drehgeschwindigkeit des Hades benutzt werden.

Vorzugsweise sind an einander benachbarten Flächen der beiden Teile einander entsprechende Sätze von in Umiangsabständen verteilten Zähnen ausgebildet, so daß sich die Dichte des hagnetflusses ändert, wenn sich die beiden '!'eile relativ zueinander zwischen einer Stellung, bei der Köpfe einander entsprechender Zähne in radialer Flüchtling miteinander stehen, und einer Stellung drehen, bei der die Köpfe der Zähne des einen öatzes zwischen den Köpfen der Zähne des anderen Satzes liegen. Diese Änderungen der hagnetflußdichte führen zu Schwingungen der in der Wicklung induzierten elektromotorischen Kraft, und die Frequenz dieser Schwingungen nimmt proportional zur Vergrößerung bzw. Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Läuierteils zu bzw. ab.

Die magnetische Einrichtung umfaßt mindestens zwei getrennte Dauermagnete, die in dem erwähnten einen Teil untergebracht sind.

Die Dauermagnete sind in Umfangsabständen verteilt.

Die Dauermagnete haben eine langgestreckte Umrißform und sind so angeordnet, daß ihre Achsen parallel zur Drehachse des Läuferteils verlaufen.

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Die Anzahl der in das erwähnte eine Teil eingebauten Lauermagnete wird entsprechend dem Verwendungszweck des Sensors gewählt, und man kann die stärke des Lagnetfeldes variieren, indem man die Anzahl der in dieses 'j?eil eingebauten Dauermagnete ändert.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Lrfindung werden im folgenden anhand schematisciier Zeichnungen an Ausführung sb ei si-ie I en näher erläutert, .es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform eines bensors in einer Stirnansicht;

Fig. 2 einen schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 5 in Fig. 2 gezeigte bauteile in einem auseinandergezogenen Längsschnitt;

Fig. 4 in einer ütirnansicht den in Fig. 2 und $ dargestellten Halter für die Dauermagnete;

Fig. 5 in einem Fig. 2 ähnelnden ochnitt eine abgeänderte Ausführungsform eihus censers;

Fig. 6 in einer Stirnansicht einen komoinierten ;vicklungs- und Dauerm£gnethc.lter für den sensor nach Fig. ^;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6;

Fig. 8 einen Fig. 3 ähnelnden auseiri^nder_L = zogenen Längsschnitt, in deiu «jedoch Abänuerungtn bezüglich einijer der Bauteile dt^rgestellt sindj

Fig. 9 in einer otirnansicht den in Fig. fa dargestellten jJauerinagnethalter;

Fig. IC einen bchnitt län^s üer Linie It-IC in Fi^.^;

Fig. 11 eine abgeänderte ^.usiührungsforiii einer x'eilbaugrupye zur Verwendung bei den Sensox^en nach Fig. 1, 2 und 8, zu der ein kombinierter Wicklungs- und Dauermagnethalter, sov.ie zwei Stirnplatten gehören, zwischen denen der

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Halter einspannbar ist; und

Fig. 12 einen Längsschnitt durch eine i-uad- und bcheibenbremsenbaugruppe, aus dem der Einbau eines Sensors ersichtlich ist.

Der in Fig. 1 bis 4- dargestellte oensor weist einen Läufer 1 in Form eines innerhalb eines btators 2 drehbaren zylindrischen Bauteils auf. Zu dem stator 2 gehören zv/ei ringförmige otirnplatten 3 und 4, zwischen denen mit hilfe von drei Klemmschrauben 5 ein ringförmiger Magnethalter 6 aus einem unmugnetik-chen Werkstoff eingespannt ist. In dem Magnethalter 6 ist eine elektrische Wicklung 7 angeordnet, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Magnethalters, und deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Läufers 1. Die Wicklung 7 ist zwischen der Stirnplatte 4 und der Basis einer ringförmigen Aussparung 8 der otirnplatte 3 eingespannt.

Der Magnethalter 6 ist mit mehreren über den Umfang eines Teilkreises verteilten, an beiden Enden offenen, sich axial erstreckenden, durch Winkelabstände getrennter) Öffnungen 9 zum Aufnehmen länglicher Dauermagnete 10 versehen. Im Bereich jedes dieser Dauermagnete wird in dein Stator und dem Läufer ein Magnetfeld erzeugt.

Die Innenfläche der Stirnplatte 3 ist mit einem batz von axial verlaufenden, in Umfangsabständen verteilten Zähnen 11 versehen. Ein dazu passender Teil der Außenfläche des Läufers 1 weist einen ähnlichen batz von Zähnen 12 auf, und die Zahl der Zähne 12 ist gleich der Zahl der Zähne 11.

Wird der Läufer 1 gegenüber dem btator 2 gedreht, wird in der Wicklung 7 eine elektromotorische Kraft induziert. Das Vorhandensein der Zähne 11 und 12 bewirkt, daß die Lichte des Magnetflusses im Bereich jedes Magneten 10.variiert

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wird, wenn der Läufer 1 zwischen einer Stellung, bei der die Köpfe der Zähne 12 auf die Köpfe der Zähne 11 ausgerichtet sind, und einer Stellung gedreht wird, bei der die Köpfe der Zähne 12 Jeweils zwischen den Köpfen zweier benachbarter Zähne 11 liegen, und umgekehrt. Somit hat die induzierte elektromotorische Kraft die Form eines schwingenden Signals, dessen Frequenz proportional zur Vergrößerung oder Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers 1 zu- bzw. abnimmt.

Zur Anpassung an verschiedenartige Anwendungsfälle kann man das Magnetfeld dadurch variieren, daß man die Anzahl der in den Öffnungen 9 des Magnethalters 6 angeordneten Dauermagnete' 10 ändert.

Bei dem in Pig. 5 bis 7 gezeigten Sensor können die Wicklung 7 und der Magnethalter 6 durch eine kombinierte Wicklungs- und Magnethalterbaugruppe ersetzt sein, wie es in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, wo die entsprechenden Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind wie in Fig. 1 bis 4. Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Baugruppe sind die Dauermagnete 10 in dem Halter 6 gegenüber der Wicklung 7 radial nach innen versetzt angeordnet, und der Läufer 1 umschließt den Stator 2.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Wicklung 7 auf bekannte Weise ausgebildet, sie weist mehrere auf einen ihre Form bestimmenden Kern aufgewickelte Drahtwindungen auf, und sie ist mit einem elektrischen Anschluß 15 versehen.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die Wicklung aus einem Draht mit der erforderlichen Länge bestehen, der vor seiner Verarbeitung mit einem Klebemittel überzogen und dann auf einen Dorn aufgewickelt wird, woraufhin ein elektrischer Strom durch den Draht geschickt wird, um

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-βDraht und das Klebemittel zu erhitzen, damit das Klebemittel gehärtet wird und eine zusammenhängende Baugruppe entsteht. Hierauf wird die so hergestellte Wicklung von dem Dorn abgenommen und in ein Gehäuse eingesetzt, das zwischen Teilen des Sensors einspannbar ist.

Es ist zweckmäßig, den Draht vor seiner Verarbeitung mit einem überzug aus einem Epoxyharz oder einem ähnlichen wärmeempfindlichen, mittels Wärme härtbaren Klebemittel zu versehen·

Die eine zylindrische Form aufweisende Wicklung wird vorzugsweise in eine sich axial erstreckende Aussparung oder einen Kanal des Gehäuses eingeführt, so daß sie von einer inneren Wand, einer damit konzentrischen äußeren Wand und einer geschlossenen inneren Stirnwand umschlossen ist. Das offene äußere Ende der Aus spa: rung kann mittels eines ringförmigen Stopfens oder dadurch verschlossen werden, daß man eine Dichtungsmasse so einführt, daß die Wicklung in dem Gehäuse nach außen allseitig abgeschlossen ist.

Diese Anordnung bieten den Vorteil, daß sich die Herstellung der Wicklung vereinfacht, und daß sich die Wicklung leichter in das Gehäuse einbauen läßt.

Ein Sensor mit einer solchen abgeänderten Wicklungskonstruktion ist in Fig. 8 bis IO dargestellt.

Bei dem Sensor nach Fig. 8 ragen die Stirnplatten 3 und 4 gegenüber dem inneren J*and des Magnethalters β nach innen und bilden Anlageflächen für die benachbarten Enden eines Gehäuses 7» das von dem Magnethalter 6 aufgenommen und zwischen den nach innen vorspringenden Teilen der Stirnplatten eingespannt wird.

Dae Gehäuse 7 ist als ringförmiges einstückiges Formteil aus einem Kunststoff ausgebildet und weist an einem

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Ende eine sich axial erstreckende ringförmige Aussparung oder Nut 14 auf, die durch eine innere Wand 15» eine mit dieser konzentrische äußere Wand 16 und eine mit diesen Wänden zusammenhängende ringförmige Rückwand 17 abgegrenzt ist, wobei diese Rückwand zur Anlage an der btirnplatte 4 gebracht wird.

In der Aussparung oder Kut 14 ist eine ringförmige Wicklung 18 angeordnet, die an der inneren fläche der Rückwand 17 anliegt. Um die Wicklung herzustellen, wickelt man einen Draht mit der erforderlichen Länge in Gestalt mehrerer schraubenlinienförmiger Windungen auf eineia Dorn auf, aessen Außendurchniesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der der iMut 14 zugewandten Fläche der inneren V.and 15 ist. Der Draht wird vor seiner Verarbeitung mit einem Klebemittel, zweckmäßig einem Epoxiharz oder einem anderen wärmeempfindlichen, mittels Wärme härtbaren klebemittel, überzogen, und nach dem Aufwickeln auf den Dorn wird ein elektrischer Ltrom durch den Draht geschickt, ura den Draht und das Klebemittel zu erhitzen. Hierdurch wird das Klebemittel ausgehärtet, so daß eine zusammenhängende Wicklung entsteht, hierauf wird die Wicklung 18 von dem Dora abgenommen und in der beschriebenen Weise in die Aussparung oder i-.ut 14 eingerührt. Die beiden freien Enden des Drahtes werden durch eine Öffnung in der Rückwand 17 nach außen geführt una z. B. durch Verlöten mit Anschlußfahnen 19 verbinden.

Alternativ können die Anschlußfahnen an dem Draht befestigt werden, während die Aushärtung des Liebemittels auf dem Dorn bewirkt wird.

Das offene äußere Ende der Aussparung oder Imt 14 wird mittels eines ringförmigen otopfens oder dadurch verschlossen, daß in die I.ut eine Dichtungsmasse bzw. ein Dichtun_fcsteil eingeführt wird, so daß die Wicklung in dem Gehäuse 7 gegen das Eindringen von Wasser und anderen Fremdstoffen

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gesichert ist.

Der Aufbau und die Y/irkungsweise des Sensors nach Pig. 8 entsprechen im übrigen dem Aufbau und der Wikrungsweise des anhand von Fig· 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels, und daher sind in Fig. 8 bis IO Teile, die TöLen der Ausführungsform nach Fig. 1 bis M- entsprechen, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Bei der in Fig. 9 und 10 gezeigten abgeänderten Ausführungsform sind das Wicklungsgehäuse ? und der Wagnethalter 6 durch eine kombinierte Wicklungsgehäuse- und Magnethalterbaugruppe ersetzt, deren Teile wiederum mit den schon vorher verwendeten Bezugszahlen bezeichnet sind. Bei der Baugruppe nach Fig. 9 und 10 sind die hagnete 10 in dem Halter 6 gegenüber der Wicklung 18 radial nach innen versetzt angeordnet.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform, bei der die kombinierte Wicklungsgehäuse- und Magnethalterbaugruppe der in Fig. 9 und 10 dargestellten ähnelt. Jedoch hat die innere Wand 15 eine kleinere Länge, so daß ihr freies Ende in jiluchtung mit der Wand des "den Hagnethalter bildenden 'i'eils der Baugruppe steht. Ferner ist die äußere Wand 16 nach hinten verlängert, so daß sie einen ringförmigen Ansatz 20 bildet, dessen Länge dem Betrag entspricht, um den die äußere Wand 16 über das freie Ende der Wand 15 hinausragt. Die Stirnplatten 5 und 4- werden an beiden Enden der Baugruppe von den ringförmigen Ansätzen aufgenommen, wodurch der Zusammenbau der Teile des Stators erleichtert und eine konzentrische Anordnung der Bauteile gewährleistet wird.

Die vorstehend beschriebenen Sensoren sind dazu bestimmt,' bei einer Fahrzeugbremsanlage verwendet zu werden, um die Drehgeschwindigkeit eines abgebremsten Rades festzustellen; Fig. 12 zeigt eine typische Anordnung mit einer

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Radbremse, der ein Sensor zugeordnet ist. Die Stirnplatte 4 des Stators 2 ist mit einem dem Rad benachbarten ortsfesten Bauteil 21 mittels mehrerer durch Löcher 25 ragender Schrauben 22 verbunden, und der Läufer 1 ist an dem Rad oder einem zusammen mit dem Rad drehbaren Bauteil 24 befestigt. Die Wicklung 7 ist durch den elektrischen Anschluß 13 oder die Anschlußfahnen 19 mit einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden, welche das Wechselspannungssignal des Sensors in ein Gleichspannungssignal umwandelt.

Wenn eine dem Rad nach Fig. 12 zugeordnete Bremse 25 betätigt wird, nimmt die Frequenz der der Steuereinrichtung zugeführten induzierten elektromotorischen Kraft ab, und wenn diese Frequenz einen vorbestimmten Wert erreicht, kann das Ausgangssignal der Steuereinrichtung eine andere Einrichtung betätigen, durch welche die auf das Rad aufgebrachte Bremskraft verringert oder auf andere Weise geregelt wird.

Bei einer anderen Konstruktion kann der Sensor mit einer elektrischen Anzeigeeinrichtung verbunden sein, die auf Änderungen der Frequenz des Wechselspannungssignals anspricht, so daß man eine direkte Anzeige oder Messung aller Änderungen der Drehgeschwindigkeit des Rades erhält.

Ansprüche;

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Claims

ANSPRÜCHE

1· 1 Sensor zum Feststellen der Drehgeschwindi gleit oder von Änderungen der Drehgeschwindigkeit eines drehbaren Bauteils mit einem mit dem drehbaren Bauteil verbindbaren Läuferteil und einem konzentrisch mit dem Läuferteil angeordneten Statorteil, der mit einem Bauteil verbindbar ist, gegenüber das drehbare Bauteil drehbar ist, dadurch gekennzeichnet , d§ß einer der beiden Teile (2) mit Magneten (10) versehen ist, die in den beiden genannten Teilen einen Magnetfluß erzeugen, so daß beim Drehen des Läuferteils (l) in einer in einem der Teile angeordneten elektrischen Wicklung (7; 18) eine elektromotorische Kraft induziert wird.

2, Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß an einander benachbarten Flächen der beiden Teile (1, 2) einander entsprechende Sätze von in Umfangsäbständen verteilten Zähnen (11, 12) ausgebildet sind, so daß sich die Dichte des Magnetflusses ändert, wenn zwischen den beiden Teilen eine relative Drehbewegung zwischen einer Stellung, bei der die Kqfe einander entsprechender Zähne radial aufeinander ausgerichtet sind, und einer Stellung auftritt, bei der die Köpfe der Zähne des einen Satzes zwischen den Köpfen der Zähne des anderen Satzes liegen, und daß die Änderungen der Dichte des Magnetflusses Schwingungen der induzierten elektromotorischen Kraft bewirken, deren Frequenz proportional zur Erhöhung bzw· der Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Läuferteils zu- bzw. abnimmt.

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$. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnete mindestens zwei in dem erwähnten einen Teil (2) angeordnete, voneinander getrennte Dauermagnete (10) umfassen.

4-. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (10) in Umfangsabständen verteilt sind.

5· Sensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (10) eine längliche Form haben und sich ihre Achsen parallel zur Drehachse des Läuferteils (l) erstrecken.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Dauermagnete (10) gegenüber der Wicklung (7; 18) radial nach außen versetzt sind.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Dauermagnete (10) gegenüber der Wicklung (7; 18) radial nach innen versetzt sind.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Dauermagnete (10) und die Wicklung (7; 18) Jeweils in einem gesonderten Gehäuse angeordnet sind.

9· Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7ι dadurch gekennzeichnet , daß die Dauermagnete (10) und die Wicklung (7; 18) in einem gemeinsamen Gehäuse (6) angeordnet sind.

10. Sensor nach Anspruch 8 oder 9ι dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse einen Teil des Statorteils (2) bildet.

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11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Wicklung (7) mehrere auf einen ihre Form bestimmenden Kern aufgewickelte Drahtwindungen umfaßt und mit einem elektrischen Anschluß (13) versehen ist.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (18) einen die erforderliche Länge aufweisenden, vor seiner Verarbeitung mit einem Klebemittel überzogenen, auf einen Dorn aufgewickelten Draht aufweist, der durch Hindurchschicken eines elektrischen Stroms erhitzt wurde, um das Klebemittel zu erhitzen und zum Erzeugen einer zusammenhängenden Baugruppe zu härten, woraufhin die so hergestellte Wicklung von dem Dorn entfernt und in den einen Teil (2) eingebaut wurde.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der Draht vor seiner Verarbeitung mit einem Etoxyharz oder einem ähnlichen wärmeempfindlichen, piittels Wärme härtbaren Klebemittels überzogen wurde.

14. Sensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (18) in eine sich axial erstreckende Aussparung (14) des genannten einen Teils (2) so eingeführt ist, daß sie von einer inneren Wand, einer damit konzentrischen äußeren Wand und einer geschlossenen Stirnwand umschlossen ist.

15· Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende der Aussparung (14) durch eine Dichtungseinrichtung abgeschlossen ist.

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