DE2201738B2 - Elektrischer WinkelgeschwindigkeitsmeBwertgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber mit einem um eine Achse drehbaren Rotor und einem dazu konzentrischen Stator, von denen jeder gleichmäßig auf einem Kreis um die Achse angeordnete, sich gegenüberliegende Zähne aufweist, einer Permanentmagnetisierung in Achsrichlung und einer Spule im Rotor oder Stator, in der bei Drehung des Rotors eine EMK induziert wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebers-

Ein Winkelgeschwindigkeitsroeßwertgeber der eingangs beschriebenen Gattung ist aus der DT-OS 19 11 486 bekannt Er weist einen ringförmigen Stator auf, der zusammen mit einem als Kreisring ausgebildeten, in axialer Richtung magnetisierten Permanentmagneten und einer Meßspult in einem Gehäuse untergebracht ist Der Stator weist radial nach innen gerichtete Zähne auf, denen eine gleich große Anzahl von Zähnen eines in eine Öffnung des Gehäuses einragenden Rotors gegenüberliegt Bei Drehung des Rotors ändert sich der magnetische Fluß durch die Windungsfläche der Spule entsprechend der Änderung der relativen Stellung zwischen den Zähnen des Stators und des Rotors.

Solche Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber werden insbesondere zur Steuerung von Antiblockierbremsanlagen in Fahrzeugen verwendet Es ist vorteilhaft, wenn die Größe der von dem Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber gelieferten Wechselspannung an die jeweiligen Erfordernisse, beispielsweise die Eingangsempfindlichkeit eines Aufnahmegerätes, angepaßt werden kann. Eine solche Anpassung ist bei den bekannten Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebern nur durch eine Änderung der Magnetisierung des ringförmigen Permanentmagneten möglich. Eine solche Änderung der Magnetisierung ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden und nicht wünschenswert, weil bei zu geringer Magnetisierung des Magneten der Winkelgeschwtndigkeitsmeßwertgeber von möglicherweise auftretenden, äußeren Magnetfeldern zu stark beeinflußt wird, so daß die Gefahr besteht, daß er funktionsuntüchtig wird.

In diesem Zusammenhang sei noch auf einen aus der DT-PS 12 01096 bekannten Wechselstromgenerator hingewiesen, der eine Mehrzahl von im Stator axial ausgerichteten Permanentmagneten aufweist, die einander benachbart jeweils gegensinnig magnetisiert sind. Dieser Wechselstromgenerator eignet sich nicht zur Verwendung als Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber, da die gegenseitigen Abstände der Permanentmagnete relativ groß sind, so daß langsame Winkelgeschwindigkeiten ungenau registriert werden. Weiter ist nur schwer sicherzustellen, daß die Magnete genau gleichmäßig längs des Umfangs verteilt sind. Wenn dies nicht der Fall ist, schwankt die Frequenz der abgegebenen Wechselspannung auch bei gleichmäßiger Umdrehung des Rotors. Des weiteren ist beim Einbau der Permanentmagnete in den Generator auf die gegensinnige Ausrichtung benachbarter Magnete zu achten. Eine Magnetisierung der Magnete in ihrem eingebauten Zustand ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber zu schaffen, der in einfacher Weise an verschiedenartige Anwendungsfälle anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Permanentmagnetisierung durch eine Mehrzahl rings um die Achse angeordneter, gleichsinnig magnetisierter Permanentmagnete erzeugt ist.

Damit wird erreicht, daß der magnetische Fluß durch die Windungsfläche der Spule in einfacher Weise durch Änderung der Anzahl der verwendeten Permanentmagnete eingestellt werden kann. Die Amplitude der von dem Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber gelieferten Wechselspannung hängt somit von der Anzahl

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jer verwendeten Permanentmagnete ab und ist an die gweiligen Erfordernisse anpaßbar. Zusätzlich wird der Vorteil erzielt, daß handelsübliche, stabförmige Permanentmagnete verwendet werden können, die preiswert in vielerlei Abmessungen erhJtlich sind. Der Meßwertgeber wird verbilligt und ist in seiner Form den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten anpaßbar.

Während bei dem bekannten Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber der ringförmige Permanentmagnet radial außerhalb der Spule angeordnet ist, ist in Fortbil- «o dung der Erfindung eine Ausführungsform vorgesehen, bei der die Permanentmagnete gegenüber der Spule nach innen versetzt sind. Die Zähne des Rotors und die diesen gegenüberliegenden Zähne des Stators befinden sich bei dieser Ausführungsform radial außerhalb der '5 Permanentmagnete und der Spule, damit sich der Magnetische Fluß durch die Windungsfläche der Spule bei der Drehung des Rotors ändert

Vorteilhafterweise sind die Permanentmagnete in einem eigenen Gehäuse untergebracht, das mit dem Stator verschraubt ist Das Gehäuse kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen, so daß das Gewicht des Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebers relativ klein ist. Die erforderliche Anzahl von Permanentmagneten wird in dafür vorgesehene Löcher eingesetzt. Nicht benutzte Löcher bleiben leer.

In einer abgeänderten Ausführungsform sind die Permanentmagnete und die Spule in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Diese Zusammenfassung der Permanentmagnete und der Spule in einem Gehäuse erleichtert den Zusammenbau des Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebers.

Vorteilhafterweise ist das Gehäuse ein Teil des Stators.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Meßwertgebers zeichnet sich dadurch aus, daß das Gehäuse eine ringförmige, axial gerichtete Aussparung zur Aufnahme der Spule aufweist die von einer von zwei radial ausgerichteten Platten, die zum Stator gehören und zwischen sich das Gehäuse aufnehmen, verschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform wird das magnetische Feld _<f f einem in sich geschlossenen Weg vom Permanentn. igneten aus zunächst axial durch eine der Platten, dann über die Zähne des Rotors und den Kotor axial in Gegenrichtung ,~ur Richtung im Permanentmagneten im Stator und dann über einen Luftspalt zwischen Rotor und der anderen Platte radial durch die Platte hindurch zum Permanentmagneten zurückgeführt

Das offene Ende der axialen Aussparung ist vorteilhafterweise abgedichtet, so daß die Spule s^;rher eingekapselt ist

Ein Verfahren zur Herstellung des Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebers weist erfindnngsgemäß Arbeitsschritte auf, in denen ein mit eineir warmhärtbaren Klebemittel überzogener Draht auf einen Dorn zu einer Spule aufgewickelt wird und der aufgewickelte Draht durch Hindurchleiten von elektrischen Strom erhitzt wird, so daß das Klebemittel härtet, und die so hergestellte, fertige Spule vom Dorn abgenommen und in den Stator eingebaut wird.

Zweckmäßig ist, daß der Draht vor dem Aufwickeln mit Epoxyharz überzogen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt F i g. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform eines Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebers,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

^6o F i g. 3 in F i g. 2 gezeigte Bauteile in einem auseinandergezogenen Längsschnitt,

F i g. 4 eine Stirnansicht des in F i g. 2 und 3 dargestellten Gehäuses für die Permanentmagnete,

F i g. 5 einen der F i g. 2 ähnlichen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Meßwertgebers,

Fig.6 eine Stirnansicht eines Gehäuses des Meßwertgebers gemäß der F i g. 5,

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6,

F i g. 8 eine der F i g. 3 ähnliche Ansicht einer dritten Ausführungsform des Meßwertgebers,

F i g. 9 eine abgeänderte Ausführungsform eines in dem Meßwertgeber gemäß der F i g. 8 verwendeten Gehäuses,

4^ i g. 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 in F i g. 9,

F i g. 11 einen auseinandergezogenen Längsschnitt durch eine nochmals abgeänderte Ausführungsform eines Gehäuses mit den zugehörigen Platten,

Fig. 12 einen Längsschnitt durch eine Rad- und Scheibenbremsbaugruppe zur Darstellung des Einbaus des Meßwertgebers.

Der in F i g. 1 bis 4 dargestellte Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber weist einen Rotor 1 in Form eines innerhalb eines Stators 2 drehbaren zylindrischen Bauteils auf. Zu dem Stator 2 gehören zwei stirnseitige, ringförmige Platten 3 und 4, zwischen denen mit Hilfe von drei Klemmschrauben 5 ein ringförmiges Gehäuse 6 aus einem unmagnetischen Werkstoff eingespannt ist. In dem Gehäuse 6 ist eine elektrische Spule 7 angeordnet, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses, und deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rotors 1. Die Spule 7 ist zwischen der Platte 4 und der Basis einer ringförmigen Aussparung 8 der Platte 3 eingespannt.

Das Gehäuse 6 ist mit mehreren über den Umfang eines Teilkreises verteilten, an beiden Enden offenen, sich axial erstreckenden, durch Winkelabstände getrennten Öffnungen 9 zum Aufnehmen länglicher Permanentmagnete 10 versehen. Im Bereich jedes dieser Permanentmagnete wird in dem Stator 2 und dem Rotor 1 ein Magnetfeld erzeugt.

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

Wird der Rotor 1 gegenüber dem Stator 2 gedreht, wird in der Spule 7 eine elektromotorische Kraft induziert. Das Vorhandensein der Zähne 11 und 12 bewirkt, daß die Stärke des Magnetflusses im Bereich jedes Permanentmagneten 10 variiert, wenn der Rotor 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 U liegen, und umgekehrt. Somit hat die induzierte elektromotorische Kraft die Form einer Wechselspan nung, deren Frequenz proportional zur Vergrößerung oder Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit des Ro tors 1 zu- bzw. abnimmt.

Zur Anpassung an verschiedenartige Anwendungs fälle kann man das Magnetfeld dadurch variieren, JaI man die Anzahl der in den Öffnungen 9 des Gehäuses ( angeordneten Permanentmagnete 10 ändert.

Bei dem in Fig.5 bis 7 gezeigten Meßwertgebe sind die Spule 7 und die Permanentmagnete 10 ii

einem gemeinsamen Gehäuse 6' aufgenommen. Die Permanentmagnete 10 sind dabei gegenüber der Spule 7 radial nach innen versetzt angeordnet, und der Rotor 1 umschließt den Stator 2.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Spule 7 auf bekannte Weise ausgebildet; sie weist mehrere auf einen ihre Form bestimmenden Kern aufgewickelte Drahtwindungen auf, und sie ist mit einem elektrischen Anschluß 13 versehen.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die Spule aus einem Draht mit der erforderlichen Länge bestehen, der vor seiner Verarbeitung mit einem KIe bemittel überzogen und dann auf einen Dorn aufgewikkelt wird, woraufhin ein elektrischer Strom durch den Draht geschickt wird, um den Draht und das Klebemittel zu erhitzen, damit das Klebemittel gehärtet wird und eine zusammenhängende Baugruppe entsteht. Hierauf wird die so hergestellte Spule von dem Dorn abgenommen und in ein Gehäuse eingesetzt, das zwischen Teilen des Meßwertgebers 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 Spule 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 Aussparung 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 bietet den Vorteil, daß sich die Herstellung der Spule vereinfacht und daß sich die Spule leichter in das Gehäuse einbauen läßt.

Ausführungsformen von Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgebern mit einer solchen abgeänderten Spulenkonstruktion sind in F i g. 8 bis 11 dargestellt.

Bei dem Meßwertgeber nach F i g. 8 ragen die stirnseitigen Platten 3 und 4 gegenüber dem inneren Rand des Gehäuses 6" nach innen und bilden Anlageflächen für die benachbarten Seiten eines Spulenträgers 7, der von dem Gehäuse 6" aufgenommen und nach innen vorspringenden Teilen der Platten 3, 4 eingespannt wird.

Der Spulenträger T ist als ringförmiges, einstückiges Formteil aus einem Kunststoff ausgebildet und weist an einem Ende eine sich axial erstreckende ringförmige Aussparung 14 oder Nut 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 Platte 4 gebracht wird.

In der Aussparung 14 ist eine ringförmige Spule 18 angeordnet, die an der inneren Fläche der Rückwand

17 anliegt. Um die Spule 18 herzustellen, wickelt man einen Draht mit der erforderlichen Länge in Gestalt mehrerer schraubenlinienförmiger Windungen auf einem Dorn auf, dessen Außendruckmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Aussparung zugewandten Fläche der inneren Wand 15 ist. Der Draht wird vor seiner Verarbeitung mit einem Klebemittel, zweckmäßig einem Epoxyharz oder einem anderen wärmeempfindlichen, mittels Wärme härtbaren Klebemittel, überzogen, und nach dem Aufwickeln auf den Dorn wird ein elektrischer Strom durch den Draht geschickt, um den Draht und das Klebemittel zu erhitzen. Hierdurch wird das Klebemittel ausgehärtet, so daß eine zusammenhängende Wicklung entsteht. Hierauf wird die Spule 18 von dem Dorn abgenommen und in der beschriebenen Weise in die Aussparung 14 eingeführt. Die beiden freien Enden des Drahtes werden durch eine öffnung in der Rückwand 17 nach außen geführt und z. B. durch Verlöten mit Anschlußfahnen 19 verbunden.

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

Das offene äußere Ende der Aussparung 14 wird mittels eines ringförmigen Stopfens oder dadurch ver-

iS schlossen, daß in die Nut eine Dichtungsmasse bzw. ein Dichtungsteil eingeführt wird, so daß die Spule 18 im Spulenträger T gegen das Eindringen von Wasser und anderen Fremdstoffen gesichert ist

Der Aufbau und die Wirkungsweise des Meßwertge-

bers nach F i g. 8 entsprechen im übrigen dem Aufbau und der Wirkungsweise des an Hand von F i g. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Bei der in F i g. 9 und 10 gezeigten abgeänderten Ausführungsform ist der Spulenträger 7" einteilig mit dem Gehäuse 6'" ausgebildet. Die Permanentmagnete 10 sind hier gegenüber der Spule 18 radial nach innen versetzt angeordnet.

F i g. 11 zeigt eine den F i g. 9 und 10 ähnliche Aus führungsform, bei der ebenfalls für die Spule und die Permanentmagnete 10 ein gemeinsames Gehäuse verwendet wird. Jedoch hat die innere Wand 15 des als Spulenträger dienenden Teils des Gehäuses eine kleinere Länge, so daß ihr freies Ende in Fluchtung mit der Wand des die Permanentmagnete aufnehmenden Teils des Gehäuses 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 stirnseitigen Platten 3 und 4 werden an beiden Enden des Gehäuses von den ringförmigen Ansätzen aufgenommen, wodurch der Zusammenbau der Teile des Stators erleichtert und eine konzentrische Anordnung der Bauteile gewährleistet wird.

Die vorstehend beschriebenen Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber sind dazu bestimmt bei einer Fahrzeugbremsanlage verwendet zu werden, um die Drehgeschwindigkeit eines abgebremsten Rades festzustellen; Fig. 12 zeigt eine typische Anordnung mit einer Radbremse, der ein Meßwertgeber zugeordnet ist. Die Platte 4 des Stators 2 ist mit einem dem Rad benachbarten ortsfesten Bauteil 21 mittels mehrerer durch Löcher 23 ragender Schrauben 22 verbunden, und der Rotor 1 ist an dem Rad oder einem zusammen mit dem Rad drehbaren Bauteil 24 befestigt Die Spule 7 ist durch den elektrischen Anschluß 13 oder die Anschluß fahnen 19 mit einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden, welche das Wechselspannungssignal des Meßwertgebers in ein Gleichspannungssignal umwandelt.

Wenn eine dem Rad nach F i g. 12 zugeordnete Bremse 25 betätigt wird, nimmt die Frequenz der der Steuereinrichtung zugeführten induzierten elektromo torischen 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 Brems kraft verringert oder auf andere Weise geregelt wird. Der Meßwertgeber kann auch mit einer elektrischer

eeinrichtung verbunden sein, die auf Änderunr Frequenz des Wechselspannungssignals an-, so daß man eine direkte Anzeige oder Messung nderungen der Drehgeschwindigkeit des Rades

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

2201 738 Patentansprüche:

1. Elektrischer Winkelgeschwindigkeitsmeßwerlgeber mit einem um eine Achse drehbaren Rotor S und einem dazu konzentrischen Stator, von denen jeder gleichmäßig auf einem Kreis um die Achse angeordnete, sich gegenüberliegende Zähne aufweist, einer Permanentmagnetisierung in Achsrichtung und einer Spule im Rotor oder Stator, in der bei Drehung des Rotors eine EMK induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetisierung durch eine Mehrzahl rings um die Achse angeordneter gleichsinnig magnetisierter Permanentmagnete (10) erzeugt ist

2. Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10) gegenüber der Spule (7; IS) radial nach innen versetzt sind.

3. Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (10) in einem eigenen Gehäuse (6; 6") untergebracht sind.

4. Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die *5 Permanentmagnete (10) und die Spule (7; 18) in einem gemeinsamen Gehäuse (6'; 6'") angeordnet sind.

5. Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6; 6'; 6': 6'") ein Teil des Stators (2) ist.

6. Winkelgeschwindigkeitsmeßwertgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6"; 6'") eine ringförmige, axial gerichlete Aussparung (14) zur Aufnahme der Spule (7; 18) aufweist, die von einer von zwei radial ausgerichteten Platten (3, 4), die zum Stator (2) gehören und zwischen sich das Gehäuse aufnehmen, verschlossen ist.

7. Winkelgeschwindigkehsmeßwertgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende der axialen Aussparung (14) abgedichtet ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Gebers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich-Bet. daß ein mit einem warmhärtbaren Klebemittel aberzogener Draht auf einem Dorn zu einer Spule «wickelt wird und der aufgewickelte Draht durch Hindurchschicken von elektrischem Strom erhitzt wird, so daß das Klebemittel härtet, und daß die so hergestellte, fertige Spule (7; 18) vom Dorn abgenommen und in den Stator (2) eingebaut wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennleichnet, daß der Draht vor dem Aufwickeln mit Epoxyharz überzogen wird.