DE2338068B2 - Elektromagnetischer wegaufnehmer - Google Patents
Elektromagnetischer wegaufnehmerInfo
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Description
60
Die Erfindung bezieht sich auf einen elcktroiagnetischen
Wegaufnehmer, mit dem eine in einem citen Bereich veränderliche Winkelbewegung in
η elektrisches Signal umgesetzt werden kann.
Es ist ein Wegaufnehmer bekannt, dessen in sich ?schlossener Eisenkreis aus vier im Rechteck angeordneten
Schenkeln besteht, in dem eine Magnetisierungsspule einen magnetischen Fluß erzeugt. Ober
einem Schenkel ist eine Kurzschlußspule entsprechend dem aufzunehmenden Weg verschiebbar, während
auf den benachbarten Schenkeln Meßspulen angeordnet sind. Der Flußverlauf durch die Meßspulen
hängt dann von der Stellung der KurzschI«»spule bzw. deren Abstand von den Meßspulen ab. Mit
dieser Anordnung können nur Wege, jedoch keine Winkel gemessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders für die Bestimmung eines Drehwinkels
geeigneten Wegaufnehmer einfacher Konstruktion anzugeben, mit dem Winkel in einem Bereich von annähernd
360° bestimmt werden, d. h. in eine elektrisches Signal umgewandelt werden können.
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Wegaufnehmer
mit einem von einer Induktionsspule in einem Eisenkreis erzeugten magnetischen Fluß, dessen
Verlauf innerhalb mindestens einer Meßspule von der Stellung eines Kurzschlußringes abhängt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkreis aus zwei ringförmigen ferromagnetischen
Körpern besteht, die koaxial derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Luftspalt entsteht
und in diesem Luftspalt ein Joch mit einer den magnetischen Fluß erzeugenden Masinetisierungsspule
angeordnet ist.
Der Kurzschlußring oder die Magnetisierungsspule und die Meßspule werden in Abhängigkeit von dem
zu messenden Drehwinkel gedreht und das von der Meßspule hierbei abgegebene Signal gemessen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele
des Wegaufnehmers, dabei ist einer der ringförmigen ferromagnetischen Körper innerhalb
des anderen in der gleichen Ebene angeordnet. In der mit A bezeichneten Figur ist ein Grundriß und
in der mit B bezeichneten eine Ansicht, teilweise im Schnitt längs der Linien X-X des Grundrisses gezeigt.
Die Fig. 3, 5 und 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsbcispiele
von derartigen Wegaufnehmern, wobei zwei ringförmige ferromagnetische Körper koaxial zueinander versetzt, d. h. übereinander angeordnet
sind. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist ähnlich wie das nach den Fig. 3, 5 und 6.
In Fig. 1 sind zwei ringförmige ferromagnetische Körper 1 und 2 konzentrisch angeordnet, der Körper 2
lieg! innerhalb des Körpers 1. Eine drehbare Welle 6 in der Mitte der Anordnung kann entsprechend der
zu messenden Winkelbewegung verstellt werden. Die Körper 1 und 2 können aus Blechen, aus Ferrit oder
staubförmigem mit synthetischem Harz verfestigtem Magnetpulver bestehen. Sie werden vom Joch 3 zusammengehalten,
auf das eine Magnetisierungsspule 4 aufgewickelt ist. Die Spule hat N 1 Windungen und
wird von einer Wechsclspannungsquelle gespeist. Sie wird außerdem von einem Schirm 10 umgeben.
Bei Erregung der Spule mit Wechselspannung bildet sich ein magnetischer Kreis über die ferromagnetischen
Körper 1 und 2 und den Luftspalt 9 zwischen 1 und 2. Auf dem Körper 2 sind zwei Meßspulen 81
und 82 angebracht, und zwar benachbart zu der Enden der Magnelisieiungsspule4. Beide Spulen 81
und 82 haben N 2 Windungen und sind in Differen; geschaltet, über dem ferromagnetischen Körper ί
befindet sich ein Kurzschlußring 5, der über den Arm"
mit der Welle 8 verbunden ist. Der Kurzschluß ring kann längs des Umfangs des Körpers 2 über dieser
linwegbewegt werden, wenn die Welle 6 entsprechend ler zu messenden Winkelbewegung gedreht wird.
Welle 6 und Arm 7 bestehen aus nicht magnetischem Werkstoff.
Die Wirkungsweise des Wegaufnehmers nach F i g. 1 »oll nun beschrieben werden. Vorausgesetzt wird,
IaS der Magnetisierungsspule 4 eine Spannung £ i
zugeführt wird und daher ein Magnetisierungsstrom / 1 fließt. Dann wird im magnetischen Kreis ein Fluß Φ
erzeugt: u,
Φ = N 1 / l/R
R ist der magnetische Widerstand, herrührend von dem Widerstand der Magnetisierungsspule, dem
der ferromagnetischen Körper 1 und 2 und dem des Luftspalts 9 zwischen den beiden Körpern. Der magnetische
Fluß verläuft vom Körper 2 zum Körper 1 in den Luftspalt 9 und wird vom Körper 1 zum
Körper 2 in das Joch 3 geführt. Gleichförmige Verteilung des magnetischen Flusses iu Luftspalt 9
kami ufiici den folgenden zwei Bedingungen erreicht
werden:
1. Die Körper 1 und 2 müssen von gleicher Beschaffenheit sein und eine extrem hohe spezifische
Permeabilität aufweisen.
2. Die radiale Länge / des Luftspalts zwischen den ringförmigen Körpern 1 und 2 muß über den
Umfang konstant sein, und die Querschnittsflächen der Körper 1 und 2 müssen einander
gleichen und über den ganzen Kreisumfang konstant sein.
Wenn die Permeabilität der ringförmigen Körper 1 und 2 sehr hoch ist, kann ihr magnetischer Widerstand
gegen den Widerstand des Luftspalts 9 vernachlässigt werden. So wird der magnetische Widerstand
R in der Gleichung 1 hauptsächlich von dem des Luftspalts bestimmt. Daher wird der magnetische
Widerstand in radialer Richtung des Luftspalts über den ganzen Winkel von 360° konstant und die Flußverteilung
gleichmäßig. Unter der Annahme, daß ein Winkelbereich 2 << von der Abschirmung 10 bedeckt
ist und der Streufluß in dieser Abschirmung vernächlässigbar ist, kann wegen der gleichmäßigen
Verteilung der magnetische Fluß, bezogen auf die Winkeleinheit, szesetzt werden
Die induzierte Spannung £2 in den Spulen wird dann
= Φ/2 (.7 - a).
(21
Wird weiter angenommen, daß der Fluß 7, mit der Meßspule 81 und der Fluß</2 mit der Meßspule 82
verkettet ist. treten die Flüsse 7, und y2 mit einem
Betrag von <t je Winkeleinheit aus, bis an die Stelle,
wo der Kurzschlußring steht, der Fluß Null wird. Wird der Drehwinkel θ des Kurzschlußringes 5 von
der Linie X-X gemessen, so können die magnetischen Flüsse </i und y2, die in entgegengesetzten Richtungen
verlaufen, wie folgt ausgedrückt werden:
β),
(4)
Da die Meßspulcr 81 und 82 mit gleicher Windungszahl
aber entgegengesetzter Wicklungsrichtung aufgebracht sind, können die resultierenden magnetischen
Flüsse, die mit den Spulen verkettet sind, ausuedrückt
werden:
£2 = Nl-
dr "
uie Gleichung (6) kann in die Gleichung (7) übergeführt
werden unter Benutzung der Gleichungen (1) und (5)
£2 =
Nl
df "
Wenn angenommen wird, daß der ganze magnetische Fluß mit der Magnetisierungsspule verkettet ist,
ergibt sich
Nl Φ = L/l .
rungsspule4. Wenn die Beziehung 9 zwischen der
Induktivität «,L und dem Widerstand r der Magnetisierungsspule
4 besteht, kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:
£1 = L
rj JL 2> Γ
d/1
df '
(9) (10)
Gleichung (7) kann in Gleichung (11) umgeformt
werden, auf der Basis der Gleichungen (8) und (10)
E2 =
K =
τι — u
= KC-)
El
El
N2
Nl
Nl
/Vl
El
= konstant.
(Π)
Aus Gleichung (11) ergibt sich, daß die Wechselspannung
E 2 proportional dem Drehwinkel der Welle 6 aus den beiden Meßspulen entnommen werden
kann. Die Meßspulen sollen noch für sich betrachtei werden. Eine Spannung E 21 in der Meßspule 81
ergibt
E21 = Kl- KK-)
Kl =
K2 =
El | N 2 |
1 | Nl |
El | N 2 |
(12)
Nl
6o In gleicher Weise wird eine Spannung E22 in de
Meßspule 82 induziert
E22 = Kl + KK-).
(13)
'In — 'Il
2 M.
(5) Aus den Gleichungen (12) und (13) läßt sich ableitei
daß für den Fall, daß K 1 kompe isiert werde
cann, eine Spannung entsprechend dem Drehwinkel ms den Meßspulen erhalten werden kann. In diesem
Fall kann eine zweite Mcßspulc wegfallen.
In Fig. 2 ist eine andere Ausgestaltungsform der Erfindung gezeigt, wo die beiden ringförmigen ferromagnetischen
Körper 1 und 2 ohne gegenseitige Verbindung über ein Joch angeordnet sind. Eine Magnetisierungsspule
4 ist um ein Joch 3 gewickelt, das. im Luftspalt zwischen den beiden ringförmigen Körpern
1 und 2 gleichsam schwebend angeordnet ist. Ein Kurzschlußring 5 ist um den Körper 2 gelegt und
mechanisch über den Arm 7 mit der Welle6 verbunden.
Bei dieser Ausführung wird der Kurzscli!ußring5
und der ringförmige ferromagnetische Körperl gemeinsam von der Welle 6 in Übereinstimmung mit
der zu messenden Winkeldrehung verstellt und das elektrische Ausgangssignal der Meßspule oder mehrerer
Meßspulen auf dem Körper 1 entnommen.
Bei einer weiteren Ausgestaltungsform, gezeigt in Fig. 3, sind die ringförmigen ferromagnetischen Körper
1 und 2 so angeordnet, daß sie übereinanderliegcn. Sie bestehen wieder, wie bereits erwähnt, aus Blechen
oder Ferrit und haben gleichen Durchmesser und gleiche Größe. Sie werden mit Hilfe eines Joches 3
starr verbunden, das im Luftspalt 9 liegt und auf das eine Magnetisierungsspule 4 gewickelt ist. Zwei Meßspulen
81 und 82 liegen auf dem Körper!. Die Wirkungsweise dieser Ausführung stimmt mit der
nach F i g. 1 überein.
Bei der Ausgestaltungsform nach F i g. 4 ist der Kurzschlußring mit dem ringförmigen ferromagnetischen
Körper 1 fest verbunden. Die Meßspulen 81 und 82, die den Körper 1 umge-r-en, sind relativ zu
diesem über einen Luftspait frei beweglich und über Arme 71 und 72 mit der drehbaren Welle 6 verbunden.
Das Joch 3 liegt im Luftspalt 9, trägt die Magnetisierungsspule 4 und ist mechanisch mit den magnetischen
Körpern nicht verbunden. Auch das Joch mit der Magnetisierungsspule ist über einen Arm 73
mit der Welle 6 verbunden. Infolgedessen werden die Meßspulen und die Magnetisierungsspule gemeinsam
mit der Welle 6 längs des Umfangs des Magnetkörpers 1 bewegt.
Auch nach der Ausgestaltungsform der F i g. 5 sind die beiden ringförmigen Körper 1 und 2 nicht
durch das Joch 3 verbunden. Der Kurzschlußring S ist auf dem Körper I befestigt, so daß Körper 1 und
Kurzsehlußiing 5 gemeinsam mit der Welle 6 drehbar sind. Zur Anzeige der magnetischen Flüsse im Körper
2 sind magncto-clektrischc Wandler, wie Fe1Idplattenwiderstandselemcntc9l
und 92 im Körper 2 beiderseits der Magnctisicrungsspulc 4 eingeschlossen. Die Fcldplattcnwiderstände sind mit Anschüssen 101
und 102 verbiinden. Die elektromagnetische Wirkungsweise
dieser Anordnung ist die gleiche wie die nach Fig. 1. Jedoch wird jede Änderung des magnetischen
Flusses im Magnetkörper 2 in eine Änderung des elektrischen Widerstands der Feldplattenclemente 91
und 92 umgewandelt. Eine Winkelbcwegung der Welle 6 wirkt sich also aus als Widerstandsänderung
der Feldplatten. An Stelle der Fcldplattcn 91 und 92 können auch Hallgeneratorcn zur Bestimmung des
magnetischen Flusses verwendet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend Fig. 6 ist ein Kurzschlußring5 mit
Abstand auf einem ringförmigen Körper 1 angebracht, und das Joch 3 verbindet mechanisch die ringförmigen
ferromagnetischen Körper 1 und 2. Außerdem ist das Joch über den Arm 73 mit der Welle 6
verbunden Feldplattenwidcrständc91 und 92 sind in den Körper 2 beiderseits der Magnetisierungsspule 4 eingeschlossen, und die Feldplattcn werden
gemeinsam mit der Welle 6 gedreht.
Bisher wurde angenommen, daß die spezifische Permeabilität der ferromagnetischen Körper 1 und 2
sehr groß ist und mit der koaxialen Anordnung der Körper eine gleichmäßige Verteilung des magnetischen
Flusses im Luftspalt 9 erreicht wird. Wenn es unmöglich ist, eine so große spezifische Permeabilität
der ringförmigen Körper 1 und 2 zu erhalten, daß ihre magnetischen Widerstände vernachlässigt werden
können im Vergleich zum Widerstand des Luftspalts 9, kann die Verteilung des magnetischen Flusses im
Luftspalt dadurch gleichmäßig gemacht werden, daß die Achsen der ringförmigen ferromagnetischen Körper
1 und 2 etwas parallel zueinander verschoben werden.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
2 5
Claims (9)
1. ElektroEjagnetischer Wegaufnehmer mit
:inem von einer Induktionsspule in einem Eisen- s kreis erzeugten magnetischen Fluß, dessen Verlauf
innerhalb mindestens einer Meßspule von der Stellung eines Kurzschlußringes abhängt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Eisenkreis aus zwei ringförmigen ferromagnetischen ι ο
Körpern besteht, die koaxial derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Luftspalt
entsteht and in diesem Luftspalt ein Joch mit einer den magnetischen Fluß erzeugenden Magnetisierungsspule
angeordnet ist.
2. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen
ferromagnetischen Körper konzentrisch einer innerhalb des anderen angeordnet sind.
3. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1, d?dl"*rh oekennzeichnet. daß die
ringförmigen ferromagnetischen Körper koaxial zueinander versetzt angeordnet sind und beide
den gleichen Durchmesser haben.
4. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßspulen und der Kurzschlußring auf dem gleichen ferromagnetischen Körper angebracht
sind.
5. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßspulen auf dem einen und der Kurzschluß ring auf dem anderen ferromagnetischen Körper
angebracht sind.
6. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dall
der Kurzschlußring relativ zu dem Joch mit der Magnetisierungsspule und den Meßspulen entsprechend
dem zu messenden Drehwinkel verstellbar ist.
7. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der eine ferromagnetische Körper mit dem Kurzschlußring relativ zum Joch mit der Magnetisierungsspule,
zu den Meßspulen und dem anderen ferromagnetischen Körper verstellbar ist.
8. Elektromagnetischer Wegaufnehiner nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
beide ferromagnetischen Körper mit dem Joch, der Magnetisierungsspule und den Meßspulen
relativ zum Kurzschlußring verstellbar sind.
9. Elektromagnetischer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
an Stelle von Meßspulen Feldplattenwiderstände oder Hallgeneratoren verwendet sind, welche in
einen der ringförmigen ferromagnetischen Körper eingebettet sind.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7821872 | 1972-08-03 | ||
JP7821872A JPS4936359A (de) | 1972-08-03 | 1972-08-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2338068A1 DE2338068A1 (de) | 1974-02-28 |
DE2338068B2 true DE2338068B2 (de) | 1976-02-19 |
DE2338068C3 DE2338068C3 (de) | 1976-10-14 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2626866A1 (de) * | 1976-06-16 | 1977-12-29 | Bosch Gmbh Robert | Induktiver geber |
DE2630894A1 (de) * | 1976-07-09 | 1978-01-12 | Bosch Gmbh Robert | Induktiver geber |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2626866A1 (de) * | 1976-06-16 | 1977-12-29 | Bosch Gmbh Robert | Induktiver geber |
DE2630894A1 (de) * | 1976-07-09 | 1978-01-12 | Bosch Gmbh Robert | Induktiver geber |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2194945A1 (de) | 1974-03-01 |
FR2194945B1 (de) | 1979-07-20 |
DE2338068A1 (de) | 1974-02-28 |
JPS4936359A (de) | 1974-04-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |