DE2541538C3

DE2541538C3 - Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad

Info

Publication number: DE2541538C3
Application number: DE2541538A
Authority: DE
Inventors: Edward F. Lombard Ill. Sidor (V.St.A.)
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1974-09-20
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2541538B2; SE403938B; CA1036243A; BR7506009A; SE7510506L; US3917997A; FR2285614B1; ES441079A1; AU8440875A; ZA755557B; FR2285614A1; IT1048813B; GB1501275A; DE2541538A1; NL7511078A; JPS5160575A

Description

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der DE-OS 21 37 800 ist ein Radgeschwindigkeitsmesser beschrieben, bei dem zwei von einem Permanentmagneten getragene Kerne unter solchem Abstand in Umfangsrichtung eines mit einer Zahnung versehenen Rades angeordnet sind, daß der eine Kern jeweils mit einem Zahn und der andere Kern jeweils mit einer Zahnlücke fluchtet. Eine Aufnehmerspule ist magnetisch an den magnetischen Kreis angekoppelt, dessen Widerstand sich beim Drehen des mk der Zahnung versehenen Rades periodisch ändert Die in der Aufnehmerspule induzierte Spannung wird durch einen durch sie in Sättigung treibbaren Verstärker verstärkt, und die Frequenz der so erhaltenen Rechteckspannung gibt dann die Geschwindigkeit des Rades wieder.

In der DE-OS 17 98 316 ist ferner ein Radgeschwindigkeitsmesser beschrieben, der insbesondere für kleine Drehzahlen gut arbeitet, bei denen die bei einem Radgeschwindigkeitsmesser nach der DE-OS 21 37 800 in der Aufnehmerspule induzierten Signale sehr klein werden. Bei dem Radgeschwindigkeitsmesser nach der DE-OS 17 98 316 sind drei gleiche Aufnehmerspulen vorgesehen, die in unterschiedlichem Abstand von einem Erregerspulenpaar, aber auf gleichen Querschnitt aufweisenden Kernabschnitten eines durch die Erregerspulen mit einem Gleichfeld durchfluteten Kernes angeordnet sind. Dabei ist die Gesamtgeometrie des Kernes so ausgelegt, daß dann, wenn ein Zahn des Rades dem Kern gegenübersteht, beide mit Aufnehmerspulen versehene Kernabschnitte gesättigt werden, während bei nicht auf den Kern ausgerichtetem Zahn, d. h. großem Luftspalt und großem Streufeld, nur der den Erregerspulen benachbarte Kernabschnitt gesättigt wird, der andere aber nicht. Man hat also eine zur Drehung des Rades synchrone Umschaltung des vom magnetischen Widerstand des zugeordneten Kernabschnittes abhängigen elektrischen Wechselstromwiderstandes der zweiten Aufnehmerspule, und diese elektrische Widerstandsänderung wird unter Verwendung einer Wechselstrombrückenschaltung gemessen. Man erhält so an deren Nullzweig ein Signal mit für die Raddrehzahl charakteristischer Frequenz, dessen Amplitude von der Raddrehzahl jedoch nicht abhängt.

Gegenüber diesem zusammengenommenen Stand der Technik, dem im Oberbegriff des Anspruches 1 Rechnung getragen ist, soll durch die Erfindung eine Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad geschaffen werden, die mit geringem Aufwand eine deutlich erhöhte Empfindlichkeit und eine geringere Abhängigkeit von Störeinflüssen hat.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst mit den im Kennzeichen des Anspruches I angegebenen Merkmalen,

Bei der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsfühleinrichtung sind in allen vier Zweigen der Brückenschaltung Wicklungen des magnetischen Aufnehmers angeordnet, wodurch einerseits die Amplitude des am Brückennullzweig erhaltenen Signals auf das Doppelte erhöht wird, zugleich aber auch automatisch eine völlige Kompensation von allen die Geschwindigkeitsmessung beeinflussenden Parameterschwankungen erhalten wird, welche alle Kerne und Wicklungen gleichermaßen betreffen. Derartige Schwankungen können z. B. sein: Schwankungen der magnetischen Permeabilität des für die Kerne verwendeten Materials in Folge nicht gleichbleibender Lieferqualität oder Materialalterung; Schwankungen eines etwa verwendeten magnetischen Vorspannfeldes durch Alterung der verwendeten Permanentmagnete; Änderungen des magnetischen Widerstandes in den Kernen oder des elektrischen Widerstandes in den Wicklungen sowie Abmessungsänderungen, die durch Temperatureinflüsse bedingt sind; Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Zähnung des Rades.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der zwei Wicklungen der vierarmigen induktiven Brücke um jeden der Kerne der Fühleinrichtung herumgewickelt sind,

F i g. 2 eine verbesserte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1, bei der die beiden Kerne aus einem einzigen Stück magnetischen Kernmaterials gebildet sind,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform, bei der jeder der Kerne mit nur einer Wicklung der vierarmigen Brücke bewickelt ist, während ein Rückschlußmagnet, welcher die Kerne überbrückt und an seinen Enden zwei öffnungen aufweist, mit den anderen beiden Wicklungen bewickelt ist,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer verbesserten Äusführungsform der Einrichtung nach F i g. 3, bei der die beiden Kerne aus einesi einzigen Stück Magnetkernmaterial gebildet sind, und

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines vierarmigen Brückenkreises, der bei den Einrichtungen nach den F i g. 1 bis 4 verwendet wird.

In Fig. 1 wird eine Fühleinrichtung zum Feststellen der Bewegung eines umlaufenden Rades allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das umlaufende Rad 14 ist vorzugsweise aus einem weichen Magnetmaterial gebildet, welches nicht dauerhaft magnetisiert ist, und es weist auf seinem Umfang eine Anzahl Zähne 16 auf. In Fi g. 1 werden die Zähne als auf dem Innenumfang des Rades 14 geformt gezeigt, jedoch ist die Erfindung ebenso anwendbar auf Zähne, die auf dem Außenumfang eines Rades gebildet sind. Nicht magnetisierte Räder werden gegenüber magnetisierten Rädern bevorzugt, da sie sehr viel weniger kostspielig sind.

An den am weitesten nach innen liegenden Kanten der Zähne 16 sind zwei ringförmige Magnetkerne 18,20 angeordnet. In F i g. I sind die Kanten der ringförmigen Kerne 18, 20 gezeigt und sie sind so angeordnet, daß ihre mittleren öffnungen 19,21 durch punktierte Linien dargestellt sind. Wenn die Mittellinie 22 des Kerns 18 mit dem Mittelpunkt des Zahnes 16a fluchtet, dann fluchtet die Mittellinie 24 der Kante des Kernes 20 mii der Mitte des Raumes 17 zwischen dem Zahn 16a und dem nächsten Zahn 166, welcher sich an den Kernen 18, 20 vorbeibewegt, wenn sich das Rad in Richtung des Pfeiles 23 dreht Wicklungen 26 und 28 sind beide auf den Kern 18 aufgewickelt; und Wicklungen 30, 32 sind

ίο beide auf den Kern 20 aufgewickelt, wie in Fig. 1 gezeigt Die Wicklungen 26, 28,30, 32 sind untereinander verbunden, wie in Fig.5 gezeigt, um eine vierarmige Brücke 45 zu bilden, in welcher jede der Wicklungen 26, 28, 30, 32 durch die Umlaufbewegung des Rades 14 beaufschlagt werden. An die Endanschlüsse der Brücken 36,38 ist ein Oszillator 34 angekoppelt. Der Endanschluß 40 ist geerdet, und der Ausgang wird über die Endanschlüsse 40, 42 abgenommen. Die Endanschlüsse der Spule 28 sind mit A und B bezeichnet.

Die Endanschlüsse der Spule 26 sind mit C und D bezeichnet; diejenigen der Spule 32 mit E und F, während die Endanschlüsse der Spuk 30 in den F i g. 1 und 5 mit G und H bezeichnet sind. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß die Enden A und F mit dem geerdeten Anschluß 40 verbunden sind; die Enden Eund C sind mit dem Anschluß 36 verbunden; die Enden B und H sind mit dem Anschluß 38 und die Enden D und G sind mit dem Ausgangsanschluß 42 verbunden.

Der Magnetfluß, der infolge der Wechselstromquelle 34 in den Kernen 18,20 erzeugt wird. Ist weitgehend auf die geschlossene Struktur der Kerne begrenzt Wenn das umlaufende Rad 14 aus magnetischem Material, wie beispielsweise aus weichmagnetischem Eisen hergestellt ist, dann ist es erforderlich, eine Vormagnetisierung zu liefern. Dies kann erfolgen durch Anordnung eines Magneten 44 im Bereich der Kerne 18, 20. Wenn ein Dauermagnetrad benutzt wird, dann ist der Magnet nicht notwendig; aber die Kerne 18, 20 könnten gegebenenfalls durch einen Magneten verstärkt werden, selbst wenn das umlaufende Rad 14 ein gewisses Maß an Dauermagnetismus aufwiese. Der Magnetfluß von dem Magneten 44 der F i g. 1 geht durch den Kern 18, die Zähne des Rades 14 und zurück zu dem Magneten 44 durch die Luft, wie durch die punktierten Linien 46, 48 gezeigt, welche die Magnetflußwege darstellen. Bei der Drehbewegung des umlaufenden Rades t4 in Richtung des Pfeiles 23 entsteht eine Modulation des durch den Oszillator 34 in die Brücke 45 eingespeisten Trägersignals aufgrund der gegenseitigen Einwirkung der

so beweglichen Zähne 16 und der Kerne 18, 20. Das modulierte Ausgangssignal erscheint an den Endanschlüssen 42, 40, um so an einer entfernten Stelle eine Anzeige der Geschwindigkeit des umlaufenden Rades 14 zu ermöglichen.

Die in Fig.2 gezeigte Ausführungsform ist funktionell die gleiche wie die in Fig. 1 gezeigte und ist mit denselben Bezugszeichen versehen. Die schematische Darstellung der F i g. 5 bezieht sich daher auch auf diese Ausführungsform. Obwohl die Magnetkerne 18, 20 der Fig.2 allgemein rechtwinklig und in einer Lage angeordnet sind, die mit Bezug auf die Ausrichtung der Kerne in F i g. 1 um 90^p gedreht ist, sind sie dennoch so angeordnet, daß die Mittellinie 22 des Kernes 18 mit dem Mittelpunkt des Zahns 16a fluchtet, wenn die Mittellinie 24 des Kerns 20 mit dem Raum 17 zwischen dem Zahn 16a und dem nächstfolgenden Zahn 166 fluchtet. Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist gegenüber derjenigen der Fig. 1 den Vorteil auf, daß

die Kerne 18, 20 nicht als getrennte Kerne ausgebildet sind, sondern als ein Teil von einem einzigen Stück Magnetmaterial mit einem Verbindungsjoch 50, welches die Kerne 18, 20 verbindet. Bei dieser Konstruktion is; cine genaue Temperaturkompensation und Wahl der Kerne 18, 20 nicht erforderlich, da aufgrund der Tatsache, daß sie aus demselben Stück Magneteisenmaterial hergestellt sind, ihr Temperaturverhalten im wesentlichen gleich ist.

Die Ausführungsformen der F i g. 3 und 4 bilden eine weitere Verbesserung der Einrichtung gemäß der Erfindung. Bei den Ausführungsformen nach den F i g. I und 2 strömt der Rückfluß von dem Magneten 44 für einen erheblichen Teil seiner Länge über die Luftwege 46, 48. Die Empfindlichkeit einer Fühleinrichtung kann verbessert werden durch die Anordnung von Rückflußwegen mit niedrigem magnetischem Widerstand für die Flußwege 46, 48. In den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 ist dieser Rückflußweg mit niedrigem t^l ο fr^ΐί^ f iD/^nAfi \λ/ iHacvf λ t^f% ·t^\t*ν ni*nAt*i f%% ι pnh »^ % t^ ^^ Ψ^

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U-förmigen Magnetkörper 52 mit öffnungen 55, 57 an seinen Enden für eine geschlossene Schleife zur Aufnahme der Wicklungen 28, 32 der vierarmigen Brücke der F i g. 5. Die öffnungen 55, 57 für die geschlossenen Schleifen bilden in den Schenkeln 54, 56 des Körpers 52 die geschlossenen Flußwege für den durch den Oszillator 34 erzeugten Magnetwechselfluß. Gleichzeitig wird durch die Schenkel 54,56 und das Joch 59 ein Magnetflußweg mit geringem magnetischen Widerstand für die Vormagnetisierungs-Flußwege 46, 48 vorgesehen. Das Joch 59 ist hier in Berührung mit dem Magneten 44, wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Die Kerne 18, 20 benötigen somit in den Ausführungsformen der Fig.3 und 4 nur eine einzige Wicklung. Der Flußabschlußkörper, wie der Körper 52 ohne die Öffnungen 55, 57 kann gegebenenfalls auch in Verbindung mit den Ausführungsfoi men der F i g. I und 2 benutzt werden.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Schenkel 54 so angeordnet ist, daß seine Mittellinie 60 mit der Mitte des

ϊ Zahnes 16c(das ist der Zahn, welcher dem Zahn 16a an -Jen Kernen 18, 20 vorbei vorangeht) fluchtet, wenn der Schenkel 56 mit seiner Mittellinie 62 in der Mitte der Lücke 27 zwischen dem Zahn 16/) und dem Zahn 16J liegt. Die Breite der Zahnlücken 17 des Rades 14 ist

ι» vorzugsweise die gleiche wie die Breite der Zähne 16. Die Mittellinie 22 des Kerns 18 und die Mittellinie 60 des Schenkels 54 sind vorzugsweise durch die Breite von zwei Zähnen voneinander auf Abstand gehalten, wie auch die Mittellinie 24 des Kernes 20 und die Mittellinie

ii 62 des Schenkels 56. Die Abmessungen der Kerne 18,20 und der Zähne 16 sind vorzugsweise so eingerichtet, daß dieser Abstand gegeben ist, so daß der Kern 18 und der Schenkel 54 den maximalen Fluß führen, wenn der Kern 30 und der Schenkel 56 den Mindestfluß führen, unl

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, die derjenigen der Fig. 2 ähnlich ist, indem die Kerne 18, 20 allgemein rechtwinklig und aus einem einzigen Stück Kernmaterial hergestellt sind, um die Temperatureinflüsse

.?■-> herabzusetzen, die durch Verwendung von zwei getrennten ringförmigen Kernen verursacht würden, wie es in der Ausführungsform nach F i g. 3 der Fall ist.

Die öffnungen 55, 57 in den Schenkeln 54. 56 in der Ausführe igsform nach Fig.4 sind ebenso um 90° mit

sn Bezug auf die Ausrichtung der Öffnungen 55, 57 der Ausführungsform nach F i g. 3 verdreht. Der elektrische Betrieb der Ausführungsformen n&ch den Fig.3 und 4 ist jedoch der gleiche, abgesehen von der Herabsetzung der Temperatureinflüsse, die bei der Ausführungsform

t5 nach Fi g. 4 erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geschwindigkeitsfühleinrichtung für ein Rad, das auf einem Umfang eine aus magnetisch leitendem Material bestehende gleichmäßige Zahnung aufweist, mit zwei feststehenden Kernen aus magnetisch leitendem Material, die den Zähnen derart gegenüberliegen, daß wenn der eine Kern auf einen Zahn ausgerichtet ist, der andere Kern auf eine Lücke zwischen zwei Zähnen ausgerichtet ist, je einer auf den Kernen vorgesehenen Wicklung und einer von einer Trägerfrequenz gespeisten, aus vier Zweigen bestehenden Brückenschaltung, die die beiden Wicklungen in je einem Zweig enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwei weiteren Zweigen der Brückenschaltung (45) zwei weitere Wicklungen (28, 32) liegen, und daß diese weiteren Wicklungen auf Kernen aus magnetisch leitendem Material angeordnet sind, die den Zähnen (t6) in der gleichen Weise gegenüberliegen wie die Kerne (18,20) der beiden ersten Wicklungen (26,30).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der beiden weiteren Wicklungen (28,32) auf einem der Kerne (18,20) der beiden ersten Wicklungen (26,30) angeordnet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (18, 20) Ringkerne sind und mit zur Bewegung der Zähne (16) tangentialen zusammenfallenden Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind (F i g. 1).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (18, 20) Ringkerne sind, mit zur Bewegungsrichtung der Zähne im wesentlichen normalen parallelen Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und in ihren den Zähnen (16) abgewandien Bereichen durch ein Joch (50) aus magnetisch leitendem Material verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Wicklungen (28, 32) auf eigenen weiteren Kernen (54,56) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (54,56) der beiden weiteren Wicklungen (28, 32) Ringkerne sind, die mit zur Bewegungsrichtung der Zähne (16) tangentialen zusammenfallenden Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (54,56) der beiden weiteren Wicklungen (28, 32) Ringkerne sind, die mit zur Bewegungsrichtung der Zähne im wesentlichen normal liegenden parallelen Ringachsen mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (54, 56) der weiteren Wicklungen (28, 32) in von den Zähnen abgewandten Bereichen durch ein Joch (59) aus magnetisch leitendem Material verbunden sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kerne (18,20) der beiden ersten Wicklungen (26,30) als Ringkerne ausgebildet und mit der gleichen Orientierung ihrer Achsen angeordnet sind wie die Kerne (54, 56) der weiteren Wicklungen (28, 32).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Kerne mit zur Bewegungsrichtung der Zähne (16) im wesentlichen normalen Ringachsen die Kerne (18, 20) der ersten Wicklungen (26, 30) in von den Zähnen (16) abgewandten Bereichen durch ein Joch (59) aus magnetisch leitendem Materia! verbunden sind,

11. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch und die durch es verbundenen Kerne aus demselben Material bestehen.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da^ eine Gleichfeld-Vormagnetisierungseinrichtung (44) vorgesehen ist.