DE2627436A1

DE2627436A1 - Umdrehungszaehler

Info

Publication number: DE2627436A1
Application number: DE19762627436
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Hashimoto; Shigeki Kitamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1976-12-23
Also published as: US4061938A; CA1073080A

Description

Die Erfindung "bezieht sich allgemein auf einen Umdrehungszähler und im besonderen auf einen Umdrehungszähler, der die Anzahl von Umdrehungen einer Welle angibt, die synchron mit beispielsweise einer Brennkraftmaschine dreht; im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Umdrehungszähler, der ohne irgendwelche mechanische Kontaktstellen ein pulsierendes elektrisches Signal erzeugt, das die Anzahl der Umdrehungen einer Welle angibt.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Verwendung des Zählers als ein Regler für die Steuerung der- Zündpunkteinstellung einer Brennkraftmaschine sehr zweckdienlich.

VI/Bi

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Die Pig. 1 und 2 dienen zur Verdeutlichung der nachstehenden Beschreibung des Stands der Technik.

In der Fig. 1 ist schematisch ein herkömmlicher Umdrehungszähler ohne irgendwelche mechanische Kontaktstellen dargestellt. Zwei Magnetscheiben 1a und 1b sind fest an einer geeigneten Stelle einer Welle 3 angebracht. Die Welle 3 dreht synchron mit dem Umlauf beispielsweise einer Brennkraftmaschine. Gemäß der Darstellung ist jede der Scheiben 1a und 1b mit einer Mehrzahl magnetisierter■ Abschnitte versehen. Ein magnetelektrischer Wandler 2_/bei dem beispielsweise der Hall-Effekt ausgenützt ist, ist in dem Magnetfeld zwischen den beiden magnetischen Scheiben 1a und 1b angeordnet. Der Wandler 2 erzeugt ein pulsierendes elektrisches Signal gemäß der Darstellung in Fig. 2 aufgrund der wechselnden magnetischen Felder, die mit dem Umlauf der Welle 3 zwischen den Scheiben 1a und 1b erzeugt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik treten jedoch einige Schwierigkeiten auf, nämlich dadurch, daß (1) die magnetische Flußdichte zwischen den gegenüberstehenden magnetisierten Abschnitten so gering ist, daß die Größe des elektrischen Ausgangssignals des Wandlers 2 sehr niedrig ist, und daß (2) die Ausmaße des Zählers zu Sperrigkeit führen und so weiter.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Umdrehungszähler zu schaffen, bei dem keine magnetischen Scheiben mit einer Mehrzahl magnetisierter Abschnitte verwendet sind, so daß die Größe des UmdrehungsZählers verringert werden kann und ein starkes Magnetfeld eine große elektrische Ausgangsenergie aus einem magnetelektrischen Wandler sicherstellen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, bei der in jeder der verschiedenen Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugsζeichen bezeichnet sind.

Pig. 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Umdrehungszähler.

Fig. 2 ist eine Kurve der Beziehung zwischen dem

Zeitablauf und einer Veränderung der magnetischen Flußdichte, die bei dem Zahler nach Fig. 1 erhalten wird.

Fig. 3a und 2"b sind Kurven der Beziehung zwischen einer Veränderung der magnetischen Flußdichte und einem Ausgangspegel eines Signals von einem Wandler, der bei den vorzugs-

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weise gewählten Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet ist.

Pig. 4-a bis 4c zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel.

Pig. 5 ist eine Kurve der Beziehung zwischen dem Zeitablauf und einer Veränderung der magnetischen Plußdichte, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Pig. 4a bis 4c erreicht wird.

Pig. 6a bis 6c zeigen schematisch ein zweites Ausführ ung s.b e i s pi e 1.

Pig. 7 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel.

Pig. 8aund 8b zeigen schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel.

Pig. 9a und 9b zeigen, schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel.

Pig. 10 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel des Umdrehungszählers.

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Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird auf die Pig. 3a und 3b Bezug genommen, in denen Kurven für die Beziehung zwischen magnetischer Flußdichte und Ausgangspegel eines Signals von einem magnetelektrischen Wandler gezeigt sind, der in einem wechselnden magnetischen Feld angebracht ist. Es ist bekannt, daß das Ausgangssignal des magnetelektrischen Wandlers im wesentlichen eine Hysteresis gemäß der Darstellung in den Pig. 3a und 3b besitzt. Die Pig. 3a zeigt eine ideale Kennlinienkurve des Ausgangssignalpegels in Bezug auf eine Veränderung der magnetischen Plußdichte. Gewöhnlich verändert sich jedoch die Lage des Ausgangssignals in Bezug auf die magnetische Plußdichte bei verschiedenen Wandlern aufgrund der Streuung ihrer Kennwerte (z.B. A oder B in Pig. 3"b) j so daß sich die Plußdichte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs wie beispielsweise von +B bis -B verändern sollte, um ein Ausgangssignal von einem verwendeten Wandler sicherzustellen.

Bei einem Umdrehungszähler mit einem magnetelektrischen Wandler ist es daher wichtig, sowohl die Richtung des magnetischen Plußes leicht zu wechseln als auch eine Veränderung ausreichender Plußdichte zu erhalten.

In den Pig. 4a bis 4c ist ein erstes Ausführungs-

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beispiel schematiscli dargestellt. Ein hohler zylindrischer Hagnet 4 ist axial magnetisiert und nimmt in seiner (nicht "bezeichneten) Höhlung eine drehbare Welle 7 für ein Umlaufen mit der VJelle 7 auf. Die Welle 7 dreht synchron mit dem Umlauf einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine. Zwei Joche 5 und 6 aus magnetischem Material sind mit einer Mehrzahl von Flügeln 5' und 6' versehen und jeweils an den entgegengesetzten axialen Enden des Magneten 4 fest angebracht. Die Anzahl der Flügel 5' und 6' ist so "bestimmt, daß sie gleich derjenigen der Zylinder der Maschine ist. Das heißt, wenn die Maschine vier Zylinder besitzt, beträgt die Anzahl der Flügel 5' bzw. 6^! jeweils vier. Die beiden Joche 5 und 6 sind so angebracht, daß jeweils die Flügel 5' des Jochs 5 einem Zwischenraum zwischen zwei Flügeln 6' des Jochs 6 gegenüberstehen. Der Magnet 4 und die Joche 5 und 6 drehen mit dem Umlauf der Welle 7.

Gemäß der Darstellung sind zwei im wesentliehen T-förmige Teile 20 und 21 aus magnetischem Material dafür vorgesehen, einen magnetelektrischen Wandler 12 zwischen sich zu halten. Zwei Teilbereiche 8 und 9 der Teile 20 und 21 sind parallel zueinander angeordnet. Andere Teilbereiche 10 und 11 dienen dazu, zwischen einander den Wandler 12 zu halten. Die Teile 20 und 21 sind fest an

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einem (nicht gezeigten) geeigneten Rahmen befestigt und parallel zu der Achse des Magneten 4 und in der Nähe derselben so angeordnet, daß der Teilbereich 9 einem der Flügel 5' des Jochs 5 gegenübersteht, wenn der Teilbereich 8 einem der Flügel 6' gegenübersteht (Pig. 4b) und andererseits der Teilbereich 8 einem der Flügel 5' des Jochs 5 gegenübersteht, wenn der Teilbereich 9 einem der Flügel 6^! gegenübersteht (Fig. 4c)·

Wenn im Betrieb die Joche 5 und β in Bezug auf die Teile 20 und 21 gemäß der Darstellung in Fig. 4b angeordnet sind, wird der Magnetfluß mit Hilfe des oberen Teils des Teilbereichs 8, den Teilbereichen 10 und 11 und des unteren Teils des Teilbereichs 9 so geführt, daß der Magnetfluß durch den magnetelektrischen Wandler 12 von rechts nach links läuft. Im Gegensatz dazu läuft in Fig. 4c der magnetische Fluß in Umkehrung durch den Wandler 12 von links nach rechts.

In Fig. 5 zeigt eine Kurve die Beziehung zwischen dem Zeitablauf und der Veränderung des magnetischen Flußes bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann ein ausreichender Fluß erzielt werden, der sich in dem Bereich von +B_m bis -B verändert. Dies ist deshalb der; Fall, weil der Magnet 4 anders als die in Fig. 1 gezeigte magnetische Scheibe 1a oder 1b nur zwei Pole besitzt.

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In den Pig. 6a bis 6c ist ein zweites Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Joche 5 und 6 sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel derart angebracht, daß jeder der Flügel 5^f des Jochs 5 jeweils einem der Plugel 6' des Jochs 6 gegenübersteht. Teile 30 und 34 aus magnetischem Material kreuzen einander entsprechend der Darstellung in den Pig. 6b und 6c, wobei sie zwischen sich den magnetelektrischen Wandler 12 halten. Die Teile 30 und 34 bestehen jeweils aus stabförmigen Teilbereichen 31, 32 und 33 bzw. 35, 36 und 37. Die Teile 30 und 34 sind in der Hähe des Magneten 4 so angebracht, daß bei Segenüberstellung des Teilbereichs 32 mit einem der Flügel 5' und des Teilbereichs 37 mit einem der Flügel 6' der Teilbereich 33 keinem der Flügel 6' und gleichfalls der Teilbereich 36 keinem der Flügel 5' gegenübersteht (Fig. 6b). Wenn jedoch der Teilbereich 33 einem der Flügel 6^f und der Teilbereich 36 einem der Flügel 5' gegenübersteht, steht der Teilbereich 32 keinem der Flügel 5' und auch der Teilbereich 37 keinem der Flügel 6^f gegenüber (Fig. 6c).

Aus Fig. 6b ist klar zu entnehmen, daß der magnetische Fluß durch den magnetelektrischen Wandler 12 von dessen vorderer Seite zu der G-egenseite dringt. Im Gegensatz dazu gelangt der magnetische Fluß durch den Wandler

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in Umkehrung in Gegenrichtung im Vergleich mit demjenigen in Pig. 6Td. Auf diese Weise kann in dem magnetelektrischen Wandler 12 mit dem Umlauf der Welle 7 der wechselnde magnetische Fluß erzielt werden.

In der Fig. 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der Unterschied zwischen dem zweiten und dem dritten AusführungslDeispiel liegt darin, daß Teile 50 und 55 des dritten Ausführungsbeispiels einander nicht überkreuzen. Die Teile 50 und 55 aus magnetischem Material liegen im wesentlichen parallel zueinander und weisen jeweils Teilbereiche 51, 52, 53 und 54 Tdzw. 56, 57j 58 und 59 auf. Gemäß der Darstellung ist der magnetelektrische. Wandler 12 zwischen den Teilbereichen 54 und 59 gehalten. Die Teile 50 und 55 sind in der Uähe des Magneten 4 so angeordnet, daß bei Gegenüberstellung des Teilbereichs 53 mit einem der Flügel 6' und des Teilbereichs 57 mit einem der Flügel 5' der Teilbereich 52 keinem der Flügel 5' und ebenfalls der Teilbereich 58 keinem der Flügel 6' gegenübersteht (Fig. 7), während andererseits, obgleich es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, der Teilbereich 53 keinem der Flügel 6' und gleichfalls der Teilbereich 57 keinem der Flügel 5^! gegenübersteht, wenn der Teilbereich 52 einem der Flügel 5' und der Teilbereich 58 einem der Flügel 6' gegenübersteht.

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In Fig. 7 ist zu entnehmen, daß der magnetische Fluß durch den magnetelektrischen Wandler 12 von rechts nach links dringt. Demgegenüber dringt der -Fluß durch den Wandler 12 von links nach rechts in dem Fall, bei dem die Teilbereiche 52 und 58 jeweils einem der Flügel 5¹ bzw. einem der Flügel 6' gegenüberstehen. Auf diese Weise wird mit dem Umlauf der Welle 7 der wechselnde magnetische Fluß erhalten.

Die Fig. 8a und 8b sind eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels. Dieses Aus- · führungsbeispiel ist eine Modifikation desjenigen gemäß den Fig. 4a bis 4c. Das heißt, der den Hall-Effekt ausnützende magnetelektrische Wandler 12 ist durch eine Spule 60 ersetzt. Die Spule 60 ist um eine Stange 61 aus magnetischem Material gewickelt. Die Stange 61 ist zwischen zwei Teile 62 und 63 aus magnetischem Material angeschlossen. Im Hinblick auf die Beschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 4a bis 4c ist verständlich, daß die Ausgangsspannung der Spule 60 mit dem umlauf der Welle 7 verändert ist und daß die Ausgangsspannung wegen der Flußdichteveränderung von 2B durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: Y = 2 d/m/dt, wobei pm die magnetische Flußdichte ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insofern vorteilhaft, als die Ausgangsspannung der Spule 60

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das doppelte derjenigen eines üblichen magnetelektrisehen Wandlers mit Ausnutzung magnetischer Widerstandsveränderung ist.

In den Fig. 9a und 9b ist schematisch eine fünfte Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der zweiten Ausführungsform, wobei der Unterschied zwischen diesen Ausführungsformen darin liegt, daß der Wandler 12 der zweiten Ausführungsform durch eine Spule 70 ersetzt ist. Die Spule 70 ist um eine Stange 71 aus magnetischem Material gewickelt. Die Stange 71 wiederum ist an Teile 72 und 73 angeschlossen, die den Teilen 30 und 34 der zweiten Ausführungsform ähnlich sind. Die Funktion der fünften Ausführungsform ist gleichartig derjenigen der zweiten Ausführungsform, so daß zur Vereinfachung eine weitere Beschreibung weggelassen ist.

In Fig. 10 ist schematisch ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen TJmdrehungsZählers bei einem Zündsystem einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der magnetelektrische Wandler 12 ist an einen geeigneten Verstärker 100 angeschlossen, der das pulsierende Signal von dem Wandler 12 auf einen vorbestimmten Wert verstärkt. Das verstärkte Signal wird in eine nächste Stufe, nämlich einen Hochspannungstransformator 101 eingegeben, in dem die von dem Verstärker 100 eingespeiste Spannung auf ein

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geeignetes Kaß angehören wird. Die Hochspannung von dem Transformator 101 wird dann einem drehbaren Arm 10^! ei- ' nes Verteilers 10 zugeführt. Der Arm 10' dreht synchron mit dem Umlauf der (nicht gezeigten) Maschine. Auf diese Weise erhalten "bekanntermaßen Festkontakte 102 "bis in Aufeinanderfolge die Hochspannung von dem Transformator 101 und gehen die Hochspannung an Zündkerzen "bis 109 ab, von denen jede in einer Brennkammer der Maschine angebracht ist.

Aus dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß die Erfindung folgende bedeutende Vorteile aufweist:

(1) Der Magnet 4 ist nicht mit einer Mehrzahl magnetisierter Abschnitte wie die Magnetscheiben 1a oder 1b (Fig. 1) versehen, so daß leicht die ausreichende Größe des magnetischen Flußes erreicht werden kann.

(2) Durch Verwendung des Magneten 4 kann ein plötzlicher Wechsel der Richtung des Magnetflußes sichergestellt werden. Ferner ist bei Verwendung der Spule 60 oder 70 die Ausgangsspannung aus dieser gemäß vorstehender Beschreibung relativ groß, so daß sie besonders vorteilhaft bei niedriger Maschinendrehzahl ist.

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(3) Aufgrund der Verwendung des einfachen Magneten 4 kann die Größe des UmdrehungsZählers beträchtlich vermindert werden.

(4) Die Herstellungskosten des Umdrehungszählers sind "beachtlich niedrig, v/eil ein derartiger einfacher Magnet 4 leicht herzustellen ist.

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Claims

-H-

Patentansprüche:

j Umdrehungszähler, gekennzeichnet durch einen Magneten (4), der um eine seiner Achsen drehbar und axial magnetisiert ist, zwei aus magnetischem Material hergestellte und mit einer Mehrzahl von Flügeln (5'5 6') versehene Joche (5, 6),- die jeweils an den entgegengesetzten axialen Enden des Magneten fest angebracht sind, eine G-ebervorrichtung (20, 21; 30, 34; 50, 55; 61, 62, 63; 715 72, 73) zum Erzeugen eines wechselnden magnetischen Felds mit der Umdrehung des Magneten, die in dem magnetischen PeId zwischen den beiden Jochen angebracht ist, und einen an der Gebervorrichtung angebrachten magnetelektrischen Wandler (12; 60; 70) für die Erzeugung eines pulsierenden elektrischen Signals aufgrund des wechselnden magnetischen Felds.
2. Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Joche (5, 6) so angeordnet sind, daß die Flügel (5^f> 6') eines der beiden Joche jeweils einem Zwischenraum zwischen zwei Flügeln des anderen Jochs gegenüberstehen, daß die Gebervorrichtung" (20, 21; 61, 62, 63) zwei stabartige Teile (8, 9; 62, 63) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und parallel zu der Achse und in der ITähe des Magneten so angebracht

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sind, daß, wenn eines der beiden Teile einem der Flügel eines der beiden Joche gegenübersteht, das andere Teil einem der Flügel des anderen Jochs gegenübersteht, und daß der magnetelektrische Wandler (12; 60) zwischen den " zwei Teilen der Gebervorrichtung angebracht ist.
3. Umdrehungszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrische Wandler ein Element (12) ist, das den Hall-Effekt ausnützt.
4. Umdrehungszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrische Wandler eine Spule (60) ist.
5. Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Joche (5, 6) so angeordnet sind, daß jeweils die Flügel (5^T, 6¹) eines der beiden Joche jeweils den Flügeln des anderen Jochs gegenüberstehen, daß die Gebervorrichtung (30, 34; 71, 72, 73) zwei stabförmige Teile (31, 35; 72, 73) aufweist, die über Kreuz angeordnet sind und in der Nähe des Magneten so angebracht sind, daß wenn eines der zwei Teile einem der Flügel eines der beiden Joche gegenübersteht, das andere Teil einem der Flügel des anderen Jochs gegenübersteht, und daß der magnetelektrische Wandler (12; 70) zwischen

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den "beiden Teilen der Gebervorrichtung angebracht ist.
6. Umdrehungszähler nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrisch^ Wandler ein Element (12) ist, das den Hall-Effekt ausnützt.
7. Umdrehungszähler nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrische Wandler eine Spule (70) ist.
8. Umdrehungszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Joche (5, 6) so angeordnet sind, daß die Flügel (5¹, 6') des einen der "beiden Joche gewei-ls den Flügeln des anderen Jochs gegenüberstehen, daß die C-ebervorrichtung (50, 55) zwei stabförmige Teile (51, 56) aufweist, die parallel zueinander angeordnet und schräg zu der Achse des Magneten so angebracht sind, daß wenn eines der zwei Teile einem der Flügel eines der beiden Joche gegenübersteht, das andere Teil einem der Flügel des anderen Jochs gegenübersteht, und daß der magnetelektrische Wandler (12) zwischen den beiden Teilen der G-ebervorrichtung angebracht ist.
9. Umdrehungszähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrische Wandler ein Element (12) ist, das den Hall-Effekt ausnützt.

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10. Umdrehungszähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetelektrisch^ Wandler eine Spule ist.
11. Umdrehungszähler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) an eine Welle (7) anschließbar ist, die synchron mit dem Umlauf einer Brennkraftmaschine dreht, und daß die Anzahl der Flügel (5'> 6^f) eines jeden der "beiden Joche (5, 6) die gleiche wie diejenige der Zylinder der Brennkraftmaschine ist.

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