DE2726132A1

DE2726132A1 - Winkelsignalgeber fuer rotierende teile

Info

Publication number: DE2726132A1
Application number: DE19772726132
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Ing Hoehne; Gerhard Dipl Ing Soehner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1978-12-21

Description

24.5-1977 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OQO Stuttgart 1 Winkelsignalgeber für rotierende Teile Zusammenfassung

Es wird ein Winkelsignalgeber für rotierende Teile, insbesondere für ein mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenes Leitstück vorgeschlagen, bei dem der magnetische Fluß eines Magneten über das Leitstück periodisch geschlossen wird. Die genaue Winkelbestimmung der Kurbelwelle ist bei Brennkraftmaschinen bedeutsam z.B. zum Festlegen des Zündzeitpunktes oder der Einspritzzeiten. Der Winkelsignalgeber umfaßt einen magnetischen Kreis mit zwei Polschuhen, von denen mindestens einer aus mehreren Abschnitten besteht, wenigstens ein Polschuabschnitt bzw. das Leitstück eine festgelegte geometrische Form aufweist und der Magnetfluß in einem Polschuhabschnitt gemessen wird. Als zweckmäßig hat sich eine lineare Form des Winkelsignales herausgestellt, was in Verbindung mit Magnetfelddetektoren eine etwa lineare geometrische Figur von Polschuhabschnitt oder Leitstück erfordert und damit z.B. Sägezahnspannungen mit linearem Anstieg erzeugt werden können.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Winkelsignalgeber mit einem magnetischen Kreis, der jedoch nach r>em Induktionsprinzip arbeitet. Sollen bei diesem System lineare Anstiegsflanken erzeugt werden, bedarf es aufgrund des physikalischen Zusammenhanges zwischen überstrichener Fläche pro Zeit und induzierter Spannung einer nichtlinearen Geometrie desjenigen Polschuhabschnittes, der mit dem Induktionssystem verbunden ist. Beim bekannten System schließt sich der magnetische Kreis ausgehend von einem Magneten über einen in Achsnähe angebrachten Polschuh, das mit der Achse verbundene Leitstück, welches einen axial versetzten zweiten Polschuh rotationssymmetrisch zur Achse überstreicht. Ein Teil dieses rotationsymmetrisch aufgebauten Polschuhes wird in das Induktionssystem für den Winkelsignalgeber einbezogen.

Nachteilig an dem bekannten System ist die Verwendung des Induktionssystemes, das nichtlinieare geometrische Anordnungen erfordert, wenn lineare Ausgangssignale erhalten werden sollen. Weiterhin ergibt sich aufgrund der geometrischen Anordnung bei Taumelschwingungen der Achse ein nichtkonstanter Luftspalt und daher eine Nichtlinearität im Signal. Wenn das Ausgangssignal des Winkelsignalgebers mit Schwellwertschalter abgefragt wird, bedeuten Nichtlinearitäten insbesondere der Anstiegsflanke eine Verfälschung in der Angabe des Winkelwertes.

Vorteile der Erfindung

Durch Verwendung von Magnetfelddetektoren entspricht das abgegebene elektrische Signal der Geometrie des bezüglich seines Magnetflusses abgefragten Polschuhabschnittes. Insbesondere bei einem linearen Anstieg der Winkelsignalspannung ergibt

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sich deshalb eine einfache geometrische Struktur des betreffenden Polschuhes, der damit auch kostengünstig herzustellen ist. Die Aufteilung des Gesamtmagnetflusses in verschiedene Teilflüsse dient der Beseitigung von Randflüssen und damit von Unsymmetrien. Durch die Konstanz des Luftspalts sind Taumels chwingungeη der Achse, bzw. Welle unschädlich für das Ausgangssignal des Winkelgebers. Erreicht wird dies durch einen konstanten Polabstand in einem festgelegten Winkelbereich. Eine radiale Lageveränderung des Leitstücks läßt nämlich den Gesamtluftspalt im magnetischen Fluß konstant bleiben. Mit all diesen Maßnahmen wird eine exakte Funktion des Ausgangssignals abhängig von der Winkelstellung erreicht.

Da der Magnetfluß mit einem Magnetfelddetektor abgefragt wird, ist es unbeachtlich, an welcher Stelle des Magnetfeldweges die Winkelabhängigkeit erzeugt wird. So ist neben einem entsprechend der gewünschten Signalform ausgebildeten Polschuhabschnitt auch eine entsprechende Formung des Leitstücks möglich. Eine Auswahl zwischen diesen beiden Möglichkeiten ist je nach Bauform des Winkelsignalgebers interessant, wobei Gesichtspunkte wie Gesamtraumbedarf, mögliche Größe der Polschuhanordnung usw. eine Rolle spielen. Weiterhin ist die Drehzahlunabhängigkeit des elektrischen Winkelsignales von Vorteil.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erste Ausfuhrungsform des Winkelsignalgebers mit einer vom gewünschten Ausgangssignal abhängigen Polschuh-Geometrie. Figur 2 zeigt einen Winkelsignalgeber, bei dem die Signalform durch die Geometrie des Leitstücks bestimmt wird.

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Beschreibung der Erfindung

In Figur 1 ist mit 10 eine rotierende Welle bezeichnet, mit der ein Leitstück 11 starr verbunden ist, das in einen Luftspalt 12 zwischen Polschuhe 1^a, l^lb und 15 eintauchen kann. Die Polschuhe 14 und 15 gehören zu einem Magneten 16, dessen eine Seite 17 sich in zwei Teilbereiche 18 und 19 aufteilt. Diese Teilbereiche 18 und 19 stehen wiederum mit den Polschuhabschnitten l*la und 14b für den magnetischen Haupt- und Nebenkreis in Verbindung, wobei im Magnetfluß für den Hauptkreis ein Magnetfelddetektor 20 angeordnet ist. Um gleich starke Haupt- und Nebenflüsse zu erreichen, bedarf es im magnetischen Nebenkreis als Ausgleich für den Magnetfelddetektor 20 im Hauptkreis eines entsprechend bemessenen Luftspalts

Während der Polschuh 15 einstückig ausgeführt ist, weisen die nebeneinanderliegenden Polschuhabschnitte 14a und l^b für Haupt- und Nebenfluß eine Aufteilung nach Figur Ic auf. Gekennzeichnet ist die Aufteilung durch eine keilförmige Ausbildung, wobei sich beide Polschuhabschnitte 14a und I¹Ib zu einem Rechteck ergänzen. Überstreicht das Leitstück mit fortschreitender Bewegung die Polschuhabschnitte 14a und l4b von rechts nach links in Figur Ib, so wird in zunehmendem Maße das Hauptfeld mit dem Polschuhabschnitt l*Ja vom Leitstück 11 beeinflußt. Als Folge davon ergibt sich am Magnetfelddetektor 20 ein Ausgangssignal nach Figur Id, dessen Höhe jeweils abhängig ist von der Lage des Leitstücks zum Polschuhabschnitt 14a.

Durch die Parallelität der Magnetfeldlinien an der Berührungsstelle von Haupt- und Nebenfeld können sich keine Randfelder im Ausgangssignal des Magnetfelddetektors bemerkbar machen und man erhält somit ein genau der Lage des Leitstücks 11 zugeordnetes Ausgangssignal des Magnetfelddetektors 20.

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Eine modifizierte Form der Polschuhabschnitte l^a und zeigt Figur Ie. Wesentlich ist hier, daß das Hauptfeld ausgehend vom Polschuhabschnitt 1^a vollständig vom Feld des Nebenkreises des Polschuhabschnittes 14b umgeben ist, wodurch beim Hauptfeld keinerlei Randbezirke mit möglichen Fehlerquellen vorhanden sind.

Während bei der Einrichtung nach Figur 1 eine Aufteilung bei den Polschuhabschnitten 1^a und l*Jb vorgesehen ist und das Leitstück 11 stabförmig ausgebildet sein kann, zeigt Figur 2 bei den Polschuhabschnitten eine einfache Geometrie und dafür beim Leitstück eine Profilierung.

Figur 2a zeigt in der Seitenansicht die Welle 10, mit der ein profiliertes Leitstück 30 fest verbunden ist. Dieses profilierte Leitstück taucht in den Luftspalt zwischen dem achsseitigen Pol 31 einerseits und den achsfernen Polabschnitten 32 bis J)k ein, entsprechend der Bewegung der Welle 10. Das Gesamtfeld des Magneten 16 wird bei diesem Ausführungsbeispiel dreifach aufgespalten und den Polschuhabschnitten 32 bis 3^ zugeführt, wobei die beiden äußeren Polschuhabschnitten den magnetischen Nebenkreis bilden und der Hauptkreis dem mittleren Polschuhabschnitt 33 zugeordnet ist. Dabei wird der magnetische Hauptfluß wiederum mittels eines Magnetfelddetektors 20 gemessen. Wesentlich bei dieser Anordnung ist, ebenso wie bei der Anordnung nach Figur 1, daß das Ausgangssignal des Magnetfelddetektors 20 durch eine entsprechende Geometrie eines Teiles des magnetischen Kreises, hier in Figur 2 des Leitstücks, gebildet werden kann. Außerdem werden bei der Anordnung nach Figur 2 Randfelder des magnetischen Hauptkreises mit dem Polschuhabschnitt 33 unterdrückt, indem für die Feldlinien des Hauptkreises ein paralleler Verlauf vorgesehen ist. Figur 2c zeigt eine Abwicklung des Leitstücks 30. Erkennbar ist der sägezahlförmige Verlauf in der Geometrie, der sich in einem entsprechen-

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den elektrischen Signal des Magnetfelddetektors 20 wiederspiegelt .

Während bei den Winkelsignalgebern nach den Figuren 1 und 2 sägezahnförmige Ausgangssignale erzeugt werden, ist selbstverständlich bei anderen Profilierungen der Polschuhabschnitte I¹Ia und I¹Jb von Figur 1 bzw. des Leitstücks 30 von Figur 2 jeder gewünschte Ausgangsspannungsverlauf möglich. Denkbar sind insbesondere parabel- bzw. hyperbelförmige Verläufe sowie auch eine Sinuskurve. Als weitere Variationsmöglichkeit empfiehlt es sich, den Magneten 16 nicht als Permanentmagneten auszubilden, sondern als Elektromagneten, wodurch eine Veränderung des gesamten Magnetfeldes möglich ist. Besonders vorteilhaft kann sich dies auswirken, wenn z.B. ein besimmtes Temperaturverhalten des Magnetfelddetektors 20 durch ein angepaßtes Magnetfeld ausgeglichen werden soll.

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Claims

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Ansprüche
·, 1. \iinkelsignalgeber für rotierende Teile, insbesondere für

ein mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenes Leitstück, bei dem der magnetische Fluß eines Magneten über das Leitstück periodisch geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Polschuh in wenigstens zwei Abschnitte (I¹Ia und I¹Jb, 32 bis 3¹*) aufgeteilt ist und der Magnetfluß in einem Abschnitt (I¹Ja, 33) mittels eines Magnetfelddetektors (20) gemessen wird.

2. Winkelsignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuhabstand wenigstens während eines begrenzten Winkelbereiches konstant ist.

3. Winkelsignalgeber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Polabschnitt (I¹Ja) und/oder das Leitstück (3C) eine winkelabhängige geometrische Funktion aufweisen.

¹I. Winkelsignalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelabhängige Geometrie eine Gerade ist.

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5. Winkelsignalgeber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß durch den Polschuhabschnitt (I¹Ia) mit der winkelabhängigen Geometrie gemessen wird.

6. Winkelsignalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuhabschnitt (I¹Ia) mit der winkelabhängigen Geometrie vom zweiten Polschuhabschnitt (I¹Jb) umgeben ist.

7. Winkelsignalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polschuh in drei Abschnitte (32 bis 3¹O unterteilt ist, die auf einem Kreisbogenteil angeordnet sind, der mittlere Polschuhabschnitt (33) den Magnetfelddetektor (20) aufweist und das Leitstück (30) wenigstens auf der den Polschuhabschnitten (32 bis 3¹I) zugewandten Seite in der Geometrie eine Winkelfunktion aufweist.

8. Winkelsignalgeber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetflüsse der einzelnen Polschuhabschnitte (I¹Ia und I¹Ib, 32 bis 3¹I) gleich groß sind.

9. Winkelsignalgeber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Steigungen von Signalabfall zu Signalanstieg und damit die Ausbildung der geometrischen Steigungen des Polschuhabschnit-

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tes (I¹Ja) und/oder des Leitstücks (30) groß ist.

10. Winkelsignalgeber nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsignalgeber über der Leitstücksumfangslinie justierbar ist.

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