DE2944033A1

DE2944033A1 - Vorrichtung zur ermittlung einer drehbewegung

Info

Publication number: DE2944033A1
Application number: DE19792944033
Authority: DE
Inventors: Sigeyuki Akita
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1978-11-23
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2944033C2; JPS5570744A; US4405896A

Description

TlEDTKE - BüHUNG - KlNNE Patentanwä.te:

Ing. H. Tiedtke

Grupe - Pellmann ^dw '^{;hem G Bühlin9}

Dipl. Ing. R. Kinne -A- Dipl.-Ing. R Grupe

2 9 A A O 3 3 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariarlng 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 31. Oktober 1979

B 9987 / case A3956-O2 Soken

NIPPON SOKEN, INC.

Nishio-shi, Japan

Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung, z. B. der Drehbewegung der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors oder ähnlichem.

Es ist eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors oder ähnlichem bekannt, bei der ein mit einer Spule bewickelter magnetischer Körper gegenüber einem Drehkörper angeordnet ist und eine Wechselnde elektromotorische Kraft induziert wird, indem sich ein magnetischer Fluß aufgrund von Erhebungen und Vertiefungen auf dem Drehkörper ändert, so daß die Drehbewegung des Drehkörpers ermittelt wird.

Da die in der Spule induzierte, wechselnde elektromotorische Kraft durch die sie verursachenden magnetisehen Flußänderungen oder die Drehzahl des Drehkörpers beeinflußt wird, hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß

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bei niedriger Drehzahl des Drehkörpers praktisch keine elektromotorische Kraft induziert wird und die Ermittlung der Drehbewegung des Drehkörpers somit unmöglich wird.

Um diese Unzulänglichkeiten zu überwinden, sind Vorrichtungen vorgestellt worden (US-Patent 31 47 574 oder 33 71 272), die einen Differentialtransformator aufweisen, der aus einer von einer Erregerquelle erregten Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen besteht, wobei die magnetische Kopplung des Transformators entsprechend der Umdrehung eines Drehkörpers geändert wird und die Drehbewegung in Abhängigkeit davon ermittelt wird, ob die Amplitude der Ausgangsspannung des Differentialtransformators einen größeren als einen vorgegebenen Wert hat. Ein Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß sich der Wert der Ausgangsspannung des Differentialtransformators unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur ändert, wodurch es unmöglich wird, die Drehbewegung des Drehkörpers genau zu ermitteln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung zu schaffen, die diese Nachteile überwindet. Die Vorrichtung weist einen Transformator auf mit einer von einer Erregerquelle erregten Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen, die in entgegengesetzter Polung miteinander verbunden und in Längsrichtung beidseitig neben der Primärwicklung angeordnet sind, wodurch die magnetische

^ου Kopplung des Transformators entsprechend der Drehbewegung eines Drehkörpers verändert und die daraus resultierende Änderung der Phase des zusammengesetzten Spannungssignals der Sekundärwicklungen ermittelt wird, um ein Drehstellungs-Signal zu erzeugen und dadurch die

Ermittlung der Drehbewegung des Drehkörpers auch bei niedrigen Drehzahlen sicherzustellen, ebenso wie bei der exakten Ermittlung der Drehbewegung den Einfluß der

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Umgebungstemperatur auszuschließen. 2 " A H U ο

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

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil der Vorderansicht des gesamten Aufbaus eines Ausführungsbei

spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 das Bild eines Längsschnittes des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1

verwendeten Transformators,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild der Hauptbestandteile der Vorrichtung gemäß Fig. 3,
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Fig. 5 eine Darstellung der Wellenformen für die Erläuterung der Betriebsweise der Schaltungen gemäß Fig. 4,

Fig. 6A und 6B ein Bild eines Längsschnittes

bzw. ein Schaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Transformators,

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Fig. 7 eine Darstellung von Weller.formen

zur Erläuterung der Funktionsweise des Transformators gemäß den Fig. 6Ά und 6B,

Fig. 8 einen Teilschnitt einer Vorderansicht zur Erläuterung des Transformators gemäß den Fig. 6A und 6B,

Fig. 9 eine Darstellung des entsprechend

den Betriebsbedingungen sich ändernden Ausgangssignales des Transformators gemäß Fig. 8, und

Fig. 1OA und 1OB das Bild eines Längsschnittes

und ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Transformators .

Fig. 1 zeigt den gesamten Aufbau der Vorrichtung mit einem leitenden Drehkörper 10, der auf einer Welle befestigt und synchron mit der Drehbewegung.ζ. B. der Kurbelwelle_/einer Maschine drehbar ist. Der Drehkörper

ίο weist an seiner radialen Außenfläche Erhebungen 12 und Vertiefungen 11 auf. In einem äußeren Teil 20 eines Sensors befinden sich ein drahtgewickelter Transformator 21, ein elektrischer Schaltungsabschnitt 22 mit einer Oszillatorschaltung und einer Erfassungsschaltung für

° die Ermittlung des Ausgangsspannungssignals des Transformators 21, Verbindungsleitungen 23, die von dem elektrischen Schaltungsabschnitt 22 herausgeführt sind und eine Gummikappe 24 für den Schutz der Verbindungsleitungen 23. Gemäß Fig. 2 weist der Transformator 21 eine Primärwicklung 210 und zwei Sekundärwicklungen 221 und 222 auf, die in Längsrichtung beidseitig neben der Primärspule 210 angeordnet sind, verschiedene Windungs-

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ι zahlen haben und in entgegengesetzter Polung miteinander verbunden sind, so daß ihr Windungssinn einander entgegengesetzt ist. Die Wicklungen 210, 221 und 222 sind auf einen Wicklungskern 201 gewickelt. Ein Eisenkern 202 aus Ferrit oder ähnlichen ist im Mittelteil des Wicklungskernes 201 angebracht.

Fig. 3 zeigt eine Blockdarstellung der elektrischen Schaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Spannungsquelle 300, z. B. einer Akkumulatorbatterie, einem Stromversorgungsanschluß 301, einem Masseanschluß 302 und einem Signalausgangsanschluß 303. Eine Oszillatorschaltung 310 schwingt mit einer festen Frequenz. Eine Signalgeneratorschaltung 320 erzeugt den Impulssignalen der Oszillatorschaltung 310 entsprechend ein Treibersignal zum Erregen der Primärwicklung des Transformators und Erfassungssignale für die Ermittlung des Zustandes der Ausgangsspannung der Sekundärwicklungen des Transformators. Eine Treiberschaltung 330 wird von dem Treibersignal gesteuert und dient der Erregung der Primärwicklung 210 des Transformators 21. Eine Vergleicherschaltung 350 vergleicht und verstärkt das zusammengesetzte Ausgangsspannungssignal der Sekundärwicklungen 221 und 222 des Transformators 21. Eine Diskriminatorschaltung 360 diskriminiert entsprechend den von der Signalgeneratorschaltung 320 erzeugten Erfassungssignalen den Zustand des zusammengesetzten Ausgangsspannungssignals der Sekundärwicklungen 221 und 222.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf das

detaillierte Schaltbild gemäß der Fig. 4 die Betriebsweise der Vorrichtung erläutert. Die Oszillatorschaltung 310 weist Inverter 311 und 312, Widerstände 313 und 314 und einen Kondensator 315 auf. Am Ausgang des Inverters

312 werden Impulssignale mit einer Festfrequenz gemäß Fig. 5(a) erzeugt. Die Signale gelangen an einen Takt-

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anschluß TAKT eines die Signalgeneratorschaltung 320 bildenden Zählers 321, so daß an seinem Ubertraganschluß Impulssignale erzeugt werden, die gemäß Fig. 5(b) im Wechsel nach jeweils 5 Eingangsimpulsen die Pegel "1" bzw. "O" annehmen. An den Ausgängen Q₈ und Q₉ werden gemäß Fig. 5(c) und (d) weitere Impulssignale mit fester Periode erzeugt. Die Funktion des Zählers 321 kann durch das Bauteil RCA COS/MOS IC CD4O17 erfüllt werden. Das Signal am Ubertraganschluß des Zählers 321 gelangt zu einem Inverter 331 der Treiberschaltung 330, so daß das Ausgangssignal des Inverters über einen Widerstand 332 einen Transistor 333 durchschaltet und das Treibersignal gemäß Fig. 5(e) über einen Widerstand 334 an die Primärwicklung 210 gelangt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 6A und 6B werden die Spannungssignale erläutert, die entsprechend dem Anlegen des Treibersignals an die Primärwicklung 210 zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklungen 221 und 222 erzeugt werden. Fig. 6A zeigt den Aufbau des Transformators 21 und Fig. 6B die Schaltung seiner Wicklungen. Die Funktionsweise des Transformators ist unterschiedlich und hängt davon ab, ob der Drehkörper aus ferromagnetischem Material, wie z. B. Eisen (im folgenden - Magnetmaterial - genannt), aus paramagnetischem Material, wie z. B. Aluminium, oder aus dia-

" magnetischem Material, wie z. B. Kupfer (diese Materialien werden im folgenden -nichtitagnetisches Material-genannt) hergestellt ist. Die Funktionsweise des Transformators 21 wird zunächst für den Fall eines Drehkörpers 10 aus Magnetmaterial beschrieben. In diesem Fall ist die

Windungszahl der Sekundärwicklung 221 auf der dem Drehkörper 10 zugewendeten Seite kleiner als die der Sekundärwicklung 222. Daraus folgt bei von dem Transformator 21 entferntem Drehkörper 10, daß durch Anlegen eines Treibersignals gemäß Fig. 7(a) über die Anschlüsse

1 und 2 an die Primärwicklung 210 an den Anschlüssen 4 und 5 der Sekundärwicklung 222 gemäß Fig. 6B ein

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Spannungssignal gemäß Fig. 7 (b) erzeugt wird, das mit dem an die Primärwicklung 210 angelegten Treibersignal in Phase ist. Diese Spannung wird mit V bezeichnet. Gleichzeitig wird an den Anschlüssen 3 und 4 der Sekundärwicklung 221 ein Spannungssignal erzeugt, das in Gegenphase zum Spannungssignal V ist und eine kleinere

el

Amplitude hat, wie dies mit der ausgezogenen Linie in Fig. 7(c) gezeigt ist. Diese Spannung wird mit V_fa bezeichnet. Somit wird an den Anschlüssen 3 und 5 der Serie geschalteten Sekundärwicklungen 221 und 222 gemäß Fig. 7(d) ein Spannungssignal V, (V, = V - V.) erzeugt, das mit dem Treibersignal in Phase ist. Das Spannungssignal V_d liegt an den zwei Vergleichseingängen der Vergleicherschaltung 350, die ihrerseits ein verstärktes Signal gemäß Fig. 7(e) erzeugt. Nähert sich der Drehkörper 10 dem Transformator 21, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist, so ändern sich die magnetischen Kraftlinien 61, die erzeugt wurden,als der Drehkörper entfernt war zu den gestrichelt dargestellten Kraftlinien 62, d. h.

ein Annähern des Drehkörpers aus Magnetmaterial an den Transformator 21 verstärkt die magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung 210 und der Sekundärwicklung 221. Das heißt, an den Anschlüssen 3 und 4 der Sekundärwicklung 221 wird ein Spannungssignal mit der Amplitude V_o(V > V) gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 7(c)

CG α.

erzeugt. Somit wird an den Anschlüssen 3 und 5 der in Serie geschalteten Sekundärwicklungen 221 und 222 ein Signal mit der Amplitude V (V = V -V) gemäß

e e c a

Fig. 7(f) erzeugt, das zum Treibersignal in Gegenphase ^ow ist. Dieses Signal wird von der Vergleicherschaltung verglichen und verstärkt, die ihrerseits ein Signal gemäß Fig. 7 (g) erzeugt. Wie später gezeigt, ist es durch Ermittlung der Phasenbeziehung zwischen dem Treibersignal und dem an den Anschlüssen 3 und 5 der in Serie ge-

schalteten Sekundärwicklungen 221 und 222 erscheinenden Spannungssignal möglich, festzustellen, ob sich der Drehkörper aus Magnetmaterial in der Nähe des Transformators

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^B"2^44033 21 oder in weiterer Entfernung befindet. Tatsächlich wird sich jedoch infolge der magnetischen Verluste der Wicklungen, der unterschiedlichen Ubertragungszeiten zwischen den Wicklungen und der magnetischen Hysterese des Eisenkerns, das den Anschlüssen der seriell geschalteten Sekundärwicklungen 221 und 222 erscheinende Spannungssignal in seiner Phase entsprechend der Bewegung des Drehkörpers aus Magnetmaterial zum Tranformator 21 hin oder von diesem weg nicht bei einem bestimmten Abstand von demselben plötzlich ändern. Wird weiterhin angenommen, daß der aus Magnetmaterial bestehende, mit dem Transformator 21 gegenüberliegend ausgebildeten Erhöhungen und Vertiefungen versehene Drehkörper 10 gemäß Fig. 8 in Pfeilrichtung gedreht wird, so daß die Erhebung infolge der Drehung gemäß der Darstellungen der durchgezogenen Linie 80a, der gestrichelten Linie 80b, der Strich-Punktlinie 80c und der Zweipunkt-Strichlinie 8Od nacheinander bewegt wird, so wird sich das Ausgangssignal, das durch Vergleich und Verstärkung des zusammengesetzten Ausgangsspannungssignals der Sekundärwicklungen 221 und 222 gebildet wird, gemäß Fig. 9(b), (c), (d) und (e) in bezug auf das in Fig. 9(a) gezeigte Treibersignal in seiner Phase nacheinander ändern. Diese Änderungen sind in einzelnen Zeitabschnitten in Fig. 5(f) dargestellt und dieses Signal - das Ausgangssignal des Vergleichers - wird am Ausgangsanschluß eines Operationsverstärkers 351 der Vergleicherschaltung 350 erzeugt. Das heißt, die Zeitabschnitte T . T. , T und T, gemäß

CL D C Q

Fig. 5 entsprechen jeweils der Stellung der in Fig. 8 mit 8Oa bis d bezeichneten Stellungen der Erhebung.

Die Funktionsweise der Vorrichtung wird zunächst unter Bezugnahme auf den Zeitabschnitt T gemäß Fig. 5,

el

bei der die Erhebung gemäß Fig. 8 die Stellung 80a einnimmt, bzw. der Transformator 21 der Vertiefung 11 des Drehkörpers 10 gegenübersteht, beschrieben. Da, wie beschrieben, bei entferntem magnetischen Drehkörper die in

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der Sekundärwicklung 222 erzeugte Spannung größer ist als die in der Sekundärwicklung 221, wird an den Anschlüssen 3 und 5 der Sekundärwicklungen 221 und 222 ein zusammengesetztes Spannungssignal erzeugt, das mit dem Signal der Sekundärwicklung 222 in Phase ist. Das Signal wird von dem Operationsverstärker 351 verglichen und verstärkt, der seinerseits an seinem Ausgang das Phasensignal geräß Fig. 5(f) im Zeitabschnitt T

Cl

erzeugt. Dieses Phasensignal gelangt an die Dateneingänge des ersten und zweiten D-Flipflops 361 und 362 der Diskriminatorschaltung 360. Andererseits gelangt das erwähnte Signal von dem Ausgangsanschluß Q_R des Zählers 321, bzw. das Signal gemäß Fig. 5(c) (im folgenden erstes Erfassungssignal - genannt) an den Takteingang des ersten D-Flipflops 361; und das Signal am Ausgangsanschluß Qg des Zählers 321, bzw. das Signal gemäß Fig. 5 (d) (im folgenden - zweites Erfassungssignal - genannt) wird an den Takteingang des zweiten D-Flipflops 262 übertragen. Zum Zeitpunkt des positiven Anstiegs des ersten Erfassungssignals (Zeitpunkt T . gemäß Fig. 5) bzw. des positiven Anstiegs des zweiten Erfassungssignals (Zeitpunkt T _ gemäß Fig. 5) hat das an die Dateneingänge des ersten und zweiten D-Flipflops 361 und 362 gelangende Signal gemäß Fig. 5(f) den Pegel "1", so daß an den Ausgängen Q der Flipflops gemäß den Fig. 5(g) und (h) ein Signal des Pegels "1" und an den Ausgängen Q ein solches des Pegels "O" erzeugt werden. Somit liegt am Ausgang des NAND-Gliedes 363 gemäß Fig. 5(i) ein Signal des Pegels "0" und dem des NAND-Gliedes 364 gemäß Fig. ^ 5(j) ein solches des Pegels "1". Diese Ausgangssignale werden an die Eingänge eines RS-Flipflops, das NAND-Glieder 365 und 366 aufweist, übertragen; und es erscheint am Ausgangsanschluß 303 gemäß Fig. 5(k) ein Signal

des Pegels "1".
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Wird nun der aus Magnetmüterial bestehende Drehkörper 10 gemäß Fig. 8 aus der Stellung 80a in die Stellung 80b gedreht, so ändert sich die Phase des Auscangssignals des Operationsverstärkers 351 wie beschrieben. Unter der Annahme/ daß der positive Anstieg des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 351, wie im Zeitabschnitt T. der Fig. 5 gezeigt, mit dem des ersten Erfassungssignals zusammenfällt, wenn die Erhebung des Drehkörpers 10 sich in der Stellung 80b befindet, wird das Impulssignal im Zeitabschnitt T. gemäß Fig. 5(g) am Ausgang Q des ersten D-Flipflops 361 erzeugt, welches zum Zeitpunkt T, . den Pegel "1" und zu einem weiteren Zeitpunkt T, ^ den Pegel "0" annimmt. Dieses Signal am Ausgang Q des ersten D-Flipflops 361 und das dazu invertierte Signal an seinem Ausgang Q werden den NAND-Gliedern 363 bzw. 364 zugeführt. Da andererseits das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 351 zum Zeitpunkt des positiven Anstiegs des zweiten Erfassungssignals ständig auf den Pegel "1" gehalten wird, sind die Signale an den Ausgängen Q und Q des zweiten D-Flipflops 362 die gleichen wie im vorher beschriebenen Fall, bei dem die Erhebung des Drehkörpers 10 die Stellung 80a gemäß Fig. 8 eingenommen hatte, d. h., am Ausgang Q liegt ein Signal des Pegels "1" und am Ausgang Q

ein Signal des Pegels "0". Das Signal des Pegels "0" am Ausgang Q führt dazu, daß das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 364 den Pegel "1" behält. Somit bleibt auch der Zustand des RS-Flipflops der gleiche wie im Falle der Stellung 80a gemäß Fig. 8, d. h., das Signal des

Pegels "1" am Signalausgang 303 bleibt erhalten.

Wird weiter davon ausgegangen, daß der Drehkörper 10 aus I'.agnetmaterial weiter gedreht wird, so daß die Erhebung die Stellung 80c gemäß Fig. 8 erreicht, so deckt sich der positive Anstieg des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 351 im Zeitabschnitt T gemäß Fig. 5 mit dem des zweiten Erfassungssignals. Hierbei

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' hat das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 351 zum Zeitpunkt des positiven Anstiegs des ersten Erfassungssignals immer den Pegel "0". Als Folge werden an den Ausgängen Q und Q des ersten D-Flipflops 361

Signale des Pegels "0" bzw. "1" erzeugt und diese Signale sperren das NAND-Glied 363 bzw. schalten das NAND-Glied 364 durch. Da andererseits die positiven Anstiege des zweiten Erfassungssignals und des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 351 zusammenfallen, wird in gleicher

^ Weise wie bei der vorher beschriebenen Funktionsweise des ersten D-Flipflops 361 während des Zeitabschnitts T, , während des Zeitabschnitts T vom zweiten D-Flipflop 362 an seinem Ausgang Q ein Impulssignal erzeugt, das wie im Zeitatischnitt T gemäß Fig. 5 (h) gezeigt, die Pegel

"1" bzw. "0" annimmt. Somit wird am Ausgang des NAND-Gliedes 364 gemäß Fig. 5(j) ein Signal erzeugt, das den Pegel "0" annimmt, wenn das Signal am Ausgang Q des zweiten D-Flipflops 362 den Pegel "1" erhält oder zum Zeitpunkt T -,. Also wechselt der Zustand des RS-Flip-

flops und am Ausgang des NAND-Gliedes 365 bzw. am Signalausgangsanschluß 303 erscheint ein Signal des Pegels "0". Es wird noch gezeigt werden, daß ohne eine Änderung des Ausgangszustandes des ersten D-Flipflops 361 das Signal am Signalausgangsanschluß 303 auch dann noch den Pegel "0" behält, wenn das Ausgangssignal des zweiten D-Flipflops 362 sich ändert. Ein Drehen des Drehkörpers 10 aus Magnetmaterial, so daß die Erhebung gemäß Fig. 8 von der Stellung 80c in die Stellung 80d bewegt wird, wenn also der Drehkörper dem Transformator 21 am nächsten kommt, erzeugt am Signalausgangsanschluß 303 ein Signal des Pegels "0".

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' Während ober, der Fall beschrieben wurde, bei dem der magnetische Drehkörper zurr; Transformator 21 hin bewegt wurde, wird bei einer Bewegung weg vom Transformator 21, wobei die in Fig. 5 gezeigten Signale in der Reihenfolge der Zeitabschnitte T,, T , T, und T wechseln, in der gleichen Weise wie beim vorher beschriebenen Vorgang am Signalausgangsanschluß 303 während der Zeitabschnitte T, und T ein Signal des Pegels "0" erzeugt. Während des Zeitabschnitts T, erscheint am Signalausgangsanschluß 303 entsprechend dem positiven Anstieg des Signals am Ausgang Q des ersten D-Flipflops 361 ein Signal des Pegels "1" und behält diesen Pegel während des Zeitabschnitts T .

'-> Es ist zu erkennen, daß die Signale entsprechend den Erhebungen und Vertiefungen des Drehkörpers 10 aus Magnetmaterial erzeugt werden, d. h. am Signalavsgangsanschluß 303 erscheint ein Signal des Pegels "1", wenn die Vertiefung 11 dem Transformator 21 gegenübersteht

^zu und ein Signal des Pegels "0", wenn die Erhebung 12 diese Stellung einnimmt.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung mit einem Drehkörper aus riichtmagnetischem Material beschrieben. Nähert sich gemäß Fig. 6A der den Drehkörper 10 bildende nichtmagnetische Körper der Sekundärwicklung 221, so verringert sich die magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung 210 und der Sekundärwicklung 221 infolge der sich ergebenden Wirbelstromverluste in

dem nichtmagnetischen Körper und die an den Anschlüssen 3 und 4 der Sekundärwicklung 221 erzeugte Spannung wird, verglichen mit dem Zustand des entfernten nichtmagnetischen Körpers, verkleinert. Das heißt, im Gegensatz zum Fall des Drehkörpers 10 aus Magnetmaterial, wenn die Windungszahl der Sekundärwicklung 221 auf der dem Drehkörper zugewendeten Seite größer gemacht wird

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als die der anderen Sekundärwicklung 222, wie dies in den Fig. 1OA und 10B gezeigt ist, wird mittels des gleichen Vorganges wie im Falle des Drehkörpers 1C aus Magnetmaterial an den Anschlüssen 3 und 5 der Sekundärwicklungen ein Signal mit entgegengesetzter Phase erzeugt. Das heißt, die Bewegung des nichtmagnetischen Körpers zum Transformator 21 hin führt zur Erzeugung eines Spannungssignals an den Anschlüssen 3 und 5 der Sekundärwicklungen, das mit dem an die Primärwicklung 210 gelangenden Treibersignal in Phase ist, wohingegen die Bewegung des nichtmagnetischen Körpers weg vom Transformator 21 zur Erzeugung eines Spannungssignals an den Anschlüssen 3 und 5 der Sekundärwicklungen führt, daß das eine dem Treibersignal entgegengesetzte Phasenlj lage hat. Der Vorgang der Ermittlung der Phase eines an den Anschlüssen 3 und 5 der Sekundärwicklungen erzeugten Signals ist der gleiche wie im Fall des Drehkörpers aus Magnetmaterial, d. h., wenn gemäß Fig. 8 die Erhebung des Drehkörpers 10 aus nichtmagnetischem Material bezüglich des Transformators 21 in der Reihenfolge 8Oa - 80b - 80c - 8Od bewegt wird, wobei der Transformator in diesem Fall die für den nichtmagnetischen Körper geeignete Wicklungsanordnung aufweist (Fig. 8 zeigt die Wicklungsanordnung für einen magnetischen Körper), ändert sich die Reihenfolge der Vorgänge in der Schaltung gemäß Fig. 4 zu T, - T - T, - T gemäß Fig. 5. Das heißt, steht dem Transformator 21 eine Vertiefung des Drehkörpers 10 gegenüber, erscheint am Signalausgangsanschluß 303 ein Signal des Pegels "0", wohin-

gegen eine dem Transformator 21 gegenüberstehende Er-

Il 1 Il

hebung an diesem Ausgang ein Signal des Pegels "1 erzeugt. Um mit dem nichtmagnetischen Drehkörper die gleichen Signale zu erzeugen wie mit dem magnetischen Drehkörper, d. h., um ein Signal des Pegels "1" am

Signalausgangsanschluß 303 zu erzeugen, wenn dem Trafo

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21 dir Vertiefung gegenübersteht, und ein Signal des Pegel? "°" bei dem Transformator gegenüberstehender Erheb'ui.'j/ ist es lediglich erforderlich, den Windungssinn c""!«-r die Anschlußrichtung der Sekundärwicklungen 221 ur"i 222 umzukehren.

wird der magnetische Körper zum Transformator 21 hin bewegt, so wird die magnetische Kopplung zwischen der Pi imärwicklung 210 und der Sekundärwicklung 221 vergrC''^ltrt» wohingegen eine Annäherung des nichtmagnetischen l'''-?ers an den Transformator 21 eine Verringerung der maM'-etischen Kopplung zwischen der Primärwicklung 210 uri'i der Sekundärwicklung 221 verursacht. Es zeigt sich, '^1aß bei gleichen Windungszahlen der Sekundärwicklui''ien 221 und 222 (es wird dann kein Spannungssignal '^ⁿ den Anschlüssen der Sekundärwicklungen erzeugt, wenn kr in leitfähiger Körper in der Nähe ist) und bei Ersetzr-n des Drehkörpers 10 mit Vertiefungen und Erhebungen 'lurch einen aus magnetischen und nichtmagnetischen Abschn ' »-ten gebildeten Drehkörper, die abwechselnd in der gif-.ichen/ dem Transformator 21 gegenüberliegende Ebene angeordnet sind, die Erzeugung von Signalen der Pegel "1" oder "0" am Signalausgangsanschluß durch Drehen 'ies Drehkörpers möglich ist.

im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Impulspignal als Treibersignal für die Primärwicklung verweniitt. Es ist jedoch ebenso gut möglich, ein Sinuswellen oder Dreieckwellen-Signal zu benutzen.

I »drüber hinaus werden hier das Treibersignal und die Errassungssignale von dem Zähler 321 erzeugt. Es besteh) jedoch keine Beschränkung hierauf. Des weiteren kennen Jie hier in Serie geschalteten Sekundärwicklungen

^ 221 und 222 ebenso parallel miteinander verbunden werden.

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Es zeigt sich, daß die Vorrichtung mittels der Tatsache, daß sie einen Transformator aufweist, der aus einer für ihre Erregung mit einer Erregerquelle angepaßten Primärwicklung und einem Paar von Sekundärwicklungen besteht, die in entgegengesetzter Polung miteinander verbunden und in Längsrichtung beidseitig neben der Primärwicklung angeordnet sind, daß die magnetische Kopplung des Transformators entsprechend der Drehbewegung eines Drehkörpers verändert wird, um die Phase des zusammengesetzten Spannungssignals der Sekundärwicklungen zu ändern, daß die Außenanschlüsse der zwei miteinander verbundenen Sekundärwicklungen mit den zwei Vergleichseingängen einer Vergleicherschaltung verbunden sind, uir. entsprechend dem zusammengesetzten Spannungssignal der Sekundärwicklung eine Rechteckwelle zu erzeugen, und daß eine von der Drehbewegung des Drehkörpers verursachte Änderung der Phase der Rechteckwelle ermittelt wird, um ein Drehstellungs-Signal zu erzeugen, die Drehzahl unabhängig von ihrer Größe entsprechend dem Wechseln der Phase des zusammengesetzten Spannungssignals der Sekundärwicklungen ermittelt werden kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Drehbewegung auch bei niedrigen Drehzahlen ermittelt wird. Darüber hinaus wird aufgrund der Tatsache, daß das zusammengesetzte Spannungssignal der Sekundärwicklung den zwei Vergleichseingängen der Vergleicherschaltung zugeführt wird, um ein Rechteckwellen-Ausgangssignal zu erzeugen und eine Änderung seiner Phase zu erfassen, das Rechteckwellen-Ausgangssignal der Vergleicherschaltung durch

eine Änderung der Umgebungstemperatur nicht beeinflußt, wodurch eine genaue, von der Umgebungstemperatur unbeeinflußte Ermittlung der Drehbewegung durchgeführt werden kann.

Ein weiterer großer Vorteil der Vorrichtung liegt

darin, daß die Ermittlung der Phase des an den Ausgangs-

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anschlüssen der Sekundärwicklungen erzeugten Sp>annungssignals durchgeführt wird, indem zu verschiedenen Zeiten ein erstes und ein zweites Erfassungssignal erzeugt werden und das Spannungssignal an den Ausgangsanschlüssen der Sekundärwicklungen in einer ersten und zweiten Speicherschaltung (D-Flipflops) entsprechend den ersten und zweiten Erfassungssignalen gespeichert wird und daß der gespeicherte Inhalt einer als Endstufe verwendeten Speicherschaltung (RS-Flipflop) entsprechend einem Signal, das das logische Produkt der Ausgangssignale der ersten und zweiten Speicherschaltung darstellt, und dem logischen Produkt der invertierten Ausgengssignale der ersten und zweiten Speicherschaltung geändert wird, wenn ein übergang von einer Vertiefung zu einer Erhebung oder umgekehrt bzw. ein übergang von einem magnetischen Abschnitt zu einem nichtmagnetischen Abschnitt, oder umgekehrt, des Drehkörpers auftritt. Somit kann das Auftreten einer solchen Fehlfunktion wie Flattern verhindert werden, wodurch die genaue Ermittlung der Vertiefungen und Erhöhungen bzw. der magnetischen und nichtmagnetischen Abschnitte sichergestellt wird.

Die Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung weist also einen Transformator auf, der aus einer " von einer Erregerquelle erregten Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen besteht, die in entgegengesetzter Pclung in Längsrichtung beidseitig neben der Primärwicklung angeordnet sind. Die magnetische Kopplung des Transformators wird entsprechend der Drehbewegung

eines Drehkörpers verändert, wodurch die Phase des zusammengesetzten Spannungssignals der Sekundärwicklungen verändert wird. Mittels dieses Aufbaus kann nicht nur die Drehbewegung des Drehkörpers auch bei niedrigen Drehzahlen ermittelt werden, sondern die Drehbewegung

kann darüber hinaus unbeeinflußt von der Umgebungstemperatur genau bestimmt werden.

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L e e r s e i t e

Claims

TQ^ IA Patentanwälte: IEDTKE - DÜHLING - ftlNNE D,o; Ing H Tedtke GQ Dip1 -Chem G Buhling RUPE - KELLMANN Dip!-Ing R. Kinne Dipl.-Ing. P Grupe η 0 / L Π \ "\ Dipl.-Ing. B Pellmann ^ + y Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel. 0 89-5396 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 31. Oktober 1979 B 9987 / case Λ3956-Ο2 Soken Patentansf rüche

1. Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehbewegung, die einen Transformator mit einer von einer Erregerquelle erregten Primärwicklung und einem Paar von Sekundärwicklungen aufweist,und bei der die magnetische Kopplung des Transformators abhängig von der Drehung eines Drehkörpers verändert wird, um diese Drehung mit einem ihr entsprechenden Ausgangssignal des Transformators zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (21) eine Primärwicklung (210) und ein Paar in Längsrichtung neben der Primärwicklung angeordnete Sekundärwicklungen (221, 222) aufweist, wobei die Sekundärwicklungen (221, 222) in entgegengesetzter Polung miteinander verbunden sind, daß die Erregerquelle die Primärwicklung (210) erregt,

daß der Drehkörper (10) einer Seite des Transformators (21) gegenüberliegend angeordnet ist, wodurch eine Drehbewegung des Drehkörpers (10) die magnetische Kopplung (61, 62) zwischen der Primärwicklung (210) und den Sekundärwicklungen (221, 222) verändert, um dadurch die Phase eines von den Sekundärwicklungen (221, 222) erzeugten zusammengesetzten Spannungssignals zu ändern, daß eine Vergleicherschaltung (350) zwei Vergleichseingänge aufweist, die an den einen bzw. den anderen Anschluß der mit entgegengesetzter Polung miteinander

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verbundenen Sekundärwicklungen (221, 222) angeschlossen sind, wodurch ein Rechteckwellen-Ausgangssignal erzeugt wird, das dem von den Sekundärwicklungen an die Vergleichseingänge übertragenen zusammengesetzten Spannungssignal entspricht, und

daß eine Schaltung zur Erfassung einer Phasenänderung die Phase des von der Vergleicherschaltung (350) erzeugten Rechteckwellen-Ausgangssignals ermittelt, um ein Drehstellungs-Signal zu erzeugen, das der durch die Drehung des drehbaren Körpers verursachten Änderung der Phase des Rechteckwellen-Ausgangssignals der Vergleicherschaltung entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Sekundärwicklungen (221, 222) verschiedene Windungszahlen haben, und

der Drehkörper (10) aus magnetischem Material besteht und entlang einer der einen Seite des Transformators gegenüberliegenden Fläche eine Vielzahl von Erhebungen(12) und Vertiefungen (11) vorgegebener Form aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

eine (221) der Sekundärwicklungen, die dem Drehkörper (1C) gegenüberliegend angeordnet ist, eine geringere Windungszahl aufweist, als die andere (222) und

der Drehkörper (10) aus magnetischem Material hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

eine der Sekundärwicklungen (221), die dem Dreh-

körper (10) gegenüberliegend angeordnet ist, eine größere Windungszahl als die andere (222) aufweist, und

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der Drehkörper aus ηichtmagnetischern leitendem Material hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Sekundärwicklungen (221, 222) gleiche Windungszahlen haben und

der Drehkörper (10) eine Vielzahl von magnetischen

und ηichtiragnetischen leitenden Abschnitten aufweist, die auf seiner dem Transformator (21) gegenüberliegenden Seite abwechselnd angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frregerquelle eine mit vorgegebener Frequenz schwingende Oszillatorschaltung (310) aufweist und

die Schaltung zur Erfassung einer Phasenänderung eine Signalgeneratorschaltung (320) für die Erzeugung eines ersten und zweiten mit den Ausgangssignalen der Oszillatorschaltung (310) synchronen Erfassungssignals, eine erste (361) und zweite (362) auf das erste und zweite Erfassungssignal ansprechende Speicherschaltung für die Speicherung des Rechteckwellen-Ausgangssignals der Vergleicherschaltung (350), ein erstes NAND-Glied (363) für die Erzeugung eines logischen Produktes aus den nichtinvertierten Ausgangssignalen der ersten und zweiten Speicherschaltung (361, 362), ein zweites NAND-Glied (364) für die Erzeugung eines logischen Produktes aus den invertierten Ausgangssignalen der ersten und zweiten Speicherschaltung (361, 362) und

eine von den die logischen Produkte darstellenden Signalen betätigte Speicherschaltung (365, 366) als Endstufe aufweist.

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