DE3232870A1 - MAGNETIC MEASURING DEVICE - Google Patents
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DlPL-PHYS. F. ENDLICH I \. ■ ij^ \'± '.September 1982 E/AX PATENTANWALT "- 2 - " "" - - *· :?.ePtemrier Iyö^ b/AX DlPL-PHYS. F. FINALLY I \. ■ ij ^ \ '± '. Sep tember 1982 E / AX PATENTANWALT "- 2 -""" - - * ·:?. e P temrier Iyö ^ b / AX
CABUTores PATEMDUCH MONCHHNCABUTores PATEMDUCH MONCHHN
DIPL-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-8034 GERMEHINGDIPL-PHYS. F. FINALLY, POSTFACH, D-8034 GERMEHING
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Anmelderin: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, 6-31-1, Kanteido, Koto-ku, Tokio,JapanApplicant: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, 6-31-1, Kanteido, Koto-ku, Tokyo, Japan
Magnetische MeßeinrichtungMagnetic measuring device
Die Erfindung betrifft eine magnetische Meßeinrichtung zum Nachweis der Lage eines rotierenden Körpers in radialer Richtung. The invention relates to a magnetic measuring device for detecting the position of a rotating body in the radial direction.
Fig. 1 zeigt die Struktur der Magnetpole einer bekannten Meßeinrichtung dieser Art. Die Lage eines rotierenden Körpers wird mit Hilfe von U-förmigen magnetischen Kraftlinienwegen 101 - 108 nachgewiesen. Jeder magnetische Kraftlinienweg ist symmetrisch zu der X-Achse und der Y-Achse angeordnet, so daß sich jeweils ein Mittelpunktswinkel ot zu der X-Achse beziehungs weise der Y-Achse ergibt. Mit Hilfe der magnetischen Kraftlinienwege 101,102, 103 und 104 kann die Lage des rotierenden Körpers 100 in Richtung der X-Achse nachgewiesen werden.Fig. 1 shows the structure of the magnetic poles of a known measuring device of this kind. The location of a rotating body is determined by means of U-shaped magnetic lines of force paths 101 - 108 proven. Each magnetic line of force path is symmetrical about the X-axis and the Y-axis so that in each case a central angle ot is related to the X-axis way of the Y-axis results. With the help of the magnetic lines of force paths 101, 102, 103 and 104, the position of the rotating Body 100 can be detected in the direction of the X-axis.
Signale in den Kraftlinienwegen 101 - 104 werden zueinander addiert und die Lage des rotierenden Körpers in Richtung derSignals in the force line paths 101-104 become one another added up and the position of the rotating body in the direction of the
X-Achse wird auf der Basis der Differenz von zwei addierten Signalen nachgewiesen. Diese Arbeitsweise kann auch für den Nachweis in Richtung der Y-Achse durchgeführt werden. Wenn der rotierende Körper vibriert, tritt eine Vibrationsbewegung entsprechend harmonischer Frequenzkomponenten der Vibrationsfrequenz des rotierenden Körpers auf. Wenn der Körper nicht vibriert, aber keinen runden Querschnitt aufweist, hängt die Vibrationsfrequenz aufgrund der harmonischen Komponenten von der Konfiguration des rotierenden Körpers ab. In derartigen Fällen muß nur die Grundfrequenz mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden. Wenn wie in Fig. 1 die magnetischen Kraft-X-axis is added based on the difference of two Signals detected. This working method can also be carried out for the verification in the direction of the Y-axis. If the When the rotating body vibrates, there occurs a vibration movement corresponding to harmonic frequency components of the vibration frequency of the rotating body. When the body doesn't vibrates but does not have a round cross-section, the vibration frequency depends on due to the harmonic components the configuration of the rotating body. In such cases, only the fundamental frequency needs to be detected with high accuracy will. If, as in Fig. 1, the magnetic force
linienwege 101 - 108 symmetrisch zu der X-Achse und der Y-Achse angeordnet sind, können die geradzahligen harmonischen Komponenten nicht nachgewiesen werden. Die ungeradzahligen harmonischen Komponenten werden nicht nachgewiesen, wenn die folgende Beziehung zwischen dem Winkel (K und der Zahl η entsprechend den ungeradzahligen Harmonischen erfüllt ist:line paths 101-108 are arranged symmetrically to the X-axis and the Y-axis, the even harmonic components cannot be detected. The odd harmonic components are not detected if the following relationship between the angle (K and the number η corresponding to the odd harmonics is met:
2n2n
Für das nachgewiesene Ausgangssignal χ entlang der X-Achse gilt die BeziehungThe relationship applies to the detected output signal χ along the X axis
X=K' cos η
wobei K eine Konstante ist.X = K 'cos η
where K is a constant.
Für die Y-Achse gilt eine entsprechende Beziehung.A corresponding relationship applies to the Y-axis.
Um eine Meßanordnung entsprechend Fig. 1 zu realisieren, wird für jeden der Kraftlinienwege 101 - 108 eine Wicklung vorgesehen und der Winkel<X wird durch eine bestimmte Anordnung jeder magnetischen Schaltung bestimmt. Damit nicht die harmonische Komponente der dritten Ordnung der Vibrations-Grundfrequenz nachgewiesen wird, wird für den Winkel oC der Wert J\/b gewählt. Bei bekannten Meßeinrichtungen dieser Art besteht jedoch die Schwierigkeit, daß bei klein auszubildenden Meßeinrichtungen der für Wicklungen zur Verfügung stehende Raum sehr begrenzt ist, so daß die Anzahl von Magnetpolen nicht ohne weiteres erhöht werden kann.In order to implement a measuring arrangement according to FIG. 1, a winding is provided for each of the force line paths 101-108 and the angle <X is determined by a specific arrangement of each magnetic circuit. So that the harmonic component of the third order of the fundamental vibration frequency is not detected, the value J \ / b is chosen for the angle oC. With known measuring devices of this type, however, there is the problem that the space available for windings is very limited when the measuring devices are to be made small, so that the number of magnetic poles cannot easily be increased.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Schwierigkeiten dieser Art möglichst weitgehend zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer Meßeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.It is therefore the object of the invention to avoid difficulties of this kind as far as possible. This task will according to the invention in a measuring device of the type mentioned at the beginning solved by the subject matter of claim 1.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is to be explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. Show it:
Fig. 1 die Magnetpolstruktur einer bekannten magnetischen Meßeinrichtung,1 shows the magnetic pole structure of a known magnetic measuring device,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Magnetpolanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung; und2 shows a plan view of a magnetic pole arrangement of an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention; and
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Meßverfahrens3 shows a block diagram to explain the measuring method
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Wicklungen tragende Magnetpole 201 und 207 entsprechend der X-Achse und Magnetpole 210 und 204 entsprechend der Y-Achse vorgesehen. Die Magnetpole 201 - 212 sind symmetrisch zu der X-Achse und der Y-Achse angeordnet. Durch die Wicklungen fließt ein hochfrequenter Strom und die Richtung des jeweiligen Magnetflusses ist dieselbe auf der Seite eines rotierenden Körpers 200 bei den Magnetpolen 201, 207, 210 und 204. Zunächst sollen die Verhältnisse in Richtung der X-Achse erläutert werden. Wenn sich der rotierende Körper 200 in einer zentralen Lage befindet, verläuft der Magnetfluß von den Polen 201, 207, 210 und 204 durch den Körper 200 zu den Polen 202, 203, 205, 206, 208, 209, 211 und 212. Da der Nachweis mit Hilfe der Differenz des Signals in der positiven Richtung und des Signals in der negativen Richtung erfolgt, wird bei einer Lageverschiebung in Richtung der X-Achse ein Ausgangssignal hinsichtlich der Richtung in der Y-Achse nicht erzeugt. Deshalb sind die Magnetpole 201, 202, 212, 211 und 213 maßgeblich für die positive Richtung der X-Achse und die Magnetpole 207,208, 209,206 und 205 für die negative Richtung der X-Achse. Für die positive Richtung sind vier Magnetkreise durch die Pole 201,In the embodiment shown in Fig. 2 are Magnetic poles 201 and 207 carrying windings corresponding to the X-axis and magnetic poles 210 and 204 corresponding to the Y-axis intended. The magnetic poles 201-212 are arranged symmetrically to the X-axis and the Y-axis. Flows through the windings a high frequency current and the direction of the respective magnetic flux is the same on the side of a rotating one Body 200 at the magnetic poles 201, 207, 210 and 204. First, the relationships in the direction of the X-axis will be explained will. When the rotating body 200 is in a central position, the magnetic flux passes from the Poles 201, 207, 210 and 204 through the body 200 to the poles 202, 203, 205, 206, 208, 209, 211 and 212. As the evidence with Using the difference of the signal in the positive direction and the signal in the negative direction is done at a Position shift in the direction of the X-axis does not generate an output signal with regard to the direction in the Y-axis. That's why the magnetic poles 201, 202, 212, 211 and 213 are decisive for the positive direction of the X-axis and the magnetic poles 207, 208, 209, 206 and 205 for the negative direction of the X-axis. For the positive direction are four magnetic circuits through the poles 201,
200 und 202, durch die Pole 201, 200 und 203, durch die Pole 201, 200 und 212, sowie durch die Pole 201, 200 und 211 vorgesehen. Für die negative Richtung sind in entsprechender Weise vier Magnetkreise mit den Magnetpolen 207, 200, 205, 206, 208 und 209 vorgesehen. Es sei angenommen, daß die Winkel zwischen der X-Achse und jeder Mittelpunktsachse der U-förmigen Kraftliriienwege durch die Pole 201 und 202, 201 und 212, 207 und 208, sowie 207 und 206 Radianten sind, und daß die Winkel zwischen der X-Achse und jeder Mittelpunktsachse der U-förmigen magnetischen Kraftlinienwege durch die Pole 201 und 203,200 and 202, through poles 201, 200 and 203, through poles 201, 200 and 212, as well as provided by poles 201, 200 and 211. For the negative direction there are four magnetic circuits with the magnetic poles 207, 200, 205, 206, 208 in a corresponding manner and 209 provided. Assume that the angles between the X axis and each central axis are the U-shaped Force flow paths through poles 201 and 202, 201 and 212, 207 and 208, as well as 207 and 206 are radians, and that the angles between the X-axis and each central axis of the U-shaped magnetic lines of force paths through poles 201 and 203,
201 und 211, 207 und 209 sowie 207 und 205 β -Radianten sind. Praktisch bedeutet dies, daß zwei Magnetpole, bei denen der Winkel zwischen der X-Achse und der Mittelpunktsachse des betreffenden Kraftlinienwegs unter Bezug auf den Magnetpol 201201 and 211, 207 and 209 and 207 and 205 are β- radians. In practice, this means that two magnetic poles, in which the angle between the X-axis and the center axis of the relevant path of the line of force with reference to the magnetic pole 201
c Radianten beträgt, symmetrisch zu der positiven Richtung der X-Achse abgebildet werden können. Entsprechendes gilt auch für den Magnetpol 207. Es sind zwei Sätze der Achsen zwischen den U-förmigen Magnetpolen vorgesehen und jede Achse bildet den Winkel von c Radianten um den positiven Teil der X-Achse und erscheint symmetrisch zu der X-Achse. Die Achsen wirken, als ob zwei Sätze von Achsen in der negativen Richtung der X-Achse in entsprechender Weise vorgesehen wären. Das die Lage des rotierenden Körpers kennzeichnende Nachweissignal ergibt sich als die Differenz zwischen dem Signal von zwei Sätzen in der positiven Richtung der X-Achse und dem Signal von zwei Sätzen in der negativen Richtung der X-Achse. Zwischen a,b und c besteht folgende Beziehung:c is radians, can be mapped symmetrically to the positive direction of the X-axis. The same also applies to the magnetic pole 207. There are two sets of axes between the U-shaped magnetic poles and each axis forms the Angle of c radians about the positive part of the X-axis and appears symmetrical about the X-axis. The axes act as whether two sets of axes would be provided in the negative direction of the X-axis in a corresponding manner. That the location of the The detection signal characterizing the rotating body is the difference between the signal from two sentences in the positive direction of the X-axis and the signal of two sets in the negative direction of the X-axis. Between a, b and c there is the following relationship:
c = (a+b) /2c = (a + b) / 2
Bei einer Anordnung der Magnetpole entsprechend Fig. 2 ist a = 7Γ/12, b = Ή/β und c = 7Γ/8. In diesem Fall beträgt der Winkel, bei dem die dritte harmonischen Komponente eliminiert werden kann, "7Γ/6. Obwohl die Unterdrückung für c =7Γ/8 nicht vollständig ist (weil χ = K " cos 37Γ/8), werden von der dritten harmonischen Komponente weniger als 40% nachgewiesen. Ferner werden die harmonischen Komponenten oberhalb der vierten Harmonischen entsprechend der folgenden Beziehung nachgewiesen:With an arrangement of the magnetic poles according to FIG. 2, a = 7Γ / 12, b = Ή / β and c = 7Γ / 8. In this case, the angle at which the third harmonic component can be eliminated is "7Γ / 6. Although the suppression for c = 7Γ / 8 is not complete (because χ = K" cos 37Γ / 8), the third harmonic component detected less than 40%. Furthermore, the harmonic components above the fourth harmonic are detected according to the following relationship:
x=K* cosx = K * cos
Für die positive Richtung der Y-Achse gilt dieselbe Theorie wie für die X-Achse, bei Berücksichtigung der Pole 208, 209, 21Ο, 211 und 212, ebenfalls in der negativen Richtung der Y-Achse bei Berücksichtigung der Pole 202, 203, 204, 205 und 206.For the positive direction of the Y-axis the same theory applies as for the X-axis, taking into account the poles 208, 209, 21Ο, 211 and 212, also in the negative direction of the Y-axis taking into account poles 202, 203, 204, 205 and 206.
In diesem System ist die X-Achse und die Y-Achse nicht fixiert, die dritte Harmonische erhält die Priorität, und es ist nicht erforderlich, eine größere Anzahl von mit Wicklungen versehenen Magnetpolen vorzusehen, was bei besonders kleinen Konstruktionen auf erhebliche Schwierigkeiten stoßen würde. Bei dem beschriebenen Ausfühxungsbeispiel werden die Magnetpole für die X-Achse und für die Y-Achse gemeinsam benutzt, so daß der begrenzte zur Verfügung stehende Raum effektiv ausgenutzt werden kann. Ferner wird die dritte harmonische Komponente mindestensIn this system, the X-axis and Y-axis are not fixed, the third harmonic is given priority, and it is not required to provide a larger number of magnetic poles provided with windings, which is in particularly small constructions would encounter significant difficulties. In the embodiment described, the magnetic poles for the The X-axis and the Y-axis are used together, so that the limited space available can be used effectively can. Furthermore, the third harmonic component becomes at least
zu 60% unterdrückt und die geradzahligen Harmonischen werden nicht nachgewiesen. Deshalb kann mit einer derartigen Meßeinrichtung ein effektiverer Nachweis der Lage des rotierenden Körpers erfolgen.60% suppressed and the even harmonics are not detected. Therefore, with such a measuring device a more effective detection of the position of the rotating body can be made.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft den Lagenachweis eines rotierenden Körpers unter Verwendung einer magnetischen Lagerung oder einer sonstigen freischwebenden Lagerung. Die Erfindung ist jedoch auch in Verbindung mit einer anderen Lagerung ausführbar. Im Gegensatz zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch eine andere Anzahl von Magnetpolen vorgesehen werden, und es kann auch eine andere Ausbildung der Ringkerne vorgesehen werden, die von der radialen Richtung abweicht.The embodiment described relates to the position detection of a rotating body using a magnetic one Storage or any other free-floating storage. However, the invention is also in connection with another Storage executable. In contrast to the illustrated embodiment, a different number of magnetic poles can also be used can be provided, and a different configuration of the toroidal cores that from the radial direction can also be provided deviates.
Im folgenden soll das Meßverfahren in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß ein der Lage entsprechendes Nachweissignal von dem magnetischen Pol der positiven Richtung der X-Achse oder Y-Achse nachgewiesen wird, an dem die Wicklung für den U-förmigen magnetischen Kraftlinienweg vorgesehen wird, und daß ein Nachweissignal 302 von dem magnetischen Pol in der negativen Richtung nachgewiesen wiri&^wilcßin^Sen Signalen 301 und 302 wird in Fig. 3 durch eine Schaltung 303 gebildet. Im folgenden sollen die Verhältnisse in Richtung der X-Achse betrachtet werden. Wenn in der Ausgangs lage des rotierenden Körpers das Ausgangssignal jeder Schaltung 301 und 302 χ beträgt, beträgt das Ausgangssignal der Schaltung 303 bei einer Bewegung des rotierenden Körpers χ +^x und das Ausgangssignal der Schaltung 302 beträgt χ -Ax- Deshalb ergibt sich ein Ausgangssignal 2Δ x der die Differenz bildenden Schaltung 303. Das Differenzsignal in Richtung der Y-Achse ist dann Null, da die Bewegungsrichtung entlang der X-Achse senkrecht zu der Richtung der Y-Achse verläuft.In the following, the measuring method will be explained in more detail in connection with FIG. It is assumed that a detection signal corresponding to the position is detected from the magnetic pole of the positive direction of the X-axis or Y-axis at which the winding for the U-shaped magnetic line of force path is provided, and that a detection signal 302 from the magnetic Pole in the negative direction detected wei & ^ wilcßin ^ Sen signals 301 and 302 is formed in Fig. 3 by a circuit 303. In the following, the relationships in the direction of the X-axis will be considered. If the output signal of each circuit 301 and 302 is χ in the starting position of the rotating body, the output signal of circuit 303 is χ + ^ x when the rotating body moves and the output signal of circuit 302 is χ -Ax- Therefore, an output signal results 2Δ x of the circuit 303 forming the difference. The difference signal in the direction of the Y-axis is then zero, since the direction of movement along the X-axis is perpendicular to the direction of the Y-axis.
323287Q323287Q
Da die Signale hinsichtlich der positiven und negativen Richtung jeder Achse bei den eingangs erwähnten bekannten Meßeinrichtungen unabhängig voneinander abgeleitet werden, ergibt sich eine Verringerung und die Erzeugung einer Signaländerung in der zu der Änderungsrichtung senkrechten Komponente. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dagegen die Größe des Ausgangssignals im Zusammenhang mit der Änderungskomponente zweimal zu groß im Vergleich zu bekannten Meßeinrichtungen, und die Komponenten gleicher Phase werden aufgehoben. Deshalb kann der Geräuschpegel verringert werden und die sich in der senkrechten Richtung ändernde Komponente wird nicht nachgewiesen.Since the signals with respect to the positive and negative direction of each axis in the known measuring devices mentioned above are derived independently of one another, there is a reduction and the generation of a signal change in the component perpendicular to the direction of change. In the described embodiment of the invention, however, is the magnitude of the output signal related to the change component twice too large compared to known ones Measuring devices and the components of the same phase are canceled. Therefore, the noise level can be reduced and the component changing in the perpendicular direction is not detected.
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| JPH0221521B2 (en) | 1990-05-15 |
| JPS5841304A (en) | 1983-03-10 |
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