DE3326477A1

DE3326477A1 - Anordnung zur bestimmung der drehzahl, der drehrichtung und/oder des drehwinkels eines gegenstandes

Info

Publication number: DE3326477A1
Application number: DE19833326477
Authority: DE
Inventors: Heinz 7100 Heilbronn Rinderle; Fritz 7104 Obersulm Sondermann
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-01-31

Description

Anordnung zur Bestimmung der Drehzahl, der Drehrich-
tung und/oder des Drehwinkels eines Gegenstandes Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Drehzahl, der Drehrichtung und/oder des Drehwinkels eines Gegenstandes, der durch seine Einwirkung eine Änderung eines magnetischen Wechselfeldes herbeizuführen vermag, durch Feststellung der durch den Gegenstand bewirkten Änderung eines magnetischen Wechselfeldes. Die Einwirkung des Gegenstandes auf das magnetische -Wechselfeld tritt im allgemeinen in dem Moment einr in dem der Gegenstand bei einem Bewegungsablauf in den Einflußbereich des magnetischen Wechselfeldes eintritt. Gegenständer die eine Änderung eines magnetischen Wechselfeldes herbeizuführen vermögen, sind im allgmeinen metallische oder metallisierte Gegenstände.
Die Bestimmung der Drehzahl ist beispielsweise im Maschinenbau oder in der Kraftfahrzeugtechnik erforderlich. Dabei ist des öfteren auch die Drehrichtung von Interesse. Die Feststellung des Drehwinkels hat vor allem in der Kraftfahrzeugtechnik besondere Bedeutung und zwar zur Steuerung des Zündzeitpunktes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur Bestimmung der Drehzahl, der Drehrichtung und/oder des Drehwinkels eines Gegenstandes anzugeben die in einfacher Weise eine zuverlässige und präzise Bestimmung der genannten Größen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einer Anord- nung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß unterschiedlich lokalisierte Magnetfeld-Sensoren im Einflußbereich des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen sind, deren Ausgangssignale eine durch den zu bestimmenden Gegenstand bewirkte Beeinflussung des magnetischen Wechselfeldes erkennen lassen, oder daß unterschiedlich lokalisierte magnetische Wechsel felder und ein Magnetfeld-Sensor im Einflußbereich der magnetischen Wechselfelder vorgesehen sind, dessen Ausgangssignal eine durch den zu bestimmenden Gegenstand bewirkte Beeinflussung der magnetischen Wechselfelder erkennen läßt, und daß eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, die im Falle von unterschiedlich lokalisierten Magnetfeld-Sensoren die Signale der Magnetfeld-Sensoren derart auswertet, daß die Drehzahl, die Drehrichtung und/oder der Drehwinkel eines Gegenstandes bestimmbar sind, oder die im Falle von unterschiedlich lokalisierten magnetischen Wechselfeldern das Signal des Magnetfeld-Sensors derart auswertet, daß die Drehzahl, die Drehrichtung und/oder der Drehwinkel eines Gegenstandes bestimmbar sind.
Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß die von den Magnetfeld-Sensoren bzw. vom Magnetfeld-Sensor gelieferten Signale unabhängig von der Drehzahl des zu bestimmenden Gegenstandes sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine Permanentmagneten erforderlich sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Anordnung nach der Erfindung weist gemäß der Figur 1 beispielsweise einen dreischenkligen ferromagnetischen Kern 1 auf, dessen mittlerer Schenkel 2 die Spule 3 zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes trägt. Die beiden anderen Schenkel 4 und 5 tragen die Spulen 6 und 7 für die Magnetfeld-Sensoren. Bewegt sich ein mit metallischen oder metallisierten Zähnen oder Erhebungen versehener Gegenstand 8 über dem dreischenkligen Kern mit den Spulen 6 in Figur 1 zu, so erfährt das magnetische Wechselfeld der Spule 3 eine Beeinflussung. Diese Beeinflussung wird von den Spulen 6 und 7 der Magnetfeld-Sensoren wahrgenommen und führt zu einer entsprechenden Änderung der von den Magnetfeld-Sensoren gelieferten Wechselsignale.
Die von den Magnetfeld-Sensoren gelieferten Signale werden einer Auswerteschaltung zugeführt, die gemäß der Figur 2 beispielsweise aus einem phasenempfindlichen Gleichrichter 9 besteht. Dem phasenempfindlichen Gleichrichter 9 ist die Vorrichtung der Figur 1 mit der Erregerwicklung 3 und den Spulen 6 und 7 der Magnetfeld-Sensoren vorgeschaltet. Die Erregerspule 3 wird von einem HF-Generator 10 gespeist, dessen Signal außerdem dem phasenempfindlichen Gleichrichter 9 zugeführt wird. Die Spulen 6 und 7 der Magnetfeld-Sensoren sind im Ausführungsbeispiel der Figur 2 elektrisch gegeneinander geschaltet und durch das Potentiometer 11 symmetriert. Durch die elektrische Gegeneinanderschaltunq wird die Differenz der in den Spulen 6 und 7 vom magnetischen Wechselfeld der Spule 3 induzierten.
Wechselspannung gebildet. Die dabei entstehende Differenzspannung wird gemäß der Figur 2 dem phasenempfindlichen Gleichrichter 9 zugeführt.
Der phasenempfindliche Gleichrichter 9 erzeugt an seinem Ausgang eine Gleichspannung, die von dem jeweiligen Drehwinkel des, in der Figur 1 mit der Bezugsziffer 8 bezeichneten Gegenstandes abhängt. Den Verlauf der Gleichspannung am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Gegenstandes 8 zeigt die Figur 3. Die Ausgangs-Gleichspannung des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 ist Null, wenn sich die Zahne oder Erhebungen des Gegenstandes 8 außerhalb des Einwirkungsbereichs des durch die Erregerwicklung 3 erzeugten magnetischen Wechselfeldes befindet. Gelangt ein Zahn oder eine Erhebung des Gegenstandes 8 in den Einwirkungsbereich des magnetischen Wechselfeldes, so entsteht am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 eine Gleichspannung, die gemäß der Figur 3 zunimmt, wenn sich ein Zahn oder eine Erhebung des Gegenstandes 8 der Erregerspule 3 nähert. Auf der Ordinate der Darstellung der Figur 3 ist die Gleichspannung am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 und auf der Abszisse die Lage des Mittelpunktes eines Zahnes oder einer Erhebung des Gegenstandes 8 zur Symmetrieachse derAnordnung der Figur 1 aufgetragen. Die Gleichspannung am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 erreicht ihr positives Maximum, wenn der Zahn oder die Erhebung des Gegenstandes s unter der Mitte der Erregerspule und der einen Sensorspule vorbei bewegt wird, und sein negatives Maximum, wenn der Zahn oder die Erhebung unter der Mitte der Erregerspule und der anderen Sensorspule vorbei bewegt wird.
Der phasenempfindliche Gleichrichter 9 der Figur 3 besteht gemäß der Figur 4 beispielsweise aus einem stromgesteuerten Differenzverstäerker mit den Transistoren 12, 13 und 14. Bei dem Gleichrichter der Figur 4 wird beispielsweise den Basen der Transistoren 13 und 14 die Differenzspannung der an den Spulen 6 und 7 induzierten Spannungen und der Basis des Transistors 12 das vom HF-Generator 10 erzeugte HF-Signal zuführt. An den Kollektoren der Transistoren 13 und 14 entsteht ein Signal, welches nach Wegsieben des HF-Anteils das Ausgangs-Gleiähsignal des phasenempfindlichen Gleichrichters 9 ist.
3ei der Anordnung der Figur 5 wird die Spule 3 für das magnetische Wechselfeld wie bei der Figur 2 von einem HF-Generator 10 angesteuert. Im Gegensatz zur Anordnung der Figur 2 werden jedoch bei der Anordnung der Figur 5 die Signale der Spulen 6 und 7 getrennt einer Auswerteschaltung 15 zugeführt, deren Aufbau die Figur 6 zeigt.
Die Auswerteschaltung 15 weist gemäß der Figur 6 für jedes Signal der Spulen 6 und 7 je einen Verstärker 16 und einen nachgeschalteten Gleichrichter 17 auf. An den Klemmen 18 und 19 entstehen zwei Gleichsignale, deren Größen von den Signalen der Magnetfeld-Sensor-Wicklungen 6 und 7 abhängen. Diese beiden Gleichsignale werden miteinander verglichen. Bei diesem Vergleich ergibt sich zwischen den Klemmen 18 und 19 eine Gleichspannung, deren Größe und Polarität von dem Drehwinkel des Gegenstandes 8 abhängt. Der Verlauf des Ausgangssignals entspricht dem in der Figur 3 gezeigten Verlauf.
Die Figur 7 zeigt eine besondere Ausbildung der Schenkel 2, 4 und 5 des ferromagnetischen Kerns 1. Bei der Anordnung der Figur 7 sind die Schenkelenden verjüngt und die beiden äußeren Schenkel 4 und 5 sind in Richtung auf den mittleren Schenkel 2 abgewinkelt.
Dadurch wird der Abstand zwischen den Schenkelenden verkleinert. Je kleiner der Abstand zwischen den Schenkelenden ist,'desto höher ist die Auflösung, d. h. umso kleinere Zähne bzw. Erhebungen können geortet werden.
Die Figuren 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele für den Fall, daß anstelle von zwei Magnetfeld-Sensoren und einem magnetischen Wechselfeld zwei magnetische Wechsel felder und ein Magnetfeld-Sensor vorgesehen sind. Die Figur 8 zeigt zwei Erreger spulen 20 und 21 zur Erzeugung der beiden magnetischen Wechselfelder. Die beiden Erregerspulen, die im Ausführungsbeispiel der Figur 8 in Reihe geschaltet sind, befinden sich beispielsweise auf den beiden äußeren Schenkeln eines dreischenkligen ferromagnetischen Kerns. Die Sensorspule 22 des Magnetfeld-Sensors befindet sich auf dem mittleren Schenkel des dreischenkligen ferromagnetischen Kerns. Die Hintereinanderschaltuny der beiden Erregerspulen 20 und 21 wird von einem FIF-Generator 10 angesteuert. Parallel zur Reihenschaltung der Erregerspulen 20 und 21 ist ein Potentiometer 23 geschaltet. Die Erregerspulen 20 und 21 sind derart zueinander gepolt, daß sich die von den Erregerspulen erzeugten magnetischen Wechsel felder im Bereich des Magnetfeld-Sensors (Spule 22) kompensieren. Das Potentiometer 23 dient zur Feineinstellung der erwähnten Kompensation der Magnetfelder. Zur Auswertung des Sensorsignals dient ein phasenempfindlicher Gleichrichter 9, der die gleiche Funktion wie bei der Anordnung der Figur 2 hat.
Die Anordnung der Figur 9 unterscheidet sich von der Anordnung der Figur 8 dadurch, daß die Stromzweige der Erregerspulen 20 und 21 nicht in Reihe, sondern parallel geschaltet sind. Die Erregerspulen 20 und 21 sind derart gepolt, daß wieder die Bedingung erfüllt ist, daß sich die magnetischen Wechsel felder im Bereich des Magnetfeld-Sensors (Spule 22) kompensieren. Wie in Figur 8 dient in der Figur 9 das Potentiometer 23 zum Feinabgleich der Magnetfeld-Kompensation.
Die Anordnung nach der Erfindung und damit auch die in den Ausführungsbeispielen vorhandenen Anordnungen dienen beispielsweise zur Ermittlung der Drehzahl bei Kraftfahrzeugen oder zur Bestimmung der Winkelposition bei Kraftfahrzeugzündungen.
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Claims

Patentansprüche -4) Anordnung zur Bestimmung der Drehzahl, cier Drehrichung und/oder des Drehwinkels eines Gegenstandes, der durch seine Einwirkung eine Änderung eines magnetischen Wechselfelcles herbeizuführen vermag, durch Feststellung der durch den Gegenstand bewirkten Änderung eines magnetischen Wechselfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlich lokalisierte Maynetfeld-Sensoren im Einflußbereich des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen sind, deren Ausgangssignale eine durch den zu bestimmenden Gegenstand bewirkte Beeinflussung des magnetischen Wechselfeldes erkennen lassen, oder daß unterschiedlich lokalisierte magnetische Wechsel felder und ein Magnetfeld-Sensor im Einflußbereich der magnetischen Wechsel felder vorgesehen sind, dessen Ausgangssignal eine durch den zu bestimmenden Gegenstand bewirkte Beeinflussung der magnetischen Wechselfelder erkennen läßt, und daß eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, die im Falle von unterschiedlich lokalisierten Magnetfeld-Sensoren die Signale der Magnetfeld-Sensoren derart auswertet, daß die Drehzahl, die Drehrichtung und/oder der Drehwinkel des zu bestimmenden Gegenstandes bestimmbar sind, oder die im Falle von unterschiedlich lokalisierten magnetischen Wechselfeldern das Signal des Magnetfeld-Sensors derart auswertet, daß die Drehzahl, die Drehrichtung und/oder der Drehwinkel bestimmbar sind.
2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Magnetfeld-Sensoren vorgesehen sind, daß die Signale der beiden Magnetfeld-Sensoren miteinander verglichen werden und daß aus diesem Signalvergleich auf die Drehzahl, die Drehrichtung und/oder den Drehwinkel geschlossen wird.
3) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen phasenempfindlichen Gleichrichter aufweist, dem die Differenz der Signale der Magnetfeld-Sensoren sowie diejenige Wechselspannung zuqeführt wird, mit der das magnetische Wechselfeld erzeugt wird.
4) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen der Magnetfeld-Sensoren elektrisch gegeneinander geschaltet sind.
5) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Magnetfeld-Sensoren jedes für sich gleichgerichtet wird und daß die Signale miteinander verglichen werden.
6) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Gleichrichter ein Verstärker vorgeschaltet ist.
7) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreischenkliger ferromagnetischer Kern vorgesehen ist und daß der eine Schenkel zur Aufnahme der Spule für das magnetische Wechselfeld und die anderen beiden Schenkel zur Aufnahme von Spulen von zwei Magnetfeld-Sensoren vorgesehen sind.
8) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere der drei Schenkel zur Aufnahme der Spule für das magnetische Wechselfeld und die beiden äußeren Schenkel zur Aufnahme der Spulen für die Magnetfeld-Sensoren vorgesehen sind.
9) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetische Wechsel felder und ein Magnetfeld-Sensor vorgesehen sind.
10) Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen für die magnetischen Wechsel felder auf den beiden äußeren Schenkeln eines dreischenkligen ferromagnetischen Kerns und die Sensorspule des Magnetfeld-Sensors auf dem mittleren Schenkel des dreischenkligen ferromagnetischen Kerns angeordnet sind.
11) Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen in Reihe geschaltet und derart zueinander gepolt sind, daß sich die von ihnen erzeugten magnetischen Wechselfelder in dem Fall, in dem sich der zu bestimmende Gegenstand außerhalb des Einwirkungsbereichs der magnetischen Wechsel felder befindet, im Bereich der Sensorspulen kompensieren.
12) Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Erregerspulen zueinander parallel geschaltet sind.
13) Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Feineinstellung der Magnetfeld-Kompensation vorgesehen sind.
14) Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feineinstellung ein Potentiometer vorgesehen ist.
15) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß das freie Ende des mittleren Schenkels des ferromagnetischen Kerns konisch ausgebildet ist.
16) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß die beiden äußeren Schenkel in Richtung auf den mittleren Schenkel abgewinkelt sind.
17) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der äußeren Schenkel konisch ausgebildet sind.