DE3500450A1 - Induktiver stabsensor fuer umlaufende koerper - Google Patents

Induktiver stabsensor fuer umlaufende koerper

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DE3500450A1
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Adam 8501 Ammerndorf Hirt
Hans-Dieter Dr.-Ing. 8500 Nürnberg Schmid
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

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Description

  • Induktiver Stabsensor für umlaufende Körper
  • Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem induktiven Stabsensor nach der Gattung des Hauptanpsruchs. Bei einem bekannten Stabsensor werden ein Flußleitstück und ein Dauermagnet in Achsrichtung des Stabsensors hintereinander angeordnet, wobei der Dauermagnet mit seinem zum Flußleitstück hin gerichteten Ende durch eine Klemmhülse am stirnseitigen Ende des Flußleitstücks befestigt ist (DE-Gbm 82 22 118). Der Dauermagnet ist in seiner Achsrichtung magnetisiert. Ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes gelangt dabei durch das Flußleitstück und dem vorderen Polschuh über einen Arbeitsluftspalt auf einen zur Drehzahlmessung dienenden umlaufenden Zahnkranz und von dort über einen langen Luftweg zurück zum hinteren Pol des stabförmigen Dauermagneten. Beim Vorbeibewegen der einzelnen Zähne am Polschuh des Stabsensors wird der Arbeitsluftspalt stark verändert und mit ihm die Stärke des Magnet flusses im Flußleitstück. Durch diese Flußänderung wird in der auf dem Flußleitstück angeordneten Geberwicklung ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Frequenz ein Maß für die Drehzahl des Zahnkranzes ist.
  • Bei dieser Lösung ist nachteilig, daß zur Erzielung einer ausreichend starken Magnetfeldänderung für die Induzierung der Meßsignale Stabmagnete mit hohen Koerzitivfeldstärken an ihren Polflächen erforderlich sind. Die für solche Stabmagnete verwendeten Werkstoffe (Alnico-Magnete) sind jedoch sehr kostenaufwendig. Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, bei einem Stabsensor die Polflächen des Dauermagneten zu vergrößern, um kostengünstigere Werkstoffe mit geringerer Koerzitivfeldstärke verwenden zu können, ohne den im Flußleitstück benötigen Magnetfluß zur Erzeugung der Meßsignale zu verringern.
  • Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Ausführung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Polflächen des Dauermagneten durch die seitliche Anbringung am hinteren Endabschnitt des Flußleitstückes so stark vergrößert werden können, daß es möglich ist, kostengünstige Magnetwerkstoffe mit geringerer Koerzitivfeldstärke bzw. geringer Luftspaltenergie (BH max zu verwenden. Darüber hinaus wird durch die seitliche Anordnung von Dauermagnetpolflächen am hinteren Abschnitt des Flußleitstückes der Luftweg für die vom umlaufenden Zahnkranz zum Dauermagneten zurückführenden Feldlinien erheblich verkürzt, wodurch eine entsprechende Verbesserung des Nutzsignales am Sensor zu erzielen ist.
  • Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die für die Nutzsignale ebenfalls wesentliche Feldstärke im Flußleitstück durch in Achsrichtung des Sensors längere Dauermagneten erhöht werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Dabei ist es zur Verringerung der Streufelder zweckmäßig, daß der Dauermagnet als radialmagnetisierter Ringmagnet ausgebildet ist, der den hinteren Endabschnitt des Flußleitstückes umschließt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Dauermagnet am hinteren Ende einen topfförmig die hintere Stirnseite des Flußleitstückes umfassenden, geschlossenen Boden hat. Durch diese Maßnahme wird eine weitere Reduzierung der Streufelder erzielt. Eine kostengünstige Lösung besteht darin, daß der topfförmige Dauermagnet aus einem kunststoffgebundenen Ferritmagneten hergestellt wird, wobei sein Boden ebenfalls magnetisiert ist.
  • Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 einen erfindungsgemäßen Stabsensor im Querschnitt mit einem ringförmigen Dauermagneten, Figur 2 zeigt einen Stabsensor im Querschnitt mit einem topfförmigen Dauermagneten und Figur 3 zeigt einen Stabsensor mit zwei Flachmagneten an zwei gegenüberliegenden Längs seiten am hinteren Endabschnitt des Geber-Flußleitstückes jeweils in vergrößerter Darstellung.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Stabsensor zur Messung der Drehzahl eines nicht dargestellten Rades an einem Kraftfahrzeug mit 10 bezeichnet. Der Stabsensor 10 wirkt dabei mit einem am Rad befestigten, umlaufenden Zahnkranz 11 zusammen, von dem nur ein Ausbruch mit einigen Zähnen 12 dargestellt ist. Der im Längsschnitt dargestellte Stabsensor 10 hat eine elektrische Wicklung 13, die auf einem Spulenkörper 14 aufgebracht ist. Die Wicklung 13 mit dem Spulenkörper 14 sitzt auf einem Flußleitstück 15, dessen vorderes stirnseitiges Ende einen zahnförmigen Polschuh 16 trägt. Während die Wicklung 13 auf den mittleren Abschnitt des Flußleitstückes 15 fixiert ist, befindet sich am hinteren Endabschnitt 15a ein Dauermagnet 17, der als radialmagnetisierter Ringmagnet ausgebildet ist und den Endabschnitt 15a des Flußleitstückes 15 eng umschließt. Das Flußleitstück 15 ist aus einem weichmagnetischem Material, z.B. aus einem Ferritstab hergestellt und der Dauermagnet 17 besteht aus einem hartmagnetischen Material aus Keramik oder Kunststoff mit darin eingebetteten Ferritmagnetteilchen. Der Dauermagnet 17 ist von einem Anschlußteil 18 aus1 Kunststoff eingefaßt, in dem das Ende eines Anschlußkabels 19 mit den nicht erkennbaren Anschlußleitern der Wicklung 13 eingespritzt ist. Das vordere Ende des Flußleitstückes 15 mit dem Polschuh 16 sowie die Wicklung 13 ist von einer magnetisch unwirksamen Metallhülse 20 eingefaßt, die feuchtigkeitsdicht eine Schulter 21 am unteren Ende des Anschlußteiles 18 umfaßt. Die Metallhülse 20 bildet gemeinsam mit dem Anschlußteil 18 das Gehäuse des Stabsensors 10.
  • Durch die ringförmige Anlage des Dauermagneten 17 am hinteren Endabschnitt 15a des Flußleitstücks 15 wird im Gegensatz zu einem Stabmagneten eine wesentlich größere Polfläche erzielt. Sie entspricht der gesamten Anlagefläche des radialmagnetisierten Dauermagneten 17 am Flußleitstück 15. Durch diese große Polfläche ist selbst bei geringer magnetischer Koerzitivfeldstärke des Dauermagneten 17 noch ein starkes Magnetfeld im Flußleitstück 15 zu erzeugen.
  • In Figur 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Stabsensor 25 dargestellt, bei dem das aus der Metallhülse 20 und dem Anschlußteil 18 bestehende Gehäuse des Gebers nach Figur 1 weggelassen wurde. In Abänderung des Stabsensors nach Figur 1 hat der Dauermagnet 26 in Figur 2 am hinteren Ende einen topfförmig geschlossenen Boden 27, der die hintere Stirnseite des Flußleitstückes 15 umfaßt. Bei dieser Ausbildung des Dauermagneten 26 wird die Bildung von Streufeldern am hinteren Ende des Dauermagneten 26 weitgehend vermieden. Aus dem Verlauf der Feldlinien 28, die in Figur 2 nur für die rechte Seite des Stabsensors 25 angedeutet sind, ist erkennbar, daß ein wesentlicher Teil des gesamten Magnetflusses am Nordpol des Dauermagneten 26 in das Flußleitstück 15 eintritt, über einen Arbeitsluftspalt 29 in den Zahnkranz 11 gelangt und schließlich von dort über die Luftstrecke außerhalb der Wicklung 13 zu dem außenliegenden Südpol des Dauermagneten 26 wieder zurückgeführt wird.
  • Durch Drehung des Zahnkranzes 11 in Pfeilrichtung wird der mit der Wicklung 13 verkettete Anteil des Magnetfeldes 28 mit dem Durchlaufen der Zähne 12 bzw. der Zahnlücken verändert und dadurch in der Wicklung 13 eine Spannung induziert, deren Frequenz ein Maß für die Durchlaufgeschwindigkeit der Zähne 12 und damit zugleich ein Maß für die Drehzahl des mit dem Zahnkranz 11 verbundenen Rades ist. Der topfförmige Dauermagnet 26 wird dabei vorzugsweise aus einem kunststoffgebundenen Ferritmagnetwerkstoff hergestellt, wobei sein Boden zur Verringerung von Streufeldern in Achsrichtung magnetisiert ist und mit seinem Nordpol innen an der Stirnfläche des Flußleitstückes 15 anliegt.
  • In Figur 3 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Stabsensor 30 ohne sein Gehäuse und ohne Zahnkranz dargestellt, der zwei Flachmagnete 31 am hinteren Endabschnitt 32a eines Flußleitstückes 32 aufweist. Das Flußleitstück 32 hat hier einen rechteckförmigen Querschnitt. Die beiden Flachmagnete 31 sind dabei an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten des Flußleitstückes 32 angeordnet.
  • Die Flachmagnete 31 sind quer zur Achsrichtung des Stabsensors 30 magnetisiert, so daß sie mit gleichen Polen (Nordpol) an den Längsseiten des Flußleitstückes 32 anliegen. Bei dieser Lösung können die plattenförmigen Flachmagnete 31 kostengünstig aus einem Material mit ausreichender Koerzitivfeldstärke hergestellt werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da anstelle von Ringmagneten, topfförmigen Magneten oder Flachmagneten auch andere Magnet formen, beispielsweise halbkreis- oder segmentförmige Dauermagnete verwendet werden können. Das Flußleitstück kann einen quadratischen, rechteckförmigen oder kreisförmigen Querschnitt haben. Bei einem quadratischen Querschnitt des Flußleitstückes können anstelle von zwei Flachmagneten ebensogut vier Flachmagneten an den vier Längs seiten des Flußleitstückes angeordnete werden. Wesentlich ist bei allen Ausführungen, daß die Dauermagneten mit einer in Achsrichtung des Stabsensors liegenden großen Polfläche seitlich am hinteren Endabschnitt des Flußleitstückes angeordnet sind, so daß bei einer geringen Koerzitivfeldstärke der Dauermagneten dennoch ein ausreichender Magnetfluß im Flußleitstück erzeugt wird.

Claims (5)

  1. Ansprüche 1. Induktiver Stabsensor für umlaufende, magnetisch wirksame Körper, mit einem weichmagnetischen Flußleitstück, das einen Polschuh an seinem vorderen, zum umlaufenden Körper hin gerichteten Ende, eine elektrische Wicklung auf dem mittleren Abschnitt und einen Dauermagneten an seinem hinteren Ende trägt und mit einem diese Teile sowie einen elektrischen Anschluß aufnehmenden Gehause, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Dauermagnet (17, 26, 31) mit einer in Achsrichtung des Stabsensors (10, 25, 30) liegenden Polfläche seitlich am hinteren Endabschnitt (15a, 32a) des Flußleitstückes (15, 32) angeordnet ist.
  2. 2. Induktiver Stabsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (17, 26) als radialmagnetisierter Ringmagnet ausgebildet ist, der den hinteren Endabschnitt (15a) des Flußleitstückes (15) umschließt.
  3. 3. Induktiver Stabsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (26) am hinteren Ende einen topfförmig das Ende des Flußleitstückes (15) umfassenden geschlossenen Boden (27) hat.
  4. 4. Induktiver Stabsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Dauermagnet (26) aus einem kunststoffgebundenen Ferritmagnetwerkstoff besteht und einen in Achsrichtung magnetisierten Boden (27) aufweist.
  5. 5. Induktiver Stabsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Flachmagnet (31) an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten am hinteren Endabschnitt (32a) des Flußleitstückes (32) angeordnet ist, wobei die Flachmagnete (31) mit gleichnamigen Polen am Flußleitstück (32) anliegen.
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