DE3619500A1 - Elektromagnetischer sensor zur erfassung der umdrehungszahl, der drehzahl und daraus abzuleitenden physikalischen groessen einer welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Drehzahlgeber mit einem Spulenkern, der draht- oder stabförmig ausgebildet ist und aus einem in sich verspannten Verbundkörper sowie einem dazu parallel befestigten Dauermagneten besteht, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Magnetfeldes in einer Richtung unabhängig von der Geschwindigkeitsänderung des Magnetfeldes eine plötzliche Ummagnetisierung des Spulenkerns erfolgt.

In der DE-OS 34 11 079 ist ein Spulenkern für eine induktive frequenzabhängige Schaltvorrichtung beschrieben. Dieser Spulenkern besitzt Draht- oder Stabform und besteht einerseits aus einem Dauermagneten, der längs an einem Verbundkörper befestigt ist. Der Verbundkörper seinerseits besteht aus zwei verschiedenen Materialien, die in Richtung der Längsachse des Verbundkörpers mechanisch verspannt sind. Mindestens eines dieser Materialien ist ferromagnetisch und besitzt in Richtung der Längsachse anisotrope weichmagnetische Eigenschaften.

Ein derartiger Spulenkern hat auch bei geringeren Längsabmessungen von 2 cm oder weniger die Eigenschaft, daß er bei Überschreiten eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung plötzlich ummagnetisiert wird. Dieser Effekt ist abhängig von der Geschwindigkeit der Magnetfeldänderung. Wird das Magnet­ feld umgelenkt, so wird auch der Spulenkern zurück­ magnetisiert - allerdings ohne sprungartiges Verändern der Magnetisierungsrichtung. Bei diesem Spulenkern muß die Höhe des Gegenfeldes lediglich die Koerzitiv­ feldstärke des im Verbundkörper enthaltenden ferro­ magnetischen Materials erreichen oder überschreiten. Diese Feldstärke beträgt ca. 17 bis 20 A/cm bei den in der obengenannten Offenlegungsschrift genannten Legierungen des Verbundkörpers. Die Magnetisierung ist außerdem begrenzt durch die Koerzitivfeldstärke des im Spulenkern enthaltenden Dauermagneten, die beispielsweise bei 400 A/cm liegen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Ver­ wendung eines derartigen bekannten Spulenkörpers einen besonders einfach aufgebauten Drehzahlgeber anzugeben.

Da der magnetische Aussteuerbereich des Spulenkerns in weiten Grenzen veränderbar ist, ohne daß seine seine Funktion beeinträchtigt wird, ist der Drehzahl­ geber unempfindlich gegen Lageveränderungen des Spulen­ kerns relativ zu der Welle, deren Drehzahl gemessen werden soll, so daß Schwankungen, ungenaue Montage usw. keine Probleme aufwerfen. Außerdem wird jede Umdrehung der Welle - auch bei extrem langsamen Drehbewegungen erfaßt.

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß der Spulenkern ortsfest senkrecht zur Wellenachse in der Nähe eines Wellenendes angeordnet ist und daß mit der Welle an dem Wellenende mindestens ein Dauermagnet verbunden ist, durch den oder die ein sich mit der Welle drehendes Streufeld hervorgerufen wird, das im wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle verläuft.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1, deren Drehzahl von dem Drehzahlgeber gemessen werden soll. An einem Ende dieser Welle ist eine Scheibe 2 befestigt, die einen stabförmigen Dauermagnet 3 trägt. Die Magnetisierungsrichtung dieses Dauermagneten liegt senkrecht zu Wellenachse. Die Länge des Dauermagneten ist etwas größer als diejenige eines Spulenkerns 4, der von einer Spule 5 umgeben, ortsfest im Abstand A neben dem Dauermagneten 3 befestigt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Streufeld des Dauermagneten 3 den Spulenkern in Richtung seiner Längsachse durchsetzt, wenn der Dauermagnet 3 parallel zum Spulenkern 4 steht.

Bei Drehung der Welle ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte relative Lage von Dauermagnet 3 und dem Gehäuse 6, in dem Spulenkern 4 und Spule 5 angeordnet sind. Man sieht, daß durch Drehung der Welle 1 und damit der Scheibe 2 sich die Feldstärke in Längsrichtung des Spulenkerns 4 vermindert. Diese Feldstärke kehrt sich um, wenn der Dreh­ winkel 90° überschritten wird und - gegenüber der relativen Stellung von Dauermagnet und Spulenkern in Fig. 1 - gleich groß in entgegengesetzter Richtung, wenn sich die Welle um 180° gedreht hat. In dieser Stellung ist der Impulsdraht zurück­ magnetisiert und wird im Verlauf der nächsten halben Drehung wieder einen Ummagnetisierungssprung ausführen. Dieser Ummagnetisierungssprung bewirkt an den Anschlüssen 7 und 8 der Spule 5 einen Spannungsimpuls bestimmter Polarität, der anzeigt, daß die Welle eine Umdrehung vollführt hat.

Die Spannungsimpulse zwischen den Anschlüssen 7 und 8 können in einer elektrisch/elektronischen Schaltung in bekannter Weise ausgewertet werden. So können z. B. die Anzahl der Umdrehungen gezählt werden oder aus dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen die Drehzahl und andere daraus abzuleitende physikalischen Größen ermittelt werden. Während man in Fig. 1 von nur einem an der Welle befestigten Dauermagneten 3 ausgeht, sind im Ausführungs­ beispiel nach Fig. 3 und 4 zwei Dauermagnete 9 und 10 vorgesehen. Diese sind in einem geringfügig größerem Abstand als die Länge des Spulenkerns 4 beträgt, auf der Scheibe 2 befestigt und sind parallel und einander entgegengesetzt zur Wellenachse der Welle 1 magnetisiert. Diese Anordnung gibt ein ähnliches Streufeld wie die in Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung und damit die gleiche Wirkungsweise.

Eine derartige Anordnung mit zwei wesentlich kleineren Magneten wird man dann bevorzugen, wenn man Magnet­ materialien mit sehr großer Remanenz und Koerzitivfeld­ stärke, wie z. B. Kobalt-Samarium- oder Neodym-Eisen- Magnete verwendet.

Claims (3)

1. Elektromagnetischer Drehzahlgeber mit einem Spulenkern 4, der draht- oder stabförmig ausgebildet ist und aus einem in sich verspannten Verbundkörper sowie einem dazu parallel befestigten Dauermagneten besteht, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Magnetfeldes in einer Richtung unabhängig von der Geschwindigkeitsänderung des Magnetfeldes eine plötzliche Ummagnetisierung des Spulenkerns (4) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern ortsfest senkrecht zur Wellenachse in der Nähe eines Wellenendes angeordnet ist und daß mit der Welle an dem Wellenende mindestens ein Dauermagnet (3 bzw. 9, 10) verbunden ist, durch den oder durch die ein sich mit der Welle 1 drehendes Streufeld hervorgerufen wird, das im wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle verläuft.

2. Elektromagnetischer Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende einer Welle 1 ein Dauermagnet 3 mit seiner Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Wellenachse an dieser angebracht ist und daß der Spulenkern (4) ortsfest ebenfalls senkrecht zur Wellenachse im Bereich des Streufeldes des Dauermagneten befestigt ist.

3. Elektromagnetischer Drehzahlgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Dauermagneten (3) mindestens so groß ist, wie die Länge des Spulenkerns (4).