DE3714696A1

DE3714696A1 - Transformer having a variable transformation coefficient

Info

Publication number: DE3714696A1
Application number: DE19873714696
Authority: DE
Inventors: Stephan Wietschorke-Muhsold
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1987-05-02
Filing date: 1987-05-02
Publication date: 1988-11-10

Abstract

A transformer is specified having a variable transformation coefficient for use as a position transmitter in motor vehicle electrical systems. The transformation coefficient is changed in a known manner by adjusting the coupling level in the magnetic return path. This magnetic return path is produced essentially from a ferromagnetic material having a pronounced saturation bend and a low coercive force. The primary coil of the transformer is supplied with an alternating current having a sawtooth or triangular wave form which results in a pulsed wave form alternating voltage being produced in the secondary coil, at a duty ratio which corresponds to the coupling level set.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator mit veränder lichem Übertragungsfaktor nach der Gattung des Hauptan spruchs. Bei Anlagen zur Geschwindigkeitsbeeinflussung von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen mit elektrischer Übertragung der Fahrpedalstellung zur Kraftstoff zumessenden Einrichtung (sogenannte E-Gas-Anlagen) und bei Einrichtungen zur Regelung der Fahrzeugge schwindigkeit sind Schaltungselemente zur Vorgabe einer elektrischen Signalgröße als Sollwert und zur Rück meldung der Stellung des Stellgliedes ebenfalls als elektrische Signalgröße notwendig. Im allgemeinen sind diese Schaltungselemente mit dem Fahrpedal und mit der Drosselklappe oder dem Verstellhebel der Einspritz pumpe mechanisch gekoppelte veränderliche Widerstände (Potentiometer), die als Spannungsteiler geschaltet einen Bezug zwischen der Stellung des Schleifers und der daran abgreifbaren Spannung herstellen.The invention relates to a transformer with change Lich transmission factor according to the genus of the Hauptan saying. In systems for speed control of vehicles with internal combustion engines with electrical Transfer of accelerator pedal position to fuel metering device (so-called e-gas systems) and in devices for regulating the vehicle Speed are circuit elements for specifying a electrical signal size as setpoint and back reporting the position of the actuator also as electrical signal size necessary. Generally are these circuit elements with the accelerator pedal and with the Throttle valve or the adjustment lever of the injection pump mechanically coupled variable resistors (Potentiometer), which is switched as a voltage divider a relationship between the position of the grinder and the create a voltage that can be tapped off.

Eine solche Umsetzung der Winkelposition eines mechani schen Bauteils in eine analoge Signalgröße hat jedoch verschiedene Nachteile: zum einen muß die an den Außen anschlüssen der Spannungsteiler liegende Spannung recht genau eingehalten werden, damit der Bezug zwischen der Stellung des Schleifers und der Hülle der daran abge griffenen Spannung nicht verlorengeht. Dies ist jedoch infolge von Spannungsverlusten in Leitungen und Über gangswiderständen in den Steckverbindungen, insbesondere nach längeren Laufzeiten, nicht immer gegeben. Zum andern unterliegen die verwendeten Potentiometer aus den gleichen Gründen strengen Toleranzen bei der Herstellung und genauen Einbauvorschriften, was die Gesamtanlage verteuert. Infolge physikalischer und chemischer Einflüsse durch Staub, Öl, Kraftstoff, Kondenswasser, Temperatur und Abrieb fallen die Potentiometer nach längeren Laufzeiten aus den zulässigen Toleranzen und müssen ausgetauscht werden.Such an implementation of the angular position of a mechani component in an analog signal size various disadvantages: on the one hand, the outside connections of the voltage divider are strictly observed so that the relationship between the Position of the grinder and the shell of the abge gripped tension is not lost. However, this is due to voltage losses in lines and over Gang resistances in the plug connections, in particular after longer terms, not always given. To the others are subject to the potentiometers used in the same tolerances in manufacturing and precise installation instructions on what the overall system more expensive. As a result of physical and chemical Influences from dust, oil, fuel, condensation, The potentiometers drop in temperature and wear longer terms from the permissible tolerances and have to be exchanged.

Es ist bereits ein Übertrager bekannt, bei dem die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule innerhalb vorgegebener Grenzen durch einen beweglichen Teil des magnetischen Rückschlusses veränderbar ist und der anstelle eines Widerstandspotentiometers eingesetzt dessen Nachteile vermeidet. Dazu werden jedoch die Wechselspannungssignale vom Ausgang der Sekundärspulen zur Linearisierung gleichgerichtet, so daß die einer analogen Signalverarbeitung anhaftenden Nachteile bestehenbleiben.A transmitter is already known in which the Coupling between the primary and secondary coils within a specified limit by a movable one Part of the magnetic inference is changeable and which is used instead of a resistance potentiometer avoids its disadvantages. To do this, however AC signals from the output of the secondary coils rectified for linearization so that the one analog signal processing inherent disadvantages remain.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Transformator mit veränderlichem Übertragungsfak tor anzugeben, der als Stellungsgeber über einen weiten Winkelbereich einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen der Stellung des beweglichen Teils des magnetischen Rückschlusses und dem übertragenen Signal herstellt und infolge berührungsfreier Einstellung des Ausgangssignals unempfindlich gegen die erwähnten physikalischen und chemischen Einflüsse ist.The invention is based on the object a transformer with a variable transmission factor To specify the gate, which acts as a position transmitter over a wide range Angular range an almost linear relationship between the position of the moving part of the magnetic inference and the transmitted signal manufactures and as a result of non-contact adjustment of the Output signal insensitive to the mentioned physical and chemical influences.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich nenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Dabei ist vorteilhaft, daß die impulsförmigen Ausgangs signale leicht auswertbar sind.This problem is solved with the in the character measures specified in the main claim. It is advantageous that the pulse-shaped output signals are easy to evaluate.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß für die Signalaufberei tung keine temperaturempfindlichen elektronischen Schal tungen erforderlich sind, so daß der Einsatz des Dreh transformators als Stellungsgeber auch im Motorraum von Kraftfahrzeugen keinen Einschränkungen unterliegt.Advantageous further training and improvements to Invention result from the subclaims. Here is particularly advantageous for signal conditioning no temperature sensitive electronic scarf lines are required so that the use of the rotation transformers as position transmitters also in the engine compartment of Motor vehicles are not subject to any restrictions.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei bung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the Drawing shown and in the description below exercise explained in more detail. Show it

Fig. 1 schematisch den Aufbau des Transformators mit veränderlichem Übertragungsfaktor als Drehtransformator, Fig. 1 shows schematically the construction of the transformer with variable transmission factor as a rotary transformer,

Fig. 2 als Diagramm den Verlauf und die Grenzen der Magnetisierungskennlinie, Fig. 2 a diagram of the progress and the limits of the magnetization characteristic,

Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm, Fig. 3 shows a current-time diagram,

Fig. 4 ein Strom-Zeit-Diagramm für einen von Fig. 3 abweichenden Stromverlauf. FIG. 4 shows a current-time diagram for a current profile that differs from FIG. 3.

In Fig. 1 ist mit 1 der magnetische Rückschlußkreis bezeichnet, der in der Seitenansicht etwa C-förmig gestaltet ist. Die offenen Enden des C-förmigen Rück schlusses sind sektorartig ausgespart mit einem gemein samen Mittelpunkt 2 der Aussparungen 3. Das fehlende Stück des magnetischen Rückschlusses ist durch einen Rotor 4 überbrückt. Der Rotor 4 ist auf einer Achse im Mittelpunkt 2 zentral drehbar gelagert, wobei die Breite des Rotors der breiten Ausdehnung des magnetischen Rück schlußkreises in der Seitenansicht entspricht. Die Enden des Rotors 4 und die Stirnseiten des Rotors 4 sind in Anpassung an die halbkreisförmigen Aussparungen 3 abge rundet, so daß bei Drehung des Rotors 4 zwischen den halbkreisförmigen Aussparungen 3 und den Stirnseiten 5 des Rotors 4 ein geringer Luftspalt verbleibt. An zwei Stellen des magnetischen Rückschlusses 1 sind zwei Spulen 7, 8 aufgebracht, die aus mehreren Windungen eines elektrisch leitenden Drahtes bestehen und wovon die eine, z.B. Spule 7 als Primärspule und die andere, in diesem Fall Spule 8, als Sekundärspule anzusehen ist. Die magnetische Kopplung der beiden Spulen 7, 8 wird in bekannter Weise durch die mehr oder weniger vollständige Kopplung des magnetischen Rückschlußkreises in Abhängig keit von der Stellung des Rotors 4 beeinflußt.In Fig. 1, 1 denotes the magnetic return circuit, which is approximately C-shaped in the side view. The open ends of the C-shaped back circuit are recessed sector-like with a common center 2 of the recesses 3rd The missing piece of the magnetic yoke is bridged by a rotor 4 . The rotor 4 is centrally rotatably mounted on an axis in the center 2 , the width of the rotor corresponding to the wide extent of the magnetic return circuit in the side view. The ends of the rotor 4 and the end faces of the rotor 4 are rounded in adaptation to the semicircular recesses 3 , so that a small air gap remains between the semicircular recesses 3 and the end faces 5 of the rotor 4 when the rotor 4 rotates. At two points of the magnetic yoke 1 , two coils 7 , 8 are applied, which consist of several turns of an electrically conductive wire and of which one, for example coil 7, is to be regarded as the primary coil and the other, in this case coil 8 , as the secondary coil. The magnetic coupling of the two coils 7 , 8 is influenced in a known manner by the more or less complete coupling of the magnetic return circuit depending on the speed of the position of the rotor 4 .

Der magnetische Rückschluß besteht vorteilhaft ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit aus geprägtem Sättigungsknick und geringer Koerzitivkraft. Der ferromagnetische Werkstoff mit diesen Eigenschaften kann z.B. ein amorphes Metall sein. Der magnetische Kreis wird bis in die Sättigung getrieben, wobei sich bei vollständiger Kopplung im Magnetisierungsdiagramm nach Fig. 2 der mit 11 bezeichnete Verlauf der Magne tisierungskennlinie ergibt. Bei nur unvollständiger Kopplung, wie sie beispielsweise vorliegt, wenn der Rotor 4 die in Fig. 1 gezeichnete Stellung einnimmt, ergibt sich ein langsamerer Anstieg des magnetischen Flusses in dieser Richtung entsprechend dem Verlauf der Linien 12. Die geringste Kopplung des magnetischen Kreises liegt bei senkrechter Lage des Rotors 4 in Fig. 1 vor. Zwischen den beiden Extremstellungen - waagrechte Lage entsprechend größter Kopplung und senkrechter Lage entsprechend geringster Kopplung - sind alle Zwischen stellungen möglich, wobei durch geschickte Dimensio nierung ein linearer Zusammenhang zwischen der Winkel auslenkung des Rotors 4 von der waagrechten Ausgangslage und dem Grad der Kopplung herbeigeführt werden kann.The magnetic yoke advantageously consists wholly or partly of a ferromagnetic material with an embossed saturation kink and low coercive force. The ferromagnetic material with these properties can be an amorphous metal, for example. The magnetic circuit is driven to saturation, which results in a complete coupling in the magnetization diagram according to FIG. 2, the course of the magnetization characteristic curve designated 11. If the coupling is only incomplete, as is the case, for example, when the rotor 4 assumes the position shown in FIG. 1, there is a slower increase in the magnetic flux in this direction in accordance with the course of the lines 12. The smallest coupling of the magnetic circuit is perpendicular Position of the rotor 4 in Fig. 1 before. Between the two extreme positions - horizontal position corresponding to the largest coupling and vertical position corresponding to the lowest coupling - all intermediate positions are possible, whereby a clever correlation between the angular deflection of the rotor 4 from the horizontal starting position and the degree of coupling can be brought about .

Beim Anlegen einer Spannung an die Primärspule, die einen Stromverlauf nach Fig. 3a) zur Folge hat, ist an der Empfängerspule eine Spannung U abgreifbar, die entsprechend dem Diagramm 3 b) verläuft. Die Perioden dauer T der Spannung ist durch den Verlauf des einge prägten Stromes I in der Primärspule vorgegeben. Das Tastverhältnis t : T ändert sich in Abhängigkeit von der Rotorstellung. Wird der Sättigungsknick B _r bei guter magnetischer Kopplung früh, d. h. bei I₁ nach Fig. 3 bzw. H₁ nach Fig. 2 erreicht, so ergibt sich als Tastverhältnis t ₁ : T. Entsprechend ergibt sich bei geringer Kopplung bei Schräg- oder Querstellung des Rotors in bezug auf den Kraftlinienverlauf im unterbrochenen Teil des magnetischen Rückschlußkreises ein Erreichen des Sättigungsknicks im Zeitdiagramm nach Fig. 3 bei I₂ bzw. im Magnetisierungskennliniendiagramm nach Fig. 2 bei H₂ und damit ein Tastverhältnis von t₂ : T. Die Auswertung der Rotorstellung als Tastverhältnis und Spannungsimpulsen ergibt den Vorteil, daß der obere Stromumkehrpunkt bei einem Stromverlauf in der Primär spule gemäß Fig. 3 nicht scharfkantig sein muß. Eine solche Forderung ist nur durch erhöhten schaltungs technischen Aufwand zu realisieren.Upon application of a voltage to the primary coil, which is a current waveform of FIG. 3a) with the result to the receiver coil a voltage U tapped off, which runs according to the chart 3 b). The period T of the voltage is determined by the course of the impressed current I in the primary coil. The pulse duty factor t: T changes depending on the rotor position. If the saturation kink B _{r is} achieved early with good magnetic coupling, ie at I ₁ according to FIG. 3 or H ₁ according to FIG. 2, the duty cycle t ₁ : T results. Correspondingly, with a slight coupling when the rotor is tilted or transversely with respect to the line of force in the interrupted part of the magnetic return circuit, the saturation kink in the time diagram according to FIG. 3 at I ₂ or in the magnetization characteristic diagram according to FIG. 2 at H ₂ is reached and thus a duty cycle of t ₂: T. The evaluation of the rotor position as a duty cycle and voltage pulses gives the advantage that the upper current reversal point with a current profile in the primary coil according to FIG. 3 need not be sharp. Such a requirement can only be met through increased circuitry complexity.

Zur weiteren Ausdehnung des Meßbereichs ist gemäß der Fig. 4 der Stromverlauf dreieckförmig mit gleichen Anstiegs- und Abstiegszeiten, wodurch die Forderung nach scharfkantigem unterem Stromumkehrpunkt ebenfalls entfallen kann.To extend the length of the measuring range, the current profile is shown in FIG. 4 triangular with the same rise and fall times, can also be omitted so that the demand for sharp-edged lower current reversal point.

Die Übertragung eines quasi-digitalen Signals, hier als Tastverhältnis zweier Spannungen, bietet gegenüber analogen Signalen den Vorteil der geringeren Störan fälligkeit, beispielsweise durch Übergangswiderstände und die Möglichkeit zur Plausibilitätsüberwachung, wobei z.B. Plus- oder Masse-Kurzschlüsse eindeutig erkannt werden können. Außerdem ist das Tastverhältnis besonders einfach mittels eines Mikroprozessors auswertbar.The transmission of a quasi-digital signal, here as Duty cycle of two voltages, offers opposite analog signals have the advantage of lower interference maturity, for example through contact resistance and the possibility of plausibility monitoring, whereby e.g. Plus or ground short circuits clearly identified can be. The duty cycle is also special easy to evaluate using a microprocessor.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Aus führungsform mit rotierendem Kupplungsstück des magne tischen Rückschlusses beschränkt. Ebenso kann der Über tragungsfaktor durch translatorische Bewegung des Kopp lungsstückes veränderbar sein.The invention is not from the illustrated guide form with rotating coupling of the magne table conclusion. Likewise, the over load factor through translatory movement of the coupling be piece changeable.

Claims

1. Transformer with a variable transmission factor with an adjustable by a movable adapter of the magnetic return circuit coupling degree of coupling two arranged on the magnetic return circuit coils, wherein the primary coil is impressed with an alternating current of known period, characterized in that the magnetic return circuit consists essentially of a ferromagnetic magnetic Material with a sudden entry into the area of the saturation field strength and low coercive force.

2. Transformer according to claim 1, characterized net that the impressed AC triangular course.

3. Transformer according to claim 2, characterized net that the rise and descent times of Amplitudes of the impressed alternating current in the are essentially the same.