DE4137680A1

DE4137680A1 - Drehmagnet-quotientenmesswerk

Info

Publication number: DE4137680A1
Application number: DE19914137680
Authority: DE
Inventors: Robert Blaschke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1993-05-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmagnet-Quo tientenmeßwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, die beiden Magnetspulen mit einem variablen Strom als Steuersignal zu beaufschlagen, der sich wie der Sinus bzw. Kosinus des einzustellenden Zeigerwinkels verhält (US-PS 36 36 447 und DE-OS 21 22 472).

Dabei muß für jeweils einen Zeigerwinkel von 90° die Stromrichtung einer Magnetspule umgeschaltet werden.

Es ist ferner bekannt, eine der beiden Magnetspulen mit einem jeweils konstanten, von 0 verschiedenen Strom als Steuersignal zu beaufschlagen und die andere Magnetspule mit einem variablen Strom zu versorgen, der sich wie der Tangens des einzustellenden Zeigerwinkels verhält. Dabei muß alle 45° die Stromrichtung einer Spule umgeschaltet werden (EP-A-2 74 257).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehmagnet- Quotientenmeßwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine vereinfachte Ansteuerung auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Da das Steuersignal für die zweite Spule von dem für die erste Spule in definierter Weise abhängig ist, ist ledig lich die Einstellung eines einzigen Steuersignals er forderlich.

Es ist lediglich erforderlich, eines der beiden Meß signale vorzugeben. Das andere Meßsignal kann daraus ohne weiteres und beispielsweise auch unmittelbar am Ort der zweiten Magnetspule generiert werden. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß der Strom, der durch die zweite Magnetspule fließt, in seiner Richtung abhängt von der Größe des Steuersignals für die erste Magnetspule. Ist dieses Steuersignal größer als der halbe mögliche Maxi malwert, so ist die Differenz für das zweite Steuersignal positiv. Umgekehrt ist bei einem Steuersignal für die erste Spule, das kleiner als der halbe Maximalwert ist, das Steuersignal für die zweite Magnetspule negativ. Da durch ergibt sich, daß bei einem Steuersignal für die erste Magnetspule, das gleich dem halben Maximalwert ist, sich die Stromrichtung für die zweite Magnetspule um kehrt.

Die Einstellungen der beiden Meßsignale kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Signals erfolgen, dessen Tastver hältnis vom Wert des Parameters abhängt. Ist das Tastver hältnis, d. h. das Verhältnis Impuls zu Impulspause gleich 1, so fließt im Mittel kein Strom durch die zweite Magnetspule. Bei einem größeren, bzw. kleineren Tastver hältnis fließt der mittlere Strom durch die zweite Magnetspule in die jeweils andere Richtung. Dadurch läßt sich durch Variation des Tastverhältnisses eine Änderung der mittleren Stromstärke und auch der Stromrichtung für die zweite Magnetspule erzeugen.

Der resultierende Stromvektor, der sich in den beiden Magnetspulen einstellt, überstreicht bei dieser An steuerung der beiden Magnetspulen einen Bereich von 135°. Ein derartiger Winkelbereich für den Anzeiger, der sich bei einer 1 : 1 Kopplung zwischen dem durch die beiden Magnetspulen bewegten Drehmagnetteil und dem daran ange ordneten Zeiger einstellt, reicht in aller Regel für viele Anwendungen insbesondere bei einem Kraftfahrzeug aus. Als Beispiel dient der Tankinhalt oder die Kühl mitteltemperatur der Brennkraftmaschine.

Die Einstellung der Differenz für die Ansteuerung der zweiten Magnetspule läßt sich auf besonders einfache schaltungstechnische Weise durch Aufgabe der voneinander zu subtrahierenden Meßsignale an den beiden Anschlüssen der zweiten Magnetspule erreichen. Damit bildet sich die Differenz von selbst aus.

Ist zusätzlich die erste Magnetspule an einem dieser An schlüsse angeschlossen, so ergibt sich dadurch eine weitere Vereinfachung des Verdrahtungsaufwands.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschäftigen sich damit, den Anzeigebereich zu verändern. Wie bereits ausgeführt besteht bei der Grundeinstellung ein Anzeige bereich von 135°. Voraussetzung hierfür ist eine identi sche Induktivität der beiden Magnetspulen. Wird die In duktivität der beiden Spulen ungleich gewählt, so läßt sich damit eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des An zeigebereichs erzielen. Beispiele hierfür sind in den Figuren dargestellt.

Alternativ oder ergänzend kann auch ein Über- bzw. Unter setzungsgetriebe vorgesehen sein, das die Drehbewegungen des drehbeweglich gelagerten Magnetteils in entsprechen der Weise vergrößert bzw. verkleinert umsetzt. Eine wei tere Möglichkeit stellt ein elektrischer Widerstand in der Zuleitung einer Spule dar, mit dem die Stromstärke für diese Spule und damit das erzeugte Magnetfeld herab gesetzt wird.

Schließlich läßt sich durch eine weitere Maßnahme eine Verdoppelung des Meßbereichs erzielen. Wirkt der freie Anschluß der ersten Magnetspule in seiner Polarität umge kehrt, so kann bei entsprechender Einstellung der beiden Meßsignale der doppelte Meßbereich lückenlos abgedeckt werden. Auch dies ist in einer der Figuren im Detail dar gestellt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Es zeigt:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehmagnet-Quotienten meßwerks,

Fig. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Schaltung einer der beiden Magnetspulen,

Fig. 3 mit den Teilen a bis c. Diagramme zur Er läuterung der Beschaltung der zweiten Magnet spule,

Fig. 4, 5 weitere Diagramme zur Erläuterung der Be schaltung der zweiten Magnetspule,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des sich er gebenden Anzeigebereichs,

Fig. 7 eine zugehörige Kennlinie des Meßwerks,

Fig. 8 mit den Teilen a bis c weitere Diagramme für eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Anzeigebereich veränderlich ist,

Fig. 9 ein Prinzipschaltbild für ein weiteres Aus führungsbeispiel der Erfindung mit doppeltem Anzeigebereich,

Fig. 10 die Kennlinie dieses Ausführungsbeispiels und

Fig. 11 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Ar beitsweise dieses Ausführungsbeispiels.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist das erfindungs gemäße Drehmagnet-Quotientenmeßwerk schematisch in Form von 2 Magnetspulen 1 und 2 dargestellt, denen ein dreh beweglich gelagertes Magnetteil 3 zugeordnet ist. Dieses stellt sich in seiner Drehlage entsprechend dem re sultierenden Magnetfeld der beiden Magnetspulen 1 und 2 ein. Es trägt einen Zeiger 4, der entsprechend der Dreh bewegung des Magnetteils 3 einen Anzeigebereich 5 über streicht. Dieser ist unter der Voraussetzung gleicher In duktivitäten L1 und L2 der beiden Magnetspulen 1 und 2 gleich 135°.

Die beiden Magnetspulen 1 und 2 werden durch ein puls weitenmoduliertes Signal (PWM) mit einer Frequenz beauf schlagt, die wesentlich größer als die Eigenfrequenz des Meßwerks ist. Dieses PWM-Signal wird der Magnetspule 1 direkt zugeführt. Die Magnetspule 2 ist mit einer Differenz beaufschlagt, die sich aus dem PWM-Signal und dem Komplement des Signals ergibt. Hierzu ist das PWM- Signal einem Inverter 6 zugeführt, an dem der eine An schluß der Magnetspule 2 angeschlossen ist, während der andere Anschluß dieser Magnetspule mit einem Verstärker 7 für das PWM-Signal verbunden ist. Der freie Anschluß der Magnetspule 1 ist auf Massepotential gelegt.

Der Verstärker 7 liefert einen mittleren Strom für die Ansteuerung der Magnetspule 1, der dem Tastverhältnis des PWM-Signals proportional ist. Das Tastverhältnis ergibt sich als Quotient aus der Zeitdauer t_H mit der die Magnetspule 1 mit einer von 0 verschiedenen Spannung U angesteuert ist und dem zeitlichen Abstand t_P für den Ab stand zweier aufeinanderfolgender Impulse.

Fig. 3 zeigt die Stromverhältnisse für die zweite Magnetspule 2. An ihren beiden Anschlüssen liegt eine im pulsweitmodulierte Signalspannung U_PWM und dem Komplement dieser Signalspannung U_PWM an. Durch die Magnetspule 2 ergibt sich ein Stromfluß, dessen Richtung vom Tast verhältnis abhängt. Ist dieses kleiner als 0,5 (Diagramm a), so fließt der Strom in Richtung des dargestellten Pfeils 8, ist dieses gleich 0,5 (Diagramm b), so ist der resultierende Strom gleich 0 und ist dieses größer als 0,5, so fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung (Diagramm c, Pfeil 9). Der Mittelwert des Stroms durch die Magnetspule 2 ist proportional der Differenz aus dem doppelten Tastverhältnis und der Zahl 1.

Die Abhängigkeit des mittleren Stroms durch die Magnet spulen 1 und 2 ist in den Fig. 4 und 5 in Abhängigkeit vom Tastverhältnis wiedergegeben.

In Fig. 6 ist der resultierende Stromvektor und damit das resultierende Magnetfeld der beiden Magnetspulen 1 und 2 in Abhängigkeit der mittleren Strömung I₁ bzw. I₂ dargestellt. Wie bereits erläutert, ist der Drehwinkel, unter dem sich der Zeiger 4 einstellt, dem resultierenden Magnetfeld direkt proportional. Bei einer Änderung des Tastverhältnisses vom Wert 0 auf den Wert 1 wird dabei der gesamte Anzeigebereich 5 von 135° durchfahren.

Der Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis und dem re sultierenden Winkel für den Zeiger 4 ist in Fig. 7 dar gestellt. Die hier gezeigte Kennlinie ergibt sich aus dem angegebenen Zusammenhang. Daher ist der Tangens dieses Winkels gleich dem reziproken Wert der Differenz aus der Zahl 2 und dem jeweiligen Tastverhältnis. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß dieser Winkel unabhängig vom Wert des Proportionalitätsfaktors ist, der für die Ein stellung des mittleren Stroms durch die Spulen 1 und 2 und dem jeweiligen Tastverhältnis bzw. der daraus abge leiteten Beziehung ist. Daraus ergibt sich, daß für die Einstellung des Meßwerts besondere Maßnahmen zur Strom stabilisierung nicht erforderlich sind. Auch bei Schwan kungen in der Versorgungsspannung für den Verstärker 7 bzw. dem Inverter 6 ist die Einstellung des Zeigers 4 stabil und nur in der dargestellten Weise vom Tastver hältnis des im PWM-Signals abhängig.

Bei den bisherigen Erläuterungen wurde davon ausgegangen, daß die Induktivitäten der beiden Magnetspulen 1 und 2 gleich sind. Durch eine Variation der Induktivitäten die ser beiden Magnetspulen läßt sich der resultierende An zeigebereich für den Zeiger 4 verändern. Dies ist in Fi gur 8 dargestellt. Zum Vergleich ist dabei im Diagramm a nochmals der Ausgangspunkt gleicher Induktivitäten der beiden Magnetspulen 1 und 2 gezeigt. In Diagramm b ist die Induktivität L₁ der Magnetspule 1 gleich dem 0,5- fachen Wert der Induktivität L₂ und in Diagramm c sogar nur ein Drittel dieses Wertes. Der resultierende Strom vektor und damit das resultierende Magnetfeld sowie der erzielbare Anzeigebereich stellt sich dann zu 153,4° bzw. 161,6° ein. Für noch kleinere Werte der Induktivität L₁ läßt sich eine weitere Vergrößerung des Anzeigebereichs bis hin zu 180° erzielen. Umgekehrt läßt sich durch eine Vergrößerung der Induktivität L₁ gegenüber dem Wert der Induktivität L₂ eine Verkleinerung des Anzeigebereichs erzielen. Für einen Wert L₁, der gleich dem doppelten Wert der Induktivität L₂ ist, ergibt sich ein Anzeige bereich von nur noch etwa 100°. Somit läßt sich durch Variation der Induktivitäten der beiden Magnetspulen 1 und 2 der Anzeigebereich auf einen gewünschten Wert ein stellen.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch mit Hilfe eines nicht dargestellten Untersetzungsgetriebes zwischen dem Magnetteil 3 und dem Zeiger 4 eine Änderung des An zeigebereichs erzielt werden.

Die Fig. 9 bis 11 beschäftigen sich ebenfalls damit, den Anzeigebereich zu vergrößern. Hierzu wird der freie Anschluß der Magnetspule 2 beschaltet. Dies ist in Fig. 9 schematisch dargesteIlt. Es sei wieder die Induktivität der Magnetspulen 1 und 2 als gleich angenommen. Die Kenn linie hierfür ist in Fig. 10 dargestellt. Darin ist der Zusammenhang zwischen dem Winkel, unter dem sich der Zei ger 4 einstellt, und dem Tastverhältnis dargestellt. Aus gehend von einer Belegung des freien Anschlusses der Magnetspule 1 mit der Versorgungs-Spannung (High-Pegel) durchfährt der Zeiger 4 bei einer Variation des Tastver hältnisses vom Wert 1 auf den Wert 0 den linken Ast der Kennlinie. Wird anschließend die Belegung des freien An schlusses der Magnetspule 2 auf Massepotential (Low- Pegel) geändert, so durchfährt der Zeiger 4 bei einer Va riation des Tastverhältnisses vom Wert 0 auf den Wert 1 den rechten Zweig der Kennlinie. Dieser entspricht iden tisch der Kennlinie von Fig. 7.

Analog zu Fig. 6 ist in Fig. 11 der resultierende Strom vektor und damit die Einstellung des Zeigers 4 in Ab hängigkeit von der Bestromung der beiden Spulen 1 und 2 gezeigt. Analog zum Ausführungsbeispiel von den Fig. 1 bis 8 sind auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung keine besonderen Maßnahmen zur Strom- bzw. Spannungs stabilisierung für die Versorgung der beiden Magnetspulen 1 und 2 erforderlich. Ebenfalls nicht erforderlich ist für das in den Fig. 1 bis 8 dargestellte Ausführungs beispiel die Aufgabe einer Quadranteninformation. Im Ge gensatz zu bekannten Drehmagnet-Quotientenmeßwerken re duziert sich damit der gesamte Steuerungsaufwand erheb lich. Bei den bekannten Meßwerken hingegen ist bei einer Änderung des Anzeigebereichs um jeweils 90° bzw. sogar 45° eine zusätzliche Information für die Ansteuerung des Meßwerks erforderlich, aus der der jeweils einzustellende Quadrant des Zeigers hervorgeht. Diese Information kann beispielsweise in digitaler Form mit Hilfe von 2 Bits er folgen, wofür zusätzliche Steuerleitungen erforderlich sind.

Für das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 11 ist zwar eine zusätzliche Information analog einer Quadranten information erforderlich. Diese Information gestaltet sich jedoch wesentlich einfacher, da lediglich zwischen zwei Zuständen für den linken, bzw. rechten Ast der in Fig. 10 dargestellten Kennlinie zu unterscheiden ist. Diese Information kann über eine einzige Steuerleitung in Form einer 0-/1-Information erfolgen. Damit ist für die Ansteuerung des Quotientenmeßwerks wie sie in Fig. 9 dargestellt ist neben den beiden Anschlüssen für das PWM- Signal und die Beschaltung des freien Anschlusses der Magnetspule 1 noch eine dritte Leitung für die Aufgabe dieses Informationssignals erforderlich.

Claims

1. Drehmagnet-Quotientenmeßwerk zur Anzeige eines physikalischen Parameters, mit zwei zueinander senk recht orientierten Magnetspulen, die ein resul tierendes Magnetfeld für einen drehbaren magneti schen Anzeiger erzeugen und die mit vom Wert des Parameters abhängigen variablen Steuersignalen be aufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetspule ein erstes Steuersignal erhält, das entsprechend dem Parameter variiert ist und daß der zweiten Magnetspule ein Steuersignal zugeführt ist, das gleich der Differenz aus dem ersten Steuer signal und einem hierzu komplementären zweiten Steuersignal ist.

2. Meßwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Steuersignal ein weiten moduliertes Pulssignal mit einer Frequenz ist, die wesentlich größer als die Eigenfrequenz des Anzei gers ist.

3. Meßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die beiden Meßsignale der zweiten Magnet spule je an einem ihrer beiden elektrischen An schlüssen aufgebbar sind.

4. Meßwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetspule an einem der beiden elektrischen Anschlüsse der zweiten Magnetspule an geschlossen ist.

5. Meßwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Anschluß der ersten Magnetspule in seiner Polarität umkehrbar ist.

6. Meßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeiger über ein Unter setzungsgetriebe mit einem drehbeweglich gelagerten Magnetteil verbunden ist, das dem Magnetfeld der beiden Magnetspulen ausgesetzt ist.

7. Meßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten der beiden Magnetspulen um ein definiertes Maß voneinander ver schieden sind.