DE7341552U

DE7341552U - Contactless impulse generator

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Publication number: DE7341552U
Application number: DE7341552U
Authority: DE
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1973-05-29
Publication date: 1974-04-04

Description

Or. E. Wiegand. D!pl.-!ng. W. NlsmamtOr. E. Wiegand. D! Pl .-! Ng. W. Nlsmamt Or. BI. Kaiiier. Sirii.-ln«. G. Gernhardt _r, ,-, ΤΛ Or. BI. Kaiier. Sirii.-ln «. G. Gernhardt _r ,, -, ΤΛ

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The Singer Company, Elizabeth, New Jersey (V=St-A.)The Singer Company, Elizabeth, New Jersey (V = St-A.)

Kontaktloser ImpulserzeugerContactless impulse generator

Die Erfindung bezieht sich auf Impulserzeuger und insbesondere auf einen elektrischen kontaktlosen Impulserzeuger, welcher eine Hall-Effekt-Einrichtung verwendet, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, der zur Stellung bzw. Drehstellung einer Welle in Beziehung steht.The invention relates to pulse generators and, more particularly, to an electrical contactless pulse generator, which uses a Hall effect device to generate an output pulse leading to the position or rotational position of a shaft is related.

Elektrische Impulserzeuger werden für elektromechanisch^ Steuersysteme häufig verwendet, um eine mechanische Funktion einzuleiten oder zu beendigen. Häufig muß eine sich drehende Welle mit einem Steuermechanismus synchronisiert werden, um die betreffende Punktion zu einem vorgeschriebenen Zeitpunkt eines bestimmten Zyklus durchzuführen. Mechanische Stellungsfühler, welche die Stellung einer sich drehenden Welle abfühlen, sind Ermüdung unterworfen, da die sich bewegenden Teile bei ständigem Gebrauch verschleißen. Statische Fühleinrichtungen, welche Lichtstrahlen und photoelektrische Fühler verwenden, haben sich in solchen Anwendungsbereichen als nicht vollständig zufriedenstellend herausgestellt, wo die Atmosphäre staubgeladen ist, da Fusseln, Fasern, Abrieb und Staub im Arbeitsbereich bewirken, daß die Fühler abgedunkelt oder verdeckt werden, wodurch die Empfindlichkeit und die Genauigkeit der Fühler verringert wird und häufige Wartung erforderlich ist.Electrical pulse generators are used for electromechanical ^ Control systems often used to initiate or terminate a mechanical function. Often must a rotating shaft can be synchronized with a control mechanism to make the puncture in question to be carried out at a prescribed point in time of a certain cycle. Mechanical position sensors, which the Sensing position of a rotating shaft are subject to fatigue as the moving parts are at wear out with constant use. Static sensing devices, which use light beams and photoelectric sensors have proven themselves in such applications as not found fully satisfactory where the atmosphere is dusty because lint, fibers, Abrasion and dust in the work area cause the sensors to be darkened or covered, thereby reducing the The sensitivity and accuracy of the probe is reduced and frequent maintenance is required.

Andere bekannte Stellungsfühleinrichtungen, die an einer sich drehenden Welle zur Synchronisation der Welle verwendet werden, weisen einen an der sich drehenden Welle befestigten oder gekuppelten Magneten auf, der mit einem elektromagnetischen Fühler zusammenarbeitet,Other known position sensing devices that are attached to a rotating shaft for synchronizing the shaft are used have a magnet attached or coupled to the rotating shaft, the works with an electromagnetic sensor,

welcher einen elektrischen Impuls jeweils zu der Zeit erzeugt, wo der Permanentmagnet durch einen Spalt oder Zwischenraum hindurchgeht, der in dem Kern des Elektromagneten vorgesehen ist. Andere bekannte Impulsgeneratoren verwenden einen sich drehenden Magneten und eine stationäre Hall-Effekt-Einrichtung, um jeweils zu dem Zeitpunkt einen Impuls abzufühlen und zu erzeugen, an welchem der Permanentmagnet sich der Hall-Einrichtung nähert. Noch andere Fühleinrichtungen, welche in Verbindung mit einer sich drehenden Welle arbeiten, verwenden einen Elektromagneten, welcher einen Kern mit einem Luftspalt aufweist. Eine nicht flußführende bzw. -leitende Scheibe, die mit öffnungen versehen ist, ist für gewöhnlich an der Welle befestigt oder mit dieser gekuppelt und wird in den Luftspalt des Elektromagneten eingebracht. Wenn der nicht flußführende Teil der Scheibe sich innerhalb des Luftspaltes des Elektromagnets befindet, werden die Flußlinien gebrochen und verringert sich die Induktivität des Elektromagnets oder hat einen niedrigen Wert. Wenn die Scheibe sich dreht, so daß die öffnung der Scheibe sich innerhalb des Luftspaltes des Elektromagnets befindet, erhöht sich die Induktivität des Elektromagnets bzw. hat einen hohen Wert. Diese Veränderung des Zustande des Elektromagnets kann direkt oder indirekt verwendet werden, beispielsweise um die Rückkopplung eines Schwingers zu steuern, um dadurch einen Ausgang zu erhalten, welcher zur Lage der Welle in Beziehung steht. Außerdem ist ein spiralenförmig geformter Permanentmagnet bekannt, welcher an einer Welle befestigt ist, die in der Nähe einer Hall-Einrichtung angeordnet ist. Drehung der Welle verändert den Ausgang oder den Zustand der Hall-Einrichtung, in sich verändernden Ausmaßen relativ zur Lage bzw. Drehstellung der Welle, an welcher der Magnet befestigt ist. Grundsätzlich erfordern die bekannten Einrichtungen, daß die Permanentmagneteinrichtung an der sich drehenden Welle befestigt ist, oder daß die Flußlinien des Magnets geschnitten werden, um eine Ver-which generates an electrical pulse each time the permanent magnet passes through a gap or Clearance provided in the core of the electromagnet. Other known pulse generators use a rotating magnet and a stationary hall-effect device to move respectively to the Time to sense and generate an impulse which the permanent magnet approaches the Hall device. Still other sensing devices which are in connection To work with a rotating shaft, use an electromagnet that has a core with a Has air gap. A non-flux-guiding disc, which is provided with openings, is for usually attached to or coupled to the shaft and placed in the air gap of the electromagnet brought in. If the non-flux-carrying part of the disc is within the air gap of the electromagnet, the lines of flux are broken and the inductance of the electromagnet decreases or has a low inductance Value. When the disc rotates so that the opening of the disc is within the air gap of the electromagnet is located, the inductance of the electromagnet increases or has a high value. This change the state of the electromagnet can be used directly or indirectly, for example to provide feedback of a vibrator to thereby obtain an output which is related to the position of the shaft. In addition, a helically shaped permanent magnet is known which is attached to a shaft which is shown in FIG is arranged in the vicinity of a hall device. Rotation of the shaft changes the output or state of the Hall device, in changing dimensions relative to the position or rotational position of the shaft on which the Magnet is attached. Basically, the known devices require that the permanent magnet device the rotating shaft, or that the lines of flux of the magnet are cut in order to

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änderung im Zustand der Fühler herbeizuführen. Alle bekannten Impulsgeneratoren erzeugen ein Signal, welches auf die Stellungen der Welle eines sich drehenden Teiles ansprechen bzw. für diese kennzeichnend sind, jedoch verwendet kein System der bekannten Systeme einen stationären permanenten Magneten und eine stationäre Hall-Effekteinrichtung, die sich in dessen Nähe befindet, um Signalimpulse zu erzeugen, die auf diskrete Stellungen des sich drehenden Teiles ansprechen.to bring about a change in the state of the sensors. All known pulse generators generate a signal which respond to or are indicative of the positions of the shaft of a rotating part, but are used no system of the known systems a stationary permanent magnet and a stationary Hall effect device, which is located in its vicinity in order to generate signal pulses that target discrete positions of the itself address the rotating part.

Ein Zweck der Erfindung besteht daher darin, einen kontaktlosen Impulserzeuger zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Einrichtungen mildert oder beseitigt, indem ein Synchronisierimpulö erzeugt wird, der auf diskrete Stellungen der sich drehenden Welle anspricht bzw. für diese kennzeichnend ist, welcher betriebszuverlässig, im wesentlichen wartungsfrei und in Atmosphären verwendet werden kann, welche eine hohe Konzentration von Staub oder Fasern aufweist.It is therefore a purpose of the invention to provide a non-contact pulse generator which has the disadvantages of the known devices mitigates or eliminates by generating a synchronizing pulse which is set to discrete Positions of the rotating shaft responds or is characteristic of this, which is operationally reliable, essentially maintenance free and can be used in atmospheres containing a high concentration of dust or has fibers.

Gemäß der Erfindung ist ein kontaktloser Impulserzeuger durch einen Basisteil; einen an dem Basisteil befestigten Magnetflußerzeuger; eine vermittels des Basisteils in vorherbestimmter Beziehung zum Magnetflußerzeuger gehalterte Fühleinrichtung mit wenigstens zwei stabilen von dem Pegel der in dieser vorhandenen Flußdichte abhängigen Zuständen eine relativ zum Basisteil drehbar gelagerte drehbare Welle und durch eine an der drehbaren Welle befestigte die Magnetflußdichte beeinflussende Scheibe mit einer veränderlich geformten Umfangskontur zum Einwirken zusammen mit der Fühleinrichtung auf die Dichte des magnetischen Flusses gekennzeichnet.According to the invention, a non-contact pulse generator is provided by a base part; one attached to the base Magnetic flux generator; one by means of the base part in a predetermined relationship with the magnetic flux generator Mounted sensing device with at least two stable ones of the level of the flux density present in this dependent states a relative to the base part rotatably mounted rotatable shaft and by one on the rotatable Shaft attached affecting the magnetic flux density Disc with a variably shaped circumferential contour to act together with the sensing device on the density of magnetic flux.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.An embodiment of the invention is described below For example, explained with reference to the drawing.

Fig. 1 ist eine vergrößerte schaubildliche Ansicht eines Impulserzeugers, der nach dem Prinzip der Erfindung aufgebaut ist.1 is an enlarged perspective view of a pulse generator operating on the principle of the invention is constructed.

Pig. 2 ist eine schaubildliche Vorderansicht desPig. 2 is a perspective front view of the

Impulserzeugers j in wc .'.eher die Flußlinienwege gezeigt sind.Impulse generator j in wc. 'Rather the flux line paths are shown.

In der Zeichnung, instesondere in Fig. I₃ welche eine vergrößerte schaubildliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist ein Impulserzeuger 10 mit einem halbkreisförmigen Nocken 12 gezeigt, welcher an einer Welle I¹J befestigt ist und an dieser vermittels einer Schraube 16 gehaltert ist. Der Nocken 12 hat einen variablen (abgestuften) Umfangsteil 18. Der Umfangsteil 18 ist so eingerichtet, um mit einer Hall-Effekt-Einrichtung 20 zusammenzuarbeiten. Die in der bevorzugten Ausführungsform gemäio der Erfindung verwendete Kall-Effekteinricb^ung 20 ist ein Standardteil Nr. ISS¹I, welcher durch die Fi-'ma Microswitch Division of Honeywell hergestellt wird. In der Hall-Effekt-Einrichtung 20 ist zusätzlich zu einem Hall-Fühlelement ein Schwellendetektor eingebaut, der eine feste Ausgangsspannung liefert, wenn das Hall-Fühlelement parallel zu seinen Anschlüssen einen minimalen Spannungswert in der Anwesenheit von Flußlinien erzeuge. Wenn im Nachfolgenden auf eine HaIl-Effekt-Einrichtung Bezug genommen wird, ist hierunter eine Hall-Effekt-Einrichtung zu verstehen, die sowohl das Hall-Fühleleirent als auch den Schwellendetektor aufweist. Demgemäß erzeugt die Hall-Effekt-Einrichtung 20 eine Ausgangsspannung von ungefähr 4 V, wobei sich der Südpol eines Permanentmagnets in der Nähe eines vorgeschriebenen Teiles einer Fläche 22 der KaIl-Effekt-Einrichtung 20 befindet. Das Entfernen des Magnets oder das Verringern der Flußlinien in der Nähe des Oberflächenbereiches bzw. der Fläche 22 schafft eine Ausgangs spannung von niedrigem Pegel von ungefähr 0,3 V. Die beschriebene Hall-Effekt-Einrichtung erzeugt die vorgenannten Spannungen zwischen Leitungen 2 4 und 26, wenn eine Gleichspannung von +5 V zwischen Eingangsleitungen 28 und 30 angelegt wird, wobei die Eingangs-In the drawing, instesondere in Fig. I _3, which shows an enlarged perspective view of a preferred embodiment of the invention, a pulse generator 10 is shown with a semicircular cam 12 which is attached to a shaft I ¹ J and held on this by means of a screw 16 is. The cam 12 has a variable (stepped) peripheral portion 18. The peripheral portion 18 is adapted to cooperate with a Hall effect device 20. The Kall-Effekteinricb ^ used in the preferred embodiment of the invention gemäio ung 20 is a standard part number. ISS is ¹ I, which produced by the Fi'ma Micro Switch Division of Honeywell. In the Hall effect device 20, in addition to a Hall sensing element, a threshold detector is built in which supplies a fixed output voltage when the Hall sensing element generates a minimum voltage value in the presence of flux lines parallel to its connections. When reference is made in the following to a Hal-effect device, this is to be understood as a Hall-effect device which has both the Hall sensor element and the threshold detector. Accordingly, the Hall-effect device 20 generates an output voltage of approximately 4 V with the south pole of a permanent magnet in the vicinity of a prescribed part of a surface 22 of the Kal-effect device 20. The removal of the magnet or the reduction of the flux lines in the vicinity of the surface area or area 22 creates a low level output voltage of approximately 0.3 V. The Hall effect device described produces the aforementioned voltages between lines 24 and 26 when a DC voltage of +5 V is applied between input lines 28 and 30, the input

leitung 2 8 auf einem Bezugs-Erdpotential gehalten wird.line 2 8 is held at a reference ground potential.

Es wird bemerkt, daß, obwohl eine Hall-Effekt-Einrichtung in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, irgendein Gleichgewichtsphänomen, beispielsweise ein auf magnetischem Widerstand beruhendes Phänomen (magnetoresistance), so lange in gleicher Weise arbeiten würde, als die Einrichtung in der Lage ist, zwischen den beiden Flußpegeln zu unterscheiden, die durch den halbkreisförmigen Nocken 12 dargeboten bzw. erzeugt werden.It is noted that although a Hall effect device in the preferred embodiment of the invention any equilibrium phenomenon such as one based on magnetic reluctance Phenomenon (magnetoresistance) as long as it would work in the same way as the device is able to to distinguish between the two flux levels presented or generated by the semicircular cam 12 will.

Die Hall-Effekt-Einrichtung 20 wird vorzugsweise durch ein Klebermaterial in der Nähe eines Permanentmagnets 32 gehalten, welcher sich über die gesamte Länge der Hall-Effekt-Einrichtung 20 erstreckt. Der Permanentmagnet 32 ist mit seinem Nordpol in der Nähe der Hall-Effekt-Einrichtung 20 und mit seinem Südpol in der Nähe eines flußleitenden Befestigungsbasisteils 34 polarisiert. Der Befestigungsbasisteil 34 ist mit zwei Löchern 36 und 38 versehen, welche verwendet werden, um den Befestigungsbasisteil 34 an irgendeinem Teil einer Nutzeinrichtung, welche nicht gezeigt ist, zu befestigen, welche sich in der Nähe der sich drehenden Welle 14 befindet. Der Befestigungsbasisteil 34 ist außerdem mit einem nach außen vorstehenden Abschnitt 40 versehen, welcher sich in einem rechten Winkel zum Befestigungsbasisteil 34 erstreckt und eingerichtet ist, um mit einem halbkreisförmigen Scheibenteil 44 zusammenzuarbeiten, der an der Welle 14 vermittels einer Stellschraube 46 befestigt ist. Der Scheibenteil 44 ist aus einem flußleitenden Material hergestellt, welches dem Material des Befestigungsbasisteils 34, der Welle 14 und des Nockens 12 ähnlich ist. Der Scheibenteil 44 ist in unmittelbarer Nähe zu dem nach außen vorstehenden Abschnitt 40 des Befestigungsbasisteils 34 angeordnet, was insofern praktisch bzw. vorteilhaft ist, um den Luftspalt zwischen diesen zu verringern, um dadurch den Fluß bzw. Weg vonThe Hall effect device 20 is preferably by an adhesive material in the vicinity of a permanent magnet 32 held, which extends over the entire length of the Hall-effect device 20 extends. The permanent magnet 32 has its north pole in the vicinity of the Hall effect device 20 and polarized with its south pole in the vicinity of a flux-conducting mounting base part 34. The mounting base 34 is provided with two holes 36 and 38, which are used to attach the attachment base 34 to any part of utility equipment which not shown, which is located in the vicinity of the rotating shaft 14. The mounting base 34 is also provided with an outwardly projecting portion 40, which is in a right Angle to the mounting base 34 extends and established is to cooperate with a semicircular disk portion 44 attached to the shaft 14 by means of a Set screw 46 is attached. The disk portion 44 is made of a flux-conducting material, which is the material of mounting base 34, shaft 14 and cam 12 is similar. The disk part 44 is in the immediate vicinity Proximity to the outwardly protruding portion 40 of the fastening base part 34 arranged, what so far is practical or advantageous to reduce the air gap between them, thereby reducing the flow of

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Flußlinien 48, welche durch den Permanentmagneten 32 erzeugt werden, zu vergrößern.Lines of flux 48 generated by the permanent magnet 32 be to enlarge.

Der Weg der Flußlinien M8» welche von dem Permanentmagneten 32 ausgehen, ist in Fig. 2 gezeigt. Der Weg der Flußlinien erstreckt sich von dem Magnet 32, durch den Befestigungsbasisteil 34, den Abschnitt 40, den Scheibenteil 44, die Welle 14, den Nocken 12 und den Fühler, die Hall-Effekt-Einrichtung 20 hindurch, wenn der Luftspalt zwischen dem Nocken 12 und dem Fühler sich auf seinem kleinsten Wert hält.The path of the flux lines M8 »which from the permanent magnet 32 is shown in FIG. The path of the lines of flux extends from the magnet 32, through the mounting base 34, section 40, the disc part 44, the shaft 14, the cam 12 and the sensor, the Hall effect device 20 through when the air gap between the cam 12 and the sensor is kept at its lowest value.

Beim Arbeiten wird ein elektrischer Signalimpuls zu jedem Zeitpunkt geschaffen, wo die Fläche des Nockenteils 18 sich vergrößert oder die Linien des Flusses an der Fläche 22 der Hall-Effekt-Einrichtung 20 konzentriert. Das parallel zu den Leitungen 24 und 26 erhaltene Ausgangsimpulssignal wird so lange aufrechterhalten, wie sich die Fläche des Nockenteils 18 in der Nähe der Fläche 22 der Hall-Effekt-Fühleinrichtung 20 befindet. Die Dauer der Impulse, die erhalten werden können, und die Zahl der Impulse pro Umdrehung können durch Verändern des Aufbaus des Nockens 12 verändert werden indem die Gestalt der Fläche verändert wird, so daß zusätzliche Nuten oder Stufen in dieser gebildet sein können. Das elektrische Impulssignal, welches von den Leitungen 24 und 26 erhalten wird, kann zu irgendeiner bekannten Nutzeinrichtung geliefert werden, welches Impulse in Synchronismus mit der Drehung der Welle 14 erfordert. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung ist der Luftspalt zwischen der Fläche des Umfangsteils 18 des Nockens 12 und der Hall-Effekt-Einrichtung 20 minimiert, und daher beträgt das elektrische Ausgangssignal 4 V, wie vorangehend beschrieben worden ist, und es verbleibt auf diesem Pegel, bis die Welle 14 eine halbe Umdrehung vervollständigt. Wenn der untere Teil des Nockens 12 sich der Fläche des Umfangsteils 22 der Hall-Effekt-Einrichtung 20 nähert, werden die Flußlinien zerstreut und gehen nicht durch die Hall-Effekt-Einrichtung 20 hindurch, wodurch sieWhen working, an electrical signal pulse is created at every point in time where the surface of the cam part 18 enlarges or the lines of the flow are concentrated on the surface 22 of the Hall effect device 20. That output pulse signal received in parallel on lines 24 and 26 is maintained as long as the Surface of the cam part 18 is located in the vicinity of the surface 22 of the Hall effect sensing device 20. The duration of the Pulses that can be obtained and the number of pulses per revolution can be changed by changing the structure of the cam 12 can be changed by changing the shape of the surface, so that additional grooves or steps can be formed in this. The electrical pulse signal received from lines 24 and 26 can be supplied to any known utility equipment which pulses in synchronism with the rotation the shaft 14 requires. In the position shown in FIG the air gap between the surface of the peripheral part 18 of the cam 12 and the Hall effect device 20 is minimized, and therefore the electrical output signal is 4 V, as previously described, and it remains at this level until the shaft 14 one-half revolution completed. When the lower part of the cam 12 meets the surface of the peripheral part 22 of the Hall effect device 20 approaches, the lines of flux are scattered and do not pass through the Hall effect device 20, thereby causing them

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deren Ausgangsspannung, welche auf den Leitungen 2k und 26 erscheint, auf ungefähr 0,3 V verringern.reduce their output voltage appearing on lines 2k and 26 to approximately 0.3 volts.

Vorangehend ist ein kontaktloser Impulserzeuger offenbart worden, der einen elektrischen Signalimpuls relativ zur Wellenstellung erzeugt, welcher in idealer Weise zur Verwendung in einer staub- oder fasernhaltigen Atmosphäre geeignet ist und welcher verwendet werden kann, um ein elektromechanisches Steuersystem mit einer sich drehenden Welle zu synchronisieren. Der offenbarte kontaktlose Impulserzeuger ist betriebssicher, erfordert ein Minimum an Wartung und kann für irgendein Bedürfnis verwendet werden, welches einen elektrischen Signalimpuls in bezug auf die Stellung einer Welle erfordert.The foregoing has disclosed a non-contact pulse generator which relatively generates an electrical signal pulse for shaft position, which is ideal for use in an atmosphere containing dust or fibers is suitable and which can be used to control an electromechanical control system with a rotating Synchronize shaft. The disclosed contactless pulse generator is operationally reliable, requires a minimum of maintenance and can be used for any need relating to an electrical signal pulse requires the position of a shaft.

Claims

Protection claims

1. Contactless pulse generator, characterized by a base part (3 ¹ Oj a magnetic flux generator (32) attached to the base part (3 ¹ O); a sensing device (20) held by means of the base part (3 ¹ O in a predetermined relationship to the magnetic flux generator (32)) with at least two stable states dependent on the level of the flux density present in this; a rotatable shaft (I ¹ ^{*) rotatably mounted relative to the base part (3 1} O) and a disk (12) which influences the magnetic flux density and which is attached to the rotatable shaft (14) Variably shaped circumferential contour (18) to act together with the sensing device (20) on the density of the magnetic flux ¹ .

2. Contactless pulse generator according to claim 1, characterized in that the magnetic flux generator (32) is designed as a permanent magnet; the sensing device (20) is mounted in opposition to the permanent magnet (32) and is located within the path of the lines of flux; the rotatable shaft (14) is arranged to cooperate with the base part (3 ¹ O for the purpose of increasing the flow of the flux lines, and that the disk (12) influencing the magnetic flux density has a flux-conducting cam with a stepped peripheral surface part (18) for changing the density of the magnetic flux having.

3. Pulse generator according to claim 2, characterized in that the base part (34) at its end one of it has outwardly projecting portion (40), and that the rotatable shaft (14) is circular on this has supported disc (44) which cooperates with the outwardly protruding portion (40) of the base part (34) is arranged.

4. Pulse generator according to one of claims 1 to 3 _S, characterized in that the sensing device (20) is designed as a Hall effect device.