S ens or S ens or
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach .der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a sensor according to the type of the main claim.
Es ist bekannt, zur Erfassung von Winkeln, Bezugsmarken, Drehzahlen und dgl. Sensoren z.u vervenden, die aus einem Rotor mit einem Magneten und einem Stator mit einem magnetfeldempfindlichen Element bestehen. Es ist dabei weiter bekannt den Rotor so auszubilden, daß zvischen zwei Polblechen ein Permanentmagnet eingeschlossen ist und die Polbleche an ihren Umfang Klauen aufweisen, wobei der magnetische Kreis über den Luftraum zwischen den Klauen geschlossen wird. Das in dieser Weise erzeugte magnetische Feld beeinflußt ein magnetfeldempfindliches Element eines Stators, der in der Nähe des Umfanges des Rotors angeordnet ist.
Ein derartiger Sensor ist beispielsweise in der DE-OS 26 49 321 beschrieben.It is known to use sensors, which consist of a rotor with a magnet and a stator with a magnetic field-sensitive element, for detecting angles, reference marks, rotational speeds and the like. It is further known to design the rotor so that a permanent magnet is enclosed between two pole plates and the pole plates have claws on their circumference, the magnetic circuit being closed via the air space between the claws. The magnetic field generated in this way influences a magnetic field-sensitive element of a stator which is arranged in the vicinity of the circumference of the rotor. Such a sensor is described for example in DE-OS 26 49 321.
Bei den bekannten Sensoren stehen üblicherweise mehrere über den Umfang verteilte Klauenpaare beider Polbleche miteinander in Wechselwirkung. Hierdurch ist es nur schwer möglich, bipolare Signale mit kleinem Jitter zu erzeugen, da nur eine ausgeprägte Feldrichtung zwischen den Klauenpaaren vorliegt.In the known sensors, a plurality of claw pairs of both pole plates distributed over the circumference usually interact with one another. This makes it difficult to generate bipolar signals with small jitter, since there is only a pronounced field direction between the claw pairs.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß unmittelbar aufeinanderfolgende Felder ausgeprägter Richtung mit steilem Nulldurchgang der Induktion erzeugt werden, so daß definierte bipolare Signale mit kleinem Jitter erzeugt werden können, die zudem ein besonders großes Tastverhältnis aufweisen. Dieses hohe Tastverhältnis ist von besonderem Vorteil bei der Anwendung eines derartigen Sensors für Zündanlagen in Brennkraftmaschinen.The sensor according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that immediately successive fields of pronounced direction are generated with a steep zero crossing of the induction, so that defined bipolar signals can be generated with small jitter, which also have a particularly large duty cycle. This high duty cycle is of particular advantage when using such a sensor for ignition systems in internal combustion engines.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the subclaims, the description and the attached drawing.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1a und b eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt durch eine Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Sensors; Figur 2 ein Zeitdiagramm der vom Sensor gemäß Figur 1 erzeugten Impulse.
Beschreibung des AusführungsbeispielsThe invention is illustrated in the drawing and is explained in more detail in the following description. 1a and b show a top view and a cross section through an embodiment of a sensor according to the invention; Figure 2 is a timing diagram of the pulses generated by the sensor of Figure 1. Description of the embodiment
In Figur 1a und b bezeichnet 1 die Achse eines Rotors. Der Rotor besteht aus zwei Polblechen 10, 11, die sich in radialer Richtung erstrecken und mittels einer Nabe 12 an der Achse 1 befestigt sind. Zwischen den Polblechen 10, 11 ist ein Dauermagnet 13 angeordnet. An die Polbleche 10, 11 sind am Umfang Klauen in Achsrichtung angeformt, wobei die Klauen des Polbleches 10 mit 15a, 15b, und die Klauen des Polbleches 11 mit 16 bezeichnet sind. Die Anzahl der Klauen 16 entspricht bei der Verwendung des Sensors in der Zündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine und die Klauen 16 sind über dem Umfang äquidistant verteilt. Die Anzahl der Klauen 15a, 15b, ist doppelt so groß wie die Anzahl der Klauen 16 und es ist jeweils ein Paar Klauen 15a, 15b auf beiden Seiten einer Klaue 16 des Polbleches 11 angeordnet.In Figure 1a and b, 1 denotes the axis of a rotor. The rotor consists of two pole plates 10, 11, which extend in the radial direction and are fastened to the axis 1 by means of a hub 12. A permanent magnet 13 is arranged between the pole plates 10, 11. Claws are integrally formed on the circumference of the pole sheets 10, 11 in the axial direction, the claws of the pole sheet 10 being denoted by 15a, 15b and the claws of the pole sheet 11 by 16. When the sensor is used in the ignition system of an internal combustion engine of a motor vehicle, the number of claws 16 corresponds to the number of cylinders of the internal combustion engine and the claws 16 are distributed equidistantly over the circumference. The number of claws 15a, 15b is twice the number of claws 16, and a pair of claws 15a, 15b is arranged on both sides of a claw 16 of the pole plate 11.
Bei dieser Anordnung schließt sich der Magnetkreis vom Magneten 13 über das Polblech 11, die Klauen 16, den Luftspalt zu den Klauen 15a, 15b und über das Polblech 10 zurück zum Magneten 13. Die dabei entstehenden Feldlinien sind in Figur 1a mit 20, 20a bezeichnet.In this arrangement, the magnetic circuit closes from the magnet 13 via the pole plate 11, the claws 16, the air gap to the claws 15a, 15b and via the pole plate 10 back to the magnet 13. The field lines which are produced in this way are designated by 20, 20a in FIG. 1a .
In der Nähe des Umfanges des Rotors befindet sich ein Stator mit einem magnetfeldempfindlichen Element 1 4 , beispielsweise einem Hall-, einem Wiegand- oder einem Feldplatten-Element. Wie man aus Figur 1a sieht, gelangt das magnetfeldempfindliche Element 1 4 bei Rotation des Rotors nacheinander in den Einfluß der Feldlinien 20 bzw. 20a.
3ei herkömmlichen Sensoren der hier vorliegenden Art standen sich jeweils nur ein Paar Klauen unmittelbar einander gegenüber, beispielsweise die Klauen 16/15a. Damit lag auch nur ein Magnetfeld 20a mit ausgeprägter Richtung vor, da das in anderer Richtung weisende Magnetfeld 20a' sich über einen verhältnismäßig weiten Winkelbereich bis zur nächsten Klaue 16 schließen mußte, wie dies strichpunktiert in Figur 1a angedeutet ist. Demzufolge wurde im magnetfeldempfindlichen Element 14 nur im Bereich des Feldes 20a ein Signal mit kleinem Jitter, d.h. kleiner zeitlicher Konstanz einer Polarität erzeugt, während aufgrund der Streuverluste und des flachen Nulldurchganges der magnetischen Induktion im Bereich 20a' ein Signal der entgegengesetzten Polarität mit großem Jitter erzeugt wurde.Near the circumference of the rotor is a stator with a magnetic field sensitive element 1 4, for example a Hall, Wiegand or field plate element. As can be seen from FIG. 1 a, the magnetic field-sensitive element 1 4, when the rotor rotates, successively comes into the influence of the field lines 20 and 20 a. In conventional sensors of the type here, only a pair of claws were directly opposite one another, for example claws 16 / 15a. Thus, there was also only one magnetic field 20a with a pronounced direction, since the magnetic field 20a 'pointing in the other direction had to close over a relatively wide angular range to the next claw 16, as is indicated by dash-dotted lines in FIG. 1a. Accordingly, a signal with small jitter, that is to say a small temporal constancy of one polarity, was generated in the magnetic field sensitive element 14 only in the area of the field 20a, while a signal of the opposite polarity with large jitter was generated in the area 20a 'due to the scattering losses and the flat zero crossing of the magnetic induction has been.
Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Sensor jede Klaue 16 des Polbleches 11 von zwei Klauen 15a, 15b des Polbleches 10 eingeschlossen, so daß sich in beide Richtungen ein ausgeprägtes Feld 20, 20a ergibt. Der Winkel α zwischen den Klauen 16 und 15a bzw. 15b ist dabei so bemessen, daß sich im Element 14 gerade eine optimale Signalausbeute ergibt. Außerdem ist der Winkel Ot klein gegenüber dem Winkel, den die Klauen 16 zueinander bilden. Bei der Anwendung für eine Zündanlage wird in der Mitte des Winkels α der Zündvorgang ausgelöst, wie bei 17 angedeutet.In contrast, in the sensor according to the invention each claw 16 of the pole plate 11 is enclosed by two claws 15a, 15b of the pole plate 10, so that a pronounced field 20, 20a results in both directions. The angle α between the claws 16 and 15a or 15b is dimensioned such that an optimal signal yield is obtained in the element 14. In addition, the angle Ot is small compared to the angle that the claws 16 form to one another. When used for an ignition system, the ignition process is triggered in the middle of the angle α, as indicated at 17.
Diese letztgenannte Bedingung drückt sich insbesondere bei dem in Figur 2 dargestellten Zeitdiagramm der erzeugten Impulse 17, 18 bzw. 17', 18' aus. Die Impulse 17, 17' werden dabei jeweils durch das Feld 20 und die Impulse 18, 18' jeweils durch die Felder 20a erzeugt, wobei bei einem Geber entsnrechend dem Stand der Technik
und einem Feld 20a' die Impulse 17, 17' mit großem Jitter behaftet sind.This last-mentioned condition is expressed in particular in the time diagram of the generated pulses 17, 18 or 17 ', 18' shown in FIG. The pulses 17, 17 'are each generated by the field 20 and the pulses 18, 18' are each generated by the fields 20a, with an encoder according to the prior art and a field 20a ', the pulses 17, 17' are subject to high jitter.
Die Zeit zwischen den unmittelbar aufeinanderfolgendenThe time between the successive ones
Impulsen 17, 18, entsprechend dem Winkel β , ist dabei mit ta bezeichnet. Die Zeit zwischen den auseinander liegenden Impulsen 18, 17' ist mit tb entsprechend einemPulses 17, 18, corresponding to the angle β, are denoted by ta. The time between the spaced-apart pulses 18, 17 'is one with t b
Winkelγ bezeichnet. Wie man aus Figur 2 erkennt, ergibt sich dabei durch den relativ kleinen Winkel β ein relativ großes Tastverhältnis tb/ta.Designated angle γ. As can be seen from FIG. 2, the relatively small angle β results in a relatively large duty cycle t b / t a .
Dieses relativ große Tastverhältnis ist bei der Anwendung in Zündanlagen von Brennkraftmaschinen aus zwei Gründen besonders vorteilhaft. Zum einen kann bei bekannter Geometrie aus der Länge eines der beiden Zeitintervalle ta oder tb die Drehzahl des Rotors bzw. der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Dann ist es jedoch erforderlich, daß sich die Zeiten ta , tb, erheblich voneinander unterscheiden, so daß keine Fehlmessungen durch Verwechslungen möglich sind, wie sie dann beispielsweise möglich wären, wenn sich ta und tb nur geringfügig voneinander unterschieden.This relatively large duty cycle is particularly advantageous when used in ignition systems of internal combustion engines for two reasons. On the one hand, with known geometry, the speed of the rotor or the internal combustion engine can be determined from the length of one of the two time intervals ta or t b . Then, however, it is necessary that the times t a , t b differ significantly from one another, so that incorrect measurements due to confusion are not possible, as would be possible, for example, if t a and t b differed only slightly from one another.
Zum anderen werden die bipolare Signale 17, 18 in Zündanlagen von Brennk-raftmaschinen auch zur sogenannten Schließzeitregelung verwendet, wobei bei bekannten Regelungen von einer Grundzeit ausgegangen wird, die durch an sich bekannte regelungstechnische Mittel je nach gerade vorliegenden Betriebsparametern vermindert wird. Dann ist es jedoch erforderlich, einen möglichst hohen Grundwert der Schließzeit zugrundezulegen, um einen weiten Regelbereich zu realisieren. Durch die relativ große Zeit tb sind diese Voraussetzung beim erfindungsgemäßen Sensor gegeben.
Insgesamt ergibt sich damit durch die erfindungsgemäße Anordnung der Klauen ein zeitlich besonders scharf definiertes bipolares Nutzsignal großer Amplitude, das für die verschiedensten Steuer- und Regelungsvorgänge verwendet werden kann.
On the other hand, the bipolar signals 17, 18 are also used in ignition systems of combustion engines for the so-called closing time control, with known controls starting from a basic time which is reduced by means of control technology known per se depending on the operating parameters present. Then, however, it is necessary to base the closing time as high as possible in order to realize a wide control range. Due to the relatively long time t b , this requirement is met with the sensor according to the invention. Overall, the arrangement of the claws according to the invention thus results in a bipolar useful signal of large amplitude which is particularly sharply defined in terms of time and which can be used for a wide variety of control and regulation processes.