FR2679036A1

FR2679036A1 - ROTATIONAL SPEED INDICATOR WITH CURRENT FOUCAULT, CONSISTING OF A MAGNETIC CORE AND TWO PERMANENT MAGNETS.

Info

Publication number: FR2679036A1
Application number: FR9205575A
Authority: FR
Inventors: Wagner Wolfgang; Krott Robert; Strohrmann Manfred
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1993-01-15
Also published as: JPH05188069A; DE4123128A1; GB9212803D0; GB2257527A

Abstract

a) Indicateur de vitesse de rotation à courants de Foucault constitué par un noyau magnétique et deux aimants permanents; b) indicateur caractérisé en ce que le rotor (10) est en forme de cuvette, c'est-à-dire avec une nervure périphérique (10.2) s'étendant en direction axiale, et ce rotor est disposé par rapport au dispositif de production du champ magnétique (11) de façon telle et sa nervure est suffisamment haute pour que cette dernière, à l'intérieur des tolérances axiales prédéfinies, traverse pratiquement complètement en permanence le champ dans l'entrefer (11.3). c) L'invention se rapporte aux indicateurs de vitesse de rotation à courants de Foucault, constitué par un noyau magnétique et deux aimants permanents.a) Eddy current speed indicator consisting of a magnetic core and two permanent magnets; b) indicator characterized in that the rotor (10) is cup-shaped, that is to say with a peripheral rib (10.2) extending in the axial direction, and this rotor is arranged relative to the production device of the magnetic field (11) in such a way and its rib is sufficiently high so that the latter, within the predefined axial tolerances, passes almost completely permanently through the field in the air gap (11.3). c) The invention relates to eddy current rotational speed indicators, consisting of a magnetic core and two permanent magnets.

Description

"Indicateur de vitesse de rotation à courants de Foucault, constitué par"Eddy current rotation speed indicator consisting of

un noyau magnétique et deux aimants permanents " L'invention concerne un indicateur de vitesse de rotation utilisant l'effet des courants de Foucault. Dans le document DE-A 16 73 439 est décrit un indicateur de vitesse de rotation utilisant l'effet des courants de Foucault avec: un dispositif de production de champ magnétique avec un entrefer, un rotor qui parcourt l'entrefer, un dispositif de mesure du champ magnétique qui mesure l'intensité du champ magnétique aux emplacements o le rotor sort de l'entrefer ou bien entre dans celui-ci, et un circuit de mesure qui, à partir des valeurs de mesure, forme un signal indiquant la vitesse de The invention relates to a rotational speed indicator using the effect of eddy currents, and DE-A 16 73 439 discloses a rotational speed indicator using the effect of the currents. of Foucault with: a device for producing a magnetic field with an air gap, a rotor which traverses the gap, a device for measuring the magnetic field which measures the intensity of the magnetic field at the locations where the rotor leaves the gap or else enters it, and a measuring circuit which, from the measurement values, forms a signal indicating the speed of

rotation du rotor.rotation of the rotor.

Le dispositif de production du champ magnétique dans cet indicateur de vitesse de rotation est constitué par un noyau magnétique et deux aimants permanents qui délimitent entre eux l'entrefer précité Le dispositif de mesure du champ magnétique dispose d'au moins un détecteur magnétique qui mesure25 des champs magnétiques selon un procédé quelconque Il est prévu de préférence, deux ou quatre détecteurs qui sont branchés ensemble de façon que le détecteur différentiel constitue un demi-pont ou un pont complet S'il est prévu deux détecteurs, un est respectivement disposé au voisinage des deux extrémités de l'entrefer, si l'on regarde en direction périphérique du rotor Lorsque le rotor est à l'arrêt, les ponts sont compensés à l'aide d'une compensation à zéro, de façon que le signal de sortie qui indique la The device for producing the magnetic field in this rotation speed indicator consists of a magnetic core and two permanent magnets which delimit between them the aforementioned gap. The magnetic field measuring device has at least one magnetic detector which measures magnetic fields according to any method Two or four detectors are preferably provided which are connected together so that the differential detector constitutes a half-bridge or a complete bridge. If two detectors are provided, one is respectively arranged in the vicinity of two ends of the air gap, if one looks in the peripheral direction of the rotor When the rotor is stopped, the bridges are compensated with the aid of a compensation at zero, so that the output signal which indicates the

vitesse de rotation soit égal à zéro. rotational speed is zero.

Les indicateurs de vitesse de rotation utilisant l'effet des courants de Foucault, présentent l'avantage d'être en mesure de pouvoir déterminer, de façon fiable, déjà de très petites vitesses de rotation Ils conviennent donc particulièrement pour une utilisation dans des servo-commandes de tout type, qu'il s'agisse d'organes de réglage de machines outils, ou bien par exemple dans des directions de véhicules. Pour la mesure de très petites vitesses de rotation, on utilise jusqu'ici des tachymètres conçus de façon typiquement particulière Ceci doit toutefois, en règle générale, être réalisé très en filigrane et être soigneusement fabriqué pour qu'il fonctionne de façon fiable Pour la compensation des modifications thermiques de longueur des arbres, le The rotational speed indicators using the effect of eddy currents have the advantage of being able to reliably determine already very low rotational speeds. They are therefore particularly suitable for use in servo drives. controls of any type, whether of machine tools adjusting members, or for example in vehicle directions. For the measurement of very low rotational speeds, typically tachometers have been designed in a typically particular manner. However, this should generally be made very watermarked and carefully manufactured to operate reliably. thermal changes in tree length, the

tachymètre doit être en règle générale relié au servo- tachometer should normally be connected to the servo

moteur par l'intermédiaire d'un accouplement à soufflet Ceci est particulièrement valable dans la technique des véhicules, car dans ce cas, il faut tenir compte de différences de température This is particularly true in the vehicle technology, because in this case, differences in temperature must be taken into account.

relativement importantes.relatively important.

Les fluctuations thermiques importantes Large thermal fluctuations

auxquelles sont fréquemment soumis les servo- which are frequently subject to

commandes, comme par exemple dans la technique des véhicules déjà mentionnée, ont également pour conséquence que l'indicateur de vitesse de rotation à courants de Foucault du type initialement mentionné, n'est pas réalisable, car l'entrefer devrait être choisi très important pour garantir dans toute l'étendue des tolérances axiales, que le rotor ne reste pas accroché aux limites de l'entrefer Mais si l'entrefer est important, cela accroît l'influence des perturbations sur le champ magnétique qui est utilisé pour la mesure En outre, l'intensité du champ décroît Such controls, as for example in the vehicle technology already mentioned, also have the consequence that the eddy current speed indicator of the type initially mentioned is not feasible because the air gap should be chosen very important for guarantee in the full range of axial tolerances, that the rotor does not remain attached to the limits of the air gap But if the gap is important, it increases the influence of disturbances on the magnetic field that is used for the measurement. , the intensity of the field decreases

ce qui réduit la sensibilité.which reduces the sensitivity.

On souhaite en conséquence réaliser un indicateur de vitesse de rotation utilisant l'effet des courants de Foucault de façon qu'il délivre dans une étendue de température relativement importante, It is therefore desired to provide a rotational speed indicator using the effect of eddy currents so that it delivers in a relatively large temperature range,

des mesures fiables.reliable measurements.

L'indicateur de vitesse de rotation selon l'invention comporte les particularités de l'indicateur de vitesse de rotation précité, mais est en outre caractérisé en ce que le rotor est en forme de cuvette, c'est-à-dire avec une nervure périphérique s'étendant en direction axiale, et ce rotor est disposé par rapport au dispositif de production du champ magnétique, de façon telle et sa nervure est suffisamment haute pour que cette dernière, à l'intérieur des tolérances axiales prédéfinies, traverse pratiquement complètement en permanence le The rotational speed indicator according to the invention comprises the features of the above-mentioned rotational speed indicator, but is further characterized in that the rotor is in the form of a bowl, that is to say with a rib device extending axially, and this rotor is arranged with respect to the device for producing the magnetic field, in such a way and its rib is sufficiently high that the latter, within the predefined axial tolerances, passes substantially completely through permanently on

champ dans l'entrefer.field in the gap.

Du fait que la mesure est désormais effectuée à l'aide d'une nervure s'étendant en direction axiale sur le rotor, cette nervure est en pratique constamment traversée complètement par le champ d'entrefer des aimants pour toutes les positions axiales du rotor Il est ainsi garanti que la mesure est presque complètement indépendante de la position axiale du rotor qui dépend principalement de la Since the measurement is now carried out using an axially extending rib on the rotor, this rib is in practice constantly traversed completely by the air gap field of the magnets for all the axial positions of the rotor II. is thus guaranteed that the measurement is almost completely independent of the axial position of the rotor which depends mainly on the

température du moment.temperature of the moment.

Comme la plupart des types de détecteurs de champ magnétique comportent une dérive de température, il est avantageux que le circuit de mesure de l'indicateur de vitesse de rotation comporte une compensation de température pour compenser une telle dérive. Du fait de la nervure supplémentaire sur le rotor de l'indicateur de vitesse de rotation selon Since most types of magnetic field detectors comprise a temperature drift, it is advantageous that the measuring circuit of the rotational speed indicator includes temperature compensation to compensate for such drift. Due to the additional rib on the rotor of the rotational speed indicator according to

l'invention, le couple d'inertie du rotor augmente. the invention, the rotor moment of inertia increases.

Pour le maintenir cependant à de faibles valeurs absolues, il est avantageux de réaliser le rotor sous la forme d'une pièce en matière plastique, dans laquelle au moins une paroi périphérique de la nervure However, to maintain it at low absolute values, it is advantageous to make the rotor in the form of a plastic part, in which at least one peripheral wall of the rib

est revêtue de métal.is coated with metal.

Une sensibilité des mesures élevée peut être obtenue lors de l'exploration de la nervure lorsque le dispositif de production du champ magnétique dispose d'un noyau magnétique dont les limitations s'étendent radialement, et/ou qui, vu en direction de l'axe du rotor, revêt des deux côtés de la nervure une forme en A high sensitivity of the measurements can be obtained during the exploration of the rib when the device for producing the magnetic field has a magnetic core whose limitations extend radially, and / or which, seen in the direction of the axis of the rotor, has on both sides of the rib a shape in

U avec des branches orientées vers la nervure. U with branches oriented towards the rib.

Dessins -Drawings -

la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un rotor, d'un dispositif de production de champ magnétique, et d'un dispositif de mesure du champ magnétique d'un indicateur de vitesse de rotation, le long de la ligne I-I de la figure 2, ainsi qu'une représentation sous forme de blocs d'un circuit de mesure, la figure 2 est une coupe transversale partielle du rotor, du dispositif de production du champ magnétique, et du dispositif de mesure du champ FIG. 1 is a partial longitudinal section of a rotor, a device for producing a magnetic field, and a device for measuring the magnetic field of a rotation speed indicator, along line II of FIG. FIG. 2 is a partial cross-section of the rotor, the device for producing the magnetic field, and the device for measuring the field.

magnétique selon la figure 1, le long de la ligne II- magnetic circuit according to Figure 1, along the line II-

II de cette figure 1, la figure 3 est un schéma par blocs d'un circuit de mesure pour la détermination de la vitesse de rotation du rotor dans l'indicateur de vitesse de rotation selon la figure 1, la figure 4 est une représentation détaillée d'un circuit de mesure analogue au circuit II of this FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of a measuring circuit for determining the rotational speed of the rotor in the rotational speed indicator according to FIG. 1, FIG. 4 is a detailed representation. a measuring circuit similar to the circuit

de principe de la figure 3.of principle of Figure 3.

L'indicateur de vitesse de rotation selon les figures 1 et 2, dispose d'un rotor 10 avec un disque de rotor 10 1 et une nervure de rotor 10 2, d'un dispositif de production du champ magnétique 11 avec un noyau magnétique 11 1 et quatre aimants permanents 11 2, un dispositif de mesure du champ magnétique avec deux plaques de champ comme détecteurs The rotation speed indicator according to FIGS. 1 and 2, has a rotor 10 with a rotor disk 10 1 and a rotor rib 10 2, a device for producing the magnetic field 11 with a magnetic core 11 1 and four permanent magnets 11 2, a device for measuring the magnetic field with two field plates as detectors

12 a et 12 b ainsi qu'un dispositif de mesure 13. 12a and 12b and a measuring device 13.

Sur la vue de dessus de la figure 2, on peut voir que le noyau magnétique 11 1, vu en direction de l'axe 14 du rotor 10, comporte des limitations radiales et qu'il revêt des deux côtés de la nervure 10.2 une forme en U, avec des branches dirigées vers la nervure Dans chacune des quatre branches, est respectivement logé un des quatre aimants permanents 11.2 Ces aimants sont alors disposés selon leur polarité de façon telle que dans les deux branches externes, les pôles nord sont dirigés vers la nervure 10.2 tandis que dans les deux branches internes, les pôles sud sont dirigés vers la nervure La polarité des aimants peut également être choisie de façon inverse Un des deux détecteurs 12 a, 12 b est respectivement enrobé dans les extrémités des deux branches externes Mais il peut également, être placé In the top view of FIG. 2, it can be seen that the magnetic core 11 1, viewed in the direction of the axis 14 of the rotor 10, has radial limitations and that it has on both sides of the rib 10.2 a shape in U, with branches directed towards the rib In each of the four branches, is respectively housed one of the four permanent magnets 11.2 These magnets are then arranged according to their polarity so that in the two outer branches, the north poles are directed towards the rib 10.2 while in the two inner branches, the south poles are directed to the rib The polarity of the magnets can also be chosen inversely One of the two detectors 12a, 12b is respectively embedded in the ends of the two outer branches. can also be placed

sur les extrémités des branches.on the ends of the branches.

Le rotor 10 est en matière plastique avec un revêtement métallique 10 3 sur la face externe de la nervure 10 2 Mais un tel revêtement peut, également, être rapporté sur la face interne ou bien sur les deux côtés Dans ce revêtement métallique sont alors induits des courants de Foucault lorsque la nervure 10 2 se déplace à travers l'entrefer 11 3 du noyau magnétique 11, c'est-à-dire lorsque le rotor 10 tourne Là o le revêtement métallique 10 3 sort de l'entrefer 11 3, le champ magnétique produit par ces courants de Foucault est orienté de façon que le champ dans l'entrefer soit renforcé, tandis que du côté entrée, il est orienté de façon que le champ dans l'entrefer soit affaibli En d'autres termes, on a, du côté sortie une polarisation qui tend à retenir le revêtement métallique sortant de l'entrefer, tandis que du côté entrée, la polarisation est orientée de façon qu'elle tende à empêcher l'entrée du revêtement dans l'entrefer Plus le rotor tourne rapidement, donc plus le revêtement métallique 10 3 se déplace rapidement à travers l'entrefer 11 3, plus deviennent différents les champs magnétiques que mesurent les The rotor 10 is made of plastic with a metal coating 3 on the outer face of the rib 2, but such a coating can also be attached to the inner face or on both sides. Eddy currents when the rib 2 2 moves through the gap 11 3 of the magnetic core 11, that is to say when the rotor 10 turns Where the metal coating 3 leaves the air gap 11 3, the magnetic field produced by these eddy currents is oriented so that the field in the gap is reinforced, while on the input side, it is oriented so that the field in the air gap is weakened In other words, we have a polarization on the output side tends to retain the metal coating coming out of the air gap, while on the input side, the polarization is oriented so that it tends to prevent the entry of the coating into the air gap More the rotor tower quickly, so the more the metal coating 10 3 moves rapidly through the gap 11 3, the more different the magnetic fields measured by the

deux détecteurs 12 a et 12 b.two detectors 12a and 12b.

Comme on peut le voir sur la figure 1, la nervure 10 2 avec le revêtement métallique 10 3 passe complètement à travers l'entrefer 11 3 Ce dépassement est dimensionné de façon que même lorsque le rotor 10 dans le cadre d'un jeu axial dû par exemple à la dilatation thermique se déplace vers le haut (selon la représentation de la figure 1), les conditions magnétiques dans l'entrefer 11 3 restent en pratique inchangées parce que la nervure, avec son revêtement métallique, traverse alors encore complètement l'entrefer. Le circuit de mesure 13 représenté seulement sur la figure 1 sous la forme d'un bloc individuel, est représenté sur la figure 3 sous la forme d'un schéma par blocs de principe et sur la figure 4 sous la forme d'un schéma détaillé avec quelques modifications par rapport au schéma par blocs simplifié de la figure 3 Selon ces différents schémas, les détecteurs 12 a et 12 b sont alimentés en courant constant par une source de courant constant Chacun des détecteurs 12 a et 12 b est raccordé à un amplificateur différentiel 16 a ou bien 16 b par l'intermédiaire d'un circuit de compensation correspondant 17 a ou bien 17 b, pour la correction d'offset et la compensation thermique Dans un amplificateur terminal 18, la différence des signaux 16 a et 16 b est formée et émise en tant que signal indiquant la vitesse de rotation X du rotor 10 Pour avoir un signal de sortie de valeur zéro lorsque le rotor est arrêté, il est en outre prévu une compensation de zéro 19 Pour la constitution des parties de circuit 15 à 19 on se référera à la figure 4 Il y a seulement lieu de remarquer dans ce cas, que la correction offset s'effectue à l'aide de potentiomètres Pla ou bien Plb dans le circuit de compensation considéré 17 a ou bien 17 b, tandis que la compensation de zéro s'effectue à l'aide d'un potentiomètre P 2 dans le circuit 19 de compensation du As can be seen in FIG. 1, the rib 2 with the metal coating 3 passes completely through the air gap 11. This overshoot is dimensioned so that even when the rotor 10 is in the course of an axial clearance due for example, the thermal expansion moves upwards (according to the representation of FIG. 1), the magnetic conditions in the gap 11 3 remain in practice unchanged because the rib, with its metal coating, then still completely traverses the gap. The measuring circuit 13 shown only in FIG. 1 in the form of an individual block is shown in FIG. 3 in the form of a block diagram and in FIG. 4 in the form of a detailed diagram. with some modifications compared with the simplified block diagram of FIG. 3 According to these different diagrams, the detectors 12a and 12b are supplied with constant current by a constant current source. Each of the detectors 12a and 12b is connected to an amplifier. differential 16 or 16 b by means of a corresponding compensation circuit 17 a or 17 b, for offset correction and thermal compensation In a terminal amplifier 18, the difference of the signals 16 a and 16 b is formed and transmitted as a signal indicating the rotational speed X of the rotor 10 To have a zero value output signal when the rotor is stopped, there is further provided a zero compensation. constitution of the circuit parts 15 to 19, reference is made to FIG. 4. It should be noted in this case that the offset correction is carried out using potentiometers Pla or else Plb in the compensation circuit considered. a or 17b, while the zero compensation is performed using a potentiometer P 2 in the compensation circuit 19 of the

zéro.zero.

Pour la compensation thermique, il est prévu dans les circuits de compensation 17 a et 17 b, respectivement une résistance dépendant de la température NT Ca ou bien NT Cb Ces résistances sont choisies de façon qu'elles aient une dérive de température qui correspond en pratique à celle des détecteurs 12 a et 12 b Ces résistances dépendant de la température sont installées de façon qu'elles aient en permanence essentiellement la même température que les détecteurs 12 a et 12 b Toutefois, l'ensemble du circuit de mesure 13 peut être disposé en bon contact thermique avec le noyau magnétique il et donc avec les détecteurs. Dans le cas de l'utilisation d'un rotor 10 avec un diamètre de nervure de 5 cm et une intensité de champ de 270 m T, il a été mesuré, lors de l'utilisation de plaques de champ comme détecteurs, une sensibilité de 33 IIV/(U/min) tandis qu'en utilisant des détecteurs de Hall, la sensibilité est For the thermal compensation, compensation elements 17a and 17b respectively have a resistance depending on the temperature NT Ca or NT Cb. These resistances are chosen so that they have a temperature drift which corresponds in practice 12a and 12b These temperature-dependent resistors are installed so that they have essentially the same temperature as the detectors 12a and 12b at all times. However, the entire measuring circuit 13 may be arranged in good thermal contact with the magnetic core and therefore with the detectors. In the case of using a rotor 10 with a rib diameter of 5 cm and a field strength of 270 m T, it was measured, when using field plates as detectors, a sensitivity of 33 IIV / (U / min) while using Hall detectors, the sensitivity is

de 17 p V/(U/min).of 17 pV / (U / min).

Claims

1. Rotation speed indicator using the effect of eddy currents, with: a device (11) for producing a magnetic field with an air gap (11 3), a rotor (10) which traverses the air gap, a device for measuring (12 a, 12 b) of the magnetic field, which measures the intensity of the magnetic field at the locations where the rotor leaves the gap or enters it, and a measuring circuit (13) which, starting from measuring values form a signal indicating the speed of rotation of the rotor, a rotation speed indicator characterized in that

that the rotor (10) is bowl-shaped, that is,

with an axially extending circumferential rib (10 2) and this rotor is arranged with respect to the magnetic field producing device (11) in such a manner that its rib is sufficiently high so that the latter is inside. predefined axial tolerances, virtually completely crosses the

field in the gap (11 3).

Rotation speed indicator according to Claim 1, characterized in that the device for producing the magnetic field (11) comprises a magnetic core (11 1) with, in the direction of the axis of the rotor (14), delimitations

extending radially.

3 Rotation speed indicator according to

any one of claims 1 or 2,

characterized in that the magnetic core (11 1), viewed in the direction of the axis of the rotor (14), has on both sides of the rib (10 2) a U-shape, the

branches are directed towards the vein.

4. Rotation speed indicator according to

any of claims 1 to 3, characterized

in that the rotor (10) is a plastic part, in which at least one peripheral wall of the rib is coated with metal

(10 3).

5. Rotation speed indicator according to

any of claims 1 to 4, characterized

in that the measuring circuit (13) has a thermal compensation (17a, 17b, NT Ca, NT Cb) to compensate for the temperature drift of the measuring device.

measurement of the magnetic field (12 a, 12 b).