DE19906937A1 - Drehzahlgeber - Google Patents
DrehzahlgeberInfo
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Abstract
Bei einem Drehzahlgeber zur Erfassung der Drehzahl eines rotierenden Maschinenteils, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit wenigstens einem, mit dem Maschinenteil drehbaren, magnetisch wirksamen Encoder, der in vorgegebener Folge in Winkelteile unterteilte, magnetisch wirksame Bereiche, insbesondere Zähne aus ferromagnetischem Material oder einen Magnetpol-Ring, aufweist und bei der Drehung in wenigstens einem, relativ zu dem Encoder feststehend angeordneten, von diesem durch einen Luftspalt getrennten Magnetsensor ein Meßsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der Drehfrequenz des Maschinenteils korrespondiert, sind wenigstens zwei in Drehrichtung, relativ zum Encoder zur Erzeugung wenigstens zweier gegeneinander phasenversetzter Meßsignale feststehend hintereinanderliegend angeordnete Magnetsensoren vorgesehen. Die Winkelteilung des Encoders ist größer als die Winkelauflösung des Drehzahlgebers. Der Drehzahlgeber weist Mittel zur Verknüpfung der von den Sensoren abgegebenen Meßsignale zu einem Ausgangssignal auf, wobei das Ausgangssignal, je nach Sensortyp, eine gegenüber den Meßsignalen zur Erreichung der notwendigen Meßauflösung und eines vorteilhaften Testverhältnisses erhöhte oder verringerte Frequenz aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehzahlgeber zur Erfassung der Drehzahl eines
rotierenden Maschinenteils, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit wenig
stens einem, mit dem Maschinenteil drehbaren, magnetisch wirksamen
Encoder, der in vorgegebener Folge in Winkelteile unterteilte, magnetisch wirk
same Bereiche, insbesondere Zähne aus ferromagnetischem Material oder ei
nen Magnetpol-Ring, aufweist und der bei Drehung in wenigstens einem, relativ
zu dem Encoder feststehend angeordneten, von diesem durch einen Luftspalt
getrennten Magnetsensor ein Meßsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der
Drehfrequenz des Maschinenteils korrespondiert.
Heutige Drehzahlgeber, die zur Messung der Raddrehzahl von Kraftfahrzeugen
verwendet werden, müssen, insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit
ABS-Systemen, Anfahrhilfen, Fahrdynamik- und Antischlupfregelungen, eine
Auflösung von wenigstens etwa 40 bis 60 Impulsen je Radumdrehung aufwei
sen. Bei gebräuchlichen Gebern wird ein an den rotierenden Bauteilen befe
stigter Encoder verwendet, welcher in eine der Auflösung des Drehzahlgebers
entsprechende Anzahl hartmagnetischer Polpaare unterteilt ist, bzw. aus einem
aus ferromagnetischem Werkstoff gefertigten Zahnrad mit der entsprechenden
Zähnezahl besteht. Im letzten Fall ist der magnetisch empfindliche Sensor, bei
spielsweise ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor, durch einen
Permanentmagneten magnetisch vorgespannt. Der Encoder ist über einen
Luftspalt mit einem Magnetsensor magnetisch gekoppelt. Durch das bei
Drehung des Encoders ständig wechselnde Magnetfeld wird ein Meßsignal er
zeugt, dessen Frequenz mit der Drehfrequenz des Encoders korrespondiert.
Herkömmliche Magnetsensoren lassen nur eine maximale Luftspaltweite von
etwa 2 mm zu, weil ansonsten das Meßsignal zu schwach wird. Das bedingt
einen erheblichen Fertigungsaufwand.
In EP 0 806 673 wird ein Drehzahlgeber vorgeschlagen, der einen GMR-
Sensor (grant magnetoresistive effect) verwendet. Durch die höhere Empfind
lichkeit eines derartigen Sensors funktioniert der Geber auch bei großen
Luftspaltweiten von etwa 4 mm. Das von dem GMR-Sensor abgegebene Meß
signal weist gegenüber demjenigen eines herkömmlichen Sensors die doppelte
Frequenz auf, da die Kennlinie des GMR-Sensors spiegelsymmetrisch ist. Dar
über hinaus haben kleinere Luftspalte ein ungünstiges Tastverhältnis des Meß
signals zur Folge. Durch Halbierung der Frequenz des Meßsignals mittels eines
Frequenzteilers kann das Tastverhältnis stabilisiert werden. Das Tastverhältnis
des Meßsignals dieser GMR-Sensoren ist stark von der Luftspaltweite ab
hängig, so daß der Geber zwar bei großen Luftspaltweiten funktioniert, sein
Verhalten sich aber stark verändert, wenn der Luftspalt nicht konstant bleibt. So
ändert sich der Luftspalt beispielsweise mit dem Belastungszustand des rotie
renden Maschinenteils oder mit der Abnutzung seiner Lagerung.
Beim Anbau eines derartigen Drehzahlgebers an den Rädern eines Kraftfahr
zeugs hat ein großzügig ausgelegter Luftspalt erhebliche Vorteile, da an dieser
Stelle große dynamische Kräfte auftreten und die Konstruktion sich entspre
chend stark elastisch verformt. Dadurch verändert sich die Geometrie und da
mit auch der Luftspalt des Drehzahlgebers ständig in erheblichem Maße. Die
bisher gefundenen Lösungen dieses Problems sind nur unter großen Kosten zu
verwirklichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehzahlgeber anzugeben,
welcher auch bei einem vergleichsweise großen, nicht konstanten Luftspalt
noch sicher funktioniert, aber dennoch einfach und preiswert herstellbar ist und
mit der notwendigen Auflösung arbeitet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens zwei in Drehrichtung, relativ
zum Encoder zur Erzeugung wenigstens zweier gegeneinander phasenver
setzter Meßsignale feststehend hintereinanderliegend angeordnete Magnet
sensoren vorgesehen sind, daß die Winkelteilung des Encoders gröber ist als
die Winkelauflösung des Drehzahlgebers und daß der Drehzahlgeber Mittel zur
Verknüpfung der von den Sensoren abgegebenen Meßsignale zu einem Aus
gangssignal aufweist, wobei das Ausgangssignal eine gegenüber den Meß
signalen zur Erreichung der notwendigen Meßauflösung erhöhte Frequenz
aufweist.
Dazu ist bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die
Magnetsensoren Hall-Elemente aufweisen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Magnetsensoren magnetoresistive Sensorelemente aufweisen.
Durch die Verwendung mehrerer Sensoren läßt sich die erforderliche Meßauf
lösung auch dann erreichen, wenn die Winkelteilung des Encoders viel kleiner
als die erforderliche Auflösung des Meßsignals ist.
Wird die Teilung des Encoders verkleinert, so resultiert daraus eine größere
magnetische Flußdichte, da die Abstände der magnetisch wirksamen Elemente
des Encoders sich vergrößern. Beispielsweise wird die Zähnezahl bzw. die
Polzahl eines aus ferromagnetischem bzw. hartmagnetischem Werkstoff beste
henden Encoder-Zahnrades gegenüber der gewünschten Auflösung halbiert.
Dadurch vergrößern sich die Zahnlücken bzw. die Pole des Encoders und in
der Folge auch die Amplitude des Meßsignals. Die einzelnen Meßsignale wer
den anschließend derart miteinander verknüpft, daß die Winkelteilung des En
coders halb so groß wie die Auflösung des Drehzahlgebers ist und daß die
Frequenz des Ausgangssignals das doppelte der Frequenz der Meßsignale
beträgt. Dies läßt sich durch einfache Verknüpfungen, welche in einer an die
Sensoren angeschlossenen oder integrierten Schaltung oder in einem Mikro
prozessor vorgenommen werden, verwirklichen.
Alternativ wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe vor
geschlagen, daß wenigstens zwei in Drehrichtung, relativ zum Encoder zur Er
zeugung wenigstens zweier gegeneinander phasenversetzter Meßsignale fest
stehend hintereinanderliegend angeordnete derartige Magnetsensoren vorge
sehen sind, bei welchen sich das Vorzeichen ihrer Kennlinie wenigstens annä
hernd spiegelsymmetrisch bezüglich der magnetischen Feldstärke verhält, daß
die Winkelteilung des Encoders gröber ist, als die Winkelauflösung des Dreh
zahlgebers und daß der Drehzahlgeber Mittel zur Verknüpfung der von den
Sensoren abgegebenen Meßsignale zu einem Ausgangssignal aufweist, wobei
das Ausgangssignal zur Erreichung eines guten Tastverhältnisses gegenüber
den ursprünglichen Meßsignalen eine geringere Frequenz aufweist.
Eine derartige Kennlinie findet man beispielsweise bei sogenannten GMR-
Sensoren. GMR-Sensoren bestehen in der Regel aus zwei oder vier magneto
resistiven Sensorelementen, welche auf einem kleinen Chip zu einer
Wheatstoneschen Brücke verschaltet sind. Das Meßsignal eines derartigen
Sensors wird aus der Veränderung des Diagonalwiderstandes der Brücken
schaltung hergeleitet.
GMR-Sensoren haben gegenüber herkömmlichen magnetoresistiven Sensoren
eine spiegelsymmetrische Kennlinie, so daß sie ein Meßsignal mit der doppel
ten Frequenz des Meßsignals herkömmlicher Sensoren abgeben. Dieses Meß
signal hat jedoch, insbesondere bei hohen magnetischen Feldstärken, ein un
günstiges Tastverhältnis. Ein stabiles und von der Feldstärke und somit von der
Luftspaltweite unabhängiges Tastverhältnis des Ausgangssignals wird erfin
dungsgemäß durch die Verknüpfung der Meßsignale unter Verringerung, bei
spielsweise Halbierung, der Frequenz der Meßsignale erreicht.
Eine erfindungsgemäße Verknüpfung der einzelnen Meßsignale läßt sich bei
spielsweise bewerkstelligen durch Mittel zur binären Exklusiv-Oder-Ver
knüpfung zu dem Ausgangssignal, durch Mittel zur Multiplikation zu dem Aus
gangssignal oder durch Mittel zur Betragsbildung der Differenz zur Erzeugung
des Ausgangssignals.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßsignale um
etwa 90° phasenversetzt sind. Die Signale können damit auf einfache Weise zu
einem Ausgangssignal verknüpft werden, welches die doppelte Frequenz der
Meßsignale aufweist.
Die Verknüpfung der Meßsignale kann dadurch erfolgen, daß die Magnetsen
soren über Schwellwertschalter zur Erzeugung des Ausgangssignals an eine
Exklusiv-Oder-Schaltung angeschlossen sind. Diese Anordnung kann sowohl in
Verbindung mit Hall-Sensoren oder magnetoresistiven Sensoren als auch mit
GMR-Sensoren verwendet werden.
Bei einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verknüpfung der
Meßsignale dadurch, daß die Sensoren zur Erzeugung des Ausgangssignals
an eine Multiplikationsschaltung angeschlossen sind.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit GMR-Sensoren ist vorge
sehen, daß die Sensoren über Schwellwertschalter mit Flip-Flop-Schaltungen
verbunden sind, deren Ausgänge mit einer Exklusiv-Oder-Schaltung zur Erzeu
gung des Ausgangssignals verknüpft sind.
Für den Fall der spiegelsymmetrischen GMR-Sensoren mit doppelter Frequenz
wird zunächst über Flip-Flops die Signalfrequenz halbiert, bevor durch die Ex
klusiv-Oder-Schaltung die zwei Kanäle verknüpft werden. Diese Frequenzhal
bierung ist zum Zwecke einer Stabilisierung des Tastverhältnisses auf genau
50% vorgesehen.
Zur Bestimmung der Drehrichtung ist bei einer Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, daß Mittel zur Erzeugung eines Drehrichtungssignals aus den
Meßsignalen vorgesehen sind. Die Drehrichtung kann beispielsweise durch
Verknüpfung der Meßsignale mittels eines flankengesteuerten Flip-Flops auf an
sich bekannte Weise geschehen. Das Signal der Drehrichtung kann dem Signal
der Drehfrequenz in an sich bekannter Weise zur Übertragung über eine Zwei
drahtschnittstelle aufmoduliert werden. Einzelheiten dazu sind beispielsweise in
der Patentanmeldung 198 19 783.7 angegeben.
Die zwei erforderlichen Sensorsignale zum Zwecke der Frequenzerhöhung er
lauben eine einfach realisierbare Drehrichtungserkennung für zusätzliche
Zwecke ohne größeren Mehraufwand.
Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen werden wei
tere vorteilhafte Verbesserungen der Erfindung erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer
Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 eine Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit
halbierter Polzahl und zwei magnetischen Sensoren,
Fig. 2 eine Schemadarstellung eines Drehzahlgebers nach dem Stand der
Technik mit nichthalbierter Polzahl,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit zwei
magnetischen Sensoren, Schwellwertschaltern und einer Exklusiv-
Oder-Verknüpfung der Meßsignale,
Fig. 4 Signaldiagramme des bekannten Drehzahlgebers gemäß Fig. 2 mit
Schwellwertschaltung des Meßsignals bei Verwendung zweier magne
tischer Sensoren,
Fig. 5 Signaldiagramme des Drehzahlgebers gemäß Fig. 1 bei Verwendung
zweier magnetischer Sensoren,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit Mul
tiplikation der Meßsignale,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit Sub
traktion und anschließender Betragsbildung der Meßsignale,
Fig. 8 Signaldiagramme des bekannten Drehzahlgebers gemäß Fig. 2 bei
Verwendung von GMR-Sensoren mit spiegelsymmetrischer Kennlinie
und kleinem Luftspalt,
Fig. 9 Signaldiagramme der Drehzahlgeber gemäß den Blockschaltbildern der
Fig. 6 und 7 bei Verwendung von zwei GMR-Sensoren mit etwa 90°
Phasenversatz,
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit
Schwellwertschaltung, Flip-Flop-Schaltung und Exklusiv-Oder-Ver
knüpfung der Signale, insbesondere für GMR-Sensoren,
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit Ex
klusiv-Oder-Verknüpfung der Meßsignale ohne Flip-Flop-Schaltung zur
Frequenzhalbierung,
Fig. 12 Signaldiagramme des bekannten Drehzahlgebers gemäß Fig. 2 bei
Verwendung von GMR-Sensoren, Schwellwertschaltung und Betrags
bildung des Meßsignals,
Fig. 13 Signaldiagramme der Drehzahlgeber gemäß den Blockschaltbildern der
Fig. 10 und 11 bei Verwendung von GMR-Sensoren,
Fig. 14 Diagramme der Kennlinie eines GMR-Sensors, zweier unterschiedlich
starker magnetischer Eingangsgrößen und der daraus resultierenden
Meßsignale,
Fig. 15 Schemadarstellungen dreier erfindungsgemäßer Schaltungsanord
nungen für Drehzahlgeber mit je zwei magnetischen Sensoren und
Fig. 16 ein Schaltschema und Signaldiagramme zu Ausgangssignalen der
verwendeten Sensoren bei Benutzung einer Flip-Flop-Schaltung zur
Drehrichtungserkennung.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Drehzahlge
bers, bestehend aus einem Encoderrad 1, welches an einer nicht dargestellten
Welle befestigt ist. Das Encoderrad 1 weist an seinem Umfang Magnetpolpaare
N, S auf, welche sich nach außen über einen Luftspalt 3 hinweg erstreckende
magnetische Felder 4 erzeugen. Die magnetischen Felder 4 rufen bei Drehung
des Encoderrades 1 in einem Sensorgehäuse 5 angebrachten Sensoren
Meßsignale US1, US2 hervor. Aufgrund der groben Winkeleinteilung der Polpaare
N, S ergeben sich relativ große Feldstärken der magnetischen Felder 4. Damit
kann der Luftspalt 3 relativ groß (etwa 4 mm) gewählt werden. Die Anzahl der
Polpaare 2 des Encoderrades 1 ist in diesem Beispiel etwa halb so groß wie die
Meßauflösung des Drehzahlgebers. Als Sensoren 5a, 5b können sowohl Hall-
Sensoren, anisotrope magnetoresistive Sensoren oder auch GMR-Sensoren
zum Einsatz kommen. Der Abstand der beiden Sensoren 5a, 5b entspricht dem
halben Abstand der Polpaare.
In Fig. 2 ist ein Drehzahlgeber nach dem Stand der Technik schematisch dar
gestellt. Die Anzahl der Magnetpole 2' des Encoderrades 1' entspricht der er
forderlichen Meßauflösung. Die Magnete 2' erzeugen nur schwache Felder 4',
da ihre Größe begrenzt ist. Das bedingt einen recht engen (etwa 2 mm)
Luftspalt 3' zwischen dem Encoderrad 1' und dem Sensor 5'.
Im folgenden werden analoge Meßsignale mit U mit Indizes bezeichnet. Diskre
tisierten Meßsignalen wird der Buchstabe D mit Indizes zugeordnet. Die Aus
gangssignale der diversen Schaltungen werden mit A bezeichnet. B ist die an
den Sensoren wirksame magnetische Flußdichte. Die Signaldiagramme werden
über dem Drehwinkel à des Encoderrades 1 jeweils des erfindungsgemäßen
bzw. des bekannten Drehzahlgebers dargestellt. Diejenigen Bereiche der Dia
gramme, bei welchen sich der Nordpol N eines Polpaares N, S des Encoderra
des auf der Symmetrieachse des Sensorpaares 5 befindet, sind mit N über
schrieben. Entsprechendes gilt für den Südpol S.
Zur Verdoppelung der Frequenz der Meßsignale US1, US2 gemäß Fig. 1 werden
diese, wie in Fig. 3 dargestellt, zunächst zur Diskretisierung über Schwellwert
schalter 6 geführt und anschließend bei 7 exklusiv-oder verknüpft. Das Aus
gangssignal A weist die doppelte Frequenz der Meßsignale US1, US2 auf. Ob
wohl die Teilung des Encoders 1 in Fig. 1 geringer ist, wird die gewünschte
Meßauflösung erreicht.
In Fig. 4 sind die Diagramme der magnetischen Feldstärke B, der Meßspan
nung US eines Hall- oder magnetoresistiven Sensors 5 (Fig. 2), sowie der mit
einem nicht dargestellten Schwellwertschalter diskretisierten Meßspannung UD
eines Drehzahlgebers gemäß Fig. 2 dargestellt.
Fig. 5 zeigt Signaldiagramme eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers nach
den Fig. 1 und 3 bei Verwendung magnetoresistiver Sensoren oder Hall-
Sensoren 5a, 5b. Ein erster 5a der Sensoren 5a, 5b wird mit dem Feldstärke
verlauf S1 beaufschlagt und der zweite 5b mit dem Feldstärkeverlauf S2. Die
daraus resultierenden, an den Ausgängen der Schwellwertschalter 6 anliegen
den, diskreten Meßsignale D1 und D2 sind entsprechend dem Abstand der
Sensoren 5a, 5b zueinander um etwa 90° phasenversetzt. Durch Exklusiv-
Oder-Verknüpfung 7 entsteht daraus das Ausgangssignal A.
in den Ausführungsbeispielen, die anhand der folgenden Figuren erläutert wer
den, werden GMR-Sensoren 5a, 5b mit Meßsignalen US1 und US2 verwendet.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit
Multiplikationsfunktion 8 zur Verknüpfung der Meßsignale US1, US2 zu einem
Ausgangssignal A', welches die doppelte Frequenz der Meßsignale US1, US2
aufweist.
In Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit
Subtraktionsfunktion 9 und anschließender Betragsbildung 10 dargestellt, wor
aus ebenfalls ein Ausgangssignal A" mit einer doppelt so großen Frequenz
entsteht wie die der Meßsignale US1, US2.
Bei Verwendung eines GMR-Sensors hat die Meßspannung US, wie auch aus
Fig. 8 ersichtlich ist, von vorn herein die doppelte Frequenz der Eingangsgröße
B. Die Figur zeigt die Signaldiagramme eines bekannten Drehzahlgebers ge
mäß Fig. 2 bei Verwendung eines GMR-Sensors 5' bei kleinem Luftspaltab
stand.
In Fig. 9 sind die Signaldiagramme der erfindungsgemäßen Drehzahlgeber
gemäß den Blockschaltbildern der Fig. 6 und 7 bei Verwendung von GMR-
Sensoren 5a, 5b dargestellt. Dabei gelten die Darstellungen von S1, S2, US1 und
US2 für beide Drehzahlgeber, während A' beim Drehzahlgeber nach Fig. 6 auf
tritt und S und A" beim Drehzahlgeber nach Fig. 7 auftreten.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers mit
zur Diskretisierung der Meßsignale US1, US2 vorgesehenen Schwellwertschal
tern 6, je einer nachgeschalteten Flip-Flop-Schaltung 11 zur Frequenzhalbie
rung des GMR-Sensorsignals und einer abschließenden Exklusiv-Oder-
Verknüpfung der Meßsignale D1", D2" zur Frequenzverdopplung.
In Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebers
dargestellt, bei dem die Meßsignale US1, US2 nach Diskretisierung bei 7 ohne
Frequenzteilung exklusiv-oder verknüpft werden. Dieser Drehzahlgeber unter
scheidet sich von dem in Fig. 10 dargestellten durch ein nicht stabilisiertes
Tastverhältnis (AIV).
Die Signaldiagramme des Drehzahlgebers gemäß Fig. 12 und 13 zeigen
mit Diskretisierungen durch die Schwellwertschalter vor der Exklusiv-Oder-
Verknüpfung gemäß Fig. 10 und 11 eine reine binäre Signalverarbeitung.
Die erfindungsgemäß verwendeten GMR-Sensoren 5a, 5b haben eine Kennli
nie K, die, wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, bezüglich ihres Vorzeichens spiegel
symmetrisch zur Eingangsgröße B ist. Durch dieses Verhalten entsteht aus ei
ner Eingangsgröße E1, E2 ein Meßsignal A1, A2 doppelter Frequenz. Die ge
strichelte Linie zeigt das Verhalten bei großen magnetischen Flußdichten, die
bei kleinen Luftspaltmaßen auftreten.
Fig. 15 zeigt schematisch wie die Sensoren 5a und 5b jeweils mit einer Aus
werteschaltung 12 verbunden und integriert werden können. In Bild a) sind die
Sensoren 5a, 5b einzeln im Abstand d an die Schaltung 12 angeschlossen. Bild
b) zeigt, daß die Sensoren 5a, 5b auf einem gemeinsamen Substrat 13 ange
ordnet werden können, was den Vorteil hat, daß der Abstand d bei der Ferti
gung der Sensoranordnung 5 sehr genau eingehalten werden kann. Aus dem
gleichen Grund sind die Sensoren 5a, 5b in Bild c) auf der Schaltung 12" selbst
angeordnet.
Fig. 16 zeigt, daß sich aus den Ausgangssignalen X und Y mit Hilfe einer Flip-
Flop-Schaltung 11' ein Ausgangssignal Z erzeugen läßt, welches die Drehrich
tung des Encoderrades anzeigt, das heißt, ob die Winkelgeschwindigkeit ome
ga positiv oder negativ ist.
Claims (23)
1. Drehzahlgeber zur Erfassung der Drehzahl eines rotierenden Maschinen
teils, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit wenigstens einem, mit dem
Maschinenteil drehbaren, magnetisch wirksamen Encoder, der in vorgege
bener Folge in Winkelteile unterteilte, magnetisch wirksame Bereiche, ins
besondere Zähne aus ferromagnetischem Material oder einen Magnetpol-
Ring, aufweist und der bei Drehung in wenigstens einem, relativ zu dem
Encoder feststehend angeordneten, von diesem durch einen Luftspalt ge
trennten Magnetsensor ein Meßsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der
Drehfrequenz des Maschinenteils korrespondiert, dadurch gekennzeich
net, daß wenigstens zwei in Drehrichtung, relativ zum Encoder (1) zur Er
zeugung wenigstens zweier gegeneinander phasenversetzter Meßsignale
(US1, US2) feststehend hintereinanderliegend angeordnete Magnetsensoren
(5a, 5b) vorgesehen sind, daß die Winkelteilung des Encoders (1) gröber
ist als die Winkelauflösung des Drehzahlgebers und daß der Drehzahlge
ber Mittel zur Verknüpfung der von den Sensoren (5a, 5b) abgegebenen
Meßsignale (US1, US2) zu einem Ausgangssignal (A) aufweist, wobei das
Ausgangssignal (A) eine gegenüber den Meßsignalen (US1, US2) zur Errei
chung der notwendigen Meßauflösung erhöhte Frequenz aufweist.
2. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetsensoren Hall-Elemente aufweisen.
3. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetsensoren (5a, 5b) magnetoresistive Sensorelemente aufweisen.
4. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Winkelteilung des Encoders (1) halb so groß wie
die Auflösung des Drehzahlgebers ist und daß die Frequenz des Aus
gangssignals (A) das doppelte der Frequenz der Meßsignale (US1, US2) be
trägt.
5. Drehzahlgeber zur Erfassung der Drehzahl eines rotierenden Maschinen
teils, insbesondere eines Fahrzeugrades, mit wenigstens einem, mit dem
Maschinenteil drehbaren, magnetisch wirksamen Encoder, der in gleich
mäßiger Folge in Winkelteile unterteilte, magnetisch wirksame Bereiche,
insbesondere Zähne aus ferromagnetischem Material oder Magnetpole,
aufweist und der bei Drehung in wenigstens einem, relativ zu dem Encoder
feststehend angeordneten, von diesem durch einen Luftspalt getrennten
Magnetsensor ein Meßsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der Drehfre
quenz des Maschinenteils korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens zwei in Drehrichtung, relativ zum Encoder (1) zur Erzeugung
wenigstens zweier gegeneinander phasenversetzter Meßsignale (US1, US2)
feststehend hintereinanderliegend angeordnete derartige Magnetsensoren
(5a bis 5b") vorgesehen sind, bei welchen sich das Vorzeichen ihrer Kenn
linie (K) wenigstens annähernd spiegelsymmetrisch bezüglich der magneti
schen Feldstärke (B) verhält, daß die Winkelteilung des Encoders (1) grö
ber ist, als die Winkelauflösung des Drehzahlgebers und daß der Dreh
zahlgeber Mittel zur Verknüpfung der von den Sensoren abgegebenen
Meßsignale (US1, US2) zu einem Ausgangssignal (A', A", A''', AIV) aufweist,
wobei das Ausgangssignal (A', A", A''', AIV) zur Erreichung eines guten
Tastverhältnisses gegenüber den ursprünglichen Meßsignalen (US1, US2)
eine geringere Frequenz aufweist.
6. Drehzahlgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen
soren (5a, 5b) GMR-Sensoren sind.
7. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn
zeichnet durch Mittel (7) zur binären Exklusiv-Oder-Verknüpfung zu dem
Ausgangssignal (A, A''', AIV).
8. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn
zeichnet durch Mittel zur Multiplikation zu dem Ausgangssignal.
9. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn
zeichnet durch Mittel zur Betragsbildung der Differenz zur Erzeugung des
Ausgangssignals.
10. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßsignale (U1, U2) um etwa 90° phasenversetzt
sind.
11. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung eines Drehrichtungssignals aus
den Meßsignalen (U1, U2) vorgesehen sind.
12. Drehzahlgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Drehrichtungsermittlung eine flankengesteuerte Flip-Flop-Schaltung vorge
sehen ist.
13. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Magnetsensoren (5a, 5b) über Schwellwertschalter
(6) zur Erzeugung des Ausgangssignals (A, AIV) an eine Exklusiv-Oder-
Schaltung (7) angeschlossen sind.
14. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sensoren (5a, 5b) zur Erzeugung des Ausgangs
signals (A') an eine Multiplikationsschaltung (8) angeschlossen sind.
15. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sensoren (5a, 5b) über Schwellwertschalter (6) mit
Flip-Flop-Schaltungen (11) verbunden sind, deren Ausgänge mit einer Ex
klusiv-Oder-Schaltung (7) zur Erzeugung des Ausgangssignals (A''') ver
knüpft sind.
16. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die magnetisch empfindlichen Sensoren (5a, 5b) in ei
nem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet sind.
17. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die magnetisch empfindlichen Sensoren (5a, 5b) auf
einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.
18. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß Mittel zur Modulation des Drehzahlsignals mit dem Dreh
richtungssignal zur Übertragung über eine Zweidrahtschnittstelle vorgese
hen sind.
19. Drehzahlgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Encoder (1) etwa 20 bis 30 hartmagnetische Pol
paare (N, S) aufweist.
20. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Encoder aus einer mit etwa 20 bis 30 Zähnen versehe
nen ferromagnetischen Zahnscheibe besteht und daß der Drehzahlgeber
einen feststehenden Magneten zur Erzeugung magnetischer Felder auf
weist.
21. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Encoder aus Kunststoff mit gebundenen hartmagneti
schen Partikeln besteht.
22. Drehzahlgeber nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
der Encoder aus einem Elastomer mit gebundenen hartmagnetischen Par
tikeln besteht.
23. Drehzahlgeber nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der En
coder die sich mitdrehende Dichtung eines Radlagers ist.
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