DE2125563C3 - Berührungsloser Positionsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen berührungslosen Geber für die Position zweier relativ zueinander bewegter Teile, wobei am ersten Teil eine in Relativ-Bewegungsrichtung ausgerichtete Folge von Magnetpolen wechselnder Polarität und am zweiten Teil ein Magnetfeld-Detektor zur Detektion eines sich mit der Relativposition der Teile ändernden Magnetfeldes vorgesehen ist.

Bei einem bekannten derartigen Geber (DE-AS 98 851) handelt es sich um einen Impulsgeber mit zwei relativ zueinander bewegten Teilen, von denen das eine, der Läufer, mit aufeinanderfolgenden Magnetpolen wechselnder Polarität versehen ist. Der Läufer ist hierzu wie ein Kronenrad ausgebildet, wobei die Zacken der Krone die Magnetpole mit wechselnder Polarität sind. Dieses Kronenrad bewegt sich an einem zweiten Teil, dem Stator, entlang, der mit einem Ferritring versehen ist. Das im Luftspalt zwischen Ferritring und Magnetpol entstehende Feld mit in seiner Richtung wechselndem Magnetfluß wird durch eine Hallsonde erfaßt.

Bei einem anderen bekannten berührungslosen Impulsgeber (DE-AS 12 04 706) weist der Läufer einen axial magnetisierten Permanentmagneten auf, wobei an den Stirnseiten des Permanentmagneten je ein zahnähnliches Polrad vorgesehen ist. Dabei sind die beiden Polräder mit gleicher Teilung in Umfangsrichtung zueinander derart versetzt, daß in axialer Blickrichtung die Zähne des einen Polrades mit den Zahnlücken des anderen Polrades fluchten. Der Stator befindet sich zwischen den beiden Polrädern und unifaßt von Polrad zu Polrad reichende Leitbleche mit einem dazwischen angeordneten Detektor in Gestalt einer Hallsonde. Die Leitbleche sind dabei so angeordnet, daß jeweils ein Leitblech von einem Zann des einen Polrades zur Lücke des gegenüberliegenden Polrades reicht und das benachbarte Leitblech vom Zahn des gegenüberliegenden PoJrades zur benachbarten Lücke des ersten Polrades führt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Flußrichtung des Magnetfeldes im Bereich der Hallsonde wechselt, wenn der Läufer um eine halbe Polteilung relativ zum Stator gedreht wird.

Bei beiden bekannten Gebern ist nur der Läufer mit Magnetpolen versehen und der Stator weist Leitbleche und die Hallsonde auf. Der Magnetfluß durch die Hallsonde hängt nur ab von der Stärke der Magnete des Läufen, und der Geometrie (Luftspalte) und dem Material der Leitbleche bzw. des Ferritringes. Es läßt sich daher eine Bündelung eng zusammenliegender Magnetfelder nicht erzielen und es ist eine Erfassung von Zwischenpositionen der bewegten Teile, die kleiner sind als eine Polteilung, nicht gut reproduzierbar möglich, weil wegen der Änderung der Magnetfeldrichtung ein Ummagnetisieren der im Stator befindlichen Teile erfolgt und damit eine Einbuße an Genauigkeit verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. Geber der bekannten Art so weiter zu entwickeln, daß eine Bündelung eng zusammenliegender Magnetfelder und eine Abtastung kleinster Magnetpolabstände möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Geber der eingangs genannten Art dadurch, daß am zweiten Teil ebenfalls Magnetpole vorgesehen sind, welche bei der Relativbewegung über Bereiche der Pole am ersten Teil entlang geführt werden, und daß das sich ändernde Feld zwischen den Polen beider Teile detektiert wird.

Vorteile der Erfindung liegen darin, daß ein Positionsgeber hoher Auflösung geschaffen wird. Dabei wird erreicht, daß der Magnetfluß innerhalb des Stators seine Richtung nicht umkehrt, sondern lediglich je nach Relativstellung zum Läufer der Fluß zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert oder Nullwert pendelt. Es läßt sich dadurch die gewünschte hohe Auflösung erzielen und ferner eine vorteilhafte Möglichkeit eröffnen, die anschließend noch erläutert wird. Bei der Erfindung wird durch die Verwendung zweier Magnete dann ein erhöhter Magnetfluß durch den Stator geleitet, wenn sich ungleichnamige Pole gegenüberstehen, wogegen der Magnetfluß ein Minimum oder den Wert Null erreicht, wenn sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. Dieses Prinzip ist im Stand der Technik ohne Vorbild und es wird durch seine Verwirklichung ein Geber mit wesentlich erhöhter

Auflosung geschaffen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung folgen sich die Magnetpole am zweiten Teil in Relativbewegungsrichtung der Teile in einem Abstand, der gleich den Abständen der Pole in diejer Richtung am ersten Teil ist oder der einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht Eine in dieser Art gewählte Geometrie der Anordnung führt zu besonders günstigen Verhältnissen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Magnetfelddetektor einen Ferritring, einen Hallgenerator oder eine Feldplatte.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Magnetfelddetektor einen mit einem Wechselsignal erregten Magnetkern, der in dem zu detektierenden Magnetfeld angeordnet ist, derart, daß der A.rbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie des Kernes mit dem zu detektierenden Magnetfeld verschoben wird und sich die Nichtlinearität der Kennlinie in einer Amplitudenmodulation des Kernerregungssignals auswirkt. Es wird also der Arbeitspunkt der Magnetisierungskennlinie des Ferritringes nicht Null, sondern in einen der beiden Kennlinienäste geleg·. Damit kann die Nichtlinearität der Magnetisierungskennlinie, die im Nullbereich linear verläuft, wesentlich besser für eine Amplitudenmodulation verwendet werden als dies der Fall wäre, wenn der Kern zusätzlich zu seiner Eigenerregung durch ein bipolares Feld erregt würde.

Bei einer anderen Ausführungsform, bei der die Teile eine relative Drehbewegung ausführen, sind die Magnetpole am ersten Teil als zwei kronverzahnte Räder ausgebildet und werden gemeinsam durch einen Permanentmagneten erregt. Dabei sind in bevorzugter weiterer Ausgestaltung die beiden kronverzahnten Räder mit einem nicht oder nur schwach magnetisierbaren Üben^'g versehen, damit sie spielfrei ineinandergesetzt werden können und ein zwischen allen Zähnen konstanter Luftspalt sichergestellt ist. Dies hat den Vorteil, daß sehr gleichbleibende Kennwerte bei der Herstellung verwirklicht werden können, ohne daß ein übermäßiger Aufwand getrieben werden muß.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das anschließend erläutert wird.

Es zeigt

F i g. 1 einen Drehgeber, und die

Fig.2—4 den Verlauf des magnetischen Flusses in verschiedenen Stellungen des Drehgebers.

Der in F i g. 1 dargestellte Drehgeber umfaßt gezahnte Weicheisen-Polräder 1 und 2 die Zahn auf Lücke einander gegenüberstehen. Ein Abtastorgan 4 umfaßt einen Magnet 5 und Weicheisenpolschuhe 3 und 6. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das Abtastorgan 4 einen mit Kupferdraht bewickelten Speicherringkern, der im Betrieb von einem nicht dargestellten Oszillator mit einer hohen Frequenz beaufschlagt wird. Die nichtlineare ferromagnetische Eigenschaft des Speicherringkernes bewirkt eine Amplitudenverstimmung beim Überstreichen der magnetischen Pole. Zum Anschluß der Anordnung dienen Anschlußklemmen 9 und 10 des Abtastorganes 4. Eine Halterung 7 für das Abtastorgan 4 besteht aus elektrisch und magnet'ich nicht leitendem Material. In Fig. 1 ist im Läufer noi h ein Magnet 8 dargestellt

In der schematisierten Darstellung der Fig.2 und 4 sind die verschiedenen Stellungen des Abtastorgans 4 zum Polrad und die sich dabei ergebenden magnetischen Flüsse dargestellt. Der stärkste Fluß ergibt sich dann, wenn dem Nordpol des Magneten 5 des Abtastorgans 4 ein Südpol eines der beiden Weicheisen-Polräder 1, 2 und dem Südpol des Magneten 5 ein Nordpol eines der beiden Weicheisen-Polräder 1, 2 gegenübersteht Der Fluß durch das Abtastorgan 4 ist praktisch Null.

Haben sich die beiden Polräder 1, 2 um eine halbe Polteilung gegenüber dem Abtastorgan 4 bewegt, ergibt sich ein stark reduzierter Fluß, wie dies in F i g. 3 angedeutet ist. Der vorher vernachlässigbar geringe Streufluß, der durch das Abtastorgan 4 verläuft, nimmt einen größeren Wert an. Haben sich die Polräder 1, 2 um eine volle Polteilung weiterbewegt, wie dies in Fig.4 dargestellt ist, dann stehen sich jeweils gleichnamige Pole des Magneten 5 und der Weicheisen-Polräder 1, 2 gegenüber. Damit ist der Fluß über die dem Magnet 5 abgewandten Enden der Polschuhe 3, 6 praktisch Null und es verläuft ein erheblicher Streufluß, der Maximalwert des Flusses, durch das Abtastorgan 4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Berührungsloser Geber für die Position zweier relativ zueinander bewegter Teile, wobei am ersten Teil eine in Relativbewegungsrichtung ausgerichtete Folge von Magnetpolen wechselnder Polarität und am zweiten Teil ein Magnetfeld-Detektor zur Detektion eines sich mit der Relativposition der Teile ändernden Magnetfeldes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Teil (7) ebenfalls Magnetpole (3, 5, 6) vorgesehen sind, welche bei der Relativbewegung über Bereiche der Pole (1,2) am ersten Teil entlanggeführt werden, und daß das sich ändernde Feld zwischen den Polen beider Teile (1,2; 3,6) erfaßt wird.

2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole am zweiten Teil in Relativbewegungsrichtung der Teile, sich im Abstand folgen, der gleich den Abständen der Pole (1,2) in dieser Richtung am ersten Teil ist, oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.

3. Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelddetektor einen Ferritring, einen Hallgenerator oder eine Feldplatte umfaßt.

4. Geber nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelddetektor einen mit einem Wechselsignal erregten Magnetkern umfaßt, der im zu detektierenden Magnetfeld angeordnet ist, derart, daß der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie des Kernes mit dem zu detektierenden Magnetfeld verschoben wird und sich die Nichtlinearität der Kennlinie in einer Amplitudenmodulation des Kernerregungssignals auswirkt.

5. Geber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teile eine relative Drehbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole am ersten Teil als zwei kronverzahnte Räder ausgebildet sind und gemeinsam durch einen Permanentmagneten erregt werden.

6. Geber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kronverzahnten Räder mit einem nicht oder nur schwach magnetisierbaren Überzug versehen sind, damit sie spielfrei ineinander gesetzt werden können, und ein zwischen allen Zähnen konstanter Luftspalt sichergestellt ist.

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