DE2137800A1

DE2137800A1 - Magnetische Aufnehmereinrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung

Info

Publication number: DE2137800A1
Application number: DE19712137800
Authority: DE
Inventors: Piero; Soardo Paolo; Cavallarin Bruno; Turin Mazzetti (Italien). P
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1972-05-04
Also published as: JPS5119792B1; FR2112298A1; FR2112298B1; GB1302507A

Description

Magnetische Aufηehmereinrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung

Priorität: 16. Oktober 1970, Italien

Die Erfindung betrifft eine magnetische Aufnehmereinrichtung zum Messen von Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung, insbesondere zur Verwendung in der Messung der Winkelgeschwindigkeit eines Laufrades eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise in Zuordnung zu rutschsicheren Bremssystemen, selbst wenn andere Einrichtungen vorgesehen sind.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer magnetischen Aufnehmereinrichtung der Bauart mit einem Zahnrad, welches mit einem magnetischen Element zusammenwirkt, welches in der Nähe der Zähne des Rades angeordnet ist, um ein elektrisches

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Ausgangs signal herzuleiten, das rait der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades in Beziehung steht.

Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Winkelstellung oder der Geschwindigkeit eines sich drehenden Elementes, welches um seine Achse rotiert, besteht darin, ein elektrisches Signal auszunutzen, welches durch die Bewegung aufeinanderfolgender Zähne eines geeigneten Zahnrades aus ferromagnetische!!! Material, welches am sich drehenden Element befestigt ist oder durch dieses angetrieben ist, vorbei an einer daneben angeordneten magnetischen Aufnehmereinrichtung erzeugt wird» Die Aufnehmereinrichtung besteht üblicherweise aus einer kleinen Spule, die auf einem ferromagnetischen Kern gewickelt und so angeordnet ist, daß das in Verbindung mit der Spule stehende magnetische Feld, welches durch einen geeignet positionierten Dauermagneten erzeugt wurde, als Folge der Be-Mc^a: g lev Zähne des Rades an der Aufnehmereinrichtung vorbei variiert, wodurch eine Spannung in der Spule induziert wird. Die induzierte Spannung wird im wesentlichen proportional der Winkelgeschwindigkeit des Rades solange, wie ein Verlust aufgrund der Wirbelströme im Kern vernachlässigbar ist.

Man sieht, daß dann, wenn die Abmessungen der Aufnehmereinrichtung ausreichend klein sind, um gewisse praktische Forderungen zu erfüllen, wie dies gewöhnlich der Fall ist, die induzierte Spannung, insbesondere bei niedrigen Drehgeselivifindigkeiten des Rades, in Praxis sehr klein sein kanru Darüberhinaus kann eine zufriedenstellende Verstärkung der Spannung Schwierigkeiten im Hinblick auf Störungen bringen, die unvermeidlicherweise im Ausgang der Aufnehmereinrichtung vorhanden sind.

Erfindungsgemäß soll darum vor allem eine magnetische Aufnehmereinrichtung vorgeschlagen werden, die in der Lage ist,

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eine Ausgangsspannung zu liefern, die im wesentlichen größer als diejenige ist, die mit bisher bekannten Aufnehmereinrichtungen erhältlich war.

Auch soll erfindungsgemäß eine Aufnehmereinrichtung vorgeschlagen werden, die weniger empfindlich gegen den Einfluß von Störungen als bekannte Aufnehmereinrichtungen der genannten Art ist.

Auch soll eine magnetische Aufnehmereinrichtung der genannten Art vorgeschlagen werden, die in der Lage ist, zufriedenstellend trotz der Arbeitstoleranzen im Rad und der Montage zu arbeiten, wobei die Toleranzen weiter als die bekannter Aufnehmereinrichtungen sein können.

Erfindungsgemäß wird all dies durch eine magnetische Aufnehmereinrichtung der Differentialbauart erreicht, die es möglich macht, in beachtlicher Weise die Amplitude des elektrischen Ausgangs signals der Einrichtung zu vergrössern, wodurch der Einfluß von Fehlern, Störungen und Herst ellungs- und Montagetoleranzen auf das Ausgangssignal vermindert wird.

Erfindungsgemäß wird nun eine magnetische Aufnehmereinrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals, welches repräsentativ für Y/inkelgeschwhdigkeit oder Winkellage ist, der Bauart vorgeschlagen, welche ein magnetisches Element umfaßt, das induktiv mit einer Spule gekoppelt ist und mit einem ferromagnetische Zahnrad zusammenwirkt, welches so ausgebildet ist, daß es sich mit oder durch das sich drehende Element dreht, und zeichnet sich dadurch aus/die Abnehmereinrichtung zwei magnetische Kreise umfaßt, die induktiv mit einer gemeinsamen Ausgangsspule gekoppelt sind, wobei jeder Kreis ein Paar von Polschuhen aufweist, die mit den Zähnen des Rades zusammenwirken und

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in Umfangsriehtung der Zähne unter Abstand angeordnet .sind,, wobei die Entfernung zwischen den Polschuhen in jedem Paar eine gerade Zahl von Halbteilungen der Zähne des Rades ausmacht, und die Entfernung zwischen den Mitten der beiden Paaren von Schuhen eine ungerade Zahl von Halbteilungen dieser Zähne ausmacht.

Eine bevorzugte praktische Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, die rein schematisch eine magnetische Aufnehmereinrichtung nach der Erfindung zeigt.

Nach der Zeichnung umfaßt die magnetische Aufnehmerein richtung zwei Dauermagnet M₁ und Mp, zwischen denen ein Kern N sich erstreckt. Die beiden Dauermagnet M.. und Mp stehen sich mit den gleichen Polen gegenüber und jeder ist auf zwei parallelen Polflächen jeweils mit Schuhen S₁, S£ und S^, S. versehen. Die Schuhe S₁ und S\ bilden ein erstes Paar von Schuhen, welche zusammen mit dem Kern N und dem Dauermagnet M₁ einen ersten magnetischen Kreis bilden, der durch einige Zähne auf dem Umfang eines nebenangeordneten Zahnrades vervollständigt ist, von dem ein Teil durch R angedeutet wurde. Die Schuhe S2 und S, bilden ein zweites Paar von Schuhen, welche zusammen mit dem Kern N und dem Dauermagnet Mg einen zweiten magnetischen Kreis bilden, der auch durch die Zähne des Rades R vervollständigt ist.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die jeweiligen durch die Schuhe S₁ - S. getragenen Polstücke, welche den Umfang des gezahnten Rades R gegenüberliegen, so unter Abstand angeordnet, daß aufeinanderfolgende Paare von Polstücken in Umfangsriehtung, das ist S₁ SpJ S2, S^ und S,, S, voneinander um eine integrale ungerade Zahl vollständiger Zahnteilungen des Zahnrades R unter Abstand

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angeordnet sind. So sind die ersten und zweiten Paare von Polstücken S^, S,,und S₂, S. durch eine ungerade Zahl von Zahnteilungen versetzt angeordnet, wodurch sichergestellt wird, daß sämtliche der vier Polstücke niemals gleichzeitig ausgerichtet bezüglich der Zähne des Rades R sind. So ist in der Zeichnung das erste Paar von Schuhen S₁, S^ ausgerichtet bezüglich der beiden Zähne des Rades R dargestellt, und daher wird der erste magnetische Kreis durch das Rad R vervollständigt, während das zweite Paar von Schuhen S2, S₄ aasgerichtet bezüglich zwei Räumen zwischen den Zähnen des Rades R ist, so daß der zweite magnetische Kreis durch das Rad R im wesenüichen offen ist. Bei Drehung des Rades R durch eine halbe Zahnteilung aus der in der Zeichnung dargestellten Lage wird der erste magnetische Kreis geöffnet, der zweite geschlossen.

Das heißt, die beiden magnetischen Kreise werden abwechselnd bei Drehung des Rades R über eine Zeit gleich der Zeit geschlossen, die das Rad R braucht, um sich durch eine halbe Zahnteilung zu drehen. Da die beiden Dauermagneten M₁ und M₂ gleiche einander gegenüberstehende Pole, wie in der Zeichnung dargestellt, aufweisen, bringt eine Bewegung des Rades R um eine halbe Zahnteilung eine Umsteuerung des magnetischen Feldes im Kern N hervor.

Eine Spule B ist auf den Kern N gewickelt. Strom wird in die Spule B als Ergebnis des wechselnden Magnetfeldes im Kern N nach Drehung des Rades R induziert, wobei der Strom die Richtung für jede halbe Zahnteilung der Bewegung des Rades R umsteuert.

Wenn somit η die Drehgeschwindigkeit des Rades R in*Umdrehungen pro Sekunden und d die Anzahl"* der Zähne auf dem liad-R₁₁-.^:: ist, dann wird die Frequenz f der induzierten Spättnüng^J/-^ welche mehr oder weniger sinusförmig und an den Klemmen der

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Spule B erzeugt wird, gegeben durch: f = η d,

d. h., die Frequenz f ist proportional der Winkelgeschwindigkeit des Rades R.

Wie schematisch dargestellt, wird die induzierte Spannung an einen Rechteckkreis Q gelegt, der in an sich bekannter Weise einen Rechteckwellenausgang der gleichen Frequenz wie die sinusförmige von der Spule B induzierte Spannung liefert. Die Frequenz der Rechteckwelle wird, um die Drehgeschwindigkeit des Rades zu erhalten, nach bekannten Verfahren gemessen. Zusätzlich gibt ein Zählen der Perioden der Rechteckwelle die Winkellage des Rades gegenüber einer Bezugsstellung an.

Die Umkehrung des Magnetfeldes im Kern K und damit die Vorzeichenumkehr der induzierten elektromagnetischen Kraft in der Spule B im Verlauf der Bewegung des Rades R durch eine vollständige Polteilung führt zu einem alternierenden Ausgangssignal mit einer Spitze-Spitze-Amplitude, die gleich dem Doppelten derjenigen einer magnetischen Aufnehmereinrichtung der bisher bekannten Art ist. Außerdem macht die Differentialwirkung des Kreises die Einrichtung im wesentlichen unempfindlich gegen Änderungen des Luftspalts zwischen den Zähnen des Rades R und den Polflächen der Schuhe S - S,, wodurch für die Aufnahme so größere Herstellungstoleranzen des Rades und der Montage des Rades auf der Welle möglich werden.

Obwohl nach der mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschriebenen Ausführungsform Dauermagneten zur Herstellung der beiden magnetischen Kreise verwendet werden, können diese Dauermagneten durch ELektromagnete ersetzt werden.

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Außerdem kann die Aufnehmereinrichtung unterschiedliche praktische Ausfuhrungsformen annehmen und das Positionieren der Polschuhe kann auch unterschiedlich mit Bezug auf das Zahnrad sein. Insbesondere kann das Zahnrad einen inneren gezahnten Rand, Umfang oder Flansch aufweisen, wobei in diesem Fall die Aufnehmereinrichtung auf der Innenseite des Rades montiert wäre.

Nach der spezifischen hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsform sind die Polschuhe S₁ - S, unter gleichen Intervallen zueinander unter Abstand angeordnet: Im allgemeinen jedoch können unterschiedliche Abstände verwendet werden, vorausgesetzt, die Polschuhe S-, S^ und S2» S. jedes Paares sind um ein integrales gerades Vielfaches der Halbteilung der Zähne auf dem Rad R unter Abstand angeordnet und vorausgesetzt, die Entfernung zwischen den Mitten der beiden Paare von Schuhen,- das ist die relative Unifangsverschiebung der beiden Schuhpaare - ist ein integrales ungerades Vielfachesder Halbteilung der Zähne.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

1.ylttagnetische Aufnehmereinrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals, welches repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit oder Winkelstellung eines sich drehenden Elementes ist, der Bauart mit einem magnetischen Element, welches induktiv mit einer Spule gekoppelt ist und mit einem gezahnten ferromagnetischen Rad zusammenwirkt, das so ausgebildet ist, daß es mit oder durch das drehbare Element drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber zwei Magnetkreise (S₁, M₁, N, S-,; S₂, M₂, N, S,) aufweist, die induktiv mit einer gemeinsamen Ausgangsspule (B) gekoppelt sind, , wobei jeder Kreis ein Paar von Polschuhen (S₁, S^; S₂, S4) aufweist, die mit den Zähnen des Rades (R) zusammenwirken und in Umfangsrichtung der Zähne unter Abstand angeordnet sind, wobei die Entfernung zwischen den Polschuhen jedes Paares (S₁, S^; S₂, S.) eine gerade Anzahl von Halbteilungen der Zähne des Rades (R) und die Entfernung zwischen den Mitten der beiden Sehuhpaare eine ungerade Zahl von Halbteilungen dieser Zähne ausmacht.

2. Magnetische Auf nehmereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden magnetischen Kreise einen Dauermagneten (M₁; M₂) umfaßt.

3. Magnetische Aufnehmereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden magnetischen Kreise einen Elektromagneten umfaßt.

4. Magnetische Auf nehmereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Paare von Polschuhen (S₁, S-,; S₂, S^)

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mit den gleichen Polen nach außen weisend angeordnet sind.

5. Magnetische Aufnehmereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rechteckumformereinrichtung (Q), die das elektrische durch diese . Ausgangsspule (B) gelieferte Signal beim Betrieb des Gebers aufnimmt und einen entsprechenden Rechteckwellenausgang liefert.

PATENTANWÄLTE

ORHNO. M. FINCKE, DIPL-lNG. H. BOH*

WPLINe. S. STAKK

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Leerseite

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