DE3302084C2 - Induktiver Drehgeber - Google Patents
Induktiver DrehgeberInfo
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Abstract
Es wird ein induktiver Drehgeber beschrieben, bestehend aus einem Rotor (1) mit an seinem Umfang verteilten Wiegand-Drähten (5) und aus einem Stator (3), in welchem vier Magnetpolpaare (6 bis 9) mit alternierender Polarität nebeneinander angeordnet sind und die vorbeilaufenden Wiegand-Drähte (5) asymmetrisch erregen. Die Wiegand-Impulse werden von einer im Stator (3) zwischen den beiden inneren Magneten (6, 7) angeordneten elektrischen Wicklung (20) aufgefangen.
Description
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein induktiver Drehgeber mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1
angegebenen Merkmalen. Ein solcher Drehgeber ist aus der DE-OS 21 57 286 bekannt. Er besitzt einen Rotor,
der zur Drehachse parallele Wiegand-Drähte trägt, welche mit untereinander gleichen Abständen auf einer Zylindermantelfläche
angeordnet sind.
Wiegand-Drähte sind in ihrer Zusammensetzung homogene, ferromagnetische Drähte (z. B. aus einer Legierung
von Eisen und Nickel, vorzugsweise 48% Eisen und 52% Nickel, oder aus einer Legierung von Eisen
und Kobalt, oder aus einer Legierung von Eisen mit Kobalt und Nickel, oder aus einer Legierung von Kobalt
mit Eisen und Vanadium, vorzugsweise 52% Kobalt, 38% Eisen und 10% Vanadium), die infolge einer besonderen
mechanischen und thermischen Behandlung einen weichmagnetischen Kern und einen hartmagnetischen
Mantel besitzen, d. h., der Mantel besitzt eine höhere Koerzitivkraft als der Kern. Wiegand-Drähte haben typisch
eine Länge von 10 bis 50 mm, vorzugsweise von 20 bis 30 mm. Bringt man einen Wiegand-Draht, bei dem
die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen Kerns mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen
Mantels übereinstimmt, in ein äußeres Magnetfeld, dessen Richtung mit der Richtung der Drahtachse
übereinstimmt, der Magnetisierungsrichtung des Wiegand-Drahtes aber entgegengesetzt ist, dann wird bei
Überschreiten einer Feldstärke von ca. 16 A/cm die Magnetisierungsrichtung
des weichen Kerns des Wiegand-Drahtes umgekehrt. Diese Umkehrung wird auch als Rückstellung bezeichnet. Bei erneuter Richtungsumkehr
des äußeren Magnetfeldes kehrt sich die Magnetisierungsrichtung des Kerns bei Überschreiten einer kritischen
Feldstärke des äußeren Magnetfeldes (welche man als Zündfeldstärke bezeichnet) erneut um, so daß
der Kern und der Mantel wieder parallel magnetisiert sind. Diese Umkehrung der Magnetisierungsrichtung
erfolgt sehr rasch und geht mit einer entsprechend starken Änderung des magnetischen Kraftflusses pro Zeiteinheit
einher (Wiegand-Effekt). Diese Änderung des Kraftflusses kann in einer Induktionswicklung, die als
Sensorwicklung bezeichnet wird, einen kurzen und sehr hohen (je nach Windungszahl und Belastungswiderstand
der Induktionsspule bis zu ca. 12VoIt hohen) Spannungsimpuls induzieren (Wiegand-Impuls).
Auch beim Zurückstellen des Kerns wird in der Sensorwicklung ein Impuls erzeugt, allerdings mit wesentlich
geringerer Amplitude und mit umgekehrten Vorzeichen als im Falle des Umklappens von der antiparallelen
in die parallele Magnetisierungsrichtung.
Liegt der Wiegand-Draht in einem Magnetfeld, dessen Richtung sich von Zeit zu Zeit umkehrt und welches
so stark ist, daß es zuerst den Kern und danach auch den Mantel umrnagnetisieren und jeweils bis in die magnetische
Sättigung bringen kann, so treten Wiegand-Impulse infolge des Umklappens der Magnetisierungsrichtung
des weichmagnetischen Kerns abwechselnd mit positiver und negativer Polarität auf und man spricht
von symmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man Feldstärken von ca. (—80 bis 120 A/
cm) bis (+80 bis 120 A/cm). Das Ummagnetisieren des Mantels erfolgt ebenfalls sprunghaft und führt ebenfalls
zu einem Impuls in der Sensorwicklung, jedoch ist der Impuls wesentlich kleiner als der beim Umklappen des
Kerns induzierte Impuls.
Wählt man jedoch als äußeres Magnetfeld ein solches, welches nur in der Lage ist, den weichen Kern, nicht
aber den harten Mantel in seiner Magnetisierungsrichtung umzukehren, dann treten die hohen Wiegand-Impulse
nur mit gleichbleibender Polarität auf und man spricht von asymmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes.
Dazu benötigt man in der einen Richtung eine Feldstärke von wenigstens 16 A/cm (für die Rückstellung
des Wiegand-Drahtes) und in der umgekehrten Richtung eine Feldstärke von ca. 80 bis 120 A/cm.
Charakteristisch für den Wiegand-Effekt ist, daß die
durch ihn erzeugten Impulse in Amplitude und Breite weitgehend unabhängig sind von der Änderungsgeschwindigkeit
des äußeren Magnetfeldes und ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen.
Für die Erfindung geeignet sind auch anders aufgebaute bistabile magnetische Elemente, wenn diese zwei
magnetisch miteinander gekoppelte Bereiche von unterschiedlicher Härte (Koerzitivkraft) besitzen und in
ähnlicher Weise wie Wiegand-Drähte durch induziertes, rasch erfolgendes Umklappen des weichmagnetischen
Bereichs zur Impulserzeugung verwendet werden können. So ist zum Beispiel aus der DE-PS 25 14 131 ein
bistabiler magnetischer Schaltkern in Gestalt eines Drahtes bekannt, der aus einem hartmagnetischen Kern
(ζ. B. aus Nickel-Kobalt), aus einer darauf abgeschiedenen elektrisch leitenden Zwischenschicht (z. B. aus Kupfer)
und aus einer hierauf abgeschieden weichmagnetischen Schicht (z. B. aus Nickel-Eisen) besteht. Eine andere
Variante verwendet zusätzlich einen Kern aus ei-
b5 nem magnetisch nicht leitenden metallischen Innenleiter
(z. B. aus Beryllium-Kupfer), auf den dann die hartmagnetische Schicht, darauf die Zwischenschicht und darauf
die weichmagnetische Schicht abgeschieden wer-
den. Dieser bekannte bistabile magnetische Schaltkern erzeugt allerdings geringere Schaltimpulse als ein Wiegand-Draht
Der Mantelfläche des Rotors gemäß der DE-OS 21 57 286 Hegt ein Stator gegenüber, welcher zwei annähernd
in einer Ebene mit der Drehachse angeordnete Magnetpolpaare aufweist, welche durch zwei antiparallel
zueinander liegende Hufeisenmagnete gebildet werden, deren Polflächen der Mantelfläche des Rotors zugewandt
sind. Die Hufeisenmagnete sind so stark gewählt und so dicht am Rotor angeordnet, daß sie die
während der Rotordrehung an ihnen vorüberbewegten Wiegand-Drähte symmetrisch erregen.
Durch die antiparallele Orientierung der Hufeisenmagnete, entsteht ein statisches Magnetfeld, welches in einer
zwischen den Magnetpolpaaren liegenden Fläche e-nen mit einer Richtungsumkehr verknüpften Nulldurchgang
der magnetischen Feldstärke aufweist; diese Fläche wird nachfolgend auch als die neutrale Zone des
Magnetfeldes bezeichnet. Die Wiegand-Drähte durchqueren diese neutrale Zone und dies bewirkt ihre abrupte
Ummagnetisierung, welche jedesmal mit einer kurzzeitigen
Änderung des Kraftflusses verknüpft ist, welche in einer elektrischen Wicklung, nachfolgend auch als
Sensorwicklung bezeichnet, einen elektrischen Spannungsimpuls, eben den Wiegand-Impuls, erzeugt, sofern
der sich ändernde Kraftfluß durch die Wicklung hindurchgreift.
Die symmetrische Erregung gestattet es, aus der Polarität der Wiegand-Impulse die Drehrichtung des. Rotors
zu erkennen, denn diese kehrt sich bei einer Drehrichtungsumkehr ebenfalls um.
Um in der Sensorwicklung möglichst hohe Wiegand-Impulse zu erhalten, muß dafür Sorge getragen werden,
daß die beim Ummagnetisieren der Wiegand-Drähte auftretende Kraftflußänderung sich möglichst stark in
der Sensorwicklung auswirkt, d. h., im Augenblick des Ummagnetisierens sollte eine möglichst enge Kopplung
zwischen dem jeweiligen Wiegand-Draht und der Sensorwicklung bestehen. Gemäß der DE-OS 21 57 286
liegt die Sensorwicklung deshalb in der neutralen Zone und ist auf einen ferromagnetischen Kern gewickelt,
dessen beide Enden möglichst dicht an die Mantelfläche des Rotors und nahe an die Enden der Wiegand-Drähte
herangeführt sind. Ferner ist wichtig, daß die Wiegand-Drähte stets an genau derselben Stelle vor dem Stator
in ihrer Magne'isierungsrichtung umklappen. Um dies zu gewährleisten, sollten sich die Wiegand-Drähte beim
Durchqueren der neutralen Zone in einem Magnetfeld mit möglichst großem Feldstärkegradienten bewegen.
Dies ist auch wichtig, wenn man mit dem Drehgeber eine hohe Winkelauflösung (kleinster Zentriwinkel, den
zwei Wiegand-Drähte haben dürfen, damit die von ihnen ausgehenden Wiegand-Impulse noch getrennt erkennbar
sind) erreichen will. Einen steilen Feldstärkeverlauf in der neutralen Zone kann man dadurch zu
erreichen versuchen, daß man die beiden mit der Rotorachse in einer Ebene liegenden Magnetpulpaare möglichst
dicht zusammenrücken läßt. Einer beliebigen Annäherung der Magnetpolpaare sind im vorliegenden
Fall jedoch Grenzen gesetzt, weil sie sich aufgrund ihrer antiparallelen Orientierung gegenseitig schwächen, d. h.,
die Stärke des Magnetfeldes, welches die Wiegand-Drähte durchqueren, nimmt ab, wenn diese Magnetpole
einander angenähert werden. Es muß aber gewährleistet werden, daß die zur fortgesetzten Erregung der
Wiegand-Drähte nötige Feldstärke auf jeden Fall erhalten bleibt. Im Falle der DE-OS 21 57 286 sind das wenigstens
80 A/cm für die symmetrische Erregung der Wiegand-Drähte. Um hohe und stabile (d. h. in der Amplitude
möglichst gleich bleibende) Wiegand-Impulse zu erhalten, sind aber noch höhere Feldstärken anzustreben,
die die Wiegand-Drähte nach jeder Umkehr der Magnetisierungsrichtung wieder hoch sättigen.
Bei dem aus der DE-OS 21 57 286 bekannten Drehgeber sind daher neben den beiden antiparallel orientierten
Magnetpolpaaren in einigem Abstand von diesen (jeweils etwa 120° Winkelabstand bezogen auf dis Rotorachse)
noch zwei weitere, ebenfalls stationäre Magnete vorgesehen, welche antiparallel zueinander, aber
i. w. parallel zu den ihnen benachbarten, der Sensorwicklung zugeordneten Magnetpolpaaren orientiert
sind, und welche allein dazu dienen, die Wiegand-Drähte vor und nach ihrem Umklappen der Magnetisierungsrichtung in einen Zustand hoher magnetischer Sättigung
zu bringen, was mit den eng benachbarten inneren, der Sensorwicklung zugeordneten Magnetpolpaaren wegen
deren gegenseitiger Beeinflussung nicht möglich ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven
Drehgeber der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Beibehaltung der Abhängigkeit
der Polarität der Wiegand-Impulse vom Drehsinn des Rotors zur Erzielung hoher und stabiler Impulse sowie
einer verbesserten Winkelauflösung die inneren Magnetpolpaare einander weiter angenähert werden können.
Dies wird erreicht durch einen Drehgeber mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung kann man die beiden inneren Magnetpolpaare des Stators so eng benachbart anordnen,
daß infolge ihrer gegenseitigen Beeinflussung das von ihnen erzeugte Magnetfeld zwar nicht mehr ausreicht,
die Magnetisierungsrichtung der Wiegand-Drähte vollständig, d. h. sowohl in der harten Schale pls auch
im weichen Kern, umzukehren, wohl aber noch ausreicht, um einen Wiegand-Draht magnetisch zurückzustellen,
d. h., die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen Kerns von der parallelen in die antiparallele
Orientierung bezogen auf den hartmagnetischen Mantel des Wiegand-Drahtes umzukehren. Dazu benötigt
man nur etwa ein Fünftel der für das gleichzeitige Ummagnetisieren des hartmagnetischen Mantels erforderlichen
Feldstärke, und daraus wird anschaulich deutlich, wieviel näher als bei dem aus der DE-OS 21 57 286 bekannten
Drehgeber die inneren Magnetpolpaare zueinander angeordnet werden können. Die auch bei asymmetrischer
Erregung nach dem Auftreten eines Wiegand-Impulses nötige erneute Sättigung des jeweiligen
Wiegand-Drahtes bewirken die beiden den inneren Magnetpolpaaren benachbarten weiteren zwei Magnetpolpaare,
welche nachfolgend auch als äußere Magnetpolpaare bezeichnet werden. Die äußeren Magnetpolpaare
sind i. w. antiparallel zueinander sowie zu dem jeweils benachbarten inneren Magnetpolpaar orientiert.
Die Vorteile der Erfindung gegenüber einem Drehge-
ber gemäß der DE-OS 21 57 286liegen darin, daß durch
das enge Zusammenrücken der inneren Magnetpolpaare die Stelle, an welcher die Wiegand-Drähte umklappen
und den charakteristischen Wiegand-Impuls erzeugen, sehr genau und eng begrenzt festgelegt ist: das
b5 ermöglicht einerseits eine hohe Winkelauflösung des
Drehgebers, andererseits kann die Sensorwicklung an diese Stelle sehr eng angekoppelt werden, entweder dadurch,
daß man sie selbst unmittelbar daneben anordnet,
und/oder dadurch, daß man die Wicklung auf einem ferromagnetischen Kern anordnet, dessen Enden man
bis unmittelbar vor die Stelle im Bereich der neutralen Zone heranführt, wo die vorüberlaufenden Wiegandürähte
den Wiegand-Impuls erzeugen. Hierdurch werden hohe und stabile Wiegand-Impulse erreicht, die
obendrein schon allein wegen der Wahl der asymmetrischen Erregung wesentlich höher ausfallen als im Falle
der DE-OS 21 57 286. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, daß alle diese Vorteile sich erreichen
lassen, wenn man — ausgehend von einem aus der DE- -OS 21 57 286 bekannten Drehgeber - lediglich die Polarität
der beiden dortigen äußeren, der Sättigung dienenden Magnete umkehrt. Diese nur bei einer Betrachtung
ex post vordergründig simple Umkehr ändert jedoch das Funktionsprinzip des Drehgebers grundlegend
und in außerordentlich vorteilhafter Weise.
Vorzugsweise sollten die beiden äußeren, der Sättigung der Wiegand-Drähte dienenden Magnetpolpaare
möglichst dicht an die beiden inneren Magnetpolpaare herangedrückt werden. »Möglichst dicht« ist dabei so zu
verstehen, daß der Abstand der äußeren Magnetpolpaare von den inneren Magnetpolpaaren noch so groß und
ihre gegenseitige Schwächung noch so gering ist, daß die Feldstärke der von den beiden äußeren Magneten
erzeugten Magnetfelder noch so groß ist, daß es die an ihnen vorüberwandernden Wiegand-Drähte noch hoch
sättigen kann, wozu die Wiegand-Drähte einer Feldstärke von rund 120 A/cm oder mehr ausgesetzt werden
sollten. Es hat sich gezeigt, daß die vier Magnetpolpaare zusammengenommen dichter beieinander liegen können
als dies bei einem Drehgeber gemäß der DE-OS 21 57 286 möglich wäre. Letzteres führt zu einem weiteren
Vorteil der Erfindung:
Nach einer Drehrichtungsumkehr des Rotors können jene Wiegand-Drähte, die vor der Drehrichtungsumkehr
die neutrale Zone unter Erzeugung eines Wiegand-Impulses passiert haben, von den äußeren Magnetpolpaaren
aber noch nicht wieder in den Sättigungszustand gebracht wurden, beim erneuten Durchqueren der neutralen
Zone keinen Wiegand-impuls erzeugen, d. h„ der
Rotor besitzt bei Drehrichtungsumkehr einen gewissen toten Winkel, der vom Abstand der äußeren Magnetpolpaare
von der neutralen Zone zwischen den inneren Magnetpolpaaren abhängt, und dieser tote Winkel kann
beim erfindungsgemäßen Drehgeber wegen des kompakteren Stators kleiner sein als bei einem vergleichbaren
Drehgeber gemäß der DE-OS 21 57 286.
Vorzugsweise wird für den erfindungsgemäßen Drehgeber
eine Zylindergeometrie gewählt (Anspruch 2). d. h~ die Wiegand-Drähte sollen parallel zueinander auf
einer Zylinderfläche mit der Rotorachse als Zylinderachse, z. B. in Nuten auf einer zylindrischen Umfangsfläche
des Rotors angeordnet sein und die Magnetpole sollen jeweils wenigstens annähernd in einer Ebene mit
der Rotorachse und möglichst dicht vor dieser Zylinderflache liegen. Aber auch in anderen Geometrien kann
die Erfindung verwirklicht werden. So kann man die Wiegand-Drähte statt auf einer Zylindermanteifläche
auf einer Kegelmantelfläche parallel zu den Mantellinien anordnen und paßt die Anordnung der Magnetpolpaare
so daran an, daß die in Drehrichtung nebeneinander liegenden Magnetpolpaare zu der ihnen jeweils
nächstliegenden Mantellinie der Kegelmantelfläche parallel oder annähernd parallel orientiert sind. Durch
fortschreitende Vergrößerung des halben Öffnungswinkels des Kegelmantels bis auf 90° gelangt man zu einer
entsprechenden Scheibengeometrie für den Rotor, bei der die Wiegand-Drähte ebenso wie die ihnen gegenüberliegenden
Magnetpolpaare radial orientiert sind. Da bei einer Abkehr von der Zylindergeometrie der
Aufbau der Magnetfelder und deren gegenseitige Beeinflussung und ihre gemeinsame Beeinflussung der
Wiegand-Drähte zunehmend unübersichtlicher werden, wird man von der Zylindergeometrie in der Praxis nur in
Ausnahmefällen abweichen.
Als Magnete verwendet man vorteilhaft Stabmagnete, deren Länge nicht größer sein sollte als die der Wiegand-Drähte
und welche dem jeweils nächstliegenden Wiegand-Draht parallel oder annähernd parallel liegen
sollten.
Die Verwendung von mehr als vier Magnetpolpaaren beim erfindungsgemäßen Drehgeber unter Beibehaltung
der asymmetrischen Erregung der Wiegand-Drähte ist möglich, wenngleich jedenfalls dann nicht vorteilhaft,
wenn dadurch der tote Winkel des Rotors vergrößert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt 1-1 gemäß Fig. 3 durch
einen Drehgeber,
F i g. 2 zeigt den prinzipiellen Verlauf der magnetischen
Feldstärke, dem ein jeder Wiegand-Draht bei einer Rotorumdrehung ausgesetzt ist, und
Fig.3 zeigt den entlang der Linie 11I-1II in Fig. 1 gelegten Schnitt durch den Drehgeber.
Der Drehgeber besteht aus einem Rotor 1 mit zylindrischer
Mantelfläche 2, welcher ein Stator 3 in geringem radialem Abstand gegenüberliegt. Der Rotor 1 besteht
aus Aluminium oder einem anderen nicht magnetischen Material und ist um die Zylinderachse 4 drehbar.
In die Mantelfläche 2 des Rotors 1 sind zur Achse 4 parallele, äquidistante Nuten eingearbeitet, in denen
dicht unter der Mantelfläche 2 je ein Wiegand-Draht 5 liegt, der z. B. in Kunstharz eingebettet und dadurch
fixiert ist.
Die dem Rotor 1 zugewandte Oberfläche des Stators 3 ist Teil einer Zylindermantelfläche mit der Achse 4 als
Zylinderachse. Das muß so nicht sein, wichtig ist, daß der Stator 3 möglichst nahe der Mantelfläche 2 des Rotors
liegt, damit die magnetische Beeinflussung der Wiegand-Drähte durch die im Stator 3 untergebrachten
Magnete 6, 7, 8 und 9 so intensiv wie möglich ist. Aus dieser Forderung ergibt sich, daß bei kleinen Rotoren
die Gestalt des Stators der Krümmung des Rotors eher entsprechen muß als bei großen Rotoren, zumal die Abmessungen
des Stators in Umfangsrichtung φ des Rotors unter dem Gesichtspunkt, die Magnete 6 bis 9 möglichst
dicht beisammen anzuordnen, überwiegend unabhängig vom Rotordurchmesser ist.
Die vier Magnete 6 bis 9 sind Hochleistungs-Stabmagnete, z. B. aus Kobalt-Samarium, welche parallel zur
Achse 4 verlaufen. Sie sind im Stator 1 in ein den Durchgriff des magnetischen Kraftflusses erlaubendes Material,
z. B. in ein Kunstharz, eingebettet und liegen dicht unter der Oberfläche 10 des Stators, welche dem Rotor
1 zugekehrt ist. Zwischen den beiden inneren Magneten 6 und 7 ist auf einem ferromagnetischen Kern 19, dessen
Enden dem Rotor 1 zugewandt sind, eine elektrische Wicklung 20, welche typisch einige Tausend Windungen
besitzt, vorzugsweise parallel zu den Magneten 6 und 7 angeordnet.
Die vier Magnete 6 bis 9 sind ungefähr gleich stark, aber mit alternierender Polarität nebeneinander angeordnet
Ein Wiegand-Draht 5, welcher sich bei Drehung des Rotors in Richtung des Pfeils 11 dem ersten äußeren
Magnet 8 nähert, durchquert dessen Magnetfeld, welches so stark ist, daß es den harten Mantel und den
weichen Kern in übereinstimmender Orientierung auszurichten und magnetisch zu sättigen vermag (bei 12 in
F i g. 2). Anschließend nähert sich der Wiegand-Draht 5 dem ersten inneren Magneten 6, welcher antiparallel
zum Magneten 8 orientiert ist. Daraus folgt, daß sich an der Stelle 13 die Richtung des Magnetfeldes umkehrt.
Dem positiven Spitzenwert 12 der Feldstärke folgt ein negativer Spitzenwert 14, dessen Absolutwert wegen
der Schwächung durch die benachbarten Magnete 8 und 7 geringer ist als der positive Spitzenwert 12, aber
noch sicher ausreicht, um die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen Kerns des Wiegand-Drahtes 5
umzukehren, d.h., den Wiegand-Draht magnetisch zu- is
rückzustellen (wozu man eine Feldstärke von 20 bis 30 A/cm wählt).
Da der zweite innere Magnet 7 antiparallel zum ersten inneren Magnet 6 orientiert ist, durchquert der
Wiegand-Draht 5 bei Weiterdrehung des Rotors 1 erneut eine neutrale Zone (räumlicher Nulldurchgang der
Feldstärke bei der Stelle 15) und kurz nach dem Nulldurchgang, nämlich bei einer Feldstärke von ca. 8 A/cm,
»zündet« der Wiegand-Draht 5, d. h., der weichmagnetische Kern klappt wieder um und orientiert sich parallel
zur hartmagnetischen Schale. Die damit verbundene kurzzeitige Änderung des magnetischen Kraftflusses induziert
in der Wicklung 20, welche auch als Sensorwicklung bezeichnet wird, einen elektrischen Spannungsimpuls
— eben den Wiegand-Impuls — welcher mittels einer Impulsverarbeitungsschaltung registriert oder
sonstwie weiterverarbeitet werden kann. Nahe dem zweiten inneren Magneten 7 durchquert der Wiegand-Draht
5 erneut einen positiven Feldstärke-Spitzenwert, dessen Wert mit dem Absolutwert des vorhergehenden
negativen Spitzenwertes 14 ungefähr übereinstimmt. Der positive Spitzenwert 16 reicht nicht aus, um den
Wiegand-Draht 5 hoch in die magnetische Sättigung zu bringen, wie es der erste äußere Magnet 8 tut; dafür ist
aber der Feldstärkeverlauf beidseits des Nulldurchgangs 15 sehr steil, so daß der Ort, an welchem die
Wiegand-Drähte 5 zünden, äußerst wenig variiert.
Da der zweite äußere Magnet 9 antiparallel zum zweiten inneren Magnet 7 orientiert ist, durchquert der
Wiegand-Draht 5 vom Magnet 7 kommend einen weiteren Nulldurchgang 17 der Feldstärke und danach einen
negativen Spitzenwert 18 der Feldstärke, dessen Absolutwert mit dem Spitzenwert 12 ungefähr übereinstimmt
und sowohl den Kern als auch die Schale des Wiegand-Drahtes 5 magnetisch umklappen läßt, ehe
nach der Vollendung einer Rotonimdrehung im Magnetfeld
des Magneten 8 beide, die Schale und der Kern des Wiegand-Drahtes 5, erneut umklappen. Diese beiden
letztgenannten totalen Umorientierungen des Wiegand-Drahtes werden nicht zur Signalgabe ausgenutzt.
Sie könnten aber ebenfalls in Wicklungen, welche nahe den äußeren Magneten 8 und 9 angeordnet würden,
Wiegand-Impulse induzieren, wenn auch schwächere und weniger stabile als in der zentralen Wicklung 20.
Bei einer Umkehr der Drehrichtung laufen die beschriebenen Vorgänge andersherum ab und die in der
Wicklung 20 entstehenden Spannungsimpulse haben entsprechend eine umgekehrte Polarität und die Steile,
an welcher der jeweilige Wiegand-Draht 5 zündet, liegt i. w. im selben geringen Abstand links (im Sinne der
Fig.2) vom Nulldurchgang 15 wie bei der zuerst beschriebenen
Drehrichtung rechts von diesem Nulldurchgang 15.
Der bei einer Drehrichtungsumkehr sich bemerkbar machende tote Winkel des Drehgebers, in welchem keine
Wiegand-Impulse empfangen werden, ist höchstens gleich dem Drehwinkel Δφ zwischen dem mittleren
Nulldurchgang 15 und einem der äußeren Magnete 8 und 9. Tatsächlich ist der tote Winkel geringer, da ein
Wiegand-Draht, der soeben gezündet hatte, schon vor Erreichen des Spitzenwerts 18 (bei Drehrichtung gemäß
Pfeil 11) bzw. des Spitzenwerts 12 bei umgekehrter Drehrichtung durch den Magneten 9 bzw. 8 so weit
gesättigt wird, daß er nach einer Umkehr der Drehrichtung einen verwertbaren Wiegand-Impuls liefern kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Induktiver Drehgeber, bestehend aus einem Rotor, welcher eine Folge von Wiegand-Drähten
od. dgl. bistabilen Elementen trägt, welche mit Abstand
nebeneinander und in einer Ebene mit der Drehachse liegend auf einer Rotationsfläche, deren
Achse die Drehachse des Rotors ist, angeordnet sind, und aus einem dieser Rotationsfläche benachbarten
Stator mit einer elektrischen Wicklung und mit vier jeweils wenigstens annähernd in einer Ebene mit der
Drehachse des Rotors liegenden, in Drehrichtung mit Abstand nebeneinander angeordneten Magnetpolpaaren,
deren statisches Magnetfeld die sich bei Drehung des Rotors an ihnen vorüberbewegenden
Wiegand-Drähten in deren Längsrichtung durchsetzt und von denen zwei eng benachbarte Magnetpolpaare
antiparallel orientiert und zwischen den beiden anderen Magnetpolpaaren liegend angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden anderen Magnetpolpaare (8, 9) ihrerseits jeweils
zu den ihnen benachbarten inneren Magnetpolpaaren (6,7) antiparallel orientiert sind.
2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotationsfläche (2) eine Zylindermantelfläche ist.
3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpolpaare (6 bis 9)
durch die Enden von Stabmagneten gebildet werden, welche parallel oder annähernd parallel zu den
geraden, ihnen benachbarten Wiegand-Drähten (5) verlaufen.
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