DE3621778A1 - Elektromagnetischer drehzahlgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Drehzahlgeber mit einem Spulenkern, der draht- oder stabförmig ausgebildet ist und aus einem in sich verspannten Verbundkörper sowie einem dazu parallel befestigten Dauermagneten besteht, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Magnet­ feldes in einer Richtung unabhängig von der Ge­ schwindigkeitsänderung des Magnetfeldes eine plötzliche Ummagnetisierung des Spulenkerns erfolgt.

In der DE-OS 34 11 079 ist ein Spulenkern für eine induktive, frequenzunabhängige Schaltvorrichtung beschrieben. Dieser Spulenkern besitzt Draht- oder Stabform und besteht aus einem Dauermagneten, der längs an einem Verbundkörper befestigt ist. Der Verbundkörper seinerseits besteht aus zwei verschiedenen Materialien, die in Richtung der Längsachse des Verbundkörpers mechanisch verspannt sind. Mindestens eines dieser Materialien ist ferromagnetisch und besitzt in Richtung der Längsachse anisotrope weichmagnetische Eigenschaften.

Ein derartiger Spulenkern hat auch bei geringen Längsabmessungen von 2 cm oder weniger die Eigenschaft, daß er bei Überschreiten eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung plötzlich ummagnetisiert wird. Dieser Effekt ist unabhängig von der Geschwindigkeit der Magnetfeldänderung. Wird das Magnetfeld umgekehrt, so wird auch der Spulenkern zurückmagnetisiert - allerdings ohne sprungartiges Verändern der Magnetisierungsrichtung. Bei diesem Spulenkern muß die Höhe des Gegenfeldes lediglich die Koerzitivfeldstärke des im Verbundkörper enthaltenen ferromagnetischen Materials erreichen oder überschreiten, ein bestimmtes Verhältnis zu dem den Impuls auslösenden Magnetfeld muß nicht eingehalten werden. Die zu über­ schreitende Mindestfeldstärke bei der Rückmagnetisierung beträgt ca. 17 bis 20 A/cm, wenn man die in der obengenannten Offenlegungsschrift genannten Legierungen des Verbundkörpers verwendet.

Die Magnetisierung ist nach oben hin nur begrenzt durch die Koerzitivfeldstärke des im Spulenkern enthaltenen Dauermagneten, die beispielsweise bei 400 A/cm liegen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verwendung eines derartigen, bekannten Spulenkörpers einen Drehzahlgeber anzugeben, der wahlweise die Umdrehungen der Welle als auch bestimmte Winkel­ stellungen der Welle erfassen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spulenkern (3) mit seiner Längsachse senk­ recht zur Drehachse (7) am Umfang einer drehbar gelagerten Welle (8) angeordnet ist und daß mit der Welle (8) mindestens ein Dauermagnet (9, 10, 11, 12, 13) so verbunden ist, daß seine Magnetisierungs­ richtung mit der Richtung der Längsachse des Spulenkerns (3) übereinstimmt und daß die Pola­ rität des bzw. der Dauermagnete (9 bis 13) so gewählt ist, daß bei Drehung der Welle (8) ab­ wechselnd unterschiedliche Pole an der Stirnseite des Spulenkerns vorbeigeführt werden.

Eine weitere Lösung besteht darin, daß mit einer drehbar gelagerten Welle (8) eine Scheibe (14) verbunden ist, daß in die Scheibe mindestens zwei Dauermagnete (12, 13) eingelassen sind, deren Ma­ gnetisierungsrichtung parallel zur Drehachse (7) gelegt ist, daß am Umfang nebeneinander angeordnete Magnete an einer Stirnseite (16) der Scheibe unter­ schiedliche Polaritäten aufweisen und daß der Spulen­ kern (3) ebenfalls parallel zur Drehachse der drehbar gelagerten Welle (8) mit einer Stirnseite in Rich­ tung der in die Scheibe eingelassenen Dauermagnete im Bereich des Streufeldes dieser Dauermagnete orts­ fest angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß bei dem eingangs beschriebenen bekannten Spulenkern ein sehr großer Toleranzbereich sowohl für das den Impuls auslösende Feld, als auch für das Rückstellfeld besteht. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß es bei den heutzu­ tage bekannten kräftigen Magneten, wie z.B. Magnete aus CoSm oder NdFeB, möglich ist, den Spulenkern und den Magneten so anzuordnen, daß die Längsachse des Spulenkerns und die Achse des Magneten in Magnetisierungsrichtung auf einer Geraden liegen. Hierdurch erzielt man zwar eine sehr ungleichmäßige Feldverteilung an den einzel­ nen Abschnitten des Spulenkerns, trotzdem bleibt die Funktion der plötzlichen Ummagnetisierung bei Über­ schreiten eines bestimmten mittleren Feldes voll erhalten.

Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 bis 3 dar­ gestellt.

In Fig. 1 ist an einer Halterung 1 ein Gehäuse 2 befestigt, indem sich der eingangs beschriebene bekannte Spulenkern 3 befindet. Der Spulenkern ist von einer Spule 4 umgeben, deren Anschlüsse 5 und 6 eine Spannung abgeben, wenn die Ummagnetisierung des Spulenkerns 3 erfolgt. Die Längsachse des Gehäuses 2 und des Spulenkerns 3 steht dabei senkrecht zur Drehachse 7 einer Welle 8.

In die Welle 8 sind in Fig. 3 an einander gegenüber­ liegenden Stellen des Umfangs Dauermagnete 9 und 10 eingelassen. Diese Dauermagnete könnten auch auf den Umfang der Welle geklebt sein oder sonstwie an der Welle befestigt werden. Die Dauermagnete 9 und 10 besitzen eine radiale Magnetisierungsrichtung, so daß beim Vorbeiführen der Dauermagnete 9 und 10 an einer Stirnseite des Spulenkerns 3 die Magnetisierungsrich­ tung der Dauermagnete und die Längsachse des Spulen­ kerns 3 eine Gerade bilden. Die Dauermagnete 9 und 10 sind so auf den Umfang der Welle 8 aufgebracht, bzw. in diesen eingelassen, daß bei dem Dauermag­ neten 9 der Nordpol und bei dem Dauermagneten 10 der Südpol nach außen weist.

Jeder Dauermagnet bewirkt also eine Ummagnetisierung des Spulenkerns 3 in einer bestimmten Richtung, so daß der in sich verspannte Verbundkörper jeweils einen von der Drehzahl der Welle 8 unabhängigen Impuls auslöst, wenn der jweils übernächste Dauermagnet an ihm vorbeigeführt wird.

Eine besonders einfache Anordnung zeigt die Fig. 2. Hier ist lediglich ein Dauermagnet 11 vorgesehen, der beispielsweise aus einem Draht bestehen kann und der in eine Querbohrung in der Welle 8 einge­ lassen ist. Dieser Dauermagnet 11 besitzt dann eine Länge, die dem Durchmesser der Welle entspricht. Nach je einer halben Umdrehung wird der Spulenkern 3 zurückgesetzt und nach der zweiten halben Umdrehung wird an ihm ein Impuls ausgelöst, der an den Anschlüssen 5 und 6 der Spule 4 einen Spannungs­ impuls hervorruft.

Anstelle des an einer Querbohrung in die Welle 8 eingelassenen Dauermagneten 11 ist es bei einer Welle aus magnetischem Stahl auch möglich, diese im Bereich des Spulenkerns senkrecht zur Wellenachse aufzumagne­ tisieren.

Fig. 3 zeigt nun eine Anordnung, bei der beliebig viele Dauermagnete 12, 13 in den Umfang einer Scheibe 14 eingelassen sind. Die Scheibe 14 ist an einer Welle 8 befestigt, die von einem Motor 15 angetrieben wird. Die Polarität der Dauermagnete 12, 13 und weiterer an der entsprechenden Scheibe 14 angeordneten Magnete ist so gewählt, daß benachbarte Magnete an der linken Stirnseite 16 der Scheibe 14 abwechselnd einen Nordpol und einen Südpol aufweisen. In einem bestimmten Abstand von der Scheibe befindet sich der Spulenkern 3 mit der Spule 4 in dem Gehäuse 2. Er ist wiederum so angeordnet, daß er beim Vorbeiführen der Dauermagnete 12, 13 mit diesen jeweils kurzzeitig eine gemeinsame Achse besitzt. Der Abstand A zwischen der Scheibe 14 und dem Gehäuse 2 liegt dabei im Bereich von 3 bis 12 mm.

Bei allen diesen Anordnungen ist das Ansteuerfeld längs des Spulenfeldes äußerst inhomogen. Es können Feldstärkenunterschiede von einigen 100 A/cm zwischen dem dem Dauermagneten zugewandten und dem vom Dauerma­ neten abgewandten Ende des Spulenkernes 3 entstehen. Um hier eine einwandfreie Funktion des Spulenkerns sicherzustellen, sind sehr große Unterschiede der Koerzitivfeldstärke zwischen der weichmagnetischen Komponente in dem verspannten Verbundkörper des Spulenkerns 3 und dem dazu parallel befestigten Dauermagneten erforderlich. Die Koerzitiv­ feldstärken können beispielsweise 17 und 480 A/cm betragen. Die Justierung des Abstandes A ist bei ausreichender Stärke des Dauermagneten an der Welle 8 oder der Scheibe 14 unkritisch; allerdings muß ein Mindestabstand eingehalten werden, um zu vermeiden, daß der parallel zum verspannten Verbundkörper im Spulenkern 3 angeordnete Dauermagnet durch den auf der Welle oder der Scheibe befindlichen Dauermagneten ummagnetisiert wird.

Claims (5)

1. Elektromagnetischer Drehzahlgeber mit einem Spu­ lenkern, der draht- oder stabförmig ausgebildet ist und aus einem in sich verspannten Verbundkörper sowie einem dazu parallel befestigten Dauermagneten besteht, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Magnet­ feldes in einer Richtung unabhängig von der Geschwindigkeitsänderung des Magnetfeldes eine plötzliche Ummagnetisierung des Spulenkerns erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (3) mit seiner Längsachse senk­ recht zur Drehachse (7) am Umfang einer drehbar gelagerten Welle (8) angeordnet ist und daß mit der Welle (8) mindestens ein Dauermagnet (9, 10, 11, 12, 13) so verbunden ist, daß seine Magnetisierungsrichtung mit der Richtung der Längsachse des Spulenkerns (3) übereinstimmt und daß die Polarität des bzw. der Dauermanete (3-13) so gewählt ist, daß bei Drehung der Welle (8) abwechselnd unterschiedliche Pole an der Stirnseite des Spulenkerns vorbeigeführt werden.

2. Elektromagnetischer Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dauermagnet (11) ein Stabmagnet senkrecht zur Achse der drehbar gelagerten Welle (8) in die Welle eingelassen ist und daß seine Länge etwa gleich dem Durchmesser der Welle gewählt ist.

3. Elektromagnetischer Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbar gelagerte Welle (8) mindestens im Bereich des Spulenkerns (3) senkrecht zur Wellenachse magnetisiert ist, und so selbst als Dauermagnet wirkt.

4. Elektromagnetischer Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einander gegenüberliegenden Stellen des Umfangs der drehbar gelagerten Welle je ein Dauermagnet (9, 10) in die Welle eingelassen und mit dieser fest verbunden ist.

5. Elektromagnetischer Drehzahlgeber mit einem Spulenkern (3), der draht- oder stabförmig ausge­ bildet ist und aus einem in sich verspannten Ver­ bundkörper sowie einem dazu parallel befestigten Dauermagneten besteht, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Magnetfeldes in einer Richtung unabhängig von der Geschwindigkeitsänderung des Magnetfeldes eine plötzliche Ummagnetisierung des Spulenkerns erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer drehbar gelagerten Welle (8) eine Scheibe (14) verbunden ist,
daß in die Scheibe mindestens zwei Dauermagnete (12, 13) eingelassen sind, deren Magnetisierungs­ richtung parallel zur Drehachse (7) gelegt ist,
daß am Umfang nebeneinander angeordnete Magnete an einer Stirnseite (16) der Scheibe unterschied­ liche Polaritäten aufweisen und
daß der Spulenkern (3) ebenfalls parallel zur Drehachse der drehbar gelagerten Welle (8) mit einer Stirnseite in Rich­ tung der in die Scheibe eingelassenen Dauermagnete im Bereich des Streufeldes dieser Dauermagnete ortsfest angeordnet ist.