DE3714696A1 - Tranformator mit veraenderlichem uebertragungsfaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator mit veränder­ lichem Übertragungsfaktor nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Bei Anlagen zur Geschwindigkeitsbeeinflussung von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen mit elektrischer Übertragung der Fahrpedalstellung zur Kraftstoff zumessenden Einrichtung (sogenannte E-Gas-Anlagen) und bei Einrichtungen zur Regelung der Fahrzeugge­ schwindigkeit sind Schaltungselemente zur Vorgabe einer elektrischen Signalgröße als Sollwert und zur Rück­ meldung der Stellung des Stellgliedes ebenfalls als elektrische Signalgröße notwendig. Im allgemeinen sind diese Schaltungselemente mit dem Fahrpedal und mit der Drosselklappe oder dem Verstellhebel der Einspritz­ pumpe mechanisch gekoppelte veränderliche Widerstände (Potentiometer), die als Spannungsteiler geschaltet einen Bezug zwischen der Stellung des Schleifers und der daran abgreifbaren Spannung herstellen.

Eine solche Umsetzung der Winkelposition eines mechani­ schen Bauteils in eine analoge Signalgröße hat jedoch verschiedene Nachteile: zum einen muß die an den Außen­ anschlüssen der Spannungsteiler liegende Spannung recht genau eingehalten werden, damit der Bezug zwischen der Stellung des Schleifers und der Hülle der daran abge­ griffenen Spannung nicht verlorengeht. Dies ist jedoch infolge von Spannungsverlusten in Leitungen und Über­ gangswiderständen in den Steckverbindungen, insbesondere nach längeren Laufzeiten, nicht immer gegeben. Zum andern unterliegen die verwendeten Potentiometer aus den gleichen Gründen strengen Toleranzen bei der Herstellung und genauen Einbauvorschriften, was die Gesamtanlage verteuert. Infolge physikalischer und chemischer Einflüsse durch Staub, Öl, Kraftstoff, Kondenswasser, Temperatur und Abrieb fallen die Potentiometer nach längeren Laufzeiten aus den zulässigen Toleranzen und müssen ausgetauscht werden.

Es ist bereits ein Übertrager bekannt, bei dem die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule innerhalb vorgegebener Grenzen durch einen beweglichen Teil des magnetischen Rückschlusses veränderbar ist und der anstelle eines Widerstandspotentiometers eingesetzt dessen Nachteile vermeidet. Dazu werden jedoch die Wechselspannungssignale vom Ausgang der Sekundärspulen zur Linearisierung gleichgerichtet, so daß die einer analogen Signalverarbeitung anhaftenden Nachteile bestehenbleiben.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Transformator mit veränderlichem Übertragungsfak­ tor anzugeben, der als Stellungsgeber über einen weiten Winkelbereich einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen der Stellung des beweglichen Teils des magnetischen Rückschlusses und dem übertragenen Signal herstellt und infolge berührungsfreier Einstellung des Ausgangssignals unempfindlich gegen die erwähnten physikalischen und chemischen Einflüsse ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Dabei ist vorteilhaft, daß die impulsförmigen Ausgangs­ signale leicht auswertbar sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß für die Signalaufberei­ tung keine temperaturempfindlichen elektronischen Schal­ tungen erforderlich sind, so daß der Einsatz des Dreh­ transformators als Stellungsgeber auch im Motorraum von Kraftfahrzeugen keinen Einschränkungen unterliegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch den Aufbau des Transformators mit veränderlichem Übertragungsfaktor als Drehtransformator,

Fig. 2 als Diagramm den Verlauf und die Grenzen der Magnetisierungskennlinie,

Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm,

Fig. 4 ein Strom-Zeit-Diagramm für einen von Fig. 3 abweichenden Stromverlauf.

In Fig. 1 ist mit 1 der magnetische Rückschlußkreis bezeichnet, der in der Seitenansicht etwa C-förmig gestaltet ist. Die offenen Enden des C-förmigen Rück­ schlusses sind sektorartig ausgespart mit einem gemein­ samen Mittelpunkt 2 der Aussparungen 3. Das fehlende Stück des magnetischen Rückschlusses ist durch einen Rotor 4 überbrückt. Der Rotor 4 ist auf einer Achse im Mittelpunkt 2 zentral drehbar gelagert, wobei die Breite des Rotors der breiten Ausdehnung des magnetischen Rück­ schlußkreises in der Seitenansicht entspricht. Die Enden des Rotors 4 und die Stirnseiten des Rotors 4 sind in Anpassung an die halbkreisförmigen Aussparungen 3 abge­ rundet, so daß bei Drehung des Rotors 4 zwischen den halbkreisförmigen Aussparungen 3 und den Stirnseiten 5 des Rotors 4 ein geringer Luftspalt verbleibt. An zwei Stellen des magnetischen Rückschlusses 1 sind zwei Spulen 7, 8 aufgebracht, die aus mehreren Windungen eines elektrisch leitenden Drahtes bestehen und wovon die eine, z.B. Spule 7 als Primärspule und die andere, in diesem Fall Spule 8, als Sekundärspule anzusehen ist. Die magnetische Kopplung der beiden Spulen 7, 8 wird in bekannter Weise durch die mehr oder weniger vollständige Kopplung des magnetischen Rückschlußkreises in Abhängig­ keit von der Stellung des Rotors 4 beeinflußt.

Der magnetische Rückschluß besteht vorteilhaft ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit aus geprägtem Sättigungsknick und geringer Koerzitivkraft. Der ferromagnetische Werkstoff mit diesen Eigenschaften kann z.B. ein amorphes Metall sein. Der magnetische Kreis wird bis in die Sättigung getrieben, wobei sich bei vollständiger Kopplung im Magnetisierungsdiagramm nach Fig. 2 der mit 11 bezeichnete Verlauf der Magne­ tisierungskennlinie ergibt. Bei nur unvollständiger Kopplung, wie sie beispielsweise vorliegt, wenn der Rotor 4 die in Fig. 1 gezeichnete Stellung einnimmt, ergibt sich ein langsamerer Anstieg des magnetischen Flusses in dieser Richtung entsprechend dem Verlauf der Linien 12. Die geringste Kopplung des magnetischen Kreises liegt bei senkrechter Lage des Rotors 4 in Fig. 1 vor. Zwischen den beiden Extremstellungen - waagrechte Lage entsprechend größter Kopplung und senkrechter Lage entsprechend geringster Kopplung - sind alle Zwischen­ stellungen möglich, wobei durch geschickte Dimensio­ nierung ein linearer Zusammenhang zwischen der Winkel­ auslenkung des Rotors 4 von der waagrechten Ausgangslage und dem Grad der Kopplung herbeigeführt werden kann.

Beim Anlegen einer Spannung an die Primärspule, die einen Stromverlauf nach Fig. 3a) zur Folge hat, ist an der Empfängerspule eine Spannung U abgreifbar, die entsprechend dem Diagramm 3 b) verläuft. Die Perioden­ dauer T der Spannung ist durch den Verlauf des einge­ prägten Stromes I in der Primärspule vorgegeben. Das Tastverhältnis t : T ändert sich in Abhängigkeit von der Rotorstellung. Wird der Sättigungsknick B _r bei guter magnetischer Kopplung früh, d. h. bei I₁ nach Fig. 3 bzw. H₁ nach Fig. 2 erreicht, so ergibt sich als Tastverhältnis t ₁ : T. Entsprechend ergibt sich bei geringer Kopplung bei Schräg- oder Querstellung des Rotors in bezug auf den Kraftlinienverlauf im unterbrochenen Teil des magnetischen Rückschlußkreises ein Erreichen des Sättigungsknicks im Zeitdiagramm nach Fig. 3 bei I₂ bzw. im Magnetisierungskennliniendiagramm nach Fig. 2 bei H₂ und damit ein Tastverhältnis von t₂ : T. Die Auswertung der Rotorstellung als Tastverhältnis und Spannungsimpulsen ergibt den Vorteil, daß der obere Stromumkehrpunkt bei einem Stromverlauf in der Primär­ spule gemäß Fig. 3 nicht scharfkantig sein muß. Eine solche Forderung ist nur durch erhöhten schaltungs­ technischen Aufwand zu realisieren.

Zur weiteren Ausdehnung des Meßbereichs ist gemäß der Fig. 4 der Stromverlauf dreieckförmig mit gleichen Anstiegs- und Abstiegszeiten, wodurch die Forderung nach scharfkantigem unterem Stromumkehrpunkt ebenfalls entfallen kann.

Die Übertragung eines quasi-digitalen Signals, hier als Tastverhältnis zweier Spannungen, bietet gegenüber analogen Signalen den Vorteil der geringeren Störan­ fälligkeit, beispielsweise durch Übergangswiderstände und die Möglichkeit zur Plausibilitätsüberwachung, wobei z.B. Plus- oder Masse-Kurzschlüsse eindeutig erkannt werden können. Außerdem ist das Tastverhältnis besonders einfach mittels eines Mikroprozessors auswertbar.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Aus­ führungsform mit rotierendem Kupplungsstück des magne­ tischen Rückschlusses beschränkt. Ebenso kann der Über­ tragungsfaktor durch translatorische Bewegung des Kopp­ lungsstückes veränderbar sein.

Claims (3)

1. Transformator mit veränderlichem Übertragungsfaktor mit einem durch ein bewegbares Zwischenstück des magnetischen Rückschlußkreises einstellbaren Kopp­ lungsgrad zweier auf dem magnetischen Rückschluß­ kreis angeordneten Spulen, wobei der Primärspule ein Wechselstrom bekannter Periodendauer eingeprägt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Rückschlußkreis im wesentlichen aus einem ferromag­ netischen Werkstoff mit plötzlichem Eintritt in den Bereich der Sättigungsfeldstärke und geringer Koerzitivkraft besteht.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der eingeprägte Wechselstrom dreieckför­ migen Verlauf aufweist.

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anstiegs- und Abstiegszeiten der Amplituden des eingeprägten Wechselstroms im wesentlichen gleich sind.