DE69001888T2 - Drehzahlmessaufnehmer mit veraenderlichem magnetischem flusswiderstand. - Google Patents

Drehzahlmessaufnehmer mit veraenderlichem magnetischem flusswiderstand.

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DE69001888T2 DE9090312003T DE69001888T DE69001888T2 DE 69001888 T2 DE69001888 T2 DE 69001888T2 DE 9090312003 T DE9090312003 T DE 9090312003T DE 69001888 T DE69001888 T DE 69001888T DE 69001888 T2 DE69001888 T2 DE 69001888T2
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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf einen Rotationssensor mit variabler Reluktanz, der ein großes Ausgangssignal bei sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten erzeugt. Solch ein Sensor wäre besonders nützlich in einem Anti-Blockier-Bremssystem oder einer Antriebsregelung auf einem Motorfahrzeug, in welchem ein Messen niedriger Rotationsgeschwindigkeiten erforderlich ist.
  • Ein Rotationssensor mit variabler Reluktanz herkömmlicher Technik kann typischerweise ein drehbares magnetisches Zahnrad und eine stationäre Sensoreinheit mit einem Permanentmagneten und einem Gerät aufweisen, das eine Haupt-Flußschleife ausbildet, welche den Permanentmagneten und das magnetische Zahnrad einschließt, und eine Luftlücke zwischen einem Bauteil der Sensoreinheit und dem oder den nächstgelegenen Zahn oder Zähnen des magnetischen Zahnrades definiert. Das die Luftlücke definierende Bauteil kann ein magnetisches Flußbauteil oder der Permanentmagnet selbst sein. Somit variiert die Luftlücke bei einer Rotation des magnetischen Zahnrades zwischen einer kleinen Lücke, wenn das Bauteil mit einem Zahn ausgerichtet ist, und einer größeren Lücke, wenn es das nicht ist. Die Haupt-Flußschleife ist mit all den Windungen einer elektrischen Wicklung verbunden, die das magnetische Flußbauteil umgibt; und eine elektrische Spannung wird in der Wicklung proportional der Änderungsrate des damit verbundenen Flusses erzeugt. Wenn das magnetische Zahnrad rotiert, ändert sich der gesamte Fluß in der mit der elektrischen Wicklung verbundenen Haupt-Flußschleife mit der sich ändernden Luftlücke, wenn die Zähne und die zwischen den Zähnen gelegenen Schlitze alternierend die stationäre Sensoreinheit passieren; und ein elektrisches Ausgangssignal wird in einem sinusförmigen Muster erzeugt, mit einem Maximum immer zu der Zeit, wenn das Bauteil mit einem Zahn ausgerichtet ist, und einem Minimum immer zu der Zeit, wenn es mit einem Schlitz ausgerichtet ist. Solch eine Anordnung wird in dem US-Patent No. 2 304 866 dargelegt.
  • Die Amplitude des Signals in einem Rotationssensor mit variabler Reluktanz herkömmlicher Technik variiert mit solch wohlbekannten Konstruktionsfaktoren, wie dem Energieprodukt des Permanentmagneten und der minimalen Luftlückengröße; und eine gute Konstruktion in der herkömmlichen Technik hat die Tendenz, die größte magnetische Energie von einem Magneten einer gegebenen Größe, die kleinste gleichmäßig herstellbare minimale Luftlücke und die größtmögliche Konzentration eines Hauptflusses durch den Zahn, der dem Magneten oder dem Flußbauteil benachbart ist, zu liefern. Obwohl ein Leckfluß, der den Hauptflußweg verläßt, unvermeidlich ist, ist die Konstruktionstendenz gewesen, ihn zu minimieren, um den größtmöglichen Prozentanteil des gesamten magnetischen Flusses in der Haupt-Flußschleife, die mit der gesamten elektrischen Wicklung verbunden ist, zu erhalten. Der kürzliche Gebrauch neuer magnetischer Materialien mit hohem Energieprodukt hat dabei geholfen, einen hohen Pegel eines magnetischen Flusses von einem kleinen Magneten in einem begrenzten Raum zu liefern. Jedoch ist es schwierig, eine enge minimale Luftlücke gleichmäßig in einer Massenherstellung zu vernünftigen Kosten zu erhalten. Auch nimmt die Amplitude des Sensorsignals mit der Rotationsgeschwindigkeit ab, da die Änderungsrate des Flusses aufgrund der Luftlückenvariation abnimmt, wenn der Zahn sich langsamer an dem stationären Bauteil vorbei bewegt. Daher sind billige Rotationssensoren mit variabler Reluktanz, die ein großes Ausgangssignal bei sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten erzeugen, nicht ohne weiters verfügbar.
  • In einem Anti-Blockier-Bremssystem eines Fahrzeuges wird das sinusförmige Ausgangssignal eines Rotationssensors mit variabler Reluktanz mit einem Rauschunterdrückungs-Totband gefiltert. Eine Rotation wird nur gezählt, wenn die sinusförmige Spitze des Signals das Totband übersteigt, wobei irgendein Signalereignis innerhalb des Totbandes, das nicht von einem Verlassen des Totbandes begleitet wird, als Rauschen betrachtet und ignoriert wird. Je größer der Signalpegel von Spitze zu Spitze ist, desto größer kann das Totband ausgebildet sein und desto größer ist die Rausch- Unempfindlichkeit. Wenn jedoch die Rotationsgeschwindigkeit auf einen Wert nahe Null Drehungen pro Minute (DPM) fällt, fällt das Ausgangssignal der meisten verfügbaren Rotationssensoren auf sehr niedrige Pegel, was das verwendbare Totband begrenzen und somit die Rausch-Unempfindlichkeit vermindern kann. Dies macht die Verwendung solcher Sensoren in Anti-Blockier-Bremssytemen schwieriger.
  • Ein Rotationssensor mit variabler Reluktanz gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
  • Der Rotationssensor mit variabler Reluktanz dieser Erfindung erzeugt ein größeres Ausgangssignal bei sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten als jene herkömmlicher Technik und liefert daher ein verbessertes Rotationsgeschwindigkeitssignal für eine Verwendung in Fahrzeug-Anti-Blockier-Brems- und -Antriebsregelungssystemen. Zusätzlich liefert der Sensor dieser Erfindung solch ein Signal mit einer größeren minimalen Luftlücke als typische Rotationssensoren mit variabler Reluktanz herkömmlicher Technik. Während Rotationssensoren mit variabler Reluktanz herkömmlicher Technik konstruiert sind, um Variationen in dem gesamten Flußpegel in der Haupt-Flußschleife zu messen, die mit der gesamten elektrischen Wicklung verbunden ist, stützt sich der Rotationssensor mit variabler Reluktanz dieser Erfindung mehr auf Änderungen in der räumlichen Flußverteilung, um die Verbindungen des Flusses zu einzelnen Wicklungswindungen zu variieren. Dies wird erreicht durch Ausbilden wesentlicher Flußschleifen, die gewöhnlich als Leckfluß betrachtet werden, welche für jeden Magneten getrennt sind und Rückkehrwege einschließen, die die Luftlücke von dem Flußbauteil zu dem Zahnrad zwischen den Magneten kreuzen, um mit einer variablen Anzahl der gesamten Windungen der elektrischen Wicklung, die um das Flußbauteil gewickelt ist, verbunden zu werden. Wir haben entdeckt, daß dieser Zugang einen signifikant empfindlicheren Sensor mit einem größeren Ausgangssignal liefert, als von dem Gerät herkömmlicher Technik erhalten werden kann, besonders bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten und mit einer größeren minimalen Luftlücke.
  • In dem Forschungsbericht von Dezember 1988, Artikel 29634, legen wir einen Rotationssensor mit variabler Reluktanz dar unter Verwendung eines Paares von Permanentmagneten, die alle dem Zahnrad benachbart montiert sind und entgegengesetzte Pole besitzen, die den Zähnen gegenüberliegen. Die Magnete dieses Sensors sind umfangsmäßig beabstandet, um simultan mit Zähnen oder Schlitzen ausgerichtet zu werden, wenn das Zahnrad rotiert. Ein Flußbauteil verbindet die anderen Pole der Magnete in einer gleichsinnig in Reihe angeordneten Beziehung, um einen gemeinsamen Flußweg durch beide Magnete und das Zahnrad herzustellen; aber das Flußbauteil erstreckt sich dem Zahnrad benachbart, um signifikante zusätzliche Flußschleifen für jeden Magneten zu liefern, welche die Luftlücke zwischen dem Flußbauteil und dem Zahnrad zwischen den Magneten kreuzen und nur einige der Windungen einer elektrischen Wicklung, die das Flußbauteil umgibt, einschließen. Diese zusätzlichen Flußschleifen werden beeinflußt durch das Passieren alternierender Zähne und Schlitze zwischen den Magneten, um umfangsmäßig zu fluktuieren und somit die Flußverbindungen zu einzelnen Windungen der elektrischen Wicklung zu variieren. Die Folge ist ein größeres Ausgangssignal gegenüber dem, das von einer Variation einer Haupt-Luftlücke in der gemeinsamen Flußschleife allein erhalten wird, wie in Standardsensoren herkömmlicher Technik.
  • Jedoch haben wir entdeckt, daß der Rotationssensor mit variabler Reluktanz der hierin dargelegten Erfindung, der auch auf einer Änderung einer Flußverteilung eher als auf einer Änderung eines Flußpegels in der Haupt-Flußschleife basiert, sogar dem Sensor der oben erwähnten Veröffentlichung überlegen ist, obwohl dies nicht durch eine herkömmliche Theorie vorhergesagt wird, die nur auf einer Haupt-Luftlückenvariation der gesamten Flußpegel basiert. Der Sensor dieser Erfindung verwendet eine ähnliche Anordnung zweier Magnete und ein Flußbauteil, das sich dem Zahnrad benachbart erstreckt, um Flußschleifen zu liefern, die nur einige der Wicklungswindungen einschließen; allerdings gibt es zwei Unterschiede: (1) die Magnete besitzen Pole, die in serieller entgegengesetzter Beziehung orientiert sind - das heißt, mit gleichartigen eher als entgegengesetzten Polen, die dem Zahnrad benachbart sind - und (2) die Magnete sind umfangsmäßig beabstandet, so daß, wenn einer mit einem Zahn des Zahnrades ausgerichtet ist, der andere mit einem nicht benachbarten Schlitz ausgerichtet ist. Der erste dieser Unterschiede bestimmt, daß es keine gemeinsame Haupt-Flußschleife gibt, die beide Magnete einschließt. Jeder Magnet bildet eher seine eigenen Flußschleifen aus; und der Großteil des Flusses ist äber die Luftlücke zwischen den Magneten verteilt, um nur einen Teil der elektrischen Wicklung einzuschließen. Somit werden die zusätzlichen Flußwege der vorher identifizierten Anwendung in dem Gerät dieser Erfindung erhöht, worin sie die Haupt-Flußwege sind. Der zweite dieser Unterschiede bestimmt, daß die Beiträge der Variationen in dem Fluß von den zwei Magneten periodisch in entgegengesetzter Phase mit dem Durchgang der Zähne variieren werden und daher über die elektrische Wicklung additiv sein werden.
  • Die Erfindung ist ein Rotationssensor mit variabler Reluktanz, der ein magnetisches Zahnrad aufweist, das durch Schlitze gleichmäßig beabstandete Zähne um dessen Umfang besitzt und drehbar bezüglich einer festgemachten magnetischen Aufnehmeranordnung getragen wird. Die Aufnehmeranordnung weist ein Paar von Permanentmagneten auf, wobei jeder ein Paar von Polen besitzt und ein gleichartiger Pol von dessen Paar dem magnetischen Zahnrad benachbart ist: das heißt, beide Magnete besitzen zum Beispiel dem magnetischen Zahnrad benachbarte Nordpole. Die Permanentmagnete sind voneinander umfangsmäßig um den Umfang des magnetischen Zahnrades getrennt durch einen Bogen, der gleich dem Bogen zwischen einem der Zähne und einem nicht benachbarten Schlitz ist, wobei die ersten und zweiten Permanentmagnete alternierend und entgegengesetzt mit Zähnen und Schlitzen ausgerichtet sind, wenn das magnetische Zahnrad rotiert.
  • Die magnetische Aufnehmeranordnung weist weiter ein magnetisches Flußbauteil auf mit einer mehrfach gewundenen elektrischen Wicklung, die darum gewickelt ist, wobei das magnetische Flußbauteil die anderen Pole der ersten und zweiten Permanentmagnete in serieller entgegengesetzter Beziehung verbindet und sich zwischen den Permanentmagneten in enger Nähe zu dem magnetischen Zahnrad erstreckt, um getrennte, entgegengesetzt gerichtete Flußschleifen für jeden der Permanentmagnete, die entlang des magnetischen Flußbauteils verteilt sind, auszubilden. Die Flußschleifen werden variabel räumlich bestimmt durch die Position der Zähne und Schlitze, die dem magnetischen Flußbauteil zwischen den Permanentmagneten benachbart sind, und fluktuieren somit umfangsmäßig über die elektrische Wicklung beim Passieren alternierender Zähne und Schlitze, wenn das magnetische Zahnrad rotiert, um ein elektrisches Signal in der elektrischen Wicklung durch Variation von Flußverbindungen zu einzelnen Wicklungswindungen bei einer Radrotation zu erzeugen.
  • In dem Sensor dieser Erfindung scheinen die Änderungen in der räumlichen Flußverteilung aufgrund des Passierens der Zähne und Schlitze in dem Gebiet zwischen den Magneten mit sich daraus ergebenden Änderungen in den Flußverbindungen zu einzelnen Wicklungswindungen, die Änderungsrate in dem Fluß bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten in hohem Maße zu erhöhen gegenüber der, die durch die Änderung in dem gesamten Fluß bei der Luftlücke einer Haupt-Flußschleife erzeugt werden würde. Die Erfindung liefert somit einen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Technik durch Maximieren der Ausnutzung zusätzlicher Flußschleifen, die normalerweise als Leckfluß betrachtet werden, der in Sensoren herkömmlicher Technik minimiert werden soll.
  • Die Variation in den Flußverbindungen zu einzelnen Wicklungswindungen wird durch die Verwendung zweier Permanentmagnete möglich gemacht, von denen jeder getrennte Nord- und Südpole besitzt und somit getrennte Flußschleifen tragen kann, und durch die Nähe des magnetischen Flußbauteils zu dem magnetischen Zahnrad, was hilft, signifikante Flußschleifen auszubilden, die durch die elektrische Wicklung zwischen den Magneten hindurchgehen. Der Betrag des beeinflußten Flusses wird maximiert durch Anordnen der Magnete in serieller entgegengesetzter Beziehung, um eine gemeinsame Haupt-Flußschleife zu eliminieren, eine entgegengesetzte und daher additive Phasenbeziehung zwischen den Flußschleifen der zwei Magnete zu erzeugen und sicherzustellen, daß ein Großteil der Flußschleifen entlang der elektrischen Wicklung verteilt wird, die mit einer variablen Anzahl von Wicklungswindungen verbunden sind. Obwohl nicht gefordert für alle Ausführungsformen dieser Erfindung, plaziert eine bevorzugte Ausführungsform die Magnete ausreichend weit auseinander, daß immer mehrere Zähne des magnetischen Zahnrades zwischen den Magneten sind. Diese Zähne befinden sich in enger Nähe zu dem Flußbauteil und helfen, die Flußschleifen zu konzentrieren für eine umfangsmäßige Fluktuation bei einer Radrotation.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
  • Figur 1, teilweise im Querschnitt, einen Rotationssensor mit variabler Reluktanz gemäß dieser Erfindung zeigt;
  • Figur 2 eine schematische Ansicht eines Rotationssensors mit variabler Reluktanz gemäß dieser Erfindung zeigt, die magnetische Flußlinien einschließt, um das gesamte Flußmuster zu veranschaulichen; und
  • Figur 3 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Rotationssensors mit variabler Reluktanz gemäß dieser Erfindung zeigt, die magnetische Flußschleifen einschließt mit Rückkehrwegen, welche durch die Wicklung zwischen den Magneten hindurchgehen, wobei die durchgezogenen Flußlinien das Flußmuster zeigen, wenn einer der Magnete einem Zahn benachbart ist, und die unterbrochenen Linien das Flußmuster zeigen, wenn der andere der Magnete einem Zahn benachbart ist.
  • In Figur 1 ist ein magnetisches Zahnrad 10 drehbar in, zum Beispiel, dem Radgehäuse eines Motorfahrzeuges montiert, das mit einem Anti-Blockier-Bremssystem ausgestattet ist. Das magnetische Zahnrad 10 steht für eine Rotation im Eingriff mit einem der Fahrzeugstraßenräder, deren Rotationsgeschwindigkeit benötigt wird. Das magnetische Zahnrad 10 weist bei dessen äußerer Umfangskante eine Vielzahl von (rechteckigen) Zähnen 11 auf, die durch Schlitze 12 getrennt sind. Die Zähne 11 sind gleichmäßig beabstandet durch die Schlitze 12 um den Umfang oder Umkreis des magnetischen Zahnrades 10 und sind im wesentlichen identisch in Größe und Form. Solche magnetischen Zahnräder sind ihrerseits wohlbekannt in einer Vorrichtung zur Messung einer Rotationsgeschwindigkeit.
  • Das magnetische Zahnrad 10 ist innerhalb einer Abdeckung 15 eingeschlossen, die auch eine Sensoreinheit 20 einschließt, welche als eine festgemachte magnetische Aufnehmeranordnung wirkt. Die Abdeckung 15 kann, obwohl nicht notwendig, eine Schmier-Abdeckung für eine Radlagereinheit sein. Die Sensoreinheit 20 wird in einem thermoplastischen Gehäuse 50 geformt, das in eine geeignet geformte Vertiefung in der Abdeckung 15 druckgepaßt ist, obwohl es geschweißt oder auf andere Weise an der Radabdeckung befestigt werden könnte mittels Montierungsklammern, die sich aus dem geformten thermoplastischen Gehäuse 50 erstrecken, wenn gewünscht. In jedem Fall ist die Sensoreinheit 20 in einer stationären Position den Zähnen 11 des magnetischen Zahnrades 10 benachbart festgemacht, so daß die Zähne 11 und Schlitze 12 des magnetischen Zahnrades 10 alternierend die Sensoreinheit 20 passieren, wenn das magnetische Zahnrad 10 rotiert.
  • Die Sensoreinheit 20 weist ein Paar von Permanentmagneten 25 und 26 auf, die dem magnetischen Zahnrad 10 benachbart sind, wobei jeder der Permanentmagnete 25 und 26 einen Nordpol und einen Südpol bei gegenüberliegenden Enden davon besitzt. Die Permanentmagnete 25 und 26 werden als trapezförmig dargestellt. Dies liefert Anordnungsvorteile, insofern als die Form dazu beiträgt, daß sie leichter in dem thermoplastischen Gehäuse 50 gehalten werden. Jedoch wird dies erreicht auf Kosten von mehr Magnetmasse und Material als bei einem rechteckigen Magneten mit äquivalentem Energieprodukt. Die Permanentmagnete 25 und 26 sind mit ihren Polen radial mit dem magnetischen Zahnrad 10 ausgerichtet, so daß gleichartige Pole von jedem der Permanentmagnete 25 und 26 Luftlücken bilden mit alternierenden Zähnen 11 und Schlitzen 12 des magnetischen Zahnrades 10, wenn das letztgenannte rotiert. Zum Beispiel besitzen in dieser Ausführungsform beide Permanentmagnete 25 und 26 Nordpole, die dem magnetischen Zahnrad 10 benachbart sind. Die Permanentmagnete 25 und 26 sind umfangsmäßig beabstandet um den Umkreis des magnetischen Zahnrades 10 durch einen Bogen, der gleich dem zwischen einem Zahn und einem nicht benachbarten Schlitz ist, so daß, wenn einer der Permanentmagnete 25 und 26 einem Zahn des magnetischen Zahnrades 10 benachbart ist, der andere einem Schlitz benachbart ist mit mindestens einem anderen Zahn zwischen den Magneten. In der gezeigten bevorzugten Ausführungform werden mehrere Zähne zwischen den Permanentmagneten 25, 26 sein, wie anhand der Zähne 11b, 11c und 11d in Figur 2 ersichtlich; und diese Zähne werden, wie bei einem späteren Punkt beschrieben werden wird, den Fluß der Rückkehrwege konzentrieren und somit helfen, eine umfangsmäßige Fluktuation der Flußschleifen zu verursachen, wenn das magnetische Zahnrad 10 rotiert.
  • Die Sensoreinheit 20 weist weiter ein magnetisches Flußbauteil 30 auf, welches ein langes gerades Teilstück 31 mit kurzen Polteilstücken 32 und 33 senkrecht zu dem langen geraden Teilstück 31 bei dessen zwei Enden aufweist. Das kurze Polteilstück 32 besitzt eine schräge Endoberfläche 35, an welche der Südpol des Permanentmagneten 25 befestigt ist, wobei die Schräge der Oberfläche die benötigte radiale Orientierung des Permanentmagneten 25 relativ zu dem magnetischen Zahnrad 10 liefert. Ähnlich besitzt das kurze Polteilstück 33 eine schräge Endoberfläche 36, an welche der Südpol des Permanentmagneten 26 befestigt ist, um die benötigte radiale Orientierung des Permanentmagneten 26 relativ zu dem magnetischen Zahnrad 10 zu liefern. Das lange gerade Teilstück 31 des magnetischen Flußbauteils 30 erstreckt sich dem magnetischen Zahnrad 10 benachbart zwischen den Permanentmagneten 25 und 26. Das lange gerade Teilstück 31 muß nicht perfekt gerade sein, solange es sich nahe dem magnetischen Zahnrad 10 zwischen den Permanentmagneten 25 und 26 erstreckt. Jedoch scheint ein gerades Teilstück gut zu funktionieren aufgrund der Tatsache, daß die Krümmung des magnetischen Zahnrades es näher zu dem langen geraden Teilstück 31 nahe der Mitte des letztgenannten anordnet; und es ist leicht herzustellen.
  • Das magnetische Flußbauteil 30 wird aus einem magnetischen Material, so wie Stahl, hergestellt. Die Anordnung der Pole der Permanentmagnete 25 und 26 ist eine serielle entgegengesetzte Beziehung. Somit wird keine gemeinsame magnetische Flußschleife durch beide Permanentmagnete 25, 26 ausgebildet. Vielmehr bildet jeder der Permanentmagnete 25 und 26 seine eigenen getrennten Flußschleifen aus, wie in Figur 2 dargestellt. Für jeden Permanentmagneten ist ein großer Prozentanteil des Flusses in Schleifen enthalten, die von dem Südpol des Permanentmagneten durch einen Teil des langen geraden Teilstückes 31 des magnetischen Flußbauteils 30, über eine große Luftlücke zu dem magnetischen Zahnrad 10 und zurück durch das magnetische Zahnrad 10 und eine kleinere Luftlücke zu dem Nordpol des Permanentmagneten verfolgt werden können. Da es eine größere Luftlücke in dem Rückkehrweg von jeder dieser Flußschleifen gibt, erwartet man, daß die gesamten Flußpegel niedriger sein werden, als sie in dem Fall wären, wenn ein einzelner Flußweg durch beide Permanentmagnete und die gesamte Länge des magnetischen Flußbauteils 30 durch gleichsinnige serielle Magnete ausgebildet wäre. Vergleicht man jedoch die nämlichen zwei Anordnungen, wird diejenige dieser Erfindung einen größeren Fluß in Schleifen mit Rückkehrwegen, die das magnetische Flußbauteil 30 verlassen und zwischen den Permanentmagneten zu dem magnetischen Zahnrad 10 hindurchgehen, und somit den meisten Fluß, der für räumliche Verteilungsänderungen verfügbar ist, liefern, wenn das magnetische Zahnrad 10 rotiert.
  • Figur 3 zeigt die Flußänderungen in dem Rotationssensor mit variabler Reluktanz dieser Ausführungsform, wenn das magnetische Zahnrad 10 nach links in den Figuren von einer ersten Position rotiert, in durchgezogenen Linien dargestellt, in welcher der Permanentmagnet 25 mit dem Zahn 11a ausgerichtet ist und der Permanentmagnet 26 mit dem Schlitz zwischen den Zähnen 11d und 11e ausgerichtet ist, und einer zweiten Position, in unterbrochenen Linien dargestellt, in welcher der Magnet 26 mit dem Zahn 11e' und der Magnet 25 mit dem Schlitz zwischen den Zähnen 11a' und 11b' ausgerichtet ist. Die Figuren 2 und 3 werden von einer Computersimulation des Flusses reproduziert und sind somit innerhalb einer geraden linearen Anordnung gezeichnet; jedoch würden die Flußlinien bei Berücksichtigung der Krümmung des magnetischen Zahnrades 10 nicht signifikant verschieden sein. Figur 3 zeigt eine Flußverschiebung seitwärts nach links oder in eine Umfangsrichtung von den Positionen, die durch die durchgezogenen Linien dargestellt werden, zu jenen, die durch die unterbrochenen Flußlinien dargestellt werden, wenn das magnetische Zahnrad 10 sich zwischen den zwei Positionen bewegt, aufgrund des Fluß konzentrierenden Einflusses des sich bewegenden Zahnes. Wenn das magnetische Zahnrad 10 sich wieder um eine ähnliche Distanz bewegt, wird sich der Fluß zurück nach rechts zu den Positionen verschieben, die durch die durchgezogenen Flußlinien dargestellt sind, wenn der nächste Zahn folgt. Somit erzeugt die Rotation des magnetischen Zahnrades 10 eine Umfangsfluktuation der Flußschleifen in dem Gebiet zwischen den Permanentmagneten 25, 26.
  • Eine elektrische Wicklung 40 aus einem isolierten, elektrisch leitenden Draht ist auf eine Spule 41 um das magnetische Flußbauteil 30 gewickelt. Die elektrische Wicklung 40 erstreckt sich über im wesentlichen die ganze Länge des magnetischen Flußbauteils 30, um von den maximalen Flußschleifen zwischen den Permanentmagneten 25, 26 gekreuzt zu werden. Mit dem über die elektrische Wicklung 40 umfangsmäßig verteilten und, wenn das magnetische Zahnrad 10 rotiert, umfangsmäßig fluktuierenden Fluß werden die Flußverbindungen der elektrischen Wicklung 40 verändert, um eine sinusförmige Spannung darin zu erzeugen. Die Spitzenamplitude dieser Spannung ist im wesentlichen höher für eine ähnliche minimale Luftlückengröße als diese, welche durch eine Haupt-Luftlückenvariation im gesamten Fluß der zwei Permanentmagnete 25, 26 getrennt oder in einer gemeinsamen Flußschleife, die beide Permanentmagnete einschließt, erzeugt werden würde. Das Ausgangssignal der elektrischen Wicklung 40 wird über Ausgangsleitungen 52 und 53 erzeugt, die mit entgegengesetzten Leitungen der elektrischen Wicklung verbunden sind.
  • Die stationären Elemente innerhalb der Sensoreinheit 20, so wie die Permanentmagnete 25 und 26, das magnetische Flußbauteil 30 und die elektrische Wicklung 40, sind in dem thermoplastischen Gehäuse 50 geformt, das in einer Vertiefung zwischen Wänden 60 und 61 innerhalb der Abdeckung 15 zurückgehalten wird. Alternativ könnte das thermoplastische Gehäuse 50 weiter eingeformte Klammern einschließen, die an die Abdeckung 15 geschweißt werden könnten. Der Strom von der elektrischen Wicklung 40 wird der Außenumgebung durch das Paar von Ausgangsleitungen 52 und 53 geliefert, die mit gegenüberliegenden Enden der elektrischen Wicklung innerhalb des thermoplastischen Gehäuses 50 verbunden sind und Teilstücke besitzen, die aus dem thermoplastischen Gehäuse 50 für einen elektrischen Kontakt mit Anschlußstellen 56 beziehungsweise 57 herausragen, welche das Signal außerhalb der Abdeckung 15 liefern. Die sich umfangsmäßig erstreckende Anordnung der stationären Sensoreinheit 20 besitzt, obwohl sie direkt aus den Anforderungen der Schaffung der gewünschten Leckflußwege folgt, den zusätzlichen Vorteil, daß sie gut in den beschränkten Raum, der innerhalb der Abdeckung 15 verfügbar ist, paßt.
  • Es ist sorgfältig bedacht worden, daß die Permanentmagnete 25 und 26, welche aus solchen Materialien mit einem großen magnetischen Energieprodukt hergestellt werden können, wie das Seltene Erdmetall Neodym oder Samarium-Kobalt, am Ort magnetisiert werden sollen nach dem Aufbau unter Verwendung eines Magnetisierers, welcher ein gegabeltes Polstück mit jeder Gabel gegen die radial innere Oberfläche von einem der Permanentmagnete aufweist, und wobei ein einzelnes Rückkehrpolstück sich dem magnetischen Flußbauteil 30 benachbart erstreckt. Der Strompegel des Magnetisierers kann als Antwort auf ein Ausgangssignal von der elektrischen Wicklung in einer geschlossenen Schleifenregelung eingestellt werden, um den geeigneten magnetisierenden Pegel zu erzeugen.
  • Zusammengefaßt plaziert der Rotationssensor mit variabler Reluktanz dieser Erfindung das magnetische Flußbauteil nahe bei dem magnetischen Zahnrad und die Permanentmagnete in entgegengesetzter Beziehung, so daß jeder Permanentmagnet getrennte Flußschleifen von dem magnetischen Flußbauteil zu den Zähnen ausbildet. Eine Rotation des magnetischen Zahnrades verursacht ein laterales (umfangsmäßiges) Verschieben der Flußschleifen, was die Zahl der verbundenen Wicklungswindungen verändert. Dies erzeugt eine größere Ausgangsspannung als der herkömmliche Zugang.

Claims (2)

1. Ein Rotationssensor mit variabler Reluktanz mit einem magnetischen Zahnrad (10) mit Zähnen (11), die gleichmäßig durch Schlitze (12) um dessen Umfang beabstandet sind und drehbar bezüglich einer festgemachten magnetischen Aufnehmeranordnung (20) getragen werden; worin die festgemachte magnetische Aufnehmeranordnung aufweist ein Paar von Permanentmagneten (25, 26), die jeweils ein Paar von Polen (N, S) mit einem gleichartigen Pol von dessen Paar (N) dem magnetischen Zahnrad benachbart besitzen, wobei die Permanentmagnete voneinander umfangsmäßig um den Umkreis des magnetischen Zahnrades getrennt sind durch einen Bogen, der gleich dem Bogen zwischen einem der Zähne und einem nicht benachbarten Schlitz ist, wodurch die ersten und zweiten Permanentmagnete alternierend und entgegengesetzt mit Zähnen und Schlitzen ausgerichtet sind, wenn das magnetische Zahnrad rotiert; und ein magnetisches Flußbauteil (30) mit einer mehrfach gewundenen elektrischen Wicklung (40), die darum gewickelt ist, wobei das magnetische Flußbauteil den anderen der Pole (S) der ersten und zweiten Permanentmagnete in serieller entgegengesetzter Beziehung verbindet und sich zwischen den Permanentmagneten in enger Nähe zu dem magnetischen Zahnrad erstreckt, um die elektrische Wicklung tangential in enger Nähe dazu ohne zusätzliche, Fluß konzentrierende Pole zu halten zur Ausbildung getrennter, entgegengesetzt gerichteter Flußschleifen für jeden der Permanentmagnete mit Rückkehrwegen, die durch die elektrische Wicklung zwischen einzelnen Zähnen zwischen den Permanentmagneten und Teilstücken des magnetischen Flußbauteils, das den einzelnen Zähnen benachbart ist, ausgebildet sind, um über die elektrische Wicklung verteilt zu werden, wobei die Flußschleifen variabel räumlich durch die Position der Zähne und Schlitze in Nähe zu dem magnetischen Flußbauteil zwischen den Permanentmagneten bestimmt werden und somit umfangsmäßig über die elektrische Wicklung variieren mit einem Durchgang alternierender Zähne und Schlitze, wenn das magnetische Zahnrad rotiert, um ein elektrisches Signal in der elektrischen Wicklung durch Variation der Flußverbindungen zu einzelnen Wicklungswindungen mit einer Rotation des magnetischen Zahnrades zu erzeugen.
2. Ein Rotationssensor mit variabler Reluktanz nach Anspruch 1, in welchem der Bogen zwischen den Permanentmagneten (25, 26) ausreicht, derart daß immer eine Vielzahl von Zähnen (11) des magnetischen Zahnrades (10) dazwischen vorhanden ist, wodurch Flußschleifen mit Rückkehrwegen durch jeden der Vielzahl von Zähnen ausgebildet werden.
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