DE7432461U

DE7432461U - Winkelgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE7432461U
Application number: DE7432461U
Authority: DE
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2246873A1; JPS5753543B2; AU7401074A; SE396142B; DE2446132A1; CA1028759A; US3855525A; NL7412941A; IT1030626B; ES430720A1; AU470832B2; JPS5065275A; GB1465594A; SE7412516L; AR203765A1; BR7408197D0; ZA745935B

Description

PATE¹S TA NWÄ LT E

. ing. H. NEGENDANK (-1973) · dipl.-ing. H. HAUCK · dipu-phys. W. SCHMITZ Pl-ING-E-GRAALFS · dipl-ing. W. WEHNEBT · dipl.-phys. W. CARSTENS

HAMBÜMG-MÜNCHEX

ZUSTKLLUNGSANSCHRIFT: 20OO HAMBCHO 3« · NEUER WALL 41

—'■ '■ '■ '■ TELKKON (OSO) 30 71 28 vsn 3H 41 IB

TELEGn. NEGKD APATEN T HA M BUHG

8000 MÜNCHEN 2 · MOZAHTSTR. 23

Aktenzeichen; G lh 32 46Ί.1 telefon (oso> 53805*»e

TBLEGB. NEQED !PATENT MÜNCHEN HAMBURG. 14. _Junl

Amnelderin: Illinois Tool Works Inc.

Winkelgeschwindigkeitssensor

Die Neuertang betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung, in der ein Rad aus nicht magnetisiertem, ferromagnetischem Material mit Zähnen an seinem Umfang drehbar gelagert ist, ferner in einem Abstand von den Radzähnen ein Permanentmagnet ist, dessen einer Pol zu den Zähnen hinweist, und in der mindestens ein Kern aus magnetisch sättigbarem Material, dei¹ mit einem an eine Wechselstromquelle anschließbaren Leiter umwickelt ist, zwischen dem Rad und dem Permantentmagneten angeordnet ist.

Verschiedene Typen von Sensorvorrichtungen sind zum Nachweis der Bewegung rotierender Körper bekannt. Ein bekannter Typ eines solchen Detektors erfordert ein permanentmagnetisiertes Zahnrad oder eine permanentmagnetisierte Scheibe, oder alternativ ein ferromagnetisches Rad bzw. eine ferromagnetische Scheibe, die in der Nähe eines Permanentmagneten angeordnet sind. Wenn das Rad oder die Scheibe rotiert, wird in der Nähe seiner Peripherie ein sich ändernder magnetischer Fluß erhalten. Die Änderung im Magnetfeld, die von dem rotierenden Glied erzeugt wird, wurde mit zwei

7432461 21.10.76

verschiedenen Detektortypen nachgewiesen.

Der wahrscheinlich bekannteste Detektortyp erzeugt eine Spannung, die eine Punktion der Rctationsgeschwindigkeit des rotierenden Gliedes ist.

Ein weiterer Typ eines Drehgeschwindigkeitssensors zum Abtasten einer Magnetfeldänderung, die durch ein rotierendes Glied erzeugt wird, ist der Typ, der die Veränderung der Induktivität mißt, die in einem Magnetkern auftritt. Eine solche Vorrichtung ist in der US-PS 3 505 595 beschrieben. Bei der Induktivitätsensorvorrichtung gemäß der US-PS wird eine Hochfrequenzerregungsspannung an die Wicklung eines langgestreckten Kernes angelegt, und die Veränderung der Induktivität wird von dem sich ändernden Magnetfeld, das von dem rotierenden Glied erzeugt wird, verursacht.

Diese zum Stand der Technik gehörenden Sensorvorrichtungen erwiesen sich jedoch insofern als nachteilig, als der Typ, bei dem eine Spannung als Punktion der Rotationsgeschwindigkeit erzeugt wurde, in seinem Ansprechen geschwindigkeitsempfindlich ist, was für viele Anwendungsbereiche, beispielsweise für Automobilantirutschsysteme, einen schweren Nachteil darstellt. Dies beruht auf der Tatsache, daß das Augangssignal mit der Geschwindigkeit so stark kleiner wird, daß es/feine untere Geschwindigkeitsgrenze für das AUtorutschsystem setzt, die die praktische Anwendbarkeit eines solchen Systems stark verschlechtert.

7432461 21.10.7«

Bei der Sensorvorrichtung nach der US-PS 3 505 595 ist die Empfindlichkeit aufgrund des offenen Flußweges des Kerngliedes verhältnismäßig nidrig.

Es stellte sich demgemäß die Aufgabe, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die auch bei niedrigen Geschwindigkeiten noch auf die Bewegung des Rades anspricht und gleichzeitig eine genügend große Empfindlichkeit aufweist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kern ringförmig ist und daß der Abstand zwischen den Zähnen und den Permanentmagneten etwas größer als die radiale Ausdehnung des Ringkernes ist.

Diese Vorrichtung behält demgemäß die Geschwindigkeitsunempfindlichkeit der Sensorvorrichtung, die aus der US-PS 3 505 595 bekannt geworden ist, jedoch wird die Empfindlichkeit der Neuerung durch die Verwendung eines ringförmig geschlossenen Kerngliedes wesentlich erhöht. Der Gebrauch eines ringförmig geschlossenen Magnetkernes anstelle eines länglichen Kernes mit offenem Magnetkreis erhöht wesentlich die Empfindlichkeit des Geschwindigkeitssensors, die von der Abtastung des Wechsels der Induktivität des Abtastgliedes abhängt.

und In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise / schematisch

dargestellt. Es zeigen:

7432461 zi.ie.76

Fig. 1 eine Darstellung einer Ausführungsform mit einem einzigen Kern,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Pig. 1,

Fig. 3 den schematischen Schaltplan des Sensorsystems, das den Kern gemäß Fig. 1 und 2 verwendet,

Fig. k eine Seitenansicht einer Ausführungsform mit zwei Kernen und differentieller Abtastung,

Fig. 5 eine Frontansicht der Ausführungsform gemäß Fig. k und

Fig. 6 einen schematischen Schaltplan der Ausführungsform gemäß den Fig. k und 5 mit zwei Kernen.

Eine Sensorvorrichtung 10 zur Abtastung der Bewegung eines rotierenden Gliedes ist in Fig. 1 dargestellt. Das Abtastrad Ik ist vorzugsweise aus ferromagnetischem Material gebildet und weist auf seinem Umfang Zähne 16 auf. Die Drehachse des Rades lh kann so ausgerichtet sein, daß sich das Rad 14 in der Stellung gemäß Fig. 1 oder in der Stellung gemäß Fig. 5 befindet. Der Sensor 10 besteht aus einem ringförmig geschlossenen, magnetisch ättigbaren Kern 12, einer Abfragewicklung 1'3, die um ein Ende des Kernes ge~ wickelt ist, und aus einem Hochfrequenzwechselstromgenerator 22. Ein Permanentmagnet 18 ist in der Nähe des Kernes 12 angeordnet, um einen Magnetfluß über die Flußwege 15 und 17» die durch den

7432461 2 i.ie.7S

Kern 12 verlaufen, zum Rad 1 *» zu liefern. Der Magnet 18 ist in üblicher Weise so ausgebildet, daß ein Magnetpol einer Polarität in der Nähe des Kernes 12 liegt und daß der Magnetpol entgegengesetzter Polarität am äußeren Ende des Magneten, entfernt vom Magnetkern 12 liegt. Ein nichtmagnetisiertes Rad 14 ist vorzuziehen, da ein Rad mit magnetisierten Zähnen 16 teurer wäre. Es könnte jedoch auch ein solches Rad verwendet werden. In diesem Falle wäre die Verwendung des Permanentmagneten 18 nicht notwendig.

Die elektrische Schaltung der Ausführungsform mit einem einzelnen Kern ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Ende 26 der Abfragewidiung 13, die um den Kern 12 gewickelt ist, ist mit dem unteren Ende des Widerstandes Zh verbunden. Der Widerstand 2k ist mit dem Hochfrequenzwechselstromgenerator 22 verbunden, so daß die Erregungsspannung durch den Widerstand mit dem Sensor 10 gekoppelt ist. Das andere Ende 28 der Wicklung 13 ist mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal wird an dem Anschluß 30 abgenommen.

Während die Ausführungsform der Fig. 1 eine stark erhöhte Empfindlichkeit gegenüber ähnlichen Abtastvorrichtungen mit offenen Magnetkernen aufweist, ist sie dennoch hauptsächlich für solche Anwendungen nützlich, bei denen ein relativ großer Magnetfluß im Luftspalt auftritt. Die Abtastvorrichtung 32 der Fig. h bis 6 ist jedoch nützlich, wenn die relative Änderung in der Flußdichte sehr klein ist. Bei diesem Sensor werden zwei ringförmig geschlossene

Magnetkerne 34 und 48 verwendet. Das rotierende Glied bzw. Rad 36 kann entweder magnetische Zähne 38 aufweisen, oder das gesamte Rad kann aus nlchtmagnetisiertem ferromagnetischen) Material bestehen, wie dies zuvor bereits beschrieben ist. Im Fall, daß das Rad nicht magnetisierte Zähne aufweist, muß der Magnet 42 zur Schaffung des notwendigen Magnetfeldes benutzt werden. Der Magnetfluß von dem Magneten 42 folgt den Luftflußwegen 65, 67 und 69 und läuft durch die Kerne 34 und 48. Die Kerne 34 und 48 können eine ebene obere Fläche 44 aufweisen, um den Luftspalt 45 klein zu halten.

Die Magnetkerne 34 und 48 besitzen jeder eine um sie gewickelte Abfragewicklung 4o bzw. 46. Mit einem Ende sind die Wicklungen 4θ und 46 miteinander und dem Anschluß 53 verbunden, der geerdet ist. Das andere Ende der Wicklung 40 ist mit dem Anschluß 52 verbunden. Der Anschluß 52 ist mit den Widerständen 60 und 66 verbunden. Der Widerstand 60 ist mit dem Wechselstromerregungsgenerator 56 verbunden, der ein Erregungssignal einer ersten Phase an die Wicklung 40 liefert. Das zweite Ende der Wicklung 46 ist mit dem Anschluß 54 verbunden, der wiederum mit den Widerständen 62 und 68 verbunden ist. Der Widerstand 62 ist mit dem Wechselstromerregungsgenerator 58 verbunden, der ein Erregungssignal an die Wicklung 46 liefert, das um 180 gegenüber den vom Generator 56 gelieferten Signal phasenverschoben ist. Die Widerstände 66 und 68 sind miteinander und mit dem Ausgangsanschluß 64 verbunden.

7432461 2i.io.7i

In Abwesenheit des Rades j6 wird ein abgeglichenes Ausgangssignal zwischen den Anschlüssen 53 und 64 geliefert. Wenn der Magnetfluß sich auf Grund der Drehung des Rades 36 ändert, erfährt das Ausgangssignal des Sensors eine Phasenumkehr und geht einmal pro Zahnzyklus bzw. pro Intervall durch null Volt. Die Kerne 34 und 48 sind im Abstand voreinander angeordnet, so daß, wenn die Mitte des Kernes 34 einem Zahn 38 gegenübersteht, die Mitte des Kernes 48 etwa in der Mitte der Lücke zwischen dem den Kern 34 gegenüberliegenden Zahn und dem nächstfolgenden Zahn liegt. Die Phasenübergangspunkte die ses Signales können mit einem Phasendetektor nachgewiesen werden.

Das abgeglichene Differentialabtastsystem der Fig. 4 bis 6 wird am besten mit geschlossenen Magnetkernen verwendet. Es können jedoch auch offene längliche Magnetkernglieder in dem beschriebenen Sytem verwendet werden; jedoch ergibt sich dann als Resultat ein Abfall der Empfindlichkeit. Zusätzlich kann die Empfindlichkeit des Systems dadurch verbessert werden, daß die Flußwege niedrigen magnetischen Widerstandes anstelle der Flußwege 15 und 17 der Fig. 1
und der Flußwege 65, 67 und 69 der Fig. 5 vorgesehen werden. Zusätzlich zu der direkten Kopplung der Generatoren 56 und 58 gemäß Fig. 6 kann das Erregungssignal den Wicklungen 40 und 46 durch
Transformatorkopplung zugeführt werden. Dies kann erreicht werden durch Hinzufügen von Primärwicklungen auf den Kernen 34 und 48, so daß die Wicklungen 4o und 46 als Sekundärwicklungen des Transformators arbeiten.

7432461 2i.ie.7S

Claims

Ansprüche ;

1. Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung, In der ein Rad aus nicht magnetlslertem, ferromagnetlschem Material mit Zähnen an seinem Umfang drehbar gelagert 1st, ferner in einem Abstand von den Radzähnen ein Permanentmagnet angeordnet ist, dessen einer Pol zu den Zähnen hinweist, und in der mindestens ein Kernmagnetisch sättigbarem Material, der mit einem an eine Wechselstromquelle aaschiießbaren Leiter umwickelt ist, zwischen dem Rad und dem Permanentmagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) ringförmig ist und daß der Abstand zwischen den Zähnen (16) und den Permanentmagneten (18) etwas größer als die radiale Ausdehnung des Ringkernes (12) ist.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Ringkern (12) vorgesehen ist.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ringkerne (34, 48) vorgesehen sind.

4. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern am Umfang einen Querschlitz (20) besitzt.

5. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern am Umfang eine ebene Fläche (44)

- 10 -

-4-

besitzt, die den Sahnen zugewandt ist.

6, Seneorvorrichvung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitten der Kerne (3^, 48) um etwa einen halben Zahnabstand voneinander entfernt sind.