ES2341539T3 - POSITION DETECTOR. - Google Patents
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Abstract
Description
Detector de posición.Position detector.
La invención se refiere a un detector de posición para el registro de movimientos de translación y/o de rotación empleando un elemento ferromagnético.The invention relates to a detector of position for recording translation movements and / or of rotation using a ferromagnetic element.
Tales elementos ferromagnéticos son conocidos como en la norma US 4,364,013 como los llamados detectores de movimientos de hilos de impulsos o en la norma DE 41 07 847 C1 o en la DE 28 17 169 C2 como sensores Wiegand, en los que p. ej., un material ferromagnético está envuelto por una bobina sensora. Los sectores magnéticos orientados primero irregularmente en el material ferromagnético - denominados como dominios magnéticos o como dominios de Weiss - se orientan en un único dominio bajo la influencia de fuerzas externas. Al aplicarse un campo magnético externo de determinada dirección e intensidad, este dominio se "cambia" "repentinamente", lo que provoca un impulso de tensión en la bobina sensora que se puede detectar como señal de salida.Such ferromagnetic elements are known. as in US 4,364,013 as the so-called detectors of impulse wire movements or in standard DE 41 07 847 C1 or in DE 28 17 169 C2 as Wiegand sensors, in which p. eg a Ferromagnetic material is wrapped by a sensor coil. The magnetic sectors first oriented irregularly in the material ferromagnetic - referred to as magnetic domains or as Weiss domains - they are targeted in a single domain under the influence of external forces. When applying a magnetic field external address and intensity, this domain is "changes" "suddenly", which causes a boost from voltage in the sensor coil that can be detected as a signal of exit.
En una variante conocida como sensor de ángulo de giro, ver p. ej., EP 0724712B1, pasan en tales hilos de impulsos distribuidos por el perímetro unos imanes de conexión y reposicionadores, de modo que los hilos de impulsos son atravesados sucesivamente por campos magnéticos de polaridad inversa. Debido a la inversión magnética de todos sus sectores magnéticos en su bobina sensora, cada hilo de impulsos genera un impulso de tensión de una longitud, amplitud y polaridad definidas. Estos impulsos de tensión se evalúan en un contador electrónico. Mediante los imanes de reposicionado se llevan de nuevo los sectores magnéticos de los hilos de impulsos al estado de partida mediante el campo de reposicionado de polaridad opuesta, de modo que el correspondiente hilo de impulsos está listo para una nueva activación de impulsos. Este modo de proceder se denomina como funcionamiento asimétrico. En el funcionamiento simétrico se genera adicionalmente en cada proceso de reposición un impulso evaluable.In a variant known as angle sensor turn, see p. eg, EP 0724712B1, pass on such impulse wires distributed magnets distributed around the perimeter and repositioners, so that the impulse wires are traversed successively by magnetic fields of inverse polarity. Because the magnetic inversion of all its magnetic sectors in its coil sensor, each pulse wire generates a voltage pulse of one defined length, amplitude and polarity. These voltage impulses They are evaluated in an electronic counter. Through the magnets of repositioning the magnetic sectors of the impulse wires to the starting state through the field of repositioning of opposite polarity, so that the corresponding Pulse wire is ready for a new pulse activation. This procedure is called asymmetric operation. In symmetric operation is generated additionally in each process of replenishment an evaluable impulse.
Como en la norma mencionada al principio EP 0 724 712 B1, con al menos dos sensores de este tipo distribuidos por el perímetro en la dirección de movimiento, se puede extraer no sólo cada giro completo de un árbol giratorio sino además su dirección de giro teniendo en cuenta las características diferencias de posición entre el proceso de colocación y reposición con una clara asignación de los impulsos de tensión generados a la correspondiente posición angular del árbol de giro.As in the standard mentioned at the beginning EP 0 724 712 B1, with at least two sensors of this type distributed by the perimeter in the direction of movement, can be extracted not only each complete turn of a rotating shaft but also its direction of turn taking into account the characteristics position differences between the placement and replacement process with a clear assignment of the voltage pulses generated to the corresponding position angle of the turning shaft.
Debido a los, al menos, dos sensores distribuidos por el perímetro, hay que contar con un considerable coste de montaje, pues los sensores de alambres de impulsos no son lo pequeños que uno desee, por lo que, p. ej., no se pueden construir contadores de revoluciones con un diámetro pequeño. Además, estos sensores son relativamente caros.Due to the at least two sensors distributed around the perimeter, we must have a considerable assembly cost, as pulse wire sensors are not as small as one wishes, so, p. eg, you cannot build speed counters with a small diameter. In addition, these sensors are relatively expensive.
Se sabe además que en un detector de posición de este tipo se puede determinar con ayuda de un único sensor el giro y la dirección del giro de un eje, inclinándose el sensor constituido como hilo Wiegand para la generación de impulsos dependiente de la dirección del movimiento hacia la dirección del movimiento de una sección con polaridad magnética situada enfrente del hilo Wiegand; ver el mencionado DE 28 17 169 C2. Desventajoso en una disposición de este tipo es que, como consecuencia de la polarización predeterminable aunque se puede producir una detección de la dirección de giro, sin embargo este está limitado a la dirección de giro predeterminada por la polarización, es decir, sólo a un única dirección de giro.It is also known that in a position detector of this type can be determined with the help of a single sensor the rotation and the direction of rotation of an axis, inclining the constituted sensor as Wiegand thread for impulse generation dependent on the direction of movement towards the direction of movement of a section with magnetic polarity opposite the Wiegand wire; see the aforementioned DE 28 17 169 C2. Disadvantageous in a provision of this type is that, as a consequence of polarization predetermined although a detection of the direction of rotation, however this is limited to the direction of predetermined turn by polarization, that is, only to a single direction of rotation
Para el registro de ambas direcciones de giro de un eje son necesarios asimismo al menos dos sensores de este tipo con las correspondientes conexiones de evaluación. Independientemente de ello, una disposición de este tipo adolece bajo determinadas circunstancias de un rendimiento energético muy reducido ya que el ángulo entre la dirección de movimiento y orientación de los sensores desempeña un papel determinante. Trabajas sin suministro de energía del exterior es por ello difícil con una disposición de este tipo.For the registration of both directions of rotation of at least two sensors of this type are necessary with the corresponding evaluation connections. Regardless of this, such a provision suffers under certain circumstances of an energy efficiency very reduced since the angle between the direction of movement and Sensor orientation plays a determining role. You work without outside power supply is therefore difficult with such an arrangement.
Tarea de la invención es obtener en este sentido una solución.Task of the invention is to obtain in this regard a solution.
Partiendo del hecho de que en los materiales ferromagnéticos la interacción de los momentos magnéticos de átomos vecinos con dirección de magnetización diferente es muy fuerte, lo que conduce a la orientación de los momentos en pequeños dominios, los llamados dominios Weiss, que están separados entre si por unas capas de transición, denominadas como paredes de Bloch, ahora es posible conformar de un modo permanente un único dominio de dirección unitaria de magnetización p. ej. mediante el estirado mecánico de un hilo ferromagnético. Si se coloca un dominio de este tipo en un campo magnético externo de determinado tamaño y dirección, entonces este dominio no se pliega en su totalidad sino que sus imanes elementales se despliegan desde una determinada posición inicial - preferentemente, desde el extremo de un hilo - al modo de fichas de dominó, en la dirección del campo magnético externo. Esto conduce a una onda de fustigación de velocidad finita en el elemento ferro magnético pero que es lo suficientemente grande frente a la velocidad del imán a excitar, de modo que se puede hablar de una "fustigación repentina" de estos dominios.Starting from the fact that in the materials ferromagnetic the interaction of the magnetic moments of atoms neighbors with different magnetization direction is very strong, what which leads to the orientation of moments in small domains, the so-called Weiss domains, which are separated from each other by some transition layers, referred to as Bloch walls, is now possible to permanently form a single domain of unitary direction of magnetization p. ex. by stretching mechanic of a ferromagnetic thread. If you place a domain of this type in an external magnetic field of certain size and address, then this domain does not fold in its entirety but that your elemental magnets are deployed from a certain initial position - preferably, from the end of a thread - to dominoes mode, in the direction of the magnetic field external. This leads to a finite velocity fustigation wave. in the ferro magnetic element but that is large enough versus the speed of the magnet to excite, so that you can talk about a "sudden fustigation" of these domains.
Aprovechando las relaciones físicas arriba descritas, la tarea mencionada al principio para un detector de posición del tipo aquí descrito que tenga al menos un imán excitador, se ha solucionado desde en el sentido de la invención con un único elemento ferromagnético con al menos una bobina de inducción y con al menos un elemento sensor adicional para averiguar informaciones sobre la polaridad y la posición del imán excitador, estando estas a disposición en el momento de la activación de un elemento ferromagnético como informaciones completas para determinar la dirección de movimiento del imán excitador. El efecto de la pared de Bloch que transcurre sobre el elemento ferromagnético se aprovecha en una variante especialmente sencilla de la invención de tal modo que la averiguación de la posición del imán excitador se produce mediante la determinación de la dirección de activación de la inversión magnética del elemento ferromagnético iniciable desde ambos lados frontales.Taking advantage of physical relationships above described, the task mentioned at the beginning for a detector position of the type described here that has at least one magnet exciter, has been solved from within the meaning of the invention with a single ferromagnetic element with at least one coil of induction and with at least one additional sensor element to find out information on the polarity and position of the exciter magnet, being available at the time of activation of a ferromagnetic element as complete information to determine the direction of movement of the exciter magnet. Wall effect of Bloch that passes over the ferromagnetic element is take advantage of a particularly simple variant of the invention of such that the finding of the position of the exciter magnet is produced by determining the activation direction of the magnetic inversion of the ferromagnetic element initiable from both front sides.
Sin embargo, no se debe confundir aquí la dirección de activación de la inversión magnética con la dirección de la misma inversión magnética, que se describe como desde qué polo magnético hasta qué polo magnético se "fustigan" las paredes Weiss. La dirección de la inversión magnética conduce en el caso presente a la polaridad del polo activante del imán excitador.However, you should not confuse here the direction of activation of the magnetic inversion with the direction of the same magnetic inversion, which is described as from which pole magnetic up to which magnetic pole the walls are "whipped" Weiss The direction of the magnetic inversion leads in the case present to the polarity of the activating pole of the exciter magnet.
La energía cinética de los imanes elementales fustigantes en forma de una onda continua en dirección del dominio exterior es suficientemente grande no sólo para extraer de la bobina asignada al elemento ferromagnético energía eléctrica para un impulso de señal sino además para una electrónica de contador y una sonda Hall.The kinetic energy of elementary magnets fustigants in the form of a continuous wave in the direction of the domain outside is large enough not only to extract from the coil assigned to the ferromagnetic element electrical energy for a signal pulse but also for a counter electronics and a Hall probe
Si se da la posición y polaridad actuales del imán excitador EM y se aplican estas en relación a su última posición y polaridad almacenadas, entonces se poseen informaciones completas para averiguar la dirección de movimiento del imán excitador EM y del árbol giratorio unido firmemente a éste. Para una mejor comprensión de la invención se explica a continuación la misma en base al ejemplo de un contador de revoluciones.If the current position and polarity of the EM exciter magnet and apply these in relation to your last stored position and polarity, then information is held complete to find out the direction of movement of the magnet EM exciter and rotating shaft firmly attached to it. For one better understanding of the invention is explained below the same based on the example of a revolution counter.
En el caso general, que se caracteriza por un imán excitador y la activación de ½ vuelta, se describe completamente el sistema de contador de vueltas mediante cuatro estados básicos del imán excitador en combinación con sus últimos datos almacenados, a saber:In the general case, which is characterized by a exciter magnet and ½ turn activation, described completely the lap counter system by four basic states of the exciter magnet in combination with its latest stored data, namely:
Z1.) Polo norte a la derecha de la línea de referenciaZ1.) North pole to the right of the line reference
Z2.) Polo norte a la izquierda de la línea de referenciaZ2.) North pole to the left of the line reference
Z3.) Polo sur a la derecha de la línea de referenciaZ3.) South pole to the right of the line reference
Z4.) Polo sur a la izquierda de la línea de referencia.Z4.) South pole to the left of the line reference.
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En un uso conforme a la invención de sólo un hilo de impulsos y una bobina de inducción, estas cuatro situaciones conducen a dos grupos de estados combinados en función del empleo de la dirección de activación de la inversión magnética:In a use according to the invention of only one impulse wire and an induction coil, these four situations they lead to two groups of states combined according to the use of The activation direction of the magnetic inversion:
- 1.) Grupo: ambas direcciones de activación de la inversión magnética están definidas; ver fig. 1, 2 y 3.1.) Group: both activation directions of the magnetic inversion are defined; see fig. 1 2 and 3.
- a.) to.)
- polo norte a la derecha o polo sur a la izquierda de la línea de referencia L (Z1 o Z4)north pole to the right or south pole to the left of the reference line L (Z1 or Z4)
- b.) b.)
- polo norte a la izquierda o polo sur a la derecha de la línea de referencia L (Z2 o Z3).north pole to the left or south pole to the right of the reference line L (Z2 or Z3).
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Aquí se puede determinar la posición del imán excitador EM mediante la medición de la dirección de activación de la inversión magnética mediante el elemento sensor adicional, p. ej., una segunda bobina de inducción o una sonda Hall. Con una segunda bobina SP2 sobre el elemento ferromagnético FE esto se produce directamente y con una sonda Hall HS se produce indirectamente. Si se emplea una sonda Hall HS, no desempeña un papel aquí la polaridad conocida por aquella del imán excitador EM sino solamente el hecho de si se excita o no. La polaridad del imán excitador EM se puede determinar entonces siempre midiendo la dirección de la inversión magnética mediante la bobina de inducción SP1 o SP del elemento ferromagnético FE de la polaridad de los impulsos de tensión.Here you can determine the position of the magnet EM exciter by measuring the activation direction of magnetic inversion by means of the additional sensor element, e.g. eg, a second induction coil or a Hall probe. With a second coil SP2 on the ferromagnetic element FE this is produced directly and with a Hall HS probe is produced indirectly. If a Hall HS probe is used, it does not play a paper here the polarity known by that of the EM exciter magnet but only the fact of whether he is excited or not. The polarity of the magnet EM exciter can then be determined by always measuring the direction of magnetic inversion by induction coil SP1 or SP of the ferromagnetic element FE of the polarity of the voltage impulses
- 2.) Grupo: sólo está definida una dirección de activación de la inversión magnética; ver fig. 4.2.) Group: only a direction of activation of the magnetic inversion is defined; see fig. Four.
- a.) to.)
- polo norte a la derecha o polo norte a la izquierda de la línea de referencia L (Z1 o Z2)north pole to the right or north pole to the left of the reference line L (Z1 or Z2)
- b.) b.)
- polo sur a la derecha o polo sur a la izquierda de la línea de referencia L (Z3 o Z4).south pole to the right or south pole to the left of the reference line L (Z3 or Z4).
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En este caso, la posición del imán excitador EM se deduce siempre directamente de la sonda Hall viendo si ésta se excita o no. La polaridad del imán excitador EM se puede determinar con independencia mediante la bobina de inducción SP midiendo la dirección de la inversión magnética. 3.) grupo: la dirección de la inversión magnética no está definida; ver fig. 5.In this case, the position of the EM exciter magnet it is always deduced directly from the Hall probe seeing if it excited or not. The polarity of the EM exciter magnet can be determined independently by means of the induction coil SP measuring the Magnetic inversion direction. 3.) group: the address of the magnetic inversion is not defined; see fig. 5.
- a.)to.)
- polo norte a la derecha de la línea de referencia L arriba o polo sur a la derecha de la línea de referencia L abajo (Z1 o Z2)pole north to the right of the reference line L above or south pole to the right of the reference line L below (Z1 or Z2)
- b.)b.)
- polo norte a la derecha de la línea de referencia L abajo o polo sur a la derecha de la línea de referencia L arriba (Z4 o Z3).pole north to the right of the reference line L below or south pole to the right of the reference line L above (Z4 or Z3).
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En función de la disposición de la sonda Hall HS a la derecha (tal como se indica en la fig. 5) o a la izquierda, se evalúan las correspondientes polaridades. La polaridad del imán excitador EM se deduce aquí directamente mediante la sonda Hall HS. La determinación de la posición del imán excitador EM (polo norte o polo sur arriba o abajo) se realiza ahora indirectamente mediante la medición de la dirección de la inversión magnética.Depending on the layout of the Hall HS probe on the right (as indicated in fig. 5) or on the left, They evaluate the corresponding polarities. The polarity of the magnet EM exciter is deduced here directly by the Hall HS probe. The determination of the position of the EM exciter magnet (north pole or south pole up or down) is now performed indirectly by means of the measurement of the direction of magnetic inversion.
Todas las soluciones con matemáticamente equivalentes y tecnológicamente del mismo valor.All solutions with mathematically equivalent and technologically of the same value.
Mediante las medidas de la invención arriba indicadas se puede construir un detector de posición con una estructura mecánica sencillísima que trabaja perfectamente también a velocidades cercanas a cero y en caso de caída del suministro regular de la corriente con un único elemento ferromagnético en ambas direcciones de movimiento del imán excitador. Aquí se debe destacar que en el momento Ts de la activación del elemento ferromagnético FE están a disposición las informaciones completas para la averiguación de la polaridad y de la dirección de movimiento, es decir, junto a las informaciones almacenadas todas las señales necesarias en los bornes de salida de las bobinas de inducción afectadas y/o de la sonda Hall. Este hecho condiciona necesariamente como reivindicación que el elemento ferromagnético FE, la sonda Hall HS y el imán excitador EM o los imanes excitadores, se tienen que encontrar entre si en una constelación espacial muy determinada, p. ej., en un lugar.Through the measures of the invention above indicated you can build a position detector with a very simple mechanical structure that works perfectly also to near zero speeds and in case of supply drop regulate the current with a single ferromagnetic element in both directions of movement of the exciter magnet. Here it is due highlight that at the moment Ts of the activation of the element Ferromagnetic FE are available full information for finding out the polarity and the direction of movement, that is, together with the stored information all the necessary signals at the output terminals of the coils of Induction affected and / or the Hall probe. This fact conditions necessarily as a claim that the ferromagnetic element FE, Hall HS probe and EM exciter magnet or magnets excitators, they have to find each other in a constellation very specific space, p. eg, in one place.
La configuración óptimamente simplificada del detector de posición permite también extraer de las señales de salida de la bobina sensora SP o las bobinas sensoras SP1; SP2 al mismo tiempo la energía para la electrónica de evaluación que incluye, al menos, un dispositivo de conteo, una memoria no volátil y un condensador.Optimally simplified configuration of the position detector also allows to extract from the signals of output of the SP sensor coil or SP1 sensor coils; SP2 at same time the energy for evaluation electronics that includes at least one counting device, a non-volatile memory and a condenser.
Otras características de la invención se derivan de las reivindicaciones derivadas.Other features of the invention are derived of the derived claims.
La invención se describe a continuación en base a cinco ejemplos de ejecución expuestos más o menos esquemáticamente.The invention is described below on the basis to five examples of execution more or less exposed schematically
Se muestra:It shows:
Fig. 1 la estructura esquemática de un detector de posición según la invención con un elemento ferromagnético, dos bobinas inductoras asignadas y dos piezas de conductancia de flujo ferromagnéticas.Fig. 1 the schematic structure of a detector position according to the invention with a ferromagnetic element, two assigned inductor coils and two pieces of flow conductance Ferromagnetic
Fig. 2 la estructura esquemática de un detector de posición según un segundo ejemplo de ejecución de la invención con un elemento ferromagnético con una bobina inductora, una sonda Hall y dos piezas de conductancia de de flujo ferromagnéticas.Fig. 2 the schematic structure of a detector position according to a second embodiment of the invention with a ferromagnetic element with an inductor coil, a probe Hall and two pieces of ferromagnetic flow conductance.
Fig. 3 la estructura esquemática de un detector de posición según un tercer ejemplo de ejecución de la invención con un elemento ferromagnético, con una bobina inductora, una sonda Hall y dos piezas de conductancia de de flujo ferromagnéticas.Fig. 3 the schematic structure of a detector position according to a third embodiment of the invention with a ferromagnetic element, with an inductor coil, a Hall probe and two pieces of ferromagnetic flow conductance.
Fig. 4 la estructura esquemática de un detector de posición según un cuarto ejemplo de ejecución de la invención con un elemento ferromagnético, con una bobina inductora y una sonda Hall.Fig. 4 the schematic structure of a detector position according to a fourth exemplary embodiment of the invention with a ferromagnetic element, with an inductor coil and a probe Hall.
Fig. 5 la estructura esquemática de un detector de posición según un quinto ejemplo de ejecución de la invención con un elemento ferromagnético, con una bobina inductora, una sonda Hall y dos piezas de conductancia de de flujo ferromagnéticas dispuestas en 180º.Fig. 5 the schematic structure of a detector position according to a fifth embodiment of the invention with a ferromagnetic element, with an inductor coil, a Hall probe and two pieces of ferromagnetic flow conductance arranged in 180º.
Fig. 6 un esquema de conexiones de una electrónica de evaluación adecuada para las formas de ejecución según las fig. 1 hasta 5.Fig. 6 a wiring diagram of a electronic evaluation appropriate for the forms of execution according to fig. 1 to 5
Fig. 7 una disposición de un detector de posición según la fig. 5, en el que el eje de giro del imán excitador está girado en 90º, es decir, dispuesto según la fig. 4 yFig. 7 an arrangement of a detector position according to fig. 5, in which the axis of rotation of the magnet exciter is turned 90 °, that is, arranged according to fig. 4 Y
Fig. 8 una disposición de un detector de posición según la fig. 7, en el que el eje de giro del imán excitador está girado en 90º respecto a la disposición según la fig. 5, si bien muestra dos imanes excitadores con la finalidad de lograr una exposición más sencilla.Fig. 8 an arrangement of a detector position according to fig. 7, in which the axis of rotation of the magnet exciter is turned 90 ° with respect to the arrangement according to fig. 5, although it shows two exciter magnets in order to achieve A simpler exhibition.
En la forma de ejecución mostrada en la fig. 1 de un detector de posición, el cuerpo que se mueve es un eje 10 que puede girar en dirección a la flecha R1 y R2, es decir, en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Para poder contar los giros del eje 10 se ha asignado a éste un imán excitador EM que señala hacia el polo norte N y otro hacia el polo sur S. Mediante los piezas de conductancia de flujo ferromagnéticas FL1 y FL2, cuyos extremos 14 y 15 se apoyan en los arcos circulares descritos por el imán excitador EM y cuyos extremos 16 (posición a la izquierda de la línea de referencia L en FE) y 17 (posición a la derecha de la línea de referencia L en FE) están dirigidos a los lados frontales de un elemento ferromagnético FE, el elemento ferromagnético FE se puede influenciar por el campo magnético generado por el imán excitador EM.In the embodiment shown in fig. one of a position detector, the body that moves is an axis 10 that you can turn in the direction of arrow R1 and R2, that is, in the clockwise or counterclockwise. To counting the turns of axis 10 has been assigned to it an exciter magnet EM pointing towards the north pole N and another towards the south pole S. Through the FL1 ferromagnetic flow conductance parts and FL2, whose ends 14 and 15 rest on circular arcs described by the exciter magnet EM and whose ends 16 (position a the left of the reference line L in FE) and 17 (position at right of the reference line L in FE) are directed to the front sides of a ferromagnetic element FE, the element Ferromagnetic FE can be influenced by the magnetic field generated by the EM exciter magnet.
El elemento ferromagnético FE orientado paralelamente a la dirección de movimiento del imán excitador, está rodeado por dos bobinas sensoras SP1 y SP2, en cuyos bornes de salida 22 y 23 se pueden recibir los impulsos de tensión de la correspondiente polaridad al pasar el imán excitador EM como consecuencia de la inversión magnética del elemento ferromagnético FE. Como elemento adicional de sensor para averiguar la dirección de activación de la inversión magnética sirve aquí la segunda bobina de inducción SP2. Del desplazamiento temporal de los máximos de tensión de las dos bobinas se deduce la dirección de activación de la inversión magnética y, en consecuencia, la posición del imán excitador EM. Visto estrictamente, sólo se necesita evaluar la bobina con lógica "1" que alcanza en primer lugar su máximo de tensión. La otra bobina no ha alcanzado en este momento aún su máximo, por lo que se evalúa por ello con lógica "0". Como elemento ferromagnético sirve un hilo de impulsos.The ferromagnetic element FE oriented parallel to the direction of movement of the exciter magnet, it is surrounded by two SP1 and SP2 sensor coils, on whose terminals of output 22 and 23 the voltage pulses of the corresponding polarity when passing the EM exciter magnet as consequence of the magnetic inversion of the ferromagnetic element FAITH. As an additional sensor element to find out the address of activation of the magnetic inversion serves here the second coil of induction SP2. Temporary displacement of maximum voltage the activation address of the magnetic inversion and, consequently, the position of the magnet EM exciter. Strictly seen, you only need to evaluate the coil with logic "1" that first reaches its maximum of tension. The other coil has not yet reached its maximum, so it is evaluated with logic "0". How Ferromagnetic element serves a thread of impulses.
En la forma de ejecución según la fig. 2, los elementos correspondientes llevan sucesivamente las mismas cifras de referencia que en la forma de ejecución según la fig. 1.In the embodiment according to fig. 2, the corresponding elements carry successively the same figures of reference that in the embodiment according to fig. one.
Sin embargo, diferente a la fig. 1 es que al elemento ferromagnético FE sólo se ha asignado una bobina sensora SP. Con la finalidad de determinar la posición del imán excitador al paso del elemento ferromagnético, se ha previsto aquí como elemento sensor adicional una sonda Hall HS en cuya salida 24 se puede recibir bien una señal o no. La polaridad se determina aquí, como en la fig. 1, por la bobina SP del elemento ferromagnético FE. La polaridad determinada por la sonda Hall HS no tiene importancia para la evaluación pero se puede emplear como información redundante para una supervisión de la función.However, different from fig. 1 is that at ferromagnetic element FE only one sensor coil has been assigned SP. In order to determine the position of the exciter magnet at passage of the ferromagnetic element, it is planned here as an element additional sensor a Hall HS probe whose output 24 can be Receive a signal well or not. The polarity is determined here, as in fig. 1, by the SP coil of the ferromagnetic element FE. The polarity determined by Hall HS probe does not matter for the evaluation but can be used as redundant information to a function supervision.
Las informaciones que están a disposición en el momento TS para la averiguación de la polaridad y dirección de movimiento del imán excitador consisten, por ello, en los datos en la memoria no volátil con las señales en los bornes de salida de las bobinas de inducción o con las señales en los bornes de salida de la bobina de inducción y los bornes de salida de la sonda Hall.The information that is available in the TS moment to find out the polarity and direction of movement of the exciter magnet consists, therefore, of the data in non-volatile memory with the signals at the output terminals of the induction coils or with the signals at the output terminals of the induction coil and the output terminals of the Hall probe.
La forma de ejecución del detector de posición según la fig. 3 muestra los elementos correspondientes a los ejemplos arriba descritos, sin embargo para aumentar la resolución se han asignado al eje 10 cuatro imanes excitadores EM1 hasta EM4 dispuestos en ángulo recto entre si, además con polaridad alternante. De este modo, al girar el eje 10, se confrontarán alternantemente a los lados frontales del elemento ferromagnético FE un polo norte o un polo sur a través de las piezas de conductancia de flujo FL1 y FL2. La necesaria sonda Hall para la determinación de la posición del imán excitador está aquí asignada a los extremos opuestos de los imanes excitadores EM1 hasta EM4.The position detector execution method according to fig. 3 shows the elements corresponding to the examples described above, however to increase the resolution 10 exciter magnets EM1 to EM4 have been assigned to axis 10 arranged at right angles to each other, also with polarity alternating Thus, when turning axis 10, they will confront alternately to the front sides of the ferromagnetic element FE a north pole or a south pole through the conductance pieces of flow FL1 and FL2. The necessary Hall probe for the determination of the position of the exciter magnet is here assigned to the ends opposite of the exciter magnets EM1 to EM4.
La forma de ejecución del detector de posición según la fig. 4 muestra los elementos correspondientes a las formas de ejecución arriba descritas, pero aquí no existen piezas de conductancia de flujo. En esta variante se hace uso sobre todo del hecho de que el elemento ferromagnético FE ya se ha activado antes de que el imán excitador EM se encuentre en una línea con el elemento ferromagnético FE. La zona visible de la sonda Hall HS necesaria para la determinación de la posición del imán excitador EM se ha ajustado de tal forma que alcanza aproximadamente hasta la línea de referencia L.The position detector execution method according to fig. 4 shows the elements corresponding to the shapes of execution described above, but there are no pieces of flow conductance. In this variant, the use of fact that the ferromagnetic element FE has already been activated before that the EM exciter magnet is in a line with the ferromagnetic element FE. The visible area of the Hall HS probe necessary for the determination of the position of the EM exciter magnet has been adjusted so that it reaches approximately up to reference line L.
La forma de ejecución del detector de posición según la fig. 5 muestra asimismo los elementos correspondientes a las formas de ejecución arriba descritas, pero aquí los extremos de las piezas de conductancia de flujo FL1 y FL2 que se encuentran frente a los imanes excitadores están dispuestos en 180º. La sonda Hall, necesaria para averiguar la polaridad del imán excitador como elemento sensor adicional, está dispuesta aquí en ángulo recto respecto a la línea de referencia L por el punto de giro del eje 10 de tal modo que aún ve los polos correspondientes del imán excitador EM cuando se activa el elemento ferromagnético. Esto tiene lugar siempre en un determinado ángulo \alpha antes de introducirse en las piezas de conductancia de flujo. La posición del imán excitador EM se determina mediante la bobina del elemento ferromagnético FE midiendo la dirección de la inversión magnética. La anterior variante según la fig. 5 tiene suficiente con el imán excitador EM más pequeño posible, en especial cuando las piezas de conductancia de flujo previstas se emplean también para la concentración del flujo en forma de una lente magnética.The position detector execution method according to fig. 5 also shows the elements corresponding to the forms of execution described above, but here the extremes of the flow conductance pieces FL1 and FL2 found in front of the exciter magnets are arranged in 180º. Probe Hall, necessary to find out the polarity of the exciter magnet as additional sensor element, is arranged here at right angles with respect to the reference line L by the axis 10 pivot point such that you still see the corresponding poles of the exciter magnet MS when the ferromagnetic element is activated. This takes place always at a certain angle? before entering the pieces of flow conductance. The position of the exciter magnet EM is determined by the coil of the ferromagnetic element FE measuring the direction of the magnetic inversion. The previous one variant according to fig. 5 has enough with the EM exciter magnet smallest possible, especially when the conductance pieces Flow rates are also used for the concentration of flow in the form of a magnetic lens.
En los ejemplos de ejecución según la fig. 1 hasta 5 se han mostrado formas de ejecución en las que el imán excitador EM y el elemento ferromagnético FE se encuentran en un plano respecto a los ejes de giro normales. Por supuesto, es posible y, bajo determinadas circunstancia, incluso es ventajoso que el elemento ferromagnético FE y el imán excitador EM se encuentren en planos diferentes - tal como se representa en la fig. 7 - o en un plano pero paralelamente a la normal del eje de giro - tal como se representa en la fig. 8.In the exemplary embodiments according to fig. one up to 5 execution forms have been shown in which the magnet EM exciter and the ferromagnetic element FE are in a plane with respect to normal axes of rotation. Of course it is possible and, under certain circumstances, it is even advantageous that the ferromagnetic element FE and the exciter magnet EM are located in different planes - as shown in fig. 7 - or in a flat but parallel to the normal axis of rotation - as depicted in fig. 8.
A los detectores de posición se ha asignado, según la fig. 1 hasta 5 así como 7 y 8, una electrónica de evaluación denominada en su totalidad con la cifra de referencia 30, representada en la fig. 6 como diagrama de bloques, cuyos bornes de entrada 32 y 33 están unidos con las bobinas sensoras SP1 y SP2 o con SP y con la sonda Hall HS. En los bornes de entrada se encuentra postconectada una lógica de detección 34 y 35 respectivamente. En la entrada 32 se encuentra conectado adicionalmente un condensador C para el suministro de corriente a través de un rectificador de corriente D. Las señales procedentes de las lógicas de detección 34 y 35 se evalúan en un contador 38, al que se encuentra asignada una memoria no volátil 36. Incluyendo el historial previo contenido en los datos almacenados y las informaciones suministradas por las lógicas de detección 34 y 35 sobre la posición actual y la polaridad del imán excitador, se obtiene un nuevo estado de contador que se transmite luego a la memoria no volátil, que representa en general un FRAM.The position detectors have been assigned, according to fig. 1 to 5 as well as 7 and 8, an electronics of evaluation named in its entirety with reference figure 30, depicted in fig. 6 as a block diagram, whose terminals are input 32 and 33 are connected to the SP1 and SP2 sensor coils or with SP and with the Hall HS probe. In the input terminals you will find postconnected a detection logic 34 and 35 respectively. In the input 32 an additional capacitor C is connected for the supply of current through a rectifier current D. The signals from the detection logic 34 and 35 are evaluated in a counter 38, to which a nonvolatile memory 36. Including previous history contained in the data stored and the information provided by the Logic detection 34 and 35 on the current position and polarity of the exciter magnet, a new counter status is obtained which is then transmits to nonvolatile memory, which represents in general a FRAM.
El suministro de energía para la electrónica de evaluación proviene por lo general de las señales de las bobinas de inducción SP, SP1 y SP2. Si sólo se emplea una bobina de inducción SP, el suministro de energía de la sonda Hall se produce del mismo modo a través de esta bobina.The power supply for electronics of evaluation usually comes from the signals of the coils of induction SP, SP1 and SP2. If only one induction coil is used SP, the power supply of the Hall probe is produced from it mode through this coil.
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La conexión de línea 41 es parte del suministro de tensión de la electrónica de evaluación arriba descrita. A través de las tomas 39 y un interfaz 40 se pueden recoger los datos. Una línea 42 sirve - si es que se ha previsto - para el suministro de energía desde el exterior, en especial si adicionalmente al FRAM se emplea un EEPROM. Un EEPROM de este tipo coloca a la electrónica de evaluación en la mayoría de los casos en la situación de trabajar hasta con las temperaturas más elevadas pues entonces, p. ej., también se perderían en un FRAM ya al cabo de un breve tiempo importantes datos de configuración.Line connection 41 is part of the supply voltage of the evaluation electronics described above. Through data can be collected from sockets 39 and an interface 40. A line 42 serves - if planned - for the supply of energy from the outside, especially if in addition to the FRAM employs an EEPROM. An EEPROM of this type places the electronics of evaluation in most cases in the work situation even with the highest temperatures then, p. eg they would also be lost in a FRAM after a short time Important configuration data.
Todos los ejemplos de ejecución arriba descritos tienen en común que el giro y/o dirección de giro del eje 10 se pueden registrar con exactitud con ayuda de un único elemento ferromagnético, p. ej., un hilo de impulsos que pone además a disposición la suficiente energía tanto para el suministro de una electrónica de evaluación como para una sonda Hall, como elemento sensor adicional. En la disposición del hilo de impulsos conforme a la invención en la variante más sencilla, donde ambos extremos del hilo de impulsos son del mismo valor desde una perspectiva de la técnica de medición, tanto la información sobre la posición como también sobre la polaridad del imán excitador activador se contienen en los impulsos de tensión generados.All execution examples described above they have in common that the rotation and / or direction of rotation of the axis 10 is can register accurately with the help of a single item ferromagnetic, p. eg, a thread of impulses that also puts sufficient energy provision for both the supply of a evaluation electronics as for a Hall probe, as an element additional sensor In the arrangement of the impulse wire according to the invention in the simplest variant, where both ends of the impulse wire are of the same value from a perspective of the measurement technique, both position information and also on the polarity of the activating exciter magnet are contained in the voltage pulses generated.
Esencial es también aquí que están disponible las informaciones sobre la dirección de activación de la inversión magnética del elemento ferromagnético, del polo activador del imán excitador EM y su última polaridad y posición almacenada en lo referente al eje que gira en el momento Ts de la activación del elemento ferromagnético, es decir, al mismo tiempo en el marco de los tiempos de reacción de los elementos empleados.Essential is also here that they are available information on the direction of activation of the investment magnetic of the ferromagnetic element, of the magnet activating pole EM exciter and its last polarity and position stored in the referring to the axis that rotates at the moment Ts of the activation of the ferromagnetic element, that is, at the same time within the framework of the reaction times of the elements used.
El condensador C en la electrónica de evaluación se ha previsto para el almacenamiento de la energía de suministro obtenida del impulso de señales, al menos hasta que la evaluación de la señal y del proceso de almacenamiento del valor del contador haya concluido en la memoria no volátil.The capacitor C in the evaluation electronics It is planned for storage of supply energy obtained from the signal impulse, at least until the evaluation of the signal and the counter value storage process has concluded in nonvolatile memory.
Como elementos ferromagnéticos, en lugar de hilos de impulsos o hilos Wiegand, se pueden emplear también otros elementos si se dan las condiciones para la "fustigación repentina" de los dominios Weiss.As ferromagnetic elements, instead of impulse wires or Wiegand threads, others can also be used elements if the conditions for "fustigation are met Sudden "of Weiss domains.
Para evitar malentendidos, hay que indicar que el elemento ferromagnético FE se caracteriza por que sólo posee una entrada magnética y una salida magnética, despreciando los campos de dispersión. En consecuencia aunque es posible que entre la entrada y la salida se pueda interrumpir en paralelo y/o en serie, sin embargo no por ello se abandona la idea inventora de un único elemento.To avoid misunderstandings, it should be noted that the ferromagnetic element FE is characterized by only having one magnetic input and magnetic output, neglecting the fields of dispersion. Consequently although it is possible that between the entrance and the output can be interrupted in parallel and / or in series, however that is why the inventive idea of a single element is not abandoned.
Para la determinación de la polaridad o posición del imán excitador, se pueden emplear en lugar de sensores Hall también otros sensores como, p. ej., células fotorresistivas mandadas por campo magnético. Además, es posible preparar el imán excitador de tal modo que su posición y/o polaridad se pueda determinar en lugar de por la sonda Hall con ayuda de una medición capacitiva. Independientemente de ello, es posible el empleo del detector de posición arriba descrito en combinación con un sensor de ángulo de giro de precisión en la forma de un llamado Multiturns, tal como se describe y representa p. ej., en EP 0 658 745. En este caso, la línea de referencia L corresponde al punto cero del sensor del ángulo de giro de precisión empleado.For the determination of polarity or position of the exciter magnet, can be used instead of Hall sensors also other sensors like, e.g. eg, photoresist cells sent by magnetic field. In addition, it is possible to prepare the magnet exciter so that its position and / or polarity can be determine instead of by the Hall probe with the help of a measurement capacitive Regardless, the use of the position detector described above in combination with a sensor precision angle of rotation in the form of a so-called Multiturns, as described and represented p. eg, in EP 0 658 745. In this case, the reference line L corresponds to the zero point of the sensor of the precision rotation angle used.
Si se emplean p. ej., hilos Wiegand, en la
sincronización con un sensor de ángulo de giro de precisión es
necesario obtener unas informaciones exactas sobre el estado de
magnetización del elemento ferromagnético FE. Para ello es adecuada,
p. ej., la disposición según la fig. 1 con dos bobinas. Con ayuda de
una corriente alimentada externamente en una bobina, p. ej., la
bobina SP1, se puede activar un impulso de tensión en función de la
magnetización del elemento ferromagnético FE, en la segunda bobina,
p. ej., en la bobina SP2. El mismo modo de proceder es posible
también con dos bobinas dispuestas una encima de la otra. Por lo
demás, también es posible alcanzar la activación con un corto
impulso de corriente o una rampa de corriente de lento ascenso para
salir del paso sólo con una única
bobina SP.If used p. For example, Wiegand wires, when synchronizing with a precision angle of rotation sensor it is necessary to obtain exact information about the magnetization state of the FE ferromagnetic element. For this it is appropriate, p. eg, the arrangement according to fig. 1 with two coils. With the help of an externally supplied current in a coil, p. For example, coil SP1, a voltage pulse can be activated depending on the magnetization of the ferromagnetic element FE, in the second coil, p. e.g., in coil SP2. The same procedure is also possible with two coils arranged one above the other. Moreover, it is also possible to achieve activation with a short current pulse or a slow-rising current ramp to get out of the pass only with a single
SP coil.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
- 10 10
- ejeaxis
- 14 14
- FinEnd
- 15 fifteen
- FinEnd
- 16 16
- FinEnd
- 17 17
- FinEnd
- 22 22
- Borne de salidaOutput terminal
- 23 2. 3
- Borne de salidaOutput terminal
- 24 24
- Borne de salidaOutput terminal
- 30 30
- Electrónica de evaluaciónEvaluation electronics
- 32 32
- Borne de entradaInput terminal
- 33 33
- Borne de entradaInput terminal
- 34 3. 4
- Lógica de detecciónDetection logic
- 35 35
- Lógica de detecciónDetection logic
- 36 36
- Memoria no volátilNon volatile memory
- 38 38
- ContadorAccountant
- 39 39
- TomasYou take
- 40 40
- InterfazInterface
- 41 41
- Conexión de líneaLine connection
- 42 42
- LíneaLine
- \alphaα
- Ángulo de activaciónActivation angle
- C C
- CondensadorCondenser
- D D
- Rectificador de corrienteCurrent rectifier
- EM EM
- Imán excitadorExciter magnet
- EM1 EM1
- Imán excitadorExciter magnet
- EM2 EM2
- Imán excitadorExciter magnet
- EM3 EM3
- Imán excitadorExciter magnet
- EM4 EM4
- Imán excitadorExciter magnet
- FE FAITH
- Elemento ferromagnéticoFerromagnetic element
- FL1 FL1
- Pieza de conductancia de flujoFlow conductance piece
- FL2 FL2
- Pieza de conductancia de flujoFlow conductance piece
- HS HS
- Sonda HallHall probe
- L L
- Línea de referenciaReference line
- N N
- Polo norteNorth Pole
- R1 R1
- FlechaArrow
- R2 R2
- FlechaArrow
- S S
- Polo surSouth Pole
- SP SP
- Bobina sensoraSensor coil
- SP1 SP1
- Bonina sensoraBonina sensor
- SP2 SP2
- Bobina sensoraSensor coil
- SE BE
- Elemento sensor adicionalAdditional sensor element
- Ts Ts
- Momento de la activación del elemento ferromagnético FEMoment of activation of the ferromagnetic element FAITH
- Z1 Z1
- Estado básico del imán excitadorBasic state of the exciter magnet
- Z2 Z2
- Estado básico del imán excitadorBasic state of the exciter magnet
- Z3 Z3
- Estado básico del imán excitadorBasic state of the exciter magnet
- Z4 Z4
- Estado básico del imán excitador.Basic state of the exciter magnet.
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