DE102005056405B3

DE102005056405B3 - Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE102005056405B3
Application number: DE200510056405
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Wilhelmy
Original assignee: Baumer Huebner GmbH; Huebner Elektromaschinen GmbH
Current assignee: Baumer Huebner GmbH
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-11-24

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes werden durch nebeneinander angeordnete Magnete mit Hilfe einer Blattfeder in einer Spule Spannungsimpulse erzeugt, indem durch die die Blattfeder passierenden Magnete eine Ummagnetisierung der Blattfeder stattfindet. Um bei dieser Vorrichtung Kraft- bzw. Drehmomentpulsationen zu minimieren, sind die Magnete als Ringmagnete ausgebildet, die eine ihrer Rotationsbewegung überlagernde zusätzliche Bewegung ausführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes, bei der in Abhängigkeit von den Bewegungen und/oder Positionen des Gegenstandes in mindestens einer Spule durch mindestens ein eine Relativbewegung zur Spule ausführendes und diese beaufschlagendes, von zwei um eine gemeinsame Achse rotierenden, gegenpoligen Magneten erzeugtes Magnetfeld jeweils Spannungsimpulse erzeugt werden, wobei die Spule mindestens partiell eine aus magnetisch leitendem Material bestehende Feder umschließt, die unter dem Einfluss des Magnetfeldes aufgrund des Reluktanz-Effektes eine Hin- und Herbewegung ausführt und dadurch einen den jeweiligen Spannungsimpuls erzeugenden Polaritätswechsel des Magnetfeldes in der Spule bewirkt.

Zwei Vorrichtungen der vorstehenden Art sind aus der WO 2005/052505 A2 bekannt. Bei beiden bekannten Vorrichtungen führen die Magnete eine reine Rotationsbewegung aus. Unterschiedlich ist hingegen die Anordnung der Magnete, während letztere nämlich bei der ersten Ausführungsform in Richtung der Bewegung hintereinander angeordnet sind, liegen sie bei der zweiten Ausführungsform nebeneinander und dies dergestalt, dass ihre Polflächen schräg zur Bewegungsbahn stehen. Durch die Schräglage der Polflächen wird eine erhebliche Reduzierung von Drehmomentpulsationen erreicht, die bei der ersten Ausführungsform dadurch verursacht werden, dass es bei Annäherung des vorderen Magneten des Magnetpaares an die Feder aufgrund der Anziehungskraft zwischen diesem Magneten und der Feder zu einer gewissen Beschleunigung der Antriebswelle kommt, die durch eine Verzögerung abgelöst wird, sobald der Magnet die Feder mitnimmt. Diese Verzögerung fällt schlagartig weg, sobald das freie Ende der Feder gewissermaßen zum zweiten Magneten hinüberspringt. Der Wegfall der Verzögerung erstreckt sich nur über einen kurzen Augenblick, da anschließend der zweite Magnet die Feder erneut auslenkt, was wiederum zu einer Verzögerung der Antriebswelle führt, die erneut wegfällt, sobald die Rückstellkraft der Feder die Anziehungskraft zwischen ihr und dem zweiten Magneten übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der in Betracht gezogenen Art die Drehmomentpulsationen noch stärker zu reduzieren als bei der zweiten bekannten Ausführungsform. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Magnete als miteinander verbundene Ringmagnete ausgebildet sind, die eine ihre Rotationsbewegung überlagernde, zusätzliche Bewegung ausführen.

Die Verwendung erfindungsgemäßer Vorrichtungen bietet sich insbesondere dann an, wenn geringe Baumaße einzuhalten sind, wie dies z. B. bei Umdrehungszählern für kleine Antriebe der Fall ist. Ihr Vorteil besteht darin, dass durch die der Drehbewegung der Ringmagnete überlagerte, zusätzliche Bewegung der Ringmagnete ein „Schraubenlinien-Effekt" erzielt wird, wobei die Steigung der Schraubenlinie aufgrund ihres Verlaufs über 360° sehr klein gehalten werden kann und auf diese Weise eine praktisch pulsationsfreie Rotationsbewegung der Antriebswelle erzielbar ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:
1 die Seitenansicht einer Vorrichtung mit im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verbundenen Ringmagneten, die zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung eine Taumelbewegung ausführen,
2a–f das Zusammenspiel zwischen den Ringmagneten und der Feder der Vorrichtung gemäß 1,
3 die Seitenansicht einer modifizierten Vorrichtung mit eine Taumelbewegung ausführenden Ringmagneten,
4 die Seitenansicht einer Vorrichtung mit im Bereich ihrer Außen- und Innenflächen miteinander verbundenen Ringmagneten, die zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung eine Exzenterbewegung ausführen und
5a–e das Zusammenspiel zwischen den Ringmagneten und der Feder der Vorrichtung gemäß 4.
Die 1 und 2a zeigen stark schematisiert die wesentlichen Teile einer Vorrichtung mit zwei Ringmagneten 1 und 2, die im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verklebt sind. Die Ringmagnete 1 und 2 sind auf einer nicht dargestellten Welle gelagert, die um die Achse 3 rotiert. Wie aus der einen Schnitt längs der Linie IIa-IIa in 1 darstellenden 2a erkennbar, sind die Ringmagnete 1 und 2 radial entgegengesetzt polarisiert, d. h. der in 1 vordere und in 2a untere Ringmagnet bildet im dargestellten Fall außen eine Nordpol N und innen einen Südpol S, während der in 1 nicht erkennbare, in 2a obere Ringmagnet 2 außen als Südpol S und innen als Nordpol N ausgebildet ist. Die Ringmagnete 1 und 2 stehen, wie aus den 2a und 2f erkennbar, schräg zur Drehachse, d. h. sie sind nach Art einer Taumelscheibe ausgebildet und führen bei einer Drehung der sie tragenden Welle eine Taumelbewegung aus. In geringem Abstand vom Umfang der Ringmagnete 1 und 2 befindet sich das freie Ende einer aus ferromagnetischem Material bestehenden, stabförmigen Feder 4, die im dargestellten Fall als Blattfeder ausgebildet ist. Die Feder 4 ist an ihrem dem freien Ende abgewandten Ende in einer Halterung 5 eingespannt und wird auf einem Großteil ihrer Länge von einer Spule 6 umgeben.
Bei einer Drehung der Ringmagnete 1 und 2 um die Achse 3 der sie tragenden Welle im Uhrzeigersinn wird das freie Ende der Feder 4 bis zu einem gewissen – in den Zeichnungen zum besseren Verständnis übertrieben dargestellten – Grad mitgenommen, d. h. ausgelenkt. Sobald die Rückstellkraft der Feder 4 die durch den Südpol des Ringmagneten 2 auf sie ausgeübte Anziehungskraft übersteigt, schnappt sie zurück. In 2b ist gezeigt, dass der Ringmagnet 2 mit seinem Magnetfeld die Feder 4 in Richtung des Pfeiles 7 durchflutet. Nach dem Zurückschnappen in die in 2c dargestellte Lage hat sich die Richtung des Magnetfeldes, wie durch den Pfeil 8 zum Ausdruck gebracht, umgekehrt. Dieser schnelle Richtungswechsel des Magnetfeldes ruft in der Spule 6 einen Spannungsimpuls hervor, der zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung und zum Zählen von Vorgängen nutzbar ist.
Drehen sich die Ringmagnete 1, 2 weiter, so wird die Feder 4 – wie in 2e gezeigt – in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, um anschließend wieder annähernd in ihre Ausgangsposition zurückzuschnellen und einen erneuten Spannungsimpuls zu erzeugen. Danach beginnt der Vorgang von Neuem. Die Feder 4 erzeugt folglich bei einer vollen Umdrehung der Ringmagnete 1 und 2 zwei Spannungsimpulse.
3 zeigt eine Lösung, bei der die Feder 4 nicht außerhalb, sondern innerhalb eines Ringmagnetpaares angeordnet ist. Es versteht sich, dass der Bewegungsablauf der Feder 4 in diesem Fall der gleiche ist, wie zuvor erörtert.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Taumelbewegung der Ringmagnete durch eine periodische Axialverschiebung der sie tragenden Welle zu ersetzen.
In den 4 und 5a bis 5e ist eine Variante mit zwei ineinander angeordneten Ringmagneten 9 und 10 gezeigt, die nicht radial, sondern axial entgegengesetzt magnetisiert sind. In diesem Fall sind die Ringmagnete 9, 10 nicht schräg zur Drehachse der sie tragenden Welle orientiert, sonder exzentrisch auf der Welle gelagert. Die gemeinsame zentrale Achse 11 der Ringmagnete 9, 10 fällt also nicht mit der Drehachse 12 zusammen. In 4 ist senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Achse 11 und der Drehachse 12 im Abstand r von der Achse 11 der Ringmagnete in geringem, axialem Abstand von der Trennlinie 13 zwischen dem inneren Ringmagneten 9 und dem äußeren Ringmagneten 10 wiederum eine Feder 4 angeordnet, die von einer Halterung 5 gehalten und einer Spule 6 umgeben wird, wie dies am besten aus der 5a erkennbar ist.
Bei einer Drehung der Ringmagnete 9, 10 um die Drehachse 12 wird die Feder 4, wie in 5b gezeigt, vom äußeren Ringmagneten 10 so lange mitgenommen und so stark ausgelenkt, bis die Rückstellkraft der Feder 4 die Anziehungskraft zwischen ihr und dem Ringmagneten 10 übersteigt. Sobald dies der Fall ist, springt die Feder 4 zurück und gelangt dabei in den Einflussbereich des inneren Ringmagneten 9, wobei wie bei der ersten Ausführungsform ein durch die Pfeile 14 und 15 in 5b und 5c angedeuteter Wechsel des Magnetfeldes stattfindet, der den erwünschten Spannungsimpuls in der Spule 6 erzeugt.
Rotieren die Ringmagnete 9, 10 weiter, so wird die Feder 4 vom inneren Ringmagneten 9 mitgenommen und ausgelenkt, bis sie erneut zurückspringt. Es werden folglich auch bei der zweiten Ausführungsform während einer Umdrehung der Ringmagnete 9 und 10 zwei Spannungsimpulse erzeugt.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und/oder Positionen eines Gegenstandes, bei der in Abhängigkeit von den Bewegungen und/oder Positionen des Gegenstandes in mindestens einer Spule durch mindestens ein eine Relativbewegung zur Spule ausführendes und diese beaufschlagendes, von zwei um eine gemeinsame Achse rotierenden, gegenpoligen Magneten erzeugtes Magnetfeld jeweils Spannungsimpulse erzeugt werden, wobei die Spule mindestens partiell eine aus magnetisch leitendem Material bestehende Feder umschließt, die unter dem Einfluss des Magnetfeldes aufgrund des Reluktanz-Effektes eine Hin- und Herbewegung ausführt und dadurch einen den jeweiligen Spannungsimpuls erzeugenden Polaritätswechsel des Magnetfeldes in der Spule bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete als miteinander verbundene Ringmagnete (1, 2; 9, 10) ausgebildet sind, die eine ihre Rotationsbewegung überlagernde, zusätzliche Bewegung ausführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (1, 2) im Bereich ihrer einander zugewandten Seitenflächen miteinander verbunden sind und ihre zusätzliche Bewegung eine durch eine Schräglage ihrer Verbindungsfläche gegenüber ihrer Drehachse (3) bewirkte Taumelbewegung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (9, 10) im Bereich ihrer einander zugewandten Außen- und Innenflächen miteinander verbunden sind und ihre zusätzliche Bewegung eine durch eine Exzentrizität ihrer gemeinsamen zentralen Achse (11) gegenüber ihrer Drehachse (12) bewirkte Exzenterbewegung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Feder (4) senkrecht zur Drehachse (3) der Ringmagnete (1, 2) angeordnet ist und deren Taumelbewegungen die Auslenkung der Feder (4) bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Feder (4) parallel zur Drehachse (12) der Ringmagnete (9, 10) angeordnet ist und deren Exzenterbewegungen die Auslenkung der Feder (4) bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (1, 2) in radialer Richtung entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnete (9, 10) in axialer Richtung entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind.