DE19652082A1 - Wirbelstrommesswerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrommeßwerk, insbeson­ dere für einen Tachometer, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle befestigten, radial magnetisierten Perma­ nentmagneten und mit einem glockenförmigen, den Perma­ nentmagneten übergreifenden, drehfest auf einer Zeiger­ welle angeordneten Wirbelstromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle.

Solche Wirbelstrommeßwerke werden beispielsweise in Ta­ chometern von Fahrzeugen zur Anzeige einer zu der Dreh­ zahl der Antriebswelle proportionalen Geschwindigkeit und zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle und damit einer zurückgelegten Entfernung einge­ setzt und sind damit bekannt. Hierbei erzeugt der Perma­ nentmagnet mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle Wirbelströme in dem Wirbelstromkörper. Das Hallelement steht der dem Wirbelstromkörper abgewandten Seite des Permanentmagneten mit geringem Abstand gegenüber und er­ zeugt bei einem Vorbeibewegen eines Magnetpolpaares des Permanentmagneten ein elektrisches Signal. Die Anzahl der elektrischen Signale ist proportional zu der Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle.

Nachteilig bei dem bekannten Wirbelstrommeßwerk ist, daß der Permanentmagnet in der Regel zylinderförmig ge­ staltet ist und an seinen Stirnseiten nur ein schwaches magnetisches Feld erzeugt. Die Erfassung von schwachen magnetischen Feldern erfordert den Einsatz von besonders kostenintensiven Hallelementen. Weiterhin ist der Perma­ nentmagnet zur Übertragung eines möglichst starken Ma­ gnetfeldes auf den Wirbelstromkörper häufig diametral ma­ gnetisiert. Hierdurch läßt sich durch das Hallelement nur eine sehr geringe Auflösung des Drehwinkels der An­ triebswelle erzeugen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Wirbel­ strommeßwerk der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es kostengünstig aufgebaut ist und eine möglichst genaue Ermittlung des Drehwinkels der Antriebswelle er­ möglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein weiterer Permanentmagnet zur Erregung des Hallelementes vorgesehen ist.

Hierdurch kann man den Permanentmagneten des Wirbelstrom­ körpers unabhängig von den Erfordernissen des Hallelemen­ tes zur Erzeugung eines möglichst starken Magnetfeldes beispielsweise diametral magnetisiert. Da das Hallelement einem eigenen oder mehreren Permanentmagneten gegenüber­ steht, erzeugt es den vorbeibewegten Magnetpolpaaren ein­ deutig zuzuordnende elektrische Signale. Eine mit dem er­ findungsgemäßen Wirbelstrommeßwerk ermittelte Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle ist damit besonders genau. Zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle oder ihres Stellwinkels ist im einfachsten Fall nur ein einziges, besonders kostengünstig gefertigtes Halle­ lement erforderlich. Die Auflösung des Drehwinkels ist in diesem Fall abhängig von der Anzahl der Magnetpolpaare des Permanentmagneten des Hallsensors.

Zur Erregung des Hallelementes könnte beispielsweise ein einzelner Permanentmagnet an einem Ausleger der Antriebs­ welle angeordnet sein. Das Wirbelstrommeßwerk läßt sich jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung konstruktiv besonders einfach montieren, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes ringförmig die An­ triebswelle umschließend gestaltet ist. Zur Erfassung ei­ ner vorgesehenen Auflösung des Drehwinkels kann der Per­ manentmagnet des Hallsensors beispielsweise mehrere an seiner dem Hallelement zugewandten Seite angeordnete Ma­ gnetpolpaare aufweisen.

Eine gegenseitige Überlagerung von magnetischen Feldern der beiden Permanentmagnete wird gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig ver­ mieden, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes auf der dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers abge­ wandten Seite axial magnetisiert ist. Hierdurch verlaufen die Feldlinien der Permanentmagnete um 90° verdreht zu­ einander, so daß der Permanentmagnet des Wirbelstromkör­ pers am Hallelement ein wesentlich schwächeres magneti­ sches Feld aufbaut als der Permanentmagnet des Hallele­ mentes. Fehlmessungen des Hallelementes durch magnetische Felder des Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers wer­ den durch diese Gestaltung zuverlässig vermieden.

Das Wirbelstrommeßwerk weist gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kleine Abmessungen auf, wenn der Permanentmagnet des Hallelemen­ tes an dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers an­ liegt.

Fehlmessungen des Hallsensors durch eine gegenseitige Überlagerung der magnetischen Felder der Permanentmagnete werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weiter verringert, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes mit geringem Abstand zu dem Permanent­ magneten des Wirbelstromkörpers angeordnet ist.

Das von Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld ist umso schwächer und gleichförmiger, je mehr Magnetpolpaare dieser aufweist. Will man den Drehwinkel der Antriebswel­ le mit einer besonders hohen Auflösung erfassen, könnte man den Permanentmagneten des Hallelementes mit besonders vielen Magnetpolpaaren versehen. Dies erfordert jedoch den Einsatz eines besonders empfindlichen und damit ko­ stenintensiven Hallelementes. Eine besonders hohe Auflö­ sung des Drehwinkels läßt sich gemäß einer anderen vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung auch mit weniger empfindlichen und damit kostengünstigen Hallelementen er­ zeugen, wenn zur Erfassung der Drehzahl oder des Drehwin­ kels der Antriebswelle mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Hallelemente vorgesehen sind. Der Abstand zweier Hallelemente könnte beispielsweise dem halben Ab­ stand eines Magnetpolpaares entsprechen.

$ie Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungs­ gemäßes Wirbelstrommeßwerk,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Wirbelstrommeß­ werks aus Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Wirbelstrom­ meßwerks.

Die Fig. 1 zeigt ein Wirbelstrommeßwerk mit einem auf einer Zeigerwelle 1 befestigten, glockenförmigen Wirbel­ stromkörper 2. Der Wirbelstromkörper 2 übergreift einen auf einer Antriebswelle 3 befestigten, radial magneti­ sierten Permanentmagneten 4. Auf der dem Permanentmagne­ ten 4 abgewandten Seite des Wirbelstromkörpers 2 ist ein Rückschlußring 5 angeordnet. Die Zeigerwelle 1 wird von einer Drehfeder 6 in eine Grundstellung vorgespannt und trägt auf ihrem dem Wirbelstromkörper 2 abgewandten Ende einen Zeiger 7. Auf der Unterseite des radial magneti­ sierten Permanentmagneten 4 ist ein zweiter Permanentma­ gnet 8 angeordnet, der auf seiner dem radial magnetisier­ ten Permanentmagneten 4 abgewandten Seite mehrere in Fig. 2 dargestellte Magnetpolpaare 9 aufweist. Mit gerin­ gem Abstand vor dem zweiten Permanentmagneten 8 ist ein Hallelement 10 angeordnet, das bei einem Vorbeibewegen eines der Magnetpolpaare 9 ein elektrisches Signal er­ zeugt.

Eine Drehung der Antriebswelle 3 und damit des radial ma­ gnetisierten Permanentmagneten 4 erzeugt der Winkelge­ schwindigkeit des Permanentmagneten 4 entsprechend starke Wirbelströme in dem Wirbelstromkörper 2. Diese Wirbel­ ströme lenken die Zeigerwelle 1 gegen die Kraft der Dreh­ feder 6 aus. Die Auslenkung des Zeigers 7 ist hierbei ab­ hängig von der Drehzahl der Antriebswelle 3. Die Anzahl der von dem Hallelement 10 erzeugten elektrischen Signale ist das Produkt der Anzahl der Umdrehungen der Antriebs­ welle 3 und der Anzahl der Magnetpolpaare 9 des zweiten Permanentmagneten 8.

Die Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung des Wirbel­ strommeßwerks aus Fig. 1 entlang der Linie II-II, daß der zweite Permanentmagnet 8 eine Vielzahl von Ma­ gnetpolpaaren 9 trägt und damit eine besonders hohe Auf­ lösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 ermöglicht. Der Permanentmagnet 4 des Wirbelstromkörpers 2 ist diame­ tral magnetisiert und weist damit nur ein Magnetpolpaar auf. Hierdurch werden in dem Wirbelstromkörper 2 beson­ ders starke Wirbelströme erzeugt.

Bei einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Wirbelstrommeßwerks ist der zweite Permanentmagnet 8 mit einem geringen Abstand zu dem Permanentmagneten 4 des Wirbelstromkörpers 2 angeordnet. Hierdurch wird eine ge­ genseitige Überlagerung der magnetischen Felder der Per­ manentmagnete 4, 8 besonders gering gehalten. Weiterhin hat das Wirbelstrommeßwerk zwei Hallelemente 11, 12, die mit einem Versatz von einem halben Abstand der Magnetpol­ paare des zweiten Permanentmagneten 8 zueinander angeord­ net sind. Hierdurch wird die Auflösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 bei gleicher Anzahl der Magnetpolpaa­ re verdoppelt.

Claims (6)

1. Wirbelstrommeßwerk, insbesondere für einen Tachome­ ter, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle befestig­ ten, radial magnetisierten Permanentmagneten und mit ei­ nem glockenförmigen, den Permanentmagneten übergreifen­ den, drehfest auf einer Zeigerwelle angeordneten Wirbel­ stromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebs­ welle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weite­ rer Permanentmagnet (8) zur Erregung des Hallelementes (10-12) vorgesehen ist.

2. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (10-12) ringförmig die Antriebswelle (3) umschließend gestaltet ist.

3. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallele­ mentes (10-12) auf der dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) abgewandten Seite axial magneti­ siert ist.

4. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Perma­ nentmagnet (8) des Hallelementes (10) an dem Permanentma­ gneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) anliegt.

5. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Perma­ nentmagnet (8) des Hallelementes (11, 12) mit geringem Abstand zu dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkör­ pers (2) angeordnet ist.

6. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfas­ sung der Drehzahl oder des Drehwinkels der Antriebswelle (3) mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Hallele­ mente (11, 12) vorgesehen sind.