DE3701467A1 - Magneto-elektrischer geschwindigkeitsaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Geschwindigkeitsaufnehmer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Sensoren sollen, insbesondere bei ihrer Anwendung zum Einbau in Kraftfahrzeuge, bei geringen Einbauabmessungen auswertbare Signale auch bei kleinen Drehzahlen liefern. Um diese von der Flußänderung im Magnetkreis abhängigen Signale, d.h. die in der Spule induzierte Spannung, auch bei geringen Drehzahlen über einem vorbestimmten Wert zu halten, ist man bestrebt, den Luftspalt zwischen den Zähnen und den gegenüberliegenden Polflächen so klein als möglich zu halten und die Windungszahl der Spule so groß als möglich zu machen.

Bei einem gattungsgemäßen Drehzahlmesser ist entweder das Polrad mit an seinem Umfang verteilten Magneten versehen oder ein Teil des Magnetkerns der Spule ist als Magnet ausgebildet (DE-AS 22 51 967).

Bei einem anderen in der DE-OS 24 60 772 beschriebenen Drehzahlsensor ist der gesamte Mittelschenkel des Eisen­ kerns als Permanentmagnet ausgebildet und die Seiten­ schenkel tragen zwei in Reihe geschaltete Spulen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Geschwindigkeitsaufnehmer derart zu verbessern, daß durch Erhöhung der Flußänderung nach der Zeit auch bei geringen Geschwindigkeiten auswertbare Signale störunempfindlich geliefert werden. Darüber hinaus sollen die Abmessungen des gesamten Systems und die benötigte Menge des kostenbe­ stimmenden Dauermagnetmaterials so klein als möglich sein.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Magnetanordnung optimale Verhältnisse ergibt, weil hierdurch der Streufluß bei minimalem Luftspalt, d.h. wenn jeweils ein Zahn je einer Polfläche bzw. dem Magneten gegenüberliegt, sehr klein gehalten werden kann, selbst wenn der mechanisch bedingte Abstand baulich zu beherrschende Werte aufweist. Dadurch daß der Permanentmagnet sich nur über ein kurzes Stück des Mittelschenkels erstreckt, wird der magnetische Widerstand des Kreises klein gehalten und es ergeben sich große Flußunterschiede zwischen den beiden Extremstellungen mit kleinstem Luftspalt (Zähne stehen den Polflächen gegen­ über) und größtem Luftspalt (Zahnlücken stehen den Polflächen gegenüber).

Der erfindungsgemäße Sensor ist zur Feststellung von Winkel­ geschwindigkeiten aber auch zur Aufnahme von Lineargeschwin­ digkeiten geeignet. Im letzten Fall müßte anstelle eines Zahnrades eine Zahnstange benutzt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Geschwindig­ keitaufnehmers;

Fig. 2A u. 2B einen Schnitt eines Geschwindigkeitaufnehmers mit gegenüberliegend angeordnetem Polrad (bzw. Zahnstange) mit unterschiedlicher Relation von Kernabmessung und Zahnteilung;

Fig. 3 eine Darstellung des Geschwindigkeitsaufnehmers mit eingezeichneten Feldlinien bei minimalem Luftspalt;

Fig. 4 eine Darstellung des Geschwindigkeitsaufnehmers mit eingezeichneten Feldlinien bei maximalem Luftspalt.

Der erfindungsgemäße Geschwindigkeitsaufnehmer weist einen E- förmigen Eisenkern 10 mit Seitenschenkeln 12 und einem Mittel­ schenkel 14 auf. Das Ende des Mittelschenkels wird von einem flachen kräftigen Permanentmagneten 16 gebildet. Der Mittelschenkel wird von einem Spulenträger 18 um­ schlossen, auf dem eine Spule 20 mit möglichst vielen Windungen aufgewickelt ist. Der Sensor ist gegenüber einem umlaufenden Polrad 22 (oder einer gezahnten Stange) fest derart angeordnet, daß die die Polflächen 28 bildenden Enden der Schenkel 12 und 14 dem Polrad 22 zugewandt sind, das Zähne 24 und Zahnlücken 26 aufweist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ent­ spricht der Abstand der Zähne dem Abstand der Schenkel. In der in Fig. 2 und 32 dargestellten Stellung mit kleinstem Luftspalt hat der Magnetkreis den kleinsten magnetischen Widerstand und, wie aus Fig. 3 ersichtlich, schließt sich der über­ wiegende Teil der Feldlinien über das Polrad während in der aus Fig. 4 ersichtlichen Stellung mit größtem Luft­ spalt ein erhöhter Streufluß vorhanden ist.

Für die gegenseitige Stellung des Sensors und des Zahnrades (der gezahnten Stange) sind in Fig. 2A und 2B zwei Varianten gezeichnet; beide sind möglich und ungefähr gleich gut.

Bei der Variante gemäß Fig. 2A entspricht der Mittenabstand von Mittelschenkel zu jedem Seitenschenkel einer Zahnteilung, d.h. es bedeckt der Sensor nur 4, 5 Abstände Zahn/Lücke und weist somit die kleinstmöglichen äußeren Abmessungen auf. Dadurch, daß die Seitenschenkel dieselbe Achse wie die gegen­ überliegenden Zähne haben, wenn der breitere Mittelschenkel direkt gegenüber einem Zahn liegt, ist die Flußänderung durch die Spule am größten. Bei der Variante gemäß Fig. 2B ist der Abstand zwischen der rechten Seite des Mittel­ schenkels und der rechten Seite eines Seitenschenkels gleich einer Zahnteilung. (Das gleiche gilt natürlich für die Seitenabstände links. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kern etwas breiter ist (5 Abstände Zahn/Lücke), wobei die äußeren Schenkel mit den gegenüberliegenden Zähnen nicht mehr gleichachsig sind, wenn der breitere Mittelschenkel direkt gegenüber einem Zahn liegt. Dadurch ist die Flußänderung in der Spule etwas kleiner als bei der Variante Fig. 2A. Dafür hat man jedoch mehr Platz für die Spule geschaffen, so daß die Signalspannung fast unverändert bleibt.

Bei gleicher Zahnteilung und gleicher Breite von Zahn und Zahnlücke kann der Sensor nach Fig. 2A schmaler als nach Fig. 2B gehalten werden. Es soll jedoch auch vorbehalten bleiben, bei einem Sensor nach Fig. 2A die Zahnlücke schmaler zu gestalten, so daß sich Verhältnisse nach Fig. 2B ergeben. Ebenso könnten bei der Ausführung nach Fig. 2B die Zahn­ lücken breiter gestaltet werden, so daß man die Verhält­ nisse nach Fig. 2A erhält.

Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Aus­ bildung bei gleichen Abmessungen eine wesentlich erhöhte Signalspannung gegenüber vergleichbaren Anordnungen er­ halten werden kann.

Darüberhinaus erfordert der erfindungsgemäße Sensor eine minimale Menge von Dauermagnetmaterial, was sich besonders günstig auf den Herstellungspreis auswirkt. Alle bekannten Systeme (mit mehreren Magneten oder einem Magneten als Mittelschenkel) erfordern ein Vielfaches an Magnetmaterial und erzeugen trotzdem eine wesentlich niedrigere Signalspannung.

Die Erklärung dafür liegt darin, daß bei dem erfindungs­ gemäßen Sensor optimale Verhältnisse zwischen den ver­ schiedenen, im Magnetkreis vorhandenen Magnetwiderständen geschaffen werden.

So z.B. tritt in diesem Magnetsystem praktisch keine Streuung zwischen dem Mittelschenkel und den beiden Seiten­ schenkeln auf (Fig. 3 und Fig. 4), da alle diese Eisenteile fast das gleiche Magnetpotential aufweisen. Damit erreicht man einen großen Vorteil, der bei den bekannten Systemen nicht auftritt: mit dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeits­ aufnehmer kann man die erwünschte Signalspannung dadurch erhöhen, daß man den E-förmigen Eisenkern (und damit auch die Spule) länger gestaltet. Da dadurch keine zusätzliche Magnetstreuung im System auftritt, ändert sich die Signal­ spannung praktisch proportional mit der Schenkellänge.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, hat der Mittelschenkel den doppelten Querschnitt der Seitenschenkel, da sich der Fluß auf die beiden Seitenschenkel aufteilt. Der Magnet 16 ist mit seiner Magnetachse in Richtung des Mittelschenkels verlaufend gepolt, d.h. einer seiner Pole ist dem Pol­ rad zugewandt und der andere Pol liegt dem Ende des Mittel­ schenkels an. Die Erstreckung des Permanentmagneten 16 in Flußrichtung ist infolge der flachen Bauweise klein, so daß sein magnetischer Widerstand nur einen kleinen Anteil des Gesamtmagnetwiderstandes darstellt.

Claims (7)

1. Magneto-elektrischer Geschwindigkeitsaufnehmer, insbesondere als Winkelgeschwindigkeits-Sensor bzw. Schlupf-Sensor für Antiblockiersysteme oder Vortriebsregler mit einem E-förmigen mit einem Permanentmagneten ausgestatteten Eisenkern, an dessen Polflächen der Umfang eines gezahnten weichmagnetischen Polrades vorbei­ läuft und mit einer den Mittelschenkel des Eisen­ kerns umschließenden Spule, von der das geschwindig­ keitsabhängige Signal abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Polrad (22) zugewandte freie Ende des Mittelschenkels (14) mit dem Permanentmagneten (16) besetzt ist.

2. Geschwindigkeitsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Permanentmagneten (16) dem Querschnitt des Mittel­ schenkels (14) des rechteckig ausgebildeten Eisenkerns entspricht.

3. Geschwindigkeitsaufnehmer nach den Ansprüchen 1 u. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanent­ magnet (14) außerhalb des von der Spule (20) umschlossenen Raumes liegt.

4. Geschwindigkeitsaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelschenkel (14) des E-förmigen Eisenkerns (10) den doppelten Eisenquerschnitt jedes Seitenschenkels aufweist.

5. Geschwindigkeitsaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eines Zahnes (24) des Polrades (oder einer gezahnten Stange) dem Querschnitt des Mittelschenkels (14) entspricht.

6. Geschwindigkeitsaufnehmer nach den Ansprüchen 4 u. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnteilung dem Mittelabstand benachbarter Schenkel entspricht (Fig. 2A).

7. Geschwindigkeitsaufnehmer nach den Ansprüchen 4 u. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnteilung dem Abstand einander entsprechender Seitenflächen zweier benachbarter Schenkel entspricht (Fig. 2B).