DE2539877A1 - Elektrische impulserzeuger - Google Patents

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 8.9.75 P/Sö - G 3103

GENERAL MOTORS CORPORATION Detroit, Michigan, U.S.A.

Elektrische Impulserzeuger

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Impulse.

Es gibt viele Fälle, in denen die Verwendung eines elektrischen Impulserzeugers oder magnetischen Fühlgeräts wünschenswert ist. Bekannte Geräte dieser Art bestehen aus einem Permanentmagneten und einem Polstück aus magnetischen Material, über welches der magnetische Kreis des Permanentmagneten führt, sowie aus einer Fühlspule. In vielen Fällen führen jedoch elektromagnetische Streufelder dazu, daß solche Geräte unzulänglich arbeiten, weil durch diese Felder in der Spule ungewollte oder Störsfenale induziert werden, die ein sogenanntes "Sauschen" bewirken· Eine weitere Ursache für die Induzierung von Störsignalen in den Fühlspulen der bekannten Geräte sind Vibrationen der FBhlanordnung bezüglich der mit ihr zusammenwirkenden Zahnscheibe oder das Vorhandensein magnetisierter Zäh&e in der Scheibe· Durch räumliche Verkleine-

DR. O. MANITZ · DIPU-INO. M. F1NSTERWALD DIPL.-INO. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN S3. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7S70

TEL. (0S9I S3 49 H. TELEX 6-29673 PATMF 8EELBEROSTR.33/98.TEL.(071118673 61 POSTSCHECK. MÖNCHEN 77069-8O«

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rung des Magnetluftspalts zwischen den Polkanten des stücks und den Zähnen der zugeordneten drehbaren Scheibe läßt sich für gewöhnlich der Störabstand, d.h. das Verhältnis zwischen Nutz- und Störsignalen, zwar verbessern, andererseits darf jedoch wegen eventueller Exzentrizitäten der Scheibe und/oder wegen Erschütterungen die Breite dieses Magnetluftspalts ein zulässiges Mindestmaß nicht unterschreiten, so daß ein gewisses Übermaß des Luftspalts und somit ein entsprechendes Maß an Störeinflüssen irgendwelcher Umgebungsstreufelder bei den bekannten Geräten in Kauf genommen werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse, die im wesentlichen gegenüber Umgebungsstreufeidern unempfindlich und zugleich einfach im Aufbau ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind in einem elektrischen Impulserzeuger erfindungsgemäß zwei in Serie geschaltete Pühlspulen im Sinne entgegengesetzter Polarität auf zugeordnete Schenkel eines Magnetkerns gewickelt, der im magnetischen Kreis eines Permanentmagneten liegt. Die Schenkel des Magnetkerns sind so ausgelegt und angeordnet, daß eine geschlitzte Polkante entsteht. Diese Polkante ist so gelegen, daß sie mit einer drehbar gelagerten Kreisscheibe, die aus magnetischem Material besteht und um ihren Umfang eine Vielzahl von Zähnen aufweist, einen Magnetluftspalt bildet.

Der erfindungsgemäße elektrische Impulserzeuger ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Umgebungsstreufeldern, Erschütterungen und magnetisieren Zähnen auf der Zahnscheibe.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen beschrieben.

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Figur 1 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Impulserzeugers;

Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 der Figur 1;

Figur 3 ist eine auseinander gezogene Darstellung der zum magnetischen Kreis gehörenden Teile des Impulserzeugers nach Figur 1;

Figur 4- veranschaulicht in einer vergrößerten Darstellung die Beziehung zwischen der geschlitzten Polkante der magnetischen Anordnung nach Figur 1 und einer zugeordneten drehbaren Scheibe aus magnetischem Material sowie das Schema zweier in Serie geschalteter und im Sinne entgegengesetzter Polarität gewickelter Fühlspulen ;

Figur 5 zeigt eine andere Lage der beiden Fühlspulen an der Anordnung nach Figur 1;

Figur C veranschaulicht in einer graphischen Darstellung die Ergebnisse, die mit zwei erfindungsgemäßen Anordnungen erzielt werden.

Der in Figur 1 dargestellte elektrische Impulserzeuger hat eine drehbar gelagerte Kreisscheibe 10 mit einer Vielzahl von Zähnen 11, die in gleichmässigen Abständen um den Umfang der Scheibe verteilt sind· In Figur 1 ist nur ein Teil dieser Scheibe 10 dargestellt· Die Scheibe 10 ist um eine in der Ansicht nach Figur 1 horizontal verlaufende Achse in einer Weise drehbar gelagert, wie es bei elektrischen Impulserzeugern ode? magnetischen Fühlgeräten an sich bekannt ist.

Der Impulserzeuger enthält ferner einen Magnetkern 15 aus magnetischem Material, der aus einem Quersteg 16 und zwei

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daran angeformten, vom Steg fortstehenden parallelen Schenkeln 17 und 18 besteht. Die Schenkel sind so ausgestaltet, daß sie an einer vom Quersteg 16 entfernten Stelle eine geschlitzte Polspitze oder Polkante 20 bilden. Der Kern 15 kann entweder aus mehreren zusammengeschichteten Blechen eines magnetischen Materials bestehen oder als Massekern aus gepulvertem Eisen hergestellt sein oder ein einziges Pressoder Stanzteil darstellen. Der Magnetkern 15 ist in einer solchen Lage angeordnet, daß die geschlitzte Polkante 20 zu den Zähnen 11 der Scheibe 10 in einer einen Magnetluftspalt bildenden Beziehung steht. Im dargestellten Fall sind die Schenkel 17 und 18 des Magnetkerns 15 einstückig mit dem Quersteg 16. Diese Einstückigkeit ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, notwendig ist nur, daß die Schenkel 17 und 18 voneinander beabstandet sind, gleiche magnetische Länge aufweisen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und im wesentlichen senkrecht vom Quersteg 16 abstehen. Die vom Quersteg 16 entfernt liegenden Enden der Schenkel 17 und können aufeinander zulaufen und verminderten Querschnitt haben, um die geteilte Polkante 20 zu bilden. Die geteilte oder geschlitzte Polkante 20 verläuft vom äußeren Rand des einen schenkeis über den dazwischen liegenden Luftspalt zur äußeren Kante des anderen Schenkels und hat vorzugsweise eine Breite, die im wesentlichen gleich 3/4- der Teilung "P" der Zähne 11 um den Umfang der Scheibe 10 ist, wie in Figur M-gezeigt. Wenn man die geschlitzte Polspitze einschließlich des Luftspalts bezüglich der Scheibenzähne 11 in der in Figur M-gezeigten Weise dimensioniert, dann ist die Erzeugung von Signalen optimal.

Ein Permanentmagnet 25, der in dem in Figur 1 gezeigten Sinne magnetisiert ist, liegt direkt an der Rückseite des Querstegs 16 des Magnetkerns 15 an, so daß der Kern 15 den Fluß des Permanentmagneten leitet, also Teil des magnetischen Kreises des Permanentmagneten ist. Im dargestellten Fall ist der

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Permanentmagnet 25 in der selben Richtung wie die Schenkel 17 und 18 des Magnetkerns 15 magnetisiert, wobei der Nordpol auf der vom Quersteg 16 des Magnetkerns 15 abgewandten Seite liegt. Der Permanentmagnet 25 kann jedoch auch in umgekehrter Richtung magnetisiert sein, so daß sein Südpol vom Quersteg 16 des Magnetkerns 15 abgewandt ist.

Um jeden Schenkel 17 und 18 des Magnetkerns 15 ist jeweils eine Fühlspule 31 bzw. 32 gewickelt. Die Fühlspulen 31 und 32 sind daher mit dem Permanentmagneten 25 und dem Magnetkern 15 magnetisch verkettet· Jede Spule 31 und 32 kann gewünschtenfalls auf einen gesonderten Spulenkörper 33 und aus irgendeinem geeigneten Isoliermaterial gewickelt sein. Die Fühlspulen 31 und 32 sind in Serie geschaltet und im Sinne entgegengesetzter Polarität gewickelt, wie es in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist.

Die magnetische Anordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse kann an einem stationären Glied 35 befestigt sein und in eine solche Stellung gebracht werden, daß die geschlitzte Polspitze 20 mit den Zähnen 11 der Scheibe 10 einen Magnetluftspalt bildet. Ein Halter 36, der mittels Bolzen 37 und 38 am stationären Glied 30 festgeschraubt werden kann, dient dazu, die Anordnung in ihrer genauen Stellung bezüglich der Scheibe 10 festzuhalten. Die Anordnung kann zwischen einem vorderen Deckel 40 und einem hinteren Deckel 41, die jeweils aus magnetischem Material bestehen, eingeschlossen sein. Die Deckel 40 und 41 erstrecken sich über die geschlitzte Polspitze 20 hinaus und bilden mit der Scheibe 10 Magnetluftspalte, wie es in Figur 2 zu erkennen ist. Um die Schenkel 17 und 18 sei ein Element 42 gelegt, welches einen Kurzschlußring oder eine Dämpfungswicklung darstellt. Dieses Element 42 wirkt wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators und neigt daher dazu, irgendwelchen Änderungen des in die geschlitzte Polspitze eintretenden Gesamtflusses entgegenzuwirken. Mit dieser An-

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Ordnung wird die relative Signalstärke in jeder der Fühlspulen 31 und 32 verbessert, während äußere Einflüsse auf den magnetischen Aufbau des Impulserzeugers, z.B. ungewollte oder Störsignale infolge von Vibrationen und Stoßen und magnetischen Streufeldern, vermindert werden.

Figur 4- zeigt in vergrößerter Darstellung die räumliche Beziehung zwischen der geschlitzten Polspxtze 20 und den Zähnen 11 der Scheibe 10, wobei die geschlitzte Polspitze 20 3/4· der Teilung eines Scheibenszahns überspannt.

Wie in Figur 2 erkennbar, verläßt der vom Permanentmagneten 25 erzeugte Magnetfluß diesen Magneten an der oberen Seite, teilt sich dann auf und geht in den vorderen und den hinteren Deckel 4-0 und 4-1. Die beiden Magnetflußströme werden dann über die beiden Deckel nach unten geleitet, kreuzen die Luftspalte 4-5 und 4-6 und vereinigen sich wieder in der Scheibe 10. Der vereinigte Magnetfluß kreuzt dann den Luftspalt 4-7 zwischen den Zähnen 11 undder geschlitzten Polspitze 20, läuft dann wieder geteilt durch die Schenkel 17 und 18 des Magnetkerns 15 nach oben, vereinigt sich wieder im Quersteg 16 und kehrt zur anderen Seite des Permanentmagneten 25 zurück.

Es sei angenommen, daß die Scheibe 10 im Uhrzeigersinn in Richtung des ±l Figur 1 eingezeichneten Pfeils gedreht wird. Wenn nun im Verlauf dieser Drehung einer der vielen am Umfang der Scheibe 10 sitzendei Zähne 11 in die Nähe der geschlitzten Polspitze 20 kommt, dann wird ein größerer Betrag des Magnetflusses über den Luftspalt 4-7 in den Schenkel 17 geleitet, und der Betrag des Flusses in der Scheibe wird größer, wenn einer der Zähne 11 an demjenigen Teil der geschlitzten Polspitze 20 vorbeiläuft, der vom Schenkel 17 gebildet wird. Der Fluß wird solange größer, bis der Zahn denjenigen Teil der geschlitzten Polspitze 10 erreicht, der vom Schenkel 18 gebildet wird. Wenn einer der Zähne 11 den vom Schenkel 18

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gebildeten Teil der Polspitze 20 näher kommt, dann wird ein größer werdender Betrag am Magnetfluß über den Luftspalt 47 und durch den S_chenkel 18 geleitet. Wenn sich einer der Zähne 11 von dem durch den Schenkel 17 gebildeten Teil der Polspitze 20 fortbewegt, dann wird ein abnehmender Betrag an Magnetfluß über den Luftspalt 4-7 und durch den Schenkel 17 geleitet, während der über den Luftspalt, 47 durch den Schenkel 18 geleitete Magnetfluß stärker wird. Das heißt, zunächst ist ein zunehmender Magnetfluß mit der um den Schenkel 17 gewickelten Fühlspule 31 verkettet, und später ist ein zunehmender Magnetfluß mit der um den Schenkel 18 gewickelten Fühlspule 32 verkettet, während gleichzeitig der mit der Fühlspule 31 verkettete Fluß abnimmt. Daher wird an den Ausgangsleitungen 5Ί und 52 der Fühlspulen 31 und 32 ein endliches Gesamt-Ausgangssignal abgegriffen, obwohl die Spulen in Serie geschaltet und im Sinne entgegengesetzter Polarität gewickelt sind.

Der Hauptvorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß magnetische Umgebungsstreufelder in jeder Spule 31 und 32 die gleiche Spannung induzieren, wobei sich diese Spannungen jedoch wegen des entgegengesetzten Wicklungssinns der Spulen gegenseitig auslöschen, da die Wicklungen in Serie geschaltet sind. Außerdem braucht sich der Gesamtbetrag des durch die Anordnung fließenden Magnetflusses nicht zu ändern, wenn einer der Zähne 11 an der geschlitzten Polspitze 20 vorbeiläuft, da der Fluß von dem durch den Schenkel 17 gebildeten Teil der Polspitze 20 auf den vom Schenkel 18 gebildeten Teil der Polspitze 20 umgeschaltet oder kommutiert wird, so daß die geschlitzte Polspitze 20 eine volle Breite eines der Zähne 11 überspannen kann, ohne daß das Nutzsignal verloren geht. Hierdurch wird auch die Tendenz zur Entmagnetisierung des Permanentmagneten 25 vermindert.

Das eine Kurzschlußwicklung darstellende Element 42, welches die beiden Schenkel 17 und 18 des Magnetkerns 15 umgibt, wirkt jeder Änderung des die magnetische Anordnung durch-

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fließenden Gesamtmagnetflusses entgegen, ohne jedoch die Kommutierung des Flusses zwischen den beiden Hälften der geschlitzten Polspitze zu hemmen. Dies unterdrückt wirksam die Einflüsse von Erschütterungen, Exzentrizitäten der Scheibe 10, elektromagnetischen Umgebungsstreufeidern und ungewollt magnetisieren Zähnen 11.

In Figur 5 ist eine andere Stellung der Fühlspulen 31 und 32 auf den S_chenkeln 17 und 18 der Magnetanordnung dargestellt. Die Figur 6 zeigt einen Vergleich der Ausgangsspannungspegel für die beiden Spulenstellungen nach den Figuren 4· und Bei hohen Drehzahlender Scheibe ist der Spannungspegel des Ausgangssignals der Fühlspulen viel niedriger, wenn die Spulen die in Figur M- gezeigte Stellung haben als wenn die Stellung der Spulen der Figur 5 entspricht. Bei niedrigeren Drehzahlen der Scheibe sind die Spannungspegel der Ausgangssignale für die beiden Fälle jedoch nicht sehr verschieden. Dies ist deswegen nützlich, weil es wünschenswert sein kann, ein zugeordnetes Anzeigegerät nicht zu übersteuern und/oder die Wahrscheinlichkeit der zufälligen Erzeugung eines Lichtbogens zu begrenzen, wenn das Gerät an gefährdeten Orten eingesetzt wird. Dieser Spannungsbegrenzungseffekt ist abhängig von den Hochfrequenzeigenschaften des magnetischen Materials ±l den Schenkeln und von der effektiven Länge und Breite des Luftspalts zwischen den Schenkeln sowie vom Ort des Sitzes der Fühlspulen. Durch Verwendung verschiedener magnetischer Materialien läßt sich also der Begrenzungseffekt auf den Ausgangsspannungspegel in weitem Maß beeinflussen. Der Ausgangsspannungspegel kann auch mit Widerstandsbelastung der Fühlspule in der gleichen allgemeinen Art so kontrolliert werden, daß er bei hohen Drehzahlen stark und bei niedrigen Drehzahlen nur sehr wenig vermindert wird. Wenn der einzige Grund für die Begrenzung oder V_erminderung der Ausgangsspannung die Kontrolle des Betrags an irgendeinem zugeordneten Anzeigegerät ist, dann wird vorzugsweise die Widerstandsmethode verwendet, wobei der Widerstand am

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Anzeigegerät angeordnet wird. Diese zuletzt genannte Anordnung macht es dann möglich, irgendwelche Streusignale, die in den Verbindungsleitungen zwischen den Fühlspulen und dem Anzeigegerät induziert werden, effektiv und in hohem Maße zu vermindern. Beide Methoden, sowohl die Widerstandsbelastung als auch die Wahl des Ortes der Fühlspulen, können im Bedarfsfall auch gleichzeitig angewendet werden.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   Elektrischer Impulsgeber mit einer drehbar gelagerten Scheibe aus magnetischem Material, die an ihrem Umfang eine Vielzahl von Zähnen aufweist, ferner mit einem Magnetkern aus magnetischem Material, der einen Quersteg und zwei vom Quersteg abstehende Schenkel aufweist, die an einer vom Quersteg entfernten Stelle eine geteilte Polspitze bilden, wobei der Magnetkern derart angeordnet ist, daß die geteilte Polspitze mit den Zähnen der Scheibe einen Magnetluftspalt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (25) derart bezüglich des Magnetkerns (15) angeordnet ist, daß der von ihm erzeugte Magnetfluß in gleicher Richtung durch beide Schenkel (16, 17) des Magnetkerns geleitet wird; daß auf jeden S_ohenkel des Magnetkerns eine gesonderte Pühlspule (31, 32) gewickelt ist, die sich in Magnetflußverkettung mit dem Permanentmagneten und dem Magnetkern befinden; daß die Fühlspulen in Serie und im Sinne einander entgegengesetzter Polarität geschaltet sind.
2. 2. Elektrischer Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden beabstandeten Schenkel (17, 18) des Magnetkerns (15) im wesentlichen senkrecht zum Quersteg (16) des Magnetkerns verlaufen.
3. 3· Elektrischer Impulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der geteilten Polspitze (20) gleich ist 3/4- der Teilung der Zähne (11) um den Umfang der Scheibe (10).

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4. 4. Elektrischer Impulsgeber nach einem der Ansprüche 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (11) in gleichen Abständen um den Umfang der Scheibe (10) verteilt sind, und daß sich die Schenkel (17, 18) des Magnetkerns (15) parallel zueinander vom Quersteg (16) aus erstrecken.
5. 5. Elektrischer Impulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (15) aus einer Vielzahl zusammengeschichteter Bleche eines magnetischen Materials besteht und daß der Permanentmagnet (25) in Richtung der Schenkel (17» 18) magnetisiert ist.
6. 6. Elektrischer Impulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (17» 18) des Magnetkerns (15) von einer aus einer einzigen Windung bestehenden Kurzschlußwicklung (42) aus elektrisch leitendem Material umgeben sind.

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