DE3041041A1

DE3041041A1 - Magneto-elektrischer wegaufnehmer

Info

Publication number: DE3041041A1
Application number: DE19803041041
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8000 München Gebhardt
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3041041C2

Description

MAGNETO-ELEKTRiSLHER dEGAUFNEHMER
Die Erfindung bezieht sich auf einen magneto-elektrischen Wegaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE-AS 26 06 845 bekannt ist.
Bei dem bekannten Wegaufnehmer wird die Drehbewegung eines Zahnrades mit Hilfe eines magnetischen Fühlers erfaßt und in ein elektrlsches Impuissignal umgewandelt, dessen Periodendauer wegproportional ist. Der magnetische Fühler besteht aus zwei Paaren magneto-elektrischer Wandler, von denen jedes Wandlerpaar auf einem gesonderten Permanentmagneten angebracht ist. Die beiden Wandlerpaare sind mit ihrem elektrischen Ausgängen an eine Auswerteinrichtung angeschlossen, welche beispielsweise eine Brückenschaltung zur Wegmessung und eine weitere Brückenschaltung zur Richtungsmessung a-ufgrund der Phase des Impulssignals aufweist. Dabei ist in jeder Brückenschaltung ein Wandlerpaar als einer der Brückenzweige angeordnet ( vgl. DATENBUCH 1976/77 der Firma Siemens AG, München 'Magnetfeldabhängige Halbleite!-", Seiten 147 und 76 ).
Der bekannte Wegaufnehmer weist jedoch eine Reihe von Unzulänglichkeiten auf. Zum einen ist der Abstand zwischen dem Zahnrad und den Wandlerpaaren außerordentlich kritisch, und zwar insofern, als dieser Abstand betragsmäßig auf maximal etwa 1,2 mm begrenzt ist und deshalb genau justiert werden muß, was umständlich und zeitraubend ist. Ferner erzeugt der bekannte Wegaufnehmer beispielsweise bei Vibrationen und stehendem Zahnrad fälschlicherweise ein Meßsignal. Schließlich kann das Meßergebnis des bekannten Wegaufnehmers durch äußere magnetische Störfelder verfälscht werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen magneto-elektrischen Wegaufnehmer der eingangs erwähnten Art zu schafen, welcher bei unproblematischem Abstand zwischen den Wandlern und dem gezahnten Organ eine geringere ',törempfEndlichkeit gegenüber mechanischen Vibrationen und äußeren magnetischen Storfeldern aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgenäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Wegaufnehmers nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Wegaufnehmer beruht auf der Erkenntnis, daß durch Anordnung des zur Messung di eionden Wandlerpaares in der Symmetrieachse des Squipotentiallinienfeldprofils des Permanentmagneten magnetische Störfelder und Abstandsänderungen zwischen den Wandlern und dem gezahnten Organ in gleichem Ausmaß von jedem Wandler des Wandlerpaares erfaßt und in der zugeordneten Brückenschaltung kompensizrt werden, so daß der Nullabgleich der Brückenschaltung und damit die Nulldurchgänc;e des l)erioclischen elektrischen Ausgangssignals unbeeinflußt bleiben. Dies hat wiederum zur Folge, daß der Wegaufnehmer insgesamt gegenüber magnetischen Fremdfeldern und Abstandsanderungen z.B. infolge von Vibrationen unempfindlich ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch den erfindungsgemäßen magneto-elektrischen Wegaufnehmer, Fig. 2 eine Draufsich auf den Wegaufnehmer nach Fig. 1, und Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild des Wegaufnehmers nach Fig. 1.
Der in Fig. 1 im Schnitt und in Fig. 2 in der Draufsicht veranschaulichte Wegaufnehmer nach der Erfindung umfaßt zwei magneto-elektrische Wandlerpaare 10 und 20, die auf einem gemeinsamen Permanentmagneten 30 an dessen einer Polfläche, z.B. der N-Polfläche, angebracht sind. Der Perm;inentmanet 30 mit den beiden Wandlerpaaren 10, 20 ist unter einem Abstand von einem gezahnten Organ 40, z.B. einem Zahnrad oder einer Zahnstange, angeordnet, welches in Richtung des Pfeils 50 beweglich ist. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Organs 40 ist proportional des zu messenden Weges. Infolge der Bewegung des Organgs 40 ändert sich das in Fig. 1 schematisch dargestellte Magnetfeld des Permanentmagneten, was eine entsprechende Induktion in den beiden Wandlerpaaren 10, 20 hervorruft und zur Erzeugung einer periodischen Aus(;angsspannung an jedem Wandler 10a, 10b bzw. 20a. 20b ( Fig. 3 ) der WandlerpEare 10, 20 führt. Zu- Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Organis 40 und damit des zu messenden Weges braucht lediglich die Periodendauer einer dieser Ausgangsspannungen ermittelt zu werden, was mit Hilfe einer Brückenschaltung der Wandler eines Wandlerpaares mit zwei Me@widerständen erfolgetl kann.
Zur Bestimmung der Bewegulgsrichtung des Organs 40 wird die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Wandlerpaare 10, 20 herangezogen, die dadurch auftritt, daß die beiden Wandlerpaare 10, 20 in Bewegungsrichtung ( Pfeil 50 ) des Organs 40 gesehen unter einem geringen Abstand a von z.B. 0,4 mm neßbenein.nder angeordnet sind. Zur Messung dieser Phasenverschiebung werden c ie Wandler des nicht zur Wegmessung benetzten Wardlerpaares ebenfalls mit den erwähnten Meiwiderständen in einer Brückenschaltung angeordnet. so daß sich insgesamt die in Fig. 3 veranschaulichte Doppelbrückenschaltung ergibt.
Wie aus Fig. 3 im Einzelnen hervorgeht, liegen die Wandler 10a, 10b des einen Wandlerpaares 10 in der einen Brückenhälfte und zwei Meßwiderstände R in der anderen Brückenhälfte einer ersten Meßbrückenschaltung 60. Demgegenüber liegen die Wandler 20a, 20b des anderen Wandlerpaares 20 in der einen Brückenhälfte und die beiden Meßwiderstände R in der anderen Brückenhälfte einer zweiten Meßbrückenschaltung 70. Beide Brückenschaltungen 60, 70 sind an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle von z.B. +5V angeschlossen.
Zwischen den Brückenmittelpunkten beider Brückenschaltungen 60, 70 befindet sich jeweils ein Spannungsmesser V.
Die Anordnung der Wandlerpaare 10, 20 auf der einen Polfläche des gemeinsamen Permanentmagneten 30 ist erfindungsslemäß so getroffen, daß das zur Wegmessung vorgesehene Wandlerpaar 10 in der der Symmetrieachse 80 ( Fign. 1 und 2 ) des in Fig. 1 veranschaulichten Äquipotentiall inienfeldes des Permanentmagneten 30 liegt.
Das zur Richtungsmesung vorgesehene Wandlerpaar 20 liegt in einem senkrecht u der Symmetrieachse 80 gemessenen Abstand a von den Wandlerpaar 10 entfernt.
Diese Anordnung der Wandlerpaare 10, 20 gewährleistet, daß zum einen der Abstand des Permanentmagneten 30 von dem Organ 40 unkritisch ist und zum anderen der Einfluß von äußeren Fremdfeldern beide Wandlerpaare 10, 20 in gleicher Stärke betrifft, so daß sich die dadurch hervorgerufenen Jerfälschungen der Wandlerausgangsspannungen in der Doppelbrückenschaltung nach Fig. 3 kompensieren.
Als Wandler kommen in bevorzugter Weise Feldplatten in Betracht, obwohl auch andere Arten elektromagnetischer Wandler, wie z.B. Hallgeneratoren Anwendung finden können. Als Werkstoff für den Permanentmagneten 30 ist in bevorzugter Welse eine gesinterte Kobalt-Samarium-Verbindung vorgesehen, da dieser Werkstoff eine hohe FluBdichte besitzt. Der Polflächenabstand des Permanentmagneten 30 soll möglichst klein gehalten werden, um über die Länge der Polflächen hinweg eine möglichst große Differenz zwischen benachbarten quipotentiallinien und damit eine möglichst hohe Meßempfindlichkeit zur Verfugung zu haben. Dieser möglichst geringe gegenseitige Polflächenabstand läßt sich mit Kobalt-Samarium-Permanentmagneten besonders gut verwirklichen, da bereits bei kurzen CoSm-Magneten eine hohe Felcl<itärlse vorhanden 1 st

Claims

MAGNETO-ELEKTRISCHER WEGAUFNEHMER PATENTANSPRÜCHE Magneto-lektrlscher Wegaufnehmer, mit einem linear oder kreisbahnförmig beweglichen, gezahnten Organ, dessen Bewegung von einem magnetischen Fühler in Form von Feidstärkeänderungen erfaßt und in ein periodisches elektrisches Signal umgewandelt wird, dessen Perlodendauer ein Maß für den zu messenden Weg und dessen Phase ein Maß für die Bewegungsrichtung darstellt, wobei der magnetische Fühler wenigstens zwei Paai-e magneto-elektrischer Wandler aufweist, die unter definiertem gegenseitigem Abstand in einem Permanentmagnetfeld angebracht und elektrisch in einer Doppelbrückenschaltung angeordnet sind, von denen das eine Wandlerpaar zur Wegmessung und das andere Wandlerpaar zur Richtungserkennung dient, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die beiden Wandlerpaare (10, 20) auf einem gemeinsamen Permanentmagneten (30) angebracht sind und daß das eine, zur Wegmessung dlenende Wandlerpaar (10) in der Symmetrieachse des Squipotentlalfeldprofils des Permanentmagneten (30) angeordnet ist.
2. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Permanentmagnet (30) ein Kobalt-Samariummagnet vorgesehen ist.
3. Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polfläche (31) des Permanentmagneten (30) groß im Verhältnis zur wirksamen Meßfläche Cli bzw. 21) der Wandlerpaare (10, 20) ist.
4. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magneto-elektrische Wandlerpaare (10, 20) Feldplattenraare vorgesehen sind.
5. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magneto-elektrische Wandlerpaare (10, 20) Hall-Generatorenpaare vorgesehen sind.