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Title:
INSTRUMENT FOR MEASURING EDDY CURRENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/027436
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an instrument for measuring eddy currents for a tachometer, comprising a radially magnetized permanent magnet (4) and a second axially magnetized permanent magnet (8). The radially magnetized permanent magnet (4) is used to generate eddy currents in an eddy current body (2), which moves a needle (7) placed on a centre arbor (1). The second, axially magnetized permanent magnet (8) is mounted a short distance opposite to a fixed Hall element (10). To generate an especially powerful magnetic field the permanent magnet (4) of the eddy current body (2) is magnetized diametrically. The second permanent magnet (8) comprises several pairs of magnetic poles and permits a high resolution of the angle of rotation of a drive shaft (3).

Inventors:
NEIDHARDT KLAUS-JUERGEN
Application Number:
PCT/EP1997/006772
Publication Date:
June 25, 1998
Filing Date:
December 04, 1997
Export Citation:
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Assignee:
MANNESMANN VDO AG (DE)
International Classes:
G01P3/487; G01P3/495; G01R5/00; (IPC1-7): G01P3/495; G01P3/487
Foreign References:
GB2079473A1982-01-20
DE4440214A11996-05-15
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Claims:
Patentansprüche
1. Wirbelstrommeßwerk, insbesondere für einen Tachometer, mit ei nem drehfest auf einer Antriebswelle befestigten, radial magneti sierten Permanentmagneten und mit einem glockenförmigen, den Permanentmagneten übergreifenden, drehfest auf einer Zeigerwelle angeordneten Wirbelstromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weite rer Permanentmagnet (8) zur Erregung des Hallelementes (1012) vorgesehen ist.
2. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (1012) ringför mig die Antriebswelle (3) umschließend gestaltet ist.
3. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (1012) auf der dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) abgewandten Seite axial magnetisiert ist.
4. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (10) an dem Permanentmagneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) anliegt.
5. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) des Hallelementes (11,12) mit geringem Abstand zu dem Per manentmagneten (4) des Wirbelstromkörpers (2) angeordnet ist.
6. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Dreh zahl oder des Drehwinkels der Antriebswelle (3) mehrere, mit Ab stand zueinander angeordnete Hallelemente (11,12) vorgesehen sind.
Description:
Beschreibung Wirbelstrommeßwerk Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrommeßwerk, insbesondere für einen Tachometer, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle befestigten, radial magnetisierten Permanentmagneten und mit einem glockenförmigen, den Permanentmagneten übergreifenden, drehfest auf einer Zeigerwelle an- geordneten Wirbeistromkörper aus einem elektrisch leitenden Material sowie einem Hallelement zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle.

Solche Wirbelstrommeßwerke werden beispielsweise in Tachometern von Fahrzeugen zur Anzeige einer zu der Drehzahl der Antriebswelle propor- tionalen Geschwindigkeit und zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle und damit einer zurückgelegten Entfernung eingesetzt und sind damit bekannt. Hierbei erzeugt der Permanentmagnet mit zu- nehmender Drehzahl der Antriebswelle Wirbeiströme in dem Wirbelstrom- körper. Das Hallelement steht der dem Wirbelstromkörper abgewandten Seite des Permanentmagneten mit geringem Abstand gegenüber und er- zeugt bei einem Vorbeibewegen eines Magnetpolpaares des Permanent- magneten 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 Perma- nentmagnet in der Regel zylinderförmig gestaltet ist und an seinen Stirn- seiten nur ein schwaches magnetisches Feld erzeugt. Die Erfassung von schwachen magnetischen Feldern erfordert den Einsatz von besonders kostenintensiven Hallelementen. Weiterhin ist der Permanentmagnet zur Übertragung eines möglichst starken Magnetfeldes auf den Wirbelstrom- körper häufig diametral magnetisiert. Hierdurch) äßt sich durch das Hall- element nur eine sehr geringe Auflösung des Drehwinkels der Antriebs- welle erzeugen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Wirbelstrommeßwerk der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es kostengünstig aufgebaut ist und eine möglichst genaue Ermittlung des Drehwinkels der Antriebs- welle ermöglicht.

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

Hierdurch kann man den Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers unabhängig von den Erfordernissen des Hallelementes zur Erzeugung eines möglichst starken Magnetfeldes beispielsweise diametral magneti- siert. Da das Hallelement einem eigenen oder mehreren Permanentma- gneten gegenübersteht, erzeugt es den vorbeibewegten Magnetpolpaaren eindeutig zuzuordnende elektrische Signale. Eine mit dem erfindungsge- mäßen Wirbelstrommeßwerk ermittelte Anzahl der Umdrehungen der An- triebswelle ist damit besonders genau. Zur Ermittlung der Anzahl der Um- drehungen der Antriebswelle oder ihres Stellwinkels ist im einfachsten Fall nur ein einziges, besonders kostengünstig gefertigtes Hallelement erfor- derlich. Die Aufiösung des Drehwinkels ist in diesem Fall abhängig von der Anzahl der Magnetpolpaare des Permanentmagneten des Hallsen- sors.

Zur Erregung des Hallelementes könnte beispieisweise ein einzelner Permanentmagnet an einem Ausleger der Antriebswelle angeordnet sein.

Das Wirbeistrommeß. werk) äßt sich jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach montieren, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes ringförmig die Antriebs- welle umschließend gestaltet ist. Zur Erfassung einer vorgesehenen Auf- lösung des Drehwinkels kann der Permanentmagnet des Hallsensors bei- spielsweise mehrere an seiner dem Hallelement zugewandten Seite an- geordnete Magnetpolpaare aufweisen.

Eine gegenseitige Überlagerung von magnetischen Feldern der beiden Permanentmagnete wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vermieden, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes auf der dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers abgewandten Seite axial magnetisiert ist. Hierdurch verlaufen die Feldlini- en der Permanentmagnete um 90° verdreht zueinander, so daß der Per- manentmagnet des Wirbelstromkörpers am Hallelement ein wesentlich schwächeres magnetisches Feld aufbaut als der Permanentmagnet des Hallelementes. Fehlmessungen des Hallelementes durch magnetische Felder des Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers werden durch diese Gestaltung zuverltissig vermieden.

Das Wirbelstrommeßwerk weist gemäß einer anderen vorteilhaften Wei- terbildung der Erfindung besonders kleine Abmessungen auf, wenn der Permanentmagnet des Hallelementes an dem Permanentmagneten des Wirbelstromkörpers anliegt.

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 Permanentmagneten 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 Antriebswelle mit einer besonders hohen Auflösung erfassen, könnte man den Permanentmagneten des Hallele- mentes mit besonders vielen Magnetpolpaaren versehen. Dies erfordert jedoch den Einsatz eines besonders empfindlichen und damit kostenin- tensiven Hallelementes. Eine besonders hohe Auflösung des Drehwinkels läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch mit weniger empfindlichen und damit kostengünstigen Hallelementen erzeugen, wenn zur Erfassung der Drehzahl oder des Drehwinkels der Antriebswelle mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Hallele- mente vorgesehen sind. Der Abstand zweier Hallelemente könnte bei- spielsweise dem halben Abstand eines Magnetpolpaares entsprechen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Ver- deutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung darge- stellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in Figur 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Wirbel- strommeßwerk, Figur 2 eine Schnittdarstellung des Wirbelstrommeßwerks aus Fig. 1 entiang der Linie II-II, Figur 3 eine weitere Ausführungsform des Wirbeistrommeßwerks.

Die Figur 1 zeigt ein Wirbeistrommeßwerk mit einem auf einer Zeigerwelle 1 befestigten, glockenförmigen Wirbelstromkörper 2. Der Wirbeistromkör- per 2 übergreift einen auf einer Antriebswelle 3 befestigten, radial magne- tisierten Permanentmagneten 4. Auf der dem Permanentmagneten 4 ab- gewandten Seite des Wirbelstromkörpers 2 ist ein Rückschlußring 5 an- geordnet. Die Zeigerwelle 1 wird von einer Drehfeder 6 in eine Grundstel- lung vorgespannt und trägt auf ihrem dem Wirbelstromkörper 2 abge- wandten Ende einen Zeiger 7. Auf der Unterseite des radial magnetisier- ten Permanentmagneten 4 ist ein zweiter Permanentmagnet 8 angeord- net, der auf seiner dem radial magnetisierten Permanentmagneten 4 ab- gewandten Seite mehrere in Figur 2 dargestellte Magnetpolpaare 9 auf- weist. Mit geringem Abstand vor dem zweiten Permanentmagneten 8 ist ein Hallelement 10 angeordnet, das bei einem Vorbeibewegen eines der Magnetpolpaare 9 ein elektrisches Signal erzeugt.

Eine Drehung der Antriebswelle 3 und damit des radial magnetisierten Permanentmagneten 4 erzeugt der Winkelgeschwindigkeit des Perma- nentmagneten 4 entsprechend starke Wirbelströme in dem Wirbelstrom- körper 2. Diese Wirbelströme lenken die Zeigerwelle 1 gegen die Kraft der Drehfeder 6 aus. Die Auslenkung des Zeigers 7 ist hierbei abhängig von der Drehzahl der Antriebswelle 3. Die Anzahl der von dem Hallelement 10 erzeugten elektrischen Signale ist das Produkt der Anzahl der Umdrehun- gen der Antriebswelle 3 und der Anzahl der Magnetpolpaare 9 des zwei- ten Permanentmagneten 8.

Die Figur 2 zeigt in einer Schnittdarstellung des Wirbelstrommeßwerks aus Figur 1 entlang der Linie II-II, daß der zweite Permanentmagnet 8 eine Vielzahl von Magnetpolpaaren 9 trägt und damit eine besonders ho- he Auflösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 ermöglicht. Der Per- manentmagnet 4 des Wirbelstromkörpers 2 ist diametral magnetisiert und weist damit nur ein Magnetpolpaar auf. Hierdurch werden in dem Wirbel- stromkörper 2 besonders starke Wirbelströme erzeugt.

Bei einer in Figur 3 dargestellten Ausführungsform des Wirbelstrommeß- werks ist der zweite Permanentmagnet 8 mit einem geringen Abstand zu dem Permanentmagneten 4 des Wirbelstromkörpers 2 angeordnet. Hier- durch wird eine gegenseitige Überlagerung der magnetischen Felder der Permanentmagnete 4,8 besonders gering gehalten. Weiterhin hat das Wirbelstrommeßwerk zwei Hallelemente 11,12, die mit einem Versatz von einem halben Abstand der Magnetpolpaare des zweiten Permanentma- gneten 8 zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird die Auflösung des Drehwinkels der Antriebswelle 3 bei gleicher Anzahl der Magnetpolpaare verdoppelt.