DE3628585A1

DE3628585A1 - Impulsdrehzahlgeber

Info

Publication number: DE3628585A1
Application number: DE19863628585
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Singbartl
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1986-08-22
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1988-03-03
Anticipated expiration: 2006-08-23
Also published as: DE3628585C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsdrehzahlgeber, insbe sondere Radsensor für Antiblockierregelsysteme von Kraft fahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 01 46 710 ist ein Impulsdrehzahlgeber zum Feststellen des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades be kannt, der sich aus einem Polstift, einem Permanentmag neten und einer den Polstift umgebenden Spule zusammen setzt. Der Polstift und der Permanentmagnet sind hinter einander angeordnet.

Bei Sensoreinrichtungen zum Feststellen des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades besteht die Forderung, daß der Abstand der Stirnfläche des im Impulsdrehzahlgeber enthaltenen Polstiftes zu dem am Fahrzeugrad angeordneten, vorzugs weise als Zahnrad ausgebildeten Rotor, sehr klein sein muß, um nur einen geringen Luftspalt zu haben und so einen guten magnetischen Fluß zu erzielen. Die durch die Drehbe wegung des Rotors verursachte Änderung des magnetischen Feldes erzeugt im Sensor ein elektrisches Signal, welches einer mit dem Sensor in Verbindung stehenden Auswerte schaltung zugeführt wird. In der Praxis ist es jedoch, be dingt durch Einbautoleranzen der Sensoreinrichtung am Fahrzeug, kaum möglich, den geforderten geringen Abstand zwischen Polstift und Rotor einzuhalten.

Um jedoch auch bei größerem Luftspalt eine ausreichende Signalabgabe des Impulsdrehzahlgebers zu erreichen, ist es denkbar, die den Polstift umgebende Spule mit einer großen Anzahl von Windungen zu versehen und dem Polstift sowie dem mit dem Polstift zusammenwirkenden Magneten ein möglichst großes Volumen zu geben. Derartige Impulsdrehzahlgeber sind raumaufwendig und relativ teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impuls drehzahlgeber der eingangs erwähnten Art derart zu ver bessern, daß unter Beibehaltung kleiner baulicher Abmes sungen eine gegenüber dem bekannten Impulsdrehzahlgeber stärkere Signalabgabe erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, einen Impulsdrehzahlgeber zu erhalten, der kompakt im Aufbau ist und mittels welchem trotz Verwendung eines relativ kleinen Permanentmagneten ein starkes Ausgangssignal er zielt wird. Durch die Verlegung des Permanentmagneten in den von der Spule umgebenen Raum hinein, wobei der Per manentmagnet so angeordnet ist, daß die aus seinen Polen austretenden Feldlinien im wesentlichen parallel zur Längsachse des Polstiftes aus dem Permanentmagneten aus treten, wird das magnetische Feld in Richtung auf den mit dem Impulsdrehzahlgeber zusammenwirkenden Rotor zu gebün delt. Dies führt zu einer Verstärkung des magnetischen Feldes im Bereich der Spule und einer daraus resultieren den größeren Änderung des magnetischen Feldes bei einer Drehbewegung des Rotors, wodurch wiederum eine verbesserte Signalabgabe des Impulsdrehzahlgebers erzielt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Polstift in Richtung auf den Rotor zu abgestuft ausgebil det, wodurch die Anordnung einer größeren Anzahl von Spulenwindungen ermöglicht wird, ohne die äußeren Abmes sungen des Impulsdrehzahlgebers zu verändern. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auf der dem Polstift abgewandten Seite des Permanent magneten eine Rückschlußplatte angeordnet, mittels welcher in vorteilhafter Weise der magnetische Widerstand redu ziert und so der magnetische Fluß erhöht wird.

Aus der DE-OS 34 13 27 ist ein Impulsdrehzahlgeber be kannt, bei welchem der Polstift und der Permanentmagnet von einer Spule umgeben sind. Der Polstift und der Per manentmagnet sind jedoch nicht hintereinander, sondern nebeneinander angeordnet, und zwar derart, daß die Feld linien des Permanentmagneten im wesentlichen quer zur Längsachse des Polstiftes verlaufend aus den Polen des Permanentmagneten austreten. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Anteil der quer zur Längsachse des Pol stiftes gerichteten Komponenten der Feldlinien größer ist als der Anteil der in Richtung der Längsachse des Polstif tes in Richtung auf den Rotor zu gerichteten Komponenten der Feldlinien. Die Streuung der Feldlinien ist bei diesem Impulsdrehzahlgeber relativ groß, was zur Folge hat, daß bei einer Veränderung des Arbeitsluftspaltes zwischen Pol stift und Rotor die Flußänderung und somit die in der Spule induzierte Spannung nicht sehr groß ist.

Beim erfindungsgemäßen Impulsdrehzahlgeber dagegen wird das Magnetfeld im Bereich des Arbeitsluftspaltes gebündelt, und zwar dadurch, daß der Polstift und der Permanentmagnet in Reihe einander angeordnet sind und der Permanent magnet in den von der Spule umgebenen Raum hineinverla gert worden ist. Der Anteil der die Windungen der Spule in Richtung zum Rotor hin schneidenden Komponenten der Feldlinien ist sehr groß, wodurch bei einer Veränderung des Arbeitsluftspaltes auch eine große Flußänderung er folgt, aus der wiederum eine hohe induzierte Spannung in der Spule resultiert.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungs beispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Impulsdrehzahlgeber mit einem von einer Spule umgebenen abgestuften Polstift und einem mit diesem in Wirkverbindung stehenden Permanent magneten, wobei der Permanentmagnet über einen großen Teil seiner axialen Erstreckung innerhalb des von der Spule umgebenen Raumes angeordnet ist und

Fig. 2 einen Impulsdrehzahlgeber mit einem von einer Spule umgebenen abgestuften Polstift und einem mit diesem in Wirkverbindung stehenden Permanent magneten, wobei der Permanentmagnet über den ge samten Bereich seiner axialen Erstreckung inner halb des von der Spule umgebenen Raumes ange ordnet ist.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse (2), welches aus einem im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff besteht, ein Träger (24) für eine als Abnahmewicklung dienende Spule (21) angeordnet. Der Träger (24) für die Spule (21) ist als ein mit Ab stufungen (16, 17) versehener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet, welcher aus elektrisch nichtleitendem Mate rial gefertigt ist. Die Spule (21) weist in dem den ge ringeren Querschnitt aufweisenden Bereich (17) des Trägers (24) eine größere Anzahl von Windungen auf, als in dem den größeren Querschnitt aufweisenden Bereich des Trägers (24). In axialer Richtung wird die Spule (21) durch sich radial nach außen erstreckende umlaufende Vorsprünge (15) und (18) des Trägers (24) fixiert. Im Träger (24) ist ein Polstift (22, 19) aus ferromagnetischem Werkstoff gelagert, der ebenfalls abgestuft ist. Die unterschiedlichen Querschnitte des Polstiftes (22, 19) entsprechen den unterschiedlichen Querschnitten des Trägers (24). Der abgestufte Polstift (22, 19) ist im Träger (24) und somit auch im Gehäuse (2) so angeordnet, daß sein den geringeren Querschnitt auf weisender Bereich (19) dem Boden (20) des Gehäuses (2) und somit einem mit Zähnen (25) versehenen Rotor (26) zu gewandt ist. Der Träger (24) weist auf seiner dem Boden (20) des Gehäuses (2) abgewandten Stirnseite eine koaxial zu der den Polstift (19, 22) aufnehmenden abgestuften Aus nehmung (16, 17) des Trägers (24) angeordnete, einen größeren Druchmesser als die abgestufte Ausnehmung (16, 17) aufweisende Ausnehmung (27) auf, in welcher eine Rück schlußplatte (11) gelagert ist. Zwischen der Rückschluß platte (11) und der den größeren Querschnitt aufweisenden Stirnseite des Polstiftes (22, 19) ist ein Permanentmagnet (23) angeordnet. Der Permanentmagnet (23) ist in dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil (16) des Trägers (24) gelagert und so zum Polstift (22, 19) angeordnet, daß er auf einem Teil seiner axialen Erstreckung von der Spule (21) umgeben ist. Der Permanentmagnet (23) ist so magnetisiert, daß seine Feldlinien im wesentlichen paral lel zur Längsachse des Polstiftes (22, 19) aus seinen Polen austreten. Ein als Blattfeder ausgebildetes Feder element (10) stützt sich an einem ringförmig ausgebildeten Teil eines in das Gehäuse (2) eingeführten Verschlußteiles (1) ab und beaufschlagt mit seiner sich verjüngenden Seite die Rückschlußplatte (11). Das die Rückschlußplatte (11) beaufschlagende Federelement (10) bewirkt, daß der Per manentmagnet (23), der Polstift (22, 19) und die Rück schlußplatte (11), welche hintereinander und koaxial zueinander angeordnet sind, mit ihren einander zugewandten Seiten fest aneinander anliegen und der Polstift (22, 19) mit seiner Stirnseite gegen den Boden (20) des Gehäuses (2) gedrückt wird. Durch eine in Richtung der Längsachse des Verschlußstückes (1) verlaufende, im Verschlußstück (1) angeordnete abgestufte Ausnehmung (3, 5) ist ein Anschlußkabel (4, 13) hindurch in den Gehäuseinnenraum geführt. Der den geringeren Querschnitt aufweisende Teil (13) des Kabels ist an die Spule (21) angeschlossen.

Die Funktion des beschriebenen Impulsdrehzahlgebers wird nachfolgend kurz erläutert.

Der Magnetfluß erfolgt von dem dem Polstift (22, 19) zu gewandten Pol des Permanentmagneten (23) durch den Pol stift (22), den Luftraum und den Spulenraum sowie durch die Rückschlußplatte (11) zu dem dem Polstift (22, 19) abgewandten Pol des Permanentmagneten (23). Der Luft spalt zwischen den Zähnen (25) des Rotors (26) und der den Zähnen (25) des Rotors (26) zugewandten Stirnfläche des Polstiftes (19, 22) ist so zu bemessen, daß der je weilige dem Polstift (19, 22) gegenüberliegende Zahn des Rotors (26) im Bereich des Magnetfeldes liegt. Dreht sich der mit einem Fahrzeugrad verbundene Rotor (25, 26) so werden die von den Zähnen (25) und den Zahn lücken gebildeten Erhöhungen und Vertiefungen des Rotors (25, 26) an der den kleineren Querschnitt aufweisenden Stirnseite (19) des Polstiftes (22, 19) vorbeigeführt. Die dabei auftretende wechselnde Vergrößerung und Ver kleinerung des Luftspaltes zwischen Rotor (25, 26) und Polstift (22, 19) bewirkt eine Veränderung des im Impuls drehzahlgeber erzeugten magnetischen Feldes. Durch die Veränderung des magnetischen Feldes wird in der Spule (21) eine Wechselspannung induziert, die sich entsprechend dem Drehverhalten des Rades ändert. Die Frequenz des Impuls drehzahlgebersignals stellt die Radgeschwindigkeit dar, aus welcher Radbeschleunigung und Radverzögerung abge leitet werden.

Die Ausbildung des Polstiftes ist nicht an die im Aus führungsbeispiel gezeigte Form gebunden. Es können mehrere Abstufungen vorgesehen werden. Der Polstift kann sowohl einen zylindrischen als auch einen rechteckigen oder sonstigen andersartigen Querschnitt aufweisen. Es ist auch möglich, dem Polstift in Richtung seiner Längs achse gesehen, eine Kurvenform zu geben. Den Polstift abgestuft auszubilden ist zwar von Vorteil, da durch diese Ausbildung eine größere Anzahl von Spulenwindungen vorgesehen werden können, ohne die äußeren Abmessungen des Impulsdrehzahlgebers verändern zu müssen. Eine gegen über bekannten Impulsdrehzahlgebern verbesserte Signalab gabe wird jedoch schon allein durch die Anordnung des Permanentmagneten in dem von der Spule umgebenen Raum erzielt, auch dann wenn der Polstift nicht abgestuft ist sondern über den gesamten Bereich seiner axialen Erstre ckung einen konstanten Querschnitt aufweist.

Wird der Polstift in der Weise abgestuft ausgebildet, daß die Geometrie des dem Permanentmagneten (23) zugewandten Bereiches (22) des Polstiftes (22, 19) der Geometrie des Permanentmagneten (23) und die Geometrie des dem Rotor (25, 26) zugewandten Bereiches (19) des Polstiftes (22, 19) der Geometrie der Erhöhungen (Zähne (25)) bzw. Vertie fungen des Rotors (25, 26) angenähert ist, so wird die Weiterleitung des magnetischen Flusses vom Permanentmagne ten (23) zum Rotor (25, 26) in vorteilhafter Weise beein flußt.

Dadurch, daß der Permanentmagnet (23) über einen großen Teil seiner axialen Erstreckung innerhalb des von der Spule (21) umgebenen Raumes gelegen ist und seine Magneti sierungsrichtung in Richtung der Längsachse des Polstiftes (22, 19) verläuft, wird die Streuung des Magnetfeldes verringert. Das Magnetfeld wird in Richtung auf den Rotor (25, 26) zu gebündelt und auf diese Art und Weise im Bereich der Spule (21) verstärkt. Bei einer Drehbewegung des Rotors (25, 26) erfolgt eine größere Änderung des Magnetfeldes, woraus eine verbesserte Spannungsabgabe des Impulsdrehzahlgebers resultiert. Durch die Anordnung einer Rückschlußplatte (11) auf der dem Polstift (22, 19) abgewandten Seite des Permanent magneten (23) wird der magnetische Widerstand verringert und so der magnetische Fluß günstig beeinflußt. Der Polstift und die Rückschlußplatte können aus unter schiedlichen magnetisierbaren, d. h. ferromagnetischen Werkstoffen bestehen. In dem Ausführungsbeispiel sind der Polstift und die Rückschlußplatte rotationssymmetrisch ausgebildet. Es ist selbstverständlich auch möglich, dem Polstift und der Rückschlußplatte eine andersartige Form, wie z. B. Polygonform, zu geben.

Gemäß Fig. 2 ist in einem Gehäuse (2), welches aus einem im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper aus nicht magne tisierbarem Werkstoff besteht, ein Träger (24) für eine als Abnahmewicklung dienende Spule (21) angeordnet. Der Träger (24) für die Spule (21) ist als ein mit Abstu fungen (16, 17) versehener zylindrischer Hohlkörper aus gebildet, welcher aus elektrisch nichtleitendem Material gefertigt ist. Die Spule (21) weist in dem den geringeren Querschnitt aufweisenden Bereich (17) des Trägers (24) eine größere Anzahl von Windungen auf, als in dem den größeren Querschnitt aufweisenden Bereich des Trägers (24). In axialer Richtung wird die Spule (21) durch sich radial nach außen erstreckende umlaufende Vorsprünge (15) und (18) des Trägers (24) fixiert. Im Träger (24) ist ein Polstift (22, 19) aus ferromagnetischem Werkstoff gelagert, der ebenfalls abgestuft ist. Die unterschied lichen Durchmesser des Polstiftes (22, 19) entsprechen den unterschiedlichen Innendurchmessern des Trägers (24). Der abgestufte Polstift (22, 19) ist so im Träger (24) und somit auch so im Gehäuse (2) angeordnet, daß sein den geringeren Querschnitt aufweisender Bereich (19) dem Boden (20) des Gehäuses (2) und somit einem mit Zähnen (25) ver sehenen Rotor (25, 26) zugewandt ist. In dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil des Trägers (24) ist eine Rückschlußplatte (11) gelagert. Zwischen der Rückschluß platte (11) und der den größeren Querschnitt aufweisenden Stirnseite des Polstiftes (22, 19) ist ein Permanentmagnet (23) angeordnet. Der Permanentmagnet (23) ist ebenfalls in dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil (16) des Trägers (24) gelagert und so zum Polstift (22, 19) ange ordnet, daß er über den gesamten Bereich seiner axialen Erstreckung von der Spule (21) umgeben ist und seine Magnetisierungsrichtung der Richtung der Längsachse des Polstiftes entspricht. Ein tellerförmig ausgebildetes Federelement (28) stützt sich an einem in das Gehäuse (2) eingeführten Verschlußteil (29) ab und beaufschlagt die Rückschlußplatte (11) in Richtung auf den Permanent magneten (23) zu. Das die Rückschlußplatte (11) beauf schlagende Federelement (28) bewirkt, daß der Permanent magnet (23), der Polstift (22, 19) und die Rückschluß platte (11), welche hintereinander und koaxial zuein ander angeordnet sind, mit ihren einander zugewandten Seiten fest aneinander anliegen und der Polstift (22, 19) mit seiner den geringeren Querschnitt aufweisenden Stirn seite gegen den Boden (20) des Gehäuses (2) gedrückt wird. Durch eine in Richtung der Längsachse des Verschlußstückes (29) verlaufende im Verschlußstück (29) angeordnete abge stufte Ausnehmung ist ein Anschlußkabel (4, 13) hindurch in den Gehäuseinnenraum geführt. Der den geringeren Quer schnitt aufweisenden Teil (13) des Kabels ist an die Spule (21) angeschlossen.

Die Funktion des in Fig. 2 gezeigten Impulsdrehzahlgebers ist die gleiche wie die des Impulsdrehzahlgebers gemäß Fig. 1. Der Wirkungsgrad wird jedoch bei diesem Impuls drehzahlgeber dadurch noch verbessert, daß der Permanent magnet über den gesamten Bereich seiner axialen Erstre ckung innerhalb des von der Spule umgebenen Raumes gele gen ist.

Claims

1. Impulsdrehzahlgeber, insbesondere Radsensor für Anti blockierregelsysteme von Kraftfahrzeugen, mit folgen den Merkmalen:

a) Es sind ein Polstift (22, 19) und ein Permanent magnet (23) vorgesehen;
b) der Polstift (22, 19) und der Permanentmagnet (23) sind hintereinander angeordnet;
c) koaxial zum Polstift (22, 19) ist eine den Polstift (22, 19) wenigstens auf einem Teil seiner axialen Erstreckung umgebende, als Abnahmewicklung dienende Spule (21) angeordnet; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
d) Der Permanentmagnet (23) ist so magnetisiert, daß seine Feldlinien im wesentlichen parallel zur Längsachse des Polstiftes (22, 19) aus seinen Polen austreten;
e) auch der Permanentmagnet (23) ist auf wenigstens einem Teil seiner axialen Erstreckung von der Spule (21) umgeben.

2. Impulsdrehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Polstift (22, 19) in Richtung vom Permanentmagneten (23) weg abgestuft ausgebildet ist.

3. Impulsdrehzahlgeber nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Polstift (22, 19) auf seiner dem Permanentmagneten (23) zugewandten Seite einen größe ren Querschnitt aufweist, als auf seiner dem Permanentmagneten (23) abgewandten Seite.

4. Impulsdrehzahlgeber nach wenigstens einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Polstift (22, 19) abgewandten Seite des Permanentmagneten (23) eine Rückschlußplatte (11) angeordnet ist.

5. Impulsdrehzahlgeber nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rückschlußplatte (11) einen größeren Querschnitt aufweist, als der Permanentmagnet (23).

6. Impulsdrehzahlgeber nach wenigstens einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (23) über den gesamten Bereich seiner axialen Erstreckung von der Spule (21) umgeben ist.