• 专利附录
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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989005439A1
    申请号:PCT/DE1988/000713
    申请日:1988-11-17
    公开日:1989-06-15
    发明作者:Klaus Dobler；Hansjörg Hachtel
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:G01D5-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zur Erfassung des Weσs oder des Drehwinkels
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erfassung des Wegs oder des Drehwinkels nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist be¬ reits eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der auf einem fest¬ stehenden Körper eine Spule angeordnet ist und zwischen diesem und einem zweiten Körper eine Blende bewegt wird. Auf der der Spule zu¬ gewandten Seite der Blende und auf einem halbkreisförmigen Bereich der ebenfalls der Spule zugewandten Stirnseite des zweiten Körpers ist eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Wird die Spule von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflössen, so bilden sich auf den Schichten Wirbelströme aus. Bedingt durch die Abschirmwirkung der Blende wird durch die Blendenposition die Höhe der Meßsignalspannung bestimmt und somit die Position eines an der Blende angeordneten Maschinenteils angezeigt. Dabei können axiale Verschiebungen, z.B. durch ein Lagerspiel oder durch Taumelbewegung der Blende, die Größe der Wirbelstromausbildung und somit die Me߬ signalspannung beeinflussen. Dies kann zu einer Abweichung von der Kennlinie des Meßspannungsverlaufs führen und Meßfehler hervorrufen. Vorteile der Erfindung
    [0004] Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Meßsignal nahezu frei von Meßfehlern ist, die auf axiale Verschiebungen oder Taumelbewegungen der Blende zurückzuführen sind. Die Herstellung der Vorrichtung wird vereinfacht, da das Lagerspiel und eventuelle Fab¬ rikationsfehler das Meßsignal nur vernächl ssigbar gering beein¬ flussen. Die Vorrichtung baut preisgünstig.
    [0005] Durch, die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange¬ gebenen Vorrichtung möglich.
    [0006] Zeichnung
    [0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 eine Ausgestaltung der Vorrichtung im Längsschnitt, Figur 2 einen Schnitt in Richtung II, Figur 3 einen Teilschnitt in Richtung III, Figur 4 und 5 je eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels.
    [0008] Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0009] In Figur 1 ist mit 10 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wegs oder des Drehwinkels bezeichnet, wie sie insbesondere als Schiebe- oder Drehpoteniometer verwendet wird. Die Vorrichtung 10 besteht aus zwei in konstantem Abstand "a" zueinander ortsfest angeordneten Scheiben 11, 12. Durch eine mittige, in der Scheibe 12 ausgebildeten Bohrung
    [0010] 13 ragt eine Welle 14. Die Welle 14 führt zu einem nicht dargestell¬ ten Maschinenteil, dessen Drehbewegung bestimmt werden soll. An dem sich zwischen den beiden Scheiben 11, 12 befindenden Ende der Welle
    [0011] 14 ist eine halbkreisförmige Blende 15 angeordnet. Auf der inneren Stirnseite 16, d.h. auf der der Scheibe 11 zugewandten Stirnseite der Scheibe 12 befindet sich eine Spule 17, die von einem hoch¬ frequenten Wechselstrom durchflössen wird. Die innere Stirnseite 18 der Scheibe 11 ist halbseitig mit einer elektrisch leitenden Schicht 19 bedeckt.
    [0012] Auf der der Spule 17 zugewandten Stirnseite 22 der Blende 15 sind halbkreisförmig um die Befestigung der Blende 15 als Mittelpunkt mehrere Streifen 23 aus ferromagnetische Material und Streifen 24 aus elektrisch leitfähigem, aber nicht ferromagnetischem Material angeordnet. Die Streifen 23, 24 aus den beiden unterschiedlichen Materialien sind in regelmäßiger, sich abwechselnder Reihenfolge vom Rand der Blende zum Mittelpunkt hin aufgebracht. Dabei kann die Blende 15 aus z.B. Fe oder einem Automatenstahl bestehen, auf der die Streifen 24 aufgalvanisiert sind. Auch ist es denkbar, die unterschiedlichen Materialien in anderer geometrischer Anordnung auf der Blende 15 zu verteilen.
    [0013] Wird die Spule 17 von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflös¬ sen, so erfaßt das magnetische Wechselfeld der Spule 17 die gesamte Oberfläche der Blende 15. Bei den Schichten 24 aus nicht ferromagne- tischen, aber elektrisch leitendem Material wirkt nur der Wirbel¬ stromeffekt. Hingegen bei den Schichten 23 aus ferromagnetischem Ma¬ terial wirkt sowohl der induktive magnetostatische als auch der Wirbelstromeffekt. Während der induktive Effekt eine Erhöhung der Induktivität der Spule 17 bewirkt, ruft der Wirbelstromeffekt eine Verminderung der Induktivität der Spule 17 hervor. Die beiden Ef¬ fekte wirken also gegensätzlich. Ferner nimmt mit steigender Fre¬ quenz f (f = Frequenz des Wechselstromes der die Spule durch¬ fließt) der Wirbelstromeffekt zu, während sich die Permeabilität verkleinert. Würde die Spule 17 nur der nicht ferro agnetischen Schicht 24 gegenüberstehen, bzw. betrachtet man nur isoliert die Wechselwirkung zwischen dieser Schicht 24 und der Spule 17, so erniedrigt sich aufgrund des Wirbelstromeffektes der Wirbelstromwi¬ derstand der Spule und somit - bei entsprechender Auswerteschal¬ tung - die Meßspannung U . Steht hingegen die Spule 17 isoliert der ferromagnetischen Schicht 23 gegenüber, so würde sich die Meß- spannung U erhöhen, sofern der induktive Effekt dominiert. Der jeweilige Effekt ist aber abhängig vom Abstand "b" zwischen der Spu¬ lenoberfläche und der Oberfläche der Schichten 23 bzw. 24. Treten durch Toleranzen bei der Fabrikation oder durch Lagerspiel Axialver¬ schiebungen bzw. Taumelbewegungen der Blende 15 auf, so wird während der Drehbewegung der Abstand "b" verändert. Alleine durch die Verän¬ derung des Abstands "b", d.h. durch die Veränderung des Luftspalts wird aufgrund des induktiven bzw. des Wirbelstromeffektes die Me߬ spannung U verändert. Diese Veränderung der Meßspannung ist aber sowohl beim induktiven als auch beim Wirbelstromeffekt nicht linear vom Abstand "b" abhängig, sondern die Meßspannung wird unkontrol¬ liert erhöht bzw. erniedrigt. Das Meßsignal wird dadurch verfälscht. Werden die beiden Schichten 23, 24 nun so aufeinander abgestimmt, daß bei der zur Messung erforderlichen Trägerfrequenz f sich die gegensätzlich wirkenden Effekte nahezu aufheben, so können die durch axiale Verschiebung erzeugten Meßfehler nahezu vollständig elimi¬ niert werden. Dazu sind unter anderem die Form, das Material bzw. die Schichtstärke abhängig von der Frequenz des angelegten Wechsel¬ stroms so aufeinander abzustimmen, daß sich bei einer axialen Ver¬ schiebung der Widerstandswert der Spule 17 nicht oder nur vernach¬ lässigbar ändert. Dadurch erhält man eine berührungsfrei arbeitende Vorrichtung, deren Meßspannung durch axiale Verschiebung oder Tau¬ melbewegung nicht beeinflußt wird. Insbesondere wird die durch einen induktiven Effekt erzeugte Spannung durch Überlagerung mit einem Wirbelstromeffekt eliminiert.
    [0014] Bei der Drehbewegung der Welle 14 ist die MeßsignalSpannung von der Größe der erzeugten Wirbelströme abhängig, die wiederum bestimmt wird von der Größe der Fläche der Schicht 19 auf der Scheibe 11. Überdeckt die Blende 15 die metallische Schicht 19 auf der Scheibe 11, so können sich auf der von der Blende 15 überdeckten Fläche der Schicht 19 keine oder nur relativ vernachlässigbare Wirbelströme ausbilden. Die Drehung der Welle bestimmt die tangentiale Position der Blende 15 und die Höhe der Meßsignalspannung.
    [0015] Es ist auch denkbar, die Streifen 23, 24 auf der der Spule 17 ab¬ gewandten Seite der Blende 15 aufzubringen. Dabei muß aber die der Spule 17 zugewandte Seite aus elektrich nicht leitendem Material, z.B. Kunststoff oder Keramik, bestehen. Für eine zusätzliche Feh¬ lerkompensation, insbesondere von Temperatureffekten, können statt einer einzigen Spule 17 auch zwei Spulen, die in Differenzschaltung untereinander verschaltet sind auf der Stirnseite 17 der Scheibe 12 angeordnet sein.
    [0016] Ferner ist es auch möglich, wie in Figur 4 dargestellt, auf der Blende 15a eine Schicht 30 aus nur ferromagnetischem Material aufzu¬ bringen. Dabei ist die Spule 17 von einer Trägerfrequenz f zu betreiben, bei der sich der Wirbelstromeffekt und der induktive Ef¬ fekt gegenseitig aufheben. Dabei ist die Höhe der Trägerfrequenz ab¬ hängig von den elektrischen Eigenschaften des ferromagnetischen Ma¬ terials.
    [0017] Es ist auch möglich, die Vorrichtung 10 zur Bestimmung von linearen Bewegungen auszubilden. Hierzu ist in Figur 5 ein Träger 35 darge¬ stellt, der an seiner einer Spule 36 zugewandten Oberfläche 37 mit einem elektrisch leitenden Material bedeckt ist, bzw. der Träger 35 selbst aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist. Ein Me߬ element 38, das in seiner Wirkung der Blende 15 entspricht, ist mit einem nicht dargestellten Maschinenteil verbunden und wird zwischen Träger 35 und der Spule 36 bewegt. Die der Spule 36 zugewandte Ober¬ fläche 39 des Meßelements 38 ist wie die Oberfläche der Blende 15 mit Streifen oder einem entsprechenden Muster aus ferromagnetischen und nicht ferromagnetischen aber elektrisch leitfähigem Material be¬ schichtet. Das Meßprinzip ist wie bereits oben beschrieben.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Vorrichtung (10) zur Erfassung des Wegs oder des Drehwinkels, mit mindestens einer auf einem Körper (12) angeordneten Spule (17), ei¬ nem zweiten Körper (11) und einer an einem Maschinenteil angeordne¬ ten, zwischen den beiden und relativ zum ersten Körper (12) bewegten Blende (15), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Blende (15) abwech¬ selnd Bereiche aus elektrisch leitfähigem, aber nicht ferromagneti¬ schem Material (24) und Bereiche (23) aus ferromagnetischem Material so angeordnet sind, daß bei von einem Wechselstrom mit einer Fre¬ quenz (f ) durchflossenen Spule (17) die durch axiale Schwankungen der Blende (15) auftretenden induktiven Effekte und Wirbelstromef¬ fekte sich in. ihrer elektrischen Wirkung kompensieren.
    2. Vorrichtung (10) zur Erfassung des Wegs oder des Drehwinkels, mit mindestens einer auf einem Körper (12) angeordneten Spule (17), ei¬ nem zweiten Körper (11) und einer an einem Maschinenteil angeordne¬ ten, zwischen den beiden und relativ zum ersten Körper (12) bewegten Blende (15), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Blende (15a) ein ferromagnetisches Material (30) aufgebracht ist und die Spule (17) von einem Wechselstrom mit einer Frequenz (f ) durchflössen ist, bei der sich die durch axiale Schwankungen der Blende (15) auf dem Material (30) entstehenden gegensätzlichen induktiven Effekte und Wirbelstromeffekte an ihrer elektrischen Wirkung kompensieren.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be¬ reiche (23, 24) zentrisch zu einem Drehinittelpunkt der Blende (15) in regelmäßiger Reihenfolge abwechselnd verlaufen.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die der Spule (17) abgewandte Stirnseite der Blende (15) in Bereiche (23, 24) unterteilt ist und die der Spule (17) zu¬ gewandte Stirnseite der Blende (15) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die der Spule (17) zugewandte Stirnseite der Blende (15) in Bereiche (23, 24) unterteilt ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Körper (11, 12) scheibenförmig ausgebildet sind und die Vorrichtung (10) zum Bestimmen von Drehwinkeln dient.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Körper (11, 12) plattenformig ausgebildet sind und die Vorrichtung (10) zum Bestimmen von linearen Bewegungen dient.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß auf dem Körper (12) zwei in Differenzschaltung zuein¬ ander geschaltete Spulen aufgebracht sind.
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    公开号 | 公开日
    ES2011413A6|1990-01-01|
    DE3740800C2|1989-12-14|
    DE3871388D1|1992-06-25|
    US5025213A|1991-06-18|
    JPH02502403A|1990-08-02|
    DE3740800A1|1989-06-15|
    EP0354936A1|1990-02-21|
    EP0354936B1|1992-05-20|
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US3205485A|1960-10-21|1965-09-07|Ti Group Services Ltd|Screening vane electro-mechanical transducer|
    EP0182322A1|1984-11-20|1986-05-28|Kabushiki Kaisha S.G.|Einrichtung zum Erfassen der Drehlage|
    WO1986004731A1|1985-02-11|1986-08-14|Fiori David|Inductance coil sensor|WO1993009402A1|1991-11-07|1993-05-13|Radiodetection Limited|Inductive angular displacement sensor|US3742340A|1972-02-25|1973-06-26|Sperry Rand Corp|Inductive angle position transducer|
    DE2951148C2|1979-12-19|1984-04-19|Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De||
    US4507638A|1981-12-10|1985-03-26|Amnon Brosh|Rotary position sensors employing planar coils|
    DE3211425C2|1982-03-27|1990-05-03|Oskar Ing. 7073 Lorch De Mohilo||
    DE3347052A1|1983-12-24|1985-07-04|Bosch Gmbh Robert|Verfahren und vorrichtung zur messempfindlichkeitserhoehung von beruehrungsfrei arbeitenden wegmesssensoren|
    DE3541454A1|1985-11-23|1987-05-27|Bosch Gmbh Robert|Messeinrichtung fuer eine drehbeschleunigung oder einen drehwinkel|NL9001126A|1990-05-14|1991-12-02|Philips Nv|Elektromagnetisch aandrijfsysteem.|
    JP2988597B2|1991-08-27|1999-12-13|株式会社エスジー|回転位置検出装置|
    FR2684180B1|1991-11-26|1995-04-14|Sagem|Capteur de position angulaire absolue a reluctance variable.|
    EP0613807B1|1991-11-29|1999-03-17|Cosmo System Corporation|Positionsänderung bei einer transportvorrichtung und antriebsregler für ein transportelement|
    US5444369A|1993-02-18|1995-08-22|Kearney-National, Inc.|Magnetic rotational position sensor with improved output linearity|
    DE4333800A1|1993-10-04|1995-04-06|Deutsche Automobilgesellsch|Vorrichtung zur Drehwinkeldetektierung|
    DE4335701C2|1993-10-20|1996-04-04|Ifm Electronic Gmbh|Induktive Winkelmeßeinrichtung|
    US5856743A|1997-03-31|1999-01-05|Honeywell Inc.|Position-determining apparatus|
    US6222899B1|1998-07-30|2001-04-24|The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy|System for determining the deployed length of a flexible tension element|
    JP3638215B2|1998-08-10|2005-04-13|象印マホービン株式会社|真空構造体の封止方法|
    EP1024267A3|1999-01-29|2003-08-06|AB Elektronik GmbH|Drosselklappendrehwinkelsensor|
    AU5747901A|2000-06-01|2001-12-11|Ney Co J M|Non-contact position sensing apparatus|
    US10067256B2|2015-03-26|2018-09-04|General Electric Company|Proximity probe interchange compensation|
    DE102015225695A1|2015-12-17|2017-06-22|Robert Bosch Gmbh|Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Relativauslenkung|
    法律状态:
    1989-06-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-06-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-07-08| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988909727 Country of ref document: EP |
    1990-02-21| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988909727 Country of ref document: EP |
    1992-05-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1988909727 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3740800.3||1987-12-02||
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