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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischem Material besteht und mehrere streifenförmige Läuferpole mit abwechselnder Polarität aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Ständerpolanordnung aus weichmagnetischem Material liegt.
Es ist schon ein Synchronmotor bekannt, der zur Messung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine verwendet wird und die genannten Merkmale aufweist. Bei diesem Synchronmotor besteht die Ständerpolanordnung aus zwei auf beiden Seiten der Ständerspule liegenden Ständerpolblechen, die an ihrem äusseren Rand nach innen umgebogene Ständerpole tragen. Die Ständerpole sind dabei so angeordnet, dass jeweils ein Ständerpol auf einer Seite der Ständerspule zwischen zwei Ständerpolen der andern Seite der Spule liegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass z. B. die Ständerpole auf der einen Seite der Ständerspule Südpolen des Läufers gegenüberstehen, während die Ständerpole der andern Seite der Spule Nordpolen des Läufers gegenüberstehen.
Beim Drehen des Läufers um eine Polteilung kehrt sich dann die Richtung des magnetischen Flusses in der Ständerpolanordnung um.
Diese bekannte Anordnung lässt sich nur bei Aussenläufersystemen anwenden. Eine Umstellung auf veränderte Einbaubedingungen bringt einen grossen technischen Aufwand mit sich. Für elektronisch gesteuerte Blockierschutzvorrichtungen von Fahrzeugbremsen braucht man jedoch Wechselspannungsgeneratoren mit Aussenläufer oder Innenläufer, je nachdem, ob die Drehzahl eines angetriebenen oder eines nichtangetriebenen Rades gemessen werden soll. Ausserdem soll der Läuferdurchmesser an den Durchmesser einer Antriebsachse angepasst werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wechselspannungsgenerator zu entwickeln, der mit sehr verschiedenen Läuferdurchmessern gebaut werden kann und bei dem weiterhin nach Möglichkeit die gleichen Bauteile zum Aufbau von Aussenläufersystemen und Innenläufersystemen verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, dass die Ständerpolanordnung aus einem Wickelkörper und aus einzelnen Ständerpolen in Form von U-förmigen Blechen besteht und dass die beiden Schenkel eines einzelnen Ständerpols zwei aufeinanderfolgenden Läuferpolen gegenüberstehen.
Weitere Einzelheiten und zweckmässige Weiterbildungen sind nachstehend an Hand von sechs in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen : Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. lb das erste Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie I-I geführten Schnitt und Draufsicht, Fig. 2a ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. 2b das zweite Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie II-II geführten Schnitt und Draufsicht, Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der Funktionsweise der beiden ersten und der beiden letzten Ausführungsbeispiele, Fig. 4a ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. 4b das dritte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie VI-VI geführten Schnitt und Draufsicht, Fig.
5a ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. 5b das vierte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie VIII-VIII geführten Schnitt und Draufsicht, Fig. 6 eine Skizze zur Erklärung der Funktionsweise des dritten und vierten Ausführungsbeispiels, Fig. 7a ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. 7b das fünfte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie IV-IV geführten Schnitt und Draufsicht, Fig. 8a ein sechstes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, Fig. 8b das sechste Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie X-X geführten Schnitt und Draufsicht, Fig. 9 eine Skizze zur Erklärung der Funktionsweise einer Abwandlung des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels.
Das in Fig. la und 1b dargestellte erste Ausführungsbeispiel besteht aus einem Aussenläufer-11-und einem Ständer, dessen Wickelkörper--13--die Ständerpole--14--und die Ständerwicklung--17-- trägt. Ständer und Läufer sind durch einen Luftspalt--20--getrennt. Die Ständerpole --14-- haben die
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--18-- abnehmen und einer Blockierschutzschaltung zuführen.
Fig. 3 zeigt in einem vergrösserten Ausschnitt die Läuferpole --19--, die durch waagrechte Striche angedeutet sind, und die Schenkel--15--der Ständerpole--14--. Man sieht, dass der magnetische Fluss durch die Ständerpole dann seinen maximalen Wert annimmt, wenn die Ständerpole gegen die Waagrechte, die in
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zwei überlappend aneinander geschichteten L-förmigen Blechen besteht. Die Dicke der L-förmigen Ständerpolbleche ist etwas kleiner als der Läuferpolabstand--s--, da die Bleche in ihrer Mittelzone --16-dicht aneinander geschichtet werden und an ihren weiter aussen liegenden Schenkeln --15-- genau den Läuferpolabstand--s--aufweisen müssen.
Der magnetische Fluss schliesst sich in diesem Falle von einem Läuferpol über zwei L-förmige Ständerpolbleche zum nächsten Läuferpol. Der Vorteil des dritten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass infolge der parallelen Anordnung der Ständerpole und der Läuferpole eine grössere Fläche des Ständerpols einem Läuferpol gegenübersteht, wie man aus Fig. 6 sieht. Dadurch wird der magnetische Widerstand des Luftspalts --20-- kleiner.
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wieder ein Innenläufersystem. Die Bauteile sind gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel und mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie in Fig. 4a und 4b.
Bei den beiden beschriebenen Innenläufersystemen nach Fig. 2 und 5 ist die Herstellung der Ständerspule - schwieriger als bei den Aussenläufersystemen, bei denen die Ständerspule --17-- einfach auf den fertigen Ständer mit den Ständerpolen gewickelt werden kann. Bei den Innenläufersystemen muss die Ständerspule --17-- zuerst auf einen besonderen Wickelkörper mit den richtigen Abmessungen gewickelt werden. Sie kann dann in Silikonkautschuk eingegossen werden und ist als ganze Spule flexibel, so dass sie von innen in den fertigen Ständer eingelegt werden kann.
Das fünfte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besitzt wieder einen Aussenläufer Die U-förmigen Ständerpolbleche --14-- sind schräg zur axialen Richtung angeordnet und weisen an ihren Schenkeln --15-- Verbreiterungen --21-- auf. Durch die Verbreiterungen --21-- wird der magnetische Widerstand im Luftspalt --20-- kleiner. Zur mechanischen Verstärkung des Ständers dient ein Verstärkungsring-22-, der vorzugsweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht und der gleichzeitig als Masseanschluss der Ständerspule verwendet werden kann.
Das sechste Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 besitzt einen Innenläufer-12-und entspricht damit den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 5. Es weist die gleichen Bauteile wie das fünfte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 auf, die auch mit gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet sind. Das sechste Ausführungsbeispiel ist das fertigungstechnisch günstigste Beispiel eines Innenläufersystems. Die Ständerspule --10-- kann auf den Wickelkörper --13-- von aussen aufgewickelt werden, solange die Ständerpolbleche-14-noch nicht aufgebracht sind. Nach dem Wickeln der Spule--17--werden die Ständerpolbleche --14-- in die vorgesehenen Nuten von aussen eingeschoben.
Zum Schluss wird der Verstärkungsring --22-- über die Ständerpolbleche --14-- geschoben und die Zwischenräume zwischen den Ständerpolblechen werden mit Kunstharz ausgegossen.
Beim fünften und sechsten Ausführungsbeispiel sind wieder die Läuferpole in axialer Richtung angeordnet, während die Ständerpole um einen Winkel a gegen die axiale Richtung verdreht sind. Wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird die Funktionsweise nicht beeinträchtigt, wenn statt dessen die Läuferpole schräg stehen und die Ständerpole in axialer Richtung angeordnet sind.
Fig. 9 zeigt eine dritte mögliche Variante : Sowohl die Läuferpole --19-- als auch die Schenkel--15-der Ständerpolbleche sind in axialer Richtung angeordnet. Zu diesem Zweck müssen die U-förmigen Ständerpolbleche --14-- in ihrem Mittelbereich--16--um den Läuferpolabstand--s--abgekröpft werden. Durch dieses Verfahren kann wieder die Blechdicke wie beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel etwas grösser gewählt werden, so dass der magnetische Widerstand des Luftspaltes --20-- zwischen Läufer und Ständer kleiner und die Ausgangsspannung der Ständerspule grösser wird.
Alle sechs beschriebenen Ausführungsbeispiele erfüllen die eingangs genannten Forderungen. Der Wickelkörper --13-- ist als tragender Teil des Ständers ausgebildet und kann aus einem duroplastischen Kunststoff gespritzt werden. Ausser duroplastischen Kunststoffen sind alle andern press-, spritz- oder zerspanbaren Kunststoffe zur Herstellung des Wickelkörpers --13-- geeignet. Man kann dabei die Spritzform so ausbilden, dass der Wickelkörper gleich die zur Aufnahme der Ständerpolbleche --14-- bestimmten Nuten aufweist. Für verschiedene Einbauformen des Wechselspannungsgenerators benötigt man nur verschiedene Spritzformen für den Wickelkörper--13--.
Diese Spritzformen sind wesentlich billiger herzustellen als Stanzwerkzeuge, wie sie für die Herstellung der herkömmlichen Ständeranordnungen aus Stahlblech verwendet werden.
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Die U- oder L-förmigen Ständerpolbleche können für alle Ausbildungsformen gleich verwendet werden, unabhängig davon, ob ein Aussenläufersystem oder ein Innenläufersystem vorliegt.
Die endgültige Form bekommt der Ständer erst nach dem Einfügen der Ständerpolbleche, indem die ganze Anordnung in Kunstharz vergossen oder in thermo-bzw. duroplastischen Kunststoff eingespritzt wird.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Läufer zweckmässigerweise so aufgebaut, dass als permanentmagnetisches Material ein kunststoffgebundener Ferrit verwendet wird. Solche kunststoffgebundenen Ferrite in Bandform sind bekannt. Ein solches Kunststoffband kann einfach auf den dem Ständer zugewandten Umfangsbereich des Läufers geklebt bzw. aufvulkanisiert werden. Es wird dann mit Hilfe einer geeigneten Magnetisierungsvorrichtung mit Polen versehen. Die Unterlage des Kunststoffbandes besteht dabei zweckmässigerweise aus weichmagnetischem Material und dient damit gleichzeitig als magnetischer Rückschluss.
Es hat sich als optimal erwiesen, wenn die Dicke des Kunststoffbandes etwa gleich dem halben Läuferpolabstand --s-- ist.
Obwohl die Masse des Weicheisens in der Ständerpolanordnung wesentlich kleiner ist als bei den herkömmlichen Wechselspannungsgeneratoren, ist der Verlauf der magnetischen Feldlinien um die ringförmige Ständerspule herum besser an die ideale Kreisform angenähert als bei den bekannten Anordnungen, da die Ständerpole voneinander isolierte Einzelsysteme sind. über die in axialer Richtung angeordneten Läuferpole und die schrägstehenden Ständerpole schliessen sich die Magnetfeldlinien in Form schrägstehender Kreise um die Ständerpole herum. Die Schräglage der Kreise und damit die für die Induktion unwirksame Längskomponente der magnetischen Feldstärke wird umso kleiner, je grösser die Polzahl ist.
Drehzahlgeber für Blockierschutzanwendungen müssen eine möglichst grosse Polzahl aufweisen, so dass gerade bei diesen Drehzahlgebern der Magnetfeldverlauf besonders günstig ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen 192 Läuferpole auf.
Versuche haben ergeben, dass die maximale Ausgangsspannung erst erreicht wird, wenn das Verhältnis b : c (Polabstand zu Blechdicke, s. Fig. 3, 6 und 9) grösser als 1, 2 ist. Dann sind nämlich die Flussänderungen am grössten. Die Polbreite der Läuferpole ist sehr klein und beträgt bei allen Ausführungsbeispielen etwa 0, 2 bis 0, 3 mm.
In der Serienfertigung ist es kaum zu vermeiden, dass der Läufer eine geringfügige Exzentrizität von etwa 0, 1 bis 0, 2 mm aufweist. Diese Exzentrizität macht sich unter Umständen als Amplitudenmodulation der Ausgangsspannung bemerkbar, wobei die Modulationsspannung von der Grösse der Exzentrizität abhängt. Die Amplitude der Ausgangsspannung ist umgekehrt proportional zur Breite des Luftspalts-20--. Um eine möglichst wenig modulierte Ausgangsspannung zu erreichen, muss man daher die Breite des Luftspalts-20so klein machen, wie es die durch Fertigungstoleranzen bedingte Exzentrizität des Läufers erlaubt. Die Breite des Luftspalts --20-- darf höchstens die Hälfte der Blechdicke-c-erreichen.
Der Verstärkungsring-22-beim fünften und sechsten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 soll am besten aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen, damit er den Verlauf der magnetischen Feldlinien in der Ständerpolanordnung nicht störend beeinflusst. Wenn er aus ferromagnetischem Material besteht, werden die Hysterese- und Wirbelstromverluste grösser und erreichen die gleichen Werte wie beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Falls die dadurch verursachte Verminderung der Ausgangsspannung nicht stört, kann man auch einen Stahlring --22-- vorsehen, um eine billigere Fertigung zu ermöglichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischem Material besteht und mehrere streifenförmige Läuferpole mit abwechselnder Polarität aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Ständerpolanordnung aus weichmagnetischem Material
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einzelnen Ständerpolen (14) in Form von U-förmigen Blechen besteht und dass die beiden Schenkel (15) eines einzelnen Ständerpols (14) zwei aufeinanderfolgenden Läuferpolen (19) gegenüberstehen.
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