CH670517A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlgeber der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 genannten Art.

Technisches Gebiet Ein solcher Drehzahlgeber dient in der Messtechnik zur Abgabe eines der Drehzahl entsprechenden elektrischen Signals.

Stand der Technik Eine an Messgeräte und Geber gestellte Grundforderung ist die Genauigkeit der Parametermessung. Daher werden die Konstruktionen der Geber sowie die ihnen zugrundeliegenden Prinzipien derart gewählt, dass eine Beeinflussung des Endergebnisses der Messung durch verschiedene, das Ergebnis beeinträchtigende Faktoren vermieden wird. Einer dieser Faktoren betrifft Störungen.

Aus der GB-Patentanmeldung 2 022 326 vom 31.05.79 (IPC: H02K 11/00, 16/04, 21/00; G01P 3/48) sowie aus der US-PS 4 093 897 (IPC: H02P 5/06) sind dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 entsprechende Geber mit radial bzw. axial magnetisierten Polen und einem Statorteil aus Isolierstoff bekannt. Die Anzahl der aktiven Wicklungsleiter beträgt dabei (2n + 1) x p, wobei n eine ganze Zahl und p die Anzahl der Pole bedeutet. Zur Vermeidung eines einen Fehler bei der Bestimmung der Drehzahl verursachenden Störsignals ist die Wicklung bei den bekannten Gebern mit einer Kompensationswindung in Reihe geschaltet. Hierzu wird die Wicklung des Drehzahlgebers auf mehrere um 180° elektrisch voneinander versetzte und in Reihe geschaltete Sektionen verteilt, siehe z.B. das Werk «Präzisions-Winkelgeber mit gedruckten Wicklungen» von L.N. Safonov, V.N. Wolnyansky u.a. aus der Bibliothek des Gerätebauers, Seiten 7 bis 13 und 58 bis 60, erschienen 1977 im Verlag «Mashinostrojenie», Moskau.

Beim rotierenden Antreiben des permanentmagnetischen Rotors des Drehzahlgebers wird in den aktiven Wicklungsleitern eine Nutzsignal-EMK mit wechselnder Polarität induziert. Dabei induzieren äussere magnetische bzw. elektromagnetische Felder in den aktiven Leitern und in den Wicklungsköpfen eine Stör-EMK, die in den aktiven Wicklungsleitern infolge von deren Reihenschaltung kompensiert, in den Wicklungsköpfen jedoch addiert wird, weil die Wicklungsköpfe über die aktiven Leiter in Reihe geschaltet sind.

Bei den bekannten Drehzahlgebern erfolgt jedoch keine vollständige Kompensation der Störsignale, weil die Kompensationswindung relativ zu den Wicklungsköpfen in einem durch die Wicklungskonstruktion bedingten Abstand angeordnet ist. Ein dadurch hervorgerufener Fehler tritt insbesondere bei einem äusseren unsymmetrischen elektromagnetischen Feld, hervorgerufen beispielsweise durch einen speisenden Netztransformator, in Erscheinung. Ferner werden in den bekannten Drehzahlgebern auch solche Störungen nicht kompensiert, die in den Verbindungsdrähten zwischen der Wicklung und den nachfolgenden Geräten induziert werden.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahlgeber zu schaffen, der vollständig gegen äussere Störungen kompensiert ist, um die Genauigkeit der Drehzahlermittlung zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Drehzahlgebers,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Abschnitt eines aus Isolierstoff bestehenden Statorteils in einem grösseren Massstab, mit in Nuten eingelegten Wicklungen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung nach Fig. 3 mit Angabe der Richtungen der von elektromagnetischen Störquellen verursachten EMK,

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild der mit einem Spannungs-komparator verbundenen Wicklungen und

Fig. 6 elektrische Signale an den Eingängen und am Ausgang des Spannungskomparators.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Drehzahlgeber weist einen nachfolgend auch als Dauermagneten bezeichneten permanentmagnetischen Rotor 1 auf, der als Scheibe mit abwechselnd am Kreisumfang ausgerichteten Magnetpolen N und S ausgebildet ist. In der Scheibe ist eine Axialbohrung 2 für eine rotierende Welle 3 vorgesehen. Der Geber enthält ferner Wicklungen 4a, 4b, die gemäss der vorliegenden Ausführungsform in Nuten 5 (Fig. 3) eines aus einem Isolierstoff bestehenden Statorteils 6 untergebracht sind. Die Wicklungen 4a, 4b bestehen aus aktiven Leitern 7a, 7b, die über Wicklungsköpfe 8a, 8b in Reihe geschaltet sind, wobei die aktiven Leiter 7a und 7b gegenüber den Polen des Dauermagneten 1 (Fig. 2) in unmittelbarer Nähe voneinander liegen. Dementsprechend liegen auch die Wicklungsköpfe 8a (Fig. 3), 8b in unmittelbarer Nähe voneinander. Die Wicklungen 4a, 4b sind relativ zueinander um einen Winkel verschoben, der zwischen 30 und 330° el. liegt. Die erwähnten Grenzen sind durch die zulässige Grösse des Ausgangs-

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signais bedingt. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind die Wicklungen 4a (Fig. 4) gegenüber 4b um 180° el. (oder n/p, wo p die Polzahl bedeutet) verschoben, was einen optimalen Verschiebungswinkel darstellt.

Der Drehzahlgeber enthält ferner einen Differenzverstärker 9 (Fig. 1), an dessen Eingänge die einen gleichen Enden der Wicklungen 4a, 4b angeschlossen sind, während die anderen gleichen Enden der Wicklungen 4a, 4b an einen gemeinsamen Eingang 10 des Differenzverstärkers 9 angeschlossen sind (unter gleichen Enden sollen hier die Anfänge bzw. die Enden der Wicklungen verstanden werden).

Zur Erzeugung eines Rechteck-Signals am Ausgang des Drehzahlgebers ist als Differenzverstärker ein Spannungskom-parator 11 (Fig. 5) eingesetzt.

Denkbar ist auch eine andere Ausführungsform des Drehzahlgebers, bei der ein Dauermagnet mit axial magnetisierten Polen verwendet ist. Hierbei sind die aktiven Wicklungsleiter in der vorstehend beschriebenen Weise, jedoch in radialer Richtung angeordnet.

Ausserdem ist eine Ausführung der Wicklungen mittels einer doppelseitigen gedruckten Schaltung möglich.

Der Drehzahlgeber arbeitet folgendermassen. Bei Drehung des Dauermagneten 1 (Fig. 1, 2) wird in der Wicklung 4a (Fig. 5), die an den invertierenden Eingang des Komparators 11 angeschlossen ist, ein Signal 12 (Fig. 6) mit einer Frequenz induziert, die der Drehzahl des Gebers proportional ist, während in der Wicklung 4b ein Signal 13 mit derselben Frequenz und Amplitude, aber in Gegenphase zum Signal 12 induziert wird. Am

Ausgang des Komparators 11 entsteht ein verstärktes Rechteck-Signal 14.

Wirkt auf den Geber ein äusseres elektromagnetisches Störfeld ein, so wird in den aktiven Leitern 7a (Fig. 4), 7b und in 5 den Wicklungsköpfen 8a, 8b eine Stör-EMK e^ induziert. In den aktiven Leitern 7a, 7b, die hinter- und gegeneinander geschaltet sind, werden die Stör-EMKs e^ kompensiert, in den Wicklungsköpfen 8a, 8b aber addiert. Hierbei überlagern sich die ex den Signalen 12 (Fig. 6), 13 von dem sich drehenden io Dauermagneten 1, werden mit ihnen addiert und in Form einer EMK eE den Eingängen des Komparators 11 (Fig. 5) zugeführt. Da das Störsignal an den Eingängen des Komparators 11 syn-phas ankommt, so ändert es den Zustand eines Ausgangssignals 14 (Fig. 6) nicht.

15 Also ermöglichen es die vorhandenen zwei identischen Wicklungen, deren aktive Leiter um einen Winkel verschoben sind, der innerhalb von 30 bis 330° el. liegt, und in unmittelbarer Nähe voneinander, genauso wie die Wicklungsköpfe, gelegen sind, sowie der vorhandene Spannungskomparator, an den 20 die Wicklungen angeschlossen sind, den Einfluss der äusseren elektromagnetischen Felder praktisch vollständig zu kompensieren und hierdurch die Genauigkeit der Drehzahlbestimmung zu erhöhen.

25 Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung wird vorwiegend in Elektromotoren von Videorecordern und Tonbandgeräten sowie Plattenspielern zur Messung und Regelung ihrer Drehzahl angewendet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Drehzahlgeber, mit einem eine Welle (3) in einer Axialbohrung (2) aufweisenden permanentmagnetischen Rotor (1), der als Scheibe mit abwechselnd am Kreisumfang ausgerichteten Magnetpolen (N, S) ausgebildet ist, sowie mit einer auf einem Statorteil (6) angeordneten Wicklung (4a), deren aktive Leiter (7a) den Magnetpolen (N, S) gegenüberliegen und über Wicklungsköpfe (8a) in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzwicklung (4b) mit aktiven Leitern (7b) und Wicklungsköpfen (8b) im gleichen Sinn wie die erstgenannte Wicklung (4a) und in unmittelbarer Nähe zu dieser, jedoch elektrisch um einen Winkel zwischen 30 und 330° zu dieser versetzt angeordnet ist und dass die einen Enden der beiden Wicklungen (4a, 4b) mit den beiden Eingängen ( +, —) eines Differenzverstärkers (9, 11) und die anderen Enden derselben mit einem gemeinsamen Eingang (10) des Differenzverstärkers (9) verbunden sind.

2. Drehzahlgeber, mit einem eine Welle (3) in einer Axialbohrung (2) aufweisenden permanentmagnetischen Rotor (1), der mit axial magnetisierten Magnetpolen ausgebildet ist, sowie mit einer auf einem Statorteil angeordneten Wicklung, deren aktive Leiter den Magnetpolen in radialer Richtung gegenüberliegen und über Wicklungsköpfe in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzwicklung mit aktiven Leitern und Wicklungsköpfen im gleichen Sinn, wie die erstgenannte Wicklung und in unmittelbarer Nähe zu dieser, jedoch elektrisch um einen Winkel zwischen 30 und 330° zu dieser versetzt angeordnet ist, und dass die einen Enden der beiden Wicklungen mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers und die anderen Enden derselben mit einem gemeinsamen Eingang des Differenzverstärkers verbunden sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Drehzahlgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker (9) als Spannungskompa-rator (11) ausgebildet ist.