CH670517A5

CH670517A5 -

Info

Publication number: CH670517A5
Application number: CH284185A
Authority: CH
Inventors: Naftoli Pertsevich Vasserman; Endel Martovich Labi; Ants Voldemarovich Unt; Toomas Arnoldovich Einborn; Toom Ainovich Pungas
Original assignee: Sp K Bjuro Akademii Nauk Eston
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1989-06-15
Also published as: FI71621B; FI852403L; FI852403A0; HU195008B; SE446231B; SE8503135L; GB2159004B; GB8515896D0; FI71621C; SE8503135D0; GB2159004A; WO1985002020A1; JPS61500274A; DE3390546T1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlgeber der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 genannten Art. DESCRIPTION The invention relates to a speed sensor of the type mentioned in the preamble of claims 1 and 2.

Technisches Gebiet Ein solcher Drehzahlgeber dient in der Messtechnik zur Abgabe eines der Drehzahl entsprechenden elektrischen Signals. Technical field Such a speed sensor is used in measurement technology to output an electrical signal corresponding to the speed.

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. State of the art A basic requirement placed on measuring devices and encoders is the accuracy of the parameter measurement. Therefore, the designs of the transducers and the principles on which they are based are selected in such a way that the end result of the measurement is prevented from being influenced by various factors affecting the result. One of these factors affects interference.

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. From GB patent application 2 022 326 dated 31.05.79 (IPC: H02K 11/00, 16/04, 21/00; G01P 3/48) and from US Pat. No. 4,093,897 (IPC: H02P 5/06) are known from the preamble of claims 1 and 2 corresponding sensors with radially or axially magnetized poles and a stator part made of insulating material. The number of active winding conductors is (2n + 1) x p, where n is an integer and p is the number of poles. To avoid an interference signal causing an error in the determination of the speed, the winding in the known sensors is connected in series with a compensation winding. For this purpose, the winding of the speed sensor is distributed over several sections that are electrically offset by 180 ° and connected in series, see e.g. the “Precision Angle Encoder with Printed Windings” work by L.N. Safonov, V.N. Wolnyansky et al. from the library of the equipment manufacturer, pages 7 to 13 and 58 to 60, published in 1977 by "Mashinostrojenie", Moscow.

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. When the permanent-magnet rotor of the speed sensor rotates, a useful signal EMF with alternating polarity is induced in the active winding conductors. External magnetic or electromagnetic fields induce interference EMF in the active conductors and in the winding heads, which is compensated for in the active winding conductors due to their series connection, but is added in the winding heads because the winding heads are connected in series via the active conductors .

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. In the known speed sensors, however, there is no complete compensation of the interference signals because the compensation winding is arranged at a distance relative to the winding heads at a distance determined by the winding construction. An error caused thereby occurs in particular in the case of an external asymmetrical electromagnetic field, caused, for example, by a supplying mains transformer. Furthermore, in the known speed sensors, such disturbances are not compensated for, which are induced in the connecting wires between the winding and the subsequent devices.

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. DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is to create a speed sensor that is completely compensated for external disturbances in order to increase the accuracy of the speed determination.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing parts of claims 1 and 2.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Drehzahlgebers, 1 is a schematic overall view of a speed sensor,

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, 2 shows a longitudinal section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a section of a stator part made of insulating material on a larger scale, with windings inserted in slots,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung nach Fig. 3 mit Angabe der Richtungen der von elektromagnetischen Störquellen verursachten EMK, FIG. 4 shows a schematic illustration of the arrangement according to FIG. 3, indicating the directions of the EMF caused by electromagnetic interference sources, FIG.

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild der mit einem Spannungs-komparator verbundenen Wicklungen und Fig. 5 is an electrical circuit diagram of the windings connected to a voltage comparator and

Fig. 6 elektrische Signale an den Eingängen und am Ausgang des Spannungskomparators. Fig. 6 electrical signals at the inputs and at the output of the voltage comparator.

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- BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The speed sensor shown in FIGS. 1 and 2 has a permanent magnet rotor 1, also referred to below as permanent magnet, which is designed as a disk with alternating magnetic poles N and S on the circumference. An axial bore 2 for a rotating shaft 3 is provided in the disk. The transmitter also contains windings 4a, 4b which, according to the present embodiment, are accommodated in slots 5 (FIG. 3) of a stator part 6 consisting of an insulating material. The windings 4a, 4b consist of active conductors 7a, 7b which are connected in series via winding heads 8a, 8b, the active conductors 7a and 7b being located in close proximity to one another with respect to the poles of the permanent magnet 1 (FIG. 2). Accordingly, the winding heads 8a (Fig. 3), 8b are in close proximity to each other. The windings 4a, 4b are displaced relative to one another by an angle which is between 30 and 330 ° el. The limits mentioned are determined by the permissible size of the initial

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

670 517 670 517

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. due to signais. In the embodiment described here, the windings 4a (FIG. 4) are shifted by 180 ° el. (Or n / p, where p means the number of poles) relative to 4b, which represents an optimal shift angle.

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). The speed sensor also contains a differential amplifier 9 (FIG. 1), at the inputs of which the same ends of the windings 4a, 4b are connected, while the other identical ends of the windings 4a, 4b are connected to a common input 10 of the differential amplifier 9 (below same ends, the beginnings or ends of the windings should be understood here).

Zur Erzeugung eines Rechteck-Signals am Ausgang des Drehzahlgebers ist als Differenzverstärker ein Spannungskom-parator 11 (Fig. 5) eingesetzt. To generate a square-wave signal at the output of the speed sensor, a voltage comparator 11 (FIG. 5) is used as the differential amplifier.

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. Another embodiment of the speed sensor is also conceivable, in which a permanent magnet with axially magnetized poles is used. Here, the active winding conductors are arranged in the manner described above, but in the radial direction.

Ausserdem ist eine Ausführung der Wicklungen mittels einer doppelseitigen gedruckten Schaltung möglich. In addition, the windings can be designed using a double-sided printed circuit.

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 The speed encoder works as follows. When the permanent magnet 1 (Fig. 1, 2) rotates, a signal 12 (Fig. 6) is induced in the winding 4a (Fig. 5) which is connected to the inverting input of the comparator 11 at a frequency which corresponds to the speed of the encoder is proportional, while in the winding 4b a signal 13 with the same frequency and amplitude but in opposite phase to the signal 12 is induced. At the

Ausgang des Komparators 11 entsteht ein verstärktes Rechteck-Signal 14. An amplified square-wave signal 14 is produced at the output of the comparator 11.

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. If an external electromagnetic interference field acts on the transmitter, an interference EMF e ^ is induced in the active conductors 7a (FIG. 4), 7b and in 5 in the winding heads 8a, 8b. The interference EMFs e ^ are compensated in the active conductors 7a, 7b, which are connected in series and against one another, but are added in the winding heads 8a, 8b. The signals 12 (FIG. 6), 13 from the rotating permanent magnet 1 overlap, are added to them and fed to the inputs of the comparator 11 (FIG. 5) in the form of an EMF eE. Since the interference signal arrives at the inputs of the comparator 11 in phase, it does not change the state of an output signal 14 (FIG. 6).

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. 15 This is made possible by the existing two identical windings, the active conductors of which are shifted by an angle which lies within 30 to 330 ° el. And are located in close proximity to one another, just like the winding heads, and by the existing voltage comparator 20 the windings are connected to compensate for the influence of the external electromagnetic fields practically completely and thereby increase the accuracy of the speed determination.

25 Gewerbliche Verwertbarkeit 25 Commercial usability

Die Erfindung wird vorwiegend in Elektromotoren von Videorecordern und Tonbandgeräten sowie Plattenspielern zur Messung und Regelung ihrer Drehzahl angewendet. The invention is mainly used in electric motors of video recorders and tape recorders as well as turntables for measuring and controlling their speed.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

670 517

1. Speed sensor, with a permanent magnet rotor (1) having a shaft (3) in an axial bore (2), which is designed as a disk with alternating magnetic poles (N, S) on the circumference, and with one on a stator part (6) arranged winding (4a), the active conductors (7a) of which lie opposite the magnetic poles (N, S) and are connected in series via winding heads (8a), characterized in that an additional winding (4b) with active conductors (7b) and winding heads (8b ) in the same sense as the first-mentioned winding (4a) and in close proximity to it, but electrically offset from it by an angle between 30 and 330 ° and that the one ends of the two windings (4a, 4b) with the two inputs (+, -) of a differential amplifier (9, 11) and the other ends thereof are connected to a common input (10) of the differential amplifier (9).

2. Speed sensor, with a permanent magnet rotor (1) having a shaft (3) in an axial bore (2), which is designed with axially magnetized magnetic poles, and with a winding arranged on a stator part, the active conductors of which lie opposite the magnetic poles in the radial direction and are connected in series via winding heads, characterized in that an additional winding with active conductors and winding heads in the same sense as the first-mentioned winding and in the immediate vicinity thereof, but electrically offset by an angle between 30 and 330 ° to it, is arranged, and that the one ends of the two windings are connected to the two inputs of a differential amplifier and the other ends thereof are connected to a common input of the differential amplifier.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Speed sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the differential amplifier (9) is designed as a voltage comparator (11).