DE102004046824A1

DE102004046824A1 - Geschwindigkeitsmessung bei einer elektrischen permanenterregten Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102004046824A1
Application number: DE102004046824A
Authority: DE
Inventors: Zeljko Dr. Jajtic; Markus Knorr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: DE102004046824B4; WO2006072472A1; JP2008514906A; US7746064B2; US20080066548A1; JP4781363B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) für eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine (5, 7), welche ein Primärteil (11, 13) und ein Sekundärteil (15, 17) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung. Das Sekundärteil (15, 17) der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine weist Permanentmagnete (19) auf. Die Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) weist zumindest einen ersten Sensor (25) und einen zweiten Sensor (31) auf, wobei der erste Sensor (25) eine Sensorspule aufweist und der zweite Sensor (31) ein Hallsensor ist und die Sensoren (25, 31) am Primärteil (11, 13) derart angebracht sind, dass sowohl der erste Sensor (25) als auch der zweite Sensor (31) von einem durch die Permanentmagnete (19) erzeugten magnetischen Feld (33) beeinflusst sind.

Description

Die Erfindung betrifft die Geschwindigkeitsmessung bei einer elektrischen permanenterregten Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine hierfür vorgesehene Geschwindigkeitsmesseinrichtung, ein Primärteil einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine und ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit.
Geschwindigkeitsmesseinrichtungen für elektrische Maschinen sind beispielsweise absolute Drehgeber. Bei Linearmotoren sind zur Geschwindigkeitsmessung beispielsweise Längenmesssysteme einsetzbar. Derartige Einrichtungen zur Messung einer Geschwindigkeit einer elektrischen rotatorischen Maschine oder elektrischen Linearmaschine sind aufwendig zu fertigen und kostenintensiv in der Herstellung. Für den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl- Geregelten Betrieb von permanenterregten Synchronmaschinen an einem Stromrichter ist es notwendig die absolute Rotorlage sowie die Ist-Geschwindigkeit bzw. Drehzahl zu kennen. Hierfür ist im Allgemeinen ein externer Tachogenerator bzw. ein Lagegeber aus dem das Drehzahlsignal differenzierbar ist, notwendig. Bei Linearmotoren ist anstelle des Drehzahlsignals als Geschwindigkeitssignal ein Geschwindigkeitswert für eine Linearbewegung notwendig. Um ein für die Regelung der elektrischen Maschine, insbesondere der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine notwendiges Geschwindigkeitssignal aus einem Lagesignal zu erhalten, ist das Lagesignal zu differenzieren. Hierzu ist eine hohe Auflösung des Lagesignals erforderlich. Dies erfordert einen hohen Aufwand unabhängig davon, ob das Lagesignal eine Lage bezüglich einer rotatorischen Bewegung oder einer linearen Bewegung betrifft. Insbesondere für Linearmotoren und Hohlwellenmotoren, wie zum Beispiel Torquemotoren, erfordert eine der artige Signalermittlung dafür geeigneten Tachogeneratoren einen hohen Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es in einfacher Weise eine Einrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht in einfacher Weise die Geschwindigkeit einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine zu messen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und/oder 5. Weiterhin ist die Aufgabe mittels eines Primärteils mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Mittels eines Verfahrens in den Merkmalen nach Anspruch 12 ist die Messung einer Geschwindigkeit möglich, welche die oben genannten Probleme beim Stand der Technik überwindet. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 4, 5 bis 11 und 13 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung für eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei das Sekundärteil Permanentmagnete aufweist, weist die Geschwindigkeitsmesseinrichtung zumindest einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor auf, wobei der erste Sensor eine Sensorspule aufweist und der zweite Sensor einen Hallsensor aufweist und die Sensoren am Primärteil der pemanenterregten elektrischen Synchronmaschine derart angebracht sind, dass sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor von einem durch die Permanentmagnete erzeugten magnetischem Feld beeinflussbar sind. Mit Hilfe einer derartigen Geschwindigkeitsmesseinrichtung ist es möglich mittels der Sensoren ein Signal zu erzeugen, das zur Drehzahl bzw. zur Geschwindigkeit proportional ist. Hierdurch ist die Einsparung eines bislang benötigten Tachos möglich. Durch die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsmesseinrichtung stehen einer Regelung der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine Signale zur Verfügung mit denen die Geschwindigkeit der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine mit einer hohen Genauigkeit feststellbar ist, ohne dass hohe Genauigkeitsanforderungen bzw. hohe Auflösungsanforderungen an ein zu differenzierendes Lagesignal nötig sind. Mittels der eingesetzten Sensorspule ergibt sich ein differenzierender Anteil. Die darauf resultierende Drehzahlmessung stellt sowohl bei Linearmotoren als auch insbesondere bei Torquemotoren eine einfache und kostengünstige technische Lösung für die Ermittlung der Geschwindigkeit dar.

Mittels des ersten Sensors und des zweiten Sensors sind magnetische Felder, welche von einem mit Permanentmagneten besetzten Sekundärteil hervorgerufen werden, messbar. Das Signal des Hallsensors ist positionsabhängig. Das Signal der Sensorspule ist sowohl positionsabhängig wie auch geschwindigkeitsabhängig. Das Signal des Hallsensors wird nun dazu verwendet um den positionsabhängigen Anteil des Signals der Sensorspule zu eliminieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Sensor und der zweite Sensor an eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine anschließbar bzw. dort angeschlossen. Die Auswerteeinheit ist beispielsweise eine separate Einheit in der die Signale der beiden Sensoren verarbeitet werden oder auch eine integrierte Auswerteeinheit. Die Integration der Auswerteeinheit erfolgt beispielsweise in einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) eine Regelungs- bzw. Steuerungseinheit für einen Stromrichter, oder dergleichen. Die Auswerteeinheit weist beispielsweise Hardwaremittel und/oder Softwaremittel auf.

Mittels des ersten Sensors und mittels des zweiten Sensors ist ein Teil des Maschinenhauptflusses erfassbar. Der erste Sensor und der zweite Sensor befinden sich dabei z.B. am und/oder im Primärteil der elektrischen Maschine. In einer weiteren möglichen Ausführung sind die beiden Sensoren – der erste Sensor und der zweite Sensor – oder nur einer der Sen soren außerhalb des Blechpaketbereichs des Primärteils angeordnet. Dabei sind die beiden Sensoren derart angeordnet, dass diese den magnetischen Fluss der Permanentmagnete des Sekundärteils erfassen, welche vom Blechpaket des Primärteils nicht überdeckt sind. Diese nicht vom Blechpaket des Primärteils überdeckten Permanentmagnete sind freistehend. Bei dieser Anordnung der Sensoren sind diese außerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils angeordnet. Der magnetische Kreis des Primärteils wird insbesondere im Wesentlichen durch das Blechpaket des Primärteils bestimmt. Erfasst ein Sensor ein magnetisches Feld bzw. einen magnetischen Fluss außerhalb des magnetischen Kreises des Primärteils, so kann der Sensor entweder derart am Primärteil angebracht sein, dass der Sensor in das Primärteil integriert ist oder dass der Sensor am Primärteil mittels einer Halteeinrichtung angebracht ist. Bei der Verwendung einer Halteeinrichtung befindet sich der Sensor beispielsweise in einer separaten Sensorbox welche am Primärteil angebracht ist, wobei die Sensorbox über einen Luftspalt von Permanentmagneten des Primärteils beabstandet ist.

Die Sensoren der Geschwindigkeitsmesseinrichtung sind also entweder außerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils angeordnet oder innerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils. Ist ein Sensoren innerhalb des magnetischen Kreises des Primärteils angeordnet, dann ist dieser am und/oder im Blechpaket des Primärteils angeordnet.

Die von den Sensoren erfassten Signale sind im Allgemeinen sinusförmig. Als Signal der Sensorspule ist beispielsweise eine Spannung U_s ermittelbar. Diese Spannung U_s weist dabei eine Proportionalität auf, die wie folgt darstellbar ist: Us ~ K1·Φ(α)·dα/dt(das Spulensignal U_s ist positions- und drehzahlabhängig)
dabei ist:

K1: eine Proportionalitätskonstante,
Φ(α): ein magnetischer Fluss (winkel- und positionsabhängig),
dα/dt: eine Winkelgeschwindigkeit und
α: eine Winkellage bei einer rotierenden Maschine bzw. eine Position bei einem Linearmotor.

Das Signal des Hallsensors U_h ist nur positionsabhängig. Die Spannung U_h weist eine Proportionalität zum magnetischen Fluss Φ auf. Diese Proportionalität ist beispielsweise wie folgt beschreibbar: Uh ~ K2·Φ(α).dabei ist:

K2*: eine Konstante und
Φ(α): ein magnetischer Fluss (winkel- und positionsabhängig).

Mittels einer geeigneten Anordnung der beiden Sensoren ist eine identische Phasenlage der beiden Sinussignale erzielbar. Das Verhältnis der Spannungen der Sensorsignale U_s/U_h ist direkt zur Drehzahl bzw. zur Geschwindigkeit proportional. Die Geschwindigkeit betrifft beispielsweise die Geschwindigkeit eines Primärteils eines Linearmotors. Mittels des Hallsensors ist die Positionsabhängigkeit des Signals der Sensorspule eliminierbar. Die Drehzahl ergibt sich dann beispielsweise wie folgt: n=K*(U_s/U_h).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Geschwindigkeitsmesseinrichtung ist der erste Sensor und zweite Sensor wie bereits angemerkt elektrisch phasenversetzt. Eine besonders günstige elektrische Phasenversetzung ergibt sich bei einem Versetzungswinkel von 90° elektrisch.

Die Lösung der Erfindung ergibt sich auch mittels einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung bei einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist und weiterhin zumindest zwei Geschwindigkeitsmesseinrichtungen der oben beschriebenen Art aufweist. Diese erweiterte Geschwindigkeitsmesseinrichtung weist also eine erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung und eine zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung auf, wobei die erste und die zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung elektrisch phasenversetzt am Primärteil anbringbar bzw. angebracht sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Phasenversatz 90° oder auch 270°. Dadurch ist es möglich ein auswertbares Drehzahlistwertsignal in den Nulldurchgängen der Sinusfunktion zu erreichen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Störsignale, welche durch die Bestromung von Wicklungen des Primärteils in den Sensorsignalen hervorrufbar sind, kompensierbar. Zur Kompensation der Störsignale auf den Signalen des ersten und des zweiten Sensors bzw. weiterer Sensoren werden die bekannten Ströme der Wicklungen des Primärteils herangezogen. Aus den bekannten elektrischen Strömen, welche durch die Wicklungen fließen sind die magnetischen Felder, welche von den Sensoren erfasst werden, ermittelbar und können somit von dem Gesamtsignal eines Sensors der sowohl ein Signal vom magnetischen Feld der bestromten Wicklungen als auch vom magnetischen Feld der Permanentmagneten erhält, herausgerechnet werden. Die Verarbeitung der Signale der Sensoren ist sowohl analog wie auch digital möglich. Die Auswertung ist durch die oben bereits beschriebene Auswerteeinrichtung durchführbar.

Erfindungsgemäß ist ein Primärteil einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine derart ausbildbar, dass das Primärteil zumindest einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor aufweist, wobei der erste Sensor eine Sensorspule aufweist und der zweite Sensor ein Hallsensor ist bzw. zumindest einen Hallsensor aufweist, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor insbesondere zur Messung einer Geschwindigkeit vorgesehen sind.

Das Primärteil weist also in einer Ausgestaltung eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung der oben beschriebenen Art auf. Der erste Sensor und der zweite Sensor sind am Primärteil vorteilhafterweise derart angebracht, dass sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor von einem durch Permanentmagnete eines Sekundärteils erzeugbaren magnetischen Feldes beeinflussbar sind. Die Beeinflussung ergibt sich daraus, dass zumindest ein Teil des magnetischen Flusses sich über die Sensoreinrichtung schließt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Sensor und der zweite Sensor elektrisch phasenversetzt. Durch den Phasenversatz ist es möglich, die rechnerische Verarbeitung der Sensorsignale zu vereinfachen. Für eine vorteilhafte Ausgestaltung ist ein Phasenvorsatz von z.B. elektrischen 90° gewählt.

Das erfindungsgemäße Primärteil ist vorteilhafterweise auch derart ausgestaltet, dass dieses eine erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung und eine zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung aufweist, wobei die erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung einen ersten zweiten Sensor aufweist und die zweite Messgeschwindigkeitseinrichtung einen dritten und vierten Sensor aufweist, wobei der dritte Sensor ein Hallsensor ist und der vierte Sensor eine Sensorspule aufweist. Dadurch, dass zwei Geschwindigkeitsmesseinrichtungen für ein Primärteil vorgesehen sind, können diese auf dem Primärteil elektrisch phasenversetzt angeordnet werden. Bei einer phasenversetzten Anordnung ist es möglich bei einer Bewegung des Primärteils zum Sekundärteil Geschwindigkeit in bestimmten Positionen auch dann zu bestimmen, wenn der Sinus Null ist. Problematisch ist ein Sinus gleich Null, insbesondere dann, wenn dieser Sinus in einer Gleichung zur Ermittlung der Geschwindigkeit verwendet wird und der Sinus in einem Nenner dieser Gleichung verwendet ist. Dadurch dass nunmehr eine zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung vorgesehen ist, kann dieser Nachteil überwunden werden.

Der Hallsensor eines Primärteils wird vorteilhafter Weise auch für die Bestimmung einer Rotorlage verwendet. Die Bestimmung der Rotorlage betrifft bei einer rotatorischen Maschine die Position des Läufers und bei einem Linearmotor die Position des Sekundärteils. Vorteilhaft wird also die Rotorlage durch die Auswertung von Signalen des Hallsensors ermittelt, wobei diese Signale des Hallsensors zusammen mit den Signalen des Sensors, welcher eine Sensorspule aufweist, zur Ermittlung der Geschwindigkeit verwendet werden.

Vorteilhafter Weise wird zumindest einer der für die Geschwindigkeitsmesseinrichtung verwendeten Sensoren auch zur Generierung eines Lagesignals des Sekundärteils bzw. des Primärteils verwendet. Damit ist z.B. ein lagegeregelter Betrieb der elektrischen Maschine ohne einen zusätzlichen also fremden Lagegeber realisierbar. Signale des Hallsensors können als Positionsgeber für einen positionsgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine ausgenutzt werden. Das Verfahren weist ein Auswertung, einer geeigneten Interpolation der Hall-Signale und ein anschließendes Referenzieren auf eine Absolutposition auf. Auch ein „Teach-in-Verfahren" ist durchführbar. Durch diese Verfahren kann ein positionsgeregelter Betrieb des Motors realisiert werden.

Das Referenzieren auf Absolutposition kann mittels eines temporären fremden Gebersignals erfolgen (z.B. als Teil der Inbetriebnahme oder Einrichtbetriebes der elektrischen Maschine), wobei dadurch ggf. vorhandene Ungenauigkeit eines Hall-Positionssignals kompensiert werden. Ungenauigkeiten können z.B. durch mechanische und magnetische Toleranzen einer Strecke von Permanentmagneten des Sekundärteils entstehen. Die Strecke aus Permanentmagneten des Sekundärteils wird bei der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmesseinrichtung insbesondere als ein Maßstab ausgenutzt.

In einem „Teach-in-Verfahren" wird die Soll-Position direkt „eingelernt" und auf ein Hall-Positionssignal bezogen. Das Hall-Positionssignal darf dann Ungenauigkeiten in der Absolutposition aufweisen. Die einmal „eingelernte" Soll-Position kann mittels „motoreigener" Hall-Signale trotzdem immer wieder exakt reproduziert werden (z.B. bei einem geregelten Punkt-zu-Punkt-Bewegungsablauf).

Daten über die Geschwindigkeit, welche mittels der Geschwindigkeitsmesseinrichtung ermittelbar sind, und welche entweder eine lineare Geschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit betreffen können auch derart zu einer Positionsregelung ausgenutzt werden, indem das Geschwindigkeitssignal zu einem Lage-Signal integriert wird. Dadurch kann eine hohe Signalgüte des Lage-Signals erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, dass bei Verwendung nur einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung mit zwei Sensoren die Positionen in denen der Sinus Null ergibt, ausgeblendet sind.

In einem Verfahren zum Messen einer Geschwindigkeit einer permanenterregten elektrischen Maschine wird mittels eines ersten Sensors ein positionsabhängiger erster Signal-Wert für ein magnetisches Feld gemessen und mittels eines zweiten Sensors ein positionsabhängiger und geschwindigkeitsabhängiger zweiter Signal-Wert für ein magnetisches Feld gemessen. Nach der Messung wird der erste Signal-Wert zum zweiten Signal-Wert ins Verhältnis gesetzt. Dies ist bereits weiter oben beschrieben.

Vorteilhafterweise wird auch, wie bereits beschrieben, eine Signalstörung kompensiert. Die Signalstörung rührt beispielsweise von einer Bestromung von Wicklungen des Primärteils her. Zur Messung der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine ist lediglich das magnetische Feld, welches von dem Permanentmagneten hervorgerufen wird, notwendig. Das von einer Beströmung von Wicklungen hervorgerufene magnetische Feld ist zu kompensieren. Die durch die Bestromung hervorgerufene Signalstörung des ersten Wertes und des zweiten Wertes wird dabei beispielsweise mittels der Auswerteeinrichtung herausgerechnet. Hierfür ist beispielsweise eine Referenzbestromung durchführbar, bei der die Istwerte der elektrischen Ströme und die Sollwerte der elektrischen Ströme gemessen werden und mit den gemessenen magnetischen Feldern in den Sensoren derart aufbereitet werden, dass ein aus der Bestromung der Wicklungen herrührendes magnetisches Feld bei der Messung der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine eliminierbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind skizzenhaft anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen
1 ein Primärteil und ein Sekundärteil eines Primärmotors,
2 zwei Signal-Werte und zwei Sensoren,
3 prinzipiell den Aufbau einer rotatorischen permanenterregten elektrischen Synchronmaschine,
4 eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung, welche vier Sensoren aufweist,
5 schematisch die Verarbeitung der Signal-Werte des Sensors und
6 eine Anordnung von Sensoren in einem externen Sensorgehäuse.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung 1. Die Geschwindigkeitsmesseinrichtung 1 weist einen ersten Sensor 25 und einen zweiten Sensor 36 auf. Der zweite Sensor 36 ist ein Hallsensor. Der erste Sensor 25 weist eine Sensorspule 29 auf. Die Sensorspule 29 ist um ein Flussleitstück 27 gewickelt. Das Flussleitstück 27 dient der teilweisen Flussumleitung eines magnetischen Flusses, welcher repräsentiert ist durch den magnetischen Fluss 33 durch das Flussleitstück 27. Dieser umgeleitete Fluss ist der magnetische Sensorfluss 39. Die Sensorspule 29 umschließt den magnetischen Sensorfluss 39. Der erste Sensor 25 und der Hallsensor 31 befinden sich an einem Primärteil 11. Im Bereich der Sensoren am Primärteil 11 weist das Primärteil 11 eine Kerbe 45 auf. Mit der Kerbe 45, welche einen Luftspalt zwischen benachbarten Blechpaketen des Primärteils darstellt, wird die Amplitude des Sensorflusses 39 und damit die Empfindlichkeit des Sensors optimiert und/oder beeinflusst. Das Primärteil 11 weist weiterhin Zähne 23 auf, wobei zwischen den Zähnen Wicklungen vorgesehen sind, welche in der 1 jedoch nicht dargestellt sind. Mit Hilfe bestrombaren Wicklungen ist ein magnetisches Feld erzeugbar. Ein magnetisches Feld ist auch mittels von Permanentmagneten 19 erzeugt. Die Permanentmagnete 19 sind Teil eines Sekundärteils 15.
Das Sekundärteil 15 und/oder das Primärteil 11 sind linear bewegbar. Die Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil 41 angedeutet, wobei die Richtung sowohl positiv als auch negativ sein kann. Die Bewegungsrichtung läuft beispielsweise längs einer Achse x. Mittels der Permanentmagnete 19 ist ein magnetisches Feld 33 erzeugbar. Das magnetische Feld 33 verläuft unter anderem innerhalb des Primärteils 11. Da das magnetische Feld zeichnerisch vom magnetischen Fluss nur schwer differenziert werden kann wird für beides das gleiche Bezugszeichen 33 verwendet. Abhängig von der Position des Primärteils 11 gegenüber dem Sekundärteil 15 ergeben sich verschiedene magnetische Flüsse Φ. Im Bereich des ersten Sensors 25 ist beispielsweise der Fluss Φ₀ = Φ sin x dargestellt. Im Bereich des Hallsensors 31 ist der magnetische Fluss Φ₉₀ = Φ cos x dargestellt. Von diesem magnetischen Feld 31 ist ein magnetischer Sensorfluss 40 abgezweigt. Das Primärteil 11 ist derart aufgebaut, dass dieses ein Blechpaket 43 aufweist. Durch die Verwendung eines Blechpaketes sind Wirbelströme reduzierbar.
Die von den Sensoren ermittelten Signal-Werte sind mittels Anschlüsse 35 und 36 an eine Auswerteeinrichtung 37 übermittelbar. So ist beispielsweise das Sensorspulensignal als Spannung U_s proportional Φ(x)·v (v ist die Geschwindigkeit) übermittelbar und die Hallspannung U_h proportional Φ(x) für den Hallsensor 31.
Die Auswerteeinrichtung 37 ist beispielsweise eine separate Auswerteeinrichtung für die Sensoren 25, 31 bzw. auch eine Auswerteeinrichtung, welche bei einer bereits vorhandenen Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine vorhanden ist. Diese ist beispielsweise für die Steuerung bzw. Regelung eines Stromrichters, wobei der Stromrichter in der 1 nicht dargestellt ist, vorgesehen. Mit Hilfe des Stromrichters ist eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine 5, welche in der 1 dargestellt, und einen Primärteil 11 und einem Sekundärteil 15 aufweist, antreibbar.
Die Darstellung gemäß 2 zeigt zwei Kurven U_s und U_h. Die eine Kurve U_s repräsentiert den Verlauf der Spannung U über die Sensorspule. Die Kurve U_h repräsentiert die Spannung U über den Hallsensor abhängig von der Position auf der x-Achse. Beide Kurvenverläufe sind sinusförmig. Die Spannungen U_s und U_h sind über die Position x aufgetragen.
Die Darstellung gemäß 3 zeigt skizzenhaft eine rotatorische permanenterregte Synchronmaschine 7 im Querschnitt. Dargestellt ist der Blechschnitt eines Primärteils 13 und die Position eines Sekundärteils 17. Das Sekundärteil 17 ist rotationssymmetrisch zu einer Achse 21 angeordnet, wobei das Sekundärteil 17 Permanentmagnete 19 auf seiner dem Primärteil 13 zugewandten Seite aufweist. Das Primärteil 13 weist Zähne 23 auf, wobei zwischen den Zähnen Wicklungen 51 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jedoch nur eine Wicklung 51 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung gemäß 3 einen ersten Sensor 25, welcher eine Sensorspule 29 aufweist. Als zweiten Sensor 24 offenbart 3 einen Hallsensor 31, welcher über Flussleitstücke 27 einen Anschluss an den von den Permanentmagneten 19 erzeugten Fluss vom Primärteil 13 erhält. Die Darstellung gemäß 3 offenbart, dass die Verwendung einer erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmesseinrichtung sowohl bei einem Linearmotor als auch einem rotatorischen elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine einsetzbar ist.
Die Darstellung gemäß 4 zeigt eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung 3. Die Geschwindigkeitsmesseinrichtung 3 weist zwei untergeordnete Geschwindigkeitsmesseinrichtungen 1 und 2 auf. Die Geschwindigkeitsmesseinrichtungen 1 und 2 sind entsprechend der Darstellung gemäß 1 aufgebaut. Die Signale beider Geschwindigkeitsmesseinrichtungen 1 und 2 werden in einer Auswerteeinrichtung 38 zusammengefasst. In der Auswerteeinrichtung 38 ist es nun möglich, durch den elektrischen Phasenversatz der beiden Geschwindigkeitsmesseinrichtungen 1 und 2 eine kontinuierliche Ermittlung der Geschwindigkeit in einfacher Weise zu erzielen, da auch beim Nulldurchgang eines Signal-Wertes eines Sensors zumindest zwei weitere Signal-Werte nulldurchgangsfrei sind. Die Darstellung gemäß 4 zeigt also eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung 3, welche vier Sensoren aufweist, einen ersten Sensor 25, einen zweiten Sensor 24, welcher einen Hallsensor 31 aufweist, einen dritten Sensor 32 und einen vierten Sensor 26.
Die Darstellung gemäß 5 zeigt schematisch die Verarbeitung von Signal-Werten der Sensoren. Ein erster Sensor 25 liefert einen ersten Signal-Wert 47. Ein zweiter Sensor 24, welcher zum Beispiel einen Hallsensor aufweist bzw. ein solcher ist, liefert einen zweiten Signal-Wert 49. Die Signal-Werte 47 und 49 werden zu einer Auswerteeinrichtung 37 geführt. In der Auswerteeinrichtung 37 wird der erste Signal-Wert, welcher zum Beispiel eine Spulenspannung ist und der zweite Signal-Wert, welcher zum Beispiel eine Hallspannung ist, ins Verhältnis gesetzt. Dieses Verhältnis ist proportio nal zu einer Geschwindigkeit n. Die Geschwindigkeit n betrifft beispielsweise die Rotation eines Rotors einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine, also die Rotation eines Sekundärteils, welches Blechpakete aufweist oder auch die Geschwindigkeit eines Primärteils bzw. eines Sekundärteils eines Linearmotors.
Die Darstellung gemäß 6 zeigt einen Linearmotor welcher ein Primärteil 11 und ein Sekundärteil 15 aufweist. Das Sekundärteil 15 weist Permanentmagnete 19 auf. Ein erster Sensor 25 und ein zweiter Sensor 24 sind in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung von einem Blechpaket 43 des Primärteils 11 abgesetzt. Der erste Sensor 25 und der zweite Sensor 24 sind aber immer noch innerhalb des Primärteils 11. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich die Sensoren außerhalb des Primärteils 11. Gemäß 6 können sich die Sensoren auch in einem Sensorgehäuse 60 befinden. Dabei ist es nicht notwendig, dass auch das Primärteil 11 Sensoren aufweist. Gemäß 6 weist auch das Primärteil 11 Sensoren 24 und 25 auf. Das Sensorgehäuse 60 ist über ein Verbindungsstück 62 mit dem Primärteil 11 verbunden, so dass sich das Sensorgehäuse 60 zusammen mit dem Primärteil bewegen kann. In 6 ergibt sich durch die Verwendung von vier Sensoren 24, 25, 26 und 32 eine ähnliche Ausführung wie diese in 4 beschrieben ist, wobei sich die Positionen der Sensoren in 4 und 6 unterscheiden. In 6 sind die Sensoren 24, 25, 26 und 32 derart angeordnet, dass diese den magnetischen Fluss der freistehenden und vom Blechpaket 43 nicht überdeckten Permanentmagnete des Sekundärteils 15 erfassen. Durch das Ausführungsbeispiel in 6 kommt zum Ausdruck, dass ein und/oder auch mehrere Sensoren nicht nur am Blechpaket angeordnet werden können, sondern auch am Primärteil vom Blechpaket beabstandet oder auch außerhalb des Primärteils.

Claims

Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) für eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine (5, 7) welche ein Primärteil (11, 13) und ein Sekundärteil (15, 17) aufweist, wobei das Sekundärteil (15, 17) Permanentmagnete (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) zumindest einen ersten Sensor (25) und einen zweiten Sensor (24, 31) aufweist, wobei der erste Sensor (25) eine Sensorspule (29) aufweist und der zweite Sensor (31) ein Hallsensor (31) ist und die Sensoren (25, 24) am Primärteil (11, 13) derart anbringbar bzw. angebracht sind, dass sowohl der erste Sensor (25) als auch der zweite Sensor (24, 31) von einem durch die Permanentmagnete (19) erzeugten magnetischen Feld (33) beeinflussbar sind.
Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (24, 25) außerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils (11) angeordnet ist oder dass ein Sensor (24, 25) innerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils (11) angeordnet ist.
Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (25) und der zweite Sensor (31) an einer Auswerteeinrichtung (37, 38) zur Ermittlung der Geschwindigkeit der permanenterregten elektrischen Synchronmaschine (5, 7) anschließbar sind.
Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1, 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (25) vom zweiten Sensor (31) elektrisch phasenversetzt ist.
Geschwindigkeitsmesseinrichtung (3) für eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine (5, 7) welche ein Pri märteil (11, 13) und ein Sekundärteil (15, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Geschwindigkeitsmesseinrichtung (3) eine erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wobei die erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1) von der zweiten Geschwindigkeitsmesseinrichtung (2) elektrisch phasenversetzt am Primärteil (11) anbringbar und/oder angebracht ist.
Primärteil (11, 13) einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine (5, 7), dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil (11, 13) zumindest einen ersten Sensor (25) und einen zweiten Sensor (24, 31) aufweist, wobei der erste Sensor (25) eine Sensorspule aufweist und der zweite Sensor (24, 31) ein Hallsensor ist, wobei der erste Sensor (25) und der zweite Sensor (31) insbesondere zur Messung einer Geschwindigkeit vorgesehen sind.
Primärteil (11, 13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (25) und der zweite Sensor (24, 31) am Primärteil (11, 13) derart angebracht sind, dass sowohl der erste Sensor (25) als auch der zweite Sensor (24, 31) von einem durch Permanentmagnete (19) eines Sekundärteils (15, 17) erzeugbaren magnetischen Feldes (33) beeinflussbar sind.
Primärteil (11, 13) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (25) vom zweiten Sensor (31) elektrisch phasenversetzt ist.
Primärteil (21, 23) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (25) und der zweite Sensor (24, 31) für eine erste Geschwindigkeitsmesseinrichtung (1) vorgesehen sind, wobei ein zweite Geschwindigkeitsmesseinrichtung (2) vorgesehen ist, welche einen dritten Sensor (32) und einen vierten Sen sor (26) aufweist, wobei der dritte Sensor (32) ein Hallsensor (32) ist und der vierte Sensor (26) eine Sensorspule (29) aufweist.
Primärteil (21, 23) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (31) zur Bestimmung einer Rotorlage verwendet wird.
Primärteil (21, 23) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (24, 25) außerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils (11) angeordnet ist oder dass ein Sensor (24, 25) innerhalb eines magnetischen Kreises des Primärteils (11) angeordnet ist.
Verfahren zur Messung einer Geschwindigkeit einer permanenterregten elektrischen Maschine (5, 7), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines ersten Sensors (25) ein positionsabhängiger erster Signal-Wert (47) für ein magnetisches Feld gemessen wird und mittels eines zweiten Sensors (31) ein positionsabhängiger und geschwindigkeitsabhängiger zweiter Signal-Wert (49) für ein magnetisches Feld gemessen wird wonach der erste Signal-Wert (47) zum zweiten Signal-Wert (49) ins Verhältnis gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Signalstörungen des ersten Wertes (47) und des zweiten Wertes (49), welche von einer Bestromung eines Primärteils (11) hervorgerufen werden kompensiert werden.