DE10218881A1 - Method and device for determining the speed and / or direction of rotation and / or position of the shaft of an electric motor - Google Patents

Method and device for determining the speed and / or direction of rotation and / or position of the shaft of an electric motor

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors. DOLLAR A Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass ein Magnetfelderzeuger von dem den Elektromotor versorgenden Strom durchflossen wird, dass das von dem Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld mittels eines Sensors erfasst wird, und dass mittels einer Signalauswertung aus der erfassten Änderung der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes die Drehzahl- und/oder Drehrichtung- und/oder die Positionsänderung bzw. die Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder die Position der Welle bestimmt wird.The invention relates to a method and a device for determining the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft of an electric motor. DOLLAR A The invention is characterized in that the current supplying the electric motor flows through a magnetic field generator, that the magnetic field generated by the magnetic field generator is detected by means of a sensor, and that the rotational speed is determined by means of a signal evaluation from the detected change in the magnetic flux density of the magnetic field. and / or direction of rotation and / or the change in position or the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors. Derartige Verfahren und Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt. Beispielsweise ist bekannt, an der Welle einen Signalgeber anzuordnen, der bei jeder Umdrehung der Welle ein Signal an einen gehäuseseitig angeordneten Signalaufnehmer abgibt. Aufgrund der Anzahl bzw. der Frequenz der empfangenen Signale kann auf die Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. die Position der Welle rückgeschlossen werden. The invention relates to a method and a device to determine the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft of an electric motor. such Methods and devices are state of the art known in a variety of ways. For example known to arrange a signal generator on the shaft, which at Every revolution of the shaft sends a signal to one on the housing side arranged signal transducer emits. Because of the number or the frequency of the received signals can on the Speed or direction of rotation or the position of the shaft be inferred.

Derart bekannte Verfahren haben den Nachteil, dass Signalgeber unmittelbar an den sich drehenden Teilen anzuordnen sind. Hierfür ist entsprechend Bauraum vorzusehen. Außerdem ist die Montage derartiger Einrichtungen mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Methods known in this way have the disadvantage that Signal generator directly on the rotating parts are to be arranged. There is space for this provided. In addition, the assembly is such Facilities associated with additional effort.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors vorzuschlagen, das bzw. die keine Bauteile an der Welle des Elektromotors vorsieht. The present invention is therefore based on the object based on a method and a device for determination the speed and / or direction of rotation and / or the position of the Propose shaft of an electric motor, the one or none Provides components on the shaft of the electric motor.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Magnetfelderzeuger von dem den Elektromotor versorgenden Strom durchflossen wird, dass das von dem Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld mittels eines Sensors erfasst wird, und dass mittels einer Signalauswertung aus der erfassten Änderung der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes die Drehzahl- und/oder Drehrichtung- und/oder die Positionsänderung bzw. die Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder die Position der Welle bestimmt wird. This object is achieved with a method according to the invention solved in that at least one magnetic field generator from the current supplying the electric motor is passed through, that the magnetic field generated by the magnetic field generator is detected by means of a sensor, and that by means of a Signal evaluation from the detected change in the magnetic Flux density of the magnetic field, the speed and / or Direction of rotation and / or the change in position or Speed and / or direction of rotation and / or the position of the Wave is determined.

Dadurch wird eine Bestimmung der Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. der Position der Welle möglich, ohne dass Bauteile an der Welle anzuordnen sind. Vielmehr kann die Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. die Position der Welle örtlich fern von der Welle bestimmt werden. Aufgrund der bekannten mathematischen bzw. physikalischen Beziehung zwischen Magnetfeld bzw. Flussdichte und Richtung des Magnetfeldes und der vom Elektromotor benötigten Stromstärke kann auf die Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. Position der Welle rückgeschlossen werden. Die Drehrichtung kann insbesondere über die Ausrichtung des Magnetfeldes bestimmt werden. This makes a determination of the speed or direction of rotation or the position of the shaft possible without components on to be arranged on the shaft. Rather, the speed or Direction of rotation or the position of the shaft locally far from the wave can be determined. Because of the known mathematical or physical relationship between Magnetic field or flux density and direction of the magnetic field and the current required by the electric motor can be based on the Speed or direction of rotation or position of the shaft be inferred. The direction of rotation can in particular can be determined via the orientation of the magnetic field.

Vorteilhafterweise ist der Magnetfelderzeuger eine Spule. Eine Spule kann hierbei auch fern von der Welle angeordnet sein, beispielsweise auf einer Leiterplatine oder einer Bürstentrageplatte. The magnetic field generator is advantageously a coil. A coil can also be arranged far from the shaft be, for example on a printed circuit board or one Brush holder plate.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Magnetfelderzeuger eine Entstördrossel ist. Eine derartige Entstördrossel ist bei Elektromotoren beispielsweise auf einer Bürstentrageplatte vorgesehen, und dient zur Funkentstörung. Das Vorsehen der Stördrossel als Magnetfelderzeuger hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile vorzusehen sind. Da Elektromotoren in der Regel sowieso Entstördrosseln aufweisen, wird vorteilhafterweise eine solche Entstördrossel als Magnetfelderzeuger herangezogen. A particularly preferred embodiment of the invention provides that the magnetic field generator has a suppressor choke is. Such a suppression choke is in electric motors provided for example on a brush support plate, and is used for radio interference suppression. The provision of the choke as Magnetic field generator has the advantage that no additional Components must be provided. Because electric motors usually have suppression chokes anyway, is advantageous such a suppression choke as a magnetic field generator used.

Bei einer weiteren, anderen Ausführungsform der Erfindung, kann der Magnetfelderzeuger auch von der Ankerwicklung des Elektromotors gebildet werden. Da der Elektromotor sowieso eine Ankerwicklung aufweist, sind auch bei dieser Ausführungsform keine zusätzlichen Bauteile zur Realisierung des Magnetfelderzeugers erforderlich. In a further, different embodiment of the invention, can the magnetic field generator of the armature winding of the Electric motor are formed. Because the electric motor anyway has an armature winding, are also in this Embodiment no additional components for implementation of the magnetic field generator required.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Sensor die magnetische Flussdichte analog und linear erfasst. Eine solche Erfassung kann mit kostengünstigen, bekannten Bauteilen erfolgen. It has proven to be advantageous if the sensor magnetic flux density recorded analog and linear. A such detection can be done with inexpensive, known Components take place.

Vorteilhafterweise wird das von dem Sensor erfasste Signal mit einem Tiefpassfilter gefiltert und/oder mit insbesondere einem Schmitt-Trigger in ein Rechtecksignal umgewandelt. Aufgrund einer solchen Filterung bzw. Umwandlung kann eine Datenauswertung auf vorteilhafte Weise erfolgen. The signal detected by the sensor is advantageously filtered with a low-pass filter and / or with in particular converted into a square wave signal using a Schmitt trigger. Due to such filtering or conversion, a Data evaluation take place in an advantageous manner.

Bevor die Auswertung jedoch erfolgt, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die gefilterten bzw. umgewandelten Signale verstärkt werden. Auch dies trägt zu einer günstigeren Signalauswertung bei. Before the evaluation takes place, however, according to the invention be provided that the filtered or converted Signals are amplified. This also contributes to one cheaper signal evaluation.

Die genannte Aufgabe wird ferner durch eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors gelöst, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. The above task is also carried out by a facility for Determination of the speed and / or direction of rotation and / or the Position of the shaft of an electric motor solved that for Implementation of the method according to the invention is suitable.

Eine solche Einrichtung umfasst einen Magnetfelderzeuger, insbesondere in Form einer Spule, einer Entstördrossel oder einer Ankerwicklung, einen dem Magnetfelderzeuger zugeordneten Sensor und ein mit dem Sensor elektrisch gekoppeltes Steuergerät zur Signalauswertung. Eine derartige Einrichtung hat den Vorteil, dass zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle des Elektromotors keine Bauteile an der Welle bzw. zur Erfassung der Welle vorzusehen sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Magnetfelderzeuger eine sowieso vorhandene Entstördrossel ist, die von dem Sensor erfasst wird. Dabei können auch mehrere Sensoren, ggf. auch an mehreren Entstördrosseln, vorgesehen sein. Such a device comprises a magnetic field generator, in particular in the form of a coil, a suppression choke or an armature winding, one the magnetic field generator assigned sensor and one with the sensor electrically Coupled control unit for signal evaluation. Such Establishment has the advantage that for determining the Speed and / or direction of rotation and / or the position of the Shaft of the electric motor no components on the shaft or The shaft must be recorded. Particularly advantageous is when the magnetic field generator is an existing one anyway Suppression choke, which is detected by the sensor. there can also have several sensors, possibly also several Suppression chokes can be provided.

Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Entstördrossel einen metallischen Kern, insbesondere einen Ferritkern, aufweist, in dessen axialer Verlängerung der Sensor angeordnet ist. Mit einer derartigen Anordnung kann die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes der Entstördrossel günstig erfasst werden. It can be provided according to the invention that the Suppressor choke a metallic core, especially one Ferrite core, has, in its axial extension Sensor is arranged. With such an arrangement can the magnetic flux density of the magnetic field Suppressor choke can be recorded cheaply.

Vorteilhaft ist, wenn der Sensor den Magnetfelderzeuger berührungslos erfasst. Dabei kann beispielsweise zwischen dem metallischen Kern der Entstördrossel und dem Sensor ein Spalt vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass der Elektromotor bzw. die Entstördrossel in seiner bzw. ihrer Funktion durch den Sensor nicht beeinträchtigt wird. Die Bestimmung der Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. der Position der Welle erfolgt dabei ohne Einfluss auf den Elektromotor oder die Entstördrossel. It is advantageous if the sensor is the magnetic field generator recorded without contact. For example, between the metallic core of the suppression choke and the sensor Gap should be provided. This has the advantage that the Electric motor or the suppressor choke in his or her Function is not affected by the sensor. The Determination of the speed or direction of rotation or the position the shaft does not affect the electric motor or the interference suppression choke.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Sensor ein Magnetfeldsensor, ein Hallsensor oder ein magneto-resestiver Sensor ist. Je nach Größe der Veränderungen der magnetischen Flussdichte können entsprechende Sensoren, ggf. auch mehrere Sensoren, Verwendung finden. It is also advantageous if the sensor is a Magnetic field sensor, a Hall sensor or a magneto-resestiver Sensor. Depending on the size of the changes in magnetic Corresponding sensors, if necessary several, can be flux density Sensors, find use.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Further advantageous details and refinements of Invention can be found in the following description, in of the invention with reference to that shown in the drawing Embodiment is described and explained in more detail.

In der Figur ist eine erfindungsgemäße Einrichtung 10 schematisch dargestellt. Die Einrichtung 10 umfasst einen Elektromotor M, der über zwei elektrische Leitungen 12 und 14 mit Strom versorgt wird. In den beiden Leitungen 12 und 14 ist jeweils ein Magnetfelderzeuger 16 in Form einer Entstördrossel dargestellt. Die Entstördrosseln 16 weisen jeweils einen Ferritkern 18 auf. In axialer Verlängerung der Ferritkerne 18 ist jeweils ein Sensor 20, insbesondere ein Hallsensor, angeordnet. Die Sensoren 20 sind jeweils auf einer Leiterplatine 22 angebracht. Die Leiterplatinen 22 sind über elektrische Leitungen 24 mit einem Steuergerät 26 verbunden. A device 10 according to the invention is shown schematically in the figure. The device 10 comprises an electric motor M, which is supplied with current via two electrical lines 12 and 14 . A magnetic field generator 16 in the form of a suppressor choke is shown in each of the two lines 12 and 14 . The interference suppression chokes 16 each have a ferrite core 18 . A sensor 20 , in particular a Hall sensor, is arranged in the axial extension of the ferrite cores 18 . The sensors 20 are each mounted on a printed circuit board 22 . The printed circuit boards 22 are connected to a control device 26 via electrical lines 24 .

Bei einer Drehzahländerung der nicht dargestellten Welle des Motors M ändert sich der Durchfluss des Stromes durch die Magnetfelderzeuger 16. Dadurch ändert sich die magnetische Flussdichte des nicht dargestellten Magnetfeldes. Diese Änderung der Flussdichte des Magnetfeldes wird von den Sensoren 20, die im dichten Abstand zu den Ferritkernen 18 angeordnet sind, erfasst. Die Erfassung erfolgt analog und linear. Über die Leitungen 24 wird das analoge Signal dem Steuergerät zur Signalauswertung zugeführt. Der Offsetwert des Signals bei unterschiedlichen Stromstärken kann durch Differenzieren der Flussdichte kompensiert werden. When the speed of the motor M shaft, not shown, changes, the flow of the current through the magnetic field generators 16 changes . This changes the magnetic flux density of the magnetic field, not shown. This change in the flux density of the magnetic field is detected by the sensors 20 , which are arranged at a close distance from the ferrite cores 18 . The acquisition is analog and linear. The analog signal is fed to the control unit for signal evaluation via lines 24 . The offset value of the signal at different currents can be compensated for by differentiating the flux density.

Anschließend wird das Signal mit einem Tiefpassfilter, beispielsweise Butterworth 4. Ordnung 2000 Hz, gefiltert, und mit einem Schmitt-Trigger in ein Rechtecksignal umgewandelt. Dieses Signal kann verstärkt und zur Drehzahl- bzw. Positionsbestimmung eingesetzt werden. Die Beziehung zwischen dem gewonnen Signal und der Drehzahl bzw. Drehrichtung bzw. der Position der Welle beispielsweise experimentell oder aufgrund von bekannten physikalischen Verhältnissen bestimmt werden. The signal is then processed using a low-pass filter, for example Butterworth 4 . Order 2000 Hz, filtered, and converted into a square wave signal with a Schmitt trigger. This signal can be amplified and used for speed or position determination. The relationship between the signal obtained and the speed or direction of rotation or the position of the shaft can be determined, for example, experimentally or on the basis of known physical conditions.

Die beschriebene Einrichtung 10 hat den Vorteil, dass die Erfassung der Drehzahl und der Position der Motorwelle ohne das Vorsehen von Bauteilen an oder im Bereich der Motorwelle erfolgen kann. Dadurch wird der Aufbau und der Montageprozess des Motors vereinfacht; der Motor kann ferner kompakter bauen. The device 10 described has the advantage that the detection of the rotational speed and the position of the motor shaft can take place without the provision of components on or in the region of the motor shaft. This simplifies the construction and assembly process of the engine; the motor can also be made more compact.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and Features shown in the drawing can be both individually, as well as in any combination with each other be essential to the invention.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors (M), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Magnetfelderzeuger (16) von dem den Elektromotor (M) versorgenden Strom durchflossen wird, dass das von dem Magnetfelderzeuger (16) erzeugte Magnetfeld mittels eines Sensors (20) erfasst wird, und dass mittels einer Signalauswertung aus der erfassten Änderung der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes die Drehzahl- und/oder Drehrichtung- und/oder die Positionsänderung bzw. die Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder die Position der Welle bestimmt wird. 1. A method for determining the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft of an electric motor (M), characterized in that at least one magnetic field generator ( 16 ) is flowed through by the current supplying the electric motor (M) that the Magnetic field generator ( 16 ) generated magnetic field is detected by a sensor ( 20 ), and that by means of a signal evaluation from the detected change in the magnetic flux density of the magnetic field, the speed and / or direction of rotation and / or the position change or the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger eine Spule ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic field generator is a coil. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger eine Entstördrossel (16) ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field generator is a suppression choke ( 16 ). 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger von der Ankerwicklung des Elektromotors gebildet wird. 4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that the magnetic field generator from the Armature winding of the electric motor is formed. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die magnetische Flussdichte analog und linear erfasst. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor the magnetic Flux density recorded analog and linear. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Sensor (20) erfasste Signal mit einem Tiefpassfilter gefiltert und/oder mit insbesondere einem Schmitt-Trigger in ein Rechtecksignal umgewandelt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal detected by the sensor ( 20 ) is filtered with a low-pass filter and / or is converted into a square-wave signal with in particular a Schmitt trigger. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gefilterte und/oder umgewandelte Signal vor der Auswertung verstärkt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the filtered and / or converted signal before Evaluation is strengthened. 8. Einrichtung (10) zur Bestimmung der Drehzahl und/oder Drehrichtung und/oder der Position der Welle eines Elektromotors (M), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist. 8. Device ( 10 ) for determining the speed and / or direction of rotation and / or the position of the shaft of an electric motor (M), characterized in that it is suitable for carrying out the method according to one of the preceding claims. 9. Einrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Magnetfelderzeuger (16) umfasst, insbesondere in Form einer Spule, einer Entstördrossel oder einer Ankerwicklung, einen dem Magnetfelderzeuger (16) zugeordneten Sensor (20) und ein mit dem Sensor (20) elektrisch verbundenes Steuergerät (26) zur Signalauswertung. 9. The device ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the device comprises a magnetic field generator ( 16 ), in particular in the form of a coil, a suppressor choke or an armature winding, a sensor ( 20 ) associated with the magnetic field generator ( 16 ) and a sensor with the Sensor ( 20 ) electrically connected control unit ( 26 ) for signal evaluation. 10. Einrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule oder die Entstördrossel (16) einen metallischen Kern, insbesondere einen Ferritkern, aufweist, in dessen axialer Verlängerung der Sensor (20) angeordnet ist. 10. Device ( 10 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the coil or the interference suppression choke ( 16 ) has a metallic core, in particular a ferrite core, in the axial extension of which the sensor ( 20 ) is arranged. 11. Einrichtung (10) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) den Magnetfelderzeuger (16) berührungslos erfasst. 11. Device ( 10 ) according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the sensor ( 20 ) detects the magnetic field generator ( 16 ) without contact. 12. Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) ein Magnetfeldsensor, ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor ist. 12. Device ( 10 ) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the sensor ( 20 ) is a magnetic field sensor, a Hall sensor or a magnetoresistive sensor.
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