DE1258160B

DE1258160B - Speedometer generator

Info

Publication number: DE1258160B
Application number: DEC31954A
Authority: DE
Inventors: Bernard Grancoin
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1963-01-25
Filing date: 1964-01-24
Publication date: 1968-01-04
Also published as: SE316643B; FR1354298A; CH412416A; GB1018010A; LU45255A1; NL6400440A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

GOIpGOIp

Deutsche Kl.: 42 ο-2/01 German class: 42 ο -2/01

Nummer: 1258160Number: 1258160

Aktenzeichen: C31954IXb/42oFile number: C31954IXb / 42o

Anmeldetag: 24. Januar 1964Filing date: January 24, 1964

Auslegetag: 4. Januar 1968Open date: January 4, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tachometergenerator mit einem rotationssymmetrischen glockenförmigen Rotor aus einem nichtmagnetischen leitenden Material, der sich zwischen zwei Statorteilen dreht, von denen das eine ein permanenter Erregermagnet ist, während das andere ein im wesentlichen zylindrisches, koaxial zu dem Rotor liegendes Magnetjoch bildet, in welchem eine oder mehrere Hallsonden so angeordnet sind, daß sie von dem Magnetfluß durchquert werden, der in dem Stator bei einer Drehung des Rotors erzeugt wird.The invention relates to a tachometer generator with a rotationally symmetrical bell-shaped Rotor made of a non-magnetic conductive material, which is located between two stator parts rotates, one of which is a permanent excitation magnet, while the other is essentially a forms cylindrical magnet yoke lying coaxially to the rotor, in which one or more Hall probes are arranged so that they are traversed by the magnetic flux in the stator at a Rotation of the rotor is generated.

Bei bekannten Tachometergeneratoren dieser Art ist das Magnetjoch ein in sich geschlossener Ring, der an der inneren Mantelfläche mit Einkerbungen versehen ist, in denen die Hallsonden so liegen, daß ihre eine Breitseite dem Rotor zugewandt ist. Die senkrecht zur Sonde verlaufende wirksame Komponente des von der Drehung des Rotors erzeugten Magnetflusses ist daher nur ein Bruchteil dieses Magnetflusses, der seinerseits sehr schwach ist, weil er zweimal einen sehr großen Luftspalt durchqueren muß, der praktisch gleich dem Radius der Innenwand des Magnetjochs ist. Der Wirkungsgrad dieses bekannten Tachometergenerators ist daher außerordentlich gering.In known tachometer generators of this type, the magnetic yoke is a closed ring, which is provided on the inner surface with notches in which the Hall probes are so that one of its broadsides faces the rotor. The effective component running perpendicular to the probe of the magnetic flux generated by the rotation of the rotor is therefore only a fraction of this Magnetic flux, which in turn is very weak because it crosses a very large air gap twice must, which is practically equal to the radius of the inner wall of the magnet yoke. The efficiency of this known tachometer generator is therefore extremely small.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Tachometergenerators der eingangs angegebenen Art, der einen sehr guten Wirkungsgrad hat.The aim of the invention is to create a tachometer generator of the type specified above, which has a very good efficiency.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der permanente Erregermagnet einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die in bezug auf die Drehachse des Rotors symmetrisch zueinander liegen, daß das Magnetjoch durch diametrale, im wesentlichen in gleicher Weise wie der permanente Erregermagnet gerichtete Schlitze in zwei Halbzylinder unterteilt ist und daß die Hallsonde bzw. die Hallsonden derart in den Schlitzen des Magnetjochs angeordnet sind, daß der durch die Drehung des Rotors in dem Magnetjoch erzeugte sekundäre Magnetfluß senkrecht durch die Hallsonden hindurchgeht. Da sich der sekundäre Magnetfluß außerdem praktisch ohne Luftspalt schließt, wird dadurch der größtmögliche Wirkungsgrad erreicht.According to the invention, this is achieved in that the permanent exciter magnet has a north pole and has a south pole which are symmetrical to one another with respect to the axis of rotation of the rotor, that the magnet yoke by diametrical, essentially in the same way as the permanent exciter magnet directed slots is divided into two semi-cylinders and that the Hall probe or the Hall probes such are arranged in the slots of the magnet yoke that by the rotation of the rotor in the Magnetic yoke generated secondary magnetic flux passes vertically through the Hall probes. That I the secondary magnetic flux also closes with practically no air gap, making it the greatest possible Efficiency achieved.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Riehtung des permanenten Erregermagnets in bezug auf die Richtung der diametralen Schlitze zur Beseitigung oder Verminderung der Restspannung an den Elektroden der Hallsonden einstellbar ist.A particularly advantageous development of the subject matter of the invention is that the direction of the permanent excitation magnet with respect to the direction of the diametrical slots for elimination or reduction of the residual voltage at the electrodes of the Hall probes can be set.

Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders einfache Beseitigung oder Verminderung der Restspannung an den Elektroden der Hallsonden bei TachometergeneratorThis measure enables a particularly simple elimination or reduction of the residual stress at the electrodes of the Hall probes in the case of a tachometer generator

Anmelder:Applicant:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphie
Sans FiI, ParisCSF-Compagnie Generale de Telegraphie
Sans FiI, Paris

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. HauserDipl.-Ing. E. Prince, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,

8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 198000 Munich-Pasing, Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:
Bernard Grancoin, ParisNamed as inventor:
Bernard Grancoin, Paris

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 25. Januar 1963 (922 698)France of January 25, 1963 (922 698)

einem nach der Erfindung ausgebildeten Tachometergenerator. Es genügt zu diesem Zweck, die Winkelstellung des Erregermagnets in bezug auf die Winkelstellung der Schlitze des Magnetjochs so zu verändern, daß die Restspannung ein Minimum wird. Dies kann entweder durch Verdrehen des Magnets oder durch Verdrehung des Magnetjochs leicht erreicht werden.a tachometer generator designed according to the invention. For this purpose, the angular position is sufficient to change the exciter magnet in relation to the angular position of the slots of the magnet yoke, that the residual stress becomes a minimum. This can either be done by twisting the magnet or can be easily achieved by twisting the magnet yoke.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing. In it shows

F i g. 1 ein als Hallgenerator geschaltetes HaIbleiterplättchen, F i g. 1 a semiconductor plate connected as a Hall generator,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen nach der Erfindung ausgeführten Tachometergenerator,F i g. 2 shows a longitudinal section through a tachometer generator designed according to the invention,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Tachometergenerator von F i g. 2 undF i g. 3 shows a cross section through the tachometer generator of FIG. 2 and

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung der Ausgangsspannung als Funktion der Drehzahl. 4 is a diagram showing the change in the output voltage as a function of the speed.

Fig. 1 zeigt ein quaderförmiges Halbleiterplättchen 20. Die Seitenflächen 201 und 202 des Plättchens sind Rechtecke, deren Längsseiten oben und unten liegen und deren Schmalseiten an den Seiten liegen. Die obere Fläche 211 und die untere Fläche 212 sind Rechtecke, deren Längsseite der Längsseite des Plättchens entspricht und deren Schmalseite der Dicke des Plättchens entspricht. Die Stirnseiten 221 und 222 des Plättchens sind Rechtecke, deren Längsseite der Schmalseite des Plättchens entspricht und deren Schmalseite gleich der Dicke des Plättchens ist. Man läßt durch das Plättchen parallel zu seiner1 shows a cuboid semiconductor wafer 20. The side surfaces 201 and 202 of the wafer are rectangles whose long sides are above and below and whose narrow sides are on the sides. The upper surface 211 and the lower surface 212 are rectangles, the long side of which corresponds to the long side of the plate and the narrow side of which corresponds to the thickness of the plate. The end faces 221 and 222 of the plate are rectangles whose long side corresponds to the narrow side of the plate and whose narrow side is equal to the thickness of the plate. One lets through the plate parallel to his

709 717/133709 717/133

3 43 4

Längsseite einen Strom der Stärke i fließen, während Unter diesen Voraussetzungen besteht aus Symme-A current of strength i will flow along the long side, while under these conditions there is symmetry

senkrecht zu den Seitenflächen ein Magnetfelds triegründen keine Komponente senkrecht zu den durch das Plättchen hindurchgeht. Seitenflächen der Plättchen 21 und 21a, so daß keineA magnetic field perpendicular to the side faces does not drive any component perpendicular to the goes through the plate. Side surfaces of the plate 21 and 21 a, so that none

Unter diesen Bedingungen erscheint eine den Spannung an den beiden Elektroden der Plättchen Werten B und i im wesentlichen proportionale Span- 5 erscheint.Under these conditions a voltage appears which is essentially proportional to the voltage on the two electrodes of the platelets, values B and i.

nung U zwischen den oberen und unteren Flächen Wenn sich dagegen die Glocke 3 mit der Winkeides Plättchens, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich geschwindigkeit ω dreht, entsteht auf Grund der ist, parallel zu den Vektoren β und T liegen. Rotationssymmetrie der Anordnung in jeder Mantel-voltage U between the upper and lower surfaces If, on the other hand, the bell 3 rotates with the angle of the small plate, which, as can be seen in the drawing, rotates speed ω , is due to the fact that are parallel to the vectors β and T. Rotational symmetry of the arrangement in each shell

Diese als »Halleffekt« bezeichnete Erscheinung ist linie 35, 35 a der Glocke ein Strom, dessen Richtung je nach der Art des Halbleiters mehr oder weniger io und Amplitude durch die Lenzsche Regel bestimmt stark. sind und der sich in dieser Mantellinie schließt.This phenomenon, known as the “Hall effect”, is line 35, 35 a of the bell a stream, its direction depending on the type of semiconductor, more or less io and amplitude determined by Lenz's rule strong. and which closes in this surface line.

Fig. 2 und 3 zeigen im Längsschnitt bzw. im Dieser Strom erzeugt in dem Stator einen elemen-Fig. 2 and 3 show in longitudinal section and in this current generates an element in the stator

Querschnitt einen nach der Erfindung ausgeführten taren Induktionsfluß φ₂, dessen Richtung mit der Tachometergenerator. Dieser besitzt einen Stator und Verschiebungsrichtung des Stroms und mit senkeinen Rotor. 15 recht zur Zeichenebene von F i g. 3 stehenden Augen-Cross-section of a tare induction flux φ ₂ executed according to the invention, the direction of which corresponds to the tachometer generator. This has a stator and direction of displacement of the current and with a lower rotor. 15 right to the plane of FIG. 3 standing eyes

Der Stator enthält einen mittleren Permanent- blicksrichtung des Stroms selbst ein rechtwinkliges magnet 10, dessen Nordpol 11 und Südpol lla, die Koordinatensystem bildet.The stator contains a mean permanent line of sight of the current itself, a right-angled one magnet 10, whose north pole 11 and south pole lla, forms the coordinate system.

vorzugsweise aus einer magnetisch weichen Legierung Der Gesamtfluß ergibt sich aus der Summe derpreferably made of a magnetically soft alloy. The total flux is the sum of the

bestehen, den Induktionsfluß Φ1 des Magnets ver- Elementarflüsse. Jeder dieser Flüsse φ₂ hat eine teilen. 20 Komponente φ_χ in der Richtung von Φ1, die keineexist, the induction flux Φ1 of the magnet is elementary fluxes. Each of these flows φ ₂ has a share. 20 component φ _χ in the direction of Φ 1 that does not have any

Dieser Fluß wird nach links und nach rechts durch Wirkung auf die beiden Plättchen ergibt, und eine zwei zylindrische Halbschalen 2 a und 2b geleitet, die Komponente cp_y, die auf Grund des Halleffekts eine den Stator vervollständigen. Diese Halbschalen Spannung an den Klemmen der beiden Plättchen liegen konzentrisch zum Magnet 10 und bestehen erzeugt. Der den Halleffekt hervorrufende Fluß ist vorzugsweise aus einer magnetisch weichen Legie- 25 die Summe der Elementarflüsse ψ_χ. Diese Flüsse rung. In dem oberen und in dem unteren Luftspalt wachsen mit steigender Drehzahl ω. zwischen den beiden Halbschalen sind zwei einander Wenn der Strom i ein Gleichstrom ist, ist dieThis flow is produced to the left and to the right by acting on the two platelets, and a two cylindrical half-shells 2 a and 2 b , the component cp _y , which complete the stator due to the Hall effect. This half-shell voltage at the terminals of the two plates are concentric to the magnet 10 and are generated. The flux causing the Hall effect is preferably made of a magnetically soft alloy, the sum of the elementary fluxes ψ _χ . These rivers tion. In the upper and in the lower air gap, ω grow with increasing speed. between the two half-shells are two each other. If the current i is a direct current, the is

gleiche Hallsonden 21 und 21a angeordnet. induzierte Spannung U (ω) eine Gleichspannung,the same Hall probes 21 and 21a are arranged. induced voltage U (ω) a direct voltage,

Zwischen dem mittleren Magnet und den beiden deren Amplitude von ω abhängt. Halbschalen 2α und 2b ist der zylindrische Abschnitt 30 Wenn der Strom ein Wechselstrom mit der Kreiseiner den Rotor bildenden Glocke 3 eingefügt. frequenz Ω ist, hat die Spannung U die gleiche Kreis-Between the middle magnet and the two whose amplitude depends on ω. Half-shells 2α and 2b is the cylindrical portion 30 when the current is an alternating current with the circle of a bell 3 forming the rotor. frequency is Ω , the voltage U has the same circular

Die Glocke 3 dreht sich um ihre Achse 30 mit der frequenz, zu messenden Winkelgeschwindigkeit ω. Man erhält daher eine Potentialdifferenz U(ico), The bell 3 rotates about its axis 30 with the frequency to be measured angular velocity ω. One therefore obtains a potential difference U (ico),

Die Glocke ist mit einem Boden 31 versehen. Sie die gleichfalls einer Gleichspannung oder einer wird von einer Welle 32 angetrieben, die im Ge- 35 Wechselspannung entspricht, zwischen den beiden häuse 5 des Generators von einem Kugellager 34 oben und unten liegenden Flächen jedes Plättchens gehalten wird. 21 und 21a, wobei die Amplitude dieser SpannungThe bell is provided with a bottom 31. They also have a DC voltage or a is driven by a shaft 32, which corresponds to 35 alternating voltage, between the two housing 5 of the generator from a ball bearing 34 top and bottom surfaces of each plate is held. 21 and 21a, the amplitude of this voltage

Das Plättchen 21 hat die Form eines Quaders, eine definierte Funktion U (ω) der Winkelgeschwindessen in F i g. 2 erkennbares Profil ein längliches digkeit ω ist, wenn die Stärke i des Bezugsstroms Rechteck ist, dessen Längsseite parallel zur Achse 30 40 konstant bleibt, liegt. Bekanntlich sind die Tachometergeneratoren, dieThe plate 21 has the shape of a cuboid, a defined function U (ω) of the angular velocity in FIG. 2 recognizable profile is an elongated length ω when the strength i of the reference current is a rectangle, the long side of which remains constant parallel to the axis 30 40. It is well known that the tachometer generators that

In F i g. 2 ist das Plättchen 21 im Längsschnitt keine Spannung abgeben sollten, wenn der Rotor die dargestellt. Dieser hat die Form eines länglichen Drehzahl Null hat, nicht frei von Restspannungen, Rechtecks, dessen Längsseiten die Elektroden sjnd, deren Beseitigung insbesondere dann schwierig ist, an deren Klemmen die vom Halleffekt hervor- 45 wenn der Generator in Miniaturausführung hergerufene Spannung U erscheint. Der Strom i fließt gestellt ist. durch das Plättchen in der Schnittrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Generator verfügt manIn Fig. 2 is the plate 21 in longitudinal section should not give off any voltage when the rotor is shown. This has the shape of an elongated zero speed, not free of residual stresses, a rectangle, the long sides of which are the electrodes, whose removal is particularly difficult when the voltage U caused by the Hall effect when the miniature generator appears at the terminals. The current i flows is set. through the plate in the direction of the cut. In the generator according to the invention one has

Nicht dargestellte Drähte sind mit den einander über ein einfaches Mittel zur Beseitigung oder Vergegenüberliegenden Flächen des Plättchens 21 an den minderung der Restspannung im Statorteil, indem Enden seiner größten Seite verbunden. Sie schicken 50 man diese durch eine entgegenwirkende Querkompoden Strom? durch das Plättchen. nente des vom Permanentmagnet hervorgerufenenWires (not shown) are connected to each other via a simple means of elimination or opposing Areas of the plate 21 to reduce the residual stress in the stator part by Ends of its largest side connected. You send 50 one of these through a counteracting transverse compode Current? through the plate. nent of that caused by the permanent magnet

Ein weiteres Paar von Drähten erfüllt die gleiche Flusses <Pl kompensiert; dies bedeutet, daß man die Aufgabe bei dem Plättchen 21a. Nord-Süd-Achse des Permanentmagnets geringfügigAnother pair of wires meets the same flux <Pl compensated; this means that you have the Task with the tile 21a. North-south axis of the permanent magnet slightly

Zwei weitere Paare von Drähten sind mit den um die Achse 30 dreht.Two more pairs of wires are rotated around the axis 30.

oberen und unteren Flächen der Plättchen 21 bzw. 55 In Fig. 5 ist die Änderung der Spannung U(ω) 21a verbunden. Alle diese Drähte sind in Isolier- für eine Änderung der Drehzahl ω zwischen den schläuchen 4 bzw. 4 a zusammengefaßt. beiden praktisch anwendbaren Grenzwerten derupper and lower surfaces of the platelets 21 and 55, respectively. In Fig. 5, the change in the voltage U (ω) 21a is connected. All these wires are summarized in insulating for a change in the speed ω between the hoses 4 and 4 a. two practically applicable limit values of the

Es soll nun der Betrieb des Tachometergenerators Drehzahlmessung dargestellt, nach der Erfindung erläutert werden. Die Kurve U (ω) ist bis zu einer sogenanntenThe operation of the speedometer generator will now be illustrated and explained according to the invention. The curve U (ω) is up to a so-called

Wenn die Glocke 3 stillsteht, geht der Fluß Φ1 6o Sättigungsdrehzahl al im wesentlichen geradlinig, vom Nordpol 11 zum Südpol 11 α des Magnets über während sie oberhalb dieses Wertes weniger schnell die Halbschalen 2a und 2 b zurück. Die Kraftlinien als die Drehzahl ω ansteigt.When the bell 3 is stationary, the flow Φ1 6o saturation speed al substantially linearly, from the north pole 11 to the south pole of the magnet 11 less rapidly than while the half-shells 2a and 2b above this value α back. The lines of force as the speed ω increases.

treten durch die Glocke 3 senkrecht zu deren den Der Ausdruck φ (ω) ist nämlich nur bis zu einerpass through the bell 3 perpendicular to their den The expression φ (ω) is namely only up to one

Polenil und 11a gegenüberliegenden Fläche hin- bestimmten Drehzahl ω 1 linear, durch. 65 In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweisePolandil and 11a opposite surface determined speed ω 1 linear, by. 65 In certain use cases, for example

Da kein Strom durch die Glocke 3 fließt, ist das bei Servoregeleinrichtungen, ist es oft erwünscht, daß einzige durch den Generator gehende Magnetfeld in man nur bei geringen Drehzahlen ein lineares Ausdiesem Zustand das Feld Φ1. gangssignal erhält, während dieses AusgangssignalSince no current flows through the bell 3, as is the case with servo control devices, it is often desirable that the only magnetic field going through the generator in which a linear extension of this is only possible at low speeds State the field Φ1. output signal receives during this output signal

bei höheren Drehzahlen allmählich abgeschwächt wird.is gradually weakened at higher speeds.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich also insbesondere dann, wenn eine solche Abschwächung des Ausgangssignals erwünscht ist.The device according to the invention is therefore particularly suitable when such a weakening of the output signal is desired.

Die beschriebene Vorrichtung kann natürlich auch dahingehend abgeändert werden, daß mehrere HaIbleiterplättchen mit Halleffekt in jedem Luftspalt des Umfangsjochs verwendet werden.The device described can of course also be modified in such a way that several semiconductor plates with Hall effect can be used in each air gap of the peripheral yoke.

Ferner kann das permanente Organ an der Außenseite der Glocke angeordnet werden, während die Joche des Magnetkreises im Innern der Glocke untergebracht werden.Furthermore, the permanent organ can be placed on the outside of the bell while the Yokes of the magnetic circuit are housed inside the bell.

Claims

Patent claims:

1. Tachometer generator with a rotationally symmetrical bell-shaped rotor made of a non-magnetically conductive material that rotates between two stator parts, one of which is a permanent exciter magnet, while the other forms a substantially cylindrical magnet yoke located coaxially to the rotor, in which one or several Hall probes are arranged so that they are traversed by the magnetic flux which is generated in the stator when the rotor rotates, characterized in that the permanent exciter magnet (10) has a north pole (11) and a south pole (11a), which in with respect to the axis of rotation (30) of the rotor (3) are symmetrical to each other that the magnet yoke (2) is divided into two half-cylinders (2a, 2b) by diametrical slots directed essentially in the same way as the permanent exciter magnet (10) and that the Hall probe or the Hall probes (21, 21a) are arranged in the slots of the magnet yoke that the rotation of the rotor (3) in the magnetic yoke (2) generated secondary magnetic flux passes vertically through the Hall probes.

2. tachometer generator according to claim 1, characterized in that the permanent Exciter magnet (10) is arranged inside the bell-shaped rotor (3) and that the Magnet yoke (2) surrounds the rotor.

3. tachometer generator according to claim 1, characterized in that the permanent Exciter magnet is outside of the bell-shaped rotor and that the magnet yoke is inside of the rotor is arranged.

4. Tachometer generator according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet (10) is provided with large pole pieces (11, Ua) made of magnetic material, via which the secondary magnetic flux closes.

5. Tachometer generator according to one of the preceding claims, characterized in that that the direction of the permanent exciter magnet with respect to the direction of the diametrical Slots to eliminate or reduce the residual voltage on the electrodes of the Hall probes is adjustable.

Considered publications:
French Patent No. 1,315,897;
U.S. Patent Nos. 3,015,875, 3,018,395.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1147 787.

1 sheet of drawings