DE1936348A1 - Digitaltacho - Google Patents

Description

• "Digitaltacho" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung und Regelung der Drehzahl eines elektrisch betriebenen Motors unter Verwendung einer auf der Motorwelle befestigten Zahnscheibe und von zwei oberhalb der Zahnscheibe angeordneten Induktionsspulen, an deren Ausgängen bei einer Drehung der Zahnscheibe aufgrund der Änderung des magnetischen Widerstandes Wechseispannungen induziert werden, die der Drehzahl und der Drehrichtung proportional sind.
• Zur Drehzahiregelung eines Motors wird zum Sollwert-Istwert-Verglech ein drehzahlproportionales, drehrichtungsabhängiges Signal benötigt. Im allgemeinen wird dieses Signal von einem sogenannten Tachodynamo erzeugt. Hierbei handelt es sich um einen normalen Gleichspannungsgenerator, der eine der Motordrehzahl proportionale Gleichspannung erzeugt. Diese Ausgengsgleichspannung des Techodynamos stellt praktisch die Istdrehzahl des Motors dar und wird dirckt zur Regelung der Motordrehzahl benutzt. Der Tachodynamo istmoistenteils an den Deckel der Motorbremse angeflanscht. Es sind außerdem kleine Wechselstrommaschinen bekannt, die als rotierende Impulsgeber verwendet werden, bei denen die Frequenz der in den feststehenden Anker induzierten Spannung en Maß für die Drehzahl des ULufere ist. Der Läufer ist mit dem Objekt gekoppelt, dessen Drehzahl gemessen werden soll. Der Läufer einer solchen Wechselstrommaschine ist ähnlich wie ein Zahnrad aufgebaut. Das Natertal der Zähne kann dabei aus Weicheisen bestehen. In diesem Fall sind die gegenüberstehenden Polschuhs, die die Induktionsspulen tragen, aus dauermagnetischem Material aufgebaut. Die an den Polschuhen sich vorbeibewegenden Zähne des Rotor bewirken eine Ändrung des magnetischen Leitwertes der Induktionsspule. Diese wiederum hat eine Änderung des magnetischen Flusses zur Folge, wodurch eine Spannung induziert wird. Eine andere Art solfcher Impulegebermaschinen benutzt nichtmagnetische Polschuhe für die Induktionsspulen, vielmehr bestehen hier die Rotorzähne aus dauermagnetischem Material, wobei die Zähne in wechsolnder Folge als Nord- und Südpole orientiert sind.
• Weiterhin sind Impulsgeber bekannt, bei denen ein gezahnter oder mit Ausschnitten verschener Rotor an der Schwingkreisspule eines Oszillator vorbeigeführt wird und die Sehr gungen des Oszillators aus- und einschaltet. Das Aus- und Einsetzen der Schwingung wird dabei durch eine Steuerblende bewirkt, die die Kopplung zwischen einer Oszillatorspule und einer Rückkopplungsspule unterbricht. Zur Messung sehr kleiner und sehr großer Drehzahlen ist ein rotiorender magnetischer Impulsgober bekannt, bei dem ein Rotor mit aus massivon: Eisen bestehenden Zähnen verwendet wird, die an einer tu Raum feststehenden Induktionespule vorbeilaufen. Diese Spule dient zugleich als Schwingkreisspule eines hochfrequenten Ossillators und ist so bemessen und angeordnet, daß die Schwingung aussetzt, wenn ein Zahn an der Spule vorbeiläuft. Die beim Vorbeilaufen der Zähne in der Spule induzierten Spannungsstöße werden gleichgerichtet und beaufschlagen den Oszillator durch Arbeitspunktverlagerung so, daß mit zunehmender Größe der induzierten Spannungsetöße (sunchmende Drehzahl) die relativen Zeitabschnitte (bezogen auf die Zeit für das Vorbeilaufen eines Zahnes), in denen die bochfrequente Schwingung wieder einsetzt, immer kleiner und schließlich zu Null worden und daß die Ausgangsgräße des Impulsgebers aus der Summe der (positiven oder negativen) induzierten Spannungsstöße und den Schwingungsintervallen des Oszillators bezteht.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines Motors zu schaffon, die weitgehend vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erregung zweier Induktionsspulen das konstante magnetische Feld einer Motorbremse dient, deren Ausgangswechselspannungen in Rechteckschwingungen umformbar und anschließend derart differenzierbar sind, daß drehzahl- und drehrichtungsabhängige Impulse entstehen, die ein Operationsverstärker aufintegriert. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Tachomaschine innerhalb des Motorgehäuses derart angeordnet ist, daß sie vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist und außerdem bei einer Wartung der Motorbremse nicht entfernt zu werden braucht. Zum anderen ist eine besendere Spannungsquelle zur Erregung der Induktionsspulen nicht ndtig, da diese durch das konstante magnotische Feld der Motorbremse erregt werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt die Anordnung der mechanischen Bauteile inner halb des Kollektorraumes eines Motors, Fig. 3 die Zahnscheibe mit den zwei zugehörigen, über der Zahnreihe angeordneten Induktionsspulen und Fig. 3 das Schaltbild der verwendeten Log In list 1 ist Mit 1 der Kollektor und mit 2 die Bürstenbrille des Motors bezeichnet. Die Zahnecheibe 3 tat mt der Motorwelle 4 fest vorbunden und liegt zwischen Kollektor 1 und Bürstenbrille 2. Diese Scheibe 3 kann z.B. mit 20 Zähnen 11 versehen sein, wobei die Zahnlücken 12 rechteckförmig ausgeführt sind. Die Zahnlücken 12 sind obense breit wie die Zähne 11. Die Induktionsspulen 6 und 7 sind Mittels einer Halterung 8, die an den Feststellschrauben der Bürstenbrille 2 angeschraubt ist, derart angeordnet, daß die Zähne 11 der Zahnscheibe 3 an den Enden der Induktionsspulen 6 und 7 vorbeigleiten (vergl. auch Fig. 2} MAt 5 ist die Bremse des Motors und mit 9 ist das Motorgehäuse bezeichnet.
• Der Abstand zwischen den spulen 6 und 7 und den Zähnen 11 der Zahnscheibe 3 ist einstellbar, d.h. die Größe des Luftspalts 10 ist veränderlich. Die Anordnung der Induktionsspulen zueinander und in Bezug auf die Zahnscheibe 3 geht aus lig. 2 hervor, wobei die Spule 7 entweder die dargestellte oder die gestrichelt gezeichnete Lage einnehmen kann.
• Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geht aus der folgenden Beschreibung und aus ig. 3 herver.
• Die Erregung dor hintereinander auf der Halterung angebrachten Induktionespulen 6 und 7 wird durch ein. elektrische Scheibenbremse 5 des Motors vorgenommen und ist konstant. Um den Streufluß optimal auszunutzen, muß die Form, Anordnung und die Windungszahl der spulen festgelegt werden. Unter den Spulen 6 und 7 rotiort die Zahnscheibe 3. so daß ein wechselnder Magnetfluß entsteht, der in den Spulen Wechselspannungen erzeugt. Der Mittenabstand der Spulenkerne wird so ausgelegt.
• daß die in den Spulen erzeugten Wechselspannungen um ca. 90° phasenverschoben sind. Diese Wechselspannungen werden den Ein gängen Uein , und Uein II zugeführt. so daß an ihrem Ausgang Uaus ein analoges, drehzahlproportionales und drehrichtungsabhängiges Gleichspannungssignal erscheint.
• Die Schaltungsanordnung bestoht aus : den Glättungsgliodern (R1, K1, R2 und K2), den Kippverstärkern (W1, W2), den Impulsbildungsgliedern (R15, K7, R17 und R16, K8 und R18), den Transstoren (T1 bis T4), einem Umkohrvorstärker (W4) und einem Summiervorstärker (W3).
• Es sei angonommen, daß infolge der bestehenden Drehrichtung, die Spannung Uein I Zegenüber der von uein II voroilt. Die Nulldurchgänge der beiden geglätteten Eingangsspannungen werden zum Ansteuern der kippverstärker (Trigger) ausgenutzt, an deren Ausgängen obenfalle um 90 ° gegeneinander phasonversobebene Rechteckspannungen mit drehzahlproportionaler Frequenz erscheinen. Die Rechteckupannung des Kippverstärkers W1 dient enmal als Versorgungsspannung für die Transistoren T1 und T2 und zum anderen wird sie differenziert (R16, K8, R18). Der so gebildete nadelimpuls wird als Basiespannung den Transisteren T3 und T4 zugeführt. Entoprechendes gilt für die Rechteckspannung des Kippverstärkers W2 Der erste Nadelimpuls von W1 an R16, K8, R18 hat negative Polarität und kann infolge der Diodenschaltung nur an 13 als Basisspannung anstchen. Um diesen Transistor durchstau ern zu können, wird glnichzeitig eine negative Kollcktor-Emitter-Spannung vom Kippverstärker W2 benötigt, die aber nicht vorhanden tat. Dasselbe gilt für positive Nadelimpulse an der Basis von T4, so daß bei der gerade vorliegenden an-Ienommenen Drehrichtung die Transistorgruppe T3, T4 nicht an Punktion ist.
• Die Differentiation der Rechteckspannung von W2 ergibt am Impulsbildungsglied R15, K7, R17 zuerst einen negativen hadelimpuls, der nur an der Basis von T2 anstehen kann. Gleich zeitig liegt von W1 her eine negative Kollektor-Emitter-Spannung an, so daß der Transistor durchgeschaltet und der Impuls am Emitter-Widerstand abgegriffen wird. Der Impuls wird dann auf den invertierenden Eingang des Verstärkors W4, dessen Verstärkung 121 beträgt, gegeben, so daß am eingang des Summierverstärkors W3 ein positiver nadelimpuls erscheint Der zweite, gegenüber 1em ersten um 180° versetzte Nadelimpuls an R 15, K7, R17 ist positiv and liegt somit an der Basis von T1. Da gleichzeitig auch die Versorgungsspannung von Wi Mit richtiger Polarität ansteht, schaltet der Transistor durch und gibt den Impuls direkt auf den Eingang des Summier verstärkers. Beide hier beschriebenen Impulse liegen für die se Drehrichtung somit positiv am Summierverstärker-Eingang.
• Die Flächeninhalte der Nadelimpulse werden summiert und entsprechend verstärkt, so daß als Ausgangsspannung Uaus ein negatives, drehzahlproportionales Gleichspannungseignal erscheint. Die Wirkungsweise bei der Gegandrchrichtung @Uein II gegenüber Uein I voreilend) ist entsprechend, Uaus besitzt dann positive Polarität.
• 7 Seiten Beschreibung ß Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen mit 3 Fig.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Schaltungsanordnung zur messung und Regelung der Drehzahl eines elektrisch betriebenen Motors unter Verwendung einer auf der Motorwelle befestigten Zahneoheibe und von zwei oberhalb der Zahnsohoibe angeordneten Induktionsspulen, an deren Ausgängen bei einer Drehung der Zahnscheibe aufgrund der Änderung des magnetischen Widerstandes Wechselspannungen induziert werden, die der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors proportional sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der beiden Induktionsspulen (6, 7) das konstante magnetische Feld einer Motorbremse (5) dient, deren Ausgangswechselspannungen in Rechteckschwingungen umformbar und anschließend derart differenzierbar sind, daß drehzahl- und drehrichtungsabhängige Impulse entstehen, die ein Operationsverstärker aufintegriert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Induktionsspulen (6, 7) derart hintereinanderliegend angeordnet sind, daß die Wechselspannungen um 900 phesenverschoben sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zahnscheibe (3) und die Induktionsspulen (6, 7) zwischen Kollektor (1) und Bürstenbrille (2) im Kollektorraum des Motors angeordnet sind.

L e e r s e i t e