DE2165087B2 - Induktiver Drehzahlgeber - Google Patents

Description

der Praxis deshalb nicht zu, weil das den Mantel des Hohlzylinders bildende permanentmagnetische Material eine geringe magnetische Permeabilität und somit auch nur eine geringe abschirmende Wirkung hat.

Eine ausreichende magnetische Abschirmung des Drehzahlgebers oder der Störquellen erfordert, sofern sie überhaupt durchführbar ist, einen erheblichen Aufwand. Dies gilt auch für andere Gegenmaßnahmen, wie z. B. die Anwendung von Filtern, die im übrigen nur unter bestimmten Voraussetzungen Erfolg bringen können.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines induktiven Drehzahlgebers mit den eingangs genannten Merkmalen zugrunde, dessen Ausgangssignal auch bei Einwirkung von elektromagnetischen Störfeldern nur geringe Anteile von Störspannungen enthält.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Frequenzgeber die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale auf.

Möglichkeiten rar weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Sinne der Unteransprüche ergeben sich an Hand von Ausführungsbeispielen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 einen vereinfachten Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drehzahlgebers,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Stator des Drehzahlgebers der F i g. 1,

F i g. 3 einen vereinfachten Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drehzahlgebers,

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Stator des Drehzahlgebers der F i g. 3,

F i g. 5 einen vereinfachten Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Drehzahlgebers,

F i g. 6 eine Draufsicht auf den Stator des Drehzahlgebers der F i g. 5 und

F i g. 7 schematisch zwei Teilwicklungen eines Drehzahlgebers, die an ein Netzwerk zur Summierung von einstellbaren Anteilen der induzierten Spannungen angeschlossen sind.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen (F i g. 1 bis 6) bestehen der Rotor 1 und der Stator 2, deren in bekannter Weise erfolgende Lagerung nicht gezeigt ist, aus weichmagnetischem Material. Der Rotor 1 trägt zwei kurze zylindrische Schenkel 3 und 4. Dem inneren Schenkel 3 liegt im Stator 2 ein ebenfalls zylindrischer Schenkel 5 gegenüber. Der dem äußeren Schenkel 4 gegenüberliegende, ursprünglich ebenfalls zylindrische Schenkel hingegen ist in zwei durch zwei Ausnehmungen 6 und 7 voneinander getrennte bogenförmige Teile 8 und 9 unterteilt. Die Ausnehmungen sind um 180° gegeneinander versetzt. Zwischen den Schenkeln 3 und 5 sowie dem Schenkel 4 und den bogenförmigen Teilen 8 und 9 bilden Rotor und Stator Luftspalte.

Der zylindrische Schenkel 4 des Rotors und die bogenförmigen Teile 8 und 9 des Stators sind mit gleichartigen, einander zugeordneten Verzahnungen 4', 8' und 9' versehen. Da diese Verzahnungen bei Drehzahlgebern bekannt sind, sind sie in der Zeichnung nur andeutungsweise dargestellt und nur in F i g. 2 mit Bezugszeichen versehen.

Auf diese Weise werden bei jedem der Ausführungsbeispiele zwei über den Umfang des Stators verteilte magnetische Kreise gebildet, die jeweils ringförmige Zonen 10 und 11 des Stators 2 bzw. des Rotors 1 miteinschließen. Der erste magnetische Kreis (links) besteht aus den Elementen 5-10-8 des Stators und 4-11-3 des Rotors, der zweite magnetische Kreis (rechts) aus den Elementen 5-10-9 des Stators und 4-11-3 des Rotors. Die übrigen, bis jetzt nicht erwähnten Teile von Stator und Rotor haben bei jedem der Ausführungsbeispiele nur mechanische Aufgaben und könnten deshalb auch aus nichtmagnetischem Material bestehen.

ίο Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 trägt jeder der beiden bogenförmigen Teile 8 und 9 des Stators 2 eine seiner Form angepaßte, halbmondähnliche Teilwicklung 12 bzw. 13, die in der Zeichnung durch zwei Windungen dargestellt ist. Die inneren Abschnitte dieser Teilwicklungen verlaufen in einer zwischen dem zylindrischen Schenkel 5 und den bogenförmigen Teilen 8 bzw. 9 des Stators gebildeten ersten Kammer. Zur Aufnahme und zum Schutz der äußeren Abschnitte der Teilwicklungen ist im Stator

zo mittels eines zylindrischen Mantels 14 eine zweite ringförmige Kammer gebildet.

Die beiden Teilwicklungen 12 und 13 der Induktionswicklung des Stators 2 dienen beim Ausführungsbeispiel auch als Erregerwicklung der beiden oben beschriebenen magnetischen Kreise, denen sie zugeordnet sind. Sie liegen über einen relativ großen Vorwiderstand 15 an einer Stromquelle 16 und sind mit einer solchen Polung in Reihe geschaltet, daß die Erregung in den beiden in der Zeichnung links und rechts angeordneten magnetischen Kreisen entgegengesetzte Richtung hat.

Unter Zugrundelegung der eingezeichneten Strompfeile hat also in den beiden magnetischen Kreisen der magnetische Fluß jeweils eine solche Richtung, daß an dem bogenförmigen Teil 8 oben ein N-PoI und an dem bogenförmigen Teil 9 oben ein S-PoI auftritt. Damit ergibt sich folgende Wirkungsweise:

Durch die periodischen Änderungen des magnetisehen Widerstandes, die infolge der erwähnten Verzahnung 4' und 8' sowie 4' und 9' bei der Drehung des Rotors entstehen, treten an den beiden in der Zeichnung links und rechts angeordneten, die Schenkel 8 bzw. 9 enthaltenden magnetischen Kreisen gleichphasige Änderungen des magnetischen Flusses auf. Die dadurch in den Teilwicklungen 12 und 13 induzierten Spannungen werden deshalb bei der gewählten Zusammenschaltung in gleicher Richtung summiert. Gegenüber einem Störfeld hingegen verhalten sich die beiden magnetiscnen Kreise anders:

Es sei angenommen, daß die Feldlinien eines solchen Störfeldes in Achsrichtung verlaufen und im betrachteten Augenblick (bezogen auf F i g. 1) von unten nach oben gerichtet sind. Dann wird im Schen-

kel8 der auf die Gleichstrom-Erregung zurückgehende, dort ebenfalls nach oben gerichtete magnetische Fluß verstärkt, im Schenkel 9 dagegen der dort nach unten gerichtete magnetische Fluß um etwa den gleichen Betrag geschwächt. Die hierdurch in den

beiden Teilwicklungen 12 und 13 induzierten Störspannungen sind deshalb gegenphasig, so daß sie sich bei der Summierung der in den beiden Teilwicklungen induzierten Spannungen gegenseitig im wesentlichen aufheben.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 3 und 4 unterscheidet sich von dem der F i g. 1 und 2 durch die Anordnung der beiden Teilwicklungen. Diese sind hier so ausgeführt, daß jede der Teilwicklungen 12'

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und 13' den ihr zugeordneten bogenförmigen Teil8 Stators2, z.B. 12 und 13, werden dann in weiterer

bzw. 9 und den ringförmigen inneren Schenkel 5 um- Ausgestaltung nicht unmittelbar in Reihe geschaltet,

schließt. sondern an ein Netzwerk angeschlossen, in welchem

Bei den Drehzahlgebern der F i g. 1 und 2 sowie 3 einstellbare Anteile der in den Tei.lwicklungeri indu-

und4 werden von den Teilwicklungen 12 und 13 5 zierten Spannungen suminierbar sind. Ein einfaches

bzw. 12' und 13' solche Schenkel der magnetischen Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltung&anord-

Kreise umschlossen, die parallel zur Achse des Dreh- nung ist in F i g. 7 gezeigt.

zahlgebers verlaufen. Das ist bei dem Ausführungs- In F i g. 7 liegt parallel zu jedeir der Teilwicklun-

beispiel der Fi g. 5 und 6 nicht der Fall. Hier um- gen 12 und 13 über je einen Kondensator 19 bzw. 20

schließen die Teilwicklungen 12" und 13" die zwi- io ein Spannungsteiler 21 bzw. 22 mit einstellbarem

sehen den bogenförmigen Teilen 8 und 9 radial ver- Abgriff, dessen Widerstandswert wesentlich höher ist

laufenden, durch die ringförmige Zone 10 gebildeten als der Widerstand der Teilwicklung. Die zwischen

Schenkel der magnetischen Kreise. Zur Aufnahme dem Schaltungspunkt 25 und den Abgriffen der

und zum Schutz der (in Fig.5) auf der Unterseite Spannungsteiler auftretenden Spannungen liegen in

des Stators 2' verlaufenden Abschnitte der Teilwick- 15 Reihe. Zum Abgleich auf Stör-Minimum werden zu-

lungen ist der Stator durch zwei zylindrische Mantel nächst beide Spannungsteiler in ihre Maximalstellung

17 und 18 ergänzt, die eine weitere ringförmige gebracht. Sodann wird der Spannungsteiler 21 bzw.

Kammer bilden. 22 jener Teilwicklung, in der die größere Stör-Teil-

Sofern die Lage des Drehzahlgebers gegenüber spannung induziert wird, so eingestellt, daß die einem elektromagnetischen Störfeld oder gegenüber ao Summe der gegenphasigen Stör-Teilspannungen der der Resultierenden von mehrerer. Störfeldern derart beiden Teilwicklungen 12 und 13 an den Ausgangsist, daß in den beiden Teilwicklungen gleich große klemmen 23 und 24 zu Null wird bzw. ein Minimum Störspannungen erzeugt werden, ergibt sich bei der erreicht.

Summierung der induzierten Spannungen eine voll- An Stelle von zwei magnetischen Kreisen könnte

ständige Kompensation der Störspannungen. Die op- 25 der erfindungsgemäße Drehzahlgeber auch zwei über

timale Lage des Stators kann ermittelt werden, indem den Umfang des Stators verteilte Gruppen von ma-

dieser um die Rotorachse so lange verdreht wird, bis gnetischen Kreisen bilden. !Hierbei kann auf einen

die Summe der beiden gegenphasigen Stör-Teilspan- Kreis der ersten Gruppe jeweils ein Kreis der zweiten

nungen zu Null wird bzw. ein Minimum aufweist. Gruppe folgen. Die den Kreisen der beiden Gruppen

Man kann aber auch dann ein Minimum der Stör- _3O zugeordneten Teilwicklungen sind innerhalb jedei spannung erreichen, wenn die in den beiden Teil- Gruppe in Reihe geschaltet. Die weitere Zusammenwicklungen erzeugten Stör-Teilspannungen ungleiche schaltung erfolgt sinngemäß wie bei den an Hand dei Amplitude haben. Die beiden Teilwicklungen des Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■v-

Claims (11)

1 2 summierbar sind, derart, daß auch bei unsymme- Patentansprüche: trischer Einstreuung eines elektromagnetischen Störfeldes die Summe der Störspannungen zu

1. Induktiver Drehzahlgeber mit einem magne- Null wird,
tisch erregten, eine Induktionswicklung aufneh- 5

menden Stator und einem den magnetischen
Kreis schließenden Rotor, der innerhalb zweier

ringförmiger Bereiche mit dem Stator Luftspalte

bildet, wobei in zumindest einem dieser Bereiche
Stator und Rotor mit gleichartigen Verzahnungen io
versehen sind, die eine der Drehzahl des Rotors
entsprechende periodische Änderung des magnetischen Flusses bewirken, dadurch gekenn- Die Erfindung betrifft einen induktiven Drehzahlzeichnet, daß der Stator zwei über seinen geber mit einem magnetisch erregten, eine Induk-Umfang verteilte magnetische Kreise oder Grup- 15 tionswicklung aufnehmenden Stator und einem den pen von magnetischen Kreisen bildet, deren jeder magnetischen Kreis schließenden Rotor, der innereine Teilwicklung (12, 13; 12', 13'; 12", 13") halb zweier ringförmiger Bereiche mit dem Stator trägt, und daß die magnetische Erregung in den Luftspalte bildet, wobei in zumindest einem dieser beiden Kreisen bzw. Gruppen, bezogen auf die Bereiche Stator und Rotor mit gleichartigen Verzahgewählte Lage der Teilwicklungen, entgegenge- 20 nungen versehen sind, die eine der Drehzahl des Rosetzte Richtung hat und die Teilwicklungen so tors entsprechende periodische Änderung des magnezusammengeschaltet sind, daß die induzierten tischen Flusses bewirken.
Nutzspannungen gleichphasig summiert werden. Bei den bekannten Drehzahlgebern dieser Art wird

2. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch vom Stator ein einziger magnetischer Kreis gebildet, gekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (12, 13; 35 und die Induktionswicklung besteht dementspre-12', 13') Schenkel der magnetischen Kreise um- chend aus einer einzigen zwischen den zylindrischen schließen, die parallel zur Achse verlaufen. Schenkeln des magnetischen Kreises angeordneten

3. Drehzahlgeber nach Anspruch 2, dadurch Spule. Die Erregung des magnetischen Kreises kann gekennzeichnet, daß im Stator einer der ringför- durch einen Gleichstrom erfolgen, der durch die Inmigen Schenkel des magnetischen Kreises in zwei 30 duktionsspule selbst oder durch eine besondere Erdurch zwei Ausnehmungen (6, 7) voneinander regerwicklung fließt, oder auch durch ein permanengetrennte bogenförmige Teile (8, 9) unterteilt tes Magnetfeld. Infolge der periodischen Änderung sind. des magnetischen Widerstandes und damit des ma-

4. Drehzahlgeber nach Anspruch 3, dadurch gnetischen Flusses bei der gegenseitigen Verschiegekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6, 7) 35 bung der Verzahnungen von Stator und Rotor wird um 180° gegeneinander versetzt sind. in der Spule eine Nutzspannung erzeugt, deren Fre-

5. Drehzahlgeber nach Anspruch 3 oder 4, da- quenz proportional der Drehzahl des Rotors ist.
durch gekennzeichnet, daß jeder der bogenförmi- Wenn sich in der Nähe eines solchen Drehzahlgegen Teile (8, 9) eine seiner Form angepaßte Teil- bers elektromagnetische Störquellen befinden, wie wicklung (12,13) trägt. 4° z. B. Wechselstrommotoren, Transformatoren oder

6. Drehzahlgeber nach Anspruch 3 oder 4, da- Oszillatoren, so werden in der Spule des Gebers zudurch gekennzeichnet, daß der äußere ringför- sätzlich Störspannungen induziert, die sich der Nutzmige Schenkel unterteilt ist und jede der beiden spannung überlagern und viel größer sein können als Teilwicklungen (12', 13') den ihr zugeordneten diese. Neben dieser Oberlagerung tritt eine Amplitubogenförmigen Teil (8, 9) und den ringförmigen 45 denmodulation der Nutzspannung mit der Störspaninneren Schenkel (5) umschließt. nung auf. Sowohl durch die Überlagerung als auch

7. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch durch die Amplitudenmodulation wird bei der Weigekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (12", terverarbeitung des Signals in einem nachfolgenden 13") die zwischen den bogenförmigen Teilen lie- Schmitt-Trigger oder einer ähnlichen Schaltung der genden radial verlaufenden Schenkel der magne- 50 Ausgangsspannung eine Frequenzmodulation erteilt, tischen Kreise umschließen. Es entsteht also auch dann, wenn der Rotor sich völ-

8. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 lig gleichmäßig dreht, eine frequenzmodulierte Ausbis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung gangsspannung, obwohl deren Frequenz proportional der magnetischen Kreise durch die Induktions- der Drehzahl des Rotors, also konstant sein müßte, wicklung selbst erfolgt. 55 Die auf diese Art entstandene Frequenzmodulation

9. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 der Nutzspannung wirkt sich störend auf eine Regebis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung lung oder Steuerung aus, der die Nutzspannung des der magnetischen Kreise durch je eine eigene Er- Frequenzgebers als Drehzahl-Istwert angeboten wird, regerwicklung erfolgt. Aus der USA.-Patentschrift 2 669 669 ist ein in-

10. Drehzahlgeber nach einem der An- 60 duktiver Drehzahlgeber bekannt, dessen zwei Abnahsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mespulen einschließlich des Rotors im Innern eines Erregung der magnetischen Kreise durch Per- Hohlzylinders aus permanentmagnetischem Material manentmagnete erfolgt. mit axialer Magnetisierung angeordnet sind, wobei

11. Drehzahlgeber nach einem der An- die Stirnflächen des Hohlzylinders mit je einer Sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß 65 weichmagnetischen Platte abgedeckt sind. Mit dieser die Teilwicklungen an ein Netzwerk angeschlos- Ausbildung soll unter anderem eine vollständige Absen sind, in welchem einstellbare Anteile der in schirmung der Abnahmespulen gegenüber magnetiden Teilwicklungen induzierten Spannungen sehen Streufeldern erzielt werden. Das trifft aber in