DE2450885B2

DE2450885B2 - Drehzahlgeber fur einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2450885B2
Application number: DE2450885A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kadoma Minakuchi; Tsunemi Osaka Mitsui; Yoshio Katano Tetsugu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-10-26
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB1485524A; US3967200A; NL177044C; DE2450885C3; FR2249337B1; FR2249337A1; IT1025165B; CA1054237A; NL7413956A; DE2450885A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Drehzahlgeber für einen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein herkömmlicher Drehzahlgeber für einen Gleich- « strommotor weist ein Zahnrad aus magnetischem Material, das fest an der Welle des Gleichstrommotors angebracht ist, einen Erregermagneten sowie einen magnetischen Fühlkopf auf, die an dem Rahmen des Gleichstrommotors befestigt sind. Bei einer Drehung des Gleichstrommotors ändert das sich mitdrehende Zahnrad den magnetischen Kreis zwischen den Erregermagneten und dem magnetischen Fühlkopf, so daß an den Ausgängen des magnetischen Fühlkopfes ein Ausgangssignal mit einer Frequenz erhalten wird, die proportional zur Drehzahl des Gleichstrommotors ist. Dieser Drehzahlgeber hat jedoch einen äußerst komplizierten Aufbau mit vielen Teilen, so daß er in der Herstellung kostspielig und auch sehr störanfällig ist; außerdem wird zusätzlicher Raum für den Anbau des Drehzahlgebers an der Außenseite des Gleichstrommotors benötigt.

Außerdem ist ein Drehzahldetektor der angegebenen Gattung bekannt geworden (GB-PS 11 80 588, DE-AS 41 169), bei dem die Änderung des Streuflusses ^b5 mittels einer, beispielsweise durch einen Magnetkopf gebildeten Fühleinrichtung festgestellt wird, die sich neben einem Pol der Feldpolanordnung befindet.

Ein Nachteil dieses bekannten Drehzahlgebers ist, daß den Ausgangssignalen dieser Fühleinrichtung verschiedene Störungen überlagert sind; dazu gehören insbesondere die impulsförmigen Signalspitzen, die dann entstehen, wenn der Ankerstrom unterbrochen oder seine Richtung umgekehrt wird. Außerdem werden duroh eine Änderung des Obergangswiderstandes zwischen den Bürsten des Gleichstrommotors und dem Kommutator Störsignale erzeugt, die ebenfalls das Ausgangssignal der Fühleinrichtung beeinflussen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahlgeber für einen Gleichstrommotor der angegebenen Gattung zu schaffen, der ein sehr stabiles, durch die oben erwähnten Störungen nicht beeinflußtes Ausgangssignal liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß jeweils eine Fühleinrichtung gegenüber dem Südpol bzw. dem Nordpol der Feldpolanordnung vorgesehen ist, d. h„ jede Fühleinrichtung erfaßt Größe und Richtung des vorhandenen Streuflusses. An diesen beiden Fühleinrichtungen werden Ausgangssignale erhalten, die einen periodischen, ein Maß für die Drehzahl des Gleichstrommotors darstellenden Verlauf haben; dieser periodischen Form sind nadeiförmige Impulse überlagert, die durch die Umkehrung des durch die Wicklung fließenden Stroms erzeugt werden. Da diese Nadelimpulse zum gleichen Zeitpunkt in den beiden Ausgangssignaien der Fühleinrichtungen auftreten, können sie ohne großen Aufwand durch geeignete, elektrische Maßnahmen beseitigt werden. Dadurch ergibt sich also ein die Drehzahl des Gleichstrommotors darstellendes Ausgangssignal, das nicht durch die oben erwähnten Nadelimpulse beeinflußt wird, die bei der Umkehrung des durch die Wicklung fließenden Stroms erzeugt werden und dem Ausgangssignal der Fühleinrichtungen überlagert sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Drehzahlgebers für einen Gleichstrommotor nach der Erfindung längs der Linie A-A von F i g. 2,

F i g. 2 einen Schnitt durch diese Ausführungsform,

F i g. 3A bis 3C Wellenformen von Signalen, die zur Erläuterung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform verwendet werden,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Drehzahlgebers für einen Gleichstrommotor nach der Erfindung längs der Linie A-A von F i g. 2,

F i g. 5A bis 5D Wellenformen von Signalen, die zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Ausführungsform verwendet werden, und

F i g. 6A und 6B eine in Einzelelemente aufgelöste, perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Drehzahlgebers nach der Erfindung.

Der in den Fi g. 1 bis 3 dargestellte Gleichstrommotor weist eine Feldpolanordnung 15 mit einem Dauermagneten, einen Anker 16 mit einer Wicklung 22, zwei Bürsten 17a und Mb, einen aus drei Kommutatorsegmenten 18a bis 18c bestehenden Kommutator sowie ein Gehäuse 23 auf. Der Anker 16 enthält einen Ankerkern 20, eine Welle 21 und eine Wicklung 22. Außerdem weist der Gleichstrommotor Metallager 25,

eine die Metallager halternde Feder 26 und eine Halteeinrichtung 27 auf.

Gegenüber den Nord- bzw. Südpolen werden Fühleinrichtungen 19a und 196 an Tragteilen 24 (siehe Fig.2) gehalten. Als Fühleinrichtuugen können beispielsweise Spulen 19a, 196 verwendet werden. Jeweils ein Anschluß der beiden Spulen 19a und 196 ist mit Ausgängen 7Ί bzw. Ti verbunden; außerdem sind die beiden Anschlüsse mit derselben Polarität miteinander in Reihe geschaltet.

Wenn sich der Anker 16 dreht, ändern sich die durch die Spulen 19a und 196 verlaufenden Streuflüsse, wobei jede Spule 19a und 196 die Größe und die Richtung dieses Streuflusses aufnimmt. Dadurch werden die in den Fig.3A und 3B gezeigten Signalwellenformen an den Spulen 19a bzw. 196 erhalten. Sobald der durch die Wicklung fließende Strom umgekehrt wird, werden nadeiförmige Impulse e erzeugt.

Da die Spulen 19a und 196gegenüber den Nord- bzw. Südpolen angeordnet sind, haben die nadeiförmigen Impulse e bei den in Fig.3A und 3B gezeigten Signalformen einander entgegengesetzte Polarität. Aufgrund der Änderungen im Übergangs- bzw. Kontaktwiderstand zwischen den Bürsten und dem Kommutator sowie aufgrund anderer Faktoren ändern sich die an den Spulen 19a und 196 festgestellten Signalwellen mit einem relativ niedrigen Zyklus und liegen um 90° außer Phase. Da die beiden Spulen 19a und 196 mit gleicher Polarität in Reihe geschaltet sind, tritt an den Ausgängen Tl und Ti ein Ausgangssigna! mit der in F i g. 3C gezeigten Wellenform auf.

Dieses Signal ist stabil und wird nicht durch die impulsförmigen Störungen oder Schwankungen beeinflußt, die von der Wicklung herrühren; außerdem sind diesem Signal nicht die Störungen überlagert, die durch die Änderungen des Übergangswiderstandes zwischen den Bürsten und dem Kommutator hervorgerufen werden.

Die Frequenz des Ausgangssignals ist proportional zur Drehzahl und der Zahl der zwischen den Ankerpolen 166 ausgebildeten Schlitze bzw. Nuten 16a.

Statt der Spulen 19a und 196 können auch andere, magnetische Fühleinrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise Hall-Generatoren. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Fühleinrichtungen eingesetzt werden.

Die zweite, ir. F i g. 4 gezeigte Ausführungsform hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Ausführungsform mit folgender Ausnahme: Die Spulen 19a und 196 sind mit entgegengesetzten Polaritäten in Reihe geschaltet Wenn sich der Anker 16 dreht, ändern sich die durch die Spulen 19a und 196 verlaufenden Streuflüsse, so daß um 180° außer Phase liegende Signalwellen an den Spulen 19a bzw. 196 erhalten werden, wie in Fig.5A und 5B dargestellt ist Die Frequenz der Signalwellen ist proportional der Zahl der Nuten oder Schlitze des Ankers sowie der Drehzahl. Damit tritt an den Ausgängen Ti und Ti die in Fig.5C gezeigte Signalwelle mit einer Frequenz auf, die proportional der doppelten Nutenzahl des Ankers ist. Die nadeiförmigen Impulse e, die bei einer Umkehrung des durch die Wicklung fließenden Stroms erzeugt werden, können auf einfache Weise durch ein herkömmliches Filter aus Kapazitäten und Widerständen beseitigt werden. Damit ist auch in diesem Fall das Drehzahlsignal frei von Störungen, wie in Fig.5D dargestellt ist.

Wenn die Streuflüsse von der Feldpolanordnung 15 relativ groß sind, kann mit den oben beschriebenen Ausführungsformen des Drehzahlgebers die Verformung der Wellenformen des Ausgangssignals infolge der Ankerrückwirkung unterdrückt werden, so daß sich ein eindeutiges und gut zu interpretierendes Signal ergibt. Wenn die Streuflüsse jedoch relativ geringe Werte haben, so sind auch die Ausgangssignale der Spulen 19a und 196 klein und werden so stark durch die Ankerrückwirkung beeinflußt, daß das erhaltene Ausgangssignal nicht mehr zur Weiterverarbeitung geeignet ist.

Bei der dritten, in den F i g. 6A und 6B dargestellten Ausführungsform eines Drehzahlgebers wird jedoch auch diese Schwierigkeit überwunden. Ein Fühlelement 29, das aus magnetischem Material hergestellt ist und mehrere, in gleichem Winkelabstand vorgesehene Ansätze oder Vorsprünge 28 aufweist, ist an dem Kern 20 des Ankers befestigt. Die Zahl der Vorsprünge 28 ist entweder gleich der Zahl der Nuten des Ankers oder doppelt so groß. Die als Fühleinrichtungen dienenden Spulen 19a und 196 sind in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn dieser Vorsprünge 28 angeordnet. Auf diese Weise kann die Verzerrung der Signalwellen durch die Rückwirkung des Ankers unterdrückt werden, so daß sich normale, gut zu verarbeitende Ausgangssignale ergeben.

Hiercu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehzahlgeber für einen Gleichstrommotor, der eine Feldpolanordnung mit Dauermagneten sowie einen Anker mit Wicklung aufweist, mit einer neben einem Feldpol parallel zur Achsrichtung des Gleichstrommotors angeordneten Fühleinrichtung zur Erfassung der Größe und Richtung des Streuflusses der Feldpolanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Fühleinrichtung (19a, i9b) parallel zur Achsrichtung des Gleichstrommotors neben dem Südpol (S) bzw. dem Nordpol (N) der Feldpolanordnung (15) angeordnet ist, und daß aus den Ausgangssignalen der beiden Fühleinrichtungen (19a, \§b) ein die Drehzahl darstellendes Signal ableitbar ist

2. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtungen (19a, 196J mit derselben Polarität in Reihe geschaltet sind.

3. Drehzahlgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtungen (19a, i9b) mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschaltet sind, und daß an den Ausgangsanschlüssen (Tu T₂) der mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschalteten Fühleinrichtungen (19a, i9b) zur Beseitigung von nadeiförmigen Störimpulsen ein Filter vorgesehen ist.

4. Drehzahlgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinem Streufluß der Feldpolanordnung (15) an dem Ankerkern (20) des Motors ein zusätzliches Teil (29) aus magnetischem Material mit einer Anzahl in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneter, parallel zur Motorachse (21) verlaufender Ansätze (28) angebracht ist, deren Anzahl so gewählt ist, daß sie gleich der Anzahl oder gleich der doppelten Anzahl der Ankernuten ist.