DE2647687C2 - Elektromotor mit einem Tachogenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Tachogenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. j«

Eine Motorkonstruktion aus einem Elektromotor und einem Tachogenerator, bei der Motorwicklung und Tachogeneratorwicklung in einem gemeinsamen Magnetkreis angeordnet sind und Scheibenbauweise besitzen, ist bekannt (GB-PS 9 "Π 014). Dabei wird ein π Signal einer Frequenz erzeugt, die der Drehzahl des rotierenden Permanentmagneten entspricht. Die Wicklung des Tachogenerators ist so ausgebildet, daß sie dem Permanentmagneten gegenüberliegt, wobei gedruckte Spulen in der Wicklung angeordnet sind. Die gedruckten Spulen erzeugen das Signal, das der Drehzahl entspricht. Bei der bekannten Konstruktion sind diese gedruckten Spulen spiralförmig für jeden Magnetpol des Permanentmagneten gewickelt, wobei die Länge der Leiter in der Mitte jeder Spule kurzer ist als die Länge am Außenumfang der Spule. Abgesehen davon, daß bei der bekannten Tachogeneratorwicklung nur ein relativ niederfrequentes Signal erzeugbar ist, werden durch die kürzeren mittigen Leiterabschnitte Signalspannungen kleinerer Amplitude erzeugt, als durch die anderen, längeren Leiterabschnitte. Weiter werden die Spannungsamplituden aufgrund der Ausbildung der Spulen allmählich geändert, wodurch ein insgesamt sinusförmiges Summensignal erzeugt werden soll. Da jedoch die an bestimmten Leiterabschnitten erzeugten Spannungen kleiner sind als diejenigen, die an anderen Leiterabschnitten erzeugt werden, ist das Signal tatsächlich nicht sinusförmig, weshalb bei Verwendung dieses Signals zur Steuerung oder Regelung eines Servosystems keine genaue Drehzahlregelung erreicht werden kann.

Weiter ist ein Tachogenerator bekannt, bei dem eine Wellenwicklung mit radialen Wicklungsseiten zur Erfassung einer der Drehzahl des Magneten proportionalen Spannung und Frequenz verwendet wird (DE-OS ηί 22 15 673). Bei diesem Tachogenerator sind im wesentlichen jeder Schleife der Wellenwicklung ein Magnetpol zugeordnet, wobei durch Erhöhen sowohl der Anzahl der Schleifen als auch der Anzahl der Magnetpole ein sehr hochgenaues der Drehzahl entsprechendes Signal erreichbar ist

Bei Anwendung der bekannten Wellenwicklung bei dem eingangs genannten Elektromotor kann zwar eine genaue Regelung erreicht werden, jedoch auf Kosten einer Vergrößerung des mehrpoligen Permanentmagneten, da zahlreiche Magnetpole vorgesehen werden müssen. Andererseits ist es erwünscht wenn zur genaueren Drehzahlregelung des Elektromotors ein Signal höherer Frequenz verwendet werden kann, was auch zur Vermeidung elektrischer und mechanischer Störungen zweckmäßig ist.

Darüber hinaus ist es auch bekannt (DE-OS 15 38 976), die Wellenwicklung zwischen dem Permanentmagneten und den Antriebsspulen vorzusehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine hochgenaue Drehzahlregelung mittels eines höherfrequenten Signals bei möglichst günstigen, d. h. kleinen Abmessungen erreichbar ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Besonders kleine Bauform und genaue Drehzahlregelung ist durch die Merkmale der Unteransprüche erreiciibar.

Durch die Erfindung wird also ein Elektromotor mit einem Tachogenerator angegeben, der bei kleinem Aufbau eine hochgenaue Drehzahlregelung durch Erzeugen einer hohen, der Drehzahl proportionalen Frequenz erreichbar ist, weshalb der Elektromotor bei Plattenspielern oder Tonbandgeräten u. dgl. nur beschränkten Platz bietenden Anwendungen verwendbar ist. Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Elektromotors mit einem Tachogenerator gemäß der Erfindung,

F i g. 2 in Explosionsdarstellung den Elektromotor gemäß Fig. 1,

F i g. 3 eine Perspektivansicht einer Tachometerwicklung,

Fig.4 eine auseinandergezogene Darstellung eines scheibenförmigen Permanentmagneten und der Tachometerwicklung.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man einen Elektromotor 1, der eine scheibenartige Basisplatte 2 aus magnetisch leitfähigem Material, wie z. B. eine Eisen- oder Siliziumstahlplatte, und eine becherförmige obere Abdeckung 3 aufweist, die auf der Basisplatte montiert ist Die obere Abdeckung 3 besteht (Fig.2) aus einer oberen Platte 4, einem mit der oberen Platte verbundenen zylindrischen Teil 5 und einem ringförmigen Rand 6, die sämtlich aus magnetischem Material bestehen. Die Basisplatte 2 ist eingerichtet, die Rolle eines unteren Jochs zu spielen, und weist in ihrem mittleren Teil ein zylindrisches Lager 7 auf. Das Lager 7 besteht aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material, wie z. B. Messing, und ist mit einem oberen radial vorspringenden Rand 8 versehen sowie in eine Mittelöffnung 9 der Basisplatte 2 so weit eingesetzt, bis die Unterseite des Randes 8 in Berührung mit der Oberseite der Basisplatte 2 gelangt. Das Lager 7 hat ein mit Gewinde versehenes unteres Ende 10, auf welches eine Kappe 11 geschraubt ist, die ein Kugellager 12 aufnimmt, das zum Tragen einer Welle 13 eingerichtet ist, die in das Lager 7 von der Oberseite eingeführt ist.

So wird die Welle 13 vom Lager 7 und vom Kugellager 12 drehbar gehalten.

Die Welle 13 trägt auf ihrer mittleren Höhe ein oberes, zweites Joch 14 aus einem magnetisch leitfähigen Material, wie z. B. Eisen oder Siliziumstahl, an dessen unterer Seite mittels Klebstoff ein scheibenförmiger, vielpoliger Magnet 15 befestigt ist Der Magnet 15 besteht z. B. aus einer Aluminium-Nickel-Kobaltlegierung oder einem Ferrit, und weist eine Mittelöffnung 16 auf, durch die die Drehwelle 13 hindurchgeht So ist der Magnet 15 am oberen Joch 14 konzentrisch zur Drehwelle 13 befestigt. Der Magnet 15 ist in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Sektoren, im dargestellten Ausführungsbeispiel acht Sektoren, eingeteilt. Die benachbarten Sektoren sind jeweils unterschiedlich axial magnetisiert.

Vier Abstandsstücke 21 sind auf der Oberseite der Basisplatte 2 angeordnet. Die Abstandsstücke 21 tragen dne Isolierplatte 22 aus einem Phenolharz oder ähnlichen Material mit einer Mittelöffnung 28, die das Lager 7 aufnimmt. Die Isolierplatte 22 ist an der Basisplatte 2 mit Schrauben 24 durch an den Ecken der Isolierplatte 22 ausgebildete Bohrungen 23 und durch die zugehörigen Abstandsstücke 21 in Gewindebohrungen 25 der Basisplatte 2 befestigt.

Ein Paar von sternförmigen Antriebsspulen 26, 27 ist konzentrisch zur Welle an der unteren Seite der Isolierplatte 22 geklebt, wobei vier äußere Punkte jeder Spule auf einem Kreis mit einem dem des Magneten 15 gleichen Durchmesser liegen, während vier innere Punkte auf einem Kreis mit einem dem des Innenumfangs des Magnets 15 gleichen Durchmesser liegen.

Jede der Spulen 26,27 hat Spulenseiten 29,30, die sich vom inneren Umfang zum äußeren Umfang der Spule bzw. umgekehrt erstrecken und die die Flüsse des Magneten 15 schneiden. Die Spulen 26, 27 sind übereinander so angeordnet, daß ihre Spulenseiten 29, 30 miteinander einen Winkel von 22,5° bilden.

Auf der Oberseite der Isolierplatte 22 ist, wie F i g. 3 zeigt, die Tachometerwicklung 50 mit einer Mehrzahl von radial verlaufenden und in Reihe geschalteten Drahtelementen 31,32,33,34,35 angeordnet.

Die Tachometerwicklung 50 läßt sich vorteilhaft durch Drucktechnik ausbilden. Die Zahl der Drahtelemente 31, 32, 33... ist für jeden Magnetpol (2/7+1), worin η eine positive ganze Zahl bedeutet. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 zeigt insgesamt 24 Drahtelemente, d. h. 3 Elemente für jeden der 8 Magnetpole, d.li. daß/7= 1 ist, während im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 n=4 ist, da 72 Elemente, d. h. 9 für jeden der 8 Magnetpole vorgesehen sind.

Das erste Drahtelement 31 und das letzte Drahtelement 35 (das 24. Element in F i g. 3) sind mit Anschlüssen 36,37 versehen.

Die becherförmige obere Abdeckung 3 weist in der Mitte eine Bohrung 38 auf, in die das obere Ende der Welle 13 eingeführt ist und ist mit der Basisplatte 2 durch Schrauben 39 befestigt.

Im Betrieb wird jede der um 22,5° gegeneinander

verdrehten Antriebsspulen 26,27 ein Sinuswellenwechselstrom zugeführt wobei eine Phasendifferenz von 90° zwischen dem der Spule 26 zugeführten und dem der Spule 27 zugeführten Strom vorliegt Dementsprechend wird ein Drehfeld erzeugt, durch das eine gleichmäßige Rotation des Magneten 15 in einer Richtung ermöglicht wird.

Wenn der Magnet 15 rotiert, werden in den Tachometerwicklungselementen 31, 32 ... 35 abhängig von der Drehzahl Spannungen induziert

Fig.4 zeigt in der Abwicklung die Beziehung zwischen den in den Elementen der Tachometerwicklung 50 erzeugten Impulsen und den Magnetpolen. Fig.4a stellt eine Anordnung dar, in der /7=1 ist, d. h. daß 3 Drahtelemente für jeden Magnetpol vorhanden sind, während Fig.4b eine Anordnung darstellt, die 5 Drahtelemente für jeden Magnetpol aufweist, d. h. daß /7=2 ist.

Gemäß Fig.4a entsprechen 3 Drahtelemente 31, 32 und 33 dem Magnetpol 18, während weitere 3 Drahtelemer.te 34, 41 und 42 dem Magnetpol 19 zugeordnet sind. Wenn man annimmt, daß sich der Magnet 15 in der Richtung nach rechts, die in Fig.4a durch einen Pfeil angedeutet ist, bewegt, kommt das Drahtelement 31, das dem Spalt zwischen den Polen 17, 18 zugewandt ist und den Magnetfluß des Magnetpols 18 geschnitten hat, zum Schneiden des vom Pol 17 erzeugten Flusses. Die Polarität der im Drahtelement 31 induzierten Spannung wird durch einen Pfeil angedeutet, der in der Figur aufwärts gerichtet ist, während eine abwärts gerichtete Spannung im Drahtelement 34 induziert wird, das auf Höhe des Spalts zwischen den Magnetpolen 18 und 19 angeordnet ist. Aus dem gleichen Grund werden gleichzeitig eine nach oben gerichtete Spannung und eine nach unten gerichtete Spannung in den Drahtelementen 43 bzw. 44 erzeugt, die zwischen den Polen 19, 20 bzw. den Polen 20, 40 angeordnet sind. Diese Ströme haben also gleiche Flußrichtung und addieren sich arithmetisch als Ausgangssignal. Die Spannungen in den übrigen Leiterelementen (32, 33; 41, 42;...) heben sich auf. In gleichartiger Weise werden bei der Anordnung nach Fig.4b Spannungen der gleichen Polarität in den Drahtelementen 31, 41, 43 und 44 induziert Da die Anordnung nach Fig.4b eine größere Anzahl von Wicklungselementen als die Anordnung nach Fig.4a aufweist, läßt sich bei der ersteren eine entsprechend höhere Frequenz des Signals erzielen.

Die Frequenz des Ausgangssignals wird dann mit einer Frequenz eines Bezugssignals verglichen, und der erhaltene Unterschied wird zum Steigern oder Senken der Spannungen des den Antriebsspulen 26, 27 zugeführten Wechselstroms ausgenutzt, so daß die Drehzahl konstant gehalten wird. Alternativ wird die Ausgangsfrequenz von der Tachometerspule 50 in eine Spannung umgewandelt, die man dann mit einer Bezugsspannung vergleicht, um einen Steuereingang zum Regulieren der Drehzahl des Magnets 15 zu erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromotor mit einem Tachogenerator, bestehend aus einem gemeinsamen, auf der Welle befestigten scheibenförmigen, axial magnetisierten mehrpoligen Permanentmagneten und einem Paar übereinander angeordneter, dem Permanentmagneten gegenüberliegender Antriebsspulen sowie einer zusätzlichen Wellenwicklung mit radialen Wicklungsseiten zur Erfassung einer der Drehzahl des Magneten proportionalen Spannung und Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwicklung pro Magnetpol (17, 18, 19, 20) (2n+\) Wicklupgsseiten (31,32,33,34,35) aufweist, wobei η is positiv und ganzzahlig ist

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwicklung (50) als gedruckte Schaltung ausgebildet ist

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwicklung (50) zwischen den Antriebsspulen (26, 27) und dem Permanentmagneten (15) angeordnet ist