DE2922558C2

DE2922558C2 - Drehzahlfühler für einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2922558C2
Application number: DE2922558A
Authority: DE
Inventors: Hisayuki Matsumoto; Uneho Hirakata Osaka Niimi; Shuichi Kyoto Obata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-06-01
Publication date: 1984-08-30
Also published as: NL182440B; GB2022326B; GB2022326A; NL7904271A; FR2427607B1; NL182440C; DE2922558A1; CA1121022A; US4302692A; FR2427607A1

Description

(1) Der Vorteil, daß kein zusätzlicher Rotor zum Fühlen des Drehzahlsignals erforderlich ist, bleibt erhalten. Hier werden zusätzlich Magnetfelder, die durch eine Anzahl von m Magnetpolen an der Außenfläche des sich drehenden Magneten erzeugt sind, zum Erzeugen des Drehzahlsignals verwen- ^r>o det, während die Magnetfelder, die durch die Anzahl von π Magnetpolen an der inneren Oberfläche des sich drehenden Magneten erzeugt werden, zum Antrieb desselben verwendet werden. Der rotierende Magnet ist aus teueren Materialien hergestellt, wird aber durch die antreibende Magnetpolgruppe und die signalerzeugende Magnetpolgruppe gemeinsam (als Dauermagnet) benutzt, so daß der Drehzahl-Signalfühler im Aufbau äußerst einfach ist und mit niedrigeren Kosten hergestellt werden kann.

(2) Um ein Drehzahlsignal zu erhalten, ist der rotierende Magnet in radialer Richtung ausgerichtet, d. h. die äußere Umfangsfiäche ist magnetisiert. Infolgedessen kann die Fühlerwicklung in radialer Riehtung angeordnet sein. Bei einer Massenherstellung des Drehzahlfühlers sind die inneren und äußeren Umfangsflächen geschliffen und mit der erforderlichen Genauigkeit poliert, so daß das Wirbeln des rotierenden Magneten auf ein Minimum herabgesetzt ist. Folglich können das Tragteil und die Fühlerwicklung sehr nahe bei dem rotierenden Magneten festgelegt sein, so daß Änderungen in dem gefühlten Signal auch bei einer Massenherstellung beträchtlich herabgesetzt werden können.
Die Fühlerwicklung und der rotierende Magnet sind zum inneren Ring des Trag- und Halteteils sandwichartig angeordnet, so daß der innere Ring aus nichtmagnetischem Material hergestellt werden kann. Beispielsweise kann der dünne innere Ring aus Kunstharz geformt oder durch Ziehen von dünnem Blech geformt sein. Insbesondere dünne Kupfer- oder Aluminiumbleche sind vorteilhaft, da sie sehr dünn hergestellt werden könen und so bemessen und ausgelegt werden können, daß sie eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen und sehr leicht und preiswert sind.

Selbst wenn der Drehzahlfühler gemäß der Erfindung elektromagnetisch die Drehzahl des rotierenden Magneten fühlt, ist die Fühlerwicklung durch den inneren Ring des Tragteils abgeschirmt. Jedoch reicht die gefühlte Frequenz von einigen Hz bis zu hunderten von Hz. Die Vorteile von Kupfer und/oder Aluminium können voll ausgenutzt werden, so daß die Genauigkeit des Mechanismus erheblich verbessert werden kann. Wenn die oben angeführten Metalle zur Herstellung des inneren Rings des Tragteils verwendet werden, kann eine Störung durch verhältnismäßig hohe Frequenzen (die höher als einige kHz sind) vermieden werden, welche die Fühlerwicklung von außen beeinflussen. Das heißt, das Metall an den Umfangsflächen des inneren Rings hat Wirbelstromverluste für diese verhältnismäßig hohen Frequenzen zur Folge, so daß der Drehzahl-Signalfühler gegenüber hochfrequenter Induktion oder elektromagnetischer Interferenz im wesentlichen unempfindlich wird.
Die Magnetflußquelle des Fühlsignals liegt an der äußeren Umfangsseite des rotierenden Magneten, so daß die Anzahl m im Vergleich zu der Anzahl η der Magnetpole des Magnetflusses, welcher zum Erzeugen der Drehkraft benötigt wird, erheblich größer sein kann. Das heißt, in einer Ausführungsform ist z. B. η = 16 und m = 72; diese Zahlen sind aber nur zum leichteren Verständnis angeführt. Die Anzahl m kann in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser D des rotierenden Magneten, dem minimalen Abstand zwischen den Polen einer Magnetisiereinrichtung usw. bestimmt werden. Sogar bei einem rotierenden Magneten mit einem Außendurchmesser von 90 bis 100 mm kann die Anzahl m zwischen 200 und 500 gewählt werden. Folglich kann die Ausgangsfrequenz, welche das Drehzahlsignal ist, erhöht werden, so daß, beim Steuern des durch die Wicklungen des Stators fließenden Stroms durch Verwenden des Ausgangssignals, die Welligkeits- oder Brummfrequenz des zu steuernden Stroms auch noch höher sein kann. Infolgedessen kann die Verstärkung eines Drehzahlregelungs-Rückkopplungssystems noch erhöht werden. Folglich können Veränderungen in der Drehzahl infolge von Veränderungen im Belastungsdrehmoment auf ein Minimum herabgesetzt werden. Außerdem können die Anstiegs-Kennwerte beim Anlassen und die Ansprechcharakteristiken des Dreh-, zahlregelungssystems bei Veränderungen in der

äußeren Störungsbelastung beträchtlich verbessert werden.

(5) Wenn isotrope, magnetische Materialien verwendet werden, sind die Ausrichtungen in den magnetischen Materialien verschieden von denen, wenn sie geformt werden, so daß die gegenüberliegenden, entgegengesetzten Pole im Inneren des Magneten mit dem kürzesten Magnetfluß versehen sind. Folglich beeinflußt der starke Magnetfluß von π Polen zum Antreiben (die an der inneren Umfangsfläche magnetisiert sind) nur wenig den schwachen Magnetfluß der m Pole zum Fühlen der Drehzahl (die an der äußeren Umfangsfläche magnetisiert sind), so daß die Komponenten infolge der η Magnetpole zum Erzeugen der Drehkraft in dem Signal, das in der Fühlerwicklung erzeugt oder induziert wird, geringer sind, und folglich die Drehzahl mit einem beträchtlichen höheren Genauigkeitsgrad gefühlt werden kann. Dies bedeutet, daß es möglich ist, die Drehzahl mit einem sehr viel höheren Genauigkeitsgrad zu steuern.

Die Umfangsfläche des rotierenden Magneten wird magnetisiert, um so die Magnetisierung beim Fühlen des Drehzahlsignals zu verwenden. Folglich kann ein Drehzahlfühler geschaffen werden, welcher im Aufbau einfach ist, preiswert herzustellen ist und noch dazu sehr zuverlässig und betriebssicher ist. Außerdem können die Teile des Drehzahlfühlers in einfacher Weise bezüglich ihrer Abmessungen mit einem höheren Genauigkeitsgrad hergestellt werden; die Änderungen im Ausgangssignal können auf ein Minimum herabgesetzt werden; der Aufbau ist so, daß der Drehzahlfühler unempfindlich gegen eine hochfrequente Induktion und eine elektromagnetische Interferenz sein kann, und die Ausgangsfrequenz pro Umdrehung kann beträchtlich erhöht werden. Die Erfindung kann bei einem Drehzahlfühler der beschriebenen Art angewendet werden, um so beachtliche Wirkungen zu erhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Drehzahlfühlers gemäß der Erfindung;

F i g. 2 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht davon;

F i g. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie X-A"'dcr Fig. 2;

Fig.4 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht hiervon;

F i g. 5 eine Draufsicht auf eine Fühlerwicklung;

F i g. 6 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig.7 in vergrößertem Maßstab eine Teilansichl hiervon;

Fig.8 eine perspektivische Ansicht einer- Spulen"-wicklung davon;

Fig.9 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht, in welcher eine erste Abwandlung der Halterung der Fühlerwicklung und eines magnetischen Teils an einem Tragteil wiedergegeben sind;

F i g. 10 eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht, in welcher eine zweite Abwandlung der Halterung der Fühlerwicklung und des magnetischen Teils an dem Tragteil wiedergegeben ist;

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 12 eine Vorderansicht hiervon;

F i g. 13 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht;

Fig. 14 eine Schnittansicht entlang der linie X-X' der F ig. 13;

Fig. 15 in größerem Maßstab einen Teil einer perspektivischen Ansicht der dritten Ausführungsform;

F i g. 16 eine Draufsicht auf eine Fühlerwicklung;

F i g. 17 eine Daufsichl auf eine erste Abwandlung der Fühlcrwicklung;

Fi g. 18 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 19 eine Schniltansicht entlang der Linie X-X' der F ig. 19.

In F i g. 1 bis 5 hat ein zylindrischer Rotor 1 aus einem isotropen, magnetischen Material eine innere Oberfläche, welche eine erste Polgruppe 1/4 aus einer Anzahl von π in gleichem Winkelabstand angeordneter Pole aufweisl, und eine äußere Umfangsfläche mit einer zweiten Polgruppe Iß aus einer Anzahl von m(m> n) in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneter Pole. Der Rotor t ist an einer Scheibe 2 angebracht, deren Welle 3 drehbar in einem Lager 9Λ eines Grundteils 9 gehaltert ist. Eine Stator 4 ist an einem ringförmigen Halterungsring 9ß des Grundteils 9 in Gegenüberlage von der ersten Polgruppe 1Λ des Rotors 1 angebracht. Der Stator 4 weist Wicklungen 4A auf, welche erregt werden, damit sich der Rotor t dreht

Eine ringförmige Fühlerwicklung 5 ist koaxial zu dem Rotor 1 und in einem vorbestimmten Abstand von diesem angeordnet. Die Fühlerwicklung 5 weist an ihrer Innenfläche eine Anzahl von m Fühlerwicklungselementen 5Λ auf, welche in gleichem Winkelabstand voneinander in Gegenüberlage zu der Anzahl von m Polen der zweiten Polgruppe \B des Rotors 1 angeordnet sind. Das heißt, wie am besten aus F i g. 5 zu ersehen ist, die Fühlerwicklung 5 besteht aus einer elastisch nachgebenden, streifenförmigen dünnen Isolierplatte 10, auf welcher eine Anzahl von m Leiterfolien oder dünner Lagen 11/4 gedruckt oder auf andere Weise ausgebildet sind, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet und in Zick-Zack-Form durch verbindende Folien oder dünne Lagen 11B miteinander verbunden sind. Anschlußstreifen llCoder Ausgangsanschlüsse 5B stehen an beiden Enden der zick-zack-förmigen Folienbahn für äußere Verbindungen vor. Die zick-zack-förmige Bahn mit ihren Ausgangsanschlüssen 5B kann durch Ätzen oder durch Pressen gebildet sein.

Die Fühlcrwicklung 5 wird von einem Tragteil 6 aus einem äußeren Ring 6/4 und einem inneren Ring 6ß getragen. Der äußere Ring 6/4 ist aus einem Kunstharz hergestellt und koaxial zu dem Rotor an dem Grundteil 9 angebracht Die Fühierwicklung 5 ist mit der äußeren Fläche des inneren Rings 6ß verbunden, der wiederum am äußeren Ring 6/4 angebracht und mittels Schrauben 6 in der Weise fest verbunden ist, daß die Fühlerwicklung 5 in radialer Richtung in einem vorbestimmten Abstand von der äußeren Magnetpolgruppe lßdes Rotors 1 angeordnet ist Wie am besten aus Fig.4 zu ersehen, ist jeder der Ausgangsanschlüsse 5B der Fühlerwicklung 5 durch eine Öffnung 12A des äußeren Rings 6Λ und durch eine öffnung 12ß einer gedruckten Wicklungsplalte 7 verlängert und durch ein Lötmittel 13 mit einer leitenden Folie 7A verbunden. Jeder Zuleitungsdraht 14 der Statorwicklung 4/4 ist an die leitende Folie 7/4 angelötet.

Der Magnetfluß; welcher bewirkt, daß sich der rotierende Magnet 1 dreht, verläuft von dem N-PoI des Rotors 1 über den Luftspalt, den Pol des Stators, den Stator, den Pol des Stators, den Luftspalt, den S-PoI zurück zu dem N-PoI. In ähnlicher Weise verläuft der Magnet-

fluß, welcher zum Erzeugen eines Drehzahlsignals benötigt wird, von dem N-PoI des rotierenden Magneten 1 über den Luftspalt, den Tragring, die Fühlerwicklung, den Tragring und den Luftspalt zu dem S-PoI.

Bei der ersten Ausführungsform ist der innere Ring 65 des Trag- und Halteteils 6 aus Metall hergestellt; selbstverständlich kann er jedoch auch aus Kunstharz geformt sein. Statt die Fühlerwicklung 5 mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Rings 65 zu verbinden, kann sie auch zwischen den inneren und äußeren Ringen 65 und 6Λ des Tragteils angeordnet sein. Statt die Fühlerwicklung 5 durch das zweitägige Trag- und Halteteil 6 aus dem inneren und äußeren Ringen 65 und SA zu halten, kann die Fühlerwicklung 5 auch dadurch gehalten und getragen werden, daß sie nur mit der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 6/4 verbunden ist.

Die zweite in F i g. 6 bis 8 dargestellte Ausführungsform ist im Aufbau der ersten anhand der F i g. 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsform im wesentlichen ähnlich, außer daß, wie am besten aus F i g. 8 zu ersehen ist, die Fühlerwicklung 5 mit einem ringförmigen magnetischen Teil 21 versehen und unterlegt ist. Die Fühlerwicklung 5 ist auf die beschriebene Weise hergestellt. Das magnetische Unterlegteil 21 besteht aus einer Isolierfolie 22, von der eine Oberfläche mit magnetischem Material beschichtet ist, und die andere Oberfläche der Isolierfolie oder des Isolierstreifens 22, welche nicht beschichtet ist, ist mit der Oberfläche des Fühlerwicklungsteils 5 verbunden, das die leitende Bahn 11A trägt.

Der einheitliche Aufbau aus dem Fühlerwicklungsteil 5 und dem magnetischen Auslegeteil 21 ist mit der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 65 des Tragteils 6 wie bei der ersten Ausführungsform in der Weise verbunden, daß die leitende Bahn ίίΑ der äußeren Magnetpolgruppe Iß des rotierenden Magneten gegenüberliegt, während die aufgebrachte Fläche des magnetischen Auslegeteils 21 radial nach außen ausgerichtet sein kann.

Außer den eingangs beschriebenen Vorteilen weist die zweite Ausführungsform noch einen weiteren, nachstehend angeführten Vorteil auf.

Da die Fühlerwicklung 5 von dem magnetischen Teil umgeben ist, ist der Magnetfluß, welchen der rotierende Magnet 1 an die Fühlerwicklung 5 abgibt, größer, so daß das an der Fühlerwicklung 5 induzierte Ausgangssignal stärker ist. Die zusätzliche Wirkung des magnetischen Auskleideteils 21 liegt darin, daß, je dünner die flexible, elastische Folie 10 ist, welche die Fühlerwicklung 5 bildet, umso stärker das an der Fühlerwicklung 5 induzierte Ausgangssignal wird.

In der zweiten Ausführungsform bestehen die Fühlerwicklung 5 und das magnetische Auslegeteil 21 aus elastisch nachgebenden dünnen Lagen oder Folien 10 und 21, welche einen einheitlichen Aufbau bilden, welcher mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Ringes 65 des Tragteils 6 in Form eines Rings verbunden ist. Wie in F i g. 9 dargestellt, sind sowohl die Fühlerwicklung 5 als auch das magnetische Auslegeteil 21 als eine einzige, elastisch nachgebende dünne Lage ausgebildet, die mit der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 6A des Tragteils 6 verbunden sein kann. Ferner kann, wie in Fig. 10 dargestellt, das magnetische Auslegeteil 21 durch Ziehen eines Stahlblechs oder durch Formen von Ferriten in Form eines Ringes hergestellt sein. Der Ring ι wird mit dem äußeren Ring 6/4 des Tragteils 6 und die Fühlerwicklung 5 ist mit der inneren Umfangsfläche des Magnetrings verbunden. In diesem Fall kann der innere Ring 65 des Tragteils 6 vorgesehen sein, wenn ein Schutz der Fühlerwicklung 5 erforderlich ist. Ferner kann der einheitliche Aufbau des magnetischen Teils 21 und der Fühlcrwicklung zwischen den inneren und äußeren Ringen 65 und 6Λ angeordnet sein, weiche das Tragteil 6 bilden. Auch die zweite Ausführungsform weist die eingangs genannten Vorteile auf.

Ferner kann, da die Fühlerwicklung von dem magnetischen Material umgeben ist, ein starkes Ausgangssignal von der Fühlcrwicklung erhalten werden. Wenn die

ίο Erfindung bei dem Drehzahl-Signalfühler der beschriebenen Art angewendet wird, können beachtliche Wirkungen erzielt werden.

In Fig. 11 bis 16 ist die dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein zylindrischer, rotierender Magnet 31 ist aus isotropem, magnetischem Material hergestellt. Die innere Oberfläche ist magnetisiert, um eine Magnetpolgruppe 31Λ aus /7-Polen zu schaffen, während die äußere Fläche so magnetisiert wird, daß eine Magnetpolgruppe 315aus m Polen (m > ^geschaffen ist. Auf einem Magnetlager 32 ist der rotierende Magnet 31 angebracht. Eine Welle 33 des Magnetträgers 32 ist durch ein Lager 39/4 eines Grundteils 39 drehbar gehaltert, so daß der rotierende Magnet 31 durch die Drehwelle 33 drehbar gehalten ist. Ein Stator 34 ist fest an einem Stator-Halteteil 39b des Grundteils 39 in Gegenüberlage von der Anzahl von η Magnetpolen des rotierenden Magneten 31 angeordnet. Der Stator 34 hat Wicklungen 34A, welche auf die Anzahl von π Magnetpolen 31/4 des rotierenden Magneten 31 wirken, um dadurch dem Magneten 31 eine Drehkraft zu erteilen. Eine ringförmige Fühlerwicklung 35 ist in Gegenüberlage von den m Magnetpolen 316des rotierenden Magneten 31 und in einem vorbestimmten Abstand von diesen angeordnet. Wicklungen der Fühlerwicklung 35 sind in Winkelabständen angeordnet, welche dem Abstand der Anzahl von m Magnetpolen entsprechen. Wie in Fig. 16 dargestellt, ist die ringförmige Fühlerwicklung 35 dadurch hergestellt, daß leitende Schichten 41/4 als Fühlwicklungen auf einem Streifen einer elastisch nachgebenden Isolierfolie aufgebracht sind und die leitende Schicht 41A in Zick-zack-Form mit leitenden Verbindungsschichten 415 verbunden ist und leitende Schichten 41cals Ausgangsanschlüsse von den Enden der zickzack-förmigen Leiterbahn vorstehen. Die Leiterschichten 41Λ, 415 und 41Ckönnen durch Ätzen oder Prägedrucken gebildet sein. Ein Tragteil 36 trägt die Fühlerwicklung 35 in der Weise, daß sie (35) in einem vorbestimmten Abstand von den m Magnetpolen 315 des rotierenden Magneten 31 angeordnet ist. Das Tragteil 36 weist einen äußeren Ring 36/4, welcher aus Kunstharz hergestellt und koaxial bezüglich der Drehachse des Grundteils 39 fest angeordnet ist, und einen inneren Ring 365 auf, welcher aus Aluminium hergestellt und mittels Schrauben 38 koaxial zu der Drehachse an dem äußeren Ring 36/4 befestigt ist. Die Fühlerwicklung 35 ist mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Rings 365 verbunden, welcher das Tragteil 36 darstellt, der in Form eines Ringes erhalten wird und in einem vorbestimmten Abstand von den m Magnetpolen 315 des rotierenden Magnetens 31 in der Weise angeordnet ist, daß die leitenden Schichten 41Λ welche als Fühlwicklungen dienen, in Winkelstellungen fest gehalten sind, die dem Abstand bzw. der Teilung der m Magnetpole entsprechen. Wie in Fig. 15 dargestellt, sind die Aus-

gangsanschlüsse oder -zungen 40Λ der Fühlerwicklung - 35 radial nach außen durch Schlitze 42 des äußeren Y Rings MA entlang der Seitenwandungen des Vor sprungs 43 des äußeren Rings 36/4 verlängert und mit

9 10

Anschlußstiften 44A und 445 verlötet, die von dem au- gnet 51 ist so aufgebaut, daß die ersten und zweiten ßeren Ring 36A nahe bei dem Vorsprung 43 verlaufen. rotierenden Magnete 51A und 51B koaxial zueinander

Eine gedruckte Wicklungsplatte 37 ist an dem Grundteil angeordnet sind. Erforderlichenfalls kann eine ringför-39 fest angebracht Die leitenden Schichten 37A auf der migc Abschirmplatte zwischen den beiden rotierenden

Unterseite der gedruckten Platte 37 sind mit Zuleitungs- 5 Magneten51A und 51B angeordnet sein. Der rotierende

drähten 45 der Statorwicklungen 34A und mit den An- Magnet 51 ist an einem Magnetträger 52 angebracht

schlußstiften 44A und 44ß verlötet, mit welchen die Der Magnetträger 52 ist an einer Welle 53 befestigt

Fühlerwicklung35 verbunden ist welche durch ein Lager 59Λ eines Grundteils 59 drehbar

Die Richtung des Magnetflusses, welcher erforderlich gehaltert ist so daß der rotierende Magnet 51 durch die

ist um die Drehkraft für den rotierenden Magneten 31 10 Welle 53 drehbar gehaltert ist Ein Stator 54 ist an einem

zu erzeugen, ist von dem Magnetpol N der inneren Ma- Statortragteil 595 des Grundteils 59 in Gegenüberlage

gnetpolgruppe 31A aus η Polen über den Luftspalt, den von den inneren Magnetpolen angebracht, deren An-

Vorsprung des Stators, den Stator, den Vorsprung des zahl π ist Der Stator 54 hat Wicklungen 54A, welche auf

Stators, den Luftspalt und den S-PoI zurück zu dem die inneren Magnetpole η wirken, um dem Magneten

N-PoI ausgebildet In ähnlicher Weise ist die Richtung 15 5tA eine Drehkraft zu erteilen. Eine Fühlerwicklung 55

des Magnetflusses, der zum Erzeugen des Drehzahlsi- ist in Gegenüberlage von den äußeren Magnetpolen,

gnals erforderlich ist, von dem N-PoI der äußeren Ma- deren Anzahl m ist, und in einem vorbestimmten Ab-

gnetpolgruppe 31B des rotierenden Magneten 31 über stand von diesen angeordnet Die Fühlerwicklung 55

den Luftspalt den Tragring, die Fühlerwicklung, den weist Wicklungen 55A auf, weiche an Stellen angeord-

Tragring, den Luftspalt und den S-PoI zurück zu dem 20 net sind, welche der Teilung der äußeren Magnetpole m

N-PoI ausgebildet entsprechen. In dieser Ausführungsform besteht die

Der Drehzahlfühler mit dem vorbeschriebenen Auf- Fühlerwicklung 55 aus einem Streifen einer nachgiebi-

bau hat die eingangs angegebenen Vorteile. gen Isolierfolie, auf welcher eine zick-zack-förmige Lei-

Die Fühlerwicklung 35 ist so bemessen, daß der inne- terschicht 5A durch Ätzen oder Prägedrucken ausgebil-

re Ring 36ß des Tragteils 36 in Gegenüberlage von der 25 det ist Ein Tragteil 56 hält die Fühlerwicklung in einem

Umfangsfläche des rotierenden Magneten 31 und sand- vorbestimmten Abstand von den äußeren Magnetpolen

wichartig angeordnet ist (Anzahl: m) des rotierenden Magneten 51. Das Tragteil

Da die Fühlerwicklung 35 von dem Magnetteil umge- 56 besteht aus einem äußeren Ring 56A, der aus Kunstben ist ist der Magnetfluß, welchen der rotierende Ma- harz hergestellt und koaxial zu der Drehachse an dem gnet 1 an die Fühlerwicklung 35 abgibt, erhöht, so daß 30 Grundteil 59 angebracht ist, und aus einem inneren Ring das in der Fühlerwicklung 35 induzierte Ausgangssignal 56ß aus Aluminium, der mittels Schrauben 58 an dem stärker sein kann. Die zusätzliche Wirkung des magneti- äußeren Ring 56A befestigt ist Die Fühlerwicklung 55 sehen Teils besteht darin, daß, je dünner die elastisch ist mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Rings 56 nachgebende dünne Lage ist, welche die Fühlerwick- verbunden, welcher das Tragteil 56 darstellt und wird in lung 35 bildet, umso stärker das in ihr induzierte Aus- 35 der Form eines Rings gehalten. Die Fühlerwicklung 55 gangssignal wird. ist in einem solchen vorbestimmten Abstand von den

In der dritten Ausführungsform halten die Anschluß- äußeren Magnetpolen m des rotierenden Magneten anstifte 44A und 44ßdie Enden der Fühlerwicklung 35 so geordnet, daß die leitenden Schichten 55A, welche die fest daß die Fühlerwicklung 35 sehr nahe bei der äuße- Fühlwicklungen sind, fest in vorgegebenen Winkelstelren Umfangsfläche des inneren Rings 36 ausgebildet 40 lungen gehalten sind, die der Teilung der äußeren Ma- bzw. angeordnet werden kann. Wenn jedoch, wie in gnetpole m des rotierenden Magneten 51 entsprechen. Fig. 17, eine das Rauschen beseitigende, leitende Eine gedruckte Wicklungsplatte 57 ist an dem Grundteil Schicht 41D vorgesehen ist, können die Ausgangsan- 59 angebracht Wie in Fig. 18 dargestellt sind die Zuleischlüsse 41C an die Anschlußstifte 44A und 44ßangelö- tungsdrähte der Statorwicklungen 54A und die Austet werden, welche von einer Seitenwandung des Vor- 45 gangsanschlüsse der Fühlerwicklung mit dem Wicksprungs 43 vorstehen, während eine leitende Halte- lungsmuster auf der Unterseite der gedruckten Platte 57 schicht 41£ mit einem Stift verlötet sein kann, der von verlötet

der anderen Seitenwandung des Vorsprungs 43 vor- Die Richtung des Flusses, der für die Drehkraft des

steht rotierenden Magneten 51 erforderlich ist, ist von dem

Die Fühlerwicklung ist um die äußere Umfangsfläche 50 N-PoI der inneren Magnetpole η über den Luftspalt, den

des inneren Rings herumgelegt. Die Enden der Fühler- Vorsprung des Stators, den Luftspalt und den S-PoI zu-

wicklung stehen nach außen durch die Schlitze des au- rück zu dem N-PoI ausgerichtet In ähnlicher Weise ist

ßeren Rings des Tragteils vor, sind in Gegenüberlage zu der Magnetfluß, der zum Erzeugen des Drehzahlsignals

den Seitenwandungen des Vorsprungs gehalten, der von des rotierenden Magneten 51 ßerforderlich ist, von dem

dem äußeren Ring in der Nähe der Schlitze verläuft, und 55 N-PoI der äußeren Magnetpole m über den Luftspalt,

sind mit den von dem Vorsprung vorstehenden Stiften den Tragring, die Fühlerwicklung, den Tragring, den

verbunden. Folglich kann die Fühlerwicklung zuverläs- Luftspalt und den S-PoI ausgerichtet

sig und sicher an dem inneren Ring angebracht werden. Der Drehzahlfühler mit dem vorbeschriebenen Auf-

Außerdem ist das Anschließen wegen des Vorsprungs bau hat neben den eingangs beschriebenen, die folgen-

sehr erleichtert to den Vorteile und Eigenschaften:

In den F i g. 18 und 19 ist eine vierte Ausführungsform Um das Drehzahlsignal zu fühlen, ist der rotierende

der Erfindung dargestellt Ein zylindrischer, rotierender Magnet 51 in radialer Richtung (bei der vierten Ausfüh-

Magnet 51 besteht aus zwei Magneten aus anisotropem, rungsform an der äußeren Umfangsfläche) magnetisiert,

magnetischem Material. Die innere Fläche eines ersten so daß die Fühlerwicklung 55 zum Fühlen in radialer

rotierenden Magneten 51A hat eine Anzahl von a Ma- 65 Richtung angeordnet werden kann,

gnetpolen, während ein zweiter rotierender Magnet Im Vergleich zu den isotropen, magnetischen Mate-

515 an seiner äußeren Umfangsfläche eine Anzahl von rialien haben die'anisotropen magnetischen Materialien

m Magnetpolen (m > n) aufweist Der rotierende Ma- höhere Energieprodukte, so daß das Drehmoment im

W

Vergleich zu den isotropen magnetischen Materialien mit demselben Volumen erhöht werden kann. Wenn jedoch der Magnet in radialer Richtung ausgerichtet ist, verläuft der magnetische Fluß von der inneren Magnetpolgruppe mit einer Anzahl von η Polen zu der äußeren Umfangsfläche. Wenn infolgedessen die Anzahl von m Magnetpolen an dem Außenumfang des Magnetes vorgesehen ist, um das Drch/ahlsignul zu fühlen, fühlt die Fühlerwicklung 55 Teile bzw. Komponenten der inneren Magnetpole oder deren harmonische Komponente gleichzeitig, so daß es schwierig wird, die Drehzahl mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu regeln. Wenn jedoch der rotierende Magnet 51, welcher aus anisotropem, magnetischem Material hergestellt ist, in einen ersten und zweiten rotierenden Magnet 51/4 und 51 ß unterteilt ist, und erforderlichenfalls eine ringförmige Abschirmplatte dazwischen angeordnet ist, kann die gegenseitige Störung zwischen den beiden rotierenden Magneten 51Λ und 5iB auf ein Minimum herabgesetzt werden. Folglich können nur die Vorteile der anisotropen, magnetischen Materialien verwendet werden.

Wenn die Fühlerwicklung 55 von einem magnetischen Ring umgeben ist, erleichtert letzterer die Ausbildung des magnetischen Kreises für die äußeren Magnetpole des zweiten rotierenden Magneten 51B, so daß die Stärke des an der Fühlerwicklung 55 induzierten Ausgangssignals erhöht werden kann. In diesem Fall gilt, je dünner die nachgebende dünne Lage der Fühlerschicht 55 ist, umso stärker wird das Ausgangssignal. Statt des magnetischen Rings, kann der äußere Ring jo 56/4 des Tragteils 56 so ausgelegt sein, daß er als ein magnetischer Ring dient. Das heißt, der äußere Ring 56/4 kann aus einem dünnen Stahlblech, Weichferrit oder gesinterten Eisenlegierungen hergestellt werden.

In der vierten Ausführungsform weist somit der rotie- y> rende Magnet zwei rotierende Magnete auf, welche aus anisotropem, magnetischem Material hergestellt sind und koaxial zueinander angeordnet sind. Ein rotierender Magnet wird zum Erzeugen des Drehmoments und der andere zum Fühlen des Drehzahlsignals verwendet. Infolgedessen kann mit Hilfe der anisotropen, magnetischen Materialien eine Reihe von stabilen Magnetpolen zum Fühlen der Drehzahl geschaffen werden. Ferner können die Teile des Drehzahlfühlers im Hinblick auf ihre Abmessungen mit einem höheren Genauigkeitsgrad hergestellt werden. Änderungen im Ausgangssi-. gnal können auf ein Minimum herabgesetzt werden, und die Ausgangsfrequenz pro Umdrehung kann erhöht werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Drehzahlfühler für einen Gleichstrommotor mit einem zylindrischen rotierenden Magneten mit zwei Gruppen von Magnetpolen an voneinander abgewandten Seiten des zylindrischen Magneten, wobei die Magnetpole jeder Gruppe untereinander in gleichem Winkelabstand voneinander bezüglich der Zylinderachse angeordnet sind, ι ο einem Stator mit Wicklungen, die gegenüber der ersten Gruppe von Magnetpolen des rotierenden Magneten angeordnet sind,

einer Drehzahl-Fühlerspule, mit Wicklungen, die in Zick-zack-Form miteinander verbunden sind und gegenüber einer Gruppe von Magnetpolen angeordnet sind und die in vorgegebenen Winkelstellungen angeordnet sind, wobei die Winkelstellung der Anzahl von Magnetpolen dieser G ruppe entspricht, und mit einem Tragteil für die Fühlerspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (m) der Magnetpole der zweiten Gruppe (Iß; 3iB;5iB) größer ist als die (n) der ersten Gruppe (1/4; 31A; 51 Aj und daß das Tragteil (6; 36; 56) für die Fühlerspule (5; 35; 55) gegenüber der zweiten Gruppe (1 ß; 3IfJ; 51£?j von Magnetpolen des rotierenden Magneten(l;31;51) angeordnet ist

2. Drehzahlfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Magnet (1; 31; 51) ringförmig ausgebildet ist, wobei eine Gruppe jo (IA; 31/4; 51.AJ von Magnetpolen am inneren, zylindrischen Umfang des Rings und die andere Gruppe (Iß; 315; 51SJ von Magnetpolen am äußeren, zylindrischen Umfang des Ringes angeordnet ist.

3. Drehzahlfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (6; 36; 56) ringförmig ausgebildet und konzentrisch zum Magnet (1; 31; 51) angeordnet ist, so daß die Fühlerspule in vorbestimmtem, relativ zur Drehachse des Magneten radialem Abstand von der zweiten Gruppe (Iß; 31B; 5IB) ringförmig gehalten wird.

4. Drehzahlfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Tragteil (6; 36; 56) um den Außenumfang des Magneten (1; 31; 51) angeordnet ist.

5. Drehzahlfühler nach einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerwicklung (5; 35; 55) eine elastisch nachgebende Isolierfolie (10; 40), eine Anzahl Leiterschichten (UA; 41Aj, die auf der nachgebenden Isolierfolie ausgebildet und in einem vorbestimmten Abstand voneinander in der Längsrichtung der Isolierfolie angeordnet sind, und eine Anzahl verbindender Leiterschichten (llß; 41 B) aufweist, die auf der nachgebenden Isolierfolie (10; 40) ausgebildet sind, um die Leiterschichten 5¹S (HA; 41Aj in Zick-Zack-Form (5Aj miteinander zu verbinden.

6. Drehzahlfühler nach einem der Ansprüche 3 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (6; 36; 56) einen äußeren Ring (6A; 36A; 56Aj aus nichtmagnetischem Material und einen inneren Ring (6ß; 36ß;56ßj aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Metall, aufweist, und daß die Fühlerwicklung (5; 35; 55) zwischen dem äußeren und dem inneren Ring angeordnet ist.

7. Drehzahlfühler nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerwicklung (5; 35; 55) an der äußeren Umfangsfläche des inneren Rings (6ß;

36ß;56ßjdes Tragteils (6; 36; 56) angebracht ist

8. Drehzahlfühler nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerwicklung zwischen den äußeren und inneren Ringen des Tragteils festgeklemmt ist

9. Drehzahlfühler nach Anspruch 4 oder 5 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerwicklung (5) an der inneren Umfangsfläche des ringförmigen Tragteils (6) angebracht ist

10. Drehzahlfühler nach einem der Ansprüche 1 —9, dadurch gekennzeichnet daß der rotierende Magnet (1; 3t; 51) aus isotropem, magnetischem Material hergestellt ist

U. Drehzahlfühler nach einem der Ansprüche 4—10. gekennzeichnet durch ein magnetisches Teil (21), welches nahe bei der Fühlerwicklung (5) angeordnet ist

12. Drehzahlfühler nach Anspruch 11 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Teil einen Streifen (22) aus nachgiebiger Isolierfolie aufweist, von der eine Hauptfläche mit einer magnetischen Schicht (21) versehen ist, und daß die Fühlerwicklung (5) und das magnetische Teil einander überlappen und um die äußere Umfangsfläche des inneren Rings (6ßjdes Tragteils gelegt sind.

13. Drehzahlfühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Teil aus einem Ring aus Eisen oder Ferrit (21) besteht und an der inneren Umfangsfläche des Tragteils (6Aj angebracht ist, und daß die Fühlerwicklung (5) an der inneren Umfangsfläche des ringförmigen magnetischen Teils (21) angebracht ist (F i g. 10).

14. Drehzahlfühler nach Anspruch 11 und 6, dadurch gekennzeichnet daß die Fühlerwicklung (5) und das magnetische Teil (21) auf einem einzigen Streifen aus nachgiebiger Isolierfolie (22) als eine Einheit ausgebildet sind (F i g. 8), und daß der einzige Streifen, der die Fühlerwicklung (5) und den magnetischen Teil (21,22) trägt, zwischen die äußeren und inneren Ringe (6A, 6ßjdes Tragteils (6) eingeklemmt ist

15. Drehzahlfühlelement nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerwicklung (35) die Form eines Streifens hat und um die äußere Umfangsfläche des inneren Rings (36ßj des Tragteils (36) gelegt ist, und die Enden der streifenförmigen Fühlerwicklung (35) in radialer Richtung nach außen durch Schütze (42) in der Wandung des äußeren Ringes (36A) vorstehen, an den Seitenwandungen eines Vorsprungs (43) in Gegenüberlage gehalten sind, der außerhalb des äußeren Rings (36A_-) bei den Schlitzen (42) vorsteht, und mit Anschlußstiften (44A, 44B) verlötet sind, die von dem äußeren Ring (36Aj bei dem Vorsprung (43) vorstehen (F i g. 15).

16. Drehzahlfühler nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Drehmagnetanordnung (51) aus einem ersten oder inneren ringförmigen Drehmagneten (51Aj und einem zweiten oder äußeren ringförmigen Drehmagneten (5IB) besteht welche aus anisotropem, magnetischem Material hergestellt und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die innere Umfangsfläche des ersten oder inneren Drehmagneten (51Aj die erste Anzahl von π am Umfang im Abstand voneinander angeordneter magnetischer Pole aufweist, während die äußere Umfangsfläche des zweiten oder äußeren Drehmagneten (5t B) die zweite Anzahl von m am Umfang angeordneter Magnetpole

aufweist.

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlfühler für einen Gleichstrommotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. (3)

Ein Drehzahlfühler der angegebenen Gattung ist aus der D E-OS 26 47 687 bekannt. ι ο

Bei dem bekannten Drehzahlfühler ist die Fühierspu-Ie zur Feststellung der Drehzahl den Magnetpolen zugeordnet, die auch zum Antrieb des rotierenden zylindrischen Magneten dienen.

Dies hat aber den Nachteil, daß die Zahl der Magnet- \^c, pole nicht_ beliebig erhöht werden kann, und somit die Meßgenauigkeit beschränkt ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Drehzahlfühler der angegebenen Gattung dahingehend weiterzubilden, daß bei Erhaltung eines einfachen Aufbaus eine genauere Drehzahlsteuerung des Motors ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Weiterbildung des gattungsgemäßen Gegenstandes durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Lösung hat insbesondere den Vorteil, daß dadurch, daß die Magnetpolgruppe für die Fühlerspule von der für den Antrieb des Rotors getrennt ist, die Anzahl der Magnetpole für das Fühlen der Drehgeschwindigkeit unabhängig von der der Magnetpole für jo den Antrieb erhöht werden kann. Dadurch, daß die Anzahl größer gewählt wird (m > n), ergibt sich eine höhere Frequenz am Ausgang der Fühlerspule und somit eine genauere Messung, was wiederum eine genauere Drehzahlregelung des Motors ermöglicht. j5

Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben und beansprucht. Hierbei ist es bspw. aus der US 30 77 760 und der US 32 31807 schon bekannt, Tachometereinheiten radial außen am Motor anzuordnen. 40 (4)

Die Vorteile der verschiedenen Merkmale der weiteren Ansprüche werden ,nachfolgend zusammenfassend dargestellt: