DE3241152A1

DE3241152A1 - Elektromotor mit einer anordnung zur drehzahlueberwachung

Info

Publication number: DE3241152A1
Application number: DE19823241152
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Reinhardt; Ulrich Dipl Ing Ruedele
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1982-11-08
Filing date: 1982-11-08
Publication date: 1984-05-10
Also published as: US4578605A

Description

Elektromotor mit einer Anordnung zur DrehζahlÜberwachung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Anordnung zur Drehzahlüberwachung, insbesondere für Ventilatoren, Gebläse, Lüfter od.dgl., u/obei die Drehzahl mit'Hilfe eines der Drehzahl proportionalen Signals überwacht wird, bestehend aus einem Stator und einem in diesem drehbar gelagerten Rotor.

In der Technik stellt sich häufig das Problem, den Lauf von Ventilatoren, Gebläsen bzw. von Lüftern zu überwachen, um bei einem eventuell auftretenden Ausfall sofort geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.

Der Ausfall eines Lüfters kann unter Umständen schwerwiegende Folgen haben, da er z.B. bei Verwendung zur

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Patentanwalt Dr. Ing. Dipl.-lng. W. Hasse Patentanwalt Dr.-Ing. Dipl.-lng. A. SoIf Patentanwalt Dipl.-lng. Chr. Zapf

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Ktihlung von elektronischen Bauteilen nicht mehr in der Lage ist, die in Form von Wärme auftretende Verlustleistung aus den Geräten abzuführen. Als Folge hiervon kann erheblicher Schaden auftreten.

Bei den bekannten Vorrichtungen, die bisher diese Aufgaben ausführten, handelte es sich meist um mechanische bzu/. elektromechanisch^ Anordnungen, «/ie z.B. Durchfluß- oder Druckaufnehmergeräte bzw. Windfahnenrelais.

Diese Teile mußten an einer geeigneten Stelle im Luftstrom oder an der Wandung des Lüfters oder Luftkanals angebracht werden, ihr Einbau war aber stets mit erheblichem Aufwand verbunden.

Eine u/eitere bekannte Anordnung zur Drehzahlüberu/achung eines Gleichstrommotors ist aus der DE-PS 26 17 131 bekannt. Hier wird die im Betrieb an einem Impedanzglied auftretende Pulsation erfaßt und über einen Verstärker einem auf die Motordrehzahl abgestimmten Bandpaß zugeführt. Dessen Ausgang ist einem Kippglied zugeführt, das ein nachgeschaltetes Melde- oder Ausschaltglied beeinflußt.

Diese Anordnung ist jedoch auf die Drehzahlüberwachung von Gleichstrommotoren, insbesondere von Gleichstrommotoren mit kleiner Lamellenzahl, beschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Elektromtor der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß eine Drehzahlübervi/achung mit geringem Aufwand möglich ist, und zwar unabhängig von der Bauart des Motortyps.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Anordnung zur Drehzahlüberu/achung aus einem in der dem Stator zugekehrten Stirnfläche des Rotors befestigten Permanentmagneten und einem durch das Magnetfeld des Permanentmagneten schaltbaren Detektor besteht, der auf einem Kreis angeordnet ist, dessen Mittelpunkt in der Drehachse des Rotors liegt und dessen Radius dem Kreisbahnradius des Permanentmagneten entspricht. Erfindungsgemäß ist somit die Drehzahlüberwachung vollständig getrennt von der übrigen Antriebsart bzw. Antriebs- oder Steuerelektronik ausgebildet, so daß sich eine preiswerte und vor allem funktionssichere Überwachung ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor versehenen Kompaktventilators,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht auf die Stirnfläche eines bei dem erfindungsgemäßen Motor verwendeten Rotors,
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Fig. 4 eine Teilansicht aus Fig. 1,

Fig. 5 eine Teilansicht gemäß Fig. 4

einer Ausführungsvariante, 5

Fig. 6 eine Teilansicht gemäß Fig. 4 einer weiteren Variante,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein mit einem erfindungsgemäßen Motor versehenes

Radialgebläse,

Fig. 8 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Winkelelements zur Aufnahme eines Detektors,

Fig. 9 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur Drehzahlüberwachung,

Fig. 10 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Anordnung zur Drehzahlüberwachung,

Fig. 11 die Ausgangsspannung als Funktion der Zeit des erfindungsgemäQ verwendeten Detektors zur Drehzahlüberwachung.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Motor 1 handelt es sich vorzugsweise um einen Außenläufermotor. Dieser Motor besteht aus einem Rotor 2 und einem Stator 3, wobei der Rotor 2 in dem Stator 3 über eine Lagerachse drehbar gelagert ist, wie sich dies aus den Fig. und 2 ergibt. In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Motor Teil eines Kompaktventilators 5. Hierbei ist der

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Motor 1 mittels dreier Streben 6, 7, 8, die den Motor 1 mit seinem Flansch 9 mit einem Wandring 10 verbinden und zur Halterung des Motors 1 dienen, verbunden. Eine der Streben, im dargestellten Ausführungsbeispiel die Strebe 6, ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet, wobei die Strebenöffnung nach außen gerichtet ist. Diese Strebe 6 dient zur Aufnahme eines Motoranschlußkabels 11 sowie eines erfindungsgemäß vorgesehenen Detektors 12 zur Drehzahlerfassung, siehe hier insbesondere Fig. 2 und 4. Die Strebe 6 dient somit als Kabelkanal, der auch beim Übergang in den Motorflansch 9 noch etvi/a einen Zentimeter erhalten bleibt. Am Ende dieses Kabelkanals befindet sich eine Öffnung 13, durch die die Zuführung des Anschlußkabels 11 in den Stator 3 des Motors 1 ermöglicht u/ird.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist in der Stirnfläche IA des topfförmig ausgebildeten Rotors 2 in einer Bohrung 15 ein Permanentmagnet 16 angeordnet. Die Stirnfläche 14 ist ringförmig ausgebildet und befindet sich am Ende des Rotorzylinders, der am anderen Ende durch den Rotorboden 17 verschlossen ist, in dessen Mitte die Lagerachse 4 des Rotors befestigt ist. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Permanentmagneten kann es sich um einen etwa 1 bis 5 mm langen Magneten handeln, dessen

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Polquerschnitt etwa 4 bis 28 mm beträgt. Die Anordnung des Permanentmagneten kann in einer separaten Bohrung in der Stirnfläche 14 erfolgen oder aber in einer Öffnung, die bereits vorhanden ist, und zur Aufnahme von Gewichten zum Ausgleich von Unwuchten dient. Derartige Öffnungen sind serienmäßig in den bekannten Rotoren vorhanden. Der erfindungsgemäß verwendete Permanentmagnet kann als Stabmagnet oder als Scheibenmagnet ausgebildet sein, so

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daß er entweder einen runden oder einen rechteckigen Querschnitt besitzen kann.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist nun, daß der erfindungsgemäß vorgesehene Detektor, der durch das Magnetfeld des Permanentmagneten geschaltet wird, derart statorseitig angeordnet ist, daß er auf einer Kreisbahn liegt, deren Mittelpunkt in der Drehachse 4 des Rotors liegt und deren Radius dem Kreisbahnradius des Permanenten, magneten entspricht. Erfindungsgemäß ist es insbesondere zweckmäßig, u/enn als Detektor ein HALL-I C -Element verwendet wird, wobei es sich um ein digital schaltendes HALL-IC handeln kann. Je nach dem, welcher HALL-IC-Typ verwendet wird, erfolgt die entsprechende Zuordnung des Permanentmagneten in der Bohrung im Rotor^;während der Montage so, daß entweder der Nordpol oder.der Südpol dem HALL-IC gegenübersteht.

Die Anordnung des Detektors zur Drehzahlüberwachung im erfindungsgemäßen Sinne, was die spezielle konstruktive Ausführung betrifft, hängt von der Bauweise des Motors ab und von der Verwendungsart des Motors. Im dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Motor in derr Kompaktventilator 5 eingebaut, wobei sich die günstige Möglichkeit ergibt, den Detektor 12 innerhalb der kanalförmig ausgebildeten Strebe 6 unterhalb des Kabels 11 zu befestigen. Somit wird der Detektor 12, siehe Fig. 4, auf dem gleichen Teilkreisradius R wie der rotorseitig angebrachte Permanentmagnet 16 eingelegt und durch geeignete Mittel, wie z.B. durch Kleben oder dgl., befestigt. Ist die Strebe 6 aus magnetisch

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leitendem Werkstoff gefertigt, so ist der Motorflansch 9 im Bereich des Detektors 12 mit einer Öffnung 19, siehe Fig. 5, versehen, um den magnetischen Fluß des rotierenden Permanentmagneten 16 auf den Detektor 12 zu ermögliehen.

Bei einem Motorflansch 9 aus unmagnetischem Material, vi/ie z.B. aus Kunststoff oder Aluminium, ist eine derartige Öffnung nicht erforderlich, siehe hierzu Fig. 6. Hierbei ist es zu/eckmäßig, die Materialstärke der als Kabelkanal dienenden Strebe 6 am Einbauort des Detektors 12 so zu verringern, daß das Schaltverhalten des Detektors bei ausreichendem Abstand zwischen Rotor 2 und Motorflansch 9, der vorzugsu/eise zwischen 0,5 und 2 mm liegen soll, nicht beeinträchtigt wird.

Die Spannungsversorgung des in der Strebe 6 befestigten Detektors 12 erfolgt über eine Zuleitung 20, wobei eine Gleichspannungsversorgung bei einem HALL-IC von 5 Volt erforderlich ist, die entweder aus der Versorgungsspannung des Motors oder aus einer externen Spannungsversorgung entnommen werden kann, siehe Fig. 4.

Ist die Positionierung und Fixierung des Detektors 12 erfolgt, so kann das Anschlußkabel 11 in die kanalförmige Strebe 6 eingelegt und befestigt werden, so daß damit eine zusätzliche Sicherung des Detektors 12 erreicht wird.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei es sich um die Verwendung eines erfindungsgemäßen Motors bei einem Radialgebläse oder Axialventilator handelt, wobei der Motorflansch 9 und die Gehäusewand unmittelbar miteinander verbunden sind.

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Hierdurch ergibt sich die Notwendigkeit, die Anbringung des Detektors 12 gegenüber dem Aus f iihrungsbeispiel der Fig. 1 bis 6 zu verändern, wobei im übrigen gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen sind. Hierbei ist der Motorflansch 9 bzw. Statorflansch mit einer Aufnähme tasche 21 versehen, die der Form und GröGe des Detektors 12 angepaßt ist. In diese Aufnahmetasche 21 wird der Detektor 12, der wiederum ein HALL-IC ist, eingelegt und

XO durch geeignete Maßnahmen befestigt. Die rotorseitige Befestigung des erfindungsgemäß vorgesehenen Permanentmagneten 16 erfolgt zweckmäßigerweise in einer der stirnseitigen Öffnungen zum Auswuchten des Rotors 2.

Als weitere mögliche Art der Befestigung des Detektors 12 ist es ebenfalls möglich, den Detektor 12 mittels eines zusätzlichen Befestigungselementes, z.B. eines speziell geformten Winkelelementes 20, siehe Fig. 8, zu positionieren, wobei der Detektor 12 an diesem

2Q Winkelelement beispielsweise wiederum in einer Tasche befestigt wird. Dieses Winkelement 20 wird z.B. am Statorflansch 9 oder an einer anderen geeigneten Stelle des Radialgebläses so montiert, daß es im Einflußbereich des rotorseitigen Permanentmagneten 16 liegt.

Die beiden in den Fig. 7 und 8 dargestellten Befestigungsmöglichkeiten eignen sich selbstverständlich insbesondere auch dann, wenn lediglich die Drehzahl des reinen Motors überwacht werden soll, da die genannten

3Q Positionierungsarten des Detektors unabhängig von der Montage des Motors am Einsatzort sind.

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Anhand der Fig. 9 bis 11 wird das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Motors hinsichtlich der Drehzahlüberwachung näher erläutert. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, können sich bei Stillstand des Motors 1 zwei verschiedene Ausgangssignale ergeben, die von der Rotorstellung abhängig sind. Bleibt der Motor 1 so stehen, daß der Permanentmagnet 16 genau vor dem Detektor 12, der als HALL-IC ausgebildet ist, zum Stillstand kommt, so bleibt das Ausgangssignal des HALL-IC ständig auf "0", während es im anderen Drehstellungsstillstand ständig auf "1" liegt. Mittels einer nachfolgenden, nicht zum Umfang dieser Erfindung gehörenden elektronischen Schaltung 22 wird dieser ständig anstehende Signalzustand erfaßt und über Ausgang A ein Melde- oder Abschaltglied eingeschaltet.

Wird kein Stillstand festgestellt, Ausgang B, so liegt ein störungsfreier Lauf vor. Bei Verwendung eines HALL-IC mit anderer Schaltcharakteristik kann natürlich eine geänderte Potentialzuordnung der Ausgangssignale möglich sein.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Drehgeschwindigkeit des Motors überwacht werden. Da sich die Umlaufdauer T pro Umdrehung des Rotors in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit verändert, kann mittels einer die Ausgangssignale des Detektors auswertenden Drehzahlerfassungseinrichtung 23 die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 festgestellt werden. Eine nachgeschaltete Drehregeleinrichtung 24 vergleicht anhand einer vorgegebenen Umlaufdauer den Istwert Eingang C mit dem Sollwert Eingang D und bewirkt über entsprechende Regeleinrichtungen 25 eine Erhöhung bzw. Absenkung der Drehzahl.

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Die dabei am HALL-IC 12 auftretenden Ausgangssignale U sind in Fig. 11 dargestellt. Zu den Zeitpunkten, an denen die Ausgangsspannung des HALL-IC.Null wird, d.h. das logische Signal "0" abgegeben wird, läuft der Permanentmagnet am HALL-IC vorüber. Damit läßt sich anhand der zeitlichen Abstände dieser "O"-Signale entsprechend der Gleichung T = ~Tr~ ( V = Drehzahl pro Sekunde) eine Aussage über die Drehzahl des Motors machen.

Claims

Ansprüche

f 1.j Elektromotor mit einer Anordnung zur Drehzahlüberu/achung, insbesondere für Ventilatoren, Gebläse, Lüfter, wobei die Drehzahl mit Hilfe eines der Drehzahl proportionalen Signals überwacht u/ird, bestehend aus einem Stator und einem in diesem drehbar gelagerten Rotor, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß die Anordnung zur Drehzahlüberwachung aus einem in der dem Stator (3) zugekehrten Stirnfläche (14) des Rotors (2) befestigten Permanentmagneten (16) und einem durch das Magnetfeld des Permanentmagneten schaltbaren Detektor (12) besteht, der auf einem Kreis,angeordnet ist, dessen Mittelpunkt in der Drehachse (4) des Rotors (2) liegt und dessen Radius dem Kreisbahnradius des Permanentmagneten (16) entspricht.

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2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (12) als digital schaltendes HALL-IC ausgebildet ist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der Permanentmagnet (16) stab- oder scheibenförmig mit rechteckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet ist.
4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ e i c h π e t, daß der Querschnitt des Permanentmagneten ca.
Länge ca. 1 bis 5 mm.

Permanentmagneten ca. 4 bis 28 mm beträgt und die
5. Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche Ibis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Detektor (12) und der Endfläche des Permanentmagneten (16) zwischen 0,5 bis 2 mm beträgt, wenn diese einander gegenüberstehen.
6. Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet., daß der Permanentmagnet (16) in einer Öffnung (15) oder Bohrung, in der Stirnfläche (14) des Rotors (2) "angeordnet ist.
7. Kompaktventilator mit einem Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Gehäuse und einem Wandring, der über Streben mit dem Motorflansch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Strebe (6) der Detektor (12) derart angeordnet ist, daß er in den

Bereich des Motorflansches (9) ragt, der sich gegenüberliegend dem Permanentmagneten (16) befindet.
8. Kompaktventilator nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Strebe (6) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und die offene Seite der Strebe (6) in die dem Ventilatorrad abgeu/andte Richtung zeigt und innerhalb der Strebe ein Anschlußkabel (11) oberhalb des Detektors (12) verläuft.
9. Kompaktventilator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teilkreis

(R) mit einem Radius, der dem rotorseitigen Abstand von der Lagerachse (4) und dem Permanentmagneten

(16) entspricht, der Motorflansch (9) in Verlängerung der Strebe (6) mit einer Bohrung (19) versehen ist, um den .magnetischen-Fluß des Permanentmagneten auf den Detektor (12) zu leiten.
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10. Komptaktventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 oder 8, da durch gekennzeichnet, daß auf einem Teilkreis (R) mit dem Radius,der dem rotorseitigen Abstand der Lagerachse (4) zum Permanentmagneten (16) entspricht, der Motorflansch (9) in Verlängerung der Strebe (6) eine verminderte Materialstärke aufweist.
11. Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Motorflansch (9) des Stators (3) auf

einem Teilkreis (R) mit dem Radius entsprechend dem Abstand des in einer Bohrung (15) im Rotor (2) untergebrachten Permanentmagneten (16) von der Lagerachse (4) eine Aufnahme (21) für den Detektor (12) befindet.
12. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufnahmetasche (21) in einem Winkelelement (22) ausgebildet ist, das statorseitig befestigt ist.