DE3420807A1

DE3420807A1 - Vorrichtung zur erfassung der drehzahl einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE3420807A1
Application number: DE19843420807
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 8741 Rödelmaier Ross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-04
Filing date: 1984-06-04
Publication date: 1985-12-05

Description

Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer
elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer elektrischen Maschine.
Zur Drehzahlerfassung von elektrischen Maschinen ist es bekannt (DE-GM 76 21 629) an der Maschinenwelle einen Tachogenerator anzubauen. Die Ausgangsspannung eines solchen Tachogenerators ist der Maschinendrehzahl proportional und dient somit als Maß für diese. Tachogeneratoren sind dauermagneterregte Gleichstrommaschinen, die einen bewickelten Läufer mit einem Kommutator- und Bürsten zur Abnahme der im Läufer induzierten Spannung aufweisen. Der Aufbau solcher Tachogeneratoren ist somit sehr aufwendig und diese Generatoren unterliegen außerdem einem gewissen Verschleiß was die Kohlebürsten und die Lager betrifft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer elektrischen Maschine zu schaffen, die nur aus statischen Bauteilen besteht und relativ einfach im Aufbau ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch , daß am Umfang des Läufers oder am Umfang eines mit dem Läufer rotierenden Teiles abwechselnd gleich große Zonen mit hohem und niederem Reflexionsgrad vorgesehen sind und an einem feststehende Träger mindestens ein Lichtsende- und Lichtempfangselement in radialem Abstand zu den Zonen angeordnet ist, daß ferner die Ausgangssignale des Empfangselementes einer Auswerteeinrichtung zugeführt sind. Durch die Zonen unterschiedlichen Reflexionsgrades werden in dem Lichtempfangselement Impulse erzeugt, die von der Auswerteeinrichtung in eine für eine Anzeige oder Regelung entsprechende Größe umgewandelt werden. Die Anordnung der Zonen am Umfang des Läufers hat den Vorteil, daß die Zonen über ihre volle axiale Länge die gleiche Breite aufweisen, so daß bei der Anordnung des Lichtsende- und Lichtempfangselementes große Toleranzen in axialer Richtung zulässig sind, ohne daß hierdurch die Genauigkeit der Drehzahlerfassung beeinflußt wird.
Eine drehrichtungsabhängige Drehzahlerfassung ist dadurch möglich, daß zwei Lichtsende- und Lichtempfangselemente vorgesehen sind, wobei das eine Sende- und Empfangselement in Umfangsrichtung um eine halbe Zonenbreite oder ein ganzzahliges Vielfache einer halben Zonenbreite gegenüber dem anderen Sende- und Empfangselement versetzt ist.
Die zur Drehzahlerfassung notwendigen Zonen hohen und niederen Reflexionsgrades können durch Einfräsungen gebildet sein. Der Unterschied zwischen den beiden Reflexionsgraden kann dadurch erhöht werden, daß die Einfräsungen mit einem dunklen Farbüberzug versehen sind.
Es besteht auch die Möglichkeit, an dem Läufer oder an mit dem Läufer rotierenden Teilen ein abwechselnd mit dunklen und hellen Farbbalken versehenes Band anzubringen. Ein solches Band ist sehr preiswert und fertigungstechnisch einfach am Läufer zu montieren.
Eine für die Drehzahlregelung notwendige drehzahlproportionale Spannung erhält man dadurch, daß die Ausgangssignale der Empfangselemente einem Impulswandler zugeführt sind, dessen Ausgangsimpulse mittels eines Frequenzspannungswandlers in eine drehzahlproportionale Spannung umgeformt sind. Durch den Impulswandler werden an den Flanken der von den Empfangselementen abgegebenen Rechteckimpulse Nadelimpulse gebildet. Diese Nadelimpulse werden dann in dem Frequenzspannungswandler in eine der Frequenz proportionale Spannung umgesetzt.
Dadurch, daß eine Einrichtung zur Drehrichtungserkennung vorgesehen ist, durch die der Ausgang des Frequenzspannungswandlers mittels eines Schaltelementes auf einen Inverter umschaltbar ist, steht am Ausgang der Auswerteschaltung eine auch der Drehrichtung entsprechende drehzahlproportionale Spannung an. Entsprechend der Folge der von den beiden Empfangselementen abgegebenen Ausgangssignale wird durch die Einrichtung zur Drehzahlerkennung der Ausgang des Frequenzspannungswandlers an den Inverter oder direkt an den Ausgang der Auswerteeinrichtung angeschaltet. Somit steht in Abhängigkeit von der Drehrichtung, eine positive oder eine negative drehzahlproportionale Spannung zur Verfügung.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Läuferende, an dem dunkle und helle Zonen vorgesehen sind, Fig. 2 eine Stirnansicht des in Fig.l dargestellten Läuferendes, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung.
Mit 1 ist der Ständer einer elektrischen Maschine bezeichnet, in welchem ein Läufer 2 drehbar angeordnet ist. Am Umfang des Läuferendes sind dunkle und helle Zonen 3 und 4 vorgesehen. Diese Zonen 3 und 4 weisen somit einen unterschiedlichen Reflexionsgrad auf. Solche Zonen können durch sich axial erstreckende Einfräsungen an dem Läuferende gebildet werden, wobei die eingefrästen Nuten zur Erzielung eines großen Unterschiedes zwischen den beiden Reflexionsgraden mit einem dunklen Farbüberzug versehen werden können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, am Umfang des Läufers ein mit dunklen und hellen Farbbalken 3 bzw. 4 versehenes Band aufzukleben.
An dem Ständer 1 ist ein axial vorstehender Träger 5 vorgesehen, an dem zwei Lichtsende- und Lichtempfangselemente 6 und 7 in radialem Abstand zu dem Läuferende angeordnet sind. Die beiden Sende und Empfangselemente sind um eine halbe Zonenbreite in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Die von diesen beiden Sende- und Empfangselementen 6 und 7 abgegebenen Signale sind somit um 90O phasenverschoben. Dies ermöglicht eine Erkennung der Drehrichtung. Die beiden Sende- und Empfangselemente 6 und 7 können auch um ein ganzzahliges Vielfache einer halben Zonenbreite in Umfangsrichtung versetzt angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Sende-und Empfangselemente dann in der gleichen Axialebene liegen können, so daß die Zonen unterschiedlichen Reflexionsgrades axial kürzer ausgeführt werden können. Als Lichtsende- und Lichtempfangselemente können sogenannte Reflexlichtschranken verwendet werden.
Wie aus der Stirnansicht in Fig.2 zu erkennen ist, sind die Zonen unterschiedlichen Reflexionsgrades durch Einfräsungen am Läufer gebildet. Die tiefer liegenden Nuten sind mit einem dunklen Farbüberzug versehen und bilden somit die dunklen Zonen 3, wohingegen die Erhebungen die hellen Zonen 4 bilden. Anstelle der Einfräsungen kann an dem Umfang des Läufers 2 auch ein Band mit dunklen und hellen Farbbalken aufgeklebt werden.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Blockschaltbild ist mit 10 ein Impulswandler bezeichnet, dessen beiden Eingängen 11 und 12 die Ausgangssignale der beiden Empfangselemente zugeführt werden. Durch den Impulswandler 10 wird an jeder Flanke bzw. bei jedem Null-Durchgang der von den Empfangselementen eingehenden Ausgangssignale ein Nadelimpuls erzeugt. Diese Nadelimpulse werden über einen ersten Ausgang 13 des Impulswandlers 10 einem Frequenzspannungswandler 14 zugeführt, der die eingehenden Impulse in eine proportionale Spannung umsetzt. Der Ausgang 15 des Frequenzspannungswandlers liegt an dem Mittelkontakt 16 eines Umschalters 17. Der eine feste Kontakt 18 des Umschalters 17 ist direkt mit einer ersten Ausgangsklemme 19 verbunden. Der andere feste Kontakt 20 des Umschalters 17 ist mit dem Eingang eines Inverters 21 verbunden, dessen Ausgang zu einer zweiten Ausgangsklemme 22 führt.
Der Umschalter 17 wird von einer Einrichtung 23 zur Drehrichtungserkennung betätigt. Mit ihrem Eingang ist die Einrichtung 23 an einen zweiten Ausgang 24 des Impulswandlers 10 angeschlossen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Drehrichtung wird der Umschalter 17 durch die Einrichtung 23 zur Drehrichtungserkennung in die eine oder andere Schaltstellung geschaltet. Damit erscheint entweder an der ersten Ausgangsklemme 19 eine positive oder an der zweiten Ausgangsklemme 22 eine negative Spannung, die beispielsweise einem Drehzahlregler als Istwert zugeführt werden kann.
Es besteht auch die Möglichkeit die Ausgangssignale der Empfangselemente beispielsweise einem Zähler zuzuführen und das Ausgangssignal des Zählers als Anzeige für die Drehzahl zu verwenden.
7 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer elketrischen Maschine, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß am Umfang des Läufers (2) oder am Umfang eines mit dem Läufer rotierenden Teiles abwechselnd gleich große Zonen (3 und 4) mit hohem und niederem Reflexionsgrad vorgesehen sind und an einem feststehenden Träger (5) mindestens ein Lichtsende- und Lichtempfangselement (6 bzw. 7) in radialem Abstand zu den Zonen (3 und 4) angeordnet ist, daß ferner die Ausgangssignale des Empfangselementes einer Auswerteeinrichtung zugeführt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Lichtsende- und lichtempfangselemente (6 und 7) vorgesehen sind, wobei das eine Sende- und Empfangselement (6) in Umfangsrichtung um eine halbe Zonenbreite oder ein ganzzahliges Vielfache einer halben Zonenbreite gegenüber dem anderen Sende- und Empfangselement (7) versetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zonen (3 und 4) hohen und niederem Reflexionsgrades durch Einfräsungen gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einfräsungen mit einem dunklen Farbüberzug versehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zonen (3 und 4) hohen und niederen Reflexionsgrades durch ein abwechselnd mit dunklen und hellen Farbbalken versehenes Band gebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ausgangssignale der Empfangselemente einem Impulswandler (10) zugeführt sind, dessen Ausgangsimpulse mittels eines Frequenzspannungswandlers (14) in eine drehzahlproportionale Spannung umgeformt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung (23) zur Drehrichtungserkennung vorgesehen ist, durch die der Ausgang (15) des Frequenzspannungswandlers (14) mittels eines Schaltelementes (17) auf einen Inverter (21) umschaltbar ist.