DE3910498A1 - Tachogenerator mit rotorlagegeber fuer einen drehstrom-servo-motor mit drehzahlregelung und elektronischer kommutierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tachogenerator mit Rotorlage­ geber für einen Drehstrom-Servo-Motor mit Drehzahlregelung und elektronischer Kommutierung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bei einem solchen Motor ist im Stator eine dreiphasige Wicklung untergebracht, die durch einen Transistorwechselrich­ ter oder Verstärker versorgt wird. Der Motor besitzt keine Kohlenbürsten, da die Kommutierung elektronisch im Wechsel­ richter oder Verstärker vorgenommen wird. Dazu ist im rücksei­ tigen (B-seitigen) Lagerschild des Motors eine Rückführein­ heit angebracht, die aus einem bürstenlosen Tachogenerator und einem Rotorlagegeber besteht. Diese Rückführeinheit lie­ fert über den Rotorlagegeber dem Wechselrichter bzw. der vor­ geschalteten Elektronik die Umschaltinformation für die Motor­ wicklung sowie die Tachoauswertung.

Eine bekannte Rückführeinheit besteht aus einem zylindrischen Montagekörper, der am rückseitigen Lagerschild koaxial zur Motorwelle des Motors befestigbar ist. Dieser bekannte Mon­ tagekörper hat stirnseitig einen kleinen, vorspringenden Steg, über den er mit Hilfe von Schrauben an das Lagerschild in einer ermittelten Winkellage geklemmt wird. Eine solche Be­ festigung ist nur wenig stabil und durch Motorvibrationen be­ steht die Gefahr, daß sich eine solche Verschraubung zumin­ dest soweit löst, daß sich eine optimale Winkeleinstellung wieder verstellt.

Die bekannte Rückführeinheit enthält weiter ein ringförmiges Statorpaket des Tachogenerators, das konzentrisch im Montage­ körper befestigt ist. Als weiteres Teil des Tachogenerators ist ein Drehkörper vorgesehen, der mit der Motorwelle koaxial verbindbar ist und der einen zylindrischen, innerhalb des Statorpakets drehbaren Magneten enthält. Dadurch wird bei einer Drehung der Motorwelle dieser Magnet mit drehangetrie­ ben, wodurch im Statorpaket eine Spannung induziert wird, die ein Maß für die jeweilige Drehzahl darstellt. Diese Spannung wird der Steuer- bzw. Regelelektronik als Drehzahl-Ist-Signal zugeführt.

Zur Realisierung des Rotorlagegebers, d.h. eines Gebers, der die jeweilige Lage des Rotors im Motor wiedergibt und an die Elektronik ein entsprechendes Signal abgibt, sind drei Lage­ sensoren vorgesehen, die auf einem gemeinsamen Kreisbogen win­ kelversetzt liegen und bei einer Annährung bzw. beim Vorbei­ gang einer Fahne bzw. Schaufel jeweils ein Signal abgeben. Die gegenseitigen Winkellagen und Schaufellängen sind durch die Geometrie des Drehstrommotors bestimmt. Im Stand der Tech­ nik sind als Lagesensoren sowohl Hallsensoren als auch Opto­ koppler als Lichtschranken bekannt.

Als weiterer Bestandteil des Rotorlagegebers ist auf dem Dreh­ körper stirnseitig und koaxial ein Schaufelrad mit drei Schau­ feln befestigt, wobei die drei Schaufeln mit den Lagesensoren zusammenwirken, in der Weise, daß bei einer Drehung der Motor­ welle auch das Schaufelrad angetrieben wird und entsprechend dem Vorbeigang der Schaufeln an den Lagesensoren Signale an die angeschlossene Elektronik abgegeben werden.

Es ist ersichtlich, daß bei dieser Art von Drehstrom-Servo- Motor die Rückführeinrichtung über den Rotorlagegeber den je­ weiligen Istwert der Rotorlage an die Elektronik übermittelt, wodurch durch elektronisches Weiterschalten das Drehfeld für den Motor erzeugt wird. Der Motor funktioniert somit nur mit angebautem Rotorlagegeber. Zudem ist ersichtlich, daß die Um­ schaltung des Drehfeldes für einen optimalen Motorlauf an geo­ metrisch genau bestimmten Lagen des Rotors erfolgen muß, die vom Rotorlagegeber erfaßt werden sollen. Es ist daher erfor­ derlich, bei der Montage des Rotorlagegebers diesen in eine genau angepaßte Position gegenüber dem Rotor zu bringen. Die­ se Position ist bei der Montage mit Hilfe von Meßgeräten zu ermitteln und genau zu justieren. Dies wird dadurch ausge­ führt, daß der Montagekörper mit den darauf montierten Lage­ sensoren in seiner Winkellage am Lagerschild solange verdreht wird, bis eine optimale Koinzidenz zwischen der Umschaltung des Drehfelds und den Signalen aus dem Rotorlagegeber er­ reicht ist. Bei der Anordnung nach dem Stand der Technik be­ steht einerseits die Gefahr, daß die Verbindung zwischen der Rückführeinheit bzw. dem Montagekörper und dem Lagerschild so unzureichend ist, daß sich die Verbindung lockert und die optimale Einstellung verloren geht.

Bei der bekannten Rückführeinheit ist das Statorpaket des Tachogenerators im Montagekörper eingesetzt und dort durch Verstemmen befestigt, so daß es fest und unlösbar mit dem Mon­ tagekörper verbunden ist. Wenn nunmehr für die Einstellung des Rotorlagegebers in der vorbeschriebenen Weise der Montage­ körper verdreht wird, dreht sich zwangsläufig auch das Stator­ paket mit. Diese feste Verbindung hat sich hinsichtlich einer Optimierung des Motors als unbefriedigend erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Tachogenera­ tor mit Rotorlagegeber als Rückführeinheit für einen Dreh­ strom-Servo-Motor mit Drehzahlregelung und elektronischer Kommutierung gemäß dem Stand der Technik so weiterzubilden, daß einerseits ein fester und stabiler Aufbau geschaffen wird und andererseits eine weitere Optimierung des Motors möglich wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist der Montagekörper lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar mit dem Lagerschild verbunden, wobei zusätzlich auch das Statorpaket lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar mit dem Montagekörper verbunden ist. Mit diesen Merkmalen wird er­ reicht, daß einerseits die Lage der Lagesensoren bzw. des Rotorlagegebers optimierbar ist und zusätzlich und unabhängig von dieser Lageoptimierung auch das Statorpaket in seiner Win­ kellage einstellbar und optimierbar ist. Dies ist wesentlich, da das Tachosignal sowohl in die Drehzahlregelung als auch in die Steuerung für das Drehfeld eingeht. Durch entsprechende Verdrehung und Justierung des Statorpakets ist daher eine wei­ tere Optimierung des Motors möglich, die bei einem zusammen fixierten Aufbau von Montagekörper und Statorpaket nicht durchführbar ist.

Eine besonders stabile und leicht einstellbare Verbindung des Montagekörpers am Lagerschild wird nach Anspruch 2 dadurch er­ reicht, daß am Montagekörper ein stirnseitiger, seitlich ab­ stehender Kragen als Flanschring angeformt ist, der in Rich­ tung eines Lochkreises verlaufende Langlöcher enthält. Mit Hilfe von Schrauben ist dadurch in einer bei der Montage als optimal ermittelten Lage der Montagekörper innerhalb be­ stimmter, durch die Langlöcher vorgegebener Winkelbereiche be­ festigbar. Die Verbindung ist im festgeschraubten Zustand er­ sichtlich fest, so daß eine Verstellung der gefundenen Opti­ mierung nicht zu befürchten ist. Zudem ergibt sich mit dieser Anordnung eine einfache Montage und Optimierung, da der Mon­ tagekörper über die Langlöcher auch bei noch nicht festgezoge­ nen Schrauben bereits am Lagerschild hält und zur Justierung vor dem endgültigen Festschrauben noch verdreht werden kann.

Anspruch 3 gibt eine bevorzugte Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung und Befestigung des Statorpakets wieder. Dazu ist das ringförmige, zylindrische Statorpaket in einen ent­ sprechenden, paßgenauen Ringraum am Montagekörper von der mo­ torabgewandten Seite her eingesetzt und stützt sich an seinem axial vorgegebenen Ort in Einsetzrichtung gegen wenigstens einen Anschlag ab. In diesem Zustand ist das Statorpaket be­ reits paßgenau zentriert, aber noch gegenüber dem Montagekör­ per verdrehbar und an eine Rotorstellung anpaßbar und opti­ mierbar. Die Befestigung erfolgt durch Schraubverbindungen, die neben und radial außerhalb des Statoraußenumfangs in Axialrichtung liegen, wobei die jeweiligen Schraubenköpfe direkt den stirnseitigen Rand des Statorpakets übergreifen oder größere Beilagscheiben oder Laschen vorgesehen sind. Auch hier können diese Verschraubungen bereits vor der Justie­ rung eingeschraubt werden, wodurch das Statorpaket gehalten ist aber noch verdreht werden kann. Dies ist eine Montage­ hilfe und erst nach der genauen Einstellung werden die Ver­ schraubungen festgezogen.

Nach Anspruch 4 ist es lediglich erforderlich, daß das zylin­ drische Statorpaket an seinem Außenumfang koaxial fixiert ist, so daß die Wände des dafür vorgesehenen Ringraums auch Kreisbogenstücke oder Vorsprünge auf einem Kreisbogen sein können. Dies kann vorteilhaft dazu benützt werden, daß zwi­ schen den Kreisbogenstücken nach Anspruch 5 die Lagesensoren angebracht sein können, die damit in Radialrichtung nahe am Statorpaket liegen. Damit kann der Durchmesser der Einheit insgesamt kompakt gehalten werden.

Nach Anspruch 6 können zweckmäßig als Lagesenoren an sich be­ kannte Hallsensoren verwendet werden, die gabelförmig mit einer U-förmigen Öffnung zur Rückseite der Einheit hinweisen, wobei diese Öffnung zum Durchtritt der Schaufeln geeignet ist. Vorteilhaft können nach Anspruch 7 auch plattenförmige Hallsensoren verwendet werden, die insgesamt kleiner sind und somit zu einem kompakteren Aufbau der Einheit beitragen können.

Eine weitere Einstellmöglichkeit und Optimierungsmöglichkeit für den Motor wird mit den Merkmalen des Anspruchs 8 dadurch eröffnet, daß das Schaufelrad mit dem Drehkörper lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar verbunden ist. Vorteilhaft wird diese Einstellmöglichkeit dadurch reali­ siert, daß nach Anspruch 9 das Schaufelrad über wenigstens drei auf dem gleichen Lochkreis liegende Schraubverbindungen mit dem Drehkörper verbunden ist und das Schaufelrad auf dem Lochkreis Langlöcher für eine Winkeleinstellung enthält.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit wei­ teren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht in Axialrichtung auf einen Tachogene­ rator mit Rotorlagegeber mit Drehstrom-Servo-Motor,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Tachogenerator mit Rotor­ lagegeber gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-A,

Fig. 3 eine Draufsicht entsprechend der Fig. 1 mit abgenomme­ nem Drehkörper und abgenommenem Schaufelrad.

Der Tachogenerator mit Rotorlagegeber besteht aus einem zylin­ drischen Montagekörper 1, einem darin gehaltenen, ringförmi­ gen Statorpaket 2, drei Hallsensoren 3, 4, 5 als Lagesensoren und einem Drehkörper 6, der einen zylindrischen, innerhalb des Statorpakets 2 drehbaren Dauermagneten 7 und ein äußeres Schaufelrad 8 aufweist.

Der zylindrische Montagekörper weist einen stirnseitigen Kragen auf, der als Flanschring 9 angeformt ist, mit dem der Montagekörper 1 an einem nicht dargestellten Lagerschild eines Drehstrom-Servo-Motors anliegt. Der Flanschring 9 hat drei winkelversetzte Langlöcher 10, 11, 12 zur Aufnahme von Verschraubungen, wobei eine Einstellung in Drehrichtung über die Langlöcher 10, 11, 12 möglich ist.

Durch ein Kreisbogenstück 13 und zwei weitere Erhebungen 14, 15 auf demselben Kreisbogen ist ein Drehraum dargestellt, in den das zylindrische Statorpaket 2 paßgenau eingesetzt ist. Das Statorpaket 2 stützt sich dabei auf einem Anschlag 16 ab. Das Statorpaket 2 ist durch drei am Umfang versetzte Ver­ schraubungen 17, 18, 19 gehalten, die das Statorpaket von der Seite her mit Beilagscheiben übergreifen und gegen den Anschlag 16 pressen. Für eine optimierte Einstellung ist das Statorpaket vor dem Festziehen der Schrauben 17, 18, 19 in Drehrichtung im Ringraum verdrehbar.

Das Statorpaket 2 ist in an sich bekannter Weise ringförmig mit einer Vielzahl von Lamellen 20 aufgebaut, zwischen denen sich Wicklungen befinden.

Der Dauermagnet 7, der am Drehkörper 6 befestigt ist, liegt drehbar innerhalb eines zylindrischen Raumes des Statorpakets 2. Das Statorpaket 2 und der drehbare Dauermagnet 7 bilden den Tachogenerator, der entsprechend einer bestimmten Dreh­ zahl eine zugeordnete Spannung aufbringt. Diese Spannung wird über ein Kabel 21 einer Regel- und Steuerelektronik zuge­ führt.

Am Montagekörper 1 sind in einer winkelversetzten Lage drei Hallsensoren 3, 4, 5, wie in Fig. 3 dargestellt, angeordnet. Diese liefern die für die Steuerung erforderliche Signalfol­ ge. Die Hallsensoren 3, 4, 5 haben eine nach hinten offene, U-förmige Gestalt und sind fest mit dem Montagekörper 1 ver­ schraubt.

Durch den U-Bereich der Hallsensoren 3, 4, 5 werden Schaufeln 22, 23, 24 des Schaufelrades 8 bewegt, wobei die Schaufeln 22, 23, 24 jeweils in einem Winkel von 120° versetzt angeord­ net sind. Das Schaufelrad 8 ist von der Rückseite her auf den Drehkörper 6 mit Hilfe dreier Schrauben 25, 26 und 27 aufge­ schraubt. Diese Schrauben 25, 26, 27 liegen auf einem gemein­ samen Lochkreis 28 und zum Durchtritt dieser Schrauben sind am Schaufelrad 8 Langlöcher 29, 30, 31 vorgesehen. Durch die­ se Langlöcheranordnung kann das Schaufelrad 8 im Bereich der Langlöcher 29, 30, 31 gegenüber dem Drehkörper 6 in Drehrich­ tung eingestellt werden.

Die Hallsensoren 3, 4, 5 und das Schaufelrad 8 mit seinen drei Schaufeln 22, 23, 24 bilden den Rotorlagegeber. Bei jedem Schaufeldurchgang durch den U-Bereich eines Hallsensors wird ein Signal erzeugt, wobei daraus von der Steuerelektro­ nik die jeweilige Lage des Rotors zur Weiterschaltung des Drehfeldes ermittelt wird.

Mit der aufgezeigten Anordnung ist es möglich, die Ein­ stellung sowohl des Tachogenerators als auch des Rotorlage­ gebers in bezug auf den Motor zu optimieren. Weiter ist der Aufbau insgesamt kompakt und montagefreundlich.

Claims (9)

1. Tachogenerator mit Rotorlagegeber für einen Drehstrom- Servo-Motor mit Drehzahlregelung und elektronischer Kommu­ tierung
mit einem zylindrischen Montagekörper (1), der am rücksei­ tigen Lagerschild koaxial zur Motorwelle des Motors be­ festigbar ist,
mit einem ringförmigen Statorpaket (2) des Tachogenera­ tors, das konzentrisch im Montagekörper (1) befestigt ist,
mit einem Drehkörper (6), der mit der Motorwelle koaxial verbindbar ist und der als weiteres Teil des Tachogenera­ tors einen zylindrischen, innerhalb des Statorpakets (2) drehbaren Magneten (7) enthält, wodurch bei einer Drehung der Motorwelle eine einer bestimmten Drehzahl zugeordnete Spannung vom Tachogenerator abgegeben wird,
mit drei Lagesensoren (3, 4, 5) als Bestandteile des Rotor­ lagegebers für den Rotor des Motors, wobei die drei Lage­ sensoren (3, 4, 5) auf einem gemeinsamen gleichen Kreisbo­ gen winkelversetzt liegen und bei Annäherung bzw. beim Vor­ beigang einer Fahne bzw. Schaufel (22, 23, 24) ein Signal abgeben,
mit einem Schaufelrad (8), das stirnseitig und koaxial am Drehkörper (6) befestigt ist mit drei Schaufeln (22, 23, 24), die im Bereich der Lagesensoren (3, 4, 5) angebracht sind und bei einer Drehung des Drehkörpers (6) an diesen zur Erzeugung jeweils eines Signals vorbeibewegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Montagekörper (1) lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar mit dem Lagerschild verbun­ den ist und
daß das Statorpaket (2) lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar mit dem Montagekörper (1) verbunden ist.

2. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die lösbare und einstellbare Ver­ bindung des Montagekörpers (1) am Lagerschild am Montage­ körper ein stirnseitiger Kragen als Flanschring (9) ange­ formt ist, der in Richtung des Kreisbogens verlaufende Langlöcher (10, 11, 12) enthält, die in Bereichen von zuge­ ordneten Gewindebohrungen am Lagerschild liegen und durch die mit entsprechenden Schrauben der Montagekörper (1) in einer ermittelten, optimierten Lage befestigbar ist.

3. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige, zylindrische Statorpaket (2) in einen entsprechenden, paßgenauen Ring­ raum (Kreisbogenstück 13) am Montagekörper (1) von der motorabgewandten Seite her einsetzbar ist und sich an seinem axial vorgegebenen Ort in Einsetzrichtung gegen wenigstens einen Anschlag (16) abstützt, in diesem Zustand bereits paßgenau zentriert ist, dabei aber noch verdrehbar für eine Anpassung an die Rotorstellung des Motors ver­ bleibt, daß neben und radial außerhalb des Statoraußenumfangs von der motorabgewandten Seite her in Axialrichtung verlaufen­ de Gewindebohrungen am Montagekörper (1) angebracht sind, in die Schrauben (17, 18, 19) zur Fixierung des Statorpa­ kets (2) gegenüber dem Montagekörper (1) einschraubbar sind, wobei der jeweilige Schraubenkopf direkt den stirn­ seitigen Rand des Statorpakets (2) übergreift oder ent­ sprechende größere Beilagscheiben oder Laschen vorgesehen sind.

4. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Ringraums Kreisbogen­ stücke (13) sind.

5. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kreisbogenstücken (13) der Wände des Ringraums die Lagesensoren (3, 4, 5) in Radial­ richtung nahe am Statorpaket (2) angeordnet sind.

6. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagesensoren Hall­ sensoren (3, 4, 5) sind, die je eine U-förmige Öffnung auf­ weisen, die zum Durchtritt der Schaufeln (22, 23, 24) ge­ eignet ist und die zur Rückseite hin, d.h. entgegen der Lage des Motors hin offen ist und das Schaufelrad (8) ent­ sprechend in Axialrichtung abgebogene Schaufeln (22, 23, 24) besitzt.

7. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagesensoren plattenförmige Hallsensoren sind.

8. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (8) mit dem Drehkörper (6) lösbar und über einen bestimmten Winkellagebereich einstellbar verbunden ist.

9. Tachogenerator mit Rotorlagegeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (8) über wenigstens drei auf dem gleichen Lochkreis liegende Schraubverbindun­ gen (25, 26, 27) mit dem Drehkörper verbunden ist und das Schaufelrad (8) auf dem Lochkreis (28) Langlöcher (29, 30, 31) für eine Winkeleinstellung enthält.