DE4108630A1 - Tachogenerator - Google Patents
TachogeneratorInfo
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/46—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage
- G01P3/465—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage by using dynamo-electro tachometers or electric generator
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tachogenerator, insbesondere
einen bürstenlosen Tachogenerator, mit einem permanent
magnetisierten Rotor und einem genuteten Stator, der eine
zumindest 2-phasige Wechselstromwicklung bzw. eine
Drehstromwicklung aufweist, deren Wicklungen mit zur
Rotorachse etwa radialen Wickelachsen in den Statornuten
angeordnet sind.
Derartige Tachogeneratoren sind allgemein bekannt und
üblich. Der an der Wechselstromwicklung abgreifbare
Wechselstrom wird üblicherweise in einer nachgeschalteten
Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, an deren Ausgängen
dann eine elektrische Gleichspannung bzw. ein elektrischer
Gleichstrom mit einem entsprechend der Drehgeschwindigkeit
des Rotors variierendem Pegel abgreifbar sind.
Um zu erreichen, daß die erzeugte elektrische Gleichspannung
bzw. der erzeugte elektrische Gleichstrom hinreichend frei
von Pulsationen sind, muß die Gleichrichterschaltung mit
Elementen zur Glättung der elektrischen Gleichspannung bzw.
des elektrischen Gleichstromes versehen sein. Dies ist jedoch
gleichbedeutend damit, daß der Pegel der geglätteten Gleich
spannung bzw. des geglätteten Gleichstromes sich nur noch
analog einem zeitlichen Mittelwert der Drehgeschwindigkeitsänderung
des Rotors zu ändern vermag. Dementsprechend lassen sich
sehr kurzzeitige Änderungen der Drehgeschwindigkeit nicht
oder nur höchst ungenau verfolgen. Insbesondere ist es
praktisch nicht möglich, ein hinreichend genaues Signal
entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erzeugen,
wenn sich der Rotor nur während eines kurzen Zeitintervalles
bewegt, wie es beispielsweise bei einer kurzen Stellbewegung
eines dem Tachogenerator gegebenenfalls zugeordneten Stell
antriebes der Fall sein kann.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Tachogenerator
zu schaffen, mit dem sich Ausgangssignale erzeugen lassen,
die auch kurzzeitige Änderungen der Drehgeschwindigkeit
des Rotors mit hoher Genauigkeit wiedergeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Tachogenerator der eingangs
angegebenen Art dadurch gelöst, daß jede Phase der Wechsel
strom- bzw. Drehstromwicklung aus mindestens einer Wicklungs
gruppe besteht, deren Wicklungen gemeinsam einen Umfangs
sektor des Stators überdecken und elektrisch in Reihe
geschaltet sind, wobei die Wicklungen jeder Wicklungsgruppe
zumindest teilweise bezüglich Windungszahl und/oder Quer
schnitt unterschiedlich bemessen und/oder elektrisch mit
unterschiedlichem Richtungssinn geschaltet sind, derart,
daß die beim Vorbeilauf eines Rotorpoles an der Wicklungs
gruppe abgreifbare elektrische Spannung bzw. Stromstärke
bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Rotors über
einen großen Drehwinkel angenähert konstant bzw. zwischen
vorgebbaren benachbarten Schwellwerten bleibt.
Durch die wechselnde Poleinteilung des Rotormagneten entsteht
hierbei eine angenähert trapezförmige Wechselspannung.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die im
Verlauf eines Rotorpoles unterschiedliche Feldstärke des von
einem Rotorpol ausgehenden Magnetfeldes dadurch zu kompen
sieren, daß durch entsprechende Ausbildung bzw. Anordnung
der Wicklungen der Wicklungsgruppe eine annähernd konstante
Summe der an den Wicklungen der Wicklungsgruppe abgreifbaren
elektrischen Spannungen bzw. Stromstärken erzielt wird.
Auf diese Weise läßt sich in jeder Wicklungsgruppe eine
elektrische Spannung bzw. Stromstärke induzieren, deren
Pegel bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Rotors
einen annähernd trapezförmigen Verlauf hat. Hierbei kann
der Bereich mit dem bei konstanter Drehgeschwindigkeit des
Rotors gleichbleibenden Pegel über einen großen Winkel
bereich der Drehbewegung des Rotors erstreckt sein, derart,
daß sich die Bereiche mit den bei konstanter Drehgeschwindig
keit des Rotors gleichbleibenden Pegeln der verschiedenen
Phasen der Wechselstromwicklung zeitlich überlappen. Dann
können mit Hilfe elektronischer Mittel, die in Abhängigkeit
von der Drehstellung des Rotors geschaltet werden, aneinan
der anschließende Abschnitte der in den verschiedenen Phasen
der Wechselstromwicklung induzierten elektrischen Spannungen
bzw. Stromstärken mit bei konstanter Drehgeschwindigkeit des
Rotors gleichbleibenden Pegeln "herausgeschnitten" werden
und das Ausgangssignal des Tachogenerators bilden.
Im Falle einer Drehstromwicklung haben die Bereiche der
in einer Phase dieser Wicklung induzierten elektrischen
Spannung bzw. Stromstärke mit bei konstanter Drehgeschwin
digkeit des Rotors gleichbleibendem Pegel vorzugsweise
eine Länge von mehr als 60° elektrisch. Im Falle einer
2-phasigen Wechselstromwicklung beträgt dieser Wert mehr
als 90° elektrisch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Wicklungsgruppen der verschiedenen
Phasen der Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklung so angeord
net sind, daß alle Zähne des Stators zwischen den Stator
nuten jeweils mit gleichen Gesamtwindungszahlen belegt sind.
Damit sind die Windungen der Wechselstrom- bzw. Drehstrom
wicklung gleichmäßig auf den Stator verteilt. Lediglich die
Aufteilung der Windungen auf die unterschiedlichen Phasen
ist an unterschiedlichen Statorzähnen verschieden. Die Summe
aller auf einem Statorzahn übereinander liegenden Wicklungen
aller Phasen ist also für alle Statorzähne gleich.
Im übrigen gehen vorteilhafte Merkmale der Erfindung aus den
Ansprüchen sowie der nachfolgenden Erläuterung einer in der
Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsform hervor.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Stirnansicht eines
erfindungsgemäßen Tachogenerators und
Fig. 2 den Verlauf der in den Wicklungsgruppen
induzierten elektrischen Spannung bei
gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des
Rotors.
Der in Fig. 1 dargestellte Tachogenerator besitzt einen
Rotor 1 mit zwei Polpaaren, deren magnetische Nord- bzw.
Südpole mit N bzw. S bezeichnet sind. Der Rotor 1 ist
innerhalb eines genuteten Stators 2 drehgelagert, dessen
Nuten im dargestellten Beispiel zwölf Statorzähne voneinan
der abteilen. Auf den Statorzähnen bzw. in den Statornuten
ist in grundsätzlich bekannter Weise eine dreiphasige
Wicklung 3 angeordnet.
Jede Phase der Wicklung 3 besitzt vier Wicklungsgruppen,
deren Windungen auf jeweils drei in Umfangsrichtung des
Rotors 1 aufeinanderfolgende Statorzähne verteilt sind,
wobei die Windungen jeweils drei elektrisch in Reihe
geschaltete Spulen bilden.
Im dargestellten Beispiel besitzt die eine Phase eine
erste Wicklungsgruppe mit den Spulen n1,1, n*1,1 und n1,1.
Darauf folgen in Umfangsrichtung die Spulen n1,2, n*1,2
und n1,2 einer zweiten Wicklungsgruppe dieser Phase usw.
bis zur Wicklungsgruppe mit den Spulen n1,4, n*1,4 und
n1,4. In entsprechener Weise sind für die weiteren Phasen
Wicklungsgruppen in Umfangsrichtung des Stators 2 versetzt
angeordnet, d. h. die zweite Phase besitzt insgesamt wiederum
vier Wicklungsgruppen mit den Spulen n2,1, n*2,1 . . . n2,4.
Die dritte Phase wird dann durch vier Wicklungsgruppen mit den
Spulen n3,1, n*3,1, . . . n3,4 gebildet. Die Spule n einerseits
und n* andererseits haben jeweils unter sich unabhängig von
den Indizes gleiche Windungszahlen, wobei die Windungszahl
der Spulen n größer ist als der Spulen n*.
Da die Phasen der Wicklung gegeneinander in Umfangsrichtung
um 60° elektrisch versetzt angeordnet sind, ist die Gesamt
windungszahl der jeweils auf einem Statorzahn angeordneten
Spulen überall gleich.
Wenn nun die Windungszahlen der Spulen der Wicklungsgruppen
einerseits und die Form der permanenten Magnetisierung der
Polpaare des Rotors 1 andererseits gut aufeinander abgestimmt
sind, so hat die in den Wicklungsgruppen induzierte Spannung
bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Rotors
den in Fig. 2 dargestellten Verlauf. Dabei ist auf der
Ordinate die induzierte elektrische Spannung U aufgetragen,
während auf der Abszisse der Drehwinkel des Rotors 1 aufge
tragen ist.
Mit durchgezogenen Linien ist der Verlauf derjenigen
elektrischen Spannung aufgezeichnet, die in der Wicklungsgruppe
mit den Spulen n1,1, n*1,1 und n1,1 induziert wird.
Die strichlierte Kuve bezieht sich auf die Wicklungsgruppe
mit den Spulen n2,1, n*2,1 und n2,1. Die punktierte Kurve
betrifft die Wicklungsgruppe mit den Spulen n3,1, n*3,1 und
n3,1.
In der Regel ist der Tachogenerator mit einer aktiven
Gleichrichterschaltung versehen, so daß die negativen
Halbwellen in Fig. 2 "umgeklappt" und jeweils ebenfalls
im ersten Quadranten des Koordinatensystems der Fig. 2
liegen müssen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde
von einer entsprechenden Darstellung hier abgesehen.
Für die Erfindung charakteristisch und bemerkenswert ist,
daß bei konstanter Rotordrehgeschwindigkeit jeweils
Halbwellen auftreten, bei denen die induzierte Spannung U
innerhalb eines sehr großen Winkelbereiches der Drehbewegung
des Rotors 1 annähernd konstant bleibt, wobei die Größe der
Spannung U nur von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 1
abhängt. Dabei überlappen sich die Bereiche mit bei konstanter
Drehgeschwindigkeit des Rotors gleichbleibender Spannung U
der einzelnen Phasen der Wicklung. Damit besteht die Möglich
keit, optimale Teile dieser Bereiche elektronisch "heraus
zuschneiden", derart, daß bei konstanter Drehgeschwindigkeit
des Rotors die herausgeschnittenen Teile des Rotors zu einer
praktisch konstanten Gleichspannung zusammengesetzt werden
können. Da die herausgeschnittenen Segmente eine gute
Gleichstrom- bzw. Gleichspannungscharakteristik haben,
kann hier auf glättende Maßnahmen verzichtet werden.
Die vom Tachogenerator erzeugte Gleichspannung wird also
im Ergebnis in einem ersten Winkelbereich von der einen
Phase der Wicklung 3, in einem zweiten Winkelbereich von
einer zweiten Phase der Wicklung und in einem dritten Winkel
bereich von einer dritten Phase der Wicklung 3 erzeugt.
Um dieses "Herausschneiden" zu ermöglichen, sind
an Statornuten drei Hallgeneratoren 4 im Luftspalt
zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 (vgl. Fig. 1)
angeordnet, um jeweils in charakteristischen Lagen
des Rotors 1 Signale erzeugen zu können, die dann zur
Steuerung einer an die Wicklung 3 angeschlossenen
Auswerteschaltung dienen.
Grundsätzlich können auch andere Lagegeber verwendet
werden, um die jeweilige Stellung des Rotors 1 ermitteln
zu können. Die Hallelemente 4 zeichnen sich jedoch durch
gute Zuverlässigkeit und geringes Bauvolumen aus. Die
Hallelemente können auch anders angeordnet sein, z. B.
auf den Zähnen bzw. Polschuhen des Stators.
Claims (10)
1. Tachogenerator, insbesondere bürstenloser Tachogenerator,
mit einem permanentmagnetisierten Rotor und einem
genuteten Stator, der eine zumindest 2-phasige Wechsel
stromwicklung bzw. eine Drehstromwicklung aufweist,
deren Wicklungen mit zur Rotorachse etwa radialen Wickel
achsen in den Statornuten angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Phase der Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklung
(3) aus mindestens einer Wicklungsgruppe (n1,1, n*1,1,
n1,1 usw.) besteht, deren Wicklungen gemeinsam einen
Umfangssektor des Stators (2) überdecken und elektrisch
in Reihe geschaltet sind, wobei die Wicklungen jeder
Wicklungsgruppe zumindest teilweise bezüglich Windungs
zahl und/oder Querschnitt unterschiedlich bemessen
und/oder elektrisch mit unterschiedlichem Richtungssinn
geschaltet sind, derart, daß die beim Vorbeilauf eines
Rotorpoles an der jeweiligen Wicklungsgruppe abgreifbare
elektrische Spannung bzw. Stromstärke bei gleichbleibender
Drehgeschwindigkeit des Rotors über einen großen Dreh
winkel angenähert konstant bzw. zwischen vorgebbaren
benachbarten Schwellwerten bleibt.
2. Tachogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der genannte Drehwinkel größer ist als 1/n 180°
elektrisch, wobei n die Zahl der Phasen der Wechselstrom-
bzw. Drehstromwicklung bezeichnet.
3. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Wicklungsgruppen
jeder Phase der Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklung der
Polzahl des Rotors entspricht.
4. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsgruppe einer
Phase innerhalb eines Sektors mit einer Bogenlänge von
angeordnet ist, wobei p die Polzahl des Rotors
bezeichnet.
5. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsgruppe einer
Phase aus mindestens drei in Umfangsrichtung des Stators
benachbarten Wicklungen bzw. Spulen mit etwa gleichen
Querschnitten und unterschiedlichen, jedoch bezüglich
der Umfangsmitte des zugehörigen Sektors symmetrisch
verteilten Windungszahlen besteht.
6. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsgruppen der
verschiedenen Phasen der Wechselstrom- bzw. Drehstrom
wicklung so angeordnet sind, daß alle Zähne zwischen
den Statornuten jeweils mit gleichen Gesamtwindungszahlen
über alle Phasen belegt sind.
7. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der von einer Wicklungsgruppe
eingenommene Sektor am Stator in Umfangsrichtung etwa
gleiche Breite wie jeweils ein Rotorpol hat.
8. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsgruppe
aus mindestens drei Spulen besteht.
9. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch eine Gleichrichter- bzw.
Steuerschaltung, über die die Ausgänge des Tacho
generators in Abhängigkeit von der Rotorstellung
mit jeweils einer der Phasen der Wechsel- bzw.
Drehstromwicklung elektrisch während aneinander
anschließender Zeitintervalle verbunden werden,
in welchen an der jeweiligen Phase bei gleichbleibender
Drehgeschwindigkeit des Rotors die annähernd konstante
elektrische Spannung bzw. Stromstärke abzweigbar ist.
10. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß als Lagegeber für den
Rotor Hallelemente im Luftspalt zwischen Rotor und
Stator zur Steuerung der Umschaltung der Ausgänge des
Tachogenerators auf die verschiedenen Phasen der
Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklung angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914108630 DE4108630C2 (de) | 1991-03-16 | 1991-03-16 | Tachogenerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914108630 DE4108630C2 (de) | 1991-03-16 | 1991-03-16 | Tachogenerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4108630A1 true DE4108630A1 (de) | 1992-09-17 |
DE4108630C2 DE4108630C2 (de) | 1996-01-25 |
Family
ID=6427478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914108630 Expired - Fee Related DE4108630C2 (de) | 1991-03-16 | 1991-03-16 | Tachogenerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4108630C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111521839A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多对极磁钢及辅助定子绕组测速磁电编码器 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0060894A1 (de) * | 1980-09-25 | 1982-09-29 | Fanuc Ltd. | Berührungsloser geschwindigkeitsfühler vom gleichstrom-generatortyp |
DE3331002A1 (de) * | 1983-08-27 | 1985-03-14 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Elektrische maschine |
DE8515863U1 (de) * | 1985-05-30 | 1986-11-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Kollektorloser Tachogenerator |
-
1991
- 1991-03-16 DE DE19914108630 patent/DE4108630C2/de not_active Expired - Fee Related
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CN111521839A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多对极磁钢及辅助定子绕组测速磁电编码器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4108630C2 (de) | 1996-01-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEI-AREG GMBH, 74376 GEMMRIGHEIM, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |