DE4324622A1 - Device for detecting the rotary movement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehbewegung eines in Drehung versetzbaren Körpers, insbeson dere zum Erfassen der Drehbewegung des Rotors eines Elektro motors, mittels eines Sensors, der auf die Veränderung eines Magnetfeldes anspricht, wobei der Sensor ortsfest im Motorge häuse angeordnet ist.The invention relates to a device for detecting the Rotational movement of a body that can be rotated, in particular the other for detecting the rotary movement of the rotor of an electric motors, by means of a sensor that is sensitive to the change of a Magnetic field responds, the sensor being stationary in the motor is arranged.
Elektromotoren werden in vielfacher Hinsicht genutzt, z. B. um Stellantriebe zu verwirklichen. Dazu ist es notwendig, entwe der die Drehzahl oder aber den Drehwinkel des Motors zu er fassen. Nur mit Hilfe der Erfassung der Drehbewegung des Mo tors ist es nämlich möglich, das zu stellende Teil in eine definierte Position zu bringen. Zwar kann die Messung der Po sition am zum stellenden Teil selbst erfolgen. Dies ist aber in vielen Fällen nicht möglich, so daß schon vorgeschlagen wurde, die Drehbewegung des Elektromotors selbst zu erfassen.Electric motors are used in many ways, e.g. B. um To realize actuators. For this it is necessary to either which is the speed or the angle of rotation of the motor grasp. Only with the help of the detection of the rotational movement of the Mo tors it is namely possible to put the part to be placed in one bring defined position. Although the measurement of the Po sition on the part to be provided. But this is in many cases not possible, so that already suggested was to detect the rotary motion of the electric motor itself.
In der DE 88 11 966 U1 ist daher ein elektromotorischer An trieb beschrieben, der eine Vorrichtung vorsieht, mit dem die Drehbewegung des Rotors erfaßt werden kann. Dazu sind im Elektromotorgehäuse zwei Hallsensoren vorgesehen, die auf der Bürstenhalterplatte befestigt sind. Auf der Rotorwelle befin det sich ein magnetisches Polrad mit zwei entgegengesetzten magnetischen Polen. Das Polrad dreht sich mit der Rotorwelle, so daß je nach Stellung der Rotorwelle entweder der Nord- oder der Südpol in einem der Hallsensoren wirksam wird. In DE 88 11 966 U1 there is therefore an electromotive type described drive, which provides a device with which the Rotary movement of the rotor can be detected. These are in Electric motor housing two Hall sensors provided on the Brush holder plate are attached. Located on the rotor shaft there is a magnetic pole wheel with two opposite ones magnetic poles. The magnet wheel rotates with the rotor shaft, so that depending on the position of the rotor shaft either the North or the south pole in one of the Hall sensors is effective.
Die entsprechende Änderung im wirksamen Magnetfeld kann in bekannter Weise vom Hallsensor erfaßt werden und als Signal an eine Auswerteelektronik geliefert werden.The corresponding change in the effective magnetic field can be found in known to be detected by the Hall sensor and as a signal can be supplied to evaluation electronics.
Diese Anordnung hat verschiedene Nachteile. Ein magnetisches Polrad mit zwei Polen kann letztlich nur zwei Stellungen der Rotorwelle erfassen. Falls die Winkellage des Rotors genauer erfaßt werden muß, sind mehrere Magnete auf der Rotorwelle anzuordnen. Dies ist nur mit großem Aufwand zu erreichen.This arrangement has several disadvantages. A magnetic one Polrad with two poles can ultimately only two positions Detect rotor shaft. If the angular position of the rotor is more accurate must be detected, there are several magnets on the rotor shaft to arrange. This can only be achieved with great effort.
Des weiteren sind die Hallsensoren nach der Ausführung im Stand der Technik integraler Bestandteil des Elektromotors und können nur durch Öffnen des Elektromotors und einer wei teren Demontage ausgewechselt werden.Furthermore, the Hall sensors are in the State of the art integral part of the electric motor and can only be opened by opening the electric motor and a white further disassembly.
Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl insbesondere eines Elektromotors zu verwirklichen, die einfach aufgebaut ist, deren Winkelauflö sung leicht geändert werden kann und die wartungsfreundlich ist.The invention is therefore based on the object of a device to detect the speed, in particular of an electric motor realize that is simple, whose angular resolution solution can be easily changed and is easy to maintain is.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Sensor sich in einem Magnetfeld eines ebenfalls ortsfesten Magneten befindet, und daß der Körper, dessen Drehbewegung erfaßt wer den soll, zumindest in Teilbereichen aus magnetisierbarem Ma terial hergestellt ist, wobei die Teilbereiche dort vorgese hen sind, wo sie durch die Drehbewegung des Körpers in den Meßbereich des Sensors geführt werden.To solve the problem it is proposed that the sensor in a magnetic field of a magnet that is also stationary and that the body whose rotational movement is detected that should, at least in some areas made of magnetizable material material is made, the sub-areas vorese there hen, where they are in the Range of the sensor.
Grundsätzlich kann der Körper auch vollständig aus magneti sierbarem Material bestehen, wobei er aber eine Geometrie aufweist, deren Projektion in die Meßebene des Sensors sich bei der Drehung des Körpers ändert. Im einfachsten Fall be steht er aus einer Scheibe aus Stahl oder Blech, die in dem Bereich, der durch den Meßbereich des Sensors geführt wird, mit Durchbrüchen versehen ist.Basically, the body can also be made entirely of magneti sizable material exist, but it has a geometry has, the projection in the measuring plane of the sensor itself changes when the body rotates. In the simplest case be it consists of a disc made of steel or sheet metal, which in the Area that is passed through the measuring range of the sensor, is provided with breakthroughs.
Zum Erfassen der Drehbewegung der Rotorwelle eines Elektromo tors wird die Scheibe derart mit der Rotorwelle verbunden, daß die Rotationsachse der Scheibe koaxial zur Rotationsachse des Rotors ausgebildet ist.For detecting the rotary movement of the rotor shaft of an Elektromo the disk is connected to the rotor shaft in such a way that the axis of rotation of the disc coaxial with the axis of rotation of the rotor is formed.
Die Scheibe wird zwischen dem Rotor bzw. einem Kollektor ei nerseits und einem ortsfesten Rotorlager des Elektromotors andererseits angeordnet. Dies hat zur Folge, daß die Scheibe Schmiermittel, das sich vom Lager löst, abhält, so daß es sich nicht im Innenbereich des Motorgehäuses verteilen kann (Schleuderscheibeneffekt). Auf diese Weise wird zum Beispiel eine Verschmutzung des Kollektors nahezu ausgeschlossen.The disc is egg between the rotor or a collector on the other hand and a fixed rotor bearing of the electric motor otherwise arranged. As a result, the disc Lubricant that separates from the bearing stops it cannot spread out inside the motor housing (Centrifugal disc effect). This way, for example contamination of the collector is almost impossible.
Der Rand der Scheibe ist in axialer Richtung abgeknickt, und bildet einen Kragen, der die oben erwähnten Durchbrüchen ent hält. Der Kragen hält einen Abstand zum zylindrischen Bereich des Motorgehäuses ein. Der Raum, der auf diese Weise gebildet wird, wird vom Hallsensor eingenommen.The edge of the disc is bent in the axial direction, and forms a collar that ent the breakthroughs mentioned above holds. The collar keeps a distance from the cylindrical area of the motor housing. The space that is formed in this way is taken up by the Hall sensor.
Der Sensor selbst ist in einem Sensorgehäuse angeordnet. Der Sensor besteht aus einem Hallgenerator und einem Magneten. Diese sind koaxial angeordnet. Das Sensorgehäuse nimmt wei terhin einen Steckanschluß auf, deren Stecker mit dem Hallge nerator verbunden sind. Das Sensorgehäuse ist vorzugsweise aus Plastik und kann durch eine Öffnung im Motorgehäuse in das Gehäuse eingesetzt werden.The sensor itself is arranged in a sensor housing. Of the Sensor consists of a Hall generator and a magnet. These are arranged coaxially. The sensor housing takes white terhin a plug connection, whose plug with the Hallge nerator are connected. The sensor housing is preferred made of plastic and can be opened through an opening in the motor housing the housing can be used.
Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels, darge stellt in einer Figur, die Erfindung erläutert. The following is based on an embodiment, Darge represents in a figure that explains the invention.
Die Figur zeigt einen Teilschnitt durch einen Elektromotor. Der Elektromotor ist in einem topfförmigen Motorgehäuse 1 an geordnet. Das Motorgehäuse ist im wesentlichen rotationssym metrisch. In der Rotationsachse befindet sich die Rotorwelle 2. Diese wird im Topfboden mittels eines Kalottenlagers 3 ge lagert. Das Lager selbst befindet sich in einer zentrisch an geordneten Vertiefung im Topfboden. Auf der Rotorwelle 2 be findet sich der Anker 4. Nicht dargestellt ist ein Kollektor, der sich auf der Seite des Ankers 4 befindet, der vom Kalot tenlager 3 abgewandt ist. Zwischen dem Kalottenlager 3 und dem Anker 4 befindet sich eine Scheibe 5. Diese ist kon zentrisch zur Rotorwelle 2 angeordnet und mit ihr fest ver bunden. Die Scheibe 5 besteht aus einem Mittelteil 6, das sich im wesentlichen radial erstreckt, und einem Kragen 7, der vom Rand des Mittelteils in axialer Richtung abgeknickt ist. Der Rand 7 bildet einen Zylinder. Der Außendurchmesser des Randes 7 ist kleiner als der Innendurchmesser der Perma nentmagnete 8, die den Stator bilden und an der Innenwand des zylindrischen Teils des Motorgehäuses 1 befestigt sind. In der Regel handelt es sich um zwei Halbschalen.The figure shows a partial section through an electric motor. The electric motor is arranged in a pot-shaped motor housing 1 . The motor housing is essentially rotationally symmetrical. The rotor shaft 2 is located in the axis of rotation. This is stored in the bottom of the pot by means of a spherical bearing 3 . The camp itself is located in a centrally located recess in the bottom of the pot. On the rotor shaft 2 , the armature 4 is found . Not shown is a collector, which is located on the side of the armature 4 , which is facing away from the Kalot tenlager 3 . There is a disk 5 between the spherical bearing 3 and the armature 4 . This is arranged con centrically to the rotor shaft 2 and firmly connected to it. The disc 5 consists of a central part 6 , which extends essentially radially, and a collar 7 , which is bent in the axial direction from the edge of the central part. The edge 7 forms a cylinder. The outer diameter of the edge 7 is smaller than the inner diameter of the permanent magnet 8 , which form the stator and are attached to the inner wall of the cylindrical part of the motor housing 1 . As a rule, there are two half-shells.
Der Außendurchmesser des Kragens ist kleiner als der Innen durchmesser der Halbschalen, so daß die Scheibe 5 auf der Ro torwelle 2 vormontiert werden kann und zusammen mit dem Anker 4 in das Gehäuse 1 eingeschoben werden kann.The outer diameter of the collar is smaller than the inner diameter of the half-shells, so that the disk 5 can be preassembled on the ro tor shaft 2 and can be inserted into the housing 1 together with the armature 4 .
Die Scheibe 5 ist in ihrem Mittelteil 6 massiv; auf dem Rand 7 besitzt sie mehrere Fenster 9.The disc 5 is solid in its central part 6 ; on the edge 7 it has several windows 9 .
Der Mittelteil 6 der Scheibe 5 ist leicht gewellt, d. h. der innenliegende Teil des Mittelteils 6 liegt in einer anderen Radialebene als der äußere Teil. Der Übergangsbereich liegt auf einem Radius, der in etwa dem Radius der zentrischen Ver tiefung für das Kalottenlager entspricht. Dies hat zur Folge, daß der innere Teil in die Vertiefung für das Kalottenlager eingeschoben werden kann.The central part 6 of the disc 5 is slightly corrugated, ie the inner part of the central part 6 lies in a different radial plane than the outer part. The transition area lies on a radius that corresponds approximately to the radius of the central recess for the spherical bearing. As a result, the inner part can be inserted into the recess for the spherical bearing.
Zwischen dem Kragen 7 und dem zylindrischen Teil des Motorge häuses 1 verbleibt ein Raum, der in etwa der Dicke der Per manentmagnete 8 des Motors entspricht. In axialer Richtung wird dieser Raum begrenzt einerseits durch den Boden des Ge häuses und andererseits durch den Permanentmagneten.Between the collar 7 and the cylindrical part of the motor housing 1 remains a space which corresponds approximately to the thickness of the permanent magnets 8 of the motor. In the axial direction, this space is limited on the one hand by the bottom of the housing and on the other hand by the permanent magnet.
In diesem Raum wird ein Hallgenerator 10 und ein Sensormagnet 11 angeordnet. Die Meßebene des Hallgenerators liegt tangen tial zur Rotorwellenachse. Der Hallgenerator 10 schließt sich in radialer Richtung unmittelbar an den Kragen 7 an. Der Sen sormagnet 11 liegt radial weiter außen. Hallgenerator 10 und Sensormagnet 11 sind in einem Sensorgehäuse 12 angeordnet. Das Sensorgehäuse 12 beinhaltet zwei Abschnitte. Der erste Abschnitt nimmt den Hallgenerator 10 und den Sensormagneten 11 auf und befindet sich innerhalb des Motorgehäuses 1. Der zweite Abschnitt beinhaltet eine Steckerleiste 13 mit Steck kontakten 14, die mit dem Hallgenerator 10 verbunden sind. Auf die Steckerleiste 13, wird der Anschlußstecker für den Hallgenerator 7 aufgesteckt.A Hall generator 10 and a sensor magnet 11 are arranged in this room. The measuring plane of the Hall generator is tangential to the rotor shaft axis. The Hall generator 10 directly adjoins the collar 7 in the radial direction. The Sen sormagnet 11 is located radially further outside. Hall generator 10 and sensor magnet 11 are arranged in a sensor housing 12 . The sensor housing 12 includes two sections. The first section accommodates the Hall generator 10 and the sensor magnet 11 and is located within the motor housing 1 . The second section includes a connector strip 13 with plug contacts 14 which are connected to the Hall generator 10 . The connector for the Hall generator 7 is plugged onto the plug connector 13 .
Das Sensorgehäuse 12 wird in eine Durchtrittsöffnung 15 im Boden des Motorgehäuses 1 eingesteckt. Die Größe der Durch trittöffnung 15 entspricht der Größe des ersten Abschnitts des Sensorgehäuses. Der zweite Abschnitt des Sensorgehäuses ist etwas größer, so daß eine axiale Fixierung des Sensorge häuses 12 gegeben ist.The sensor housing 12 is inserted into a passage opening 15 in the bottom of the motor housing 1 . The size of the passage opening 15 corresponds to the size of the first section of the sensor housing. The second section of the sensor housing is slightly larger, so that an axial fixation of the sensor housing 12 is given.
Der Hallgenerator 10 ist nun so angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Hallgenerator 10 und dem Sensormagnet 11 etwa 0,8 bis 1 mm entspricht. Der Abstand kann aber auch zwischen 0,2 und 5 mm liegen.The Hall generator 10 is now arranged so that the distance between the Hall generator 10 and the sensor magnet 11 corresponds to approximately 0.8 to 1 mm. The distance can also be between 0.2 and 5 mm.
Der Abstand zwischen dem Hallgenerator 10 und dem Kragen 7 ist abhängig von der Feldstärke des Magneten 11 und liegt im allgemeinen in der gleichen Größenordnung.The distance between the Hall generator 10 and the collar 7 depends on the field strength of the magnet 11 and is generally of the same order of magnitude.
Der Hallsensor arbeitet wie folgt. Der Sensormagnet 11 er zeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinie senkrecht durch die Meßebene des Hallgenerators 10 hindurchtreten. Befindet sich vor dem Hallgenerator ein Steg zwischen zwei Fenstern 9 so wird dieser Steg magnetisiert und erzeugt einen zusätzlichen Beitrag zur Magnetfeldstärke im Luftspalt zwischen dem Sen sormagnet 11 und dem Kragen 7.The Hall sensor works as follows. The sensor magnet 11 generates a magnetic field, the field line of which pass perpendicularly through the measuring plane of the Hall generator 10 . If a web is located in front of the Hall generator between two windows 9 , this web is magnetized and makes an additional contribution to the magnetic field strength in the air gap between the sensor magnet 11 and the collar 7 .
Befindet sich ein Fenster 9 vor dem Hallgenerator 10, so tritt dieser Verstärkungseffekt nicht ein.If there is a window 9 in front of the Hall generator 10 , this amplification effect does not occur.
Diese Unterschiede in der magnetischen Induktion werden vom Hallgenerator 10 erfaßt und äußeren sich in unterschiedlichen Hallspannungen. Diese Spannung wird über die Steckkontakte 14 zu einer Auswerteschaltung geleitet und ausgewertet.These differences in magnetic induction are detected by the Hall generator 10 and manifest themselves in different Hall voltages. This voltage is passed via the plug contacts 14 to an evaluation circuit and evaluated.
Je nachdem wieviele Fenster auf dem Umfang des Randes 7 an geordnet ist, kann die Meßgenauigkeit bezüglich der Winkel lage bestimmt werden.Depending on how many windows on the circumference of the edge 7 is arranged, the measurement accuracy with respect to the angular position can be determined.
Gleichzeitig kann durch eine besondere Gestaltung der Fenster die Drehrichtung des Motors ermittelt werden. Dazu kann zum Beispiel der Querschnitt der Fenster, ihr Abstand untereinan der sowie ihre axiale Lage auf dem Rand variiert werden. Die Änderungen von Fenster zu Fenster erfolgen asymmetrisch be trachtet in Umfangsrichtung. At the same time, a special design of the window the direction of rotation of the motor can be determined. This can be done at Example of the cross-section of the windows, their distance from each other which and their axial position on the edge can be varied. The Changes from window to window are made asymmetrically seeks circumferentially.
Die Scheibe selbst erfüllt neben ihrer Funktion als Signalge ber eine weitere Funktion. Sie verhindert nämlich, daß der Abrieb der Bürsten, die auf dem Kollektor schleifen, in das Kalottenlager gelangen. Auf der anderen Seite kann aus der Kalotte austretender Lagerschmierstoff nicht auf den Anker bzw. Kollektor gelangen.The disc itself fulfills its function as a signal about another function. It prevents the Abrasion of the brushes that grind on the collector into the Dome bearings arrive. On the other hand, from the The bearing lubricant leaking out of the spherical cap is not on the anchor or collector.
Claims (8)
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