DE4423837A1 - Spindle electro motor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Motor zum Antrieb einer Spindel in einer Textilmaschine, insbesondere einer Spinnereimaschine, mit einem drehfest mit der Spindelwelle verbundenen Rotor, der im magnetischen Feld eines Stators rotiert, und mit Detektormitteln zur Drehzahl- und/oder Lageerkennung des Rotors, welche aus einem ortsfest angeordneten Hallsensor und mindestens einem mit der Rotorbewegung gekoppelten Permanentmagnet besteht, dessen Magnetfeld ein Drehzahl- bzw. Lageerkennungssignal im Hallsensor erzeugt, sowie mit Auswertemitteln für das Hallsensorsignal.The invention relates to a motor for driving a Spindle in a textile machine, especially one Spinning machine, with a rotationally fixed with the spindle shaft connected rotor, which is in the magnetic field of a stator rotates, and with detector means for speed and / or Position detection of the rotor, which consists of a stationary arranged Hall sensor and at least one with the Rotor movement coupled permanent magnet exists, the Magnetic field a speed or position detection signal in Hall sensor generated, as well as with evaluation means for the Hall sensor signal.
Ein als einzelmotorischer Antrieb einer Spindel in Spinnereimaschinen ausgeführter Motor der eingangs genannten Art ist aus der DE 41 42 707 bekannt.One as a single motor drive of a spindle in Spinning machines engine of the beginning mentioned type is known from DE 41 42 707.
Bei diesem Motor erfolgt die Lageerkennung des Rotors bzw. der Spindelwelle durch den Hallsensor, welcher beim Beaufschlagen mit dem vom Permanentmagneten ausgehenden Magnetfeld ein Signal detektiert. Da das Magnetfeld des Permanentmagneten von Störfeldern, des Motors, insbesondere von Rotor- und Statorstörfeldern überlagert ist, ist bei der genannten Vorrichtung ein hülsenförmiges Abschirmelement vorgesehen, welches den Hallsensor umgibt. Hierdurch wird der Hallsensor von ungewünschten Störfeldern abgeschirmt, so daß das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld ungestört detektierbar ist. Die Notwendigkeit des beim Stand der Technik vorzusehenden Abschirmelementes verursacht nicht nur einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand sondern weist darüber hinaus den Nachteil auf, daß beim Ausfall des Hallsensors die komplette Mechanik der Drehzahl- bzw. Lageerkennung für den Rotor ausgebaut werden muß, da das Abschirmelement den Hallsensor umgibt.With this motor, the position of the rotor or the spindle shaft through the Hall sensor, which at Applying that from the permanent magnet Magnetic field detects a signal. Because the magnetic field of the Permanent magnets from interference fields, the motor, in particular is overlaid by rotor and stator interference fields said device is a sleeve-shaped Shielding element is provided which surrounds the Hall sensor. As a result, the Hall sensor is free from unwanted interference fields shielded so that that generated by the permanent magnet Magnetic field is detectable undisturbed. The need of the shielding element to be provided in the prior art not only causes an additional constructive Effort but also has the disadvantage that if the Hall sensor fails, the complete mechanics of the Speed or position detection for the rotor can be expanded must, since the shielding element surrounds the Hall sensor.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß er sowohl konstruktiv einfach ausgebildet ist als auch eine leichtere Instandsetzung beim Ausfall des Hallsensors ermöglicht.Based on this, the present invention is the Task based on an engine of the type mentioned to evolve so that it is both constructive is simple as well as lighter Repair if the Hall sensor fails.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Detektormittel mehrere umfänglich versetzte Permanentmagnetbereiche mit sich abwechselnder Polung ohne Pollücken aufweisen und daß die Auswertemittel für das Hallsensorsignal eine eine Hysteresecharakteristik aufweisende Diskriminatoreinrichtung mit einem positiven und einem negativen Schaltschwellenwert enthalten, dessen Betrag jeweils niedriger ist als der Betrag der vom Rauschsignal überlagerten Nutzsignalamplitude des Hallsensorsignals und höher als der Betrag der Amplitude des Rauschsignals.This object is achieved in that the detector means offset several circumferentially Permanent magnet areas with alternating polarity without Have pole gaps and that the evaluation means for the Hall sensor signal a hysteresis characteristic having discriminator device with a positive and contain a negative switching threshold, whose Amount is lower than the amount of the Noise signal superimposed useful signal amplitude of the Hall sensor signal and higher than the amount of the amplitude of the noise signal.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten unipolar ausgelösten zeitlich kurzen Nutzsignalwerte und infolge des nicht magnetisch erzwungenen Wertes Null variierenden Hallsensorausgangssignales ein bipolarer auszulösender Sensor zur Anwendung gelangt, der sowohl für den Ausgangswert 1 und den Ausgangswert 0 ein definiertes Feld erfordert. Im ungestörten Fall ergibt sich ein die Verteilung der positiven und negativen Magnetpole widerspiegelndes Pulspausenverhältnis des Ausgangssignales.The invention is characterized in that instead of triggered unipolar known from the prior art short useful signal values and as a result of not magnetically forced value varying zero Hall sensor output signals to trigger a bipolar Sensor is used, both for the Output value 1 and output value 0 a defined field required. In the undisturbed case there is a Distribution of the positive and negative magnetic poles reflecting pulse-pause ratio of the output signal.
Durch die entsprechende Wahl der Schaltschwellen des Diskriminators wird ermöglicht, daß stets das gewünschte Nutzsignal aus dem vom Störsignal überlagerten Hallsensorausgangssignal ausgefiltert wird. Durch das Hystereseverhalten der Diskriminatoreinrichtung bleibt das Ausgangssignal des Diskriminators solange auf dem dem ersten Schwellenwert entsprechenden Ausgangssignal, bis der Schwellenwert für das zweite Ausgangssignal unterschritten wird. Hierdurch ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit von den Störfeldern, ohne daß mechanischer Aufwand zur Abschirmung des Hallsensors erforderlich ist. Bei einem Ausfall des Hallsensors kann der von außen zugängliche Hallsensor ausgetauscht werden, ohne daß der übrige Teil der Drehzahl- bzw. Lageerkennungseinrichtung beeinflußt wird.By choosing the appropriate switching thresholds Discriminators will always be able to do what they want Useful signal from the one superimposed by the interference signal Hall sensor output signal is filtered out. By the This remains the hysteresis behavior of the discriminator device Output signal of the discriminator as long as on the output signal corresponding to the first threshold value until the Falling below the threshold value for the second output signal becomes. This results in a high degree of independence from the interference fields without mechanical effort for Shielding the Hall sensor is required. At a Failure of the Hall sensor can be the externally accessible one Hall sensor can be replaced without the rest of the part affects the speed or position detection device becomes.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die mehreren Permanentmagnete durch einen mehrpolig aufmagnetisierten Dauermagnetring gebildet sind. Danach sind die Permanentmagnete nicht als Einzelteile ausgebildet sondern durch einen entsprechend vormagnetisierten Ring. Insoweit werden Probleme im Zusammenhang mit der Fliehkraftbeständigkeit ausgeschaltet, die beim Stand der Technik ebenfalls nachteilig sind.A preferred embodiment of the invention provides that the multiple permanent magnets by a multi-pole magnetized permanent magnet ring are formed. After that, the permanent magnets are not as individual parts trained but by a corresponding premagnetized ring. So far problems in Disconnected from the centrifugal resistance, which are also disadvantageous in the prior art.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den weiteren Unteransprüchen entnehmbar.Further preferred embodiments are the others Removable subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert:The invention is based on a Exemplary embodiment drawing closer explains:
Dabei zeigenShow
Fig. 1 den Aufbau des Ausführungsbeispieles der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 1 shows the structure of the embodiment of the invention in longitudinal section;
Fig. 2a-2c Pegeldiagramme von magnetischer Induktion B bzw. Spannung U in Abhängigkeit von der Winkellage ϕ des Rotors zur Verdeutlichung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2a-2c level diagrams of magnetic induction B or voltage U as a function of the angular position ϕ of the rotor to illustrate the function of the device according to the invention.
Der in Fig. 1 dargestellte Spindelantriebsmotor umfaßt innerhalb seines Gehäuses 2 einen drehfest mit der Spindelwelle 1 gekoppelten Rotor 3 sowie einen Stator 4, welcher eine Statorwicklung 5 trägt.The spindle drive motor shown in FIG. 1 comprises within its housing 2 a rotor 3 coupled in a rotationally fixed manner to the spindle shaft 1 and a stator 4 which carries a stator winding 5 .
Dieser Aufbau entspricht insoweit einem herkömmlichen Elektromotor.In this respect, this structure corresponds to a conventional one Electric motor.
Zur Bestimmung der Drehzahl bzw. Lage des Rotors 3 gegenüber dem Stator 4 ist eine Detektoreinheit 6 für die Drehzahl bzw. Lageerkennung vorgesehen, welche sich außerhalb des Statorbereichs im in Fig. 1 unteren Teil innerhalb des Motorgehäuses 2 befindet.To determine the speed or position of the rotor 3 relative to the stator 4 , a detector unit 6 is provided for the speed or position detection, which is located outside the stator area in the lower part in FIG. 1 inside the motor housing 2 .
Die Detektoreinrichtung 6 besteht aus einem drehfest mit der Spindelwelle 1 gekoppelten Träger 10, welcher an seinem Außenumfang einen Magnetring 7 aufweist.The detector device 6 consists of a carrier 10 which is coupled to the spindle shaft 1 in a rotationally fixed manner and which has a magnetic ring 7 on its outer circumference.
Der Magnetring 7 besteht aus kunststoffgebundenem Dauermagnetmaterial (Ferrit), wobei der Dauermagnetring in Umfangsrichtung in abwechselnder Polarität radial magnetisiert ist. Hierdurch sind am äußeren Umfang des Ringes 7 Magnetpole ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung abwechseln. In der dargestellten Ausführungsform sind 16 Magnetpole vorgesehen.The magnet ring 7 consists of plastic-bound permanent magnet material (ferrite), the permanent magnet ring being radially magnetized in an alternating polarity in the circumferential direction. As a result, 7 magnetic poles are formed on the outer circumference of the ring, which alternate in the circumferential direction. In the illustrated embodiment, 16 magnetic poles are provided.
Dem Dauermagnetring 7 zugeordnet, jedoch mit einem geringen Luftspalt hiervon getrennt, ist ein Hallsensor 8 ortsfest angeordnet, der am Ende eines vom Außenumfang des Motorgehäuses 10 sich radial in Richtung der Spindelwelle 1 erstreckenden länglichen Kanals 9 angeordnet ist. Hierin integriert ist eine Auswertevorrichtung, die je nach Höhe und Vorzeichen des ,detektierten Magnetfeldes zwischen der positiven Versorgungsspannung und Null hin- und her schaltet. Die Anschlußleitung für Spannungsversorgung und Nutzsignal werden ebenfalls durch den Kanal nach außen geführt.Associated with the permanent magnet ring 7 , but separated from it with a small air gap, a Hall sensor 8 is arranged in a fixed position, which is arranged at the end of an elongated channel 9 extending radially in the direction of the spindle shaft 1 from the outer circumference of the motor housing 10 . Integrated in this is an evaluation device that switches between the positive supply voltage and zero depending on the height and sign of the detected magnetic field. The connecting cable for the power supply and useful signal are also routed through the channel to the outside.
Die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Motors wird nunmehr anhand der Fig. 2a-2c näher erläutert. Fig. 2a zeigt den Verlauf der magnetischen Induktion B am Ort des Hallsensors 8 bei einem 16polig abwechselnd magnetisierten Dauermagnetring 7 in Abhängigkeit des Rotorverdrehwinkels ϕ. Der Verlauf der Induktion ist in Fig. 2a idealisiert, d. h. ohne Störfelder dargestellt.The function of the motor shown in FIG. 1 will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2a-2c. Fig. 2a shows the variation of the magnetic induction B at the location of the Hall sensor 8 in a 16-pin alternately magnetized permanent magnet ring 7 φ in dependence on the Rotorverdrehwinkels. The course of the induction is idealized in Fig. 2a, that is shown without interference fields.
Beim Betrieb des Motors überlagert sich dem in Fig. 2a dargestellten Induktionssignal ein Störsignal in Form eines Rauschanteils, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist. Die Ursachen für den Rauschanteil sind im überlagerten Stator bzw. Rotormagnetfeldern zu sehen, die ebenfalls vom Hallsensor 8 detektiert werden.When the motor is operating, an interference signal in the form of a noise component is superimposed on the induction signal shown in FIG. 2a, as shown in FIG. 2b. The causes of the noise component can be seen in the superimposed stator or rotor magnetic fields, which are also detected by the Hall sensor 8 .
Ein dem Verlauf gemäß Fig. 2b entsprechendes Spannungssignal wird der Auswerteeinrichtung zugeführt.A voltage signal corresponding to the curve according to FIG. 2b is fed to the evaluation device.
Die Auswerteeinrichtung analysiert nun das so gewonnene Hallsensorsignal, in dem der gemessene Signalverlauf M kontinuierlich mit zwei Schwellwerten +Bs, -Bs verglichen wird.The evaluation device now analyzes the Hall sensor signal obtained in this way, in which the measured signal curve M is continuously compared with two threshold values + B s , -B s .
Wie in Fig. 2b skizziert ist, kann jeder der beiden Schwellwerte +Bs, -Bs innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereiches liegen, repräsentiert durch die schraffierten Linien. Die Breite des für +Bs, -Bs zugelassenen Wertebereichs ist dahingehend begrenzt, das der Schwellwert einerseits deutlich von dem Wert 0 verschieden sein muß, damit Störsignale im Polnulldurchgang unterdrückt werden und andererseits deutlich unterhalb des durch die Überlagerung von Nutzsignal und Rauschanteil bestimmten Amplitude liegen muß. Für die Lage der Schwellenwerte gilt die UngleichungAs outlined in FIG. 2b, each of the two threshold values + B s , -B s can lie within a certain amplitude range, represented by the hatched lines. The width of the range of values permitted for + B s , -Bs is limited in that the threshold value must be clearly different from the value 0 on the one hand so that interference signals in the pole zero crossing are suppressed and on the other hand are significantly below the amplitude determined by the superimposition of the useful signal and noise component got to. The inequality applies to the location of the threshold values
|S|L|Bs| < |N+S|| S | L | B s | <| N + S |
wobei S die Rauschsignalamplitude und N+S die Amplitude vom Hallsensorsignal (Nutz- + Rauschanteil) bezeichnen.where S is the noise signal amplitude and N + S is the amplitude of Denote Hall sensor signal (useful + noise component).
Die Schwellwertbereiche können beispielsweise, wie in Fig. 2b dargestellt ist, symmetrisch zueinander liegen.The threshold value ranges can, for example, be symmetrical to one another, as shown in FIG. 2b.
Aus dem Vergleich, der in der Diskriminatorschaltung zwischen dem Meßsignal und den Schwellwertsignalen +-Bs vorgenommen wird, läßt sich im Ergebnis der in Fig. 2c dargestellte impulsförmige Verlauf der Spannung U über dem Winkel ϕ ermitteln, wie im folgenden erläutert wird.From the comparison made in the discriminator circuit between the measurement signal and the threshold signals + -B s , the pulse-shaped course of the voltage U over the angle ϕ shown in FIG. 2c can be determined as a result, as will be explained in the following.
Es wird angenommen, daß der geltende Wert für die Schwellwerte +-Bs in der Mitte des schraffierten Bereiches liegt. Hierdurch ergeben sich die mit den Ziffern - dargestellten Schnittpunkte zwischen dem Meßsignal M und den Schwellwerten +Bs bzw. -Bs. Wenn zunächst der Diskriminator feststellt, daß das Meßsignal oberhalb des Schwellwertes +Bs liegt, wird am Ausgang des Diskriminators ein logischer Spannungpegel "1" ausgegeben. Dieser wird auch beibehalten, wenn nach Durchschreiten des Punktes der Wert Null in der Kurve des Meßsignals durchlaufen wird. Erst wenn der zweite Schwellwert -Bs im Punkte unterschritten wird, wechselt der Pegel von logisch 1 auf logisch 0. Dieser wird im weiteren Verlauf des Meßsignals über den Punkt hinweg beibehalten, bis der Punkt erreicht wird und der Pegel wieder auf 1 wechselt.It is assumed that the applicable value for the threshold values + -B s lies in the middle of the hatched area. This results in the intersection points between the measurement signal M and the threshold values + B s or -B s , represented by the numbers. If the discriminator first determines that the measurement signal is above the threshold value + B s , a logic voltage level "1" is output at the discriminator output. This is also maintained if, after passing through the point, the value zero in the curve of the measurement signal is passed through. Only when the second threshold value -B s falls below the point does the level change from logic 1 to logic 0. This is maintained in the further course of the measurement signal beyond the point until the point is reached and the level changes to 1 again.
Durch dieses Schaltverhalten mit Hysteresecharakteristik ergibt sich eine sichere Rückgewinnung des für die Position des Rotors maßgeblichen Nutzsignalanteils aus dem verrauschten Meßsignal.This switching behavior with hysteresis characteristics there is a safe recovery of the position of the rotor relevant useful signal portion from the noisy measurement signal.
Aus dem in Fig. 2c dargestellten Pegelsignal kann in einem weiteren Schritt die Rotorlage berechnet werden oder durch Zählen der Impulse pro Zeiteinheit die Drehzahl ermittelt werden.In a further step, the rotor position can be calculated from the level signal shown in FIG. 2c or the speed can be determined by counting the pulses per unit of time.
Im Falle eines Defektes des Hallsensors 8 kann dieser von der Motorgehäuseseite her ausgebaut und ausgetauscht werden, ohne daß die mit dem Rotor gekoppelte Magnetringeinheit beeinflußt wird.In the event of a defect in the Hall sensor 8 , it can be removed and replaced from the motor housing side without affecting the magnetic ring unit coupled to the rotor.
BezugszeichenlisteReference list
1 Spindelwelle
2 Motorgehäuse
3 Rotor
4 Stator
5 Statorwicklung
6 Winkellagedetektor
7 Permanentmagnetring
8 Hallsonde
9 Kanal
10 Träger für Permanentmagnetring. 1 spindle shaft
2 motor housing
3 rotor
4 stator
5 stator winding
6 angular position detector
7 permanent magnet ring
8 Hall probe
9 channel
10 carriers for permanent magnet ring.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4423837A DE4423837A1 (en) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | Spindle electro motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4423837A DE4423837A1 (en) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | Spindle electro motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4423837A1 true DE4423837A1 (en) | 1996-01-18 |
Family
ID=6522477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4423837A Withdrawn DE4423837A1 (en) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | Spindle electro motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4423837A1 (en) |
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1994
- 1994-07-07 DE DE4423837A patent/DE4423837A1/en not_active Withdrawn
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