DE973568C

DE973568C - Device for electrical remote measurement of shaft speeds

Info

Publication number: DE973568C
Application number: DEV5671A
Authority: DE
Inventors: Hans A Dr Maurer
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1953-04-12
Filing date: 1953-04-12
Publication date: 1960-03-31

Description

Vorrichtung zur elektrischen Fernmessung von Wellendrehzahlen Zur Fernmessung von Wellendrehzahlen sind bereits eine Vielzahl verschiedener Systeme bekannt. Eines dieser Systeme, das insbesondere zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmessung bei Kraftfahrzeugen vorgeschlagen worden ist, besteht in der Zerhackung des Gleichstromes einer Batterie in zwei oder mehr gleich lange Stromstösse während je einer Umdrehung der Welle, die über Verbindungsleitungen einen auf der Magnetwelle eines Wirbelstromtachometers sitzenden Synchronmotor antreiben. Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen derartiger Ferntachometer zeigen aber verschiedene Nachteile. Um auch bei niederen Drehzahlen die nötige Zeigerruhe am Tachometer,-zu erzielen, genügen zwei oder drei Gleichstromstöße (»Schritte«) je Umdrehung ohne weiteres nicht. Man hat daher versucht, ein möglichst kreisförmiges Drehfeld im Synchronmotor durch einen Spezialkollektor mit abgestuften Vorwiderständen im Geber zu erzielen, um die in ihrer Stärke zu- und abnehmenden Gleichstromstösse unter gleichzeitiger Vermehrung ihrer Zahl je Umdrehung der Welle möglichst einem sinusförmigen Verlauf anzunähern. Diese Maßnahmen führen aber zu einem größeren Aufwand an Kollektorlamellen und Bürsten im Geber, an Übertragungsleitungen und an Leitungen innerhalb des Synchronmotors. Außerdem ,besteht die Gefahr des untersynchronen Laufes, und bei absichtlicher oder nicht beabsichtigter Stromunterbrechung während des Betriebes läuft der Synchronmotor nicht mehr an.Device for electrical remote measurement of shaft speeds For remote measurement A large number of different systems are already known for shaft speeds. One of these systems, which are particularly useful for speed or speed measurement Motor vehicles has been proposed, consists in chopping the direct current a battery in two or more pulses of equal length during one revolution each the shaft, which is connected to the magnetic shaft of an eddy current tachometer via connecting lines Drive a seated synchronous motor. The previously known versions of such However, remote tachometers have various disadvantages. To even at low speeds To achieve the necessary pointer rest on the speedometer, two or three direct current surges are sufficient ("Steps") per revolution not without further ado. One has therefore tried to create a circular rotating field in the synchronous motor through a special collector with graduated To achieve series resistances in the encoder to increase and decrease in strength Direct current surges with a simultaneous increase in their number per revolution of the shaft as close as possible to a sinusoidal curve. However, these measures lead to a greater expenditure on collector lamellas and brushes in the transmitter, on transmission lines and on lines within the synchronous motor. In addition, there is a risk of sub-synchronous run, and with intentional or unintentional If the power is interrupted during operation, the synchronous motor no longer starts.

Diese Nachteile werden bei der Vorrichtung nach der Erfindung durch die Verwendung eines Synchronmotors für den Antrieb der Magnetwelle des Wirbelstromtachometers vermieden, dessen Drehmomentendiagramm in an sich bekannter Weise durch zeitliche Überlappung der Gleichstromstöße vom Geber einen sternförmigen Verlauf mit einer größeren Zahl von Spitzen hat, als Stromstöße vom Geber je Umdrehung geliefert werden, und daß Mittel vorgesehen sind, die eine besondere Ausprägung der Spitzen des Momentendiagramms bewirken. These disadvantages are in the device according to the invention the use of a synchronous motor to drive the magnetic shaft of the eddy current tachometer avoided its torque diagram in a known manner by time Overlap of the direct current surges from the encoder a star-shaped course with a has a larger number of peaks than current impulses are supplied by the encoder per revolution, and that means are provided which have a particular expression of the peaks of the moment diagram cause.

Die Überlappung der Stromstöße wird mit an sich bekannten Mitteln herbeigeführt, z. B. durch geeignete Ausbildung der Kollektorsegmente oder der Nocken eines Federsatzes im Geber. Die Überlappung der Stromstöße hat eine gleichartige Überlappung der Einzelfelder im Synchronmotor zur Folge, so daß benachbarte Wicklungen zur Erzeugung der Zwischenspitzen des Drehmomentendiagramms zusammenwirken. Es sind Fernübertragungseinrichtungen bekannt, die eine derartige Überlappung der Einzelfelder benutzen, jedoch stets mit dem Ziele, ein möglichst kreisförmiges Drehmomentendiagramm im Synchronmotor auf der Empfängerseite zu erzeugen und Diagrammspitzen zu unterdrücken. The overlapping of the current surges is made by means known per se brought about, e.g. B. by suitable design of the collector segments or the cams a set of springs in the encoder. The overlap of the current surges has a similar one Overlap of the individual fields in the synchronous motor result, so that adjacent windings cooperate to generate the intermediate peaks of the torque diagram. There are Long-distance transmission devices known that such an overlap of the individual fields use a torque diagram that is as circular as possible, but always with the aim of doing this to be generated in the synchronous motor on the receiver side and to suppress diagram peaks.

Dagegen ist es das Ziel der Erfindung, die Spitzen des Drehmomentendiagramms besonders auszuprägen. In contrast, it is the aim of the invention, the peaks of the torque diagram particularly pronounced.

Dazu werden vor den Wicklungen des Synchronmotors an sich bekannte Schwächungswiderstände derart geschaltet und bemessen, daß sie im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld des Rotors des Synchronmotors die Ausprägung der Spitzen des Momentendiagramms erzeugen. Beispielsweise wird eine Wicklung ohne und eine benachbarte über einen Vorwiderstand geschaltet. Diese Schwingungswiderstände können, gegebenenfalls zusammen mit Funkenlöscheinrichtungen, vorteilhaft auf dem Kollektor des Gebers angeordnet sein.These are known per se in front of the windings of the synchronous motor Attenuation resistors are switched and dimensioned in such a way that they work together with the magnetic field of the rotor of the synchronous motor, the characteristics of the peaks of the Generate a moment diagram. For example, one winding will be without and one adjacent switched via a series resistor. These oscillation resistances can, if necessary together with spark extinguishing devices, advantageously on the collector of the transmitter be arranged.

Durch den besonderen Momentenverlauf gelingt es im Zusammenhang mit weiteren Maßnahmen nach der Erfindung, daß der Synchronmotor nach Stromunterbrechungen bis hinauf zu erheblichen Drehzahlen (I500 UIniin) sicher in den Synchronismus springt, nicht untersynchron läuft und daß trotzdem eine genügende Zeigerruhe am Wirbelstromtachometer vorhanden ist. Diese weiteren Maßnahmen bestehen in der Auslegung der Wicklungen des Synchronmotors zum Anschluß an einen Vorschaltwiderstand, um den Schnittpunkt der gegenläufig gekrümmten Leistungskurven des Synchronmotors und des Tachometers in Abhängigkeit von der Drehzahl in Richtung höherer Drehzahlen zu verschieben, ferner in einer Ausbildung des Rotors des Synchronmotors derart, daß seine Feldlinien in einem möglichst I80° angenäherten Winkelbereich zum Ständer austreten, um die Laufruhe des Rotors möglichst groß zu machen. Due to the special moment course it succeeds in connection with further measures according to the invention that the synchronous motor after power interruptions jumps safely into synchronism up to considerable speeds (I500 UIniin), does not run undersynchronously and that there is still sufficient pointer rest on the eddy current tachometer is available. These further measures consist in the design of the windings of the synchronous motor for connection to a series resistor around the intersection the oppositely curved performance curves of the synchronous motor and the tachometer to shift depending on the speed in the direction of higher speeds, also in a formation of the rotor of the synchronous motor such that its field lines exit in an angle range that is as close as possible to 180 ° to the stand in order to achieve the To make the rotor run as smoothly as possible.

Die Fig. I zeigt die Drehmomentkurve des Synchronmotors, wie sie bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ausbildung kommt. Im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand ist die Anzahl von sechs bis zwölf Drehmomentspitzen im Diagramm als optimal anzusehen. Fig. I shows the torque curve of the synchronous motor as they comes to training in the arrangement according to the invention. In terms of the constructive Effort is the number of six to twelve torque peaks in the diagram as optimal to watch.

Außerhalb der Kurve sind durch römische Ziffern die Wicklungen des Synchronmotors angegeben, welche die betreffenden Drehmomentspitzen erzeugen.Outside the curve are the windings of the Synchronous motor specified, which generate the relevant torque peaks.

Die Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Motorankers, die einen möglichst weiten Winkeibereich der vom Rotor zum Stator austretenden magnetischen Kraftlinien besitzt. Der Rotor besteht aus einer quer magnetisierten Platte I, deren Polflächen mit teilzylindrischen Polschuhen 2 aus Weicheisen bedeckt sind, so daß ein angenäherter Vollzylinder entsteht. Fig. 2 shows, for example, an embodiment of the motor armature, the widest possible angular range of the magnetic emerging from the rotor to the stator Lines of force. The rotor consists of a transversely magnetized plate I, whose Pole faces are covered with partially cylindrical pole pieces 2 made of soft iron, so that an approximated full cylinder is created.

In einer anderen Ausführungsform kann die Magnetplatte auch derart magnetisiert sein, daß die Schmalseiten der Platte die Polflächen bilden und nach beiden Seiten sichelförmige Weicheisenpolschuhe aufgesetzt sind.In another embodiment, the magnetic disk can also be of this type be magnetized so that the narrow sides of the plate form the pole faces and after crescent-shaped soft iron pole pieces are placed on both sides.

Eine andere günstige Form des Ankers ergibt sich durch Verwendung von keramischem Magnetwerkstoff, dessen Dicke wegen der großen Koerzitivkraft klein gegenüber der Größe der Polfläche sein muß. Man verwendet daher vorteilhaft einen scheibenförmigen Anker mit einer Magnetisierung gemäß Fig. 3, die den Scheibenmagnet in der Aufsicht (Fig. 3a) und im SchnittA-B (Fig. 3b) zeigt. EineAnordnung derWicklungen und des Scheibenankers nach Fig. 4 liefert wegen des großen Hebelarmes ein hohes Drehmoment und bietet für den Stator günstige Herstellungsmöglichkeiten. Another favorable form of the anchor results from its use of ceramic magnet material, the thickness of which is small due to the large coercive force must be compared to the size of the pole face. It is therefore advantageous to use one disk-shaped armature with a magnetization according to FIG. 3, which the disk magnet in plan view (Fig. 3a) and in section A-B (Fig. 3b) shows. An arrangement of the windings and the disc anchor of Fig. 4 provides a high because of the large lever arm Torque and offers favorable manufacturing options for the stator.

Fig. 5 gibt ein schematisches Schaltbild der Fernmeßvorrichtung wieder. Der Sternpunkt 3 des Synchronmotors ist herausgeführt und mit Masse verbunden. Die Enden jeder Wicklung des Synchronmotors sind über Verbindungsleitungen mit den Schleifbürsten 4 des scheibenförmigen Geberkollektors 5 verbunden, der seinerseits über den Vorschaltwiderstand 6 am. Pluspol der Fahrzeugbatterie liegt. Fig. 5 shows a schematic circuit diagram of the telemetry device. The star point 3 of the synchronous motor is brought out and connected to ground. the The ends of each winding of the synchronous motor are connected to the grinding brushes via connecting lines 4 of the disk-shaped transmitter collector 5 connected, which in turn via the series resistor 6 is connected to the positive terminal of the vehicle battery.

Wenn bei Fahrzeugen ohne Zündvorrichtung oder in Fällen, in denen kein Zündschloß vorhanden ist, die Einschaltung der Meßeinrichtung selbsttätig erfolgen muß, so kann neben jedem beliebigen Fliehkraftschalter vorteilhaft auch ein einfacher Freilauf zwischen Antrieb und Geber vorgesehen werden, der in an sich bekannter Weise aus Stift und Schrägnut oder Doppelschrägnuthülse besteht und bei Beginn der Drehung nach wenigen Winkelgraden eine Axialverschiebung der Hülse bewirkt. Diese Axialverschiebung kann entweder einen gesonderten Einschalter betätigen oder direkt den Scheibenkollektor gegen die Kohlen drücken und damit die Betriebsspannung an die Fernmeßvorrichtung legen. If on vehicles without an ignition device or in cases where If there is no ignition lock, the measuring device is switched on automatically must, in addition to any centrifugal switch, a simple one can also be advantageous Freewheel between the drive and the encoder are provided, which is known per se Way consists of a pin and an inclined groove or double inclined groove and at the beginning of the Rotation after a few degrees of angle causes an axial displacement of the sleeve. These Axial displacement can either operate a separate switch or directly Press the disc collector against the carbon brushes, thus applying the operating voltage place the telemetry device.

Claims

PATENT CLAIMS I. Device for electrical remote measurement of shaft speeds, especially for measuring the speed of vehicles, with the help of a hacked Direct current, the one sitting on the magnetic shaft of an eddy current tachometer Drives synchronous motor, characterized by the use of a synchronous motor, its torque diagram in a manner known per se through temporal overlap the direct current surges from the encoder have a star-shaped curve with a has a larger number of peaks than current impulses are supplied by the encoder per revolution, and that means are provided which have a particular expression of the peaks of the moment diagram (Fig. I) effect.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that before the. Windings of the synchronous motor, known weakening resistors, are connected in this way and are dimensioned so that they interact with the magnetic field of the rotor of the synchronous motor, its field lines in an angular range that is as close as possible to 1800 to the stator emerge, which generate the peak of the moment diagram.

3. Apparatus according to claim I and 2, characterized in that the armature of the synchronous motor consists of a transversely magnetized plate, which by Soft iron pole shoes is supplemented to form an approximate full cylinder.

4. Apparatus according to claim I and 2, characterized in that the armature of the motor consists of a magnetic plate that is magnetized in such a way that that the narrow sides of the plate form the surface poles on both sides sickle-shaped pole pieces made of soft iron are attached.

5. Apparatus according to claim I and 2, characterized in that the armature of the motor is disc-shaped with an extreme size ratio of thickness is designed to the diameter (I: 5 to I: I5) and made of ceramic magnetic material consists.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that that in series with the windings of the synchronous motor there is a resistance that is so is dimensioned that with increasing speed and thus increasing frequency the voltage increases on the engine.

7. Apparatus according to claim 2, characterized in that the attenuation resistors are arranged together with spark extinguishing devices on the collector of the transmitter.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that their activation upon rotation of the drive shaft of the encoder is known per se Means takes place automatically. ~~~~~~~~~ Publications considered: German Patent No. I609I8, 3I8 o89; Microtechnik, Vol. 2, 1948, Book I, p. 8 to Io; Permanent magnet technology, Franzis-Verlag, Munich, I952, p.26 / 27; Electrical engineering for Uhrmacher by J. Zacharias Berlin, 1920, pp. I35, I5I; Telecommunications Technician Pocket Book, U. W.

Goetsch, Berlin and Munich, 1943, 5. 287.