DE2450885A1

DE2450885A1 - Drehzahl-detektor fuer einen miniaturgleichstrommotor

Info

Publication number: DE2450885A1
Application number: DE19742450885
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Minakuchi; Tsunemi Mitsui; Yoshio Tetsugu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-10-26
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FR2249337B1; US3967200A; IT1025165B; NL177044C; DE2450885C3; FR2249337A1; DE2450885B2; CA1054237A; NL7413956A; GB1485524A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. ST\P~ 2 A 5088

DIPL.-ING. SCKWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf und Partner, 8 München 86, P.O. Box 860245

Ihr Zeichen Unser Zeichen ₂5 479 "^ff", ..

Ourref. ^ ^<J Mauerkircherätraße 45

Anwaltsakte 25 4-79 25. OKT. 1974

Matsushita Electric Industrial Go. Ltd. Kadoma-Shi, Osaka-fu, Japan

Drehzahl-Detektor für einen Miniatur-Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen Drehzahl-Detektor für einen Miniatur-Gleichstrommotor und betrifft insbesondere einen Drehzahl-Detektor zum Messen der Drehzahl des Miniatur-Gleichstrommotors, um die Größe und Richtung eines Streuflusses von einer Feldpolanordnung·zu fühlen.

vii/xx/Ktz 609819/0746 - 2 -

(089) 98 82 72 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Btyariache Vcrainibuilt MOnchen 453 Μ·

987043 TELEX: 0524560 BERG d Hypo-Bank MttndiM 3»2*23

983310 PetUcheck M0nch«i »5343-90·

Eine Ausführungsform der herkömmlichen Drehzahl-Detektoren für Miniatur-Gleichstrommotore weist im allgemeinen ein Zahnrad aus magnetischem Material, das fest an der Welle des Gleichstrommotors angebracht, einen Erregermagneten und einen magnetischen Fühlkopf auf, welche beide an dem Rahmengestell des Gleichstrommotors angebracht sind. Wenn sich der Gleichstrommotor dreht, ändert das Zahnrad die magnetische Bahn zwischen dem Erregermagneten und dem magnetischen Fühlkopf, so daß das Ausgangssignal mit einer Frequenz, welche proportional der Drehzahl des Gleichstrommotors ist, an den· Ausgangsanschlüssen des magnetischen Fühlkopfs erhalten wird. Der vorbeschriebene Drehzahldetektor ist jedoch im Aufbau kompliziert, erfordert zusätzlichen Raum für den Ein- bzw. Anbau an der Außenseite des Gleichstrommotors, und weist eine verhältnismäßig große Anzahl von Teilen auf, so daß sein Leistungsvermögen niedrig ist.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist ein Detektor zum Fühlen der Drehzahl eines Gleichstrommotors vorgeschlagen worden, bei welchem die Änderung des Streuflusses mittels des Magnetkopfes gefühlt wird. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Drehzahl nicht genau gefühlt und festgestellt werden kann, da das Ausgangssignal des" Magnetkopfes mit impulsförmigen Störungen oder Schwankungen, die entstehen, wenn der Ankerstrom unterbrochen und in seiner Richtung umgekehrt wird, und mit Störungen überlagert ist, die ,durch eine Veränderung im Übergangs-

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widerstand zwischen den Bürsten und dem Kommutator entstehen.

Die Erfindung soll daher einen Drehzahldetektor für einen Miniatur-Gleichstrommotor schaffen, welcher im Aufbau äußerst einfach und zum Einbau äußerst wenig Raum erfordert. Ferner soll ein Drehzahldetektor für einen Miniatur-Gleichstrommotor geschaffen werden, mit welchem eine sehr stabile Ausgangswellenform mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz erhalten werden kann.

Gemäß der Erfindung werden hierzu die Größe und Richtung der Streuflüsse von der Magnetpolanordnung mittels einer Fühleinrichtung, beispielsweise Spulen oder Hallgeneratoren gemessen, welche in Gegenüberlage von mindestens einem Paar N- und S-Polen angeordnet sind, wobei das Signal, welches die Drehzahl des Ankers darstellt, an den Ausgangsanschlüssen der Fühleinrichtung erhalten werden kann.

Gemäß der Erfindung ist somit ein Drehzahldetektor für einen. Miniatur-Gleichstrommotor geschaffen, bei welchem Einrichtungen, beispielsweise Spulen oder Hallgeneratoren, zum Fühlen der Größe und Richtung eines Streuflusses in Gegenüberlage von mindestens einem Paar leldpolen des Gleichstrommotors angeordnet sind, so daß das Ausgangssignal mit einer Frequenz erhalten werden kann, welche proportional der Anzahl Schlitze oder Nuten des Ankers oder proportional der doppelten

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ORIGINAL INSPECTED

Anzahl ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einseinen erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Drehzahldetektors für Miniatur-Gleichstrommotore;

Pig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie A-A in Pig. 3;

Pig. 3 eine Schnittansicht dieser Ausführungsform;

Pig. 4A bis 4C Signalwellenformen, welche zur Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform benutzt werden;

Pig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie A-A in Pig. 3;

Pig. 6A bis 6D Signalwellenformen, die zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform verwendet sind; und

Pig. 7A und 7B in Einzelheiten aufgelöste, perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

In den Figuren sind dieselben bzw. entsprechende Teile mit

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-S-

den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Um die Schwierigkeiten bei bekannten Drehzahldetektoren im einzelnen aufzuzeigen, wird vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nachstehend kurz eine der bekannten Ausführungsformen anhand von Fig. 1 beschrieben.

In !"ig. 1 ist ein Zahnrad 12 aus einem magnetischem Material an einer Welle 11 eines Gleichstrommotors 10 befestigt, und ein Erregermagnet 13 sowie ein Magnetkopf 14 sind an dem Gehäuse des Gleichstrommotors 10 angebracht. Der magnetische Weg von dem Erregermagneten zu dem Magnetkopf 14 ändert sich, wenn sich das Zahnrad 12 dreht, so daß das Ausgangssignal mit einer Frequenz, welche proportional der Drehzahl des Gleichstrommotors 10 ist, an den Ausgangsanschlussen des Magnetkopfes 14 erhalten werden kann. Jedoch ist der bekannte Drehzahldetektor im Aufbau kompliziert, erfordert für seinen Einbau zusätzlichen Raum und kann nicht sehr rentabel hergestellt werden.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist eine Einrichtung zum Fühlen der Veränderung des Streuflusses mittels eines Magnetkopfes vorgeschlagen worden; bei dieser Einrichtung ergibt sich jedoch die besondere Schwierigkeit, daß der Ausgang des Magnetkopfes mit impulsförmigen Störungen oder Schwankungen, welche entstehen, wenn der durch die Ankerspulen fließende Strom unterbrochen und in seiner Richtung umgekehrt wird, und mit Störungen und Schwankungen überlagert

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wird, welche durch die Änderung im Übergangswiderstand des Kommutators erzeugt v/erden.

Gemäß einer ersten in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform weist ein Gleichstrommotor gemäß der Erfindung im allgemeinen eine Feldpolanordnung 15 aus einem Dauermagneten, einen Anker 16 mit einer Ankerwicklung 22, ein Paar Bürsten 17a und 17b, einen aus drei Kommutatorsegmenten 18a bis 18c bestehenden Kommutator und ein Gehäuse 23 auf. Der Anker 16 weist einen Ankerkern 20, eine Welle 21 und die Ankerwicklung 22 auf. Der Gleichstrommotorueist ferner Lagermetalle 25, eine ein Lagermetall haltende Feder 26 und eine Halteeinrichtung 27 auf.

Gemäß der Erfindung sind Fühleinrichtungen oder Spulen 19a und 19b an Tragteilen 24 (s. Fig. 3) gehalten und in Gegenüberlage von den N- bzw. S-Polen angeordnet. Die einen Enden der zwei Fühlspulen 19a und 19b sind mit Ausgangsanschlüssen T_x, bzw. Tp verbunden und mit derselben Polarität miteinander in Reihe geschaltet.

Wenn sich der Anker 16 dreht, ändern sich die durch die Fühlspulen 19a und 19b hindurchgehenden Streuflüsse, und jede der Fühlspulen 19a und 19b nimmt die Größe und Richtung des hindurchgehenden Streuflusses auf. Infolgedessen werden die in den Figuren 4A und 4B dargestellten Signalwellen an den Fühlspulen 19a bzw. 19b erhalten. Es.werden nadeiförmige

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Impulse e erzeugt, wenn der durch die Ankerwicklung fließende Strom umgekehrt wird.

Da die Fühlspulen 19a. und 19b in Gegenüberlage von den N- bzw. S-Polen angeordnet sind, sind die Polaritäten der nadeiförmigen Impulse e in den .in Fig. 4A und 4B dargestellten Signalformen einander entgegengesetzt. Aufgrund der Änderung im Übergangs- bzw. Kontaktwiderstand zwischen den Bürsten und dem Kommutator sowie aufgrund anderer Faktoren ändern sich die an den Spulen 19a und19b gefühlten Signalwellen mit einem verhältnismäßig niedrigen Zyklus und liegen um 180° außer Phase. Da die zwei Fühlspulen 19a und 19b mit derselben Polarität in Reihe geschaltet sind, wird die in Fig. 4G dargestellte Ausgangssignalwellenform an den Ausgangsanschlüssen T. und T₂ erhalten.

Die in Fig. M-G dargestellte Signalwelle ist stabil und frei von impulsförmigen Störungen oder Schwankungen, welche in der Ankerwicklung erzeugt werden, und frei von Störungen, welche durch die Änderung im Übergangswiderstand zwischen den Bürsten und dem Kommutator hervorgerufen sind.

Die Frequenz des Ausgangssignals ist proportional der Drehzahl und der Anzahl der zwischen den Ankerpolen 16b ausgebildeten Schlitze bzw. Nuten 16a.

Anstelle von Fühlspulen 19a und 19b können auch irgend-

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welche andere, geeignete magnetische I¹Uh!einrichtungen, wie beispielsweise Hallgeneratoren, verwendet werden. Dartiber hinaus kann auch mehr als nur eine Paar Fühlspulen verwendet werden.

Die aweite in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen der ersten Ausführungsform, außer daß die S¹UhIspulen 19a und 19b mit entgegengesetzten Polaritäten in Reihe geschaltet sind. Wenn sich der Anker 16 dreht, ändern sich die durch die Fühlspulen 19a und 19b hindurchgehenden Streuflüsse, so daß die Signalwellen, welche um 180° außer Phase sind, an den Fühlspulen 19a bzw. 19b erhalten werden, wie in Fig. 6A und 6B dargestellt ist. Die Frequenz der Signalwellen ist proportional der Anzahl Nuten oder Schlitze des Ankers und der Drehzahl. Infolgedessen wird die in Fig. 60 dargestellte Signalwelle an den Ausgangsanschlüssen T. und Tp erhalten und weist eine Frequenz auf, welche proportional der zweifachen Schlitzoder Nutanzahl des Ankers ist. Die nadeiförmigen Impulse e, welche erzeugt werden, wenn der durch die Ankerwicklung fließende Strom umgekehrt wird, können auf einfach Weise durch ein entsprechendes herkömmliches Filter aus Kapazitäten und Widerständen beseitigt werden. Infolgedessen kann das Drehzahlsignal frei von Störungen erhalten werden, wie in Fig. 6D dargestellt ist.

Wenn die Streuflüsse von der Feldpolanordnung 15 verhältnismäßig

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groß sind, kann mit Hilfe der ersten und zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung die Verzerrung der gefühlten Ausgangssignalwelle infolge der Ankerrückwirkung überwunden und beseitigt v/erden., so daß das normale Signal erhalten werden kann. Wenn jedoch die Streuflüsse kleiner sind, sind die Ausgänge an den Fühlspulen 19a und 19b klein und werden durch die Ankerrückwirkung beeinflußt, so C>.a.ß> das normale Ausgangssignal nicht mehr erhalten werden kann.

In der dritten in den Fig. 7A und ?B dargestellten, dritten Äusführungsform kann ,jedoch auch diese Schwierigkeit überwunden werden. Ein Fühlteil 29, welches aus einemmagnetischen Material hergestellt und· mit einer Anzahl in gleichem Winkelabstand angeordneten Ansätzen oder Vorsprüngen 28 versehen ist, deren -anzahl entweder gleich der Anzahl der Ankernuten oder gleich der doppelten Anzahl dieser Nuten ist, ist an dem Ankerkern 20 gehaltert. Die Fühlspulen 19a und 19b sind

in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn der VorSprünge oder Ansetze 28 angeordnet. Auf diese Weise kann dann die Verzerrung der Signalwelle aufgrund der Ankerrückwirkung überwunden verden, so daß normale Ausgangssignale erhalten v/erden können.

- Patentansprüche -

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Claims

- ΊΟ -

Patentansprüche

1 Λ Drehzahldetektor für einen Miniatur-Gleichstrommotor gekennzeichnet· durch eine Feldpolanordnung (15) aus einem Dauermagneten, durch einen Anker (16) mit Nuten (16a), und durch E¹UhIeinrichtungen (19a, 19b) zum Fühlen der Größe und der Richtungen der Streuflüsse der Feldpolanordnung (15) j wobei die Fühleinrichtungen (19a, 19b) zumindest an zwei Stellen in Gegenüberlage von den N- bzw. S-Polen der Feldpolanordnung (15) angeordnet sind, um dadurch ein der Drehzahl entsprechendes Signal an den Ausgangsanschlüssen (T., To) der Fühleinrichtungen (19a 19b) zu erhalten.
2. Drehzahldetektor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichne t, daß die Fühleinrichtungen (19a, 191) mit derselben Polarität in Reihe geschaltet sind (Fig. 2), wodurch ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, welche der Anzahl der Nuten (16a) des Ankers (16) proportional ist, an den Ausgangsanschlüssen (T., T₂) der i 'ti hi einrichtungen (19a , 19b) erhalten werden kann.
3. Drehzahldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtungen (19a, 19b) mit den entgegengesetzten Polaritäten in Reihe geschaltet sind, wodurch das Ausgangssignal mit einer Frequenz, welche proportional der zweifachen Anzahl der Nuten (16a) des Ankers

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(16) ist, an den Ausgangsanschlussen (T , Tp) der kühleinrichtung (19aj I9t>) erhalten werden kann.
4. Drehzahldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühlteil (29) _y welches aus einem lagnetischen Material hergestellt und mit einer Anzahl in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneten Ansätzen (28) versehen ist, deren Anzahl so gewählt ist, daß sie gleich der Anzahl oder gleich der doppelten Anzahl der Ankernuten ist, mit dem Ankerkern (20) fest verbunden ist,

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