DE3205080A1

DE3205080A1 - Scheiben-messvorrichtung zur motorgeschwindigkeits-erfassung

Info

Publication number: DE3205080A1
Application number: DE19823205080
Authority: DE
Inventors: Takashi Tokyo Miyazawa; Akihiro Nakajima; Manabu Shiraki
Original assignee: SINANO ELECTRIC; SINANO DENKI KK
Current assignee: SINANO ELECTRIC; SINANO DENKI KK
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4499420A; JPS6367140B2; JPS57146164A; DE3205080C2

Description

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CIRUPE - FTLLMANN " IjRAMS · Dipl-Chem. G. Buhl.ng

080 Dipl.-lng. R. Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

- Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München

12. Februar 1982

DE 1882 / case S-3-2

SINANO DENKI KABUSHIKI KAISHA

Tokyo, Japan

Scheiben-Meßvorrichtung zur Motorgeschwindigkeits-Erfassung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen bzw. Messen der Geschwindigkeit eines Elektromotors wie eines Schrittmotors.

Während normale Elektromotoren mindestens eine Umdrehung ausführen, werden einige spezielle bzw. Sondermotoren zu einer bestimmten Zeit beispielsweise über 150 Grad, also weniger als 360 Grad (eine Umdrehung) gedreht. Demgemäß wird die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eines Sondermotors dieser Art entsprechend einem Drehbereich von 150 Grad erfaßt. Zur Erfassung der Geschwindigkeit des Sondermotors kann ein im Handel erhältlicher Drehzahlgeber verwendet werden; ein solcher Drehzahlgeber ist jedoch insofern nachteilig, als er teuer ist und eine Vorrichtung unter Verwendung eines Sondermotors unvermeidbar teuer und sperrig wird.

Für Sondermotoren wurde eine Vielzahl von Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtungen der Generator-Ausführung vorgeschlagen. Die herkömmlichen Vorrichtungen haben jedoch

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Onutschv Bank (München) Klo 51.'6107O Droatiner Bank (München) KIn JD3UIM4 Pualwhin.li (Muiichnn) KUi 11/0

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die Nachteile, daß der Herstellungsvorgang kompliziert ist und daher die Vorrichtungen teuer sind und daß der Bereich klein ist, in dem ein Geschwindigkeitsmeßsignal erzeugt wird,sowie das Geschwindigkeitsmeßsignal nicht konstant ist, d. h. die Vorrichtungen eine geringe Leistungsfähigkeit zeigen.

Demgemäß liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten auszuschalten, die herkömmlichen Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtungen anhaften. Im einzelnen soll mit der Erfindung eine Scheiben-Motorgeschwindigkeit s-Meß vorrichtung geschaffen werden, die leicht unter geringen Kosten hergestellt werden kann und bei der der Bereich groß ist, in welchem ein Motorgeschwindigkeit s-Meßsignal erzeugt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Scheiben-Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung gelöst, die ein Meßvorrichtungs-Gehäuse mit einer oberen und einer unteren Platte, eine ringförmige Platte aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, die an der Innenfläche der unteren Platte befestigt ist, eine Spule, die in Toroidform auf einen Teilbereich der ringförmigen Platte gewickelt ist, einen ringförmigen Magneten, der der ringförmigen Platte unter einem verhältnismäßig geringen Zwischenabstand gegenübergesetzt ist und der einen S-PoI und einen N-PoI hat, von denen einer einen Magnetisierungswinkel von mehr als 180 Grad hat, ein scheibenförmiges Joch, das fest auf die oborc FlJIoho des ringförmigen Magneten aufgesetzt ist und das aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist, und eine Drehwelle aufweist, die einen im wesentlichen mittigen Teilbereich des Magneten durchtritt und drehbar mittels der oberen und der unteren Platte des Gehäuses gelagert ist.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 ist eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Scheiben-Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung zeigt.

Figur 2 ist eine Draufsicht, die eine ringförmige Eisenplatte zeigt, auf die in Toroidform an einem Teilbereich derselben eine Spule gewickelt ist.

Figur 3 ist eine Schnittansicht, die einen Teil einer Abwandlung der ringförmigen Eisenplatte zeigt-

Figur 4 ist eine Draufsicht, die die ringförmige Eisenplatte zeigt.

Figur 5 ist eine Draufsicht, die zwei Segmente veranschaulicht, welche die ringförmige Eisenplatte bilden.

Figuren 6 (a) bis 6 (c) sind Draufsichten, die Beispiele zu einem ringförmigen Magneten zeigen.

Figur 7 ist eine Draufsicht des ringförmigen Magneten und dient zur untersuchung der magnetischen Flußverteilung in der ringförmigen Eisenplatte.

Figur 8 ist eine Darstellung, die zur Erläuterung die magnetische Flußverteilung in der ringförmigen Eisenplatte veranschaulicht.

Figuren 9 (a) und (b) sind Darstellungen, die die theoretische Ausgangssignal-Kurvenformen zeigen, welche erhalten werden,, wenn die in Figur 6 (a) bzw. 6 (c) gezeigten Magneten verwendet werden.

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Figuren 10 (a) bis 10 (c) sind grafische Darstellungen, die Ausgangssignal-Kurvenformen zeigen, welche erzielt worden, wenn jeweils die in den Figuren 6 (a) bis 6 (c) gezeigten Magneten verwendet werden.

Figur 11 ist eine grafische Darstellung, die eine Ausgangssignal-Kurvenform zeigt, welche erzielt wird, wenn der in Figur 6 (a) gezeigte ringförmige Magnet verwendet wird.

Figur 12 ist eine grafische Darstellung, die eine theoretische Ausgangssignal-Kurvenform der Meßvorrichtung zeigt.

Figur 13 ist eine Darstellung, die zur Erläuterung eine herkömmliche Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung zeigt.

Figur 14 ist eine grafische Darstellung, die die Ausgangssignal-Kurvenform bei der Vorrichtung nach Figur 13 zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Scheiben-Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung hat gemäß der Darstellung in der Figur 1 ein Meßvorrichtungs-Gehäuse 1, das mit einer scheibenförmigen oberen Platte 1A und einer scheibenförmigen unteren Platte 1B aufgebaut ist, die mittels eines Halters 2 in der Weise gehalten sind, daß zwischen den Platten 1A und 1B ein Zwischenraum 1C besteht. Die Platten 1A und 1B sind aus Kunstharz hergestellt.

In die Platten 1A und 1B ist eine Drehwelle 3 in der Weise eingeführt, daß sie senkrecht zu den Platten 1A und 1B steht und frei drehbar ist. Die Drehwelle 3 wird an die Drehwelle eines (nicht gezeigten) Motors wie eines Schrittmotors angeschlossen, um damit die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors zu erfassen.

Die Vorrichtung hat ferner öllose bzw. Trocken-Metalllager 4 und 5, die in die obere Platte 1A bzw. die untere Platte 1B eingesetzt sind und auf die Drehwelle 3 aufgesetzt sind, so daß die Drehung der Drehwelle 3 erleichtert ist und die Drehwelle 3 drehbar gelagert ist. Es ist anzumerken, daß das Metallager 5 in eine kreisförmige Ausnehmung 6 eingesetzt ist, die in der unteren Platte 1B ausgebildet ist. An der inneren Fläche der unteren Platte 1B ist beispielsweise mit einem Klebstoff fest eine ringförmige Platte 7 angebracht. Die ringförmige Platte 7 besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht die ringförmige Platte 7 aus Eisen, das verhältnismäßig preiswert ist, und wird im Anwendungsfall nachstehend als "ringförmige Eisenplatte 7" bezeichnet. Die ringförmige Platte hat beispielsweise eine Dicke von 2 mm, einen Außendurchmesser von 30 mm und eine kreisförmige öffnung mit einem Durchmesser von 10 mm. Gemäß der Darstellung in der Figur 2 ist um einen Teilbereich der ringförmigen Eisenplatte 7 herum in Toroidform eine Spule 8 gewickelt. Selbstverständlich wird zwischen die Spule 8 und die Eisenplatte 7 ein Isolierband oder dergleichen eingefügt. Die Spule 8 hat Anschlüsse 8a, an denen eine Ausgangsspannung entwickelt wird.

Gemäß der Darstellung in der Figur 1 ist in die innere Fläche der unteren Platte 1B eine Ausnehmung 9 derart ausgebildet, daß von ihr zwangsweise die auf die ringförmige Eisenplatte gewickelte Spule 8 aufgenommen werden kann.

Die ringförmige Eisenplatte 7 kann gemäß der Darstellung in der Figur 3 so abgewandelt werden, daß der Spalt zwischen der ringförmigen Eisenpiatte 7 und einem (später

beschriebenen) Magneten verringert wird, um damit den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern. Der eine Teilbereich der Eisenplatte 7, auf den die Spule 8 gewickelt ist, ist nach Figur 3 beispielsweise mittels einer Presse nach unten zu durchgebogen, so daß ein durchgebogener Teilbereich 7b entsteht. Falls die Spule 8 auf den auf diese Weise gebildeten durchgebogenen Teilbereich 7b gewickelt wird, wird die Spule 8 von der Einkerbung aufgenommen, die durch den durchgebogenen Teilbereich 7b gebildet ist. D. h. die Spule 8 ragt nicht aus der Oberfläche der ringförmigen Eisenplatte 7 zu dem Magneten hin heraus, so daß dementsprechend der Spalt zwischen dem Magneten und der Eisenplatte 7 in diesem Ausmaß verringert werden kann. Der durchgebogene Teilbereich und die darauf gewickelte Spule können vorteilhaft in die Ausnehmung 9 der unteren Platte 1B eingesetzt werden.

Es ist im allgemeinen schwierig, die Spule gemäß der Darstellung in Figur 2 auf die ringförmige Eisenplatte 7 zu wickeln. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit kann die Eisenplatte 7 in zwei Teile, nämlich halbkreisförmige Segmente 7A und 7B gemäß der Darstellung in der Figur 5 aufgeteilt werden. In diesem Fall kann die Spule 8 mit einer geeigneten Stütze geformt werden und dann auf das Segment 7A oder 7B aufgesetzt werden. Danach werden die Segmente 7A und 7B gemäß der Darstellung in Figur 4 miteinander verbunden. Damit kann auf einfache Weise die ringförmige Eisenplatte 7 mit der Spule 8 erzielt werden. Die Endflächen bzw. Stirnflächen 7A-1 und 7B-1 der Segmente sollten einer Hochglanzpolitur unterzogen werden. Die in der Figur 5 gezeigten Segmente sind halbkreisförmig, jedoch besteht keine Einschränkung auf diese Gestaltung der Segmente. D. h. die Segmente können irgendeine beliebige Form haben, solange mit ihnen die in Figur 4 gezeigte ringförmige

Elsenplatte 7 gebildet werden kann.

In der Figur 1 bezeichnetes 1O ein scheibenförmiges Joch aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität. Das Joch 10 ist an seiner Mitte in der Weise fest an der Drehwelle 3 angebracht, daß es senkrecht zur Drehwelle steht. Das Joch 10 hat beispielsweise eine Dicke von Ί mm und den gleichen Durchmesser wie die ringförmige Eisenplatte 7. An der unteren Fläche des Jochs 10 ist mittels eines Klebstoffs ein ringförmiger Magnet 11 befestigt. Der Magnet 11 hat gemäß den Darstellungen in den Figuren

6 (a), 6 (b) und 6 (c) zwei Magnetpole (nämlich einen S-PoI und einen N-PoI). Einer der Magnetpole (nämlich im Falle der Figur 6 der N-PoI) hat eine Magnetpolbreite von mindestens 180 Grad. Der Magnet ist beispielsweise ein Ferritmagnet.

Sobald die Drehwelle 3 gedreht wird, werden das Joch und der Magnet 11 in Bezug auf die ringförmige Eisenplatte

7 gedreht. An den Anschlüssen 8a der Spule 8 wird eine der Drehung entsprechende Spannung entwickelt. Wenn die Drehwelle 3 an die Ausgangswelle eines zu messenden (nicht gezeigten) Motors angeschlossen ist, kann die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors durch Messen der Ausgangsspannung der Spule 8 ermittelt werden.

Der ringförmige Magnet 11 ist so ausgebildet, daß der N-PoI bzw. der S-PoI Magnetpolbreiten von 270 Grad bzw. 90 Grad nach Figur 6 (a), von 225 Grad bzw. 135 Grad nach Figur 6 (b) bzw. von 180 Grad und 180 Grad nach Figur 6 (c) haben. Es ist jedoch beachtlich schwierig, bei dem Herstellungsvorgang ein Magnetmaterial so zu magnetisieren, daß der Magnet die Magnetpolbreiten gemäß der vorangegangenen Beschreibung hat. Diese Schwierigkeit kann dadurch ausgeschaltet werden, daß ein Verfahren angewandt wird, bei dem der ringförmige Magnet

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11 aus zwei Magnetsegmenten 11A-1 und 11B-1, 11A-2 und 11B-2 bzw. 11A-3 und 11B-3 gebildet wird, die geformt und magnetisiert werden, wie es in Figur 6 (a), 6 (b) bzw. 6 (c) gezeigt ist.

Die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau kann als Generator-Scheiben-Motorgeschwindigkeit s-Meßvorrichtung bezeichnet werden. Das Prinzip der Vorrichtung nach dem Generator-System wird nun beschrieben. Falls die Verteilung des von dem Magneten 11 her zu der ringförmigen Eisenplatte 7 hin gerichteten Magnetflusses mit f (3) bezeichnet wird, dann gilt:

f (0) = f -(O + 2ηττ) (1)

wobei η = 0, -1, -2, ... ist. Damit ist f (&) eine periodische Funktion, wobei die Periode 2"JC ist. Für den Magnetkreis mit dem Magneten 11 und der Eisenplatte 7 gilt der folgende Ausdruck:

f (Θ) " dO s 0 (2)

Es soll nun die Kurvenform der mittels des Scheiben-Generators (gemäß der Darstellung in Figur 1) mit dem Magneten 11 mit zwei Polen erzeugten Elektrizität untersucht werden. Die magnetische Flußverteilung in der ringförmigen Eisenplatte 7 ist:

0(0) =

Zur Vereinfachung der Analyse wird der Usprung entsprechend der Figur 7 gewählt. Nimmt man an, daß bei Θ- der S-PoI zu dem N-PoI verschoben wird und bei θ~ der N-PoI zu dem S-PoI verschoben wird, dann ailt

.# = A (wobei A der Integrationswert ist), und 19 = A/2

mit ^Θ1^<Θ3^<Θ2

Der Ursprung wird auf den Wert Θ, gewählt, der aus dem Ausdruck (4) erzielt wird. Daher entspricht die magnetische Flußvertexlung in der ringförmigen Eisenplatte 7 der Darstellung in Figur 8 und wird zu f! (Θ) . Unter Verwendung von 0 (Θ) =0 kann der Ausdruck (3) folgendermaßen umgeschrieben werden.

0 (Θ) = J® f (©) d θ = [F(G)Jq = Ρ(β) -F(O)=F(G)

Es wird nun die Kurvenform der Elektrizität betrachtet, die mit der auf die ringförmige Eisenplatte 7 gewickelten Spule 8 erzeugt wird, wenn der ringförmige Magnet 11 mit einer Winkelgeschwindigkeit von uJ gedreht wird.

Es gilt:

E = -d 0/dt (wobei E die durch änderung des Magnetflusses induzierte erzeugte Spannung ist)

θ =u,'t, de/dt=üJ und dB =oJdt„ Daher gilt:

E(t) = -d/dt„0(t) = -d/dt. J® f(t).cjdt

Daher gilt

Ε(θ) = -f (θ) . (6)

D.unit kann die Kurvenform der mittels des (in Figur 1 gezeigten) Scheiben-Generators erzeugten Elektrizität aus dem Ausdruck (6) als Funktion von θ gewonnen werden, wobei die Kurvenform gleichartig der Verteilung f (Θ) des sich von dem ringförmigen Magneten 11 zu der ringförmigen Eisenplatte 7 erstreckende Magnetflusses ist. Aus dem Ausdruck (5) ist ersichtlich, daß die (an den Spulen-Anschlüssen 8a entwickelte) erzeugte Spannung zu der Winkelgeschwindigkeit ω proportional ist, wobei vorausgesetzt ist, daß die ringförmige Eisenplatte 7 nicht magnetisch gesättigt wird. Die Scheiben-Motorgeschwindigkeit-Meßvorrichtung beruht auf dem vorangehend beschriebenen Prinzip. Zur Einhaltung des PrinzipH muß die (an den Anschlüssen 8a) erzeugte Spannung V proportional zu der Drehgeschwindigkeit (bzw. Winkelgeschwindigkeit) oJ sein. Diese Bedingung wird gemäß dem Ausdruck (5) erfüllt. D. h., es gilt V= /λ co (wobei V die erzeugte Spannung ist, u) die Drehgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit und

M. eine Proportionalitätskonstante ist). Es ist anzustreben, daß die Proportionalitätskonstante /Λ über einen weiten Winkelbereich konstant ist. D. h., es ist notwendig, daß die bei Drehung des (in Figur 1 gezeigten) Generators mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugte Spannung über einen weiten Winkelbereich konstant ist.

Zur Verwendung des Scheiben-Generators (nach Figur 1) als Motorgeschwindigkeits- oder Motordrehzahl-Meßvorrichtung (oder Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsmeßgeber)

muß die vorangehend beschriebene Bedingung hinsichtlich E (Θ) erfüllt werden. Die Leistungserzeugungs-Kennlinie des Generator (nach Figur 1) entspricht E (Θ) = -f(0)... (6). Daher sollen der N-PoI und der S-PoI in dem ringförmigen Magneten 11 so geformt werden, daß der Ausdruck -f(Θ) der vorstehend beschriebenen Bedingung entspricht. Kurvenformen von Ausgangssignalen, die erzielt werden, wenn die ringförmigen Magnete gemäß der Darstellung in Figur 6 (a) bzw. 6 (b) verwendet werden, sind in den Figuren 9 (a) bzw. 9 (b) gezeigt. Wie aus den Figuren 9 (a) und 9 (b) ersichtlich ist, nimmt bei einer Zunahme des Winkels das Ausgangssignal in dem Falle ab, daß der in Figur 1 gezeigte Generator als Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung verwendet wird. Selbst wenn jedoch die Ausgangsspannung herabgesetzt ist, ist der Einsatz des Magneten, mit dem die erzeugte Spannung über einen weiteren Winkelbereich konstant ist, für die Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung zweckdienlich, da der Motorgeschwindigkeits-Meßbereich dementsprechend gesteigert wird. Die Ausgangsspannung kann nach verschiedenen Verfahren gesteigert werden; Falls der ringförmige Magnet 11 ein Gummi- bzw. Weichmaterial-Magnet ist, wird er durch einen Ferritmagneten ersetzt? falls der Magnet ein Ferritmagnet ist, wird er durch einen Samarium-Edelerdenmagnet ersetzt; ferner kann die elektrische Schaltung geringfügig abgeändert werden. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung leicht gesteigert werden.

Die Scheiben-Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung ist so ausgebildet, daß sie die vorstehende Bedingung erfüllt. Wenn ein zu prüfender bzw«, zu überwachender (nicht gezeigter) Motor dreht, vjird die an die Ausgangswelle des Motors angeschlossene Drehwelle 3 gedreht? do h., der ringförmige Magnet 11 wird in Bezug auf die ringförmige Eisenplatte 7 und die Spule 8 gedreht» An den Anschlüssen 8a der Spule 8 wird eine Spcannung

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entwickelt, die der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors entspricht. Die Kurvenformen der Ausgangssignale, die erzielt werden, wenn die ringförmigen Magnete 11 gemäß den Darstellungen in den Figuren 6 (a), 6 (b) bzw. 6 (c) verwendet werden, sind in den Figuren 10 (a), 10 (b) bzw. 10 (c) gezeigt. Wie aus der Figur 10 (c) ersichtlich ist, wird (a) der N-PoI allmählich zu dem S-PoI verschoben, d. h., die Verschiebung erstreckt sich über einen Winkel. Selbst falls beispielsweise der Magnet einen N-PoI und einen S-PoI hat, die jeweils 180 Grad einnehmen, ist der Winkel, für den der Magnetfluß konstant ist, nur ungefähr 150 Grad, (b) Selbst wenn der ringförmige Magnet 11 so magnetisiert ist, daß ein konstanter Magnetfluß erzielt wird, ist es in der Praxis unmöglich, eine vollständig lineare Spannuna zv erhalten; d. h., ein (in der Figur 10 (c) mit einer gestrichelten Linie umgebener) Teil B der Kurvenform ist nicht parallel zu einer Linie A. (c) Das Ausgangssignal kann durch Steigerung der Windungsanzahl der Spule 8 vergrößert werden. In diesem Fall ist es jedoch unmöglich, die Spule 8 an einer einzigen Stelle (einem sehr schmalen Bereich) der Eisenplatte 7 anzubringen, so daß demgemäß die Bedingung (5) E(t) = - cJf(t) nicht eingehalten werden kann. Falls jedoch der Wicklungswinkel der Spule 8 klein ist, kann die Bedingung (5) annähernd eingehalten werden. Die als (a) und (c) beschriebenen Erscheinungen bewirken eine Verkleinerung der linearen Teile der Ausgangsspannung (die ein {in Figur 10 (c) mit der gestrichelten Linie umgebener) Teil B der Ausgangssignal-Kurvenform, der sich längs der Linie A oder parallel zu dieser erstreckt/ und Teile C sind, di3 von dem Teil B verschieden sind). Andererseits wirkt die als (b) beschriebene Erscheinung als Störung, die die Ausgangssignal-Kurvenform unregelmäßig macht.

Es wurde ein Versuch mit dem Generator ausgeführt, der den Magneten gemäß der Darstellung in Figur 6 (a) hat. (D. h., bei dem der N-PoI 270 Grad überdeckt.) Die Kurvenform des sich ergebenden Ausgangssignals ist in der Figur 11 gezeigt. Bei dem Versuch betrug bei 1550 Umdrehungen pro Minute die Ausgangsspannung 240 mV, die Ausgangssignal-Kurvenform erstreckte sich über ungefähr 200 Grad und die Welligkeitsspannung betrug 30 mV. Wie aus der Figur 11 ersichtlich ist, erstreckt sich der (von der gestrichelten Linie umgebene) Teil B längs der Linie A. Es ist damit ersichtlich, daß der Winkel vergrößert wurde, der dem Teil entspricht, in welchem die erzeugte Spannung konstant ist. D. h., die Scheiben-Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel kann eine Ausgangssignal-Kurvenform gemäß der Darstellung in Figur 12 liefern. Die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eines zu überwachenden bzw. zu messenden (nicht gezeigten) Motors kann mittels des vorangehend beschriebenen Teils B der Ausgangssignal-Kurvenform erfaßt werden (der den Bereich darstellt, aus welchem ein Motorgeschwindigkeits-Meßsignal gewonnen werden kann). Es kann eine Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung geschaffen werden, bei der der mit der gestrichelten Linie umgebene Teil B (nämlich der Bereich, aus dem das Motorgeschwindigkeits-Meßsignal gewonnen werden kann) mindestens 150 Grad entspricht.

Der Teil C der Ausgangssignal-Kurvenform ist nicht linear, da er von den Magnetkräften des N-PoIs und des S-PoIs beeinflußt wird.Daher entspricht selbst dann, wenn der Magnet 11 so ausgebildet ist, daß gemäß der Darstellung in der Figur 6 (c) sowohl der N-PoI als auch der S-PoI jeweils 180 Grad überdeckt, der dem Teil C der Kurvenform entsprechende Winkel nicht größer als ungefähr 140 Grad. Falls daher beabsichtigt ist, für einen speziellen bzw. Sondermotor eine Motorgeschwin-

digkeit-Meßvorrichtung zu schaffen, bei der der dem Teil C entsprechende Winkel 150 Grad beträgt, muß der Magnetisierungswinkel eines der Pole, nämlich des N-PoI oder des S-PoI mehr als 180 Grad betragen.

Für den gleichen Zweck wie bei dem Ausführungsbeispiel würde in den USA für einen Sondermotor, der nur innerhalb von 150 Grad dreht, ein Verfahren zum Messen der Drehgeschwindigkeit innerhalb der 150 Grad vorgeschlagen. Eine Motorgeschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung nach diesem Verfahren ist in der Figur 13 gezeigt. Die bekannte Einrichtung hat gleichermaßen wie die beschriebene Meßvorrichtung Generator-Ausführung. Gemäß der Darstellung .' der Figur 13 ist auf einen zylindrischen Eisenring 12 eine Spule 13 in Toroidform mit einem Bereich von 180 Grad gewickelt. Zwischen den beiden Anschlüssen 13a der Spule 13 entsteht eine Generatorspannung. In dem zylindrischen Eisenring 12 ist drehbar ein an einer Drehwelle 14 befestigter rechteckiger Magnet 15 gelagert. An den beiden Endflächen des Magneten 15 sind Eisenvorsprünae 16 befestigt, so daß sich der Magnetfluß in der Pfeilrichtung bzw. pfeilförmig gesammelt ausbreitet. Zur Erleichterung der Ausbreitung des Magnetflusses sind an den Seiten des rechteckigen Magneten 15 nahe den Eisenvorsprüngen 16 Isolierteile 17 aus einem Material wie Kupfer angebracht, das eine geringe magnetische Permeabilität hat und das zum Umsetzen des Magnetismus in Strom geeignet ist. Die Motorgeschwindigkeits-Einrichtung der Generator-Ausführung erfüllt die vorstehend beschriebene Bedingung. Selbst wenn auf die vorangehend beschriebene Weise an den Magneten 15 die Eisenvorsprünge 16 und die Isolierteile 17 angebracht sind, divergiert jedoch die Magnetkraft in mancherlei Richtungen, so daß daher die Kurvenform des sich ergebenden Ausgangssignals sinusartig ist, wie es in der Figur 14 gezeigt ist.

Daher ist diese bekannte Einrichtung nicht als eine Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung geeignet, bei der" es von Bedeutung ist, daß eine erzeugte Spannung über einem breiten Winkelbereich konstant ist. Selbst wenn die Wicklung 13 bei der herkömmlichen Einrichtung über einen Winkel von 180 Grad gewickelt ist, kann der ^Motorgeschwindigkeits-Meßbereich theoretisch nicht auf mehr als 150 Grad vergrößert werden. Falls daher ein Sondermotor ein solcher ist, der über mehr als 150 Grad dreht, kann die in der Figur 13 gezeigte Einrichtung keine Geschwindigkeitserfassung in einem Bereich von mehr als 150 Grad ergeben. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Spule 13 in der Form mehrerer Windungsschichten auf dem Eisenring 12 gewickelt wird; der Wickelvorgang ist jedoch ziemlich schwierig und die Windungsschichten müssen voneinander isoliert werden, was zu einer Steigerung der Herstellungskosten führt. Diese Unzulänglichkeiten wurden durch die Schaffung der Motorgeschwindigkeits-Meßvorrichtung ausgeschaltet, wie sie anhand der Figuren 1 bis 12 beschrieben wurde.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die beschriebene Meßvorrichtung die folgenden Wirkungen bzw. Vorteile zeigt:

(a) Da der Winkelbereich für die Gewinnung des Meß-

. signals frei auf 150 Grad bis 220 Grad in Abhängigkeit von dem Magnetisierungswinkel des Magneten gewählt werden kann, kann die Meßvorrichtung bei einer Vielfalt von Sondermotoren angewandt werden.

(b) Gemäß der Darstellung in der Figur 12 ist die Ausgangssignal-Kurvenform nicht sinusartig und der Winkelbereich ist groß, in welchem die erzeugte Spannung konstant ist, wie es bei B gezeigt ist. Daher kann die Geschwindigkeit eines

Motor« mit hoher Genauigkeit orfaßt werden.

(c) Aus dem Ausdruck (5) ist ersichtlich, daß die erzeugte Spannung von niedriger Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit zu der Winkelgeschwindigkeit CJ proportional ist.

(d) Selbst bei einem Betrieb mit kleinem Winkel kann direkt das der Gleichung (5) entsprechende Signal gewonnen werden.

(e) Die Anzahl der Bauelemente ist verhältnismäßig gering. Daher kann die Meßvorrichtung leicht unter niedrigen Kosten hergestellt werden.

(f) Sobald die ringförmige Eisenplatte aus zwei Segmenten gebildet wird, kann die Spule leicht auf die Eisenplatte gewickelt werden.

(g) Nach Figur 3 hat die ringförmige Eisenplatte den durchgebogenen Teilbereich und es ist in der unteren Platte entsprechend dem durchgebogenen Teilbereich die Ausnehmung ausgebildet. Daher kann der Spalt zwischen der ringförmigen Eisenplatte und dem Magneten weitgehend verkleinert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit der Meß-

■ vorrichtung gesteigert wird.

(h) Der ringförmige Magnet ist aus zwei Segmenten zusam- ' mengesetzt. Daher kann schnell unter geringen Kosten eine Vielzahl von ringförmigen Magneten hergestellt werden, welche geeignete Magnetisierungswinkel haben.

Es wird eine Scheiben-Ausführungs-Meßvorrichtung zur Mötorgeschwindigkeits-Erfassung angegeben, die mit einer

an der Innenfläche einer unteren Platte eines Gehäuses befestigten ringförmigen Platte hoher magnetischer Permeabilität, einer auf einen schmalen Bereich der ringförmigen Platte gewickelten Spule, einem ringförmigen Magneten mit einem S-PoI und einem N-PoI,von denen einer einen Magnetisierungswinkel von mehr als 180 Grad hat, einem an dem Magneten befestigten scheibenförmigen Joch und einer Drehwelle aufgebaut ist, die zur Drehung des Magneten in Bezug auf die ringförmige Platte ausgebildet ist.

Claims

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IEDTKE — OUHLING — IVlNNE : .-* · ; : .- veirejer. beim EPA

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O Z U O U O U Dipl.-Ing. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariarsng 4, Postfach 202403

8000 München

Tel.: 089-5396

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

12. Februar 1982

DE 1882 / case S-3-2

Patentansprüche

f 1.)Scheiben-MeSvorrichtung zur Motorgeschwindigkeits-Erfassung, gekennzeichnet durch ein Meßvorrichtungs-Gehäuse (1) mit einer oberen und einer unteren Platte (1A bzw. 1B), einer ringförmigen Platte (7) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, die an der Innenfläche der unteren Platte befestigt ist, eine Spule (8), die in Toroidform auf einen Teilbereich der ringförmigen Platte gewickelt ist, einen ringförmigen Magneten (11), der unter einem verhältnismäßig geringen Zwischenabstand der ringförmigen Platte gegenüber gesetzt ist und der einen S- und einen N-PoI hat, von welchen einer einen Magnetisierungswinkel von mehr als 180 Grad hat, ein scheibenförmiges Joch (10), das fest auf die obere Oberfläche des ringförmigen Magneten aufgesetzt ist und das aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität besteht, und eine Drehwelle (3), die einen im wesentlichen mittigen Teilbereich des ringförmigen Magneten durchdringt und drehbar mittels der oberen und der unteren Platte des Gehäuses gelagert ist.

A/25

Deutsche Bank (München) K!o. 51/61070

Dresdner Bank (Münchsn) KIo 3939844

Postscheck (München) KIo 670-43-B04
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Platte (7) aus mindestens zwei Segmenten (7A, 7B) besteht (Figur 5).
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Platte (7) einen nach unten zu gebogenen Teilbereich (7b) hat, auf den die Spule (8) gewickelt ist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Magnet (11) aus zwei Segmenten (11A, 11B) besteht, die zu einem S-PoI bzw. einem N-PoI magnetisiert sind.