DE1258160B - Tachometergenerator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIp

Deutsche Kl.: 42 ο-2/01

Nummer: 1258160

Aktenzeichen: C31954IXb/42o

Anmeldetag: 24. Januar 1964

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tachometergenerator mit einem rotationssymmetrischen glockenförmigen Rotor aus einem nichtmagnetischen leitenden Material, der sich zwischen zwei Statorteilen dreht, von denen das eine ein permanenter Erregermagnet ist, während das andere ein im wesentlichen zylindrisches, koaxial zu dem Rotor liegendes Magnetjoch bildet, in welchem eine oder mehrere Hallsonden so angeordnet sind, daß sie von dem Magnetfluß durchquert werden, der in dem Stator bei einer Drehung des Rotors erzeugt wird.

Bei bekannten Tachometergeneratoren dieser Art ist das Magnetjoch ein in sich geschlossener Ring, der an der inneren Mantelfläche mit Einkerbungen versehen ist, in denen die Hallsonden so liegen, daß ihre eine Breitseite dem Rotor zugewandt ist. Die senkrecht zur Sonde verlaufende wirksame Komponente des von der Drehung des Rotors erzeugten Magnetflusses ist daher nur ein Bruchteil dieses Magnetflusses, der seinerseits sehr schwach ist, weil er zweimal einen sehr großen Luftspalt durchqueren muß, der praktisch gleich dem Radius der Innenwand des Magnetjochs ist. Der Wirkungsgrad dieses bekannten Tachometergenerators ist daher außerordentlich gering.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Tachometergenerators der eingangs angegebenen Art, der einen sehr guten Wirkungsgrad hat.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der permanente Erregermagnet einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die in bezug auf die Drehachse des Rotors symmetrisch zueinander liegen, daß das Magnetjoch durch diametrale, im wesentlichen in gleicher Weise wie der permanente Erregermagnet gerichtete Schlitze in zwei Halbzylinder unterteilt ist und daß die Hallsonde bzw. die Hallsonden derart in den Schlitzen des Magnetjochs angeordnet sind, daß der durch die Drehung des Rotors in dem Magnetjoch erzeugte sekundäre Magnetfluß senkrecht durch die Hallsonden hindurchgeht. Da sich der sekundäre Magnetfluß außerdem praktisch ohne Luftspalt schließt, wird dadurch der größtmögliche Wirkungsgrad erreicht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Riehtung des permanenten Erregermagnets in bezug auf die Richtung der diametralen Schlitze zur Beseitigung oder Verminderung der Restspannung an den Elektroden der Hallsonden einstellbar ist.

Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders einfache Beseitigung oder Verminderung der Restspannung an den Elektroden der Hallsonden bei Tachometergenerator

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphie
Sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Bernard Grancoin, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 25. Januar 1963 (922 698)

einem nach der Erfindung ausgebildeten Tachometergenerator. Es genügt zu diesem Zweck, die Winkelstellung des Erregermagnets in bezug auf die Winkelstellung der Schlitze des Magnetjochs so zu verändern, daß die Restspannung ein Minimum wird. Dies kann entweder durch Verdrehen des Magnets oder durch Verdrehung des Magnetjochs leicht erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 ein als Hallgenerator geschaltetes HaIbleiterplättchen,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen nach der Erfindung ausgeführten Tachometergenerator,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Tachometergenerator von F i g. 2 und

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung der Ausgangsspannung als Funktion der Drehzahl.

Fig. 1 zeigt ein quaderförmiges Halbleiterplättchen 20. Die Seitenflächen 201 und 202 des Plättchens sind Rechtecke, deren Längsseiten oben und unten liegen und deren Schmalseiten an den Seiten liegen. Die obere Fläche 211 und die untere Fläche 212 sind Rechtecke, deren Längsseite der Längsseite des Plättchens entspricht und deren Schmalseite der Dicke des Plättchens entspricht. Die Stirnseiten 221 und 222 des Plättchens sind Rechtecke, deren Längsseite der Schmalseite des Plättchens entspricht und deren Schmalseite gleich der Dicke des Plättchens ist. Man läßt durch das Plättchen parallel zu seiner

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Längsseite einen Strom der Stärke i fließen, während Unter diesen Voraussetzungen besteht aus Symme-

senkrecht zu den Seitenflächen ein Magnetfelds triegründen keine Komponente senkrecht zu den durch das Plättchen hindurchgeht. Seitenflächen der Plättchen 21 und 21a, so daß keine

Unter diesen Bedingungen erscheint eine den Spannung an den beiden Elektroden der Plättchen Werten B und i im wesentlichen proportionale Span- 5 erscheint.

nung U zwischen den oberen und unteren Flächen Wenn sich dagegen die Glocke 3 mit der Winkeides Plättchens, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich geschwindigkeit ω dreht, entsteht auf Grund der ist, parallel zu den Vektoren β und T liegen. Rotationssymmetrie der Anordnung in jeder Mantel-

Diese als »Halleffekt« bezeichnete Erscheinung ist linie 35, 35 a der Glocke ein Strom, dessen Richtung je nach der Art des Halbleiters mehr oder weniger io und Amplitude durch die Lenzsche Regel bestimmt stark. sind und der sich in dieser Mantellinie schließt.

Fig. 2 und 3 zeigen im Längsschnitt bzw. im Dieser Strom erzeugt in dem Stator einen elemen-

Querschnitt einen nach der Erfindung ausgeführten taren Induktionsfluß φ₂, dessen Richtung mit der Tachometergenerator. Dieser besitzt einen Stator und Verschiebungsrichtung des Stroms und mit senkeinen Rotor. 15 recht zur Zeichenebene von F i g. 3 stehenden Augen-

Der Stator enthält einen mittleren Permanent- blicksrichtung des Stroms selbst ein rechtwinkliges magnet 10, dessen Nordpol 11 und Südpol lla, die Koordinatensystem bildet.

vorzugsweise aus einer magnetisch weichen Legierung Der Gesamtfluß ergibt sich aus der Summe der

bestehen, den Induktionsfluß Φ1 des Magnets ver- Elementarflüsse. Jeder dieser Flüsse φ₂ hat eine teilen. 20 Komponente φ_χ in der Richtung von Φ1, die keine

Dieser Fluß wird nach links und nach rechts durch Wirkung auf die beiden Plättchen ergibt, und eine zwei zylindrische Halbschalen 2 a und 2b geleitet, die Komponente cp_y, die auf Grund des Halleffekts eine den Stator vervollständigen. Diese Halbschalen Spannung an den Klemmen der beiden Plättchen liegen konzentrisch zum Magnet 10 und bestehen erzeugt. Der den Halleffekt hervorrufende Fluß ist vorzugsweise aus einer magnetisch weichen Legie- 25 die Summe der Elementarflüsse ψ_χ. Diese Flüsse rung. In dem oberen und in dem unteren Luftspalt wachsen mit steigender Drehzahl ω. zwischen den beiden Halbschalen sind zwei einander Wenn der Strom i ein Gleichstrom ist, ist die

gleiche Hallsonden 21 und 21a angeordnet. induzierte Spannung U (ω) eine Gleichspannung,

Zwischen dem mittleren Magnet und den beiden deren Amplitude von ω abhängt. Halbschalen 2α und 2b ist der zylindrische Abschnitt 30 Wenn der Strom ein Wechselstrom mit der Kreiseiner den Rotor bildenden Glocke 3 eingefügt. frequenz Ω ist, hat die Spannung U die gleiche Kreis-

Die Glocke 3 dreht sich um ihre Achse 30 mit der frequenz, zu messenden Winkelgeschwindigkeit ω. Man erhält daher eine Potentialdifferenz U(ico),

Die Glocke ist mit einem Boden 31 versehen. Sie die gleichfalls einer Gleichspannung oder einer wird von einer Welle 32 angetrieben, die im Ge- 35 Wechselspannung entspricht, zwischen den beiden häuse 5 des Generators von einem Kugellager 34 oben und unten liegenden Flächen jedes Plättchens gehalten wird. 21 und 21a, wobei die Amplitude dieser Spannung

Das Plättchen 21 hat die Form eines Quaders, eine definierte Funktion U (ω) der Winkelgeschwindessen in F i g. 2 erkennbares Profil ein längliches digkeit ω ist, wenn die Stärke i des Bezugsstroms Rechteck ist, dessen Längsseite parallel zur Achse 30 40 konstant bleibt, liegt. Bekanntlich sind die Tachometergeneratoren, die

In F i g. 2 ist das Plättchen 21 im Längsschnitt keine Spannung abgeben sollten, wenn der Rotor die dargestellt. Dieser hat die Form eines länglichen Drehzahl Null hat, nicht frei von Restspannungen, Rechtecks, dessen Längsseiten die Elektroden sjnd, deren Beseitigung insbesondere dann schwierig ist, an deren Klemmen die vom Halleffekt hervor- 45 wenn der Generator in Miniaturausführung hergerufene Spannung U erscheint. Der Strom i fließt gestellt ist. durch das Plättchen in der Schnittrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Generator verfügt man

Nicht dargestellte Drähte sind mit den einander über ein einfaches Mittel zur Beseitigung oder Vergegenüberliegenden Flächen des Plättchens 21 an den minderung der Restspannung im Statorteil, indem Enden seiner größten Seite verbunden. Sie schicken 50 man diese durch eine entgegenwirkende Querkompoden Strom? durch das Plättchen. nente des vom Permanentmagnet hervorgerufenen

Ein weiteres Paar von Drähten erfüllt die gleiche Flusses <Pl kompensiert; dies bedeutet, daß man die Aufgabe bei dem Plättchen 21a. Nord-Süd-Achse des Permanentmagnets geringfügig

Zwei weitere Paare von Drähten sind mit den um die Achse 30 dreht.

oberen und unteren Flächen der Plättchen 21 bzw. 55 In Fig. 5 ist die Änderung der Spannung U(ω) 21a verbunden. Alle diese Drähte sind in Isolier- für eine Änderung der Drehzahl ω zwischen den schläuchen 4 bzw. 4 a zusammengefaßt. beiden praktisch anwendbaren Grenzwerten der

Es soll nun der Betrieb des Tachometergenerators Drehzahlmessung dargestellt, nach der Erfindung erläutert werden. Die Kurve U (ω) ist bis zu einer sogenannten

Wenn die Glocke 3 stillsteht, geht der Fluß Φ1 6o Sättigungsdrehzahl al im wesentlichen geradlinig, vom Nordpol 11 zum Südpol 11 α des Magnets über während sie oberhalb dieses Wertes weniger schnell die Halbschalen 2a und 2 b zurück. Die Kraftlinien als die Drehzahl ω ansteigt.

treten durch die Glocke 3 senkrecht zu deren den Der Ausdruck φ (ω) ist nämlich nur bis zu einer

Polenil und 11a gegenüberliegenden Fläche hin- bestimmten Drehzahl ω 1 linear, durch. 65 In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise

Da kein Strom durch die Glocke 3 fließt, ist das bei Servoregeleinrichtungen, ist es oft erwünscht, daß einzige durch den Generator gehende Magnetfeld in man nur bei geringen Drehzahlen ein lineares Ausdiesem Zustand das Feld Φ1. gangssignal erhält, während dieses Ausgangssignal

bei höheren Drehzahlen allmählich abgeschwächt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich also insbesondere dann, wenn eine solche Abschwächung des Ausgangssignals erwünscht ist.

Die beschriebene Vorrichtung kann natürlich auch dahingehend abgeändert werden, daß mehrere HaIbleiterplättchen mit Halleffekt in jedem Luftspalt des Umfangsjochs verwendet werden.

Ferner kann das permanente Organ an der Außenseite der Glocke angeordnet werden, während die Joche des Magnetkreises im Innern der Glocke untergebracht werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Tachometergenerator mit einem rotationssymmetrischen glockenförmigen Rotor aus einem nichtmagnetisch leitenden Material, der sich zwischen zwei Statorteilen dreht, von denen das eine ein permanenter Erregermagnet ist, während das andere ein im wesentlichen zylindrisches, koaxial zu dem Rotor liegendes Magnetjoch bildet, in welchem eine oder mehrere Hallsonden so angeordnet sind, daß sie von dem Magnetfluß durchquert werden, der in dem Stator bei einer Drehung des Rotors erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, daß der permanente Erregermagnet (10) einen Nordpol (11) und einen Südpol (lla) aufweist, die in bezug auf die Drehachse (30) des Rotors (3) symmetrisch zueinander liegen, daß das Magnetjoch (2) durch diametrale, im wesentlichen in gleicher Weise wie der permanente Erregermagnet (10) gerichtete Schlitze in zwei Halbzylinder (2a, 2 b) unterteilt ist und daß die Hallsonde bzw. die Hallsonden (21, 21a) derart in den Schlitzen des Magnetjochs angeordnet sind, daß der durch die Drehung des Rotors (3) in dem Magnetjoch (2) erzeugte sekundäre Magnetfluß senkrecht durch die Hallsonden hindurchgeht.

2. Tachometergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der permanente Erregermagnet (10) im Innern des glockenförmigen Rotors (3) angeordnet ist und daß das Magnetjoch (2) den Rotor umgibt.

3. Tachometergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der permanente Erregermagnet außerhalb des glockenförmigen Rotors liegt und daß das Magnetjoch im Innern des Rotors angeordnet ist.

4. Tachometergenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) mit großen Polschuhen (11, Ua) aus Magnetmaterial versehen ist, über welche sich der sekundäre Magnetfluß schließt.

5. Tachometergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des permanenten Erregermagnets in bezug auf die Richtung der diametralen Schlitze zur Beseitigung oder Verminderung der Restspannung an den Elektroden der Hallsonden einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 315 897;
USA.-Patentschriften Nr. 3 015 875, 3 018 395.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1147 787.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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