DE1913468B2 - Drehzahlgebergenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlgebergenerator.

Es sind Drehzahlgebergeneratoren bekannt, bei denen im Luftspaltbereich zwischen einem Stator und einem Rotor Zähne angeordnet sind, Mit Hilfe eines Magneten wird ein magnetischer Fluß über den Luftspalt erzeugt, der sich über den Rotor und den Stator schließt. Während der Drehung des Rotors stehen die Zähne von Stator und Rotor einmal sich gegenüber und einmal auf Lücke. Die dadurch hervorgerufene Flußänderung im Luftspalt erzeugt in einer am Stator angeordneten Wicklung eine Spannung. Für derartige Drehzahlgebergeneratoren ist es ferner bekannt, zwei Polstücke in Form ringförmiger Schenkel am Stator beidseitig einer ringförmigen Wicklung anzuordnen. Hierbei ist der Magnet ebenfalls ringförmig ausgebildet. Jeder Schenkel besitzt eine Zahnreihe, die den Zähnen des Rotors gegenübersteht. Für einen solchen DrehzaWgebergenerator ist es schließlich bekannt, die Zähne des Rotors schräg auszubilden.

Nachteilig bei derartigen DrehzaWgebergeneratoren ist, daß die auftretenden Flußänderungen in dem Luftspalt verhältnismäßig gering sind, so daß das von der Meßwicklung abgenommene Spannungssignal entsprechend verhältnismäßig klein ist.

Es ist ferner ein Drehzahlgebergenerator bekannt, bei dem zwei Polstücke beidseitig einer Wicklung angeordnet und durch einen Wickli kern magnetisch leitend miteinander verbunder Die Polstücke

stehen einem gezahnten Rotor gegenüber und haben in den jeweiligen Luftspaltbereichen ebenfalls eine Zahnung. Auf der äußeren Seite eines Polstücks liegt ein Pol eines Permanentmagneten an. Von diesem Pol aus verlaufen über die Polstücke zwei magnetische Pfade zum Rotor. Von dem anderen Pol des Magneten aus verläuft ein Rückflußpfad über das Gehäuse zum Rotor. Die Zahnungen der beiden Polstücke sind so gegeneinander versetzt, daß bei einem Reluktanzmaximum des ersten magnetischen Pfades ein Reluktanzminimum im zweiten Pfad vorliegt und umgekehrt. Auf diese Weise ist es möglich, in der Spule eine größere Änderung der magnetischen Durchflutung zu erzielen. Nachteilig bei dem bekannten Generator ist hingegen, daß der Rückflußpfad durch ein Gehäuse gebildet wird, das den Stator und den Rotor zumindest teilweise umgibt. Hierzu ist es erforderlich, daß das Gehäuse zumindest in einem Teilbereich eine spezielle Form hat, um einen verhältnismäßig kleinen Luftspalt zu bilden, damit der magnetische Widerstand des Rückflußpfades nicht zu groß wird. Für das Gehäuse müssen magnetisch leitende Materialien verwendet werden. Schließlich gibt es zahlreiche Anwendungsfälle, bei denen ein Gehäuse aus konstruktiven Gründen überhaupt unerwünscht ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen DrehzaWgebergenerator mit Ausgangssignalen hoher Am-

plirude zu schaffen, der sich durch eine magnetisch und konstruktiv günstige Rückführung des magnetischen Flusses auszeichnet,

Zur Lösung dieser Aufgabe geht di« Erfindung aus von einem Drehzahlgebergenerator mit einem an einem ersten Bauteil angeordneten Stator, einem an einem relativ zum ersten Bauteil drehbaren zweiten Bauteil angeordneten Rotor, zwei am Stator angeordneten Polstücken, die beidseitig einer Wicklung an-

generator 10 in Verbindung mit einem feststehenden Bauteil 12 und einem drehbaren Bauteil 14 gezeigt und enthält eine Statoranordnung 20 mit einem ringförmig verlaufenden Stator 22 von U-förmigom Querschnitt, in dem eine ringförmig verlaufende Meßspule 24 angeordnet ist, die eine von einem Plastik-Spulenkörper 28 getragene Wicklung 26 aufweist. Ein ringförmig verlaufender Dauermagnet 30 ist neben einem _β ... innen gelegenen, als Schenkel ausgebildeten Polgeordnet und über ein Joch magnetisch verbunden io stück 32 des Stators 22 angeordnet. Der Stator 22 hat sind, zwei zwischen den beiden Polstücken und dem ein zweites, außen gelegenes, als Schenkel ausgebilde-Rotor vorgesehenen Luftspalten, in deren Bereich tes Polstück 34. Neben dem Magneten 30 liegt ein eine Zahnung am Rotor und den Polstücken vorgese- scheibenförmiges Rückschlußpolstück 36. Ein ringhen ist, wobei die Zahnung des einen Luftspaltbe- förmiges Gehäuse 37 aus nichtmagnetischera Matereichs gegenüber der des anderen Luftspaltbereichs 15 rial umschließt die Statoranordnung 20 einschließlich versetzt ist, und einem auf einer Seite eines Polstücks des Stators 22, der Meßspule 24, des Magneten 30 angeordneten Magneten, der zusammen mit den Pol- und des Rückschlußpolstücks 36 und ist an dem feststücken, dem Rotor und einem magnetischen Rück- stehenden Bauteil 12 angebracht,
(lußpfad zwei magnetische Kreise bildet, derart, daß Die radial inneren Enden der Schenkel 32 und 34 — auf Grund der gegeneinander versetzten Zahnun- ao sind mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung vergen — bei einem Reluktanzmaximum des ersten ma- teilten, axial verlaufenden Zähnen 38 bzw. 40 versegnetischen Kreises ein Reluktanzminimum im zwei- hen. Das radial innere Ende 42 des Rückschi ußpulten Kreis vorliegt und umgekehrt. Dabei wird die ge- Stücks 36 ist im wesentlichen glattflächig ausgebildet, nannte Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der anderen Ein Rotor 44 ist koaxial zur Statoranordnung 20 Seite des Magneten ein Rückschlußpolstück angeord- 25 und drehfest auf dem drehbaren Bauteil 14 angeordnet ist, das mit dem Rotor einen dritten Luftspalt bil- net. Der Rotor 44 ist ringförmig ausgebildet und mit det, über den beide magnetischen Kreise geschlossen einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten, werden. axial verlaufenden Zähnen 46 versehen, deren axiale Das Rückschlußpolstück, über das beide magneti- Erstreckung ausreichend groß ist, daß sie den Zähnen sehe Kreise geschlossen werden, macht ein Gehäuse 30 38 und 40 der Schenkel 32 bzw. 34 zugekehrt sind, zur Rückführung des magnetischen Flusses überflüs- Der Rotor 44 ist weiterhin mit einem glattflächigen sig. Für den Fall, daß der Drehzahlgebergenerator Abschnitt 48 versehen, der zu der glatten Fläche 42 dennoch mit einem Gehäuse umgeben werden soll, des Rückschlußpolstücks 36 axial ausgerichtet und kann dafür ein beliebiger geeigneter Werkstoff ver- dieser in Radialrichtung zugekehrt ist. Die Zähne 46 wendet werden. Der Luftspalt zwischen dem Rück- 35 sind zur Axialrichtung schräg angestellt (s. F i g. 3),

schlußpolstück und dem Rotor kann äußerst gering gehalten werden, so daß auch der gesamte magnetische Widerstand der magnetischen Kreise im Reluktanzminimum sehr gering gehalten werden kann. Fer-

während die Zähne 38 und 40 in Axialrichtung verlaufen. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 den Zähnen 40 unmittelbar zugekehrt sind, sind die Zähne 38 den Zwischenräumen zwischen den Zähnen

ner wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des 40 46 zugekehrt und umgekehrt. Der der Wicklung 26

Drehzahlgebergenerators vermieden, daß der magne- zugeordnete magnetische Kreis des Magneten 30 verläuft über einen die Schenkel 32 und 34 verbindenden Steg 47 des Stators 22, den äußeren Schenkel 34, einen Luftspalt 50 zwischen den Zähnen 40 des Schenkels 34 und den Zähnen 46 des Rotors 44, den Rotor 44 und einen Luftspalt 52 zwischen dem Rotor 44 und dem Rückschlußpolstück 36. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 mit den Zähnen 40 fluchten, hat der die Wicklung 26 beeinflussende Ma-Die Erfindung wird im folgenden an Hand von 5° gnetkreis des Magneten 30 eine niedrigere Reluktanz

Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeich- (der Luftspalt 50 ist klein), und wenn die Zähne 40

und 46 nicht miteinander fluchten (und der Luftspalt 50 groß ist), wird für den auf die Wicklung 26 einwirkenden Magnetkreis eine hohe Reluktanz geschaffen. 55 Um im Zustand hoher Reluktanz den magnetischen Fluß in dem Magnetkreis der Wicklung 26 weiter zu verringern, ist ein magnetischer Kreis vorgesehen, der übet den Schenkel 32 des Stators 22, den Luftspalt 54 3:wischen den Zähnen 38 des Schenkels 32 und F i g. 4 und 5 der F i g. 3 entsprechende Darstellun- 60 den Zähnen 46 des Rotors 44, den Rotor 44 und den

gen weiterer Ausführungsbeispiele des in F i g. 1 ge- Luftspalt 52 zwischen dem Rotor 44 und dem Rückschlußpolstück 36 führt. Wenn daher Abschnitte der Zähne 46 mit den Zähnen 38 fluchten, verfügt dieser

tische Pfad über das Rotorlager zum Gehäuse und damit zum Stator rückgeführt wird. Mit der Erfindung ist somit ein konstruktiv und elektromagnetisch vorteilhafter, wenig aufwendiger Drehzahlgebergene- 45 rator geschaffen, der sich durch sehr kurze magnetische Pfade auszeichnet.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

nungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweise gebrochenen Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehzahlgebergenerators,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig.1,

zeigten Drehzahlgebergenerators,

F i g. 6 eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig. 6.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 ist ein Drehzahlgeber-

Kreis über eine niedrige Reluktanz (der Luftspalt 54 65 ist schmal), und wenn die Zähne 46 außer Flucht mit den Zähnen 38 sind, hat dieser Kreis eine hohe Reluktanz (der Luftspalt 54 ist groß). Wie erwähnt, sind die Zähne 46 schräg angestellt, und zwar derart, daß

der als Umgehungskreis wirkende zweite Kreis im Zustand hoher Reluktanz ist, wenn der andere Kfeis im Zustand niedriger Reluktanz ist und umgekehrt. Der Umgehungskreis, der im Zustand hoher Reluktanz des anderen Kreises für die Wicklung 26 eine niedrige Reluktanz aufweist, verringert den die Wicklung 26 beeinflussenden Magnetfluß beträchtlich und bringt ihn auf einen sehr kleinen Wert. Im Zustand niedriger Reluktanz des ersten Kreises ist jedoch der Umgehungskreis im Zustand hoher Reluktanz und beeinflußt den auf die Wicklung 26 einwirkenden Magnetfluß nur geringfügig. Die beträchtlichen Änderungen des auf die Wicklung 26 einwirkenden Magnetflusses (vom Zustand niedriger Reluktanz zum Zustand hoher Reluktanz des Magnetkreises der Wicklung) führen dazu, daß die Wicklung 26 ein Ausgangssignal hoher Amplitude erzeugt. Gleichzeitig erscheint der Gesamtmagnetkreis des Magneten 30 als Magnetkreis von im wesentlichen konstanter Stärke, was die Wirksamkeit des Magneten 30 verbessert.

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Statorkonstruktion. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 sind die dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 3 entsprechenden Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Zusatz »α« versehen. An Stelle der schräg angestellten Zähne 46 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 Zahnpaare 46 α und 46 a' vorgesehen, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind_; um die Umschaltung zwischen dem die Wicklung 26 beeinflussenden Kreis und dem Umgehungskreis zu bewirken.

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem entsprechende Bauteile das gleiche Bezugszeichen, jedoch den Zusatz »δ« haben. Die Zähne 46δ sind hier in Axialrichtung geradlinig ausgebildet und die Zähne 40 b und 38 b in Umfangsrichtung versetzt angeordnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den F i g. 6 und 7 gezeigt, in der die dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 3 entsprechenden Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem zusätzlichen Buchstaben »c« versehen sind. Die Statoranordnung 20 c enthält einen ringförmig verlaufenden Stator 22 c von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt; der Stator 22 c hat einen radialen, äußeren Schenkel 34 c und einen radialen inneren Schenkel 32 c. Die Schenkel 32 c und 34 c tragen an ihren axial inneren Enden in Umfangsrichtung verteilte, in Radialrichtung verlaufende Zähne 38 c bzw. 40 c. Eine Meßspüle 24 c verläuft ringförmig, ist in dem Stator 22 c gehaltert und enthält eine ringförmig verlaufende Wicklung 26 c, die in einem U-förmigen Plastik-Wikkelträger 28 c gehaltert ist Ein kreisförmig verlaufender Ringmagnet 30 c ist neben dem Schenkel 32 c angeordnet und hat die in der Zeichnung dargestellte Polarität. An der radial äußeren Seite des Magneten 30 c ist ein Ring 36 c, der das Rückschlußpolstück bildet, angeordnet. Die Statoranordnung 20 c ist in einem nichtmagnetischen Gehäuse 37 c abgestützt, das seinerseits an einem feststehenden Bauteil 12 c befestigt ist. Ein Rotor 44 c in Form einer ebenen Scheibe ist drehfest auf einem drehbaren Bauteil 14 c gehaltert und an seinem äußeren Ende mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten, radial verlaufenden Zähnen 46 c, die den Zähnen 40 c des Schenkels 34 c des Stators 22 c zugekehrt sind, sowie an seinem radial inneren Ende mit einer zweiten Reihe von in Umfangsrichtung verteilten, radial verlaufenden Zähnen 46 c' versehen, die den Zähnen 38 c des Schenkels 32 c zugekehrt sind. Die Zähne 40 c und 38 c sind in Radial- und Umfangsrichtung fluchtend angeordnet, während die Zähne 46 c und 46 c' in Radial- und Umfangsrichtung außer Flucht sind. Ähnlieh wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 3 liegt der Luftspalt 50 c zwischen den Zähnen 40 c und 46 c in dem die Wicklung 26 c beeinflussenden Kreis, während der Luftspalt 54 c zwischen den Zähnen 38 c und 46 c' in dem magnetisehen Umgehungskreis liegt. Der Luftspalt 48 c zwischen dem Ring 36 c und dem Rotor 44 c liegt im Rückpfad beider magnetischen Kreise. Wenn daher die Zähne 40 c und 46 c miteinander fluchten, sind die Zähne 38 c und 46 c' außer Flucht, wodurch der Kreis für die Wicklung 26 c über eine niedrige Reluktanz (der Luftspalt 50 c ist klein) und der Umgehungskreis über eine hohe Reluktanz (der Luftspalt 54 c ist groß) verfügt. In der nächsten Stellung, wenn die Zähne 46 c und 40 c außer Flucht sind, fluchten die Zähne 46 d und 38 c miteinander, wodurch der Kreis für die Wicklung 26 c über eine große Reluktanz (der Luftspalt 50 c) ist groß) und der Umgehungskreis über eine niedrige Reluktanz verfügt (der Luftspalt 54 c ist klein). Hat der Umgehungskreis

eine niedrige und der andere Kreis gleichzeitig eine hohe Reluktanz, wird die Größe des zu diesem Zeitpunkt auf die Wicklung 26 c wirkenden Magnetflusses äußerst gering gehalten. Infolgedessen tritt eine sehr große Änderung des auf die Wicklung 26 c ein-

wirkenden Magnetflusses ein, wenn der zugehörige magnetische Kreis vom Zustand niedriger in den Zustand hoher Reluktanz umgeschaltet wird, wodurch ein Ausgangssignal großer Amplitude erzeugt wird. Der gesamte, durch den Magneten erzeugte Fluß findet dabei im wesentlichen eine konstante Reluktanz vor. Zu dem gleichen Ergebnis kann man gelangen, wenn die Zähne 46 c und 46 d in Umfangsrichtung ausgerichtet und die Zähne 38 c und 40 c in Umfangsrichtung versetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. DrehzaWgebergenerator mit einem an einem S ersten Bauteil angeordneten Statoi, einem an einem relativ zum ersten Bauteil drehbaren zweiten Bauteil angeordneten Rotor, zwei am Stator angeordneten Polstiicken, die beidseitig einer Wicklung angeordnet und über ein Joch magnetisch verbunden sind, zwei zwischen den beiden Polstücken und dem Rotor vorgesehenen Luftspalten, in deren Bereich eine Zahnung am Rotor und den Polstücken vorgesehen ist, wobei die Zahnung des einen Luftspaltbereichs gegenüber der des anderen Luftspaltbereichs versetzt ist, und einem auf einer Seite eines Polstücks angeordneten Magneten, der zusammen mit den Polstücken, dem Rotor und einem magnetischen Rückflußpfad zwei magnetische Kreise bildet, derart, daß — auf Grund der gegeneinander versetzten Zahnungen — bei einem Reluktanzmaximum des ersten magnetischen Kreises ein Reluktanzminimum im zweiten Kreis vorliegt und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite des Magneten (30, 30 c) ein Rückschlußpolstück (36, 36 c) angeordnet ist, das mit dem Rotor (44, 44 a, 44 b, 44 c) einen dritten Luftspalt (52) bildet, über den beide magnetischen Kreise geschlossen werden.

2. Drehzahlgebergenerator nach Anspruch 1, bei dem der Rotor und der Stator je einen Satz von über den Umfang verteilten Zähnen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Sätze aus zwei Teilsätzen (46 a, 46a'; 46 c, 46 c'; 40, 38; 40a, 38a; 40 b, 38 6; 40 c, 38 c) besteht, die den beiden Polstücken (34; 34; 32; 32 c) zugeordnet sind.

3. DrehzaWgebergenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Satz die Zähne (46 a'\ 46 c; 38 b) des zweiten Teilsatzes gegenüber den Zähnen (46 α; 46 c; 40 b) des ersten Teilsatzes in Umfangsrichtung um eine halbe Zahnteilung versetzt sind und der andere Satz aus Zähnen (40 a, 38 a; 46 b; 40 c, 38 c) besteht, die in zur Umfangsrichtung normalen Richtungen ausgerichtet sind.

4. Drehzahlgebergenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Satz die Zähne (40, 38) der beiden Teilsätze in zur Umfangsrichtung normalen Richtungen fluchten und der andere Satz aus Zähnen (46) besteht, die schräg zu diesen Richtungen verlaufen, wobei der Schrägungswinkel so groß ist, daß auf den Abstand der beiden Teilsätze eine halbe Zahnteilung kommt.

5. Drehzahlgebergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (34, 34 c, 32; 32 c) als ringförmige Schenkel an einem sie verbindenden ringförmigen magnetisch leitenden Steg (47; 47 c) ausgebildet sind.

6. Drehzahlgebergenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußpolstück (36, 36 c) ebenfalls als ringförmiger Schenkel ausgebildet ist.

7. DrehzaWgebergenerator nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel sioh radial mit gegenseitigem Axialabstand erstrecken.

8. Drehzahlgebergenerator nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel sich axial mit gegenseitigem Radialab· stand erstrecken.