DE3045819C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
- G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Drehzahl-/
Drehrichtungsgeber.
Für eine Reihe von Aufgaben, ist es erwünscht, einen
wartungsfreien, robusten und hochwinkelauflösenden Drehzahl-/
Drehrichtungsgeber einzusetzen. Dies gilt etwa für das
Eisenbahnwesen, wo insbesondere ein absolut wartungsfreier
Geber für Stromrichter-Asynchronmotoren im Lokantrieb
gefordert wird.
Es ist bekannt, Drehzahlen und Drehrichtungen mit hoher
Auflösung mit Hilfe von Rasterscheiben festzustellen, die
optisch abgetastet werden (vgl. z. B. DE-PS 23 17 502).
Solche optoelektrischen Einrichtungen besitzen jedoch den
Nachteil, schnell zu verschmutzen.
Anstelle der optischen Abtastung kann auch eine Abtastung
von gerasterten Metallscheiben durch induktive Näherungsschalter
treten. Diese besitzen aber den Nachteil einer
nur geringen Winkelauflösung. Außerdem sind sie störanfällig.
Es müssen sehr kleine mechanische Toleranzen und
Luftspalte eingehalten werden; eine genaue Justage ist
erforderlich. Die induktiven Abtaster enthalten ferner
aktive Halbleiterelemente, die temperaturempfindlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven
Drehzahl-/Drehrichtungsgeber, der wartungsfrei, robust und
hochwinkelauflösend ist sowie bis zu Temperaturen von 200°
eingesetzt werden kann, ohne die beschriebenen Nachteile
aufzuweisen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Der induktive Drehzahl-/Drehrichtungsgeber gemäß der
Erfindung wird anhand der Zeichnung im nachstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel näher dargestellt.
Es zeigt die
Fig. 1 einen permanent-erregten 3phasigen Generator
mit 4 Polpaaren, die
Fig. 2 einen permanent-erregten 5phasigen Generator
mit 18 Polpaaren, die
Fig. 3 die Übertragung und Auswertung der vom Generator
erzeugten Meßsignale, die
Fig. 4 die Phasenlage von integrierter und nicht-
integrierter EMK, die
Fig. 5 die Lage der Nullstellen bei Drehung um eine
Polteilung bei Verwendung der Auswertung
gemäß Fig. 3 und die
Fig. 6 den Verlauf der über die Übertragungsleitung
übertragenen integrierten Spannung in Abhängigkeit
von der Drehzahl.
Die Fig. 1 zeigt im oberen Teil einen Querschnitt durch
einen permanent-erregten dreiphasigen Generator mit vier
Polpaaren. Mit PR ist ein Polrad bezeichnet, an dem vier
Polpaare befestigt sind; mit PP ist eines derselben
bezeichnet. Das Polrad ist mit dem sich drehenden Teil, dessen
Drehzahl gemessen werden soll, verbunden. Durch die
Befestigung der Magneten, z. B. durch Kleben, an der Innenwand
des sich bewegenden Polrades wirken die bei der
Bewegung auftretenden Fliehkräfte derart, daß einer Ablösung
der Magneten entgegengewirkt wird.
Der Ständer besteht aus einem dreiphasigen System, das
auf einem geblechten Kern K angebracht ist, und zwar aus
einem Spulenpaar 1 R, 1 L, einem Spulenpaar 2 R, 2 L und einem
Spulenpaar 3 R, 3 L. Die Spulenlage jedes Spulenpaars ist
so gewählt, daß die Spulen eines Paars mit dem gegenüberstehenden
Polpaar (N, S) magnetisch gekoppelt sind, vgl.
die Lage des Spulenpaars 1 R, 1 L.
Die Spulenpaare (1 R, 1 L; 2 R, 2 L; 3 R, 3 L) sind jeweils
miteinander verbunden, führen an einem Ende auf einen
für alle Spulenpaare gemeinsamen Sternpunkt und liefern
am anderen Ende gegenüber diesem Sternpunkt die entsprechende
Phasenspannung.
Um den Generator herum ist noch ein Teilungskreis
dargestellt; dabei bedeutet T ein Teilungsabschnitt von
einem Permanentmagneten bis zum nächsten gleicher Polarität,
hier als 90° mechanisch (Polteilung).
In dem unteren Teil ist das Polrad PR abgerollt dargestellt.
Es sind die Teilungen gemäß des oberen Teils der Fig. 1
wiedergegeben (360°m bedeutet 360° mechanisch) und der
Spannungsverlauf der drei Phasenspannungen in Abhängigkeit
vom Teilungswinkel α dargestellt. Man erkennt, daß es
sechs Spannungsnullstellen innerhalb der Polteilung T
und somit 24 Spannungsnullstellen pro 360° mechanisch gibt.
Die Fig. 2 zeigt einen ähnlich aufgebauten Generator wie
den anhand der Fig. 1 beschriebenen. Der obere Teil der
Fig. 2 zeigt wieder einen Querschnitt durch den Generator,
im unteren Teil ist ebenfalls das Polrad abgerollt
dargestellt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Generator handelt
es sich um einen 5phasigen Generator mit 18 Polpaaren.
In dem um den Generator herum dargestellten
Teilungskreis bedeutet T wieder die Polteilung (hier also
20° mechanisch).
Im unteren Teil ist - wie in Fig. 1 - der Spannungsverlauf
der einzelnen Phasen in Abhängigkeit des Teilungswinkels α
dargestellt. Innerhalb der Polteilung T gibt es 10 Nullstellen
aller Phasenspannungen; das bedeutet, daß es insgesamt
180 Spannungsnullstellen pro 360° mechanisch, d. h.
pro Umdrehung gibt.
Besondere Vorteile dieses Gebers bestehen darin, daß die
Phasenlage der Geberspannungen nicht von der Luftspaltweite
abhängen (dadurch keine Montage/Justageschwierigkeiten;
ein Luftspalt zwischen 0,3-2 mm ist ohne Funktionsbeeinträchtigung
möglich), daß er durch seinen Aufbau
schmutzunempfindlich ist, für alle VDE-Temperatur-Feuchteklassen
gebaut werden kann und daß er, sofern er keine
eigene Lagerung des Rotors besitzt, keinem Verschleiß und
keiner Alterung unterworfen ist.
Als Magnete im Rotor werden vorzugsweise Materialien mit
hoher Induktion und hoher Koerzitiv-Feldstärke, wie z. B.
moderne Seltenerde-Kobalt-Materialien eingesetzt.
In der Fig. 3 ist die Auswertung der vom Generator gemäß
Fig. 2 gelieferten Signale dargestellt: die Phasenspannungen
1, 2, 3, 4, 5 werden über Widerstände R 1 und Kondensatoren
C 1 (es sind der Einfachheit halber nur die
Bauelemente für die Phase 1 gezeichnet) mit dem Sternpunkt S
verknüpft. Die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen
und Kondensatoren führen über eine Übertragungsleitung Ü 1
zu elektronischen Auswerteeinrichtungen, von denen der
Einfachheit halber nur die zur Phase 1 gehörende Auswerteeinrichtung
A 1 näher dargestellt ist. Die anderen Auswerteeinrichtungen
für die anderen Phasen sind genauso aufgebaut.
Vor dem Eingang in die Auswerteeinrichtung ist jede
Übertragungsleitung über einen weiteren Kondensator (es ist
der Einfachheit halber nur der Kondensator C 2 für die
Phase 1 dargestellt) mit der ebenfalls übertragenen
Sternpunktleitung verbunden. Die Übertragungsleitung Ü 1 kann
in einem 5adrigen Kabel bestehen, dem die Sternpunktleitung
der Ummantelung zugeführt wird, die ihrerseits
geerdet ist. Durch die passive Integration der EMK mittels
Halbglied-Tiefpaß unmittelbar nach dem Geber und Aufteilung
des Integrationskondensators beidseitig der Leitung werden
höherfrequente Störungen gedämpft, und die Leitungskapazitäten
sind bis zu einer Kabellänge von 1-2 km nicht
störend.
Die gesamte Integrationskapazität beträgt C 1 + C L + C 2,
wobei mit C L die Leitungskapazität bezeichnet ist. Eine
üblicherweise störanfällige Übertragung von Signalen über
eine sehr lange Leitung wird hier durch den beiderseitigen
Abschluß der Leitung durch C 1 und C 2 vermieden.
Die Abschlußimpedanz verringert sich linear mit der Frequenz
bzw. Drehzahl und schließt damit den
Einfluß von äußeren Störquellen aus. Die Leitungskapazität
C L ist auch bei größeren Leitungslängen nicht störend, da
sie bei der Bemessung der Integrationskondensatoren
C 1 + C 2 berücksichtigt werden kann. Es zeigt die Fig. 6
den Verlauf der integrierten Spannung von der Drehzahl n.
Die Bemessung des passiven Integrators wird so gewählt,
daß bei ¹/₁₀₀₀ der Nenndrehzahl eine ausreichende Spannung
an C 2 steht, die in der nachfolgend beschriebenen Auswerteeinrichtung
zu Impulsen verarbeitet wird. Da neben dem
eigentlichen Generator im Geberteil nur passive Bausteine
verwendet werden, ist der Generator frei von Störungen,
die durch eine aktive elektronische Schaltung entstehen
können. Der Geber liefert eine EMK ohne äußere Stromversorgung,
d. h. auch bei Ausfall der Elektronik in den
genannten Auswerteschaltungen kann die Drehzahl
überwacht werden.
Die Geberfrequenz ist Drehfrequenz × Polpaarzahl, d. h.
es müssen bei 3000 Umdrehungen/Minute des Gebers nur
Frequenzen zwischen 0 und 1000 Hz über die Übertragungsleitung
übertragen werden. Höhere Störfrequenzen werden durch
Bandpässe, wie anschließend angegeben, eliminiert.
Die elektronische Auswerteinrichtung A 1 besteht aus einem
Doppelweggleichrichter mit Verstärkung 6, einem seinen Ausgang
über einen Koppelkondensator C 3 nachgeschalteten Bandpaß
7 und einem über einen weiteren Koppelkondensator C 4
nachgeschalteten Trigger 8 mit Impulsformer 9. Der Trigger
schaltet beim Unterschreiten einer bestimmten (positiven)
Halbwellenspannung vor einer Nullstelle auf negatives
Ausgangssignal und schaltet beim Anstieg der Spannung nach
der Nullstelle auf diesen bestimmten Wert wieder zurück.
Dadurch entstehen an den Nullstellen negative Impulse, die
im Impulsformer 9 in positive Impulse umgeformt werden und
so dem ODER-Glied 10 zugeführt werden. Diesem ODER-Glied 10
werden auch die Ausgänge der anderen Auswerteeinrichtungen
für die Phasen 2, 3, 4 und 5 zugeführt. Am Ausgang des
ODER-Gliedes erscheint also bei Drehung des Läufers des
Gebers um eine Polteilung eine Impulsfolge von 10 Impulsen.
Diese Auflösung läßt sich noch verdoppeln: durch die
Integration der EMK zur Übertragung der Phasenverschiebung
verzögert sich die übertragene Spannung ∫1, ∫2, . . . um
π/2 gegenüber der EMK, bei Drehzahlen <10-3 × n Nenn
vgl. Fig. 4. Es werden daher die Phasenspannungen direkt,
d. h. nicht integriert, über zusätzliche Übertragungsleitungen
Ü 2 zu zweiten elektronischen Auswerteeinrichtungen,
von denen der Einfachheit halber nur die Auswerteeinrichtung
für die Phase 1 dargestellt ist, übertragen. Da die
nichtintegrierte EMK mit größer werdender Frequenz ansteigt
(während die integrierte EMK einem Grenzwert zustrebt),
ist vor der Auswerteeinrichtung A 2 eine Begrenzung,
bestehend aus den antiparallel geschalteten Dioden D 1 und D 2,
vorgesehen. Die Auswerteeinrichtung A 2 ist genau wie die
Auswerteeinrichtung A 1 aufgebaut (Doppelweggleichrichter
mit Verstärker 6 a, Bandpaß 7 a, Trigger 8 a, Impulsformer 9 a)
und arbeitet in gleicher Weise. Die Ausgangssignale werden
einem ODER-Glied 10 a zugeführt, dem auch die Ausgangssignale
der anderen Auswerteeinrichtung für die anderen Phasen
zugeleitet werden.
Die Ausgänge des ODER-Glieder 10 und 10 a führen auf ein
gemeinsames ODER-Glied 11. An seinem Ausgang erscheint
bei Drehung des Läufers des Gebers eine Impulsfolge, die
sich aus den Impulsen der integrierten und nicht-integrierten
übertragenen Spannung zusammensetzt. Es tritt die doppelte
Anzahl von Nullstellen und damit auch Impulse wie
bei allein integrierender Übertragung auf. Die Nullstellen
und indirekt auch damit die auftretenden Ausgangsimpulse
bei Drehung des Geber-Läufers um eine Polteilung (α =
Teilungswinkel) ist in Fig. 5 dargestellt. Für das gemäß Fig. 3
beschriebene Gebermodell treten 20 Nullstellen, d. h.
20 Impulse bei Drehung um eine Polteilung, die hier 20°
mechanisch beträgt, auf. Das bedeutet, daß pro Drehung um
1° mechanisch ein Ausgangsimpuls auftritt.
Die Drehrichtung läßt sich durch die Phasenfolge von drei
übertragenen Phasen feststellen. Dies gilt allgemein für
alle Geber, die drei oder mehr Phasen besitzen. Bei einem
zweiphasigen Geber wird eine Phase um 90° phasenverschoben
und aus dem Vergleich der nicht-phasenverschobenen Phase
mit dem differenzierten Signal der um 90° phasenverschobenen
Phase ein Richtungskriterium abgeleitet.
Um ein analoges Signal für die Drehzahl zu erhalten, werden
die nicht-integrierten Phasenspannungen nach Übertragung
(vgl. Fig. 3) nach Entkopplung über Dioden 13 summiert und
dem Ausgang 15 zugeführt. Der Kondensator 14 dient zur Glättung.
Am Ausgang 15 erscheint dann das gewünschte analoge
Signal.
Claims (4)
1. Induktiver Drehzahl-/Drehrichtungsgeber,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der in einem permanent-erregten
hochpoligen Wechselspannungs-Generator mit
n-phasiger Stern-Statorwicklung erzeugten n Phasenspannungen,
passiv integriert, über eine Übertragungsleitung (Ü 1)
einer elektronischen Auswerteeinrichtung erster Art (A 1)
zugeführt wird, wobei je eine Hälfte des Integrationskondensators
(C 1, C 2) die Übertragungsleitung beidseitig abschließt und
damit den Einfluß von äußeren Störquellen und den der
Leitungskapazität ausschließt, und
daß in der elektronischen Auswerteeinrichtung erster Art (A 1)
die integrierte Phasenspannung gleichgerichtet, verstärkt
und so über einen Bandpaß (7) einem die Nullstellen dieser
Phase ermittelnden Trigger (8) zugeleitet wird, dessen Ausgang
auf ein allen Auswerteeinrichtungen erster Art
gemeinsames ODER-Glied (10) führt.
2. Induktiver Drehzahl-/Drehrichtungsgeber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der n Phasenspannungen
über eine zweite Übertragungsleitung (Ü 2) einer elektronischen
Auswerteeinrichtung zweiter Art (A 2) zugeführt wird,
in der sie begrenzt, gleichgerichtet, verstärkt und so über
einen Bandpaß (7 a) einem die Nullstellen dieser Phase ermittelnden
Trigger (8 a) zugeleitet wird, dessen Ausgang auf ein allen
Auswerteeinrichtungen zweiter Art gemeinsames ODER-Glied (10 a)
führt und daß dieses ODER-Glied zusammen mit dem ODER-Glied (10)
der Auswerteeinrichtungen erster Art auf ein weiteres
ODER-Glied (11) geführt ist.
3. Induktiver Drehzahl-/Drehrichtungsgeber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung für n 3
Phasen durch die Phasenfolge von drei Phasenspannungen,
für n = 2 durch 90°-Phasenverschiebung der einen Phase mit
nachfolgender Differenzierung und Vergleich des (positiven
oder negativen) Differentationssignal mit der anderen
Phase und der Übertragung bestimmt wird.
4. Induktiver Drehzahl-/Drehrichtungsgeber nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Phasenspannungen,
über Dioden (13) entkoppelt, summiert werden und so
einen analogen Wert für die Drehzahl liefern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803045819 DE3045819A1 (de) | 1980-12-02 | 1980-12-02 | Induktiver drehzahl-/drehrichtungsgeber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803045819 DE3045819A1 (de) | 1980-12-02 | 1980-12-02 | Induktiver drehzahl-/drehrichtungsgeber |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3045819A1 DE3045819A1 (de) | 1982-07-15 |
DE3045819C2 true DE3045819C2 (de) | 1987-11-19 |
Family
ID=6118342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803045819 Granted DE3045819A1 (de) | 1980-12-02 | 1980-12-02 | Induktiver drehzahl-/drehrichtungsgeber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3045819A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4239157A1 (de) * | 1992-11-21 | 1994-05-26 | Roland Man Druckmasch | Vorrichtung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge an einem rotierenden Zahnrad |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4207371C2 (de) * | 1992-03-09 | 1995-08-03 | Christian H A Buecker | Drehsensor und Verfahren zur Überwachung von Drehbewegungen |
-
1980
- 1980-12-02 DE DE19803045819 patent/DE3045819A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4239157A1 (de) * | 1992-11-21 | 1994-05-26 | Roland Man Druckmasch | Vorrichtung zur Erzeugung einer drehzahlproportionalen Impulsfolge an einem rotierenden Zahnrad |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3045819A1 (de) | 1982-07-15 |
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