DE3539309A1

DE3539309A1 - Tachogenerator

Info

Publication number: DE3539309A1
Application number: DE19853539309
Authority: DE
Inventors: Iii William R Lessig
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1987-05-07
Also published as: FR2569854B1; GB8521618D0; GB2163856A; US4853575A; IT1212118B; FR2569854A1; GB2163856B; CA1257485A; IT8522037A0

Description

Die Erfindung betrifft Tachogeneratoren und insbesondere solche mit induktiven Aufnehmern, die in Abhängigkeit von einem magnetischen Wechselfeld ein elektrisches Signal erzeugen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Tachogeneratoren.

Tachogeneratoren sind weit verbreitet und werden in verschiedenen Vorrichtungen eingesetzt. Beispielsweise dienen Tachogeneratoren zur Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit oder der Drehrichtung einer Welle. Bei bestimmten Ausführungsfor men von Tachogeneratoren werden induktive Aufnehmer in Verbin dung mit einem rotierenden Magneten, gewöhnlicherweise Permanentmagneten, eingesetzt. Rotiert ein solcher Magnet in der Nähe des Kernstücks des Tachogenerators, entsteht ein geschlossener Magnetkreis. Um dieses Kernstück ist eine Spule mit vielen elektrisch leitenden Windungen angeordnet. Nach dem Faradayschen Gesetz entsteht eine induzierte Spannung und eine elektromotorische Kraft, wenn die Spule einen periodisch wechselnden Magnetfluß ausgesetzt wird. Die Höhe der induzierten Spannung ist proportional zur Anzahl der Windungen auf der Spule sowie zur Stärke und Frequenz des magnetischen Flusses. Die Stärke des magnetischen Flusses wird durch den Verlauf des Magnetkreises sowie durch die magnetischen Eigenschaften und insbesondere durch die magnetischen Widerstände (Reluktanzen) der innerhalb des Magnetkreises angeordneten Bauteile bestimmt. Durch den Einsatz eines rotierenden Permanentmagneten mit mehreren Polen in un mittelbarer Nähe des stationär angeordneten Tachogenerators entsteht ein alternierendes Ausgangssignal, da das Kernstück von den wechselnden Polen des rotierenden Permanentmagneten beeinflußt wird. Dieses alternierende Ausgangssignal kann nach den bekannten Verfahren weiterverarbeitet werden, um die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Magneten anzu zeigen.

Tachogeneratoren mit induktivem Aufnehmer sind bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau solcher Tachogeneratoren zu vereinfachen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Herstellungskosten zu senken. Diese Maß nahmen sind insbesondere für den Einsatz von Tachogenera toren in tragbaren Elektrowerkzeugen, wie beispielsweise elektrischen Bohrmaschinen wünschenswert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Tachogenerator zur Erzeugung eines elektrischen Signals aufgrund eines magnetischen Wechselfelds geschaffen wird, der ein Kernstück, einen um dieses Kernstück angeordneten Spulenkörper, mindestens eine in den Spulenkörper einge formte elektrische Anschlußleitung mit einem freiliegenden abisolierten Leitungsende, welche für einen festen Sitz innerhalb des Spulenkörpers abgewinkelt ist, und einen in mehreren Windungen um den Spulenkörper gewickelten Spulen draht aufweist, dessen Ende direkt mit dem abisolierten Leitungsende der elektrischen Anschlußleitung verbunden ist.

Vorzugsweise ist ein Teil der Anschlußleitung im Spulen körper eingeschlossen, aus dem jedoch das abisolierte Leitungsende herausragt.

Ferner wird vorzugsweise ein Paar elektrischer Anschlußlei tungen am Spulenkörper befestigt, wobei beide elektrische Anschlußleitungen mit ihren abisolierten Leitungsenden an die Spulenwicklung angeschlossen werden. In einer bevor zugten Ausführungsform sind die Anschlußleitungen um mindes tens 45°, insbesondere 90°, abgewinkelt.

Das Kernstück hat längliche Form, kann aus einem Stück bestehen und ein gerade verlaufendes Mittelteil, zwei Seitenteile mit Flächabschnitten und zwei Schenkel auf weisen, wobei die Flächenabschnitte dicht an einem rotieren den Magneten angeordnet werden, die Schenkel als Halterungen für den Tachogenerator dienen und der Spulenkörper um den Mittelteil des Kernstücks angeordnet ist.

Ferner können die Seitenteile des Kernstücks jeweils aus einem im Winkel von ungefähr 90° zum Mittelteil angeordneten ersten Seitenabschnitt, einem im Winkel von ungefähr 45° zum ersten Seitenabschnitt angeordneten zweiten Seitenabschnitt mit dem Flächenabschnitt, einem sich daran anschließenden, parallel zum Mittelteil liegenden dritten Seitenabschnitt und einem rechtwinklig zu diesem angeordneten Schenkel bestehen.

Somit kann der erfindungsgemäße Tachogenerator in vorteil hafter Weise in tragbare Elektrogeräte eingesetzt werden, wobei das Magnetfeld durch die Rotation des sich mit dem Rotor eines Elektromotors drehenden Permanentmagneten ent steht.

Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung des erfindungs gemäßen Tachogenerators geschaffen werden, bei welchem die beiden elektrischen Anschlußleitungen an ihrem Ende abge winkelt und in die für den Spulenkörper bestimmte Spritz gußform gelegt werden, während der Herstellung des Spulen körpers im Spritzgußverfahren die elektrischen Anschlußlei tungen vom Spulenkörper eingeschlossen werden, die Enden der elektrischen Anschlußleitungen abisoliert werden, der Spulen draht um den Spulenkörper gewickelt wird und mit seinen Enden direkt an die abisolierten Leitungsenden der Anschluß leitungen angeschlossen wird. Vorzugsweise werden die An schlußleitungen um mindestens 45°, insbesondere 90°, abge winkelt.

Das Kernstück mit dem Mittelteil und den beiden sich nach außen erstreckenden Seitenteilen kann aus Blech hergestellt werden. Vor dem Gießen des Spulenkörpers kann das Kernstück in die Form so eingelegt werden, daß nach der Herstellung des Spulenkörpers dieser das Kernstück umschließt.

Alternativ kann in den Spulenkörper eine Bohrung einge arbeitet werden, in die das Kernstück eingesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Tacho generators in Verbindung mit einem auf dem Rotor eines Elektromotors angeordneten, sich drehenden Permanentmagneten,

Fig. 2 im Schnitt eine Anordnung mit dem Tachogenerator, dem rotierenden Permanentmagneten und Halterungen für den Tachogenerator und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Tachogenerator entlang der Linie 3-3 aus Fig. 1 mit der Anordnung der elektrischen Anschlußleitungen innerhalb des Spu lenkörpers.

In den Figuren sind eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tachogenerators sowie eine bevorzugte Befestigungsmöglichkeit innerhalb eines tragbaren Elektro werkzeugs dargestellt.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Tachogenerator 10 mit induktivem Aufnehmer benachbart zu einem sich mit einem Rotor 14 drehenden Permanentmagneten 12 angeordnet. Anstelle eines Rotors 14 eines Elektromotors kann der Permanentmagnet 12 auch auf jede rotierende Welle innerhalb eines tragbaren oder stationären Gerätes gesetzt werden. Ferner kann an stelle eines Permanentmagneten 12 auch ein Elektromagnet o.ä. zur Erzeugung eines Magnetfeldes gewählt werden. Der Tachogenerator 10 weist drei Hauptkomponenten auf, nämlich ein Kernstück 16, einen Spulenkörper 18 und einen Spulen draht 20.

Die Anordnung des Kernstücks 16 ist besonders deutlich in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Das Kernstück 16 besteht vorzugsweise aus Metallblech und besitzt daher eine hohe magnetische Permeabilität. Ferner weist es einen geradlinig durch den Spulenkörper 18 verlaufendes Mittelteil, erste und zweite Flächenabschnitte 28, 30 und erste und zweite Schenkel 32, 34 auf. Nachdem das Kernstück 16 in der oben beschriebenen Weise geformt wurde, wird es in die für den Spulenkörper 18 bestimmte Spritzgußform gelegt und anschließend während des Gießvorganges zur Herstellung des Spulenkörpers von flüssigem Gießmaterial umschlossen. Alter nativ kann das Kernstück 16 in eine Bohrung im Spulenkörper 18 eingesetzt werden, nachdem es teilweise vorgeformt wurde. Falls der Spulenkörper 18 aus verschiedenen Einzelteilen besteht, können diese um das Kernstück 16 befestigt werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, haben die Schenkel 32, 34 die Aufgabe, den Tachogenerator 10 in der Gehäuseanordnung präzise bezüglich des Permanentmagneten 12 zu haltern. Dazu sitzen gemäß Fig. 2 die Schenkel 32, 34 in Vertiefungen 36, 38 und werden dort durch Halterungen 40, 42 festgehalten. Angesichts der schwierigen Raumverhältnisse in tragbaren Elektrowerkzeugen sei betont, daß für solche Anwendungen der Tachogenerator 10 sehr klein ausgeführt werden muß. Folglich ist die Anzahl der Spulenwindungen 20 auf dem Spulenkörper 18 und somit die Empfindlichkeit des Tachogenerators 10 begrenzt. Um jedoch innerhalb des gewünschten Drehzahl bereichs des Motors ein Signal von akzeptabler Größe zu erhalten, muß dem Abstand zwischen dem Kernstück 16 des Tachogenerators 10 und dem Permanentmagneten 12 eine be sonders wichtige Bedeutung beigemessen werden. Tatsächlich kann sich eine Vergrößerung des Luftspalts zwischen dem Permanentmagneten 12 und dem Kernstück 16 um nur 1 mm störend auf den korrekten Betrieb des Tachogenerators auswirken. Folglich führt der Aufbau des Tachogenerators 10 während der Herstellung in einfacher und kostengünstiger Weise zu einer präzisen Anordnung des Kernstücks 16 be züglich des Permanentmagneten 12. Es sei betont, daß die in Fig. 2 dargestellte Gehäuseanordnung nur als ein Beispiel für die Befestigung des Tachogenerators 10 dient. Es sind auch andere Möglichkeiten und Einrichtungen zur Befestigung des Kernstückes 16 innerhalb des Gehäuses eines Elektro werkzeuges denkbar.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Flächenabschnitte 28, 30 sehr dicht an der zylinderischen Mantelfläche des Permanentmagneten 12 angeordnet. Dieser besitzt vorzugsweise mehrere Pole, so daß bei bestimmten Winkelstellungen des Permanentmagneten 12 entgegengesetzte Pole auf die Flächen abschnitte 28, 30 gerichtet sind. Bei der Winkelstellung des Permanentmagneten 12 gemäß Fig. 2 ist ein Nordpol auf den ersten Flächenabschnitt 28 und ein Südpol auf den zweiten Flächenabschnitt 30 gerichtet. Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich, wechseln sich die auf die Flächenabschnitte 28, 30 gerichteten Pole bei rotierenden Permanentmagneten 12 gegenseitig ab, so daß ein magnetisches Wechselfeld ent steht, dessen Feldlinien durch das Kernstück 16, den Permanentmagneten 12 und die dazwischen befindlichen Luft spalte laufen. Somit bewirkt das magnetische Wechselfeld einen sich periodisch ändernden magnetischen Fluß, der entsprechend des Faradayschen Gesetzes in den Spulenwindungen 20 eine Spannung induziert. Da die Luftspalte im Vergleich zu den magnetischen Materialien eine sehr geringe mag netische Permeabilität besitzen, sollten sie möglichst klein gehalten werden. Andererseits wird jedoch durch die Aus bildung von Luftspalten eine mechanische Berührung zwischen dem Permanentmagneten 12 und den Flächenabschnitten 28, 30 vermieden. Die oben beschriebene Form des Kernstücks 16 ermöglicht eine sehr genaue und jederzeit wiederholbare Ausrichtung der beiden Flächenabschnitte 28, 30 gegenüber dem Permanentmagneten 12. Eine solche Genauigkeit in der Befestigung wird dadurch erreicht, daß die Schenkel 32, 34 Befestigungspunkte für den Tachogenerator 10 bilden und in vorgegebener Lage zu den Flächenabschnitten 28, 30 ange ordnet sind.

Der Spulenkörper 18 besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Polymer-Kunststoff, und besitzt eine für das Umwickeln des Spulendrahtes 20 geeignete Form. Ferner weist der Spulenkörper 2 sich radial erstreckende Abschlußteile 48, 50 auf, durch die der Spulendraht 20 auf dem Spulenkörper 18 festgehalten wird. Das Kernstück 16 kann in eine Bohrung im Spulenkörper 18 eingesetzt oder vom gegossenen Spulenkörper 18 umschlossen werden. Ebenso kann der Spulenkörper 18 aus zwei Teilstücken bestehen, die zusammen um das Kernstück 16 geklebt werden.

Am Spulenkörper 18 sind zwei elektrische Anschlußleitungen 22, 24 befestigt, die an die Enden der Spulenwicklung 20 elektrisch angeschlossen sind. Die Anschlußleitungen 22, 24 weisen eine elektrisch nicht leitende Umhüllung und frei liegende, abisolierte Leitungsenden 44 auf und sind vorzugs weise direkt im Spulenkörper 18 eingegossen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, hat die erste Anschlußleitung 22 ein abgewinkeltes Ende und ragt mit dem freiliegenden abiso lierten Leitungsende 44 über den Rand des Spulenkörpers 18 hinaus, so daß eine Befestigungsmöglichkeit für den anzu schließenden Spulendraht 20 gebildet wird. Auch die zweite Anschlußleitung 24 besitzt ein vorstehendes, abisoliertes Leitungsende, an dem das andere Ende des Spulendrahtes 20 angeschlossen wird. Infolge des Abwinkelns sowie des Ein gießens in den Spulenkörper 18 sind die Anschlußleitungen 22, 24 innerhalb des Spulenkörpers 18 fest gehaltert. Dabei sollten die Anschlußleitungen 22, 24 um mindestens 45°, vorzugsweise um 90°, abgewinkelt sein. Durch eine solche Anordnung werden separate elektrische Anschlüsse vermieden, die zusätzliche Mittel für die Befestigung und die Ver bindung der Enden des Spulendrahtes 20 mit den Anschluß leitungen 22, 24 benötigen.

Claims

1. Tachogenerator zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von einem magnetischen Wechselfeld, gekennzeichnet durch

- ein Kernstück (16);
- einen um einen Bereich des Kernstücks (16) an geordneten Spulenkörper (18);
- mindestens eine innerhalb des Spulenkörpers (18) eingegossene erste Anschlußleitung (22), die ein freiliegendes, abisoliertes Leitungsende (44) auf weist und für einen festen Sitz innerhalb des Spulenkörpers (18) abgewinkelt ist; und
- einen um den Spulenkörper (18) gewickelten Spulen draht (20), dessen eines Ende direkt an das abisolierte Leitungsende (44) der ersten Anschluß leitung (22) angeschlossen ist.

2. Tachogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der ersten Anschlußleitung (22) im Spulenkörper (18) eingekapselt ist und das freiliegende abisolierte Leitungsende (44) aus dem Spulenkörper (18) herausragt.

3. Tachogenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Spulenkörper (18) ein Paar Anschlußleitungen (22, 24) befestigt ist, deren abisolierte Leitungsenden (44) mit den Enden der Spulenwicklung (20) verbunden sind.

4. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (22, 24) mindestens um 45° abgewinkelt sind.

5. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (16) aus einem länglichen Teil besteht und ein gerade verlaufen des Mittelteil, zwei Seitenteile mit Flächenabschnitten (28, 30) und zwei Schenkel (32, 34) aufweist, wobei die Flächenabschnitte (28, 30) in sehr geringem Abstand zu einem rotierenden Permanentmagneten (12) angeordnet sind, die Schenkel (32, 34) als Träger des Tacho generators (10) dienen und der Spulenkörper (18) um das gerade verlaufende Mittelteil angeordnet ist.

6. Tachogenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Seitenteile des Kernstücks (16) aus einem im Winkel von 90° zum Mittelteil angeordneten ersten Seitenabschnitt, einem im Winkel von 45° zum ersten Seitenabschnitt angeordneten zweiten Seitenab schnitt mit dem Flächenabschnitt (28, 30), einem sich daran anschließenden, parallel zum Mittelteil verlaufen den dritten Seitenabschnitt und einem rechtwinklig zu diesem angeordneten Schenkel (32, 34) besteht.

7. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das das Kernstück (16) aus Metallblech besteht.

8. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tachogenerator (10) in tragbaren Elektrowerkzeugen einsetzbar ist und daß das magnetische Wechselfeld durch Rotation des sich mit dem Rotor (14) eines Elektromotors drehenden Permanent magneten (12) entsteht.

9. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wechselfeld durch einen rotierenden Permanentmagneten (12) mit mehreren Polen erzeugt wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Tachogenerators gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Arbeitsschritte,

- zwei Anschlußleitungen (22, 24) an ihrem Ende abzuwinkeln;
- die beiden Anschlußleitungen (22, 24) in eine für den Spulenkörper (18) bestimmte Spritzgußform zu legen;
- den Spulenköper (18) im Spritzgußverfahren herzu stellen, wobei die abgewinkelten Anschlußleitungen (22, 24) vom Spulenkörper (18) eingeschlossen werden;
- die Enden der beiden Anschlußleitungen (22, 24) abzuisolieren;
- Spulendraht (20) um den Spulenkörper (18) zu wickeln; und
- die Enden des Spulendrahtes (20) direkt an die abisolierten Leitungsenden (44) der beiden An schlußleitungen (22, 24) anzuschließen.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die Anschlußleitungen (22, 24) um mindestens 45° abge winkelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Arbeitsschritte,

- ein Kernstück (16) mit einem gerade verlaufenden Mittelteil und zwei sich nach außen erstreckenden Seitenteilen mit Flächenabschnitten (28, 30) aus Metallblech zu formen,
- das Kernstück (16) in die für den Spulenkörper (18) bestimmte Spritzgußform zu legen und
- den Spulenkörper (18) im Spritzgußverfahren herzu stellen wobei ein Bereich des Kernstücks (16) vom Spulenkörper (18) umschlossen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spulenkörper (18) eine Bohrung eingearbeitet wird, in die das Kernstück (16) eingesetzt wird.