DE7541910U - Tachogenerator - Google Patents

Description

Papst-Motoren KG DT - 258 G

7742 St. Georgen/Schwarzwald " 15.o7.198ο

Tachogenerator

Die Neuerung bezieht sich auf einen Tachogenerator für einen Motor mit einem Scheibenlä'uferrotor, in dessen flachem Luftspalt eine eisenlose Statorwicklung angeordnet ist, insbesondere für einen langsamlaufenden, kollektorlosen Gleichstrommotor zum Direktantrieb von Aufnahme- und/oder Wiedergabegeräten.

Es sind verschiedene Bauarten von Motoren der Scheibenläuferbauart, also mit ebenem Luftspalt, bekannt. Sie erfordern bisher jedoch einen relativ großen Fertigungsaufwand. Bei in solchen Motoren verwendeten Tachogeneratoren müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, damit insbesondere der vom Motorteil ausgehende, magnetische Streufluß das Meßergebnis des Tachogenerators nicht verfälseht.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Tachogenerator für einen Motor mit einem Scheibenläuferrotor zu schaffen, wobei eine Verfälschung des vom Tachogenerator gelieferten Meßergebnisses betriebssicher vermieden werden soll. Solche Tachogeneratoren bilden mit dem Motor häufig eine axial gedrängt gebaute Einheit und sind-koaxial zur Motorwelle angeordnet.piese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Der Tachogenerator sowie seine Kompensationseinrichtung sind einfach gebaut und daher kostengünstig herstellbar.

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E;; zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Motors nach der Erfindung_t

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II-II der Fig.l,

Fig. 3 eine -Einzelheit, gesehen längs der Linie III-III der Fig.2,

Fig. '4 eine Einzelheit, gesehen längs der Linie IV-IV der Fig.2,

Fig. 5 eine Darstellung der Montage einer Spule und des hierzu verwendeten Montagewerkzeugs,

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Spulenbefestigung durch Festkleben derselben am Statorgehäuse,

Fig. 7 eine bevorzugte Variante der Spulenanordnung bei einem . 8rpoligen kollektorlosen Gleichstrommotor,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Fig.7,

und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Regelanordnung für einen erfindungsgemäßen Motor.

Gleiche und gleichw.irkende Teile werden in den einzelnen Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen und gewöhnlich nur einmal beschrieben.

Fi_g. 1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen 8-poligen kollektorlosen Gleichstrommotor lo, der als sogenannter Scheibenläufer ausgebildet ist und vorzugsweise zum Direktantrieb von Plattenspielern dient. Die Motorwelle 11 dient dabei direkt zur

Zentrierung der Schallplatten auf dem (nichtdargestel1 ten) Plattenteller. *

Der.Motor Io hat ein Druckgußgehäuse 12 (z.B. Zink oder Aluminium) mit einem Lagerrohr 13, in dessen Innererlf^weiSinterl ager 14 und und dazwischen ein zur Speicherung von ül dienender Filzring 16 angeordnet sind. Wie dargestellt dienen die Sinterlager 14 und zur genauen radialen Lagerung der Welle 11.

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Unten geht das Lagerrohr 13 über in eine Bodenplatte 17 des Gehäuses 12, und diese hat am Außenumfang zunächst eine balkonartige Erhöhung 18 und geht dann über in einen Gehäuserand 19, der sich bis über den Rotor 2o nach oben erstreckt. Außen am Gehäuserand 19 sind drei Befestigungsaugen 23, 24 und 25 vorgesehen.

Unten hat die Bodenplatte 17 einen rohrartigen Fortsatz 26, an des-sen unterem Rand ein Trageglied 27 für das untere Axiallager 28 der Welle 11 befestigt ist. z.B. wie dargestellt durch Umbiegen des unteren Rands 29 des Teils 26 oder auch z.B. durch Verschraubung. Das Trageglied 27 ist als tiefgezogener Becher ausgebildet und dient zur Aufnahme eines nur strichpunktiert angedeuteten Teils 3o, z.B. eines Zahnrads oder einer Kurvenscheibe, wie sie zum Antrieb von Hilfsgeräten eines Plattenspielers regelmässig benötigt werden. An der Unterseite des Bodens 17 ist eine Scheibe 33 aus weichmagnetischem Material befestigt, z.B. aus MU-Metall; diese Scheibe soll Streuflüsse vom Motorteil zu einem mit 34 bezeichneten Tachogenerator verhindern.

Der Tachogenerator 34 weist ein etwa trogförmiges Teil 35 aus weichmagnetäschern Material auf, dessen Außenrand 36 und Innenrand 37 nach unten ragen. Das Teil 35 ist an VorsprUngen 38 des Gehäusebodens 17 befestigt, und zwar exakt zentrisch zur Motorlängsachse 39. Dies wird in vorteilhafter Weise mittels eines in das Sinterlager 15 eingeführten, nicht dargestellten Zentrierwerkzeugs erreicht. Unterhalb des Teils 35 ist eine Meßspule 42 befestigt, oberhalb desselben eine Kompensationsspule 43. Die Spulen 42 und 43 sind gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß ein vom Motorteil ausgehender Streufluß beitia Spul en durchsetzt und in beiden Spulen entgegengesetzte, aber dem Betrag nach gleiche Spannungen induziert, die sich gegenseitig aufheben, so daß ein solcher Streufluß die Tachometerspannung nicht beeinflußt. Die beiden Anschlüsse der in Reihe geschalteten Spulen 42 und 43 sind bei 44 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt.

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Innerhalb des Innenrands 37 und mit radialem Abstand von diesem 1st auf der Welle 11 eine Buchse 45 aus weichmagnetischem Material befestigt, die als Teil des magnetischen Rückschlusses des Tachogenerators 34 dient. Unterhalb der Buchse 45 liegt ein Lagerring 46» undunter diesem ist auf der Welle 11 ein Sprengring 47 befestigt, auf dem seinerseits eine weichmagnetische Scheibe 48 aufliegt, die an ihrem Umfang mit z.B. 2oo Zähnen 49 versehen ist, welche eine genau gleiche Zahnteilung aufweisen. Die Innenbohrung dieser Scheibe 48 ist genau zentrisch zum Außenrand der Scheibe und sitzt satt auf der Welle 11 auf, so daß der Spalt zwischen dem Rand der Scheibe 48 und dem Außenrand 36 an allen Stellen praktisch gleich groß ist. Unterhalb der Scheibe 48 liegt ein Halte-und Mitnehmerglied 52, das auf der Welle 11 befestigt ist und einen Mitnehmer 53 für die Scheibe 48 aufweist. Unter dem Glied 52 liegt das Zahnrad 3o.

Am Innenumfang des Außenrands 36 ist ein radial-magnetisierter Magnetring 54 befestigt, der auf seinem Innenumfang nebeneinander und im gleichen Abstand voneinander 2oo gleichnamige Pole (z.B. 2oo SUdpole) aufweist', also homöopolar magnetisiert ist. Sein magnetischer Kreis schließt sich also Über den Außenrand 36, Aas Teil 35, den Innenrand 37, die Buchse 45 und die Zahnscheibe 48. Dreht sich die Zahnscheibe 48 im Betrieb mit der Welle 11, so schwankt der in diesem magnetischen Kreis fließende Magnetfluß mit einer sehr hohen Frequenz, und dieser Fluß ist mit der Meßspule 42 verkettet und induziert in ihr eine relativ hochfrequente Meßspannung, nicht dagegen in der Kompensationsspule 43. Man erhält also an den Leitern 44 eine Meßspannung, die - dank Abschirmscheibe 33 und Kompensationsspule 43 - weitgehend frei von vom Motorteil induzierten Streuspannungen ist.

Auf der balkonartigen Erhöhung 18 srind.wie in Fig. 2 dargestellt, vier Statorspulen 57, 58, 59 und 6o angeordnet, die als Rundspulen ausgebildet sind, jeweils 2-drähtig gewickelt sind und voneinander die in Fig.2 angegebenen Winkelabstände aufweisen. Ihr Durchmesser beträgt, wie dargestellt, jeweils etwa 1,4 Polteilungen. Diese

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Spulen sind sogenannte Backdrahtspulen, d.h. Ihre Dra'hte sind miteinander verbacken und bilden so einen sehr stabilen Spulenverbund, der auch größeren Biegekräften widerstehen kann, insbesondere den bei der Montage und Demontage .auftretenden, nicht unerheblichen Magnetkräften des Rotors 2o.

Der Rotor 2o hat eVnetf* nVe^e s'oge^aimte RUckschlußscheibe 63 aus Weicheisen. Bei der Spulenmontage wird diese Scheibe 63 zuerst auf den Gehäuseboden 17 gelegt, wie das Fig.5 zeigt, und zwar so, daß vier in ihr vorgesehene Montagebohrungen 64, 65, 66, 67 (Fig.k?) mit entsprechenden Montagebohrungen des Gehäusebodens 17 fluchten. Fig. 1 zeigt nur zwei Montagebohrungen 64* und 66' des Gehäusebodens 17. Dann werden gemäß Fig.5 in alle Montagebohrungen Zentrierwerkzeuge 68 eingesteckt, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Spulen entspricht, und auf diese Zentrierwerkzeuge werden die vier Spulen 57 bis 6o mit ihren Innenbohrungen aufgesetzt, so daß ihre Lage im Gehäuse 12 genau festgelegt ist. - Dann wird gemäß Fig. 2 ein nichtmagnetischer Montagering 7o aus Beryllium-Kupfer auf die Außenseiten der Spulen aufgelegt. Dieser Ring 7o hat an seiner Unterseite vier Gummiauflagen 72, mittels deren er auf die Außenseiten der vier Spulen drückt. Dieser Ring 7o wird jeweils neben den Spulen mittels insgesamt sechs unmagnetischer Schrauben 73 befestigt und nach unten gegen die Spulen gepreßt, wobei er sich elastisch.verformt und die Spulen so mit elastischer Vorspannung auf einer Isolierfolie 18' an der Erhöhung 18 festhält.

Vor dieser Montage der Spulen - oder auch danach, wenn statt eines durchgehenden Rings 7o entsprechende Ringsegmente verwendet werden - wird durch eine Durchbrechung des Gehäuserands 19 eine Leiterplatte 75 durchgesteckt, auf der zwei Hall generatoren 76 und 77, die diesen zugeordneten Widerstände 114 und 115 (Fig.9) und die vier Leistungstransistoren 82 bis 85 zur Steuerung der Ströme in den vier Spulen 57 bis 6o angeordnet sind.

Diese Leiterplatte 75 ist, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, mit zwei Nieten 86 an der balkonartigen Erhöhung 18 festgenietet, so daß die Hallgeneratoren 76 und 77 in den Sektor zwischen den beiden Spulen 57 und 6o zu liegen kommen. __g_

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Die Hallgeneratoren haben voneinander einen Abstand von 9o° elektrisch; der Hallgenerator 77 hat zur Mitte der Spule 57 und der Hallgenerator 76 hat zur Mitte der Spule 6o jeweils einen Abstand von 18o° elektrisch. Die Leiterplatte 75 und die vier Spulen liegen 1n derselben Ebene, nämlich der Luftspaltebene des Rotors 2o.

Nach der Montage der Spulen und der Leiterplatte 75 wird der obere Teil des Rotors 2o aufgesetzt. Dieser weist einen axial magnetisierten Magnetring 9o auf, der mit acht Polen magnetisiert ist, von 'denen in Fig. 1 zwei angedeutet sind. Dieser Ring 9o ist auf einer Trageplatte 9l[aus Eisen aufgeklebt, an deren Umfang fünf Mitnehmer 92 aus Aluminium befestigt sind, deren Oberseiten etwas höher sind als der Gehäuserand 19. Die Platte 91 ist in ihrer Mitte an einem glockenförmigen Distanzstück 93 befestigt, das seinerseits auf die Welle 11 aufgepreßt ist. Die Welle 11 wird zur Montage In das Lagerrohr 13 eingeführt, und dabei zieht der Magnet 9o die Rückschlußscheibe 63 an, so daß sich diese,wie dargestellt, gegen den unteren Rand des Distanzstücks 93 legt, wozu die Scheibe 63 zweckmäßig durch eine entsprechende Gehäuseöffnung von außen geführt wird. Das glockenförmige Distanzstück 93 umgibt dann mit Abstand das Lagerrohr 13 und kann sich um dieses herum drehen. Die vier Spulen 57 bis 6o nehmen bei der Montage des Rotors den vom Magneten 9o ausgeübten magnetischen Zug auf, ebenso beim Abziehen des Rotoroberteils 9o, 91, 93, wie das z.B. bei Reparaturen erforderlich werden karvn.

Nach dem Aufsetzen des Rotors 2o werden die Buchse 45, die Lagerscheibe 46 und der Sprengring 47 angebracht, dann die Zahnscheibe 48 und das Teil 52 und anschließend gegebenenfalls das Zahnrad 3o. Dann wird die Dicke der erforderlichen Lagerscheibe 28 bestimmt und anschließend das Teil 27 zusammen mit dieser Lagerscheibe am rohrförmigen Ansatz 26 befestigt.

Die Spulen 57 bis 6o bilden vier Stränge Sl bis S4 (Vgl.Fig.9), und zwar ist die Spule 57 mit der Spule 59 zweidrähtig in Reihe geschaltet, ebenso die Spule 58 mit der Spule 6o. Die Spulen 57 und 59 bilden also - infolge ihrer zweidrähtigen Wicklung - zwei Stränge, ebenso die Spulen 58 und 6o. Die zusammengehörenden Spulen sind

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jeweils gleichsinnig geschaltet, d.h. wenn z.B. durch einen Draht der Wicklungen 57 und 59 ein Strom fließt, erzeugen z.B. beide an ihrer Oberseite einen Süd-.und an ihrer Unterseite einen Nordpol. Bei der in Fig.2 dargestellten symmetrischen Spulenanordnung ist eine solche Schaltungsweise erforderlich, was aber den Nachteil hat, daß der Streufluß im Tachogeneratorteil 34 dabei relativ groß wi rd. -

Fiq. 9 zeigt den Aufbau einer Regelanordnung, wie sie sich zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Motor besonders gut eignet. Das Ausgangssignal des Tachogenerators 34 wird in einem Verstärker Io3 verstärkt. Die Frequenz f am Ausgang von Io3 wird in einem DA-Wandler Io4 in eine Istwertspannung u umgeformt. Diese wird in einem Tiefpass-Filter Io5 geglättet und mit einem über eine Leitung Io6 zugeführten Soll-Wert in einem Vergleicher Io7 verglichen. Das Ausgangssignal von Io7 wird in eine» Vorstärker Io8 verstärkt und dem Eingang eines Transistors Io9 ztfyeführt, welcher Transistor den Motorstrom so steuert, daß die Motordrehzahl sehr genau auf dem gewünschten Wert, z.B. 33 l/S^retiungeri- pro Minute, gehalten wird.

In Fig. 9 sind die am Motor Io angeordneten Teile mit einer strich punktierten Linie Ho umgeben. Man erkennt, daß der Motor - neben den beiden Anschlüssen des Tachogenerators 34 - nur drei zusätzliche Anschlußleitungen 111, 112 und 113 benötigt, da die Widerstände 114 und 115 bereits auf der Leiterplatte 75 angeordnet sind Dies vereinfacht die Montagearbeiten außerordentlich und ist deshalb sehr vorteilhaft. Der Punkt 113 ist über einen Widerstand loo mit der Minusleitung verbunden.

Zur Verringerung des von der Statorwicklung hervorgerufenen Streuflusses bei einem 8-poligen Motor (bVw.^{a 1}Ve¹I⁰ ^Yne^^vtäJÄV^ul}iftt 16 oder 24 Polen) eignet sich besonders gut eine Spulenanordnung gem. Fig.7. Die Leiterplatte 75 und die Spulen 57 und 58 sind gleich angeordnet wie bei Fig. 1 und 2. Dagegen sind die beiden anderen Spulen 12o und 121 direkt fortlaufend nach den Spulen 57 und 58 angeordnet, d.h. es liegen jeweils 27o° elektrisch zwischen den Spulen 57 und 58, 58 und 12o, sowie 12o und Ϊ21. Bei dieser Anordnung werden in Reihe geschaltet die Spulen 57 und 12o einerseits, sowie 58 und 121 andererseits,und zwar wie dargestellt, jeweils

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2-drähtig und gegensinnig, d.h. wenn z.B. durch den Strang 122 (Spulen 57 und 12o) ein Strom fließt, erhält die Spule 57 auf ihrer Oberseite einen Südpol, die Spule 12o auf ihrer Oberseite dagegen einen Nordpol. Es werden also jeweils ungleichnamige Pole erzeugt und dadurch wird der Streufluß zum Tachogenerator 34 ganz wesentlich reduziert, so daß bei den meisten Anwendungsfällen die Abschirmplatte 33 vollauf genügt und die Kompensationsspule 43 entfallen kann, was eine wesentliche Vereinfachung bedeute* und auch eine kürzere Bauweise des Motors ermöglicht.

Fig.8 zeigt schematisch die Wirkung der Anordnung gemäß Fig.7. Die Spulen 57, 58 und 12o sind hier in abgewickelter Form zwischen dem Magnetring 9o und der Rückschlußscheibe 63 dargestellt. Man erkennt, daß der Fluß durch die Spule 57 hier entgegengesetzt ist zu dem Fluß durch die mit der Spule 57 in Reihe geschaltete Spule 12o, und dasselbe gilt natürlich analog für die Spulen 58 und 121. Der Streufluß wird hierdurch wesentlich reduziert. Die Unsymmetrie der Anordnung relativ zur Rotorachse wirkt sich bei guter Lagerung nicht störend aus.

Eine alternative Art der Spulenbefesti-gung zeigt Fig.6 am Beispiel . der Spule 59. Zwischen dieser Spule und der balkonartigen Erhöhung 18 ist ein Vliesring 125 angeordnet, der mit einem Zweikomponenten-Kleber getränkt ist. Die Spulen werden wie üblich mit den erfindungsgemäßen Stiften 68 gem.Fig.5 justiert, dann aufgeklebt, mit einem geeigneten Werkzeug am Gehäuse festgespannt und auf Härtetemperatur gebracht. Durch eine Ringnut bzw. Auskehlung 126 wird verhindert, daß Kleber zum Bodenabschnitt 17 herunterlaufen kann und die Rückschlußplatte 63 dort festklebt.

Claims (13)

Papst-Motoren KG St.Georgen/Schwarzwald _ _ e /Ιο, -r. OO Schutzansprüche

1. Tachogenerator für einen Motor mit einem Scheibenläuferrotor, in dessen flachem Luftspalt eine eisenlose Statorwicklung angeordnet ist, vorzugsweise einen langsamlaufenden, kollektorlosen Gleichstrommotor zum Direktantrieb von Aufnahme- und/oder Wiedergabegeräten, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kompensationsvorrichtung für vom Motorteil ausgehende, magnetische Streufelder vorgesehen ist.

2. Tachogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein fest am Stator des Motors angebrachter, homöopolarer Magnetring (54), eine mit dem Rotor des Motors umlaufende Zahnscheibe (48), eine feststehende Meßspule (42) zur Gewinnung der Tachogeneratorspannung sowie eine außerhalb des magnetischen Kreises, in dem die Meßspule (42) liegt, angeordnete Kompensationsspule (43) vorgesehen sind.

3. Tachogenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein trogförmiges Teil (35) aus weichmagnetischem Material vorgesehen ist, in dem die Meßspule (42) sitzt, und daß die Kompensationsspule (43) außerhalb des Teils (35) angeordnet ist.

4. Tachogenerator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Motorteil (13, 17, 18, 19, 20, 57, 58, 59, 60, 120, 121) und dem Tachogeneratorteil (34, 43) eine Scheibe (33) zur magnetischen Abschirmung angeordnet ist.

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5. Tachogenerator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die KompSnsationsspule (43) zwischen der Scheibe (33) zur magnetischen Abschirmung und dem trogförmigen Teil (35) angeordnet ist.

6. Tachogenerator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Meßspule (42) und die der Kompensationsspule (43) fortlaufend miteinander verbunden und gegensinnig gewickelt sind.

7. Tachogenerator nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η· zeichnet, daß die Scheibe (33) aus MU-Metall besteht.

8, Tachogenerator nach einem der vorhergehenden Ansprliche 1 bis ? dadurch gekennzei c h n e t, daß die Welle (39) des Scheibenrotors (2o) sowohl die Meßspule (42) wie die Kompensationsspule (43) durchdringt.

9. Tachogenerator nach Anspruch 1,2 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß Meßspule (42) und Kompensationsspule (43) konzentrisch zur Welle (39) angeordnet sind.

10. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (42) und die Kompensationsspule (43) im wesentlichen identisch ausgebildet sind.

11. Tachogenerator nach einem der Ansprüche 2 bis lo, dadurch gekennzeichnet.daßdie Meßspule (42) und die kompensationsspule (43) nebeneinander angeordnet sind.

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12. Tachogenerator nach Anspruch 2,3 oder 5, dadurch gekennzei chnet, daß das Rückschlußelement (trogförmiges Teil 35) einen Außenrand (36) aufweist, in welchem der homöopolare Ringmagnet (54) angeordnet ist,

13. Tachogenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis ein auf der Motorwelle (11) angeordnetes RUckschlußteil (45) aufweist.