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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahlgeber mit einem Dauermagneten, der als Schei- be mit am Kreisumfang im Wechsel liegenden Polen und einer Axialbohrung für eine rotierende Wel- le ausgebildet ist, einer Wicklung, die auf einem Trägerteil angebracht ist und deren aktive Lei- ter gegenüber den Dauermagnetpolen liegen und über die Stirnverbinder in Reihe geschaltet sind, sowie einer Zusatzwicklung, deren aktive Leiter und diese in Reihe verbindende Stirnverbinder ähnlich jeweils den aktiven Leitern und den Stirnverbindern der Hauptwicklung in unmittelbarer
Nähe voneinander und mit einer Phasenverschiebung von 30 bis 3300 elektrisch angeordnet sind.
Eine Grundforderung, die an Messgeräte und Geber gestellt wird, ist die Genauigkeit der
Parametermessung. Daher werden die Konstruktionen der Geber sowie die ihnen zugrundeliegenden
Prinzipien derart gewählt, dass die Beeinflussung des Endergebnisses der Messung durch verschie- dene, dieses Ergebnis verzerrende Faktoren vermieden wird. Zu solchen Faktoren gehören Störun- gen.
So enthalten die bekannten Drehzahlgeber jeweils einen Dauermagneten, der als Scheibe mit am Kreisumfang im Wechsel liegenden, radial bzw. axial magnetisierten Polen und einer Axialboh- rung für eine rotierende Welle gestaltet ist, sowie eine Wicklung, die auf einem Trägerteil aus einem Isolierstoff angebracht ist. Die aktiven Wicklungsleiter, deren Anzahl (2n + 1) p beträgt, wo n eine ganze Zahl und p die Polzahl bedeuten, liegen gegenüber den Dauermagnetpolen und sind über die Stirnverbinder in Reihe geschaltet (s. z. B. GB-PS Nr. 2, 022, 326 ; US-PS Nr. 4, 093, 897).
Zur Bekämpfung des entstehenden unerwünschten Störsignals, das einen Fehler bei der Bestimmung der Drehzahl bedingt, ist in der erwähnten GB-PS und in der US-PS die Wicklung mit einer Kom- pensationswindung in Reihe gegengeschaltet. Hiezu wird die Wicklung des Drehzahlgebers auf meh- rere Sektionen mit einer Verschiebung von 1800 elektrisch einer jeden von ihnen verteilt, wobei sie in Reihe geschaltet werden (s. z. B. L. N. Safonov, V. N. Wolnyansky u. a. : Präzisionswinkelgeber mit gedruckten Wicklungen. Bibliothek des Gerätebauers, veröffentlicht 1977, Verlag "Mashinostrojenie" (Moskau), S. 7-13,58-60).
Bei der Drehung des Dauermagneten wird in den aktiven Wicklungsleitern eine Nutzsignal-EMK mit veränderlicher Polarität induziert. Hiebei induzieren äussere magnetische bzw. elektromagnetische Felder in den aktiven Leitern und in den Stirnverbindern Stör-EMKs, die in den aktiven Wicklungsleitern dank deren Reihengegenschaltung kompensiert, in den Stirnverbindern aber addiert werden, weil die Stirnverbinder über die aktiven Leiter in Reihe geschaltet sind.
Bei den erwähnten Drehzahlgebern werden die Störsignale nicht vollständig kompensiert, weil die Kompensationswindung relativ zu den Wicklungsköpfen in einem Abstand liegt, der durch die Wicklungskonstruktion bedingt ist. Dies ist besonders spürbar bei unsymmetrischem äusserem elektromagnetischem Feld, beispielsweise von einem einspeisenden Netztransformator. In diesen Gebern werden auch die Störungen nicht kompensiert, die in den Verbindungsdrähten zwischen der Wicklung und den nachfolgenden Apparaturen induziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahlgeber zu schaffen, in dem die Gewährleistung einer vollständigen Kompensation von äusseren Störungen es erlauben würde, die Genauigkeit der Drehzahlermittlung zu erhöhen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Drehzahlgeber der eingangs genannten Art gelöst, der einen Differenzverstärker enthält, an dessen Eingänge die einen Enden der Haupt- und Zusatzwicklung angeschlossen sind, während die andern Enden derselben an eine gemeinsame Speiseschiene dieses Differenzverstärkers angeschlossen sind.
Zweckmässig ist der Differenzverstärker im Drehzahlgeber in Form eines Spannungskomparators ausgeführt.
Der erfindungsgemässe Drehzahlgeber gestattet, die Drehzahl mit einer hohen Genauigkeit zu ermitteln, die durch eine vollständige Kompensation der elektromagnetischen Störungen bedingt ist.
Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung einer konkreten Ausführungsform derselben an Hand der Zeichnungen erläutert ; in den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 die Gesamtansicht des Drehzahlgebers gemäss der Erfindung ; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. l ; Fig. 3 einen Abschnitt des aus einem Isolierstoff bestehenden Trägerteils in vergrössertem Massstab, in
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dessen Nuten Wicklungen untergebracht sind ; Fig. 4 eine schematische Darstellung desselben wie in Fig. 3 unter Angabe der Richtung der von den elektromagnetischen Störungen herrührenden EMKs ; Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild der Wicklungen und des Spannungskomparators ; Fig. 6 elektrische Signale an den Eingängen und am Ausgang des Spannungskomparators.
Der Drehzahlgeber enthält einen Dauermagneten-1-- (Fig. l, 2), der als Scheibe mit am Kreisumfang im Wechsel liegenden radial magnetisierten Polen --N und S-- gestaltet ist. In der Scheibe ist eine Axialbohrung --2-- für eine rotierende Welle --3-- vorgesehen. Der Geber ent-
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--4a,lungen --4a, 4b-- bestehen aus aktiven Leitern --7a, 7b--, die über Stirnverbinder --8a, 8b-in Reihe geschaltet sind, wobei die aktiven Leiter --7a und 7b-- gegenüber den Polen des Dauermagneten--1-- (Fig. 2) in unmittelbarer Nähe voneinander liegen.
Dementsprechend liegen auch
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(Fig. 3),--8b--inandern gleichen Enden der Wicklungen --4a, 4b-- an eine gemeinsame Speiseschiene --10-- des Differenzverstärkers --9-- angeschlossen sind (unter gleichen Enden sollen hier die Anfänge bzw. die Enden der Wicklungen verstanden werden).
Zur Erzeugung eines rechteckförmigen Signals am Ausgang des Drehzahlgebers ist als Differenzverstärker ein Spannungskomparator--11-- (Fig. 5) verwendet.
Denkbar ist auch eine andere Ausführungsform des Drehzahlgebers, bei der ein Dauermagnet mit axial magnetisierten Polen verwendet ist. Hiebei liegen die aktiven Wicklungsleiter auf die vorstehend beschriebene Weise, aber in der radialen Richtung.
Ausserdem ist die Ausführung der Wicklungen mit Hilfe der doppelseitig gedruckten Verdrahtung möglich.
Der Drehzahlgeber arbeitet folgendermassen : Bei der Drehung des Dauermagneten--1-- (Fig. l, 2) wird in der Wicklung --4a-- (Fig. 5), die an den invertierenden Eingang des Kompa- rators--11--angeschlossen ist, ein Signal 12 (Fig. 6) mit einer Frequenz induziert, die der Urezahl des Gebers proportional ist, während in der Wicklung --4b-- ein Signal --13-- mit derselben Frequenz und Amplitude, aber in Gegenphase zum Signal --12-- induziert wird. Am Ausgang des Komparators --11-- entsteht ein verstärktes rechteckförmiges Signal 14.
Wirkt auf den Geber ein äusseres elektromagnetisches Störfeld ein, so wird in den aktiven Leitern--7a-- (Fig. 4),--7b--und in den Stirnverbindern--8a, 8b--eine Stör-EMK ex induziert. In den aktiven Leitern --7a, 7b--, die hinter- und gegeneinander geschaltet sind, werden die Stör-EMKs ex kompensiert, in den Stirnverbindern --8a, 8b-- aber addiert. Hiebei überlagern sich die e den Signalen 12 (Fig. 6), 13 von dem sich drehenden Dauermagneten --1--, werden mit ihnen addiert und in Form einer EMK e, den Eingängen des Komparators--11-- (Fig. 5) zugeführt. Da das Störsignal an den Eingängen des Komparators --11-- gleichphasig ankommt, ändert es den Zustand eines Ausgangssignals 14 (Fig. 6) nicht.
Also ermöglichen es die vorhandenen zwei identischen Wicklungen, deren aktive Leiter um einen Winkel verschoben sind, der innerhalb von 30 bis 3300 elektrisch liegt, und in unmittelbarer Nähe voneinander, genauso wie die Stirnverbinder, gelegen sind, sowie der vorhandene Spannungskomparator, an den die Wicklungen angeschlossen sind, den Einfluss der äusseren elektromagnetischen Felder praktisch vollständig zu kompensieren und hiedurch die Genauigkeit der Drehzahlbestimmung zu erhöhen.
Die Erfindung wird vorwiegend bei Elektromotoren von Videorecordern und Tonbandgeräten sowie Plattenspielern zur Messung und Regelung ihrer Drehzahl angewendet.
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The invention relates to a speed sensor with a permanent magnet, which is designed as a disk with alternating poles on the circumference and an axial bore for a rotating shaft, a winding which is attached to a carrier part and its active conductor lie opposite the permanent magnet poles and are connected in series via the end connectors, as well as an additional winding, the active conductors and end connectors connecting these in series similar to the active conductors and the end connectors of the main winding in each case
Near each other and with a phase shift of 30 to 3300 are arranged electrically.
A basic requirement that is placed on measuring devices and encoders is the accuracy of the
Parameter measurement. Therefore the constructions of the donors as well as the ones on which they are based
Principles chosen in such a way that the end result of the measurement is avoided by various factors that distort this result. Such factors include interference.
The known speed sensors each contain a permanent magnet, which is designed as a disk with alternating radially or axially magnetized poles on the circumference of the circle and an axial bore for a rotating shaft, as well as a winding which is attached to a carrier part made of an insulating material . The active winding conductors, the number of which is (2n + 1) p, where n is an integer and p is the number of poles, lie opposite the permanent magnet poles and are connected in series via the end connectors (see e.g. GB-PS No. 2, 022, 326; U.S. Patent No. 4,093,897).
In order to combat the undesired interference signal that arises, which causes an error in the determination of the speed, the winding in the mentioned GB-PS and in the US-PS is connected in series with a compensation winding. For this purpose, the winding of the speed sensor is electrically distributed to several sections with a displacement of 1800 each of them, whereby they are connected in series (see BLN Safonov, VN Wolnyansky and others: precision angle sensor with printed windings. Library of the device manufacturer, published 1977, Publishing house "Mashinostrojenie" (Moscow), pp. 7-13,58-60).
When the permanent magnet rotates, a useful signal EMF with variable polarity is induced in the active winding conductors. Hiebei induce external magnetic or electromagnetic fields in the active conductors and in the end connectors interference EMFs, which are compensated in the active winding conductors thanks to their series connection, but added in the end connectors because the end connectors are connected in series via the active conductors.
In the case of the speed sensors mentioned, the interference signals are not completely compensated because the compensation winding lies at a distance relative to the winding heads, which is due to the winding construction. This is particularly noticeable in the case of an asymmetrical external electromagnetic field, for example from a supplying mains transformer. The interference that is induced in the connecting wires between the winding and the subsequent equipment is also not compensated for in these sensors.
The invention has for its object to provide a speed sensor in which the guarantee of a complete compensation of external disturbances would make it possible to increase the accuracy of the speed determination.
The object is achieved according to the invention by a speed sensor of the type mentioned, which contains a differential amplifier, at the inputs of which one end of the main and auxiliary winding is connected, while the other ends of which are connected to a common power rail of this differential amplifier.
The differential amplifier in the speed sensor is expediently designed in the form of a voltage comparator.
The speed sensor according to the invention allows the speed to be determined with a high degree of accuracy, which is due to complete compensation of the electromagnetic interference.
In the following the invention is explained in the description of a concrete embodiment of the same with reference to the drawings; 1 shows the overall view of the speed sensor according to the invention; 2 shows a section along line II-II in Fig. 1. Fig. 3 shows a portion of the carrier part made of an insulating material on an enlarged scale, in
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whose slots are housed windings; FIG. 4 shows a schematic illustration of the same as in FIG. 3, indicating the direction of the EMFs resulting from the electromagnetic interference; 5 is an electrical circuit diagram of the windings and the voltage comparator; Fig. 6 electrical signals at the inputs and at the output of the voltage comparator.
The speed sensor contains a permanent magnet 1-- (Fig. L, 2), which is designed as a disc with alternating radially magnetized poles --N and S-- on the circumference of the circle. An axial bore --2-- is provided in the disc for a rotating shaft --3--. The donor
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--4a, lungs --4a, 4b-- consist of active conductors --7a, 7b--, which are connected in series via end connectors --8a, 8b, with the active conductors --7a and 7b-- opposite the poles of the permanent magnet - 1-- (Fig. 2) are in close proximity to each other.
Accordingly, lie
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(Fig. 3), - 8b - in the same ends of the windings --4a, 4b-- are connected to a common supply rail --10-- of the differential amplifier --9-- (under the same ends, the beginnings or the ends of the windings are understood).
To generate a rectangular signal at the output of the speed sensor, a voltage comparator - 11-- (Fig. 5) is used as the differential amplifier.
Another embodiment of the speed sensor is also conceivable, in which a permanent magnet with axially magnetized poles is used. The active winding conductors are located in the manner described above, but in the radial direction.
In addition, the windings can be made using the double-sided printed wiring.
The speed sensor works as follows: When the permanent magnet - 1-- (Fig. L, 2) rotates, the winding --4a-- (Fig. 5) is connected to the inverting input of the comparator - 11- -connected, a signal 12 (Fig. 6) induced with a frequency that is proportional to the Ure number of the encoder, while in the winding --4b-- a signal --13-- with the same frequency and amplitude, but in opposite phase to the signal --12-- is induced. An amplified rectangular signal 14 is produced at the output of the comparator --11--.
If an external electromagnetic interference field acts on the transmitter, an interference EMF ex is induced in the active conductors - 7a-- (Fig. 4), - 7b - and in the front connectors - 8a, 8b. In the active conductors --7a, 7b--, which are connected in series and against each other, the interference EMFs are compensated ex, but added in the end connectors --8a, 8b--. The signals 12 (FIG. 6), 13 from the rotating permanent magnet --1-- are superimposed on them, added to them and in the form of an EMF e, the inputs of the comparator - 11-- (FIG. 5 ) fed. Since the interference signal arrives in phase at the inputs of the comparator --11--, it does not change the state of an output signal 14 (FIG. 6).
The two identical windings, the active conductors of which are shifted by an angle which is electrical within 30 to 3300, and are located in close proximity to one another, just like the end connectors, and the voltage comparator to which the windings are located make it possible are connected to completely compensate for the influence of the external electromagnetic fields and thereby increase the accuracy of the speed determination.
The invention is mainly used in electric motors of video recorders and tape recorders as well as turntables for measuring and controlling their speed.