DE2053262B2

DE2053262B2 - Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung, insbesondere für eine Blockierschutzeinrichtung einer Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE2053262B2
Application number: DE19702053262
Authority: DE
Inventors: Karl 7055 Stetten; Finkbeiner Ludwig 7121 Walheini; Taubitz Bernd 7530 Pforzheim Bächle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1972-09-21
Also published as: SE365914B; DE2053262A1; JPS5220641B1; US3710158A; GB1362419A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischem Material besteht und mehrere streifenförmige Läuferpole mit abwechselnder Polarität aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Ständerpolanordnung aus weichmagnetischem Material liegt.

Es ist schon ein Synchronmotor bekannt, der zur Zählung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine verwendet wird und die genannten Merkmale aufweist. Bei diesem Synchronmotor besteht die Ständerpolanordnung aus zwei auf beiden Seiten der Ständerspule liegenden Ständerpolblechen, die an ihrem äußeren Rand nach innen umgebogene Ständerpole tragen. Die Ständerpole sind dabei so angeordnet, daß jeweils ein Ständerpol auf einer Seite der Ständerspule zwischen zwei Ständerpolen der anderen Seite der Spule liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß z. B. die Ständerpole auf der einen Seite der Ständerspule Südpolen des Läufers gegenüberstehen, während die Ständerpolf. der anderen Seite der Spule Nordpolen des Läufers gegenüberstehen. Beim Drehen des Läufers um eine Polteilung kehrt sich dann die Richtung des magnetischen Flusses in der Ständerpolanordnung

Diese bekannte Anordnung läßt sich nur bei Außenläufersystemen anwenden. Eine Umstellung

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auf veränderte Einbaubedingungen bringt einen gro- an zwei Anschlußdrähten 18 abnehmen und einer ßen technischen Aufwand mit sich. Fir elektronisch Blockierschutzschaltung zuführen, gesteuene Blockierschutzvorrichtungen von Fahr- F i g. 3 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt die zeugbremsen braucht man jedoch Wechselspannungs- Läuferpole 19, die durch waagerechte Striche angegeneratoren mit Außenläufer oder Innenläufer, je 5 deutet sind, und die Schenkel 15 der Ständerpole 14. nachdem, ob die Drehzahl eines angetriebenen oder Man sieht, daß der magnetische Fluß durch die eines nicht angetriebenen Rades gemessen werden Ständerpole dann seinen maximalen Wert annimmt, soll. Auße/dem soll der Läuferdurchmesser an den wenn die Ständerpole gegen die Waagerechte, die in Durchmesser einer Antriebsachse angepaßt werden diesem Fall die axiale Richtung angibt, um einen können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu- io Winkel α geneigt sind, der sich aus dem Läuferpolgrunde, einen Wechselspannungsgenerator zu ent- abstand s und dem mittleren Schenkelabstand d der wickeln, der mit sehr verschiedenen Läuferdurch- „... , . , , „, . , . 5 _;K). messern gebaut werden kann und bei dem weiterhin Standerpole nach der Gleichung tan a = -j ergibt.

nach Möglichkeit die gleichen Bauteile zum Aufbau Dann steht ein Schenkel 15 einem Nordpol und der

von Außenläufersystemen und Innenläufersystemen 15 andere Schenkel 15 des gleichen Ständerpols einem

verwendet werden können. Südpol gegenüber.

Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch Man sieht aus F i g. 3 weiterhin, daß die Funktionsgelöst, daß die Ständerpolanordnung aus einem weise des Wechselspannungsgenerators nicht beein-Wickelkö.-per und aus einzelnen Ständerpolen in trächtigt wird, wenn die Ständerpole 16, 15 in axialer Form von U-förmigeß Blechen besteht und daß die 20 Richtung, d. h. waagerecht in Fig. 3, angeordnet beiden Schenkel eines einzelnen Ständerpols zwei auf- werden und die Läuferpole um einen Winkel \ geeinanderfolgenden Läuferpolen gegenüberstehen. genübe»· der axialen Richtung verdreht sind. Der Ab-

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiter- stand der Ständerpole voneinander ist mit b und die

bildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Blechdicke der Ständerpole mit c bezeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von sechs 25 Die Fig. 2a und 2b zeigen als zweites Ausfüh-

in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen rungsbeispiel einen Wechselspannungsgenerator mit

näher beschrieben und erläutert. Es zeigt einem Innenläufer 12. Der Ständer ist wieder wie

Fig. la ein erstes Ausführungsbeispiel in einer beim ersten Ausführungsbeispiel aus einem Wickel-Teilansicht, körper 13, aus Ständerpolen 14 und aus einer Ständer-

F i g. Ib das erste Ausführungsbeispiel in einem 30 wicklung 17 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß die

nach der Linie 1-1 geführten Schnitt, U-förmigen Ständerpole 14 nach innen geöffnet sin,'

Fig. 2a ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet für

Teilansicht, die Drehzahlmessung von angetriebenen Rädern, da

Fig. 2b das zweite Ausführungsbeispiel in einem der Innenläufer 12 einfach auf der Antriebsachse be-

nach der Linie H-II geführten Schnitt, 35 festigt werden kann.

F i g. 3 eine Skizze zur Erläuterung der Funktions- Es ist zu bemerken, daß für das Außenläufersystem

weise der beiden ersten und der beiden letzten Aus- nach Fig. la und 1 b und für das Innenläufersystem

führungsbeispiele, nach Fig. 2a und 2b die gleichen Ständerpolbleche

Fig. 4a ein drittes Ausführungsbeispiel in einer 14 verwendet werden können.

Teilansicht, 40 Das in F i g. 4 a und 4 b dargestellte dritte Ausfüh-

Fig. 4b das dritte Ausführungsbeispiel in einem rungsbeispiel besitzt einen Außenläufer 11, der, wie

nach der Linie VI-Vl geführten Schnitt, beim ersten Ausführungsbeispiel, durch einen Luft-

F i g. 5 a ein viertes Ausführungsbeispiel in einer spalt 20 vom Ständer getrennt ist. Der Ständer be-

Teilansicht, steht wiederum aus einem Wickelkörper 13, aus

Fig. 5b das vierte Ausführungsbeispiel in einem 45 Ständerpolen 14 und einer Ständerwicklung 17. Der

nach der Linie VIII-VIII gtführten Schnitt, Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht

F i g. 6 eine Skizze zur Erklärung der Funktions- darin, daß ein einzelner U-förmiger Ständerpol 14 aus

weise des dritten und vierten Ausführungsbeispiels, zwei überlappend aneinandergeschichteten L-förmigen

Fig. 7a ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Blechen besteht. Die Dicke der L-förmigen Ständer-Teilansicht, ₅o polbleche ist etwas kleiner als der Läuferpolabstand s,

F i g. 7 b das fünfte Ausführungsbeispiel in einem da die Bleche in ihrer Mittelzone 16 dicht aneinander-

nach der Linie IV-IV geführten Schnitt, geschichtet werden und an ihren weiter außen liegen-

Fig. 8a ein sechstes Ausführungsbeispiel in einer den Schenkeln 15 genau den Läuferpolabstand ί auf-

Teilansicht, weisen müssen.

Fig. 8b das sechste Ausführungsbeispiel in einem 55 Der magnetische Fluß schließt sich in diesem Falle

nach der Linie X-X geführten Schnitt, von einem Läuferpol über zwei L-förmige Ständer-

F i g. 9 eine Skizze zur Erklärung der Funktions- polbleche zum nächsten Läuferpol. Der Vorteil des

weise einer Abwandlung des fünften und sechsten dritten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten

Ausführungsbeispiels. Ausführungsbeispiel besteht darin, daß infolge der

Das in Fig. la und 1 b dargestellte erste Ausfüh- 60 parallelen Anordnung der Ständerpole und der

rungsbeispiel besteht aus einem Außenläufer 11 und Läuferpole eine größere Fläche des Ständerpols

einem Ständer, dessen Wickelkörper 13 die Ständer- einem Läuferpol gegenübersteht, wie man aus F i g. 6

pole 14 und die Ständerwicklung 17 trägt. Ständer sieht. Dadurch wird der magnetische Widerstand des

und Läufer sind durch einen Luftspalt 20 getrennt. Luftspalts 20 kleiner.

Die Ständerpole 14 haben die Form U-förmiger 65 Das vierte Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 a und

Bleche und sind in Nuten des Wickelkörpers 13 ein- 5 b ist im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel

gelassen, die schräg zur axialen Richtung stehen. Die wieder ein Innenläufersystem. Die Bauteile sind gleich

Ausgangsspannung der Ständerwicklung 17 läßt sich wie beim dritten Ausführungsbeispiel und mit den

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hen Bezugszahlen bezeichnet wie in F i g. 4 a körpers 13 geeignet. Man kann dabei die Spritzform

4 b. so ausbilden, daß der Wickelkörper gleich die zur

:i den beiden beschriebenen Innenläufersystemen Aufnahme der Ständerpolbleche 14 bestimmten Nuten

F i g. 2 und 5 ist die Herstellung der Ständer- aufweist. Für verschiedene Einbauformen des Wech-

: 17 schwieriger als bei den Außenläufersystemen, 5 selspannungsgenerators benötigt man nur verschie-

lenen die Ständerspule 17 einfach auf den ferti- dene Spritzformen für den Wickelkörper 13. Diese

Ständer mit den Ständerpolen gewickelt werden Spritzformen sind wesentlich billiger herzustellen als

. Bei den Innenläufersystemen muß die Ständer- Stanzwerkzeuge, wie sie für die Herstellung der her-

: 17 zuerst auf einen besonderen Wickelkörper kömmlichen Ständeranordnungen aus Stahlblech ver-

len richtigen Abmessungen gewickelt werden. Sie io wendet werden.

dann in Silikonkautschuk eingegossen werden Die U- oder L-förmigen Ständerpolbleche können

ist als ganze Spule flexibel, so daß sie von innen für alle Ausbildungsformen gleich verwendet werden,

:n fertigen Ständer eingelegt werden kann. unabhängig davon, ob ein Außenläufersystem oder

is fünfte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 be- ein Innenläufersystem vorliegt,

wieder einen Außenläufer 11. Die U-förmigen 15 Die endgültige Form bekommt der Ständer erst

derpolbleche 14 sind schräg zur axialen Richtung nach dem Einfügen der Ständerpolbleche, indem die

ordnet und weisen an ihren Schenkeln IS Ver- ganze Anordnung in Kunstharz vergossen oder in

erungen 21 auf. Durch die Verbreiterungen 21 thermo- bzw. duroplastischen Kunststoff eingespritzt

der magnetische Widerstand im Luftspalt 20 wird.

er. Zur mechanischen Verstärkung des Ständers 20 Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Läufer

: ein Verstärkungsring 22, der vorzugsweise aus zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß als permanent-

risch leitfähigem Material besteht und der magnetisches Material ein kunststoff gebundener Ferrit

hzeitig als Masseanschluß der Ständerspule ver- verwendet wird. Solche kunststoffgebundenen Ferrite

let werden kann. in Bandform sind bekannt. Ein solches Kunststoif-

is sechste Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 be- 35 band kann einfach auf den dem Ständer zugewandten

einen Innenläufer 12 und entspricht damit den Umfangsbereich des Läufers geklebt bzw. aufvulkani-

ührungsbeispielen nach F i g. 2 und 5. Es weist siert werden. Es wird dann mit Hilfe einer geeigneten

Reichen Bauteile wie das fünfte Ausführungs- Magnetisierungsvorrichtung mit Polen versehen. Die

)iel nach F i g. 7 auf, die auch mit gleichen Be- Unterlage des Kunststoffbandes besteht dabei zweck-

jeichen wie dort bezeichnet sind. Das sechste 3° mäßigerweise aus weichmagnetischem Material und

ührungsbeispiel ist das fertigungstechnisch gün- dient damit gleichzeitig als magnetischer Rückschluß.

:e Beispiel eines Innenläufersystems. Die Ständer- Es hat sich als optimal erwiesen, wenn die Dicke des

: 10 kann auf den Wickelkörper 13 von außen Kunststoffbandes etwa gleich dem halben Läufer-

;wickelt werden, solange die Ständerpolbleche polabstand s ist.

och nicht aufgebracht sind. Nach dem Wickeln 35 Obwohl die Masse des Weicheisens in der Ständer-Spule 17 werden die Ständerpolbleche 14 in die polanordnung wesentlich kleiner ist als bei den herisehenen Nuten von außen eingeschoben. Zum kömmlichen Wechselspannungsgeneratoren, ist der iß wird der Verstärkungsring 22 über die Stan- Verlauf der magnetischen Feldlinien um die ringolbleche 14 geschoben, und die Zwischenräume förmige Ständerspule herum besser an die ideale ;hen den Ständerpolblechen werden mit Kunst- 40 Kreisform angenähert als bei den bekannten Anordausgegossen. nungen. da die Ständerpole voneinander isolierte :im fünften und sechsten Ausführungsbeispiel Einzelsysteme sind. Über die in axialer Richtung anwiederum die Läuferpole in axialer Richtung geordneten Läuferpole und die schrägstehenden ordnet, während die Ständerpoie um einen Win- Ständcrpolc schließen sich die Magnetfeldlinien in gegen die axiale Richtung verdreht sind. Wie 45 Form schrägstehender Kreise um die Ständerpole 1 ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird herum. Die Schräglage der Kreise und damit die für Funktionsweise nicht beeinträchtigt, wenn statt die Induktion unwirksame Längskomponente der ;n die Läuferpole schräg stehen und die Ständer- magnetischen Feldstärke wird um so kleiner, je größer in axialer Richtung angeordnet sind. die Polzahl ist. Drehzahlgeber für Blockierschutzi g. 9 zeigt eine dritte mögliche Variante: Sowohl 50 anwendungen müssen eine möglichst große Polzahl ^äuferpole 19 als auch die Schenkel 15 der Stan- aufweisen, so daß gerade bei diesen Drehzahlgebern olbleche sind in axialer Richtung angeordnet Zu der Magnetfeldverlauf besonders günstig ist. Die be- :m Zweck müssen die U-förmigen Ständerpol- schriebenen Ausfuhrungsbeispiele weisen 192 Lauferie 14 in ihrem Mittelbereich 16 um den Läufer- pole auf.

abstands abgekröpft werden. Durch dieses Ver- 55 Versuche haben ergeben, daß die maximale Aus-

en kann wieder die Blechdicke wie beim dritten gangsspannung erst erreicht wird, wenn das Verhält-

.1 vierten Ausrührungsbeispiel etwas größer ge- nis b:c (Polabstand zu Blechdicke, s. Fig. 3, 6

-It werden, so daß der magnetische Widerstand des und 9) größer als 1,2 ist. Dann sind nämlich die Fluß-

- spaltes 20 zwischen Läufer und Ständer kleiner änderungen am größten. Die Polbreite der Läufer-

; die Ausgangsspannung der Ständerspule größer 60 pole ist sehr klein und beträgt bei allen Ausführungs-

• i. beispielen etwa 0,2 bis 0,3 mm.

,Ue sechs beschriebenen Ausruhrungsbeispiele er- In der Serienfertigung ist es kaum zu vermeiden,

η die eingangs genannten Forderungen. Der daß der Läufer eine geringfügige Exzentrizität von

kelkörper 13 ist als tragender Teil des Ständers etwa 0,1 bis 0,2 mm aufweist Diese Exzentrizität

-ebildet und kann aus einem duroplastischen 65 macht sich unter Umständen als Amplitudenmodu-

ststoff gespritzt werden. Außer duroplastischen lation der Ausgangsspannung bemerkbar, wobei die

ststoffen sind alle anderen preß-, spritz- oder zer- Modulationsspannung von der Größe der Exzentrizi-

baren Kunststoffe zur Herstellung des Wickel- tat abhängt Die Amplitude der Ausgangsspannung

ist umgekehrt proportional zur Breite des Luftspalts 20. Um eine möglichst wenig modulierte Ausgangsspannung zu erreichen, muß man daher die Breite des Luftspalts 20 so klein machen, wie es die durch Fertigungstoleranzen bedingte Exzentrizität des Läufers erlaubt. Die Breite des Luftspalts 20 darf höchstens die Hälfte der Blechdieke c erreichen.

Der Verstärkungsring 22 beim fünften und sechsten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 soll am besten aus einem nicht ferromagnetischen Material

bestehen, damit er den Verlauf der magnetischen Feldlinien in der Ständerpolanordnung nicht störend beeinflußt. Wenn er aus ferromagnetischem Material besteht, werden die Hysterese- und Wirbelstromver-5 luste größer und erreichen die gleichen Werte wie beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Falls die dadurch verursachte Verminderung der Ausgangsspannung nicht stört, kann man auch einen Stahlring 22 vorsehen, um eine billigere Fertigung zu ίο ermöglichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischem Material besteht und mehrere streifenföi mige Läuferpole mit abwechselnder Polarität aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Standerpolanordnung aus weichmagnetischem Material liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung aus einem Wickelkörper (13) und aus einzelnen Ständerpolen (14) in Form von U-förmigen Blechen besteht und daß die beiden Schenkel (15) eines einzelnen Ständerpols (14) zwei aufeinanderfolgenden Läuferpolen (19) gegenüberstehen.

2.Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (12) innerhalb des Ständers angeordnet ist.

3.Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (11) außerhalb des Ständers angeordnet ist.

4. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferpole (11) in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Richtung der Ständerpolbleche (14) von der axialen Richtung um einen Winkel <\ abweicht, der aus dem mittleren Schenkelabstand d und dem Läuferpolabstand s nach der Beziehung

tan \ = -,· berechnet wird.
a

5. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolbleche (14) in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Richtung der streifenförmigen Läuferpole (19) von der axialen Richtung um einen Winkel α abweicht, der nach der Beziehung

tan a = — berechnet wird.
a

6. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferpole und die Schenkel der Ständerpole in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Ständerpolbleche (14) in ihrem Mittelbereich (16) um den Läuferpolabstand ί abgekröpft sind.

7. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger Ständerpol (14) durch überlappendes Aneinanderlegen zweier L-förmiger Bleche gebildet wird, deren Dicke näherungsweise gleich dem Läuferpolabstand s ist.

8. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt zwischen Läufer und Ständer die Schenkel (15) der Ständerpolbleche (14) an ihrem dem Läufer zugewandten Ende verbreitert sind.

9. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (13) aus einem duroplastischen Kunststoff besteht und Nuten zur Aufnahme der Ständerpolbleche aufweist, wobei die Ständerpolbleche voneinander isoliert angeordnet sind.

10. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten zur Aufnahme der Ständerpolbleche seitlich am Umfang des Wickelkörpers (13) radial zum Mittelpunkt zeigend liegen und voneinander isolierte Ständerpolbleche gleicher Abmessungen wahlweise in beiden Richtungen aufnehmen können.

11. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung in einem duroplastischen Kunststoff eingebettet ist und daß die Ständerpolbleche nur an der dem Läufer zugewandten Seite bis zur Oberfläche durchdringen.

12. Wechselspamiungsgenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung in einem thermoplastischen Kunststoff eingebettet ist und daß die Ständerpolbleche nur an der dem Läufer zugewandten Seite bis zur Oberfläche durchdringen.

' 3. Wechhelbpannungsgcnerator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Verstärkungsring (22) die Ständerpolbleche an der vom Läufer abgewandten Seite umschließt.

14. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Verstärkungsring (22) aus elektrisch leitfähigem Material besteht und als Massepol dient.

15. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerspule in Silikonkautschuk vergossen ist.

16. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ständer zugewandte Umfangsbereich des Läufers aus einem bandförmigen, kunststoff gebundenen, permanentmagnetischen Werkstoff besteht.