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Generatorsystem mit senkrecht aufeinanderstehenden Erregerelementen in einem geschlossenem Magnetkreis für einen Umdrehungszähler

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017810D
Original Publication Date: 2001-Oct-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 385K

Publishing Venue

Siemens

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Ulrich Wetzel: AUTHOR [+2]

Abstract

Zur Erfassung der Position von Antriebssystemen werden Umdrehungszähler verwendet, welche die Umdrehungen der jeweiligen Welle mitzählen. Mittels Induktion ist es möglich, die komplette Sen- soreneinheit des Umdrehungszählers mit der erfor- derlichen Energie zu versorgen. Um jedoch die dafür erforderliche Energie zu erzeugen, ist eine Mindest- drehzahl der Antriebswelle notwendig. Wird die Mindestdrehzahl unterschritten, ist die Energie zu gering.

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Bauelemente

Generatorsystem mit senkrechtaufeinanderstehenden Erregerele-menten in einem geschlossenemMagnetkreis für einen Umdre-hungszähler

Idee: Ulrich Wetzel, Erlangen;

Rainer Sieß, Erlangen

Zur� Erfassung� der� Position von Antriebssystemenwerden Umdrehungszähler� verwendet,� welche� dieUmdrehungen der jeweiligen Welle mitzählen.

Mittels Induktion ist es möglich, die komplette Sen-soreneinheit des Umdrehungszählers� mit� der� erfor-derlichen Energie zu versorgen. Um jedoch die dafürerforderliche Energie zu erzeugen, ist eine Mindest-drehzahl� der� Antriebswelle� notwendig.� Wird dieMindestdrehzahl� unterschritten,� ist� die� Energie� zugering.

Um auch bei niedrigen Drehzahlen eine ausreichendeEnergie� zu� erzeugen,� wird� daher� ein� zusätzlicherInduktionskreis in das System integriert.

Bisher gestaltete sich dieser Aufbau nach dem Meh-nert Prinzip (siehe Abbildung 1):

Ein 2-poliger, stabförmiger, axial magnetisierterPermanentmagnet, welcher in diesem Zusammenhangals� Wellenmagnet� bezeichnet� wird,� ist� auf� der� Ge-berwelle� fest� angeordnet.� Die� Geberwelle� ist� miteinem Kugellager am Gehäuse rotierend gelagert. Einweiterer 2-poliger, stabförmiger, axial magnetisierterPermanentmagnet ist freidrehend auf einem festste-henden Achsstift� angebracht.� Bei� jedem� Magnetenwird ein Eisenkern mit einer auf dem Mittelschenkelangeordneten Spule mit einer oder mehreren Kupfer-wicklungen angeordnet.� Die� Symmetrielinien� derbeiden Magneten und der beiden Spulen stehen beidieser Bauart auf einer gemeinsamen Wirklinie. Diejeweils auf dem Mittelschenkel angebrachten Spulendienen zur Erzeugung der Betriebsspannung.

Die� Hallsensoren� sowie� beide Wicklungen an denAußenschenkeln des unteren Eisenkernes dienen alsSensorelement zum Erfassen der Drehrichtung. DieGröße und Form der 4 genannten Bauteile wird durchden Radius� der� gesamten� Geberfläche� bestimmt.Dabei kann die Baulänge des gesamten mechanischenSystems� nur� knapp� über� den halben Durchmessergehen.

Bei sehr niedriger Drehzahl wird in der zum Wellen-magneten gehörenden Spule eine Spannung erzeugt,welche zum Betrieb der Elektronik nicht ausreichendist. In diesem Fall rotiert der freidrehende Magnet beieiner Umdrehung des� Erregermagneten� infolge� derAbstoßungs-� und� Beschleunigungskräfte mindestensum eine halbe Umdrehung. Durch diese kurzzeitige,

mit hoher Winkelgeschwindigkeit durchgeführteUmdrehung wird für eine definierte Zeit in der zumfreidrehenden Magneten gehörenden Spule eine aus-reichende Spannung erzeugt, welche gleichgerichtetund in einem Energiespeicher (Kondensator) gespei-chert� wird.� Diese� Energie wird zum kurzzeitigenBetrieb des Umdrehungszählers verwendet.

Ab einer bestimmten Drehzahl ist ein Umkippen desfreidrehenden Magneten aufgrund der Trägheit undäußerer Einflüsse nicht mehr möglich. In diesem Fallwird aber durch den Wellenmagneten in der dazuge-hörigen Spule genügend Energie erzeugt, so dass einkontinuierlicher Betrieb der Einric...