Elektromotoren weisen eine Vorrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Signals auf, die im folgenden auch als Tachogenerator bezeichnet ist, welche ein Signal für die Dreh- zahlsteuerung des Motors erzeugt.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen bürstenlose Gleichstrommotoren oder elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren und zugehörige Drehzahlsteuersysteme, die z. B. im Auto- mobilbereich für Lenksysteme und andere Anwendungen eingesetzt werden. Von Gleich- strommotoren, die in Lenksystemen eingesetzt werden, wird gefordert, daß sie einen hohen Strom bei geringer Drehmomentwelligkeit und geringem Rastmoment erzeugen. Da der Gleichstrommotor in der Nähe des Verbrennungsmotors des KfZ eingesetzt wird, muß er be- ständig gegen extreme Temperaturen, Feuchtigkeit, Schmutz und andere Umwelteinflüsse sein. Ferner werden von den Automobilherstellern in der Regel ein niedriger Widerstand und enge Widerstandstoleranzen sowie eine geringe Induktivität der Gesamtanordnung gefordert.

Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren umfassen im allgemeinen einen Permanent- magneten, der auf einer Rotorwelle aufgebracht ist und in Umfangsrichtung mehrere wech- selnde Pole aufweist, sowie einen Stator, der mehrere Antriebswicklungen aufweist, die mit den magnetischen Polen des Rotors in Wechselwirkung stehen.

Die US-A-4,578,606 beschreibt einen Elektromotor in Kombination mit einem Tachogenera- tor, bei dem eine Tachogeneratorspule in dem Feld des Rotormagneten angeordnet ist, so daß bei Drehung des Motors von den Magnetpolen eine Spannung in der Tachogeneratorspule induziert wird. Bei dem dort beschriebenen Elektromotor ist der auf der Rotorwelle sitzende Permanentmagnet in zwei konzentrische Abschnitte aufgeteilt, wobei ein äußerer Abschnitt des Permanentmagneten acht Mangetpole aufweist, die mit den Motor (-Stator) spulen zusam- menwirken, und ein kleinerer, innerer Abschnitt oder Innenkreis des Permanentmagneten, 26-50 Pole aufweist, die mit der Tachospule zusammenwirken, welche in Umfangsrichtung des Motors gewickelt ist, um ein drehzahlabhängiges Signal zu erzeugen. Die Frequenz des in der Tachogeneratorspule erzeugten Signals entspricht der Drehzahl der Rotorwelle. Der in der US-A-4,578,606 beschriebene Elektromotor wird insbesondere in Diskettenlaufwerken für Computer eingesetzt. Besondere Anforderungen an die von dem Tachogenerator erzeugte Signalstärke oder die Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse sind in dieser Druckschrift nicht erörtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines drehzahlab- hängigen Signals für einen Elektromotor und ein zugehöriges Verfahren anzugeben, die ein Tachogeneratorsignal hoher Signalstärke erzeugen können und unempfindlich gegen Um- welteinflüsse, wie hohe Temperatur, Feuchtigkeit etc., sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten von Anspruch 26 gelöst. Die Erfindung sieht auch einen Elektromotor vor, der eine derartige Vorrichtung enthält.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Signals, oder einen Tachogenerator vor, mit einem oder mehreren Permanentmagneten wechselnder Pola- rität, die um den Umfang der Rotorwelle verteilt angeordnet sind. Diese Magnetelemente können, wie bei der US-A-4,578,606, mit wechselnder Polarität magnetisierte Segmente des Rotormagneten sein. Vorzugsweise sind die Magnetelemente in Form eines Magnetringes realisiert, der wechselnd polarisierte Abschnitte aufweist, auf einem an der Rotorwelle befe- stigten Träger gehalten ist und mit der Rotorwelle umläuft. Der erfindungsgemäße Tachoge- nerator weist wenigstens eine achsparallele"Meß"-Spule auf, die mit axialem Abstand zu den zugeordneten Magnetelementen auf einer weiteren zweiten, gehäusefesten Trägervorrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise sind mehrere, um den Umfang der Rotorwelle gleichmäßig verteilte achsparallele"Meß"-Spulen vorgesehen, wobei bei der bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung die Spulen jeweils neben und achsparallel zur Rotorwelle angeordnet sind. Magnete und Spulen sind räumlich einander zugeordnet, wobei die am Rotor befindli- chen und mit diesem umlaufenden Magnetpole eine Relativbewegung in bezug auf die gehäu- sefesten Spulen ausführen.

Mit der Drehung der Rotorwelle wird in den Spulen ein drehzahlabhängiges Signal in Form einer regelmäßigen Wechselspannung induziert, wobei erfindungsgemäß das Amplitudenma- ximum oder die Amplitudendifferenz der in der"Meß"-Spule induzierte Signalspannung als Meßgröße für die Drehzahl erfaßt und ausgewertet wird.

Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, mit der das Bezugspotential für die in der Spule induzierten Signalspannung verschoben wird, indem der annähernd tra- pezförmigen Signalspannung eine (vorzugsweise stabilisierte) Gleichspannung überlagert wird. Die überlagerte Spannung ist vorzugsweise eine positive Gleichspannung, so daß sich als drehzahlabhängiges Signal eine positive pulsierende Gleichspannung ergibt.

Die erfindungsgemäße Tachogeberanordnung gemäß Anspruch 1, in Verbindung mit Spulen, die eine ausreichende Windungszahl aufweisen, macht es möglich, ein drehzahlabhängiges Signal mit ausreichender Signalstärke zu erhalten, das ohne Zwischenschaltung von Operati- onsverstärkern oder dergleichen direkt an einen"üblichen"Analog/Digital-Wandler überge- ben werden kann, wobei es ausreichend ist, wenn der Analog/Digital-Wandler in einem übli- chen, positiven Spannungsbereich von beispielsweise 0 bis 5 V oder 0 bis 3 V arbeitet.

Erfindungsgemäß kann die Schaltungsanordnung zur Signalverschiebung oder-anhebung durch einen einfachen Spannungsteiler realisiert werden, der einerseits mit der das Signal ab- gebenden Spule und andererseits mit einer Spannungsversorgung, von z. B. 5 V, verbunden ist. An dem Mittenabgriff des Spannungsteilers ergibt sich das in der Spule induzierte Signal, das um einen Gleichspannungsanteil verschoben wurde.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Spannungsteiler zwei in Reihe geschaltete Widerstände auf, deren Verbindungsknoten den Mittenabgriff des Spannungsteilers bildet. Es sei angenommen, daß eine zwischen dem Spannungsteiler und dem Bezugspotential, z. B.

Masse, angeschlossene Meßspule ein Ausgangssignal zwischen-4 V und +4 V erzeugt. Fer- ner sei angenommen, daß die Versorgungsspannung 5 V beträgt und der Spannungsteiler zwei gleich große Ohmsche Widerstände aufweist. An dem Mittenabgriff des Spannungsteilers ergibt sich dann das in der Meßspule induzierte Signal, um 2,5 V angehoben und betragsmä- ßig halbiert, d. h. ein Signal, welches zwischen 0,5 und 4,5 V variiert. Dieses spannungsver- schobene Signal kann ohne weiteres direkt von einem Analog/Digital-Wandler mit einem Arbeitsspannungsbereich von 0 bis 5 V verarbeitet werden.

Vorzugsweise ist der Schaltungsanordnung ein Entstörfilter zugeordnet, das beispielsweise mit einem Kondensator zwischen dem Mittenabgriff und dem Bezugspotential realisiert wer- den kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei, insbesondere vier oder sechs Spulen vorgesehen, die um den Umfang der Welle gleichmäßig verteilt ange- ordnet sind. Um ein stärkeres Signal zu erzeugen, werden vorzugsweise jeweils zwei bzw. drei Spulen in Reihe geschaltet und einer Schaltungsanordnung zur Signalverschiebung oder- anhebung zugeordnet. Es kann entweder eine Schaltungsanordnung zur Signalverschiebung für alle Spulen vorgesehen sein, wobei die Spulen dann abwechselnd über einen Multiplexer mit der Schaltungsanordnung zur Signalverschiebung verbunden werden, oder jede Spule oder Spulen-Reihenschaltung ist einer eigenen, getrennten Schaltungsanordnung zur Signal- verschiebung zugeordnet.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen gewickelte Spulen, um ein möglichst hohes Ausgangssignal zu erzeugen. Dabei sollte ein geeigneter Kompromiß zwischen der gewünschten hohen Signalstärke und der Signalform gefunden werden. Auf- grund des geplanten Einsatzes in der Automobiltechnik müssen bei der Realisierung der Spu- len auch solche Faktoren wie die mechanische Festigkeit der Spulen und die zum Einsatz kommende Löttechnik berücksichtigt werden.

Die Spulen können insbesondere aus einem dünnen Flachdraht hochkant und vorzugsweise aus einem dünnen, mit einem Isolationsmaterial beschichteten runden oder flachen Draht, insbesondere einem sogenannten Backlackdraht, gewickelt werden. Ein Backlackdraht hat den Vorteil, daß er bereits mit einem Isolationsmaterial beschichtet ist, wobei die Spule nach dem Wickeln erwärmt wird und zu einem festen Körper zusammenbackt. Das Isolationsmate- rial kann an den Wicklungsenden einfach entfernt werden ; um die fertige Spule anzuschlie- ßen.

Die erfindungsgemäßen Spulen können Luftspulen oder auf einen Spulenkörper gewickelte Spulen sein. Sie weisen vorzugsweise wenigstens 150 Windungen auf. Ferner ist jeder Spule vorzugsweise ein magnetisches Rückflußelement zugeordnet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägervorrichtung für die Spulen eine starre oder flexible Leiterplatte, die den Magnetelementen gegenüberliegend angeordnet ist. Die Magnetelemente sind in Form eines Magnetringes realisiert, der wechselnd polari- sierte Abschnitte, insbesondere 4 bis 12 und bevorzugt 6 oder 8 wechselnd polarisierte Ab- schnitte aufweist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen in Form von Flachspulen realisiert, deren Umfangskontur an die Gestalt der Magnetringabschnitte angepaßt sind. Inso- fern haben die Spulen eine ähnliche Gestalt wie die in der US-A-4,578,606 gezeigten An- triebsspulen (30), wobei beachtet werden muß, daß diese Antriebsspulen in dem U. S. Patent nicht zur Erfassung der Drehzahl, sondern dem Motorantrieb dienen.

Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß die in Spindelmotoren für Festplatten-oder Diskettenlaufwerke verwendeten flachen Antriebsspulen als Meßspulen eines Tachogenera- tors für die beabsichtige Anwendung in einem Elektromotor für den Automobilbereich be- sonders gut geeignet sind, weil die Spulen besonders flach und kompakt sind, eine hohe me- chanische Genauigkeit und mechanische Festigkeit haben.

Die Anpassung der Umfangskontur der Flachspulen an die Gestalt der Magnetringabschnitte, mit einer möglichst weiten inneren Öffnung ist dazu geeignet, ein drehzahlabhängiges Signal in den Spulen zu induzieren, das den gewünschten, idealen trapezförmigen Verlauf möglichst gut annähert.

Vorzugsweise werden, wie oben erwähnt, mehrere Spulen um die Rotorwelle verteilt ange- ordnet, wobei insbesondere zwei oder drei Spulen bzw. Spulen-Reihenschaltungen vorgese- hen werden, welche beispielsweise um 90° (elektrisch) phasenverschobene Signale erzeugen.

Für die Auswertung der Spulensignale sieht die Erfindung vorzugsweise eine Auswerte-und eine Steuereinrichtung mit einem Drehlagesensor vor, um die Drehlage der Rotorwelle zu erfassen und abhängig davon zu entscheiden, welche Halbwelle des drehzahlabhängigen Si- gnals welcher Spule zur Drehzahlbestimmung ausgewertet wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß weitgehend immer ein flacher Bereich eines der Spulensignale ausgewertet wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen : Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen Elektromotor mit einem Tachogenerator gemäß der Erfindung ; Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen Tachogenerator gemäß der Erfindung Figur 3 eine Draufsicht auf eine Trägervorrichtung, auf der vier Spulen angeordnet sind, für einen Tachogenerator gemäß der Erfindung ; Figuren 4a und 4b eine geschnittene Seitenansicht und eine Draufsicht eines Ringmagneten mit sechs Magnetelementen eines Tachogenerators gemäß der Erfindung ; Figur 5 ein vereinfachtes Schaltbild der Schaltungsanordnung des Tachogenerators gemäß der Erfindung ; und Figur 6 einen Graphen, welcher Meßergebnisse darstellt, die mit der Spulenanordnung der Figur 2 in einem Tachogenerator gemäß der Erfindung erhalten wurden.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors gemäß der Erfindung, der insbesondere im Automobilbereich und dort beispielsweise für Lenksysteme eingesetzt werden kann. Der Gleichstrommotor, der allgemein mit 10 bezeich- net ist, weist einen Stator mit einem Statorblechpaket 12 und Statorwicklungen 14 auf. Inn- nerhalb des Stator ist ein Rotor mit einer Rotorwelle 16, einem Eisenrückschlußring 18, der auf der Rotorwelle 16 sitzt, und einem Permanentmagneten 20, der segmentiert oder als Ring ausgebildet ist, angeordnet.

Stator und Rotor sind von einem Gehäuse 22 umschlossen, das an seinen beiden Stirnseiten jeweils einen Flansch 24 bzw. 26 aufweist, wobei auf der Seite des Flansches 24 die Rotor- welle 16 herausgeführt ist und auf der Seite des Flansches 26 Signalleitungen und Wicklungs- anschlüsse des Motors herausgeführt werden.

Die Rotorwelle 16 ist in den Flanschen 24 und 26 über Lager 28 und 30, z. B. Wälz-oder Gleitlager, insbesondere Kugellager, drehbar gelagert und gehalten.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Rotorbaugruppe 16,18,20 zusätzlich von einer Hülse 32 umschlossen, die zusammen mit den Flanschen 24 und 26 die Rotorbaugruppe um- schließt und das Eindringen von Fremdkörpern in die Rotorbaugruppe verhindert.

Einen Gleichstrommotor, der eine ähnliche Bauweise wie der Gleichstrommotor der Figur 1 aufweist, ist mit weiteren Einzelheiten in den deutschen Patentanmeldungen 100 34 302.3 und 100 51 403.0 beschrieben, auf die bezug genommen wird. Es sei betont, daß der erfindungs- gemäße Tachogenerator auch in Verbindung mit jeder anderen bekannten oder noch zu ent- wickelnden Art eine Gleichstrommotors eingesetzt werden kann. Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform soll lediglich als Beispiel dienen.

Auf der Rotorwelle 16 des in Figur 1 gezeigten Gleichstrommotors ist eine Haltevorrichtung 34 montiert, auf der ein Magnetring 36 aufgebracht ist, der weiter unten noch mit weiteren Einzelheiten erläutert wird. Der Haltevorrichtung 34 und dem Magnetring 36 gegenüberlie- gend und parallel zu diesen ist eine Trägervorrichtung in Form einer Leiterplatte 38 angeord- net, auf deren dem Magnetring 36 zugewandten Seite Spulen 40 sitzen, wie ebenfalls weiter unten noch näher erläutert ist. Auf der von dem Magnetring 36 abgewandten Rückseite der Leiterplatte 38 befindet sich eine Eisenrückschlußkomponente 42.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, drehen sich die Haltevorrichtung 34 und der darauf angeordnete Ringmagnet 36 zusammen mit der Rotorwelle 16, während die Leiterplatte 38 mit den darauf angeordneten Spulen 40 feststehend ist, so daß bei Drehungen der Rotorwelle 16 eine Rela- tivbewegung zwischen dem Ringmagneten 36 und den Spulen 40 entsteht.

In Figur 1 sind ferner ein Relaisträger 44 mit darin montierten Relais gezeigt, die mit Wick- lungsenden 46 der Statorwicklungen 14 verbunden sind, um die Motorstromleitungen zu schalten bzw. zu unterbrechen.

Der in Figur 1 gezeigte Gleichstrommotor wird durch einen Gehäusedeckel 48 abgeschlossen, der integrierte Buchsen/Steckerbauteile 50 aufweist, die mit Signalleitungen 52 bzw. den Wicklungsenden 46 über eine Anschlußvorrichtung 54 verbunden sind.

Die Leiterplatte 38, der Relaisträger 44 und der Gehäusedeckel 48 werden über eine Zen- trumsschraube 56, geeignete Schappverbindungen und/oder Verkleben in ihrer Position ge- halten.

Wie erläutert, kann der erfindungsgemäße Tachogenerator auch mit anderen Arten von Gleichstrommotoren eingesetzt werden, wobei insbesondere die Gestaltung des Gehäuses und der Flansche sowie die Anordnung und Führung der verschiedenen elektrischen Komponen- ten auf jede dem Fachmann bekannte Weise gestaltet sein kann Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Tachogenerator mit weite- ren Einzelheiten.

In Figur 2 sind der Flansch 26 mit den Lagern 30 und der darin geführten Welle 16 dargestellt auf der Welle 16 sitzt die Haltevorrichtung 34 des Tachogenerators, die den Magnetring 36 hält, der mit der Welle 16 drehfest verbunden ist und umläuft. Dem Magnetring 36 gegen- überliegend ist die Trägervorrichtung (Sensorplatine) 38 mit festen axialen Abstand, parallel zu dem Magnetring 36 in einem Abschnitt des Relaisträgers 44 gehalten. Der Fachmann kann andere Arten der Halterung der Sensorplatine 48 ortsfest zum Gehäuse des Gleichstrommo- tors 10, und ausgerichtet zu dem Magnetring 36 konzipieren.

Auf der Sensorplatine 38 sind achsparallel zur Welle 16 des Motors, gleichmäßig um die Drehachse der Welle 16 verteilt, Spulen 40 angeordnet, die als Meßspulen zur Erfassung der Drehzahl der Welle 16 dienen. Innerhalb jeder Spule ist ein Hallsensor 62 zur Erfassung der Drehlage der Welle 16 angeordnet, wobei der Fachmann verstehen wird, daß auch eine andere Anzahl von Hallsensoren und eine andere Art der Drehlageerfassung gewählt werden können, z. B. mittels induktiver, optischer oder kapazitiver Sensoren.

Auf der von dem Magnetring 36 abgewandten Seite der Sensorplatine 38 ist der Eisenrück- schluß 42 zum Schließen des Magnetkreises vorgesehen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Eisenrückschluß gleichzeitig als Träger für die Sensorelektronik dienen, so daß kei- ne gesonderte Platine vorgesehen werden muß.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Trägervorrichtung 38 mit vier darauf montierten Sensor- Spulen 40 des Tachogenerators gemäß der Erfindung. Diese Trägervorrichtung 38 ist insbe- sondere als eine gedruckte Schaltungsplatte ausgeführt, wobei auf einer Seite der gedruckten Schaltungsplatte Kontaktierungen 60 vorgesehen sind, die dazu dienen, die Signalleitungen 52 sowie Versorgungsleitungen mit den Spulen 40 und weiteren elektronischen Komponenten auf der Schaltungsplatte 38 zu verbinden. Die Trägervorrichtung kann auch aus einem flexi- blen Schaltungsplattenmaterial (flex-circuit) oder jedem anderen geeigneten Substrat herge- stellt sein, auf dem Spulen aufgebracht werden können.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch eine einschichtige Leiter- platte 38 verwendet, auf deren dem Magnetring 36 zugewandten Seite die Spulen 40 angeord- net sind, und auf deren von dem Magnetring 36 abgewandten Rückseite das Eisenrück- schlußteil 42 (in Figur 3 nicht gezeigt) angeordnet ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind vier gleichmäßig um den Umfang der Rotorwelle 16 angeordnete, zu dieser achsparallele gewickelte Spulen 40 vorgesehen, wobei jeweils zwei der Spulen 40 in Reihe geschaltet sind, so daß zwei drehzahlabhängige Signale erzeugt werden, wie weiter unten noch erläutert ist.

Die Spulen können aus einem sehr dünnen, hochkant gewickelten Flachdraht hergestellt und so gestaltet sein, wie sie beispielsweise als Antriebsspulen in Spindelmotoren für Festplatten- laufwerke verwendet werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen aus ei- nem dünnen, mit einem Isolationsmaterial beschichteten Runddraht oder Flachdraht, einem sogenannten Backlackdraht, gewickelt. Die Verwendung dieses Drahtes erlaubt es bei gerin- ger Bauhöhe der Spulen und geringem Raumbedarf eine maximale Wicklungsanzahl zu reali- sieren, wobei jede Spule vorzugsweise wenigstens 150 Windungen aufweist, um ein mög- lichst hohes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Verwendung von Backlackdraht hat den weite- ren Vorteil, daß durch einfaches Erhitzen der fertig gewickelten Spule das den Draht umge- bende Isolationsmaterial soweit verschmolzen werden kann, daß ein kompakter, stabiler Spu- lenring entsteht, der auch ohne Verwendung von Spulenkörpern leicht gehandhabt und mon- tiert werden kann. Das Isolationsmaterial an den Wicklungsenden kann zum Anschließen der Spulen 40 leicht entfernt werden.

Die äußere Kontur der flachen Spulen 40 ist im wesentlichen an die Form der wechselnd po- larisierten Abschnitte des gegenüberliegenden Ringmagneten 42 angepaßt, wie sich aus einem Vergleich der Figuren 3 und 4 ergibt. Die Anpassung der Spulenform an die Gestalt der Ma- gnetsegmente und das Vorsehen einer möglichst weiten Spulenöffnung dient der Erzeugung von trapezförmigen Spulensignalen, welche einen flachen Bereich sowie möglichst steile Flanken aufweisen, wie in Bezug auf Figur 6 noch näher erläutert ist.

Auf der Leiterplatte 38 können weitere Bauelemente angeordnet sein, wie Hallsensoren 62 zur Erzeugung eines Rotordrehlagesignals oder Widerstände und Kondensatoren (nicht gezeigt) zur Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die mit bezug auf Figur 4 noch näher erläutert ist.

Die Leiterplatte 38 mit den Spulen 40 darauf ist, wie in Figur 1 und 2 gezeigt, der Haltevor- richtung 34 für den Ringmagneten 36 gegenüberliegend angeordnet. Figur 4 zeigt eine Drauf- sicht auf die Haltevorrichtung 34, die in Form einer auf die Rotorwelle 16 aufgepreßten Ringscheibe ausgestaltet sein kann. Die Haltevorrichtung 34 trägt wenigstens einen Magne- tring 36, der wechselnd polarisierte, gleichmäßig verteilte Segmente oder Magnetelemente 64, 66 aufweist. Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Magentring 36 sechs (6) wech- selnd polarisierte Magnetelemente 64,66 auf, wobei andere Ausführungsformen eine andere Anzahl von Magnetpolen, insbesondere beispielsweise acht (8) Magnetpole aufweisen kön- nen.

Wenn der erfindungsgemäße Tachogenerator mehr als eine Spule 40 bzw. ein in Reihe ge- schaltetes Spulenpaar aufweist, beruht ein wichtiger Aspekt der Erfindung auf der richtigen Zuordnung zwischen den Spulen 40 und den wechselnd magnetisierten Abschnitten des Ma- gnetrings 36. Insbesondere sollten die Spulen 40 relativ zu dem Magnetring 36 so angeordnet sein, daß in einer gegebenen Relativposition jeweils eine der Spulen 40 ein Segment 64 oder 66 des Ringmagneten 36 vollständig überdeckt, während die benachbarte Spule 40 über ei- nem Übergang zwischen wechselnd polarisierten Segmentes 64,66 liegt. Dadurch wird er- reicht, daß die mehreren Spulen oder in Reihe geschalteten Spulenpaare jeweils phasenver- schobene Signale erzeugen, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Phasenverschiebung von 90° (elektrisch) gewählt wird, jedoch auch andere Phasenver- schiebungen realisierbar sind.

Figur 5 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltungsanordnung für einen Tachogenera- tor gemäß der Erfindung, wobei in Figur 5 der Fall dargestellt ist, daß das Signal von zwei Meßspulen 40 ausgewertet wird.

Figur 5 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Signalanhebung der von den Meßspulen 40 gelieferten Signale.

Auf der linken Seite der Figur 5 sind die für den Gleichstrommotor vorgesehenen Sensoren dargestellt, nämlich zwei Spulen A und B, die jeweils aus zwei in Reihe geschalteten Spulen 40 gebildet sind, und einer der vier Hallsensoren 62, die wie in Figur 3 gezeigt auf der Sen- sorplatine 38 angeordnet sind. Die übrigen drei Hallsensoren sind in Figur 5 der Einfachheit halber nicht gezeigt, sie sind jedoch über entsprechende Schaltungsanordnungen mit der Auswerte-und Steuereinrichtung 78 verbunden.

Die Meßspulen A und B, 40, liefern drehzahlabhängige, im wesentlichen trapezförmige Wechselsignale, deren Amplitude bzw. Amplitudendifferenz ausgewertet wird, um die Dreh- zahl des Gleichstrommotors zu erfassen.

Der Hallsensor 62 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Hall-IC mit einer Hallplatte 62 und einem Ausgangsverstärker 80, z. B. einem MOSFET-Verstärker, realisiert.

Er erzeugt ein digitales Ausgangssignal, das ein Abbild der Nord/Süd-Pole des rotierenden Ringmagneten 36 in Form einer Sprungfunktion ist. Über die Kontaktierungen 60 und eine Filterschaltung 82 werden die Ausgangssignale der Hallsensoren 62 zu der Auswerte-und Steuereinrichtung 78 übergeben.

Wie weiter unten mit Bezug auf Figur 6 noch näher erläutert wird, kann aus den Ausgangs- signalen der Hallsensoren die Winkellage der Rotorwelle 16 abgeleitet werden. Um die Win- kellage mit einer gewünschten Auflösung zu erfassen, werden mehrere Hallsensoren um 90 oder 120 Grad (elektrisch) versetzt angeordnet.

Jeder Spule A und B, 40, ist ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 70,72 und ein Fil- terkondensator 76 zugeordnet. Die Ausgangssignale der Spannungsteiler werden an einen Analog/Digital-Wandler 74 angelegt, der mit einer Auswerte-und Steuereinrichtung 78 ge- koppelt ist. Der Analog/Digital-Wandler 74 und die Auswerte-und Steuereinrichtung 78 kön- nen Teil eines Mikroprozessors 84 sein.

Die Spannungsteilerwiderstände 70,72 sind zwischen einer Versorgungsspannung Vcc von beispielsweise 5 V und der Meßspule 40 angeschlossen, wobei die Spule an ihrem anderen Ende mit einem Bezugspotential, z. B. Masse, verbunden ist. In der Spule 40 wird durch die relative Drehung zwischen der Spule 40 und dem Ringmagneten 36 eine Wechselspannung induziert, die zwischen einem Wert +VL_m, und _VL max schwankt. Sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der in der Spule 40 induzierten Spannung sind proportional zur Drehzahl der Rotorwelle 16, wobei bei dem erfindungsgemäßen Tachogenerator die Amplituden +VL_max ; ~VL_ma> (bzw. die Amplitudendifferenz, ausgewertet werden.

Bei Verwendung von gewickelten Spulen mit ausreichend hoher Wicklungszahl wird in den Spulen 40 ein Signal mit ausreichend hohem Spannungsausschlag und Strom erzeugt, das ohne Zwischenschaltung eines weitere Verstärkungselements, wie eines Operationsverstär- kers, in einem Analog/Digital-Wandler 74 verarbeitet werden kann. Die Vermeidung emp- findlicher Bauteile, wie Operationsverstärker, ist insbesondere für die beabsichtigte Anwen- dung des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors im Automobilbereich vorteilhaft.

Bei der Auswertung der in der Spule 40 induzierten Spannung besteht die Schwierigkeit, daß das in der Spule 40 induzierte Spannungssignal eine Wechselspannung, beispielsweise mit einem Spannungsausschlag von +/-4 V, ist, die in einem üblichen Analog/Digital-Wandler nicht ausgewertet werden kann.

Die Erfindung schlägt daher eine Schaltungsanordnung in Form des Spannungsteilers 70,72 vor, der das in der Spule 40 induzierte Signal halbiert und ihm eine Gleichspannung überla- gert, die der halben Versorgungsspannung Vcc entspricht. An dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen 70,72 tritt somit eine Spannung auf, die der halben in der Spule 40 indu- zierten Spannung entspricht, die um 1/2 Vcc angehoben wurde.

In einer bevorzugten Realisierungsform beträgt die Versorgungsspannung Vcc beispielsweise + 5 V, so daß der in der Spule 40 induzierten Spannung eine Gleichspannung von + 2,5 V überlagert wird. Dadurch liegt an dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 74 ein drehzahl- proportionales Signal an, das in einem Bereich von + 0,5 V bis + 4,5 V variiert.

Die in Figur 5 gezeigte Schaltungsanordnung sieht zusätzlich den Kondensator 76 zur Entstö- rung des in der Spule 40 induzierten, spannungsangehobenen Signals vor. Anstelle des Kon- densators 76 kann der Fachmann jedes andere geeignete Entstörfilter vorsehen.

Figur 6 zeigt das drehzahlabhängige Ausgangssignal von jeweils zwei in Reihe geschalteten Spulenpaaren 40, die mit Spule A bzw. Spule B bezeichnet sind, sowie die spannungsver- schobenen und überlagerten Ausgangssignale der beiden Spulenpaare, die mit Tacho A, B bezeichnet sind. In Figur 6 sind die Spulensignale in vier Abschnitte aufgeteilt, welche mit 1, 2,3,4 bezeichnet sind, wobei jeder Abschnitt dem Teil der Signalkurve von Spule A oder Spule B entspricht, in dem der Kurvenverlauf flach und somit für die Auswertung der Am- plitude ideal ist. Da der Signalverlauf abhängig von dem momentanen Drehwinkel ist, sieht die Erfindung die Erfassung der Drehlage der Rotorwelle 16 vor, um zu bestimmen, welcher Abschnitt der Signalkurve zur Auswertung der Amplitude verwendet werden soll.

Zur Erfassung der Drehlage sind die in Figur 3 dargestellten Hallsensoren HA, HB, HC und HD, 62, vorgesehen. Die Hallsensoren HC und HD sind um 90 Grad (elektrisch) phasenver- setzt. Abhängig von dem Ausgangssignal dieser Hallsensoren HC, HD wird ermittelt, welcher Signalverlauf der für die Auswertung der Amplitude gültige ist. Abhängig von den Ausgangs- signalen der Hallsensoren 62 steuert die Auswerte-und Steuereinrichtung 78 den Ana- log/Digital-Wandler 74 an, um das Ausgangssignal der Spule A oder der Spule B, bzw. des Spulenpaares, weiter zu verarbeiten. Die gültigen Signalabschnitte für die Auswertung der Amplitude der Spulensignale ergeben sich wie folgt : Abschnitt 1 (Spule A) = HD n HC Abschnitt 2 (Spule B) = HD n HC Abschnitt 3 (Spule 1) = HC n HD Abschnitt 4 (Spule B) = HC n HD.

In der Praxis dienen die Hallsensoren auch zur Erfassung der Drehlage der Rotorwelle 16 zur Ansteuerung der Endstufentransistoren der Wicklungsphasen. Hierzu sind die Hallsensoren HA, HB und HC um 120 Grad (elektrisch) phasenversetzt angeordnet, wobei sich dann fol- gende Bedingungen für die Ansteuerung der Phasen U, V, W des Gleichstrommotors ergibt : Phase U = HA n HB Phase V = HBX HC Phase W = HC n HA Der Fachmann wird verstehen, daß jede andere Art von Drehlagesensor zur Bestimmung des Drehwinkels der Rotorwelle 16 verwendet werden kann, um die geeigneten Abschnitte der Spulensignale für die Auswertung der Signalarnplituden und somit der Drehzahl der Rotor- welle 16 zu ermitteln.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen 40 relativ zu den Polab- schnitten 64,66 des Magnetrings 36 vorzugsweise so versetzt angeordnet, daß sich eine Si- gnalverschiebung von 90° (elektrisch) zwischen den in den Spulenpaaren induzierten Signa- len A und B ergibt. Dadurch entstehen, wie in dem überlagerten Signal Tacho A, B gezeigt, sich überlappende flache Bereiche des Signalverlaufs, die abhängig von der Drehlage der Rotorwelle 16 so ausgewertet werden können, daß die Amplitude immer im flachen Bereich eines Spulensignals erfaßt wird. Die Drehlage kann, wie oben erwähnt, mit optischen, ma- gnetischen, induktiven oder anderen geeigneten Sensoren erfaßt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Tachogenerator wurde eine konstruktiv einfache Lösung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Signals mit hoher Ausgangsamplitude gefunden, die sehr störsicher ist und auch unter den extremen Einsatzbedingungen im Automobilbereich zuverlässig arbeitet. In der Nähe des Gleichstrommotors müssen lediglich die Spulen, der Spannungsteiler 70,72 der Schaltungsanordnung und das Funkentstörfilter 76 vorgesehen werden, die sämtlich aus unempfindlichen, passiven Elementen aufgebaut werden können.

Empfindliche elektronische Bauteile sind nicht notwendig und können außerhalb des Gleich- strommotors vorgesehen werden. Durch die Signalanhebung ist es möglich, einfache Stan- dardbauteile für die Digital/Analog-Wandlung zu verwenden, wobei der Einsatz gewickelter Spulen mit einer ausreichenden Windungszahl eine genügend große Signalamplitude sicher- stellt.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merk- male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Er- findung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.