Drehzahlsensor nach dem Wirbelstromprinzip für Servoantriebe

Die vorliegende Arbeit beschreibt zunächst die Anforderungen an hochdynamische Servoantriebe mit schnelldrehenden Synchronmaschinen. Zusätzlich zu den üblichen Winkelsensoren, wie Inkrementalgeber oder Resolver wird ein neuartiger Drehzahlsensor nach dem Wirbelstromprinzip verwendet, um das Betriebsverhalten des Antriebs zu verbessern. Der Sensor wird statorseitig mit einer sinusförmigen Wechselspannung mit ca. 10kHz Erregerfrequenz gespeist. Der Rotor besteht aus einem homogenen, elektrisch leitfähigem Material. In ihm fließen Wirbelströme, die sich drehzahlabhängig ändern. Eine Messwicklung erfasst diese Wirbelströme. Das Ausgangssignal ist proportional zur Drehzahl. Die Bestimmung der Eigenschaften des Wirbelstromsensors erfolgt über eine analytische zweidimensionale Feldberechnung unter Verwendung des magnetischen Vektorpotentials, die den Skin-Effekt im Rotor und neben der Grundwelle auch die Oberwellen des Luftspaltfeldes berücksichtigt. Das ortsfeste Erregerfeld wird in der Berechnung durch zwei entgegengesetzt umlaufende Drehfelder repräsentiert. Die Eigenschaften des Sensors, wie die Empfindlichkeit, die Bandbreite und die Linearität, können in Abhängigkeit der mechanischen Abmessungen, der Erregerfrequenz und der elektrischen Leitfähigkeit optimiert werden. Nachdem eine Auswwerteelektronik für den Wirbelstromdrehzahlsensor vorgestellt wurde, wird dieser in Kombination mit einem Winkelgeber in einem Servoantrieb erprobt. Die Drehzahlauflösung und die Bandbreite in der Drehzahlerfassung kann erheblich verbessert werden.