CH409098A - Gleichstromgenerator mit im Magnetfeld eines Rotors liegenden Statorwicklungen - Google Patents

Gleichstromgenerator mit im Magnetfeld eines Rotors liegenden Statorwicklungen

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CH409098A
CH409098A CH949362A CH949362A CH409098A CH 409098 A CH409098 A CH 409098A CH 949362 A CH949362 A CH 949362A CH 949362 A CH949362 A CH 949362A CH 409098 A CH409098 A CH 409098A
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CH
Switzerland
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switch
rotor
winding
generator according
rectifier
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CH949362A
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Inventor
Guy Kerr Andrew
Condie Montgomery John Young
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Ferranti Ltd
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    • G01P13/00Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/46Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches

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Description


  Gleichstromgenerator mit im Magnetfeld eines Rotors     liegenden        Statorwicllnngen       Die Erfindung betrifft einen Gleichstromgenera  tor, mit im Magnetfeld eines Rotors liegenden     Sta-          torwicklungen,    insbesondere, jedoch nicht ausschliess  lich,     einen        Gleichstrom-Tachometer    zur Ver  wendung in     Servovorrichtungen.    Ein solcher  Tachometer besteht im allgemeinen aus einem  kleinen Dynamo, der so     ausgelegt    ist,

   dass er  ein genau lineares     Spannungs-Geschwindigkeit-Dia-          gramm    aufweist und dass das Vorzeichen der Span  nung von der Drehrichtung des Rotors abhängt. Die  bekannten Gleichrichter haben in üblicher Weise  einen     Kommutator    zum Gleichrichten der Wechsel  spannung, die in den Ankerleitern durch deren Rota  tion im     Statorfeld    erzeugt wird.  



  Eine solche bekannte Vorrichtung ist jedoch zur  Verwendung in Rückkopplungskreisen von     Servo-          systemen    schlecht geeignet, da sie hier häufig Anlass  zu Störungen gibt, beispielsweise durch Funkenbil  dung an den     Kommutatorbürsten,    wodurch anstelle  einer Stromunterbrechung gerade grosse Ströme auf  treten können, sowie durch Spannungsstösse, die auf  treten, wenn die Bürsten zwei benachbarte     Kommuta-          torsegmente    überbrücken und so Ankerwindungen  kurzschliessen. Ausserdem neigen die     Kommutatoren     solcher Maschinen dazu, sich     stark    abzunutzen.  



  Es ist bereits bekannt, diese     Kommutations-          schwierigkeiten    dadurch zu vermeiden, dass man zu  nächst eine Wechselspannung in den     Statorwicklun-          gen    erzeugt - wodurch die Verwendung von Schleif  ringen umgangen wird - und diese Spannung dann  gleichrichtet. Eine auf diese Weise erzeugte Spannung  ändert jedoch ihr Vorzeichen nicht mit einem Dreh  richtungswechsel des Rotors, es sei denn, dass die  Gleichrichtung durch einen relativ aufwendigen, pha  senempfindlichen Gleichrichter bewirkt wird.  



  Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht    nun darin, eine einfache Form eines umlaufenden       Gleichstromgenerators    zu     schaffen,    dessen Ausgangs  spannung dem Vorzeichen nach von der Rotations  richtung abhängt und bei dem umlaufenden Strom  abnehmer oder dergleichen, wie     Kommutatoren    oder  Schleifringe, vermieden werden.  



       Erfindungsgemäss    wird diese Aufgabe dadurch  gelöst, dass jeder im Magnetfeld eines Rotors liegende       Statorwicklung    mindestens ein     Gleichrichterorgan    zu  geordnet ist, und dass der Generator einen Umschalter  zum Betrieb in jeweils einer von zwei möglichen       Schaltstellungen    in Abhängigkeit von der Rotations  richtung des Rotors aufweist, und dass jede Wicklung  und die zugeordneten     Gleichrichterorgane    mit dem  Schalter und einem Paar Ausgangsklemmen so ver  bunden sind, dass im Betrieb eine Spannung auftritt,  deren Richtung von der Schaltstellung des Schalters       abhängt.     



  Alles Nähere über eine Ausführungsform nach  der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Be  schreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in  welcher drei Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes dargestellt sind.  



  Im einzelnen zeigen:       Fig.    1 das Schaltbild eines     Ausführungsbeispieles     einer Vorrichtung gemäss der Erfindung,       Fig.    2 eine     Einzeldarstellung    eines in     Fig.    1 nur  angedeuteten Schaltungsteiles,       Fig.    3 und 4 Schaltbilder entsprechend     Fig.    1 von  zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Vorrichtung  gemäss der Erfindung.  



  Bei dem in     Fig.    1 dargestellten Ausführungsbei  spiel weist der zur Verwendung in einem Servosystem  gedachte     Gleichstrom-Tachometergenerator    einen       Stator    mit Wicklungen 11 auf, die in Form eines  Wechselstromgenerators in einer Sechsphasen-Stern-           schaltung    angeordnet sind, deren Sternpunkt mit der  Bezugsziffer 12 gekennzeichnet ist. Das freie Ende  einer jeden Wicklung ist über einen dieser Wicklung  individuell zugeordneten Gleichrichter 13 mit einer  gemeinsamen Sammelleitung 14 verbunden, wobei  die Gleichrichter in Bezug auf den Sternpunkt alle  gleich gepolt sind. Eine zweite Sammelleitung 15 ist  mit dem Sternpunkt 12 verbunden.  



  Die Sammelleitungen 14 und 15 sind zu den     be-          weglichen    Kontakten 16 und 17     eines    doppelpoligen  Umschalters 21 geführt, dessen vier feststehende  Kontakte 22 bis 25 in einer üblichen Umkehrschal  tung über Kreuz miteinander verbunden auf ein Paar  Ausgangsklemmen 26 und 27 der Vorrichtung ge  schaltet sind. Der Rotor 31 kann zweipolig ausgeführt  sein. Er besteht aus einem Permanentmagneten und  ist in     Fig.    1 nur in gestrichelten Linien angedeutet,  um die Zeichnung nicht zu verwirren.  



  Von der in     Fig.    1 nicht dargestellten     Rotorwelle     werden die beweglichen Kontakte 16 und 17 des  Schalters 21 über ein geeignetes, in der Zeichnung  durch die gestrichelten Linien 32 angedeutetes Ge  stänge gesteuert dergestalt, dass beim Umlauf des  Rotors in der einen Richtung die beweglichen Kon  takte 16 und 17 mit den festen Kontakten 22 und 23  des Schalters in Berührung sind, wobei die     Sammel-          leitungen    14 und 15 mit den Klemmen 26 bzw.

   27  verbunden sind, und dass bei einer Umdrehung des  Rotors in der anderen Richtung die beweglichen  Kontakte 16 und 17 des Schalters mit den festen  Kontakten 24 und 25 in Berührung stehen, so dass  die Verbindung zwischen den Sammelleitungen und  den Ausgangsklemmen vertauscht und die     Sammel-          leitungen    14 und 15 nun mit den Ausgangsklemmen  27 bzw. 26 verbunden sind. Eine vorteilhafte Aus  führungsform des Gestänges 32 wird in Verbindung  mit     Fig.    2 beschrieben.  



  Im Betrieb werden die     Statorwicklungen    vom  Magnetfeld des umlaufenden Rotors durchdrungen,  so dass über die Sammelleitungen 14 und 15 eine  Gleichspannung erzeugt wird, deren Welligkeit durch  die mehrphasige Form der     Statorwicklung    gering ist.  Die Richtung dieser Spannung hängt von der Polari  tät der Gleichrichter 13 ab und ist unabhängig von  der Drehrichtung des Rotors.  



  Die gewünschte Vorzeichenänderung der Span  nung mit der Umkehr der Drehrichtung des Rotors  wird mittels des Umschalters 21 erzielt. Diese Um  schaltung findet statt, wenn .der Rotor gerade     beginnt,     sich aus der     Umkehr-Ruhelage    zu bewegen; so ist  die im     Stator    erzeugte Spannung im Augenblick des       Umschaltens    auf einem minimalen Wert, so dass  Schwierigkeiten durch eine Funkenbildung an den  Schaltkontakten nicht zu befürchten sind. An den  Ausgangsklemmen 26 und 27 wird so eine ge  wünschte Gleichspannung erreicht, die ihren Rich  tungssinn mit der     Drehrichtungsumkehr    ändert. Diese  Umschaltung wird ohne eine komplizierte Umbil  dung der Vorrichtung und ohne Gefahr von Funken  bildungen bewirkt.

      Eine brauchbare Form des Gestänges zur Steue  rung des Schalters 21 durch den Rotor ist in     Fig.    2  dargestellt. Bei dieser Ausführungsform trägt die       Rotorwelle    33 ein Schaltglied in Form eines radial  gerichteten Armes 34, der auf der     Rotorwelle    über  Beläge 35 aus einem Material mit geringer Reibung  - beispielsweise aus dem unter der Warenbezeichnung       PTFE    vertriebenen Erzeugnis - unter leichtem     Rei-          bungsschluss    steht, so dass nur ein geringes Wider  standsmoment auf den rotierenden Rotor ausgeübt  wird, wenn der Steuerarm 34 in     Ruhestellung    ist.

    Das freie Ende 36 des Armes kann sich zwischen  den festen Anschlagstücken 37 und 38 über einen  kleinen Winkelbereich bewegen und ist mit den be  weglichen Kontakten 16 und 17 des     Schalters    21  gekoppelt.  



  Eine Drehung der Welle 33 im Uhrzeigersinn   wie in     Fig.    2 dargestellt, bewegt den Arm 34 durch  Reibungskraft gegen den Anschlag 37 in die in der  Figur mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung,  wobei im Schalter die Kontakte 16 und 17 mit den  Kontakten 24 und 25 in Berührung stehen. Obwohl  der Arm 34 sich im Uhrzeigersinn nicht weiter dre  hen kann, erlauben die Beläge 35 mit ihrem geringen  Reibungskoeffizienten einen weiteren Umlauf des  Rotors im Uhrzeigersinn mit einem nur geringeren  Reibungsverlust, wobei gleichzeitig am Arm 34 ein  leichter Druck aufrechterhalten wird, der den Schalter  in seiner augenblicklichen Lage hält.  



  Bei einer Umkehr der Drehrichtung des Rotors  wird der Arm 34 gegen den festen Anschlag 38 in  die gestrichelt eingezeichnete Stellung bewegt, in der  im Schalter die beweglichen Kontakte 16 und 17 an  den festen Kontakten 22 und 23 anliegen.  



  Der Schalter kann auch nach Art eines Schnapp  schalters ausgebildet sein, der in seine beiden     End-          stellungen    einschnappt, so dass der Kontaktdruck  im Schalter von dem fortwährend von der     Rotorwelle     33 über die Kupplungsbeläge 35 auf den Schaltarm  34 ausgeübten Drehmoment unabhängig ist.  



  Bei einem anderen, in     Fig.    3 dargestellten Aus  führungsbeispiel weisen die gleichrichtenden Organe  für jede     Statorwickhung    einen     zusätzlichen    Gleich  richter 13' auf, der entgegengesetzt zum Gleichrichter  13 gepolt ist und das freie Ende der Wicklung 11 zu  sätzlich mit einer dritten Sammelleitung 14' verbin  det. Die Sammelleitungen 14 und 14' sind mit den  festen Kontakten 41 und 42 eines einpoligen Um  schalters 43 verbunden, dessen beweglicher Kontakt  44 mit der Ausgangsklemme 26 verbunden ist. Die  Sammelleitung 15 verbindet den Sternpunkt 12 un  mittelbar mit der Ausgangsklemme 27.

   Der Kontakt  44 wird wiederum durch das mechanische Glied 32  des Rotors 31 gesteuert, genauso wie die Kontakte  16 und 17 beim Ausführungsbeispiel     gemäss        Fig.    1.  



  Beim Betrieb der Vorrichtung bewirken die bei  den entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 13 und  13', die das freie Ende einer jeden Wicklung mit den       Sammelleitungen    14 und 14' verbinden, dass eine  der Sammelleitungen unabhängig von der Bewe-           gungsrichtung    immer positiv ist im Vergleich zur  Sammelleitung 15 und dass die andere im Hinblick  auf die Sammelleitung 15 stets negativ ist. Der vom  Rotor gesteuerte Schalter 21 wählt diejenige aus den       Sammelleitungen    14 und 14' aus, die das der augen  blicklichen     Drehrichtung    entsprechende Vorzeichen  aufweist.

   Der     Vorteil    dieser     Vorrichtung        besteht     darin, dass sie die Verwendung eines     einfacheren     Umschalters erlaubt.  



  Ein weiteres     Ausführungsbeispiel    der Vorrich  tung gemäss der Erfindung ist in     Fig.    4     dargestellt.     Hier ist der Sternpunkt 12 nicht herausgeführt und  die Verbindung der Sammelleitungen 14 und 14' mit  den     Ausgangsklemmen    26 und 27     wird    über     einen          doppelpoligen    Umschalter 21' geschaffen,

   der wie der  Schalter 21 in     Fig.    1 vom Rotor     gesteuert        wird.    Bei  diesem     Ausführungsbeispiel    arbeiten alle einander       diametral    gegenüberliegenden Wicklungspaare zusam  men in Phase mit dem     Vorteil        gegenüber    den Ausfüh  rungsbeispielen nach     Fig.    1 und     3"    dass die     Amplitude     der erzeugten Gleichspannung verdoppelt ist.

   Da die  Stärke der     Wellung    in umgekehrtem Verhältnis zur  Anzahl der Phasen steht, ist es wünschenswert, soviel       Statorwicklungen    als möglich in der Vorrichtung  unterzubringen. Anderseits ändert sich natürlich die  Frequenz der     Wellung    linear mit der Anzahl der  Phasen. Mit einer ausreichend grossen Anzahl     wird    es  möglich, die Ausgangsspannung des Generators zu  glätten, ohne in den Rückkopplungskreis, in dem  der Generator einen Teil des Servosystems bildet,  unerwünschte Phasendrehungen zu erhalten.  



  Die Anzahl der     Rotorpole    braucht nicht not  wendigerweise auf zwei beschränkt zu sein, obwohl  normalerweise kaum ein Vorteil erzielt wird, wenn  mehr als zwei Pole verwendet werden, da die Stärke  der     Wellung    der Gleichspannung dadurch nicht be  einflusst wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Gleichspannungsgenerator mit im Magnetfeld eines Rotors liegenden Statorwicklungen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wicklung mindestens ein Gleichrichterorgan zugeordnet ist, und dass er einen Umschalter zum Betrieb in jeweils einer von zwei möglichen Schaltstellungen in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung des Rotors aufweist, und dass jede Wicklung und die zugeordneten Gleichrichter organe mit dem Schalter und einem Paar Ausgangs klemmen so verbunden sind, dass im Betrieb eine Spannung auftritt, deren Richtung von der Schalt stellung des Schalters abhängt. UNTERANSPRDCHE 1.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gleichrichterorgane aus je einem Gleichrichter bestehen, der mit der zugehöri gen Wicklung zwischen zwei gemeinsamen Sammel- leitungen in Reihe geschaltet ist, wobei alle Gleich richter im gleichen Sinne gepolt sind. 2. Generator nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Schalter ein zweipoliger Um schalter ist, und dass die Sammelleitungen über den Umschalter mit den Ausgangsklemmen verbunden sind. 3.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gleichrichterorgane für jede Wicklung zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichter aufweisen, die das eine Ende der Wicklung jeweils mit einer von zwei Sammelleitungen verbinden, und dass die anderen Enden der Wicklungen miteinander verbunden sind. 4. Generator nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter ein einpoliger ist, dass die Sammelleitungen über den Schalter mit einer Ausgangsklemme verbunden sind und dass die miteinander verbundenen einen Enden der Wicklun gen mit der anderen Ausgangsklemme verbunden sind. 5.
    Generator nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein zweipoliger Umschalter ist und die Sammelleitungen über diesen Schalter mit den Ausgangsklemmen verbunden sind. 6. Generator nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Schalter ein Steuerglied auf weist, das einen geringfügigen Reibungskontakt mit einer vom Rotor betriebenen Welle hat und das den Schalter von der einen in die andere Stellung schaltet, sobald es durch den Reibungskontakt mit der sich drehenden Welle in die eine oder andere Drehrichtung gezwungen wird.
CH949362A 1961-08-16 1962-08-08 Gleichstromgenerator mit im Magnetfeld eines Rotors liegenden Statorwicklungen CH409098A (de)

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US3205428A (en) 1965-09-07
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GB940987A (de) 1900-01-01
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