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.