DE1054354B

DE1054354B - Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhaengigkeit von Winkelstellungen

Info

Publication number: DE1054354B
Application number: DES53252A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gert Zoege Manteuffel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-04-25
Filing date: 1957-04-25
Publication date: 1959-04-02

Description

Für verschiedene Zwecke der industriellen Steuerung Regeltechnik werden Einrichtungen benötigt, die die Monientanstellung eines Rotors oder die relative Lage zweier Wellen auf elektrischem Wege zu messen gestatten. Bekannte Geräte dieser Art sind die sogenannten Drehmelder, die im wesentlichen kleine Drehtransformatoren mit Primär- und Sekundärwicklungen im Stator bzw. Rotor darstellen.

Die Notwendigkeit, sowohl im Stator als auch im Rotor Wicklungen anzubringen, wird im praktischen Betrieb als sehr störend empfunden. Die für die Stromzuführung erforderlichen Schleifringe mit Bürstensätzen geben häufig zu Störungen Anlaß und beeinträchtigen die Zuverlässigkeit der Winkelmessung, insbesondere dann, wenn die zu messende Welle normalerweise mit hoher Drehzahl läuft.

Um Wicklungen auf dem Rotor zu vermeiden, hat man diesen bereits als Permanentmagneten ausgebildet. Solche Rotoren haben aber nur ein begrenztes Anwendungsgebiet.

Ferner ist bekannt, Drehmelder mit ausgeprägten Polen in Stator und Rotor derart aufzubauen, daß die Polzahl des wickhmgsfreien Rotors von der des mit Primär- und Sekundärwicklungen versehenen Stators verschieden ist.

Diese Einrichtung arbeitet nach der sogenannten Gleichpolmethode, bei der das Eisen nicht ummagnetisiert wird. Daher ist in der Sekundärwicklung kein Phasenwechsel und keine Erzeugung echter Sinusspannungen mit positiven und negativen Werten möglich, die für die Winkelstellungsmessunig besonders vorteilhaft sind.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Einrichtung zu vermeiden und trotz des Aufbaues mit wicklungslosem Rotor einen Phasenwechsel zu ermöglichen. Die Einrichtung ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß auf jeweils gegenüberliegenden Statorpolen, an denen bei Rotordrehung- sich periodisch gegenläufig ändernde magnetische Leitfähigkeit auftreten, in Reihe geschaltete Wicklungen angeordnet sind.

Dadurch wird es möglich, aus den an den Statorpolen angebrachten Sekundärwicklungen Spannungen zu entnehmen, die positive und negative Werte durchlaufen und deren jeweilige Amplitude ein genaues Maß für die relative Lage des Rotors zum Stator ist.

Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit kann man den Stator mit beispielsweise vier Polen und den Rotor einpolig ausbilden, so daß die Amplitude der Sekundärspannumg bei jeder Umdrehung des Rotors eine ganze Periode durchläuft, wie das bei Drehmeldern an sich üblich ist. Der Rotor erhält zweckmäßig die Form eines exzentrischen Kreises oder einer Herzkurve, beispielsweise aus zwei archiimedi-Einrichtung zum Erzeugen

eines elektrischen Signals

in Abhängigkeit von Winkelstellungen

Anmelder:

Sieniens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Gert Zoege von Manteuffel, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

sehen Spiralen. Zur Erzielung einer gewünschten Abhängigkeit der Amplitude von der Winkelstellung, beispielsweise einer Sinusfunktion, kann der Rotor auch eine empirisch verbesserte Umfangskurve aufweisen. Durch geeignete Ausnehmungen im Rotor ist eine dynamische Auswuchtung einfach zu erreichen. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Einrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der Stator 1 besitzt vier ausgeprägte Pole 2, 3, 4 und 5, die jeder je eine Primär- und Sekundärwicklung P und 5¹ tragen. Der auf die umlaufende Welle 6 aufgesetzte Rotor 7 hat Exzenterkreisform mit einer Ausnehmung zur Auswuchtung.

Die elektrische Schaltung bei dem dargestellten Ausführangsbeispiel wird am besten so vorgenommen, daß die Primärwicklungen sämtlich derart in Reihe

So geschaltet sind, daß die Fluß richtung in benachbarten Polen entgegengesetzt ist. Die gegenüb erliegenden Sekundärwicklungen wenden paarweise gegensinnig in Reihe geschaltet. In dieser Schaltung erhält m?."i zwei um 90° (Rotordrehung) verschobene Wechsel-

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Claims

Spannungen, wie sie von sogenannten Siims-Kosiiius-Rechendrehmeldern abgegriffen werden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeichnet sich durch besondere Einfachheit und Robustheit aus. Insbesondere ist eine genaue Zentrierung des Rotors nicht erforderlich, da er eine gewollte Exzentrizität aufweist. Für eine genauere Erfassung kleiner Winkeldrebungen wird man den Rotor zahradäbnlich ausbilden, wie beispielsweise aus Fig. 2 ersichtlich. Übereinstimmende Bezeichnungen sind aus Fig. 1 übernommen. Der Rotor 7 besitzt fünf ausgeprägte Pole, deren Flächen vorzugsweise mit einem Radius r abgerundet sind, der kleiner als der Umfangsraidius ist, wie in Fig. 2 angedeutet. Dies geschieht im Interesse der Erzielung einer sinusförmigen Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Winkeldrehung. Man kann darüber hinaus auch die Polkanten verschleifen. In diesem Beispiel sind die Primär- und Sekundärwicklungen ebenso angeordnet, wie für Fig. 1 erläutert worden ist. Auch hier erhält man daher zwei um 90° (elektrisch) versetzte Wechselspannungen, d. h., eine erreicht ihr Maximum oder Minimum, wenn die andere durch Null geht. In Verbindung mit dem Anker der Fig. 2, der fünf Zähne besitzt, ergeben sich für die Amplituden beider Sekundärspannungen fünf volle Perioden für jede Drehung des Rotors. Das entspräche einem konventionellen Rechen-Drehmelder, der zwanzig Primärpole und zwanzig Sekundärpoie besitzen würde, die im Stator bzw. Rotor untergebracht werden mußten. Das der Fig. 2 zugrunde gelegte Differentialprinzip, das dem Rotor und Stator um Eins verschiedene Polzahlen zuordnet, ermöglicht also eine erhebliche Verringerung dieser Polzahlen gegenüber den früher bekannten, für die gleichen Aufgaben verwendeten Geräten und entsprechendeRaum-undKostenersparnisse. Dem gleichen Zweck dient die Ausführung nach Fig. 3, in der wieder gleichbleibende Bezugszeichen aus der Fig. 1 übernommen worden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel tragen die Statorpole abwechselnd Primär- und Sekundärwicklungen, wobei die Primärwicklungspole mit 2 bis 5, die Sekundärwicklungspole mit 8 bis 11 bezeichnet sind. Sämtliche Primärwicklungen liegen in Reihe an der Spannung Up, während je zwei gegenüberliegende Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind und die beiden Sekundärspannungen USl und Us<> liefern. Mit steigender Polzahl wächst die Genauigkeit der Einrichtung, jedoch auch ihr Raumbedarf. Ist ein größerer Durchmesser des Stators unerwünscht, so kann man ihn in zwei oder mehrere in verschiedenen Ebenen angeordnete Teile aufteilen. Dabei können alle Pole einer Ebene die gleiche Flußrichtung erhalten. Die Wirkungsweise der Einrichtung wird durch diese Aufteilung nicht berührt. Es ist hierbei möglich, alle Primärwieklungspole in eine Ebene zu legen und den dazugehörigen Rotorteil polfrei, z. B. als Kreisscheibe, auszubilden. Stator und Rotor können aus einzelnen Biechschrjiitten geschichtet und in bekannter Weise vergossen werden. Der Verguß kann auch die Wicklraigspakete auf den Statorpolen umfassen, so daß· eine mechanisch besonders unempfindliche und kompakte Bauform entsteht. Für die Verwendung an Stellmotoren ergibt sich die Möglichkeit, den Stator auf das Lagerschild des Motors zu schrauben und den Rotor auf die Achse bzw. den Achssturnmel aufzustecken. Es ist dabei nicht mehr nötig, besondere Drehmelder mit in diesen gelagerten und gewickelten Rotoren mit der Stellmotorachse zu kuppeln, so daß der Raumbedarf der Winkelmeßeinrichtung ganz erheblich sinkt und außerdem die durch die Kupplung bedingten Fehler fortfallen. In den Ausführungsbeispiielen nach Fig. 2 und 3 besitzt der Rotor eine um Eins größere bzw. kleinere Polzahl als der Stator. Der Polzabiunterschied kann jedoch auch größer gewählt werden; beispielsweise ist es möglich, bei einem achtpoligen Stator einen elfpoligen Rotor anzuwenden. Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von Winkelstellungen nach Art eines Drehmelders mit ausgeprägten Polen in Stator und Rotor, wobei die Polzahl des wicklungsfreien Rotors von der des mit Primär- und Sekundärwicklungen versehenen Stators verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeweils gegenüberliegenden Statorpolen, an denen bei Rotordrehung sich periodisch gegenläufig ändernde magnetische Leitfähigkeiten auftreten, in Reihe geschaltete Wicklungen angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einpolig, insbesondere als Exzenterkreis oder Herzkurve, ausgebildet und ausgewuchtet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zahnradähnlich ausgebildet ist und vorzugsweise seine Polflächen mit einem Radius gekrümmt sind, der kleiner als der Umfangsradius ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpolzahl um Eins größer oder kleiner als die Statorpolzahl ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch Primärwicklungen derartiger Schaltung, daß die Fluß richtung in benachbarten Polen entigegengesetzt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß paarweise zusammenwirkende Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind, wobei die zugehörigen Primärwicklungen in Reihe liegen¹, ader umgekehrt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Statorpol Primär- und Sekundärwicklungen vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole abwechselnd Primär- und Sekundärwicklungen tragen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8_r gekennzeichnet durch einen achtpoligen Stator, von dessen vier Sekundärwicklungen jeweils zwei in Reihe geschaltet sind,, so daß zwei um 90° elektrisch versetzte Spannungen entstehen.

10. Einrichtung nach Ansprach 8, gekennzeichnet dttrch einen zwölfpoMgetn Stator zur Lieferung von drei gleichphasigen, um 120° elektrisch versetzten Spannungen auf der Sekundärseite.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator hinsichtlich seiner Polzahl in zwei oder mehrere in verschiedenen Ebenen angeordmete Teile aufgeteilt ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen ί bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator auf das