DE1080196B - Servoverstelleinrichtung mit einem Sendermotor, dessen Rotor entsprechend einer zu uebertragenden Drehbewegung verstellt wird - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servoverstelleinrichtung mit einem Sendermotor, dessen Rotor entsprechend einer zu übertragenden Drehbewegung verstellt wird, mit einem Empfängermotor, der mit dem Sendermotor elektrisch so verbunden ist, daß sein Rotor ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das der Differenz der Winkelstellungen der beiden Rotoren proportional ist, und mit einem Servomotor, dessen Rotor mit dem Rotor des Empfängermotors mechanisch gekoppelt ist und durch das Ausgangssignal des Empfängermotors in Drehung versetzt wird.

Bei Servoverstelleinrichtungen dieser Art werden in der Statorwicklung des Sendermotors Spannungen induziert, die von der Stellung des Rotors abhängen. Diese Spannungen werden zu der Stator wicklung des Empfängermotors übertragen und erzeugen in diesem ein Feld, dessen Lage dem Feld im Sendermotor entspricht. Dadurch wird in der Rotorwicklung des Empfängermotors eine Spannung induziert, die nur dann zu Null wird, wenn die Stellung des Rotors im Empfängermotor genau der Stellung des Rotors im Sendermotor entspricht.

Diese Spannung wird einem Servomotor zugeführt, der mechanisch mit dem Rotor des Empfängermotors gekoppelt ist. Unter der Wirkung der Spannung dreht sich der Servomotor in der Richtung, in der die im Empfängermotor induzierte Spannung abnimmt, bis sie schließlich zu Null wird. Dadurch wird der Rotor des Empfängermotors selbsttätig in die Stellung gebracht, die derjenigen des Rotors des Sendermotors entspricht. Mit dem Servomotor ist andererseits die Einrichtung gekoppelt, die entsprechend der Einstellung des Sendermotors verstellt werden soll.

Wenn das im Empfängermotor induzierte Signal dem Servomotor direkt zugeführt wird, ist das an der Ausgangsseite verfügbare Drehmoment sehr gering. Deshalb wurde bereits bei bekannten Einrichtungen dieser Art zwischen die Rotorwicklung des Empfängermotors und den Servomotor ein Leistungsverstärker eingeschaltet, der entweder als elektronischer oder als magnetischer Verstärker ausgebildet war. Der Einsatz eines solchen Leistungsverstärkers erhöht das Gewicht, den Raumbedarf und die Kosten der Servoverstelleinrichtung ganz beträchtlich. Außerdem sind solche Verstärker weitaus störanfälliger als die übrigen Teile der Servoverstelleinrichtung. Dadurch wird die Betriebssicherheit der Anlage verringert.

Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Servoverstelleinrichtung der eingangs definierten Art, bei der der bisher verwendete elektronische Verstärker bzw. Magnetverstärker entfällt und dennoch eine mindestens ebenso große Ausgangsleistung wie bei den bekannten, mit Verstärkern arbeitenden Ein- richtungen erzielt wird.

Servoverstelleinrichtung

mit einem Sendermotor,

dessen Rotor entsprechend

einer zu übertragenden Drehbewegung

verstellt wird

Anmelder:

Ketay Limited,

Ilford, Essex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Aaron W. Harris, Dayton, Ohio (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Servomotor außer einer festen Statorwicklung eine drehbare Statorwicklung aufweist und daß ein Hilfsmotor vorgesehen ist, dem das Ausgangssignal der Rotorwicklung des Empfängermotors zugeführt wird und der die drehbare Statorwicklung des Servomotors verdreht, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die durch die Verdrehung der Wicklung hervorgerufene Drehung des Rotors den Rotor des Empfängermotors in der Richtung verstellt, in welcher das Ausgangssignal verringert wird.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Hilfsmotor, der etwa das gleiche Drehmoment abgibt wie ein Servomotor bei einer ohne Verstärker arbeitenden Einrichtung, hat lediglich die Aufgabe, die bewegliche Ständerwicklung des Servomotors zu verstellen. Durch die Verstellung der Ständerwicklung entsteht in dem Servomotor eine Feldverschiebung, die bewirkt, daß der Rotor des Servomotors,nachläuft. Die hierfür erforderliche Energie wird aus dem Netz der Wechselstromquelle entnommen. Man erzielt dadurch eine beträchtliche Leistungsverstärkung, wobei die Rotorwicklung des Empfängermptors kaum belastet wird, so daß eine sehr genaue Nachstellung erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Servoverstelleinrichtung, Fig. 2 eine Schnittansicht des Servomotors und

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Fig. 3 eine Endansicht des Servomotors, wobei Endscheibe und Kugellager abgenommen sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Servoverstelleinrichtung enthält einen Sendermotor 1 und einen Empfängermotor 2. Der Sendermotor 1 besitzt einen einphasig gewickelten. Rotor 5, der an eine Spannungsquelle 6 angeschlossen ist, die einen sich periodisch ändernden oder wechselnden Strom liefert. Der Rotor 5 ist mechanisch mit der Einrichtung 7 verbunden, deren Bewegung durch die Servoverstelleinrichtung gemessen oder angezeigt werden soll. Der Stator des Sendermotors 1 besitzt Dreiphasenwicklungen 8, welche mit entsprechenden Wicklungen 9 des Stators des Empfängermotors 2 verbunden sind.

An den Empfängermotor 10 schließen sich zwei Zweiphasenmotore 16 und 17 an, von denen der Hilfsmotor 17 als Verstärker dient, während der Motor 16 den eigentlichen Servomotor darstellt, der über ein Getriebe mechanisch mit dem Rotor 10 des Empfängermotors 2 sowie mit der Einrichtung 15, auf die die Drehbewegung übertragen werden soll, verbunden ist. Die Hauptstatorwicklungen 18 und 19 der Motore 16 bzw. 17 sind über Phasenschieberkondensatoren 20 und 21 mit der Spannungsquelle 6 verbunden. Der Hilfsmotor 17 besitzt eine vom Rotor 10 des Steuertransformators 2 gespeiste Steuerwicklung 22. Diese hat gegenüber der Hauptstatorwicklung 19 eine hohe Impedanz, so daß aus dem Empfänger motor 2 sehr wenig Leistung entnommen wird, vielmehr fast die ganze zum Betrieb des Motors notwendige Leistung direkt aus der Wechselstromquelle 6 zur Hauptphasenwicklung 19 fließt.

Der Motor 17 dient zur Steuerung der Raumphasenbeziehung der beiden auf dem Stator des Servomotors 16 befindlichen Wicklungen 18 und 23. Die Statorwicklung 18 ist am Motorgehäuse befestigt, während die Statorwicklung 23 um 90° oder in jedem Sinne um einen halben Polabstand verschwenkt werden kann. Der Rotor 24 des Hilfsmotors 17 ist direkt oder über ein Getriebe mit der beweglichen Statorwicklung 23 mechanisch verbunden. Normalerweise sind die Wicklungen 18 und 23 derart angeordnet, daß, wenn kein Drehmoment hervorgerufen wird, gleiche Pole axial in Linie liegen.

Falls jedoch die bewegliche Statorwicklung 23 um einen geringen Winkel außer Linie mit der festen Statorwicklung 18 gebracht wird, dann wird ein dem Sinus des Verstellwinkels proportionales Drehmoment erzeugt. Auf diese Weise kann bei geeigneter Bemessung der Getriebeverbindung zwischen Rotor 24 und beweglicher Wicklung 23 als Folge einer sehr geringen Leistung, welche dem Empfängermotor 2 entnommen wird, eine sehr große Ausgangsleistung am Rotor 26 des Motors 16 erzeugt werden. Der Rotor 26 versucht dann, den Rotor 10 des Empfängermotors 2 sehr schnell in eine Nulleistungslage zu bringen. Die Drehung des Rotors 26 bewirkt eine entsprechende Verstellung der Einrichtung 15, die beispielsweise ein Anzeigegerät sein kann.

Infolge der Tatsache, daß auf die Statorwicklungen 18 und 23 die gleiche Spannung gegeben wird, wird das Gegendrehmoment des Motors 16 von diesen Wicklungen gleichmäßig übernommen. Da die Wicklung 23 vom Rotor 24 des Hilfsmotors 17 angetrieben wird, ist das Drehmoment am Rotor 26 etwa doppelt so groß wie am Rotor 24. Durch die Einfügung des Hilfsmotors 17 zwischen dem Empfängermotor 2 und dem Servomotor 16 wird somit ein im wesentlichen verdoppeltes Drehmoment bewirkt, wenn eine direkte Kupplung zwischen dem Rotor 24 und dem bewegliehen Stator 30 angenommen ist. Weiterhin gestattet diese Anordnung eine bedeutende Steigerung der aus dem Motor 16 zu entnehmenden Leistung.

Wenn' vorausgesetzt wird, daß in einer bekannten Servoverstelleinrichtung, bei der zwischen dem Empfängermotor und dem Servomotor kein Verstärker und kein Hilfsmotor eingeschaltet sind, ein mechanisch große Vorteile bietendes Untersetzungsgetriebe zwischen dem Rotor des Servomotors und dem Empfängermotor eingefügt wird, so erfordert dieses Untersetzungsgetriebe eine große Zahl von Rotordrehungen des Servomotors, damit die notwendige Verstellung des Rotors des Empfängermotors hervorgerufen wird. Dabei muß der Rotor des Servomotors mit verhältnismäßig hoher Drehzahl laufen. Bei dieser Drehzahl induziert er in seiner Statorwicklung eine Gegen-EMK, die dem Fehlersignal entgegenwirkt, das der Steuerwicklung zugeführt wird. Die Drehzahlgrenze für den Rotor wird dann erreicht, wenn die Gegen-EMK dem Signal der Steuerwicklung gleich ist. Die Folge ist, daß die Drehzahl des Servomotors stark eingeschränkt ist.

Diese Erscheinung tritt bei der dargestellten Anordnung nicht ein. Hier wird nur verlangt, daß der Rotor 24 des Hilfsmotors 17 ein für die Einstellung der Wicklung 23 ausreichendes Drehmoment erzeugt. Da die Wicklungen 18 und 23 Netzstrom führen, kann zur Überwindung jeglicher Gegen-EMK, welche durch die Bewegung des Rotors 26 in den Wicklungen induziert wird, der Rotor 26 mit irgendeiner Drehzahl bis zur Synchrondrehzahl laufen. Wegen dieser dem Rotor gestatteten hohen Drehzahl kann zwischen dem Rotor 26 und dem Rotor 10 ein Untersetzungszahlgetriebe eingefügt werden, das einen großen mechanischen Vorteil ergibt. Während die direkte Einfügung des Hilfsmotors 17 nur etwa die Verdoppelung des Drehmoments vom Rotor 24 zum Rotor 26 zur Folge hat, kann nach Einfügung des Untersetzungsgetriebes der Rotor 26 mit einer fast Synchrondrehzahl erreichenden Drehzahl arbeiten mit der Folge, daß die dem Motor 16 entnommene Leistung stark gesteigert ist.

Auf dem beweglichen Stator 23 des Motors 16 ist ferner eine Dämpfungswicklung 25 angeordnet, die in Reihe mit, jedoch in entgegengesetztem Sinne zu der Steuerwicklung 22 des Hilfsmotors 17 und der Rotorwicklung 10 des Empfängermotors 2 geschaltet ist. Die Dämpfungswicklung 25 ist um 90 elektrische Grade gegen die bewegliche Statorwicklung 23 versetzt. Demnach weist der Strom in der Dämpferwicklung eine Komponente auf, welche dem Strom in der Rotorwicklung 10 des Empfängermotors entgegenwirkt, was besonders dann von großem Einfluß ist, wenn der Motor 16 mit hoher Drehzahl läuft und dabei versucht, den Strom und das Drehmoment des Hilfsmotors 17 zu verringern und den Raumphasenwinkel zwischen den beiden Statorwicklungen des Motors 16 zu verkleinern. Dadurch wird die Drehzahl des Motors 16 verringert und somit ein Überdrehen oder die Entstehungen von Schwingungen verhindert. Die Größe des Dämpfungsstroms ist auch eine Funktion des Raumwinkels zwischen den Statorwicklungen des Motors 16, d. h., die Stromstärke in der Dämpferwicklung ist direkt proportional dem Sinus des Raumwinkels, was die Vorbedingung einer wirksamen Dämpfung ist. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß der Dämpfungseffekt der Wicklung 25 von größter Wichtigkeit im Nullbereich ist, d. h. an einem Punkt, wo das in der Wicklung 10 induzierte Fehlersignal Null ist. Am Nullpunkt befindet sich die Wicklung 23 axial in einer Linie mit der Wicklung 18.

Bei Berücksichtigung der Tatsache, daß die Wicklung 25 von der beweglichen Wicklung 23 getragen wird und elektrisch gegenüber der Wicklung 23 um 90° versetzt ist, kommt bei der Nullstellung der Wicklung 23 die Wicklung 25 auch in eine senkrechte Lage zur Wicklung 18. Demzufolge ist die einzige in der Dämpfungswicklung 25 induzierte Spannung proportional zur Drehzahl des Rotors 26.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel für den Servomotor 16 dargestellt. Die in Fig. 2 schema- ίο tisch dargestellten Wicklungen des Motors 16 besitzen in Fig. 3 und 4 die gleichen Bezugszahlen. Die Statorwicklungen 18, 23 und 25 sind in den Fig. 3 und 4 so eingezeichnet, wie sie tatsächlich über die zugehörigen festen und beweglichen Statoren verteilt sind. Der Motor besitzt einen Käfigankerrotor 26, der fest mit der Welle 27 verbunden ist. Den Rotor 26 umschließt ein fester Stator 28, bestehend aus unterteilten Eisenblechen 29 und der Hauptphasenwicklung 18, sowie ein beweglicher Stator 30, bestehend aus unterteilten Eisenblechen 31 und der beweglichen Statorwicklung 23.

Der feste Stator 28 ist mittels eines Bindemittels unverrückbar im Motorgehäuse 32 angebracht. Der bewegliche Stator 30 ist verschwenkbar in drei Nadellagern 33 gelagert, wie am klarsten in Fig. 4 zu erkennen ist. Die Dämpferwicklung 25 ist an der Außenseite des beweglichen Stators 30 gewickelt. Die Wicklung 18 ist über den festen Stator 28 und Wicklungen 23 und 25 sind über den beweglichen Stator 30 verteilt. Die Aufteilung der Wicklungen 23 und 25 ist derart, daß die von der Wicklung 23 gebildeten Pole um 90° gegenüber den von der Wicklung 25 gebildeten Polen versetzt sind.

Im Betrieb wird das Gehäuse 32 fest montiert, so daß eine Verdrehung der Achsen des magnetischen Feldes, welches von seinen Stator wicklungen erzeugt wird, eine Drehung des Rotors um einen entsprechenden Betrag hervorruft. Wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, hat der bewegliche Stator 30 eine solche Normallage in bezug auf den festen Stator 28, daß gleichartige Pole axial in Linie sind. In dieser Normallage wird er vorzugsweise durch Federglieder gehalten. Für einige Anwendungsfälle für den Motor werden jedoch keine Federn benötigt, sondern der bewegliche Stator ist frei und ohne mechanische Behinderung über den Bereich zweier Polteilungen beweglich.

Die mechanische Verbindung zwischen dem beweglichen Stator 30 und dem Rotor 24 des Motors 17 ist nicht dargestellt und kann durch irgendwelche geeignete mechanische oder elektrische Verbindungsglieder geschehen.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Servoverstelleinrichtung mit einem Sendermotor, dessen Rotor entsprechend einer zu über-

55 tragenden Drehbewegung verstellt wird, mit einem Empfängermotor, der mit dem Sendermotor elektrisch so verbunden ist, daß sein Rotor ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das der Differenz der Winkelstellungen der beiden Rotoren proportional ist, und mit einem Servomotor, dessen Rotor mit dem Rotor des Empfängermotors mechanisch gekoppelt ist und durch das Ausgangssignal des Empfängermotors in Drehung versetzt wird, da durch gekennzeichnet, daß der Servomotor (16) außer einer festen Statorwicklung (18) eine drehbare Statorwicklung (23) aufweist und daß ein Hilfsmotor (17) vorgesehen ist, dem das Ausgangssignal der Rotorwicklung (10) des Empfängermotors (2) zugeführt wird und der die drehbare Stator wicklung (23) des Servomotors (16) verdreht, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die durch die Verdrehung der Wicklung (23) hervorgerufene Drehung des Rotors (26) den Rotor (10) des Empfängermotors (9) in der Richtung verstellt, in welcher das Ausgangssignal verringert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Statorwicklung (18) des Servomotors (16) und die Statorwicklung (19) des Hilfsmotors (17) über Phasenschieber (20, 21) und die bewegliche Statorwicklung (23) des Servomotors (16) direkt mit der Spannungsquelle (6) des Sendermotors (2) verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (16) eine Dämpferwicklung (25) trägt, die gemeinsam mit der beweglichen Statorwicklung (23) beweglich, aber gegen diese um 90 elektrische Grade versetzt ist und in Serie mit der Rotorwicklung (10) des Empfängermotors (2) und der Steuerwicklung (22) des Hilfsmotors (17) liegt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (26) des Servomotors (16) und dem Rotor (10) des Empfängermotors (2) ein Untersetzungsgetriebe eingeschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (16) einen fest eingebauten Stator (28) aufweist, der die feste Statorwicklung (18) trägt, daß gleichachsig dazu hinter dem festen Stator (28) ein beweglicher Stator (30) drehbar gelagert ist, der die bewegliche Statorwicklung (23) trägt, und daß der Rotor (26) beiden Statoren gemeinsam ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (34) vorgesehen sind, die den beweglichen Stator (30) in der Lage zu halten suchen, in der seine Pole mit denjenigen des festen Stators (28) axial fluchten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 916 656.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 787/314 4.6Ϊ