DE1080196B - Servoverstelleinrichtung mit einem Sendermotor, dessen Rotor entsprechend einer zu uebertragenden Drehbewegung verstellt wird - Google Patents
Servoverstelleinrichtung mit einem Sendermotor, dessen Rotor entsprechend einer zu uebertragenden Drehbewegung verstellt wirdInfo
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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
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Aaron W. Harris, Dayton, Ohio (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
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)
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.
Deutsche Patentschrift Nr. 916 656.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
909 787/314 4.6Ϊ
Priority Applications (3)
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GB13651/56A GB802052A (en) | 1954-05-03 | 1954-05-03 | Improvements in or relating to servomotors and angular motion transmitting apparatus |
US480228A US2885614A (en) | 1954-05-03 | 1955-01-06 | Servosystem angular motion transmitting apparatus |
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Applications Claiming Priority (3)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1080196B true DE1080196B (de) | 1960-04-21 |
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ID=27211134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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US (1) | US2885614A (de) |
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1956
- 1956-05-30 DE DEK28978A patent/DE1080196B/de active Pending
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