DE1107953B - Elektromagnetischer Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung der Winkelstellung des Ankers eines induktiven Gebers in eine ihr proportionale elektrische Größe, bei der der weichmagnetische Anker mit unbewickelten Einzelpolen in einem Ständer mit bewickelten Polen drehbar gelagert ist.

Ein derartiger Wandler weist bei den bisher bekannten Arten meist einen unbewickelten Weicheisenanker auf, der auf der Welle befestigt ist und der mit zwei oder mehr bewickelten Polen eines Ständers zusammenarbeitet. Diese Ständerwicklungen sind untereinander verbunden und an eine Wechselspannungsquelle gelegt, so daß an den Induktivitäten der einzelnen Wicklungen ein von der relativen Größe dieser Induktivitäten zueinander abhängiger Teil der Wechselspannung abfällt. Diese Induktivitäten sind zum Teil durch die Dimensionen der Luftspalte bedingt, die zwischen dem Anker und den gegenüberliegenden Ständerpolen bestehen. Die Luftspaltabmessungen sind insbesondere von der Winkelstellung des Ankers in bezug auf den Ständer abhängig. Der Anker ist üblicherweise vor den Enden der Ständerpolwicklungen angeordnet und befindet sich damit in einem Bereich, in dem sich der Streufluß längs der Wicklungsachse stark ändert. Auf diese Weise verändert eine Verschiebung der Wicklung in Achsrichtung diesen Streufluß und damit die effektive Induktivität der Wicklung. Hierdurch wird die Kennlinie des Wandlers verändert. Eine Verschiebung der Wicklung kann z. B. durch Wärmeausdehnungen eintreten. Die dadurch bewirkte Veränderung der Kennlinie ist besonders dann störend, wenn eine möglichst große Stabilität in der Nähe des Nullpunktes gefordert wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet diese Nachteile, indem bei dem Wandler jeder der mit einem Ankerpol zusammenarbeitenden Ständerpole eine Wicklung besitzt, die so weit über die Statorpolspitze in Richtung zur Ankerachse erstreckt ist, daß der Luftspalt zwischen dem Ständerpol und dem entsprechenden Ankerpol sich etwa in dem magnetischen Mittelpunkt der Wicklung befindet. In diesem Bereich hat der Streufluß sein Minimum. Die inneren Abmessungen der Wicklungen sind dabei so bemessen, daß eine genügende Beweglichkeit des Rotors vorhanden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1,

Elektromagnetischer Wandler

Anmelder:
Ferranti Ltd., Electrical & General

Engineers,
Hollinwood, Lancashire (Großbritannien)

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt, Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 19. Februar 1958

Kenneth Robson Brown, Wilkieston, Kirknewton,
Midlothian, und Gilroy Dawson, Edinburgh

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 3 einen Teil eines Wandlers nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Der Wandler nach Fig. 1 ist für eine besonders stabile Arbeitsweise in der Umgebung des NuIlpunktes ausgelegt. Er besteht aus einem Ständer 11, der vier Pole 12 α bis 12 a" aufweist. Die Polpaare 12 a, 12 c bzw. 12 b, 12 d stehen einander in bezug auf die Ankerachse genau gegenüber. Die Ständerpole sind um die Symmetrieachse 13 mit einer kleinen Ungleichförmigkeit in der Verteilung angeordnet, die später erläutert wird. Jeder Ständerpol hat eine Wicklung 15 a bzw. 15 b usw., deren eine Stirnfläche in Richtung auf die Symmetrieachse 13 über die Stirnfläche des zugehörigen Ständerpols hinausreicht.

Auf der Welle 14 des Wandlers ist ein nicht bewickelter Anker 16 mit vier Polen 17 a bis ITd befestigt, die gleichmäßig verteilt um die Ankerachse 13 angeordnet sind. Jeder Ankerpol erstreckt sich bis in die Nähe der Polspitze des mit ihm zusammenarbeitenden Ständerpols, so daß ein Luftspalt 18 α, 18 b usw. geringer Länge zwischen ihnen entsteht. Die Spitze jedes Ständer- und Ankerpols hat eine Zentriwinkelausdehnung von etwa 7° in der senkrecht auf der Ankerachse stehenden Ebene.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Wandlern dieser Art ist jede der Wicklungen 15 bis über die Polspitze der Ständerpole 12 in Richtung zur Sym-

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metrieachse verlängert und erstreckt sich auch noch über die Spitze des mit dem entsprechenden Ständerpols zusammenarbeitenden Ankerpols 17, so daß der durch diese beiden Polspitzen gebildete Luftspalt 18 etwa in der magnetischen Mitte der Wicklung 15 liegt. Die innere Weite 19 der Wicklung ist selbstverständlich so groß, daß ein vorherbestimmter Winkelweg des Ankers zulässig ist. Zweckmäßig wird die Wicklung daher als Flachspule ausgeführt, deren lange Achse in Drehrichtung des Ankers liegt. Bei einer derartigen Anordnung ist die Drehbewegung des Ankers auf kleine Winkel beschränkt. Dies ist jedoch für einen Wandler, dessen Anker nur kleine Abweichungen von einer vorgegebenen Nullage anzeigen soll, ausreichend.

Die vier Wicklungen 15 bilden die vier Brückenzweige einer Brückenschaltung. An die Spannungsecken der Brücke wird eine Wechselspannungsquelle angelegt, während von den andern beiden Ecken in bekannterWeise die Ausgangsspannung abgenommen wird.

Beim Abgleich wird der Anker auf eine Winkelstellung von 0° eingestellt, die der Nullage entspricht. In dieser Stellung müssen alle vier Luftspalte denselben Widerstand aufweisen, damit die Brücke abgeglichen ist. Für eine gute Anzeige ist es außerdem erforderlich, daß bei der geringsten Drehbewegung aus der Nullage der magnetische Widerstand ernes der Paare der einander gegenüberliegenden Luftspalte anwächst, während der Widerstand des anderen Paares abnimmt. Diese Erfordernisse werden bei der vorliegenden Anordnung durch eine vorgegebene Verschiebung der Ständerpole gegen die exakt gleichmäßige Verteilung um die Ankerachse erreicht. In der Anordnung nach Fig. 1 ist der Ständerpol 12 a dem benachbarten Pol 12 d etwa um die Hälfte des Zentriwinkels einer Polspitze genähert. Die anderen zwei Ständerpole 12 b und 12 c sind gegeneinander ebenfalls um dieses Maß verschoben. Die Verschiebungen sind so gewählt, daß der Pol 12 α genau gegenüber dem Pol 12 c steht und daß ebenso der Pol 12 b genau diametral gegenüber dem Poll2<2 angeordnet ist. Wie hieraus zu ersehen ist, sind die Verschiebungen der Ständerpolstücke so gering, daß man noch von einer angenähert gleichförmigen Verteilung der Ständerpole um die Ankerachse sprechen kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Nullstellung des Ankers ist jeder Ständerpol jeweils mit der gegenüberliegenden Polspitze eines Ankerpoles ein bestimmtes Stück überlappt. Diese Überlappung beträgt eine halbe Polbreite. Eine geringe Winkeldrehung des Ankers z. B. in Richtung des Uhrzeigers erhöht die Überlappung der Luftspalte 18 & und 18 d und vermindert die Überlappung der anderen beiden Luftspalten. Hierdurch wird die Abstimmung der Brücke geändert, und eine Ausgangsspannung ist in Abhängigkeit von der Verdrehungsrichtung an dem Nullzweig der Brücke abnehmbar.

Bei der Montage des Wandlers können die vorgeformten Ständerwicklungen zweckmäßig in der nachfolgend beschriebenen Art über die entsprechenden Ständerpole geschoben werden. Zunächst wird der Anker so gedreht, daß seine Pole in der Mitte zwischen den Ständerpolen stehen. Die vier Wicklungen werden über die vier Ankerpole geschoben. Der Anker wird dann gedreht, bis seine Pole den Polen des Ständers gegenüberstehen. Die Wicklungen werden nun von den Ankerpolen auf die Ständerpole geschoben und dort befestigt.

Wenn kürzere Ankerpolstücke verwendet werden, kann jede Ständerwicklung 15 in axialer Richtung in zwei Teilen IS₁ und 15₂ gefertigt werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Herstellung und Anbringung der Wicklung kann dann ebenso wie für den Anker mit langen Polstücken mit der Abwandlung vorgenommen werden, daß bei der Verdrehung des Ankers zunächst die äußere Wicklung 15₂ direkt auf die Ständerpole aufgeschoben wird, während die Wicklung IS₁ über die Ankerpole geschoben wird. Die WiCkIuHgIS₁ wird dann mit dem Wicklungsteil 15₂ fest verbunden.

In einer anderen nicht gezeigten Abwandlung der Anordnung gemäß der Erfindung sind die Ständerpole genau gleichmäßig verteilt angeordnet, wohingegen die Ankerpole nur angenähert gleichförmig verteilt sind, d. h. in entsprechend analog umgekehrter Weise zu den bisher beschriebenen Anordnungen. Es ist weiterhin auch möglich, sowohl die Ankerwie auch die Ständerpole gegeneinander verschoben anzuordnen. Es ist auch möglich, die Brückenschaltung oder die Verbindung der Spulen in anderer Weise vorzunehmen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung besitzt somit den besonderen Vorteil, daß zufolge des in dem magnetischen Zentrum jeder Wicklung liegenden Luftspaltes 15 eine Streuflußänderung ζ. Β. durch Verschiebung der Wicklung in radialer Richtung zufolge der Wärmeausdehnung oder ähnlicher Gründe praktisch keinen Effekt auf die Stabilität der Brückeneinstellung hat. In Fig. 2 sind die inneren Grenzen des Streuflusses mit 20 bezeichnet. In dem magnetischen Zentrum der Wicklung, in dem der Luftspalt 18 angeordnet ist, verlaufen diese Streuflußwege etwa parallel der Wicklungsachse. Daher hat eine Veränderung der Lage des Spaltes in radialer Richtung keinen Einfluß auf den Wert des magnetischen Gesamtflusses in dem Luftspalt.

Es ist daher zweckmäßig, jede Wicklung in axialer Richtung justierbar anzubringen, so daß der Luftspalt jeweils etwa auf die Mitte der Wicklung eingestellt werden kann, wo eine Verschiebung der Wicklung in radialer Richtung das Minimum der Abstimmungsänderung ergibt. Die Wicklungen werden dann an diesen experimentell ermittelten Stellen festgelegt. In der Anordnung nach Fig. 3 ist nur die innere Wicklung IS₁ justierbar angeordnet worden.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Umwandlung der Winkelstellung des Ankers eines induktiven Gebers in eine ihr proportionale elektrische Größe, bei der der weichmagnetische Anker mit unbewickelten Einzelpolen in einem Ständer mit bewickelten Polen drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeich net, daß jede der Ständerpolwicklungen über die Polspitze des zugehörigen Ständerpols so weit in Richtung der Ankerachse hinausreicht, daß sich der Luftspalt zwischen dem Ankerpol und dem damit zusammenarbeitenden Ständerpol etwa in der magnetischen Mitte der Wicklung im Bereich des Streuflußminimums befindet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ständerwicklung in zwei achsparallele Spulen aufgeteilt ist, die getrennt voneinander montierbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerpole eine solche Länge aufweisen, daß sie zur vorübergehenden Aufnahme der Ständerpolspulen bei der Montage geeignet sind.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wandler mit zwei Ständerpolpaaren, die sich in bezug auf die Ankerachse jeweils diametral gegenüberstehenden Pole so gegen die gleichmäßig verteilten Ankerpole verschoben sind, daß die magnetischen Widerstände der Luftspalte in der Nullstellung der Ankerwelle einander gleich sind, während sich bei einer kleinen Drehung dieser Welle die magnetischen Widerstände der Luftspalte eines sich diametral gegenüberliegenden Polpaares erhöhen, während die des anderen Polpaares abfallen.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Ständerpole in Richtung des Durchmessers justierbar angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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