DE1150599B

DE1150599B - Position display or measuring device

Info

Publication number: DE1150599B
Application number: DED35816A
Authority: DE
Inventors: John Cripps
Original assignee: Dowty Rotol Ltd
Current assignee: Dowty Rotol Ltd
Priority date: 1960-04-22
Filing date: 1961-04-07
Publication date: 1963-06-20

Description

Positions-Anzeige- oder Meßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Positions-Anzeige- oder Meßgerät mit Drehmeldern, die zwei magnetisch getrennte Statoren aufweisen, wobei die Wicklungen des einen Stators mit einem Wechselstrom gespeist werden, der eine Bezugsphase liefert, und mit Rotoren, die Kurzschlußwicklungen aufweisen und den beiden Statoren derart zugeordnet sind, daß von ihnen in den Wicklungen des anderen Stators eine elektrische Spannung induziert wird, die ein Maß für die Winkelstellung des Rotors in Bezug zu einer vorgegebenen Stellung ist.Position indicator or measuring device The invention relates to a Position display or measuring device with resolvers, the two magnetically separated Have stators, the windings of a stator with an alternating current fed, which provides a reference phase, and with rotors, the short-circuit windings have and are assigned to the two stators in such a way that of them in the windings of the other stator an electrical voltage is induced, which is a measure of the Angular position of the rotor is in relation to a predetermined position.

Es ist ein mit einem Wechselstromgenerator versehener Geber für Drehzahlmeßanlagen bekannt. Dieser Generator hat nur einen Stator, aber zwei oder mehr voneinander unabhängige Ausgangswicklungen.It is a sender for speed measuring systems provided with an alternating current generator known. This generator has only one stator, but two or more of each other independent output windings.

Ferner ist ein Synchronmotor bekannt, der einen Rotor mit Kurzschlußwicklungen hat. Dieser Synchronmotor weist nur einen einzigen Stator auf, dem der Rotor eines Synchronsenders zugeordnet ist. Die elektrischen Eingangssignale werden dabei den Rotorwicklungen zugeführt.Furthermore, a synchronous motor is known which has a rotor with short-circuit windings Has. This synchronous motor has only a single stator, the rotor of which is Synchro transmitter is assigned. The electrical input signals are the Rotor windings fed.

Das erfindungsgemäße Gerät eingangs genannter Art ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren in an sich bekannter Weise über Kreuz verbundene Mehrphasen-Kurzschlußwicklungen haben, die die beiden Statoren derart koppeln, daß die in dem genannten anderen Stator induzierte elektrische Spannung eine konstante Amplitude und einen Phasen- oder Vektorwinkel zur Bezugswechselspannung hat, der ein Maß für die Winkelstellung des Rotors in Bezug zur vorgegebenen Stellung hat.The device according to the invention of the type mentioned at the beginning is in contrast characterized in that the rotors are cross-connected in a manner known per se Have polyphase short-circuit windings that couple the two stators so that the electrical voltage induced in said other stator is constant Amplitude and a phase or vector angle to the reference AC voltage that has a measure of the angular position of the rotor in relation to the specified position.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Wechselstromausgangssignal erzeugt, dessen Phasen-oder Vektorwinkel ein Maß für die Winkelstellung des Rotors ist. Hierzu sind zwei magnetisch getrennte Statoren vorgesehen. Die elektrischen Eingangssignale werden dem einen Stator zugeführt; die Ausgangssignale werden von dem anderen Stator abgenommen. Die einzige Kopplung zwischen den beiden Statoren erfolgt über den Rotor. Da der Rotor über Kreuz verbundene Mehrphasen-Kurzschlußwicklungen hat, verändert er nur die Phase des Ausgangssignals vom Ausgangsstator, nicht aber die Amplitude des Ausgangssignals. Es ist also möglich, ein Ausgangssignal konstanter Amplitude mit variabler Phase zu erhalten. Andererseits ist es nicht nötig, den Rotor elektrisch zu speisen und entsprechende Anschlüsse an ihm vorzusehen.With the device according to the invention, an alternating current output signal is generated generated whose phase or vector angle is a measure of the angular position of the rotor is. Two magnetically separated stators are provided for this purpose. The electric Input signals are fed to the one stator; the output signals are from removed from the other stator. The only coupling between the two stators takes place via the rotor. Because the rotor is cross-connected polyphase short-circuit windings it only changes the phase of the output signal from the output stator, but not the amplitude of the output signal. So it is possible to make an output signal more constant Variable phase amplitude. On the other hand, it is not necessary to use the To feed the rotor electrically and to provide appropriate connections to it.

In Ausbildung der Erfindung liegt die induzierte elektrische Spannung an einer Vorrichtung, die die Winkelstellung anzeigt oder mißt und ein Drehmoment abgibt, mit dem eine der Winkelstellung entsprechende Steuerung auszuführen ist.In an embodiment of the invention, there is the induced electrical voltage on a device that displays or measures the angular position and a torque outputs, with which a control corresponding to the angular position is to be carried out.

Der genannte andere Stator hat bevorzugt Mehrphasenwicklungen.Said other stator preferably has multi-phase windings.

Auch der erstgenannte Stator hat bevorzugt Mehrphasenwicklungen und wird mit mehrphasigem Wechselstrom gespeist. Die Mehrphasenwicklungen oder der Speisewechselstrom können dementsprechend zweiphasig sein.The first-mentioned stator also preferably has multi-phase windings and is fed with multiphase alternating current. The polyphase windings or the alternating supply current can accordingly be two-phase.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar Fig. 1 ein Drehmeldersystem, Fig. 2 das Vektordiagramm für das System nach Fig. 1, Fig.3 eine abgewandelte Ausführungsform des Systems der Fig. 1, Fig.4 eine dritte Ausführungsform des Drehmeldersystems der Fig. 1, -Fig.5 ein Ausführungsbeispiel für die elektrodynamischen Maschinen, die in dem System der Fig. 1 Verwendung finden, Fig. 6 die Anordnung der Leiter des Rotors der Maschine der Fig. 5.The figures show exemplary embodiments of the invention. It shows 1 shows a resolver system, FIG. 2 shows the vector diagram for the system according to FIG. 1, FIG. 3 a modified embodiment of the system of FIG. 1, FIG. 4 a third Embodiment of the resolver system of Fig. 1, -Fig.5 an embodiment for the electrodynamic machines used in the system of FIG. 1, Fig. 6 shows the arrangement of the conductors of the rotor of the machine of FIG. 5.

Gemäß Fig.1 werden die Dreiphasenwicklungen von primären Statoren 1 und 2 zweier Systeme 3 und 4 über Leiter 5, 6 und 7 oder andere I7bertragungselemente durch eine Dreiphasenwechselstromquelle (Bezugsspannung) gespeist. Die Drehmeldersysteme 3 und 4 umfassenden Rotoren 8 und 9 und sekundäre Statoren 10 und 11, die durch Leiter oder andere Übertragungsmittel 12,13,14 verbunden sind. Das System 3 ist als Gebersystem, das System 4 als Empfängersystem aufzufassen.According to Fig.1, the three-phase windings of primary stators 1 and 2 of two systems 3 and 4 via conductors 5, 6 and 7 or other transmission elements powered by a three-phase AC power source (reference voltage). The resolver systems 3 and 4 comprising rotors 8 and 9 and secondary stators 10 and 11, which through Conductors or other transmission means 12,13,14 are connected. The system 3 is as a donor system, the system 4 as a receiving system.

Die Rotoren und Statoren der beiden Systeme 3 und 4 sind in der Konstruktion gleich jenen eines Regelmotors oder einer Reglereinheit an sich bekannter Art. Jedes System umfaßt, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, zwei Statoren 31, 32 mit Dreiphasenwicklungen 33, 34. Die Rotorwelle 35 in Lagern 36 und 37 trägt zwei Rotorelemente 38 und 39, die in der aus Fig. 6 gezeichneten Art gewickelt sind. Jedes Rotorelement besitzt Wicklungen oder Leiter nach Art der Kurzschlußläufer mit zwei Polen, fünf Nuten pro Pol und fünf Phasen. Die Wicklungen haben entgegengesetzten Wicklungssinn.The rotors and stators of the two systems 3 and 4 are under construction equal to those of a control motor or a control unit of a known type. Each As can be seen from FIGS. 5 and 6, the system comprises two stators 31, 32 with three-phase windings 33, 34. The rotor shaft 35 in bearings 36 and 37 carries two rotor elements 38 and 39, which are wound in the manner shown in FIG. Each rotor element has Windings or conductors of the squirrel-cage type with two poles, five slots per pole and five phases. The windings have opposite directions of winding.

Die Rotorwelle 35 wird durch eine zugeordnete Maschine über eine Welle 40 und ein Getriebe 41 angetrieben.The rotor shaft 35 is driven by an associated machine via a shaft 40 and a gear 41 driven.

Der Stator 31 liegt über Leiter 42 an einer Wechselstromquelle, die als Bezugsphase vorgesehen ist, während der Stator 32 ausgangsseitig durch Leiter 43 verbunden ist.The stator 31 is connected via conductors 42 to an alternating current source, the is provided as a reference phase, while the stator 32 on the output side by conductors 43 is connected.

Jede Stellungsänderung des Rotors 8 oder des Rotors 9 (Fig.1) bewirkt eine Phasenverschiebung der Spannung des Stators 10 relativ zur Spannung des Stators 11 und proportional zu dieser Stellungsänderung.Any change in position of the rotor 8 or the rotor 9 (Fig.1) causes a phase shift in the voltage of the stator 10 relative to the voltage of the stator 11 and proportional to this change in position.

Die Erregung der Statoren 1 und 2 der Drehmeldersysteme 3 und 4 durch die Bezugsspannung induziert Mehrphasenströme in den Rotoren 8 und 9, die ihrerseits Dreiphasenströme in den Statoren 10 und 11 induzieren.The excitation of the stators 1 and 2 of the resolver systems 3 and 4 by the reference voltage induces polyphase currents in rotors 8 and 9, which in turn Induce three-phase currents in stators 10 and 11.

Wenn die Rotoren 8 und 9 das richtige Stellungsverhältnis zueinander haben, sind die Spannungen der Statoren 10 und 11 in Phase, und es fließt dann kein Strom in den Leitern 12, 13, 14. Wenn aber die Stellung des Rotors 9 des Empfängersystems 4 verdreht ist im Vergleich zur Stellung des Rotors 8 des Systems 3, dann sind die Spannungen der sekundären Statoren 10 und 11 nicht in Phase, so daß Ströme in den Leitern 12, 13, 14 und in den Statoren 10 und 11 fließen. Die in dem Stator 11 fließenden Dreiphasen-Ströme bewirken ein korrigierendes Drehmoment des Rotors 9, so daß dieser sich dreht und den Fehler auf Null reduziert.When the rotors 8 and 9 are in the correct positional relationship to each other have, the voltages of stators 10 and 11 are in phase and there is then no flow Current in the conductors 12, 13, 14. But if the position of the rotor 9 of the receiver system 4 is twisted compared to the position of the rotor 8 of the system 3, then the Voltages of the secondary stators 10 and 11 are not in phase, so that currents in the Conductors 12, 13, 14 and flow in stators 10 and 11. The ones flowing in the stator 11 Three-phase currents cause a corrective torque of the rotor 9, so that this rotates and reduces the error to zero.

Fig.2 zeigt das Spannungsdiagramm in den Statoren für die Stellung »in Phase« (kein Fehler) und für die Stellung »außer Phase« (diese in gestrichelten Linien). V1, V2 und 173 sind die Dreiphasenbezugsspannungen, während E1 und E2 und E 3 die in den Statorwicklungen 10 und 11 induzierten Spannungen darstellen.Fig. 2 shows the voltage diagram in the stators for the position “in phase” (no error) and for the position “out of phase” (these in dashed lines). V1, V2 and 173 are the three-phase reference voltages, while E1 and E2 and E 3 are the voltages induced in the stator windings 10 and 11.

Bei dem System gemäß Fig. 3 ist eine Einphasenwechselstromquelle 15,16 an Stelle der Dreiphasenwechselstromquelle der Fig. 1 verwendet. Die Arbeitsweise ist ähnlich jener des Systems der Fig. 1.In the system of FIG. 3, there is a single phase AC power source 15, 16 used in place of the three-phase AC power source of FIG. The way of working is similar to that of the system of FIG.

In Fig. 4 ist ein Regelsystem gezeigt, bei dem eine Einphasenwechselstromquelle 17, 18 auf ein Drehmeldersystem 19 und einen Servoverstärker 20 über Leiter 21, 22 arbeitet. Das Empfängersystem 23 besitzt eine Ausgangsstatorwicklung 24, welche eine Ausgangswechselspannung über Leiter 25; 26 liefert, deren Phasenlage von der Bezugsspannung und von den relativen Stellungen der Rotoren 27 und 28 des übertragersystems 19 und des Empfängersystems 23 abhängt. Die Spannung wird an den Verstärker 20 angelegt, welcher einen durch eine Welle 30 mit dem Rotor 28 gekuppelten Servomotor 29 in solcher Richtung dreht, daß der Fehler kompensiert wird.In Fig. 4, a control system is shown in which a single-phase AC power source 17, 18 to a resolver system 19 and a servo amplifier 20 via conductor 21, 22 works. The receiver system 23 has an output stator winding 24, which an AC output voltage across conductor 25; 26 supplies whose phase position depends on the Reference voltage and the relative positions of the rotors 27 and 28 of the transmission system 19 and the receiver system 23 depends. The voltage is applied to the amplifier 20, which a servomotor 29 coupled to the rotor 28 by a shaft 30 in rotates in such a direction that the error is compensated.

Die elektrischen Leiter der Rotoren sind in der Lage, starke Ströme zu führen, so daß kräftige Drehmomente erzeugt werden.The electrical conductors of the rotors are capable of carrying strong currents to lead, so that powerful torques are generated.

Es sind keine Schleifringe oder Bürsten zur Leitung des Stromes zu oder von den Rotoren erforderlich. Die Rotoren sind relativ von robuster Konstruktion, die Leiter können stark dimensioniert sein.There are no slip rings or brushes to conduct electricity or required by the rotors. The rotors are of a relatively robust construction, the conductors can be heavily dimensioned.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung verwirklicht werden an Geräten zum Dosieren des Flüssigkeitsstromes aus einer Zahl von Behältern in eine gemeinsame Leitung oder bei anderen Systemen, wo es erwünscht ist, die Steuerungen einer Vielzahl umlaufender Elemente relativ zueinander zu messen. Es kann eine Vielzahl von dynamoelektrischen Maschinen durch die umlaufenden Elemente angetrieben werden.The invention is not restricted to the embodiments described. For example, the invention can be implemented on devices for dosing the Liquid flow from a number of containers into a common line or in other systems, where desired, the controls of a variety of orbital Measure elements relative to each other. It can do a variety of dynamoelectric Machines are driven by the rotating elements.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Position display or measuring device with resolvers, which have two magnetically separated stators, the windings of one Stator are fed with an alternating current that provides a reference phase, and with rotors that have short-circuit windings and are assigned to the two stators in this way are that of them in the windings of the other stator an electrical voltage is induced, which is a measure of the angular position of the rotor in relation to a predetermined position, characterized in that the rotors (8; 38, 39) in In a known manner, cross-connected multiphase short-circuit windings (Fig. 5) that couple the two stators in such a way that those in the said other Stator (10; 32) induced electrical voltage a constant amplitude and a Has phase or vector angle to the reference AC voltage, which is a measure of the angular position of the rotor in relation to the specified position.

2. Position indicator or measuring device according to claim 1, characterized in that the induced electrical voltage on a torque generating device (resolver 4, 23), which the Displays or measures angular position and emits a torque with which one of the angular position appropriate control can be carried out.

3. Position indicator or measuring device according to Claim 1 or 2, characterized in that said other stator (10; 32) Has multi-phase windings (34).

4. Position display or measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the first-mentioned stator (1; 31) has multi-phase windings (33) and is fed with multi-phase alternating current. 5. Position display or measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the polyphase windings or the alternating feed current are two-phase (Fig. 3 and 4, reference numerals 15, 16, 17, 18). Considered publications: German Patent Specifications No. 718 748, 942 253; German Auslegeschrift No. 1056 972; German patent application D 10930 VIIIb / 74b (published on 28 B. 1952).