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Gerät zur Messung der relativen Winkelgeschwindigkeit zweier Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der relativen Winkelgeschwindigkeit
zweier Wellen, deren Rotationsachsen zusammenfallen, mit einem elektrischen Generator,
der zwei rotierende Teile aufweist, welche je einer der Wellen zugeordnet und derart
angeordnet sind, daß sie eine elektrische Spannung als Funktion der relativen Winkelgeschwindigkeit
erzeugen.
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Ein Gerät der vorstehenden Art ist an sich bekannt, Bei der bekannten
Ausführung kommt eine Maschine zur Anwendung, die einen zylindrischen, axialen Luftspalt
aufweist und eine elektrische Erregung benötigt.
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Die der Erfindung zugrundegelegte Aufgabe besteht darin, ein Gerät
der eingangs genannten Art zu schaffen, das sowohl baulich als auch wirkungsmäßig
gegenüber der bekannten Art verbessert ist. Im Gegensatz zu der vorerwähnten bekannten
Maschine ist das erfindungsgemäße Gerät dadurch gekennzeichnet, daß die zwei genannten
rotierenden Teile einen Anker und einen Feldmagneten eines Gleichstrom-oder Wechselstromgenerators
mit ebenem, radialem Luftspalt darstellen, wobei Anker und Feldmagnet in einer zur
Rotationsachse rechtwinkligen Ebene einander gegenüberliegend angeordnet sind.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der Feldmagnet vorteilhafterweise
durch wenigstens einen permanenten Magneten gebildet. Dabei weist er zweckmäßigerweise
die Form eines Wulstes aus Ferrit oder anderem dauermagnetischem Material auf. Die
Erfindung wird ferner dadurch verbessert, daß der Anker durch eine Scheibe gebildet
wird, welche isoliert eine Wicklung aus flachen, lamellenförmigen Leitern trägt.
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Das erfindungsgemäße Gerät weist gegenüber dem obenerwähnten bekannten
Gerät mit zylindrischem, axialem Luftspalt zahlreiche technische Vorzüge auf, von
denen im folgenden die wichtigsten aufgezählt werden: a) Da der Anker und der Feldmagnet
in Ebenen angeordnet sind, welche rechtwinklig zur Rotationsachse verlaufen, benötigt
das Gerät nur einen sehr geringen axialen Platzbedarf. Die von den Lagern verursachten
Fehler sind vernachlässigbar. Im Gegensatz dazu sind bei der bekannten Ausführung
die aus den Lagern resultierenden Fehler erheblich. b) Es ist bisweilen schwierig,
ein Fluchten der Rotationsachsen der beiden Wellen zu erreichen.
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Diese können z. B. etwas gegeneinander versetzt sein. Dadurch würde
neben der Zentrierung auch die Gleichförmigkeit des Luftspaltes leiden. Ein solcher
Fehler ist bei dem Gerät, also bei einer Maschine mit ebenem, radialem Luftspalt,
prak-
tisch ohne Folge, während er im Gegensatz dazu bei der bekannten Maschine mit
zylindrischem, axialem Luftspalt sehr schädliche Auswirkungen hat. c) Die erfindungsgemäßen
Maschinen mit ebenem, radialem Luftspalt haben praktisch keine Ankerreaktion und
besitzen eine sehr lineare Spannungsgeschwindigkeits-Charakteristik, was offensichtlich
ein schätzenswerter Vorzug ist, wenn es sich um das Messen von Winkelgeschwindigkeiten
und gegebenenfalls um die Gewährleistung einer Regelung unter Zwischenschaltung
von Hilfsmechanismen handelt. Dieser Vorteil ist bei den üblichen Maschinen, deren
Ankerreaktion groß ist, nicht gegeben. d) Wenn in Weiterbildung der Erfindung bei
dem erfindungsgemäßen Gerät ein Feldmagnet eingesetzt wird, der aus einem kompakten,
zweckmäßig magnetisierten Ferritwulst besteht, wird keine elektrische Erregung benötigt.
e) Mit den erfindungsgemäßen Mitteln ist die Voraussetzung dafür geschaffen, daß
auf äußerst einfache Weise ein Spannungsabnahme durch Bürsten und Ringe erfolgen
kann.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielshalber erläutert.
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F i g. 1 ist ein Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Gleichstrommaschine;
F i g. 2 ist ein entsprechender Schnitt einerWechselstrommaschine.
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Bei der dargestellten Ausführung weist die erfindungsgemäße Maschine
zwei unabhängige Wellen 1 und 2 auf, an welchen ein Feldmagnet 3 bzw. ein Anker
4 befestigt sind, so daß sie an der Drehung derselben teilnehmen. Der außerhalb
der Maschine liegende Abschnitt der Wellen 1 und 2 ist zur Verbindung mit den nicht
dargestellten sich drehenden Wellen bestimmt, deren relative Winkelgeschwindigkeit
gemessen werden soll. Die Wellen 1 und 2 sind in Lagern 5, 6 gelagert, welche in
Flanschen 7, 8 aus gebogenem geschweißtem Magnetblech angebracht sind.
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Die Ausbildung ist so getroffen, daß die Drehachsen der Wellen 1 und
2 dauernd mit einer gemeinsamen geometrischen Achse XY zusammenfallen. Ferner werden
die Wellen 1 und 2 in der gewünschten gegenseitigen axialen Lage durch ein Kugeldrucklager
12 gehalten.
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Auf den Wellen 1 und 2 sind Naben 9 bzw. 10 aus Kunststoff befestigt.
Der Feldmagnet 3 ist hier ein Ringkörper aus hartem magnetischem Werkstoff des Ferrittyps
und besitzt eine vielpolige axiale Magnetisierung. Er ist an einem Teil 11 aus weichem
magnetischem Werkstoff angebracht, welcher auch für die Rückleitung des induzierenden
Flusses dient. Dieser Teil 11 ist an der Nabe 9 befestigt. Die Nabe 10 trägt den
Anker 4, welcher hier in Form einer einfachen Scheibe dargestellt ist. Diese trägt
eine flache Ringwicklung, welche mit Hilfe von lamellenförmigen Leitern hergestellt
ist, wobei letztere in den Figuren infolge ihrer sehr geringen Ausdehnung in der
zu der Achse XY parallelen Richtung nicht sichtbar sind.
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Die in F i g. 1 dargestellte Maschine ist eine Gleichstrommaschine.
Hierfür weist sie Bürsten 13 auf, welche in Ausnehmungen untergebracht sind, welche
in entsprechend gewählten neutralen Zonen des Magnetringkörpers 3 liegen. Die Bürsten
begleiten den Feldmagnet bei seiner Bewegung. Zur Abnahme der Spannung des Ankers
schleifen sie auf den erwähnten lamellenförmigen Leitern und sind elektrisch und
federnd mit anderen Bürsten 15 verbunden, welche in der gleichen Ausnehmung angeordnet
sind und je auf einem Ring 16, 17 schleifen. Die zwischen ihnen angeordnete Feder
ist bei 14 dargestellt. Die Ringe 16 und 17 sind an einem an dem Flansch 7 befestigten
isolierenden Bund 18 befestigt. Die gewünschte elektrische Spannung ist schließlich
an zwei Leitern 19 und 20 verfügbar, welche je mit einem der Ringe 17 und 16 verbunden
sind. Diese Spannung ist eine zu der relativen Winkelgeschwindigkeit der Wellen
1 und 2 proportionale Gleichspannung.
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Die in F i g. 2 dargestellte Maschine ist eine Einphasenwechselstrommaschine.
Sie unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, daß an ihrem Anker zwei lamellenförmige
Kränze vorgesehen sind, welche an entsprechend gewählten Stellen mit der obigen
Ringwicklung verbunden sind. Die auf diesen Kränzen schleifenden Bürsten 21 sind
ortsfest. Sie sind in isolierenden Zellen angeordnet, welche in einem Ringkörper
22 aus weichem Ferrit vorgesehen sind, welcher an dem Flansch 8 befestigt ist und
zur Rückleitung des induzierenden Flusses dient. Sie werden
durch eine Feder 23 elastisch
gegen die Kränze gedrückt und sind elektrisch mit Leitern 24, 25 verbunden, welche
innerhalb der Maschine liegen. Die an diesen Leitern verfügbare elektrische Spannung
ist eine Einphasenwechselspannung, deren Amplitude und Frequenz zu der relativen
Winkelgeschwindigkeit der Wellen 1 und 2 proportional sind.
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Die obigen Ausbildungen können sowohl in elektrischer als auch in
mechanischer Hinsicht abgewandelt werden. So kann z. B. die Maschine nach Fig. 2
als Drehstromerzeuger ausgebildet werden. Der Anker trägt dann drei lamellenförmige
Kränze, welche mit entsprechend auf die erwähnte Ringwicklung verteilten Anzapfungen
verbunden sind. Es sind dann drei Bürsten 21 anstatt zwei vorhanden. An diesen Bürsten
sind drei Drehstromspannungen verfügbar, deren Amplitude und Frequenz zu der Relativgeschwindigkeit
der Wellen 1 und 2 proportional sind. Diese Spannungen können z. B. einen Synchronmotor
speisen, an dessen Welle die zu messende relative Winkelgeschwindigkeit der Wellen
1 und 2 erscheint.
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Schließlich kann als Anwendungsbeispiel die Messung des Schlupfes
eines Asynchronmotors angeführt werden. Dieser wird mit einer der Wellen 1 und 2
gekuppelt, während die andere Welle mit einem Synchronmotor gleicher Polzahl wie
der Asynchronmotor gekuppelt wird. Die erfindungsgemäße Maschine ermöglicht dann
die gewünschte Schlupfmessung.