DE1218502B

DE1218502B - Kontaktlose elektrische Impulserzeuger-Einrichtung

Info

Publication number: DE1218502B
Application number: DES97377A
Authority: DE
Inventors: Paul Hini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-05-31
Filing date: 1965-05-31
Publication date: 1966-06-08
Also published as: NL6607211A; CH432591A; BE681708A; AT263130B; US3471722A

Description

Kontaktlose elektrische Impulserzeuger-Einrichtung Es ist bekannt, magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände, insbesondere aus Indiumantimonid oder Indiumarsenid (Feldplatten), im Luftspalt zwischen den Polschuhen von Magneten anzubringen und so, z. B. durch Veränderung des Magnetfeldes relativ zur Feldplatte, kontaktlos veränderliche Widerstände oder Potentiometer für elektrische Impulserzeugereinrichtungen herzustellen. Der elektrische Widerstand einer Feldplatte erreicht ein Maximum RB, wenn sich die Feldplatte ganz im Magnetfeld befindet bzw. dieses seinen größten Wert hat. Durch Herausziehen der Feldplatte aus dem Magnetfeld bzw. durch Erniedrigung desselben kann der Widerstand der Feldplatte bis zu einem Minimum wo verkleinert werden.
Mit Hilfe von Feldplatten können z. B. Transistoren gesteuert werden. Dazu kann eine Feldplatte zwischen Basis und Emitter oder zwischen Basis und Kollektor eines Transistors gelegt werden. Derartige Signaleinrichtungen sind schon zur Verwendung als Kommutator für Gleichstrommaschinen vorgeschlagen worden.
Bei dieser Maschinenart ist die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes von der augenblicklichen Geschwindigkeit des beweglichen Maschinenteiles (Ankers) abhängig. Die letztere Eigenschaft ergibt die gute Regelbarkeit der Gleichstrommaschine, so daß diese einen großen Anwendungsbereich trotz des größeren durch den Stromwender, dessen Verschleiß und durch die Stromzuführung zu dem beweglichen Maschinenteil gegebenen Aufwandes, innehat. Die begrenzte Lamellenspannung des Stromwenders, der Verschleiß der mechanischen Kontakte und die damit verbundenen Verluste sind Nachteile, die durch einen kontaktlosen Stromwender beseitigt werden können.
Insbesondere wegen Mangels eines technisch interessanten Wirkungsgrades haben derartige Einrichtungen jedoch bisher kaum Eingang in die Technik gefunden. Dieser Wirkungsgrad hängt ganz wesentlich davon ab, ob das WiderstandsverhältnisRß/RO groß genug gemacht werden kann. Weiterhin wiesen bisherige kontaktlose Kommutatoren dieser Art eine im Vergleich zu Maschinen mit mechanischen Kollektoren zu geringe Höhe der Schaltimpulse auf.
Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktlose elektrische Signaleinrichtung mit drei magnetfeldabhängigen Halbleitern, die im Luftspalt zwischen einem ortsfesten und einem drehbaren Teil eines Magnetkreises angeordnet sind. Die Erfindung besteht darin, daß als drehbarer Teil des Magnetkreises starr aufeinanderliegende weichmagnetische Kreisscheibensektoren vorgesehen sind, die gemeinsam um eine Achse drehbar und um 1200 gegeneinander versetzt sind, derart, daß bei Rotation die Halbleiter nacheinander vom Magnetfeld durchsetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung betragen die Mittelpunktswinkel der ausgeschnittenen Sektoren der Kreisscheibensektoren etwa zwischen 120 und 1400. Die Kreisscheibensektoren werden im folgenden auch als »Schaltnocken« bezeichnet. Entsprechend wird der drehbare Teil des Magnetkreises »Nockenwelle« genannt.
Die erfindungsgemäße Signaleinrichtung kann mit besonderem Vorteil als Kommutator für Gleichstrommotoren verwendet werden. Dabei können die drei Halbleiterwiderstände z. B. Transistoren steuern, die in die Erregerwicklung des Motors eingeschaltet sind.
Gegenüber bekannten kontaktlosen Signaleinrichtungen besitzt der Erfindungsgegenstand den Vorteil, daß die Schaltsteilheit durch die Form von Luftspalt und Polschuhen einstellbar ist. Wegen der immer vorhandenen magnetischen Streufelder am Anfang und am Ende eines über einen Halbleiter (Feldplatte) hinweggleitenden Schaltnockens weist die entsprechende Schaltkurve keine scharfen Ecken (Unstetigkeiten) auf, d. h., die Schaltsteilheit ist stets endlich.
Daher sind Signale der erfindungsgemäßen kontaktlosen Einrichtungen gegenüber bekannten mechanischen Schalteinrichtungen relativ oberwellenfrei, es treten keine Funken auf, und eine Radiostörung kann sich nicht ergeben.
An Hand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert; es zeigt: F i g. 1 eine erfindungsgemäße Impulserzeugereinrichtung im Längsschnitt, Fig.2 eine erfindungsgemäße Impulserzeugereinrichtung im Querschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1, Fig. 3 eine Möglichkeit der gegenseitigen Drehstellungen der Schaltnocken, F i g. 4 eine Feldplatte mit vier elektrischen Kontakten und Fig. 5 eine Schaltung für die erfindungsgemäße Impulserzeugereinrichtung.
F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Impulserzeugereinrichtung mit einer um die Achse 1 drehbaren Nockenwelle 2, die die Schaltnocken 3,4 und 5 enthält. Die Nockenwelle ist in den Raum zwischen den Polschuhen 6 und 7 eingepaßt. Bei Rotation wirken die Schaltnocken 3 bis 5 nacheinander auf die Feldplatten8 bis 10. Eine Möglichkeit der gegenseitigen Stellung der Schaltnocken in Fig. 1 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Im einfachsten Fall ist der Magnetkreis der erfindungsgemäßen Impulserzeugereinrichtung permanent erregt. In der Fig. 1 sind zu diesem Zweck zwei Permanentmagneten (N-S) 11 und 12 angegeben. Um zu verhindern, daß eventuell vorhandene Streufelder einer der Schaltnocken 3 bis 5 eine nicht dieses Schaltnockens entsprechende Feldplatte in zu starkem Maße erreichen, sind einerseits die Schaltnocken auf Abstand gesetzt und andererseits zwischen die Feldplatten magnetische Abschirmkörper 13 gesetzt. Zwischen den Schaltnocken können beispielsweise weichmagnetische Abstandshalter 14 eingefügt sein.
Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung im Querschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.
Gleiche Teile sind in Fig. 2 ebenso bezeichnet wie in Fig. 1. Der Schaltnocken 4 ist um die Achsel drehbar. In der gezeichneten Stellung des Schaltnockens ist die Feldplatte 9 einem starken Magnetfeld in einem schmalen Luftspalt ausgesetzt, so daß ihr Widerstand maximal ist. Die Feldplatte kann z. B. zwei Anschluß drähte 15 mit den Kontakten 16 besitzen.
An Stelle einzelner Feldplatten 8 bis 10 in F i g. 1 kann zweckmäßig auch eine einzige Feldplatte mit drei magnetisch aktiven Teilen RFl bis RF3 und vier Kontakten 20 bis 23 verwendet werden. Die Abstände zwischen den magnetisch aktiven Teilen RF1 bis RF3 müssen dann passend zu den Abständen der Schaltnocken 3 bis 5 gewählt werden. Diese Ausführungsform der Halbleiter ist besonders vorteilhaft, da einerseits weniger Kontakte - nur zwei Endkontakte und zwei Mittelabgriffe - gebraucht werden und andererseits die Halbleiter wegen der gemeinsamen Trägerplatte auf einfache Weise auf gleicher Temperatur gehalten werden können.
In Fig. 5 ist eine Schaltung für die erfindungsgemäße Impulserzeugereinrichtung dargestellt. Die drei Halbleiter sind mit RF1 bis RP3 bezeichnet und liegen im Kollektorkreis von in Basisschaltung be- triebenen Transistoren T1 bis T3, deren Kollektor-Basis-Spannung (Ausgangsspannung) auf die Lastwiderstände L1 bis L3 gegeben ist.
Die Widerstände R1 bis R3 im Emitterkreis des jeweiligen Transistors können konstante ohmsche Widerstände sein. Es hat sich jedoch als zweckmäßig herausgestellt, an ihrer Stelle Heißleiterwiderstände zu verwenden. Dadurch kann der Temperaturgang der Schaltung eliminiert werden. Magnetfeldabhängige Widerstände und die Kollektorwiderstände von Transistoren besitzen bekanntlich Temperaturgänge, die in gleicher Richtung verlaufen. In derselben Richtung verläuft auch der Temperaturgang von Heißleiterwiderständen. Um die Schaltungstemperatur unabhängig zu machen, braucht man im vorliegenden Fall also lediglich Heißieiterwiderstände zu verwenden, deren Temperaturgang der Summe der Temperaturgänge von Feldplattenwiderstand und Kollektorwiderstand der Transistoren entspricht.
Es hat sich bei einer Schaltung gemäß Fig. 5 weiterhin als vorteilhaft verwiesen, den Feldplattenwiderständen RFl bis RF3 gemeinsam einen regelbaren WiderstandRv vorzuschalten. Dadurch können auf einfache Weise die Toleranzen der erfindungsgemäßen Signaleinrichtung als Gesamtheit ausgeglichen werden. Weiterhin lassen sich mit Hilfe des Vorwiderstandes Rv das Schaltverhältnis RB/RO der Feldplatten und damit der Wirkungsgrad der gesamten Einrichtung einstellen bzw. verbessern oder den jeweiligen Arbeitsbedingungen optimal anpassen.

Claims

Patentansprüche: 1. Kontaktlose elektrische Impulserzeugereinrichtung mit drei magnetfeldabhängigen Halbleitern, die im Luftspalt zwischen einem ortsfesten und einem drehbaren Teil eines Magnetkreises angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als drehbarer Teil des Magnetkreises starr aufeinanderliegende weichmagnetische Kreisscheibensektoren vorgesehen sind, die gemeinsam um eine Achse drehbar und um 1200 gegeneinander versetzt sind, derart, daß bei Rotation die Halbleiter nacheinander vom Magnetfeld durchsetzt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunktswinkel der ausgeschnittenen Sektoren, der Kreisscheibensektoren, zwischen 120 und 1400 betragen.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Halbleiter auf eine einzige Trägerplatte aufgebracht sind und insgesamt zwei Endkontakte und zwei Mittelabgriffe besitzen.
4. Verwendung der Impulserzeugereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Kommutator für die Erregerwicklungen von Gleichstrommotoren. ff