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Elektromechanischer übertrager zur Erzeugung eines elektrischen Signals
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen übertrager zur Erzeugung eines
elektrischen Signals, das der Winkelstellung eines ferromagnetischen Rotors in bezug
zu einem mit einer dreiphasigen Statorspulenanordnung versehenen Stator entspricht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen
übertrager der vorgenannten Art zu schaffen, der unter anderem konstruktiv sehr
einfach herstellbar ist und mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem übertrager
der eingangs genannten Art vor, daß der übertrager eine Ausgangsspule aufweist,
die in bezug zur Statorspulenanordnung fest angeordnet und mit der Statorspulenanordnung
nur über den Rotor magnetisch gekoppelt ist, und daß der Rotor im magnetischen Kreis
der Ausgangsspule liegt und in bezug zur Statorspulenanordnung unsymmetrisch geformt
ist, so daß eine magnetische Kopplung zwischen der Statorspulenanordnung und der
Ausgangsspule vorliegt, die die Phase des Signals in der Ausgangsspule abhängig
von der Winkelstellung des Rotors in bezug zu den Spulen macht.
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Der Rotor ist vorzugsweise zwischen den Stator-und Rotorspulenanordnungen
angeordnet und so gestaltet, daß er der einen der beiden Anordnungen näher ist.
Der Rotor kann beispielsweise zwischen zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet
sein, die die Achse eines Zylinders im geneigten Winkel schneiden und wobei der
Zylinder koaxial zur Rotorachse ausgerichtet ist.
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Zur Schaffung eines Ausgangssignals, das der Phasendifferenz zwischen
den im Rotor und den Statorspulenanordnungen herrschenden Spannungen entspricht,
ist zwischen den beiden Spulenanordnungen eine Schalteinrichtung angeordnet. Die
Schalteinrichtung kann als Pulsgenerator ausgebildet sein, wobei die Breite der
Pulse der Phasendifferenz zwischen den Spannungen proportional ist, die in den einzelnen
Spulenanordnungen herrschen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist diese Schalteinrichtung
mit Pulsforinern ausgerüstet, die zur Erzeugung von Signalen dienen, die mit den
von den Rotor- und Statorspulenanordnungen abgegebenen Signalen in Phase sind. Darüber
hinaus weist diese Schalteinrichtung eine bistabile Schaltung auf, die zur Schaffung
von Pulsen dient, deren Anstieg durch einen Pulsformer gesteuert wird und deren
Abfall durch das Ausgangssignal des zweiten Pulsformers bestimmt ist. Weiterhin
ist diese Schalteinrichtung mit einem zur Glättung dienenden Schaltkreis versehen,
durch den ein Gleichstromausgangssignal geschaffen wird, dessen Amplitude proportional
der Breite der von derbistabilen Schaltung abgegebenen Impulse ist. Als Pulsformer
dienen üb-
licherweise sogenannte Schmitt-Trigger-Schaltungsanordnungen. Die
Statorspulenanordnung weist vorzugsweise in Deltaforination angeordnete Spulen auf.
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In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt ' daß man
- soweit es den übertragungsvorgang betrifft - bei der an sich bekannten
Art der übertrager sogenannte Winkelstellungsinformationen an eine entfernte Stelle
mittels eines Senders und eines Empfängers den Sender als einen elektromechanischen
übertrager betrachten kann. Eine dieser bekannten Anordnungen weist einen Sender
mit einer Toroidwicklung auf, die von einem einphasigen Wechselstrom erregt wird
und einen dreiphasigen Anschluß für ein Ausgangssignal besitzt. Der Rotor dieser
Anordnung ist ein Permanentmagnet.
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Im Unterschied hierzu weist der erfindungsgemäße elektromechanische
Übertrager eine dreiphasige Statorspulenanordnung und eine davon getrennte feste
Ausgangsspule auf. Weiterhin besitzt der erfindungsgemäße Übertrager einen ferromagnetischen
Rotor,
der in bezug zu seiner Drehachse asymnietrisch geformt ist, so daß die Kopplung
zwischen dem Stator und den Statorwicklungen auf der Ausgangsspule von der Winkelstellung
des Rotors abhängt.
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Es ist auch bereits ein Magnetkerrtsystem mit zwei Eingangswicklungen
und zwei Ausgangswicklungen bekanntgeworden, wobei die vier Wicklungen auf vorstehenden
Polen des Stators sitzen und der Rotor aus einer Kurzschlußwicklung besteht.
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Der elektromagnetische übertrager nach der Erfindung bedarf keiner
Schleifringe oder flexibler Verbindungsleitungen. Ungleich den bekannten vorliegenden
Anordnungen liefert der erfindungsgemäße Übertrager ein Ausgangssignal, das der
Winkelstellung des Rotors im gesamten 360'-Winkelbereich entspricht. Außerdem ist
der erfindungsgemäße übertrager konstruktiv wesentlich einfacher als die vorbekannten
genannten Anordnungen. Die Ausgangsspule kann nämlich axial auf der Rotorachse sitzen,
was für das Zusammensetzen äußerst günstig ist. Die gesamten Abmessungen des vorliegenden
elektromechanischen übertragers können viel kleiner gehalten werden als die gesamten
Abmessungen der vorbekannten Anordnungen dieser Art, dort müssen alle Spulen mit
ihren Achsen rechtwinklig zur Rotorachse laufen. Ferner ist der erfindungsgemäße
übertrager durch seine hohe Zuverlässigkeit gekennzeichnet und durch seine Arbeitsfähigkeit
bei sehr hoher Temperatur. Diese Vorteile ergeben sich grundsätzlich dadurch, daß
ein ferromagnetischer Rotor verwendet wird, um die magnetische Kopplung zwischen
den feststehenden Spulen zu variieren. Die Schaltung ist im übrigen so bemessen,
daß dem übertrager nur sehr wenig Strom entnommen und damit die Neigung des elektromechanischen
übertragers, als Motor zu arbeiten, unterdrückt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt durch einen
drehbaren übertrager, Fig.2 eine Schaltungsanordnung für den in F i g. 1
dargestellten übertrager.
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Der in der Zeichnung dargestellte übertrager weist eine Rotorwelle
11 auf, die in Kugellagern 12 gelagert ist. Die Kugellager 12 sind jeweils
in den Bereichen der einen Stirnenden eines üblicherweise hohlzylindrischen Gehäuses
13 angeordnet. Auf der Welle 11 ist ein aus ferromagnetischem Material
gefertigter Rotor 14 befestigt. Schneidet man den Rotor längs der Achse der Welle
11, so weist dieser Schnitt eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt auf.
Zur Schaffung eines Eingriffes mit einem auf der Welle 11 befestigten Bund
16 ist der Rotor mit Ausnehmungen 15 versehen. Die äußere Umfangsfläche
des Rotors bildet einen Zylinder, der koaxial zur Welle 11 ausgerichtet ist.
Im Gehäuse 13 sind rund um den Rotor ringförmig ausgebildete Statorlamellen
17
befestigt. Die innere Umfangsfläche dieser Lamellen ist der äußeren Umfangsfläche
des Rotors 14 eng benachbart.
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Am einen Ende der Lamellen 17 sind drei Statorspulen
18 in Deltaform sowie benachbart zu den Lamellen 17 und außerhalb
des Zylinders angeordnet. DerZylinder bildet die äußere Umfangsflächen des Rotors.
Am hierzu entgegengesetzten Ende der Lamellen ist eine stationäreSpule19 koaxial
zurWellellund innerhalb des Zylinders angeordnet, der die äußere Umfangsfläche des
Rotors bildet. Die Rotorspule 19
ist gegen eine direkte Kopplung mit den Statorspulen
18 abgeschirmt. Die Kopplung erfolgt durch den Rotor. Entsprechend der Stellung
des Rotors 14 und seiner Welle 11 wird die Rotorspule in besonderer Weise
mit den Statorspulen 18 gekoppelt.
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Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung werden
die Statorspulen 18 durch eine Dreiphasen-Wechselstromanordnung 21 (400 Hz)
gespeist. Die stationäre Spule 19 speist eine Schmitt-Trigger-Schaltanordnung
22. Die an einer der Rotorspulen liegende Spannung speist eine zweite Schmitt-Trigger-Schaltanordnung
23. Wenn der Wert der Spannung, die an der entsprechenden Statorspule liegt,
E sin a) t beträgt, dann ist der Wert des von der Spule 19 abgegebenen
Ausgangssignals gleich E sin (cot+0). Die Phasendifferenz0 entspricht dem
Azimut des Rotors14. Die Schmitt-Trigger-Schaltanordnungen 22, 23 schaffen
rechteckförmige Ausgangssignale, deren Phasen zu den Phasen ihrer Eingangsspannungen
in Bezug gesetzt sind. Die rechteckförmigen Ausgangssignale der Schaltanordnungen
22, 23 werden getrennten Eingängen einer bistabflen Schaltanordnung 24 zugeführt,
die zur Schaffung eines gepulsten Ausgangssignals dient. Der Anstieg der Ausgangspulse
ist durch einen an den einen Eingang angelegten Puls bestimmt, während der Abfall
durch einen an den anderen Eingang angelegten Puls festgelegt ist. Hierdurch wird
die Breite der Ausgangsimpulse der Phasendifferenz der rechteckförrnigen Eingangsimpulse
proportional. Das impulsförmige Ausgangssignal der bistabilen Schaltanordnung wird
in einem Filter 25 geglättet, um ein Gleichstromausgangssignal zu schaffen,
dessen Höhe der Breite der Impulse des impulsförmigen Ausgangssignals und damit
der Phasendifferenz proportional ist, die zwischen der Rotorspulenanordnung und
der als Bezugselement dienenden Spannung der Statorspule herrscht. Die Phasendifferenz
hängt vom Azimut der Rotorwelle ab, weshalb das geglättete Ausgangssignal dem Azimut
des Rotors 14 proportional ist. Zur Schaffung einer Kopplung zwischen der Rotorspule
19 und den Statorspulen 18, die vom Azimut des Rotors 14 abhängt,
können dem Rotor 14 verschiedene asymmetrische Formen verliehen werden. Zur Erzeugung
eines Gleichstromsignals, das der Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen
proportional ist, können verschiedene Schaltanordnungen dienen. Die Schaltanordnungen
dürfen dabei von den Übertragerspulen nur geringe Ströme entnehmen, um zu vermeiden,
daß der Übertrager als Motor wirkt, der bei erregten Rotor- oder Statorspulen die
Rotorspule antreibt.