DE1413700B2 - Drehmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmelder mit relativ zueinander beweglichem, induktiv gekoppeltem Stator und Rotor, deren Wicklungen von einer Wechselspannungsquelle erregt sind und zwei- und mehrpolig ausgebildet sind, so daß zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz erzeugt werden können.

In Datenübertragungssystemen werden als Geber und als Steuerwandler häufig Gleichlaufsysteme oder Drehmelder verwendet, wobei sich insbesondere bei der Anwendung in Geschossen und in Raketen, die aus dem Bereich der Atmosphäre austreten, ein Bedarf an genauen Synchronantrieben ergibt, deren maximaler Gesamtübertragungsfehler bei einem Arbeitsbereich von 360° kleiner als 1 Minute ist. Es ist erwünscht, daß derartige Synchronantriebe mit den zur Verfügung stehenden Werkzeugmaschinen hergestellt werden können und daß das Produktionsergebnis und die Kosten einwandfreier Geräte vorherbestimmbar sind.

Die Synchronantriebe müssen in der Lage sein, die angegebene Genauigkeit unter mechanischen und thermischen Beanspruchungen beizubehalten, wie sie durch die Befestigung oder Einspannung, durch verhältnismäßig grobe Behandlung und durch Umweltbedingungen eintreten, die in einem Geschoß oder in einer Rakete herrschen, welche sich außerhalb des Bereiches der Atmosphäre befindet.

Da es bisher praktisch unmöglich war, Synchronantriebe oder Drehmelder mit der geforderten hohen Genauigkeit herzustellen, wurden mehr oder minder geistreiche Anordnungen verwendet, bei denen in einem mechanischen Zweigeschwindigkeitssystem zwei gewöhnliche zweipolige Geber-Synchronantriebe über ein Getriebe verbunden wurden, so daß der eine Geber-Synchronantrieb eine Umdrehung ausführt und ein Ausgangssignal abgibt, das aus einer einzigen Sinuswelle besteht, während der andere Geber-Synchronantrieb υ Umdrehungen macht und η Sinuswellen abgibt. Der die einzelne Sinuswelle abgebende Synchronantrieb wurde der Grobgeber und der die η Sinuswellen abgebende Synchronantrieb wurde der Feingeber genannt. Dabei wurde eine ähnliche Steuerwandleranordnung mit den Gebern verbunden. Mit dem Grobgeber und dem entsprechenden Steuerwandler wurde eine Stellungsmehrdeutigkeit vermieden.

Wegen dem Getriebespiel und Temperaturempfindlichkeit und anderen der Anordnung innewohnenden Getriebefehlern ist dieser Lösungsweg jedoch abzulehnen.

Ein bekannter Drehmelder arbeitet nach dem Prinzip eines Eingeschwindigkeitsdrehmelders, und es sind bei diesem bekannten Eingeschwindigkeitssystem mehrere Wicklungen so angeordnet, daß bei einer bestimmten Relativdrehung die Ausgangsspannungen in Überlegung im wesentlichen sich einer Rechteckwelle nähern. Zu diesem Zweck sind außerdem die Amplituden der Ausgänge mit höherer Periodenzahl gegenüber dem Ausgang mit Einzelperiode verringert. Bei diesem bekannten Drehmelder ist die für die Drehstellung kennzeichnende Ausgangsgröße die Summe der Amplituden der verschiedenen Ausgänge. Da dieser bekannte Drehmelder z. B. vier verschiedene Wicklungen aufweist, so läßt sich mit Hilfe der von diesen Wicklungen erzeugten Ausgangsgröße, also der Summe der Amplituden der verschiedenen Ausgänge, nicht die ideale Kurvenform erreichen, so daß dieser bekannte Drehmelder relativ kleine Verdrehungen nicht genau anzuzeigen vermag (französische Patentschrift 955 380).

Es ist ebenfalls eine Einrichtung zur synchronen übertragung von Drehbewegungen bekanntgeworden, bei der ein vielpoliges System mit einem zweipoligen System sowohl auf der Geberseite wie auf der Empfängerseite vereinigt wird, jedoch das zweipolige System nur kurzzeitig bei der Inbetriebsetzung zwecks Synchronisierung erregt wird. Der eigentliche Betrieb wird bei diesem bekannten System dabei nur mit dem vielpoligen System vorgenommen. Das zweipolige System, das nicht als solches vorgesehen ist, sondern durch Anzapfung des vielpoligen Systems hergestellt wird, hat daher nicht die Aufgabe einer Grobübertragung, um also z.B. ein Zeigersystem zunächst in die grobe Anzeigelage zu bringen, sondern dieses zweipolige System dient einzig der anfänglichen Synchronisierung der Geberseite mit der Empfängerseite. Durch die kurzzeitige Einschaltung des zweipoligen Systems wird erreicht, daß nur eine mögliche Einschaltstellung vorgesehen wird, so daß keinerlei Zahnrädergetriebe mehr notwendig sind. Es ist dabei jedoch immer zusätzlich eine Gleichstromerregung erforderlich, und die magnetischen Flüsse des zweipoligen und des mehrpoligen Systems sind immer zwangläufig miteinander verkettet (deutsche Patentschrift 755 224).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Drehmelder der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei großen mechanischen und thermischen Beanspruchungen mit einer Genauigkeit von 30 Bogensekunden arbeitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Drehmelder sowohl in seinem Stator als auch in seinem Rotor zwei- und mehrpolige Wicklungen besitzt, so daß gleichzeitig und ohne Umschaltung Wechselspannungen verschiedener, jedoch in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehender Frequenzen erzeugbar sind, die der Verdrehung des Drehmelders proportional sind und zur Grob- und Feinanzeige dienen.

Beim Drehmelder nach der vorliegenden Erfindung ist also sowohl das zweipolige als auch das mehrpolige System während des Betriebes des Drehmelders, im Gegensatz zum Bekannten, dauernd gleichzeitig erregt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der von der auf dem Rotor befindlichen vielpoligen Wicklung erzeugte vielpolige Magnet- η

nuß -γ Pole aufweist, wobei η ein Vielfaches von

vier und größer als vier ist und daß die von der auf dem Stator angeordneten vielpoligen Wicklung er-

zeugte vielperiodige Ausgangsspannung -χ Perioden

enthält, wenn die Elemente eine Relativdrehung über den bestimmten Winkel ausführen. Hierbei ist vorgesehen, daß auf dem Stator drei um einen Winkel von 120° versetzte Gruppen von Wicklungen angeordnet sind.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß sowohl auf der Stator- als auch auf der Rotorseite die Wicklungen in Sternschaltung geschaltet sind. Hierbei werden die auf dem Rotor befindlichen Wicklungen durch Wechselstrom erregt, und die einpolige Wicklung auf dem Stator ist so verteilt, daß eine Ausgangs-

spannung erzeugt wird, die folgender Gleichung folgt: E = K₁E_1n Sin (In ft + A₁) Sin B .

Die vielpolige Wicklung auf dem Rotor ist so verteilt, daß man eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung

E = K₂E_1n Sin (2 nft + A₂) Sin-^B

erhält, wobei E_in die Eingangsspannung, K₁ und K₂ das Verhältnis der maximalen Sekundärspannung zur Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der Wechselstromquelle, t die Zeit, A₁ und A₂ die Phasenverschiebung der Sekundärspannungen zur Eingangsspannung £,·„ und B die Rotorstellung bedeutet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, daß die zweite andere, auf dem Stator angeordnete einpolige Wicklung, die von der ersten einpoligen Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der folgenden Gleichung entsteht:

folgenden prozentualen Anteile an der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:

Ε_φ = K₁E_1n Sin (2 nft + A₁) Sin (B + Φ)

und daß eine auf dem Stator angeordnete erste vielpolige Wicklung, die von der zweiten vielpoligen Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der folgenden Gleichung erzeugt wird:

E₀ = K₂E_1n Sin (2 nft + A₂) Sin Cj B + φ) .

Um eine besonders einfache Ausbildung und Herstellung zu ermöglichen, kann die Erfindung zweckmäßig noch dadurch weiter ausgestaltet werden, daß die Wicklungen des Rotors zweipolig und 22polig ausgebildet sind und der Stator 27 Nuten aufweist, wobei die auf dem Stator angeordnete zweipolige Wicklung in den Nuten in parallelen unabhängigen Spulen verteilt ist und die Windungen jeder Spule mit den angegebenen Nutenschritten die folgenden prozentualen Anteile der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:

Nutenschritt der Spule	Windungen in Prozent der Gesamtwindungen
	% ■
6	4,039
8	9,221
10	13,889
12	17,817
13	19,432
11	15,961
9	11,629
7	6,670
5	1,352

Nutenschritt der Spule	Windungen in Prozent der Gesamtwindungen
2	1,352
4	13,889
6	17,817
8	6,670
13	9,221
11	19,432
9	11,629
3	4,039
1	15,961

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung der zweipoligen Wicklung ist weiter vorgesehen, daß die mehrpolige Wicklung des Drehmelders, die sich auf dem Stator befindet, in den Nuten in parallelen unabhängigen Spulen verteilt ist, wobei die Windungen jeder Spule mit dem angegebenen Nutenschritt die Eine weitgehende Entkopplung der einzelnen Flüsse und Spannungen wird auch dadurch in vorteilhafter Weise unterstützt, daß die Erregerspannung für die zweipolige Wicklung niedriger gewählt ist als diejenige für die mehrpolige Wicklung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehmelders mit einem Rotor mit 22 Nuten und einem Stator mit 27 Nuten. Die mehrpoligen Wicklungen des Rotors und Stators sind in ausgezogenen Linien und die zweipoligen Wicklungen in unterbrochenen Linien dargestellt,

Fig. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht des Erfindungsgegenstandes, bei dem die Wicklung zur einfacheren Herstellung abgeändert ist,

F ig. 3 die von dem Drehmelder abgegebenen Spannungen und

F i g. 4 ein schematisches Schaltbild eines Anwendungsbeispiels des Drehmelders, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Der in der Zeichnung veranschaulichte und gemäß der Erfindung aufgebaute Drehmelder weist einen Rotor 1 auf, der in gebräuchlicher Weise innerhalb eines Stators 3 drehbar angeordnet ist. Rotor und Stator sind miteinander induktiv gekoppelt. Um die Wicklungsanordnung des Rotors und Stators deutlicher zu zeigen, sind diese in den F i g. 1 und 2 auseinandergezogen dargestellt.

In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Rotor so gewickelt, daß ein zweipoliger und ein 22poliger magnetischer Fluß geschaffen wird. Der Rotor weist 22 Nuten 5 bis 26 auf, in denen die mit unterbrochenen Linien dargestellten zweipoligen Spulen 31 bis 42 und die mit ausgezogenen Linien dargestellten 22poligen Spulen 51 bis 72 verteilt sind. Der Augenblickswert des durch die Spulen fließenden Wechselstromes ist durch Pfeile gekennzeichnet. Man bemerkt, daß der Strom durch alle zweipoligen Spulen 31 bis 42 in gleicher Richtung und daß der Strom durch die 22poligen Spulen 51 bis 72 in abwechselnden oder umgekehrten Richtungen fließt.
Wie an früherer Stelle angegeben, werden durch

die Spulen 31 bis 42 zwei Magnetpole und durch die Spulen 51 bis 72 22 Magnetpole geschaffen, die abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Polaritäten aufweisen.

Nachstehend wird die Verteilung der Spulen der zweipoligen Wicklungen in den Nuten angegeben, und zwar ausgedrückt in Prozent der gesamten Windungszahl je Phase:

Spule

31 = N₁ = 2,0255%
42 = N₁ = 2,0255%

32 = N₃ = 5,913%
41 = N₃ = 5,913%

33 = N₅ = 9,3205%
40 = N₅ = 9,3205%

34 = N₇ = 11,971%
.39 = N₇ = 11,971%

35 = N₉ = 13,6545%
38 = N₉ = 13,6545%

36 = N₁₁ = 7,1155%

37 = N_U = 7,1155%

wobei N die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen ist, die durch einen Index gekennzeichnet sind, der die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten über den kürzeren Weg bedeutet.

Die 22poligen Spulen 51 bis 72 haben alle gleiche Windungszahlen und sind in Reihe geschaltet, so daß, wie durch Pfeile angedeutet ist, der Augenblickswert des Stromflusses durch abwechselnd aufeinanderfolgende Spulen in entgegengesetzten Richtungen verläuft.

In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Stator 3 27 Nuten 81 bis 107 auf, die zur Schaffung einer rings um den Umfang gleichförmigen Permeabilität geschrägt sind und in denen die mit unterbrochenen Linien dargestellten, mit den zweipoligen Spulen 31 bis 42 zusammenarbeitenden Spulen 111 bis 119 und die in ausgezogenen Linien dargestellten, mit den 22poligen Spulen 51 bis 72 zusammenarbeitenden Spulen 121 bis 129 verteilt sind. Die Verteilung der Spulen 111 bis 119 und der Spulen 121 bis 129 ist wie folgt (in Prozent der gesamten Windungszahl je Phase):

	2-Pole Spulen mit	+ 4,039%	Spule	22-Pole Spulen mit
Spule	unterbrochenen Linien	+ 9,221%	121	ausgezogenen Linien
111	N6	+ 13,889%	122	N2 -
112	N8	+ 17,817%	123	N4 -
113	N10	+ 19,432%	124	N6 -
114	N12	+ 15,961%	125	N8 -
115	N13	+ 11,629%	126	N13-
116	N11	+ 6,670%	127	N11-
117	N9	+ 1,352%	128	N9 -
118	N7	129	N3 -
119	N5	N1 -
h 1,352%
- 13,889%
h 17,817%
- 6,670%
- 9,221%
h 19,432%
h 11,629%
- 4,039%
h 15,961%

wobei N die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen ist, welche durch einen Index gekennzeichnet sind, der die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten auf dem kürzeren Weg angibt.

In Fig. 1 sind nur die Wicklungen einer einzigen Phase dargestellt. Es werden zwei zusätzliche, um 120 und 240° gegenüber der dargestellten Wicklung verdrehte Wicklungen verwendet, wie dies in F i g. 1 angegeben ist.

Die drei Wicklungen werden vorzugsweise in Sternschaltung miteinander verbunden. Die Anzahl der Windungen einerseits und die Verteilung der Spulen andererseits ist die gleiche wie bei den dargestellten Wicklungen. Der hier benutzte Ausdruck »Phase« bezieht sich auf die räumliche Phase und nicht auf die zeitliche Phase.

Die aus den mit unterbrochenen Linien dargestellten Spulen 31 bis 42 bestehenden zweipoligen Wicklungen des Rotors 1 werden durch eine Wechselspannung erregt und arbeiten mit den Spulen 111 bis 119 des Stators zusammen, die mit unterbrochenen Linien gekennzeichnet sind. Das zweipolige Magnetfeld im Rotor induziert in den Statorwicklungen einen Wechselstrom, der sich nach einer relativen Drehung von Rotor und Stator sinusförmig gemäß der folgenden Gleichung ändert und eine vollständige Periode durchläuft, wenn sich der Rotor um 360° mit Bezug auf den Stator dreht, wie in Kurve A in F i g. 3 angegeben:

E = K₁Ef_n Sin (2 π ft + A₁) Sin B .

Die mit ausgezogenen Linien dargestellten, die Spulen 51 bis 72 umfassenden 22poligen Wicklungen des Rotors werden in ähnlicher Weise mittels einer Wechselspannung erregt und das entstehende 22polige Magnetfeld induziert in den Spulen 121 bis 129 des Stators eine Wechselspannung, die sich gemäß der folgenden Gleichung sinusförmig ändert, nachdem eine relative Drehung von Rotor und Stator stattgefunden hat und die bei einer relativen Drehung des Rotors gegenüber dem Stator um 360° elf Perioden durchläuft, wie es in der Kurve B in F i g. 3 dargestellt ist:

E = K₂E_1n Sin (2 π ft + A₂) Sin 11B .

In den vorstehenden Gleichungen bedeutet E_1n die Eingangsspannung, K₁ und K₂ das Verhältnis der maximalen Sekundärspannung zu der Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der Wechselstromquelle, t die Zeit, A₁ und A₂ die zeitliche Phasenverschiebung der Sekundärspannung bezüglich der Eingangsspannung E_in und B die Rotorstellung.

Bei einer Relativdrehung von Rotor und Stator über einen Winkel von 360° ändert sich daher die in den Spulen 111 bis 119 des Stators induzierte Spannung sinusförmig und durchläuft eine Periode, während sich die in den Spulen 121 bis 129 des Stators induzierte Spannung sinusförmig ändert und elf Perioden durchläuft. Die in den anderen zwei Wicklungen des einperiodigen Abschnittes induzierten Spannungen sind um 120 und um 240° gegenüber der dargestellten Spannung verschoben und zeigen folgenden Verlauf:

£₁₂₀o = K₁Ei_n Sin (2 π ft + A₁) Sin (ß + 120°)
E₂₄₀O = K₁E_1n Sin (2 π ft + A₁) Sin (ß + 240°).

Die in den anderen beiden Wicklungen des elfperiodigen Abschnittes induzierten Spannungen sind ebenfalls um 120 und um 240° verschoben und verlaufen wie folgt:

E_l2(f = /C₂E_1n Sin (2 π ft + A₂) Sin (11B + 120°) E₂₄₀O = K₂E_1n Sin (2 τι ft + A₂) Sin (11 B + 240°).

Wenn auch die Erfindung im Zusammenhang mit einem Drehmelder beschrieben wird, dessen Rotor 22 Nuten und dessen Stator 27 Nuten enthält und dessen Wicklung so verteilt ist, daß sich in dem vielperiodigen Abschnitt ein elfperiodiges Ausgangssignal ergibt, so ist doch klar, daß irgendeine andere

E₀₂ = K₂E_in Sin (2 nft +A₂) Sin f-^-B+ Φ₂Υ

wobei η eine gerade Zahl größer als 4 ist und Φ_ι und Φ₂ die Winkelverschiebungen zwischen den verschiedenen Wicklungen darstellen. Es ist natürlich klar, daß jede beliebige Anzahl von Wicklungen verwendet werden kann und daß die Erfindung nicht auf drei Wicklungen beschränkt ist.

Elf-Perioden-Abschnitt

Die Erregung der Spulen 51 bis 72 des Rotors erzeugt 22 abwechselnd positive und negative Pole des Flusses mit einer gleichförmigen Flußdichte der Größe Φ_ιηαχ, und die allgemeine Gleichung der Flußverteilung in jedem Pol ist die gleiche wie die Gleichung der Harmonischen, die eine rechteckige Welle bilden. Diese Gleichung wird nachstehend angegeben:

Φ/(β) = *»« (₁
+ K₅ Cos 5 Θ

Cos Θ - K₃ Cos 3 Θ

₅ Cos 5 Θ - K₁ Cos 7 Θ + K₉ Cos 9 Θ usw.),

wobei K₁, K₃, K₅, K₁ und X₉ usw. das Verhältnis von 0_max für die verschiedenen Harmonischen angibt und Θ der von zwei Polen des Flusses eingeschlossene Winkel ist.

Die Gleichung der Flußverteilung für den elfperiodigen Fluß der 22 Pole erfordert, daß jeder Winkel Θ mit 11 multipliziert wird und lautet wie folgt:

Φ/αϊ *) = ⁰^_x (K_n Cos 11 Θ - K₃₃ Cos 33 Θ + K₅₅ Cos 55 Θ - K₇₇ Cos 77 Θ + K₉₉ Cos99Θ usw.),

wobei X₁₁, X₃₃, X₅₅, X₇₇ usw. das Verhältnis von Φη,αχ fü^r die verschiedenen Harmonischen angibt. Bei einem Stator mit 27 Nuten, wie er in den Zeichnungen veranschaulicht ist, sind 13 Spulen möglich mit 13 möglichen Faktoren des Wickelschrittes. Die Schrittfaktoren Tür die Grundwelle (XP) und die Schrittfaktoren in Gliedern oder Ausdrücken irgendeiner beliebigen Harmonischen (KPX) lauten für die 13 Spulen wie folgt:

Spule	KP	KPX
N2	Sin 40/3	Sin 40/3 X
■ N4	Sin 80/3	Sin 80/3 X
N6	Sin 120/3	Sin 120/3 X
N8	Sin 160/3	Sin 160/3 X
N10	Sin 200/3	Sin 200/3 X
N12	Sin 240/3	Sin 240/3 X

geeignete Anordnung von Nuten, Wicklungsverteilung oder vielperiodigem Ausgangssignal ebenfalls verwendet werden kann. Die allgemeinen Spannungsgleichungen für eine derartige vielperiodige Anordnung sind wie folgt:

E = K₂E_1n Sin (2 η ft + A₂) Sin j B E_0x = K₂E_1n Sin (2 .-r/r + A₂) Sin Cj B + φ

Spule	KP	KPX
N13	Sin 280/3	Sin 280/3 X
N11	Sin 320/3	Sin 320/3 X
N9	Sin 360/3	Sin 360/3 X
N7	Sin 400/3	Sin 400/3 X
N5	Sin 440/3	Sin 440/3 X
N3	Sin 480/3	Sin 480/3 X
N1	Sin 520/3	Sin 520/3 X

wobei X die in Betracht gezogene Harmonische und JV die Anzahl der Windungen je Phase in den Spulen ist, die durch einen Index gekennzeichnet sind, der die Anzahl der Zähne zwischen den Nuten über den kürzeren Weg angibt.

Die in einer beliebigen Spule unter dem Einfluß

einer beliebigen Flußharmonischen induzierte Spannung lautet wie folgt:

ε(χ_Λ = Φη,αχ K_x Cos X Θ Cos X Θ N_n KPX ,

wobei ε,χ ν) = die in einer beliebigen Spule JV auf Grund der Flußharmonischen X induzierte Spannung, Φη,αχ K_x Cos X Θ = die in Betracht gezogene Flußharmonische,

JV_n = die in Betracht gezogene Spule,
KPX = der auf der Flußharmonischen (X) beruhende Schrittfaktor ist.

,Die in einer Phasen wicklung auf Grund irgendeiner beliebigen Harmonischen des Flusses induzierte Spannung ist die Summe der Spannungen, die in den einzelnen Spulen wegen der Flußharmonischen induziert werden. Die in einer beliebigen Phasenwicklung wegen einer beliebigen Flußharmonischen (X) induzierte Spannung lautet wie folgt:

40 K_x Cos X Θ

TjV₂ Sin y X + JV₄ Sin y Z + N₆ Sin ~ X

+ JV₈ Sin i|°

wobei e_{X) = die auf Grund der Flußharmonischen (X) induzierte Spannung,

Φη,αχ K_x Cos X Θ = die Größe der Flußharmonischen (X) und

60 TjV₂ Sin y X + ... JV₁ Sin ^ X~\

= die Summe der Produkte aus den Windungen JV je Spule mal den Wickelschrittfaktor aller Spulen ist, die die Phasenwicklung umfaßt, ist.

Für die in einer Phasenwicklung wegen der im Rotor erzeugten Flußharmonischen Φ/₍₁₁β) erzeugten Spannungen kann eine Reihe von Gleichungen in

009 582/120

Form von Ausdrücken der Windungen und Faktoren der Wickelschritte für die die Phasenwicklung bilden-

10

den Spulen angeschrieben werden. Die Spannungsgleichungen lauten in verkürzter Form wie folgt:

40
Cos 11 Θ I JV₂ Sin -f 11 ... JV_{1 1} Sin

«-33 = ^Φη,αχ K₃₃ COS 33 Θ

^33

JV_n Sm 33 ... + JV₁ Sin ~ 33

']■

F₅₅ = Φ,_ηαχ K₅₅ Cos 55 Θ fjV₂ Sin y 55 ... N₁₃ Sin ^ 55 ... +JV₁ Sin f 55~|, e₇₇ = Φ,_ηαχ K₁₁ Cos 77 Θ (~/V₂ Sin y 77 ... JV₁₃ Sin ^ 77 ... +JV₂ Sin f 77~],

40
K₉₉ Cos 990 I JV₂ Sin ~ 99 ... JV₁₃ Sin =^ 99 ... +JV

«99 =

Da Spannungsharmonische größerer Ordnung als 27 Wiederholungen der Harmonischen der Ordnung von 1 bis 27 sind, sind nur die folgende Spannungsharmonischen von Belang:

«11 > «33, «55, «77, «99, «121, «143, «165, «187, «209, «231,

«253» «275 ^un<3 «297- Somit haben wir 13 Spannungsgleichungen F₁₁, F₃₃ usw. mit 13 Unbekannten:

Z₁SiHf₉₉]

JV₁, JV₂, JV₃, JV₄, JV₅, JV₆, JV₇, JV₈, N₉, N₁₀, JV₁₁, JV₁₂
und JV

13·

35

Mit 13 Spannungsgleichungen und 13 Unbekannten kann die Beseitigung der gegenüber der Grundwelle höheren Spannungsharmonischen leicht dadurch erreicht werden, daß man anders als bei der Grundwelle die Harmonischen gleich Null setzt und nach den 13 Unbekannten JV₁, JV₂, JV₃ usw. auflöst.

Wenn die Wicklungen gegenseitig um 120° versetzt und in Stern geschaltet sind, werden die dritten Spannungsharmonischen beseitigt, so daß es nicht notwendig ist, die Gleichungen für ε₃₃, F₉₉, ε₁₆₅, E₂₃₁ gleich Null zu setzen, wodurch sich die Spannungsgleichungen auf neun reduzieren, und zwar f_u, f₅₅, «77. «121 > «143» «187, «209, «253, «275· Die Anzahl der Spulen kann auch auf neun vermindert werden.

Die neun Spulen mit dem größten Wickelschrittfaktor für die Grundwellenspannung werden ausgewählt, da sie den meisten Einfluß bezüglich der für eine vorgegebene Ausgangsspannung erforderlichen Anzahl von Windungen haben, womit an erforderlichem Kupfer gespart wird. Die folgenden neun Spulen haben den größten Wickelschrittfaktor für die Grundwelle:

JV₂, JV₄, JV₆, JV₈, JV₁₃, JV₁₁, JV₉, JV₃, JV₁ .

Die neun Spannungsgleichungen und die neun Unbekannten JV können gleichzeitig gelöst werden, in dem alle harmonischen Spannungen mit Ausnahme der Grundwelle gleich Null gesetzt werden. Somit ist F₁₁ = 1 und ε₅₅ = F₇₇ = F₁₂₁ = F₁₄₃ = F₁₈₇ = «209 = «253 = «275 = 0, und JV₂, JV₄, JV₆ werden in prozentualen Anteilen der Gesamtwindungen (JV_r) erhalten, wobei

JV_r = N₂ + JV₄ + JV₆ + JV₈ + JV₁₃
+ JV₁₁ + JV₉ + JV₃ + JV₁ .

Tabelle Wickelschrittfaktoren

Harmo

Θ

I

440/3

/

4

i

6

-Sin

T

- Sin

13

Λ

280/3

N9

^3

1

nische

Θ

Sin

40/2

-Sin

200/3

Sin

240/3

Sin

400/3

Sin

160/3

Sin

320/3

- Sin 360/3

-Sin 120/3

Sin 320/3

11

Θ

Sin

160/3

Sin

80/3

Sin

120/3

Sin

160/3

- Sin

280/3

Sin

200/3

Sin 360/3

Sin 480/3

Sin 520/3

55

Θ

- Sin

520/3

— Sin

320/3

- Sin

480/3

- Sin

440/3

Sin

40/3

- Sin

160/3

- Sin 360/3

Sin 240/3

Sin 80/3

77

Θ

Sin

320/3

- Sin

40/3

-Sin

480/3

Sin

80/3

Sin

400/3

-Sin

400/3

Sin 360/3

- Sin 240/3

Sin 280/3

121

Θ

Sin

80/3

-Sin

440/3

-Sin

120/3

- Sin

200/3

Sin

80/3

Sin

440/3

- Sin 360/3

- Sin 480/3

-Sin 160/3

143

Θ

- Sin

280/3

- Sin

160/3

- Sin

240/3

- Sin

320/3

Sin

520/3

Sin

80/3

Sin 360/3

Sin 120/3

Sin 40/3

187

Θ

-Sin

400/3

Sin

520/3

Sin

240/3

Sin

40/3

-Sin

200/3

- Sin

40/3

- Sin 360/3

-Sin 120/3

-Sin 400/3

209

Θ

Sin

200/3

-Sin

280/3

Sin

120/3

- Sin

520/3

Sin

440/3

- Sin

520/3

Sin 360/3

Sin 480/3

- Sin 200/3

253

% JV7-

Sin

,352

Sin

400/3

-Sin

480/3

280/3

_c

320/3

Sin

19,432

- Sin 360/3

Sin 240/3

Sin 440/3

275

1

-13,889

Γ

7,817

-6,670

),221

-11,629

-4,039

15,961

Die Bedeutung der negativen Prozentangabe N₇-in der letzten Zeile der vorhergehenden Tabelle liegt darin, daß die Spule in einer Richtung eingesetzt werden soll, die gegenüber der Richtung der Spulen mit positiven Vorzeichen umgekehrt ist. Auf diese Weise werden alle Harmonischen der Grundwelle mit Ausnahme derjenigen Harmonischen beseitigt, die die gleichen Wickelschrittfaktoren wie die Grundwelle aufweisen, d. h. die Nutenharmonischen

N = X 27 ± 1, wobei X = 2, 4, 6, 8 usw.

Spule
31 ■=

42 = N₁

32 = N₃
41 = N₃

33 = N₅
40 = N₅

34 = N₇ =11,971%
39 = N₇ =11,971%

35 = N₉ =13,6545%
38 = N₉ =13,6545%

2,0255%

2,0255%

5,913%

5,913%

9,3205%

9,3205%

36 = N₁₁= 7,1155%

37 = N₁₁= 7,1155%

wobei Nτ = (N₁ + N₃ + N₅ + N₇ + N₉ + 2 N₁₁ + N₉.+ N₁ + N₅ + N₃ + N₁) = 100%.

Durch diese Spulenverteilung werden alle Harmonischen mit Ajsnahme der Nutenharmonischen 22 X ± 1, wobei X = 1, 2, 3, 4, 5 usw. ist, beseitigt. Für den Rotor mit einer einzigen Periode ergibt sich die folgende Flußverteilung:

Diese Harmonischen können dadurch vermindert oder beseitigt werden, daß die Nuten in gebräuchlicher Weise schräg ausgeführt werden. Wegen der hohen Ordnungszahl der Nutenharmonischen und des Verhältnisses von 11:1 des elektrischen Fehlers hinsichtlich der mechanischen Bewegung ist eine sehr genaue mechanische Einstellung unter Verwendung der üblichen, bei Synchronantrieben gebräuchlichen Technik möglich. Bei der übertragung einer Wellen-Stellung muß dafür Sorge getragen werden, daß aus den elf zur Wahl stehenden möglichen Stellungen die richtige Wellenstellung ausgewählt wird. Aus diesem Grund ist zur Vermeidung einer Mehrdeutigkeit ein Element mit einer einzigen Periode erforderlich.

Der Abschnitt für eine einzige Periode

Die Rotorwicklungen für eine einzige Periode umfassen zwölf in Reihe geschaltete konzentrische Spulen 31 bis 42. Die Verteilung der Spulen, ausgedrückt in Prozent der Windungen, ist wie folgt:

35

40

45 0_max [K₁CoS Θ + K₂₁CoS 21 Θ + K₂₃COS 23 Θ + K₄₃CoS 43 Θ
; 45 Θ usw.

wobei K₁, K₂₁, K₂₃, K₄₃, K₄₅ usw. das Verhältnis von 0_max für die verschiedenen Harmonischen darstellen. Wenn man die gleiche Technik verfolgt, wie sie für den Abschnitt mit elf Perioden angegeben wurde, so können die Gleichungen der Spannungsharmonischen auf neun Gleichungen für

^ε1> %> ^ε7> ^ε11> ^ε13> ^ε17> ^ε19> ^ε23> ^ε25

vermindert werden, wobei neun Unbekannte
N₆, N₈, N₁₀, N₁₂, N₁₃, N₁₁, N₉, N₇ und N₅

vorhanden sind. Bei dem Abschnitt mit einer einzigen Periode stellen die oben angegebenen Spulen N₆, N₈ usw. diejenigen Spulen dar, die für die Grundwellen-Spannungsgleichungen die größten Wickelschrittfaktoren aufweisen. Mit den neun Gleichungen und den neun Unbekannten können die Spannungsharmonischen gleich Null gesetzt werden, und es kann die Windungsverteilung für die neun Unbekannten (N₆, N₈ usw.) bestimmt werden. Die Wickelschrittfaktoren der verschiedenen Spulen (N₆, N₈, N₁₀ usw.) für die verschiedenen Spannungsharmonischen (e_u ε₅, ε₇ usw.) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. In dieser Tabelle ist ebenfalls die Windungsverteilung, ausgedrückt in Anteilen der Gesamtzahl an Windungen N₇-, enthalten.

Θ

Λ

120/3

*

■».

Tabelle 2

N12

Sin 280/3

Nn

N9

■*,

J*

440/3

Θ

Sin

480/3

Sin 160/3

Sin 200/3

Sin 240/3

Sin 320/3

Sin 320/3

Sin 360/3

Sin 400/3

Sin

40/3

Harmo nische

Θ

-Sin

240/3

- Sin 280/3

-Sin 80/3

Sin 120/3

- Sin 200/3

Sin 520/3

- Sin 360/3

-Sin 160/3

Sin

160/3

1

Θ

-Sin

240/3

Sin 40/3

Sin 320/3

- Sin 480/3

- Sin 160/3

Sin 80/3

Sin 360/3

- Sin 440/3

-Sin

520/3

5

Θ

Sin

480/3

- Sin 400/3

Sin 40/3

Sin 480/3

Sin 400/3

Sin 280/3

- Sin 360/3

Sin 80/3

Sin

320/3

7

Θ

Sin

120/3

-Sin 80/3

Sin 440/3

-Sin 120/3

Sin 440/3

-Sin 160/3

Sin 360/3

- Sin 200/3

Sin

80/3

11

Θ

-Sin

120/3

- Sin 520/3

Sin 160/3

- Sin 240/3

-Sin 80/3

Sin 40/3

- Sin 360/3

Sin 320/3

-Sin

280/3

13

Θ

Sin

480/3

- Sin 200/3

- Sin 520/3

Sin 240/3

-Sin 40/3

- Sin 400/3

Sin 360/3

Sin 40/3

-Sin

400/3

17

Θ

-Sin

240/3

Sin 440/3

Sin 280/3

Sin 120/3

- Sin 520/3

- Sin 200/3

- Sin 360/3

- Sin 520/3

Sin

200/3

19

%ΝΓ

-Sin

4,039

- Sin 320/3

- Sin 400/3

- Sin 480/3

19,432

Sin 440/3

Sin 360/3

Sin 280/3

Sin

,352

23

9,221

13,889

17,817

15,961

11,629

6,670

1

25

Die Statorwicklung für eine einzige Periode be- 65 Da die Wickelschrittfaktoren für die Spulen der

seitigt alle im Rotor erzeugten Flußharmonischen Abschnitte mit einer Periode und mit elf Perioden

mit Ausnahme der Nutenharmonischen 27AT±1, identisch sind, ist die Lösung der Gleichungen für

wobei X = 1, 2, 3,4, 5 usw. ist. den Abschnitt mit einer Periode die gleiche wie bei

dem Abschnitt mit elf Perioden. Der Prozentsatz an der gesamten Windungszahl je Phase (N₇-) ist bei den Spulen, die gleiche Wickelschrittfaktoren aufweisen, für die Spulen der Abschnitte mit elf Perioden und mit einer einzigen Periode gleich.

Die Wechselwirkung zwischen den Abschnitten

mit einer einzigen Periode und den Abschnitten mit

elf Perioden

Ein Vergleich der Wickelschrittfaktoren für die Statorwicklungen für elf Perioden mit den Wickelschrittfaktoren der Statorwicklungen mit einer einzigen Periode ergibt, daß die Wickelschrittfaktoren genau gleich sind, wenn man folgendes in Betracht zieht:

a) Das negative Vorzeichen vor dem Prozentsatz der Wicklungsverteilung für die Spulen der elfperiodigen Wicklung zeigt, daß in umgekehrter Richtung eingelegt wird oder daß der Strom umgekehrt fließt und gilt für N₄, N₈, N₁₃, N₉, N₃.

b) Wenn man die vorstehend erwähnte Umkehrung des Vorzeichens in Betracht zieht, so haben die folgenden Spulen des Abschnittes mit einer einzigen Periode und des Abschnittes mit elf Perioden die gleichen Wickelschrittfaktoren:

Einfache Periode	Elf Perioden	% NT
N6	JV3	4,039
N8-	N13	9,221
N10'	N4	13,889
N12	Nb	17,817
N13	Nn	19,432
Nn	N1	15,961
N9	N9	11,629
N7	N8	6,670
N5	N2	1,352

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Spulen mit gleichen Wickelschrittfaktoren auch die gleiche prozentuale Windungsverteilung aufweisen. Diese Tatsache erlaubt die Erzeugung oder die Anordnung eines Abschnittes für eine einzige Periode und eines Abschnittes für elf Perioden auf dem gleichen Rotor- und Statorkern. Die Spannung mit einer einzelnen Periode und deren Harmonische werden in dem Abschnitt mit elf Perioden wegen der Spulenverteilung und der Wickelschrittfaktoren des elfperiodigen Abschnittes nicht erzeugt. In gleicher Weise werden die elfperiodige Spannung und deren Harmonische wegen der Spulenverteilung und der Wicklungsfaktoren des Abschnittes mit einer einzigen Periode nicht in diesem Abschnitt erzeugt.

In Wirklichkeit ergibt sich in der Praxis eine kleine Wechselwirkung oder Beeinflussung zwischen dem elfperiodigen Abschnitt und dem Abschnitt mit einer einzigen Periode, die einen Fehler in der Ordnung der 54. Harmonischen ergibt, der in erster Linie davon herrührt, daß es nicht möglich ist, die Statornuten gleichzeitig für die ein- und mehrperiodigen Abschnitte in der genau richtigen Schräglage auszuführen. Die Statornuten werden vorzugsweise so geschrägt, daß der in dem Drehmelder befindliche Abschnitt mit elf Perioden so genau wie möglich wird, da der elfperiodige Abschnitt für die Feineinstellung verwendet wird und der einperiodige Abschnitt für die Grobeinstellung dient, mit der eine Stellungsvieldeutigkeit verhindert wird.
Um den Fehler aus der Wechselwirkung oder der gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem einphasigen und dem elfphasigen Abschnitt auf einen Kleinstwert zu bringen, wird der einphasige Abschnitt auf einem möglichst niedrigen Flußpegel betrieben, während der Betrieb des elfphasigen Abschnittes bei einem Flußpegel erfolgt, der so hoch ist, wie es die physikalischen Erfordernisse des Synchronantriebes zulassen. Dies kann erreicht werden, indem man zur Erregung der Rotorspulen 31 bis 42 des Abschnittes mit einer einzigen Periode eine niedrigere Spannung als zur Erregung der Rotorspulen 51 bis 72 des elfperiodigen Abschnittes verwendet oder in dem man die Wicklung anders auslegt oder beide Maßnahmen kombiniert.

Die vorstehend beschriebenen Änderungen, die dazu dienen, die Beeinflussung zwischen den beiden Abschnitten auf einen Kleinstwert zu bringen und damit eine gute Genauigkeit des elfperiodigen Abschnittes zu erreichen, sind nicht erforderlich, wenn getrennte Rotoren und Statoren zur Anwendung gelangen.

In F i g. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Spulenanordnung nach F i g. 1 veranschaulicht, die zur Vereinfachung der Herstellung dient, jedoch Ergebnisse liefert, die mit denjenigen der F i g. 1 verglichen werden können. Die Verteilung der Spulen 31 bis 42 und 51 bis 72 im Rotor für die einperiodigen bzw. die elfperiodigen Abschnitte ist die gleiche wie in F i g. 1. Auch die Verteilung der einperiodigen Spulen 111 bis 119 im Stator ist die gleiche wie in Fig. 1. Die elfperiodigen Spulen 140 bis 155 im Stator, die in F i g. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt sind, sind anders als die Spulen 121 bis 129 in F i g. 1 verteilt.
Die Prozentzahl der gesamten Windungen N in den Spulen 140 bis 155 wird dadurch berechnet, daß die Anzahl von Windungen in den Nuten bestimmt wird, in denen die Spulen eingesetzt sind und die relative Richtung des Einsetzens oder des Stromflusses durch die Spulen in Rechnung gestellt wird. Die Prozentzahl an Gesamtwindungen N in den Spulen 140 bis 155 ist wie folgt errechnet:

Spule
N_H = N₃ = -4,039,

Nj = N₃ + N₁ = -4,039 + 15,961 = +11,922,

Nr. = -JVo

(11,629) = +11,629,

N_F = -(N₉ + N₁₁) = -(-11,629 + 19,432) = -7,803,

N_E = -(N₉ + N₁₁ + N₁₃) = -(-11,629 + 19,432 -9,221) = +1,418,

N_D = -N₈ -(-6,670 = +6,670),

N_B = -(N₆ + N« +N₉ + N₁₁ + N₁₃)

= -(17,817 - 6,670 - 11,629 + 19,432 - 9,221) = -9,729,

N₄ = N₂ = 1,352,'

Nc = -(N₆ + N₈+ N₉ + N₁₁ + N₁₃ + N₉ +N₂) = -(-2,808) = 2,808,

wobei

N_A die

N_B die

N_c die

N_D die

N_E die

N_F die

N₀ die

N_H die

N₇ die

N₂ die

JV₄ die

N₆ die

N₈ die

N₁₃ die

N₁₁ die

N₉ die

N₃ die

N₁ die

Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl
Windungszahl

der Spulen 140
der Spulen 142
der Spule 144,
der Spulen 145
der Spulen 147
der Spulen 149
der Spulen 151
der Spulen 153
der Spule 155,
der Spule 121,
der Spule 122,
der Spule 123,
der Spule 124,
der Spule 125,
der Spule 126,
der Spule 127,
der Spule 128,
der Spule 129

bis 141
und 143,

und 146,
und 148,
und 150,
und 152,
und 154,

Das negative Vorzeichen zeigt an, daß die Spulen im Uhrzeigersinn in die Nuten eingelegt und das positive Vorzeichen zeigt an, daß die Spulen in die Nuten entgegen dem Uhrzeigersinn eingesetzt werden müssen.

Die F i g. 4 zeigt ein Datenübertragungssystem, das einen gemäß der Erfindung aufgebauten Drehmelder enthält und einen Sender (Geber) 200 und einen Steuerwandler 202 enthält. Der Geber 200 weist einen Rotor 204 auf, der in Übereinstimmung mit einer Zustandsänderung von einer Fühleinrichtung für diesen Zustand 205 über ein Verbindungsglied 207 eingestellt werden kann. Der Rotor 204 enthält eine von einer Energiequelle E₁ erregte zweipolige Wicklung 206 (die Energiequelle kann 15VoIt, 400 Hertz aufweisen) und eine von einer Energiequelle E₂ erregte vielpolige Wicklung 208 (die Energiequelle kann 26 Volt, 400 Hertz aufweisen). Der Sender (Geber) 200 besitzt einen Stator 210 mit drei Ausgangswicklungen 212 für eine einzige Periode, welche mit der zweipoligen Rotorwicklung 206 zusammenarbeiten, sowie drei mit der vielpoligen Rotorwicklung 208 zusammenarbeitende vielperiodige Ausgangswicklungen 214. Der Steuerwandler 202 ist ähnlich wie der Geber 200 ausgeführt und enthält einen Rotor 216 mit einer zweipoligen Wicklung 218 und eine vielpolige Wicklung 200, die für den nachstehend beschriebenen Zweck mit einem Schaltnetzwerk 222 verbunden ist. Der Steuerwandler enthält einen Stator 224 mit drei an die Statorwicklungen 212 angeschlossenen einperiodigen Wicklungen 226 und drei mit den Statorwicklungen 214 verbundene vielperiodige Wicklungen 228. Der einperiodige Abschnitt des Senders oder Gebers 200 und des Steuerwandlers 202 ergibt eine Grobregelung, und der vielperiodige Abschnitt des Gebers 200 und des Steuerwandlers 202 ergibt eine Feinsteuerung. :■·"■■..

Das Schaltnetzwerk 222 ist mit einem Verstärker 230 verbunden, der die vom Steuerwandler kommenden Signale verstärkt und die verstärkten Signale dem Servosteuermotor 234 zuführt, der mit einer Energiequelle verbunden ist. Der Servomotor steht in Antriebsverbindung mit dem Rotor 216 des Steuerwandlers 202 und in der dargestellten Anordnung mit einem Anzeigegerät 238 über ein Getriebe 240. Das Schaltnetzwerk enthält zwei Dioden 242, 244, die zwischen der zweipoligen Wicklung 218 und dem Verstärker 230 über eine Leitung 245 angeschlossen sind. Die vielpolige Wicklung 220 ist über Widerstände 246, 252 und eine Leitung 245 mit dem Verstärker 230 und über einen Widerstand 246 und zwei Dioden 248, 250 mit Erde verbunden.

Wenn ein Signal relativ großer Amplitude an der zweipoligen Wicklung 218 erscheint, wird über die Dioden 242, 244 und den Leiter 245 ein Signal dem Verstärker 230 zugeführt. Während dieser Zeit sind die Dioden 248, 250 leitend, und für das von der vielpoligen Wicklung 220 kommende Signal wird eine Verbindung über den Widerstand 246 und die Dioden 248,250 zu Erde geschaffen. Wenn das von der zweipoligen Wicklung 218 kommende Signal in seiner Amplitude abnimmt und sich Null nähert, werden die Dioden 242, 240 und 248, 250 nichtleitend, und das Signal der mehrpoligen Wicklung 220 wird über die Widerstände 246,252 und den Leiter 245 dem Verstärker zugeführt.

Mittels dieser beschriebenen Anordnung steuert der zweipolige Abschnitt des Gebers und des Steuerwandlers den Betrieb des Motors 234, wobei das Anzeigegerät 238 angenähert in seine Lage gebracht wird, wonach der mehrpolige Abschnitt des Gebers und Steuerwandlers den Servomotor in eine genauere Stellung des Anzeigegerätes bringt.

Der hier beschriebene Drehmelder behält in einem Arbeitsbereich von 360° einen Fehler von weniger als einer Minute bei, auch wenn, mechanische und thermische Beanspruchung auftreten, die von Umgebungsbedingungen herrühren, wie sie in Geschossen und Raketen herrschen, die sich außerhalb der Erdatmosphäre befinden. Der Verhältnis von Empfindlichkeit zu Störungen ist so, daß der Sender (Geber) Signale erzeugt, die im wesentlichen von Harmonischen und um 90° phasenverschobenen Spannungen frei sind, so daß der Drehmelder innerhalb der genannten Genauigkeit ohne aufwendige Hilfseinrichtungen zur Beseitigung der Harmonischen und Sperrung der 90°-Phasenverschiebung verwendet werden kann. Der neue Drehmelder vermeidet die den bisher benutzten mechanischen Systemen innewohnenden Nachteile und arbeitet in weiten Temperaturbereichen und bei Beanspruchungen, die eine Formänderung ergeben mit einer Genauigkeit von 30 Bogensekunden. Die Erfindung ist zwar als gebräuchlicher Synchronantrieb mit drei um einen Winkel von 120° versetzten Wicklungen beschrieben worden, es kann jedoch jede beliebige Anzahl von Windungen verwendet und diese um irgendeinen geeigneten Winkel versetzt sein. Beispielsweise kann die Erfindung bei einem Auflösegerät verwendet werden, das zwei durch einen Winkel von 90° getrennte Wicklungen aufweist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Drehmelder mit relativ zueinander beweglichem, induktiv gekoppeltem Stator und Rotor, deren Wicklungen von einer Wechselspannungsquelle erregt sind und zwei- und mehrpolig ausgebildet sind, so daß zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh-

009 582/120

meider sowohl in seinem Stator (3) als auch in seinem Rotor (1) zwei- (31 bis 42; 111 bis 119) und mehrpolige (51 bis 72; 121 bis 129) Wicklungen besitzt, so daß gleichzeitig und ohne Umschaltung Wechselspannungen (A, B) verschiedener, jedoch in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehender Frequenzen erzeugbar sind, die der Verdrehung des Drehmelders proportional sind und zur Grob- und Feinanzeige dienen.

2. Drehmelder nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der von der auf dem Rotor (1) befindlichen vielpoligen Wicklung (51 bis 72)

erzeugte vielpolige Magnetfluß γ Pole aufweist,

wobei η ein Vielfaches von vier und größer als vier ist, und daß die von der auf dem Stator (3) angeordneten vielpolige Wicklung (121 bis 129)

erzeugte vielperiodige Ausgangsspannung ~ Perioden enthält, wenn die Elemente (1, 3) eine Relativdrehung über den bestimmten Winkel ausführen.

3. Drehmelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stator (3) drei um einen Winkel von 120° versetzte Gruppen von Wicklungen angeordnet sind.

4. Drehmelder nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Sternschaltung der Wicklungen auf Rotor und Stator.

5. Drehmelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Rotor (1) befindlichen Wicklungen (31 bis 42; 51 bis 72) durch Wechselstrom erregt sind.

6. Drehmelder nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einpolige Wicklung (111 bis 119) auf dem Stator (3) so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung

E = K₁Ei_nSm (2 Tr ft + A₁) Sin B

erzeugbar ist, und daß die vielpolige Wicklung (51 bis 72) auf dem Rotor (1) so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung

E = K₁E_1n Sin (2 nft + A₁) Sin ^- B

45

erzeugbar ist, wobei bedeutet £,·„ die Eingangsspannung, K₁ und K₂ das Verhältnis der maximalen Sekundärspannung zur Eingangsspannung, / die erregende Frequenz der Wechselstromquelle, t die Zeit, A₁ und A₂ die Phasenverschiebung der Sekundärspannung zur Eingangsspannung E_in und B die Rotorstellung.

7. Drehmelder nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite andere, auf dem Stator (3) angeordnete einpolige Wicklung, die von der ersten einpoligen Wicklung um einen Winkel von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß eine Ausgangsspannung gemäß der folgenden Gleichung entsteht:

5°

55

60

Ε_φ =

(2π/ί + A₁)Sm (B + Φ)

und daß eine auf dem Sta'tor (3) angeordnete erste vielpolige Wicklung (121 bis 129), die von der zweiten vielpoligen Wicklung um einen Winkel

von Φ versetzt ist, so verteilt ist, daß ein Ausgangssignal gemäß der folgenden Gleichung erzeugt wird:

E₀ = K₂E_1n Sin (2 nft + A₂) Sin

8. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (31 bis 42; 51 bis 72) des Rotors (1) zwei- und 22polig ausgebildet sind und der Staror (3) 27 Nuten aufweist, wobei die auf dem Stator (3) angeordnete zweipolige Wicklung (111 bis 119) in den Nuten in parallelen unabhängigen Spulen verteilt ist und die Windungen jeder Spule mit den angegebenen Nutenschntten die folgenden prozentualen Anteile der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:

Nutenschritt der Spule Windungen in Prozent der
Gesamtwindungen 6 4,039 8 9,221 10 13,889 12 17,817 13 19,432 11 15,961 9 11,629 7 6,670 5 1,352

9. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vielpolige Wicklung (121 bis 129), die sich auf dem Stator (3) befindet, in den Nuten in parallelen unabhängigen Spulen verteilt ist, wobei die Windungen jeder Spule mit dem angegebenen Nutenschritt die folgenden prozentualen Anteile an der gesamten Windungszahl der Wicklung ausmachen:

Nutenschritt der Spule Windungen in Prozent der
Gesamtwindungen 2 1,352 4 13,889 6 17,817 8 6,670 13 9,221 11 19,432 9 11,629 3 4,039 1 15,961

10. Drehmelder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung für die zweipolige Wicklung (31 bis 42) niedriger gewählt ist als diejenige für die mehrpolige Wicklung (51 bis 72).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen