DE1923972C - Wechselstrom Drehmelder - Google Patents

Description

F i g. 4 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 3, jedoch für den Drehmelder nach F i g. 2,

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung im Schnitt tines bei den Ausführimgsbeispielen verwendeten Wandlers,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Γ i g-5 und

F i g. 7 eine Prinzipschaltung zur Erzeugung der gewünschten Spannungen mit Hilfe der Wandler.

Ciemäß F ι g. 1 läuft eine an der Welle Il befestigte Scheibe 10 mit ihrem Umfang durch Wandler Ma, }2b und 13a, 136. Der Radius der Scheibe ist nicht konstant, sondern schwankt nach einer Sinusfunktion mi den mittleren Radius r„. Die maximale Abweichung vom mittleren Radius r₀ sei /1/;. Der Radius hai also einen Wert

r' r_u ' Ah · sin η .

F i g. 5 und 6 /eigen Einzelheiten des bei den /uisführungsbeispielen verwendeten Wandlers, der ims einer Drossel mit Luftspalt 16 besteht und einen Kern 15 bewickelt mit einer Spule 14 besitzt. Die iinu\förmig ausgebildete Kante der Scheibe 10 läuft durch den Luftspalt !6, der eine Tiefe /; besitzt. Die Anordnung zwischen Scheibe und Drossel ist derart getroffen, daß beim mittleren Radius r₀ die Scheibe bis in die Mitte des Luftspaltes hineinreicht und um diese Lage sinusförmig schwanke Hierdurch wird auch die Induktivität sinusförmig verändert; ebenso der Blindwiderstand, der sich bei Anlegen einer Wechselspannung von beispielsweise 400 Hz an die Spule 14 ergibt.

Obwohl für jede zu erzeugende Spannung ein Wandler genügen würde, ist aus Gründen der Symmetrierung und Temperaturkompensation pro abzugebender Spannung ein Wandlerpaar vorgesehen, wobei die Wandler jedes Paares um 180' versetzt sind und der Winkel zwischen den Wandlern des anderen Paares jeweils 90° beträgt. Die Drosseln 12«, 126 bzw. 13a, 136 mit den Induktivitäten L₀, L₀ bzw. L₆₀, L₉₀' sine zu je einer induktiven Halbbrücke zusammengeschaltet, wie dies F i g. 7 zeigt.

An einen Transformator 19 wird eine Wechselspannung, beispielsweise 400 Hz, angelegt. An zwei Sekundärwicklungen entsteht die Brüekenspannung Uhr für die beiden Halbbrücken. Zum Abgleich des Blindwiderstandes ist je ein Potentiometer 17 bzw. 18 in jeder Halbbrücke vorgesehen. Den anderen Teil jeder Brücke bildet ein Potentiometer 20 bzw. 21, an dem die Spannung.\U abgenommen und über je einen Trennverstärker 22 bzw. 23 an den Ausgang geführt wird.

Die Spannung AU hat folgenden Wert:

Da das andere Wandlerpaar 13a oder !3/» uii 90^J versetzt ist, ergibt sich folgender Wert

ΙΛ ItZ₉₀, K,-UUf -cosy.

Nun haben bekanntlich bei Drehmeldern die beider Spannungen folgende Werte:

•/'•sin

AU

_Avt---

wobei ρ eine TransformationskonstanU: ist.

Diese Werte entsprechen aber genau den Spannun gen, die bei dem Alisführungsbeispiel auftreten

wobei die Konstanten unberücksichtigt gelassei werden können.

Dieses System ermöglicht es somit, einen Dreh meider ohne Rotorw'cklung und damit ohne Schleif ringe zu bauen.

ίο Bei dem Ausführungsbeispiel nach F ι g. 1 er streckte sich eine volle Sinusschwingung um dei ganzen Umfang der Scheibe 10. Dies ist besonder deutlich aus F i g. 3 ersichtlich, aus der auch seh. anschaulich der Einfluß der sinusförmigen Ausbil

_a5 dung des Umfangs auf die Wandler hervorgeht Man muß sich dabei vorstellen, daß die gezeigte Sinusschwingung durch den Wandler hindurchge schoben wird.

Fine noch genauere Auswertung der Stellung dei

Wellell läßt sich dadurch erreichen, daß der Um fang der Scheibe 10 mit mehreren, beispielsweisi n Perioden, ausgestaltet wird. Als Ausgangsspannan gen ergeben sich dann folgende Werte:

U₀ - Ä'₂ · Uhr ■ " ■ sin ⁷ und Ii η

,ItZ₉₀ ■-■- K₂- U_hr

1 h

• cos

AU=-- K₁- Uhr

\L L

wobei K eine sich aus der Anordnung ergebende Konstante ist.

Die Induktivitätsänderung ' - ist abhängig von

dem unterschiedlich tiefen Eindringen der Scheibe 10 in den Luftspalt 16 und ist für kleine Werte proportional dc^r Abweichung des Radius vorn mittleren Radius/·,,. Formelmäßig ausgedrückt bedeutet dies, daß

AU = K₂- Uhr- Ah -sin <, ,

wobei I/i die maximale Abweichung vom mittleren Radius /■„ i.si.

Eine derartige Scheibe kann bei der Anordnunj der Wandler gemäß F i g. 1 angewendet werden.

F i g. 2 zeigt jedoch ein Aiisführungsbeispiel, be dem mechanische Toleranzen, insbesondere das Spie der Welle 11, kompensiert werden können. Die gelingt dadurch, daß man die Wandler nicht sym metrisch anordnet, sondern die beiden Wandle jedes Paares 12a, Mb bzw. 13a, 136 benachbar unter einem Winkel von Ϊ80^J geteilt durch η zu einander vorsieht und die Paare diametral anordnet Ein etwa auftretendes Spiel wird dann kompensiert Eine Änderung der Induktivität hat nämlich gleiche Vorzeichen für die Störgröße.

Es sei bemerkt, daß bei den in den Ausführungs beispielen gezeigten Drehmeldern das Meßsigna einen besonders geringen Fehler aufweist, der un einen Wert von etwa 13 liegt, während bei der üblichen Systemen die Phasendrehung bis zu 45 betragen kann.

Obwohl die beiden Ausführungsbeispiele sich au: Rotations-Drehmelder beziehen, läßt sich das erfin dungsgemäße Prinzip auch in linearer Richtung anwenden Die Wandler sind dann in einem ent sprechenden Abstand voneinander längs einer Ge radon angeordnet, und in ihren Luftspalten lauf die sinusförmig ausgebildet Kante eines Blech Streifens. Es ergeben sich dann ähnliche Verhältnissi wie bei der Drehung der Welle 11. denn es entsteher

wiederum zwei Spannungen, die die Lage des Blechstreifens relativ zu den Wandlern definieren. Derartige Messungen können bei der Lagefeststellung von linearen Bewegungen von besonderem Vorteil sein. Gedacht ist beispielsweise an Werkzeugmaschinensteuerungen oder programmierte Zeichentische.

Die Scheibe 10 ist vorzugsweise aus einem Material hoher Permeabilität, damit eine maximale Induktivitätsänderung erzielt wird.

Andere Ausfuhrungsbeispiele können andere Wandler verwenden.

Es kann auch erwünscht sein, statt der Sinusfunktion eine andere Funktion, z. B. eine Dreiecksfunktion zu verwenden.

Es können ferner gleichzeitig ein Grob- und ein Feinclrehmclder angewendet werden, wobei bei dem Grobdrehmelder die Funktion weniger oft auf dem Umfang verteilt ist als bei dem Feindrehmcldcr. Eine eindeutige Einstellung erhält man dünn durch Mischen der Ausgangssignale. Über eine Analog-Digitalwandlung kann auch ein digitaler Zähler mit Ziffernanzeige angesteuert werden.

An die Stelle der konturenmäßigen Ausbildung des beweglichen Teils kann auch eine Änderung einer anderen physikalischen Eigenschaft angewendel werden. Als Beispiel dafür sei eine entsprechend« magnetische Aufzeichnung auf einer magnetisier baren Schicht, die an den Wandlern vorbeigeführ wird oder eine sich längs des Weges ändernde Licht durchlässigkeit genannt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

ι 2 nungen, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, Patentansprüche: entnommen werden. .

1. Wechselstrom-Drehmelder mit einem Wick- 11. Wechselstrom-Drehmelder nach einem der lungen tragenden festen Aufbau und mit einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeicnm.t Hilfe eines Stroms mit Trägerfrequenz diese 5 net, daß die Wandler als Drosseln mit Luftspalt Wicklungen in Abhängigkeit von seiner Stellung ausgeführt sind, durch die die Kante des bewegbeeinflussenden beweglichen Teil, dadurch liehen Teiles lauft,
gekennzeichnet, daß die Wicklungen des

festen Aufbaus von dem Strom mit der Trägerfrequenz durchflossen sind und daß der beweg- io

liehe Teil stromlos ist und lediglich durch seine Die Erfindung betrifft einen Wecnselstrom-Dreh-Formgebung und/oder fest eingeprägte Ma^neti- meider mit einem Wicklungen !ragenden festen Aufsieruiig auf die Wicklungen des festen Aufbaus bau und η it einem mit Hilfe eines Stroms mit I ra gereinwirkt, frequenz diese Wicklungen in Abhängigkeit von

2. Wechselstrom-Drehmelder nach Anspruch 1, 15 seiner Stellung beeinflussenden beweglichen Teil,
dadurch gekennzeichnet, dali der feste Aufbau Ein derartiger Drehmelder ist aus »Feinwerkkreisförmi." ist, die Wicklungen (14) auf längs technik«, I960, S. 142 bis 146, bekanntgeworden, des Umfangs des festen Aufbaus angeordneten Sowohl sein fester Aufbau (Stator) als auch sein Wandlern (12a, 12/>; 13«. Uh) angeordnet sind beweglicher Teil (Rotor) besitzen Wicklungen, wobei und der bewegliche Teil die Torrn einer Scheibe ao den Wicklungen des Rotors ein Strom mit Träger-(10) besitzt, deren Umfang entsprechend einer frequenz über Schleifringe zugeführt wird. Bei sehr mathematischen Funktion ausgebildet ist. genauen Nachlaiifsystemen, bei denen ein derartiger

3. Wechselstrom-Drehmelder nach Anspruch 1, Drehmelder als Sender verwendet wird, ist das durch dadurch gekennzeichnet, daß der feste Aufbau die Schleifringe entstehend? Reibmoment sehr nachlinear ist, die Wicklungen auf über seine Länge »5 teilig, da es zu merklichen Ungenauigkeiten führt, verteilten Wandlern angeordnet sind und der Außerdem sind die Wicklungen eines solchen Drehbewegliche Teil aus einem Streifen besteht, dessen meiders sehr kompliziert und aufwendig.

eine im Bereich der Wandler verlaufende Kante Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wechselstromgemäß einer mathematischen Funkt jn ausge- Drehmelder der eingangs genannten Art in seinem bildet ist. 30 Aufbau wesentlich zu vereinfachen und in seiner

4. Wechselstrom-Drehmelder nach r. iem der Funktion zu verbessern.

Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

die Ausbildung des Umfangs bzw. der Kante die Wicklungen des festen Aufbaus von dem Strom

des beweglichen Teiles sinusförmig ist. mit der Trägerfrequenz durchflossen sind und daß

5. Wechselstrom-Drehmelder nach einem der 35 der bewegliche Teil stromlos ist und lediglich durch Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Formgebung und/oder fest eingeplante Magnedie Ausbildung des Umfangs bzw. der Kante tisierung auf die Wicklungen des festen Aufbaus des beweglichen Teiles längs der Gesamterstrek- einwirkt.

kung mehrere Perioden der Funktion umfaßt. Der Begriff V echselstrom-Drehmelder umfaßt auch

6. Wechselstrom-Drehmelder nach einem der 40 lineare Bewegungen, wobei ein derartiger Drehmelder Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß besonders für Werkzeugmaschinen- und andere für je eine zu erzeugende Spannung zwei Wandler Steuerungen verwendet werden kann, bei denen (12α, 12Λ; 13α, 13Λ) vorgesehen sind, die in mechanische Linearbewegungen exakt durch Span-Form einer Halbbrücke geschaltet sind, während nungswerte ausgedrückt "verden sollen.

an der anderen Brückenhälfte die Spannung 45 Die Formgebung des beweglichen Teils ist bevor-

abgenommen wird. zugt sinusförmig; sie kann eine oder mehrere Perioden

7. Wechselstrom-Drehmelder nach Anspruch 6. längs des Umfangs bzw. der Kante aufweisen. Für dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander jede zu erzeugende Spannung werden vorteilhaft gehörenden Wardlerpaare (12t/, 12Λ; 13a, 13/>) zwei die Wicklungen tragenden Wandler mit 180 el jeweils nebeneinander angeordnet sind. 50 Abstand vorgesehen. Die Wandlerpaare sind zweck-

8. Wechselstrom-Drehmelder nach Anspruch 6, mäßig um 90 el gegeneinander versetzt. Die Wandler dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandler (12a) selbst könntn ais Drosseln mit Luftspalt ausgeführt eines Paares (12a, 12h) jeweils neben einem sein, durch die die Kante des beweglichen Teils läuft. Wandler (13o) eines anderen Wandlerpaares Mit dem erfindungsgemäßen Wechselstrom-Dreh-OS«, I37>) angeordnet ist. 55 mclder im Sendeteil läßt sich ein äußerst empfind-

9. Wechselstrom-Drehmelder nach einem der liches Nachlaufsystem aufbauen. Die Wicklungen vorhergehender, Ansprüche, dadurch gekennzeich- am beweglichen Teil fallen weg, ebenso die störenden net, daß der eine Wandler (12a) eines Paares Schleifringe.

(12a, 12h) von dem entsprechenden Wandler Ausführiingsbeispiele der Erfindung werden nun

(13«) des nächsten Paares (13a, 13/>) in einem 6° an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Abstand angeordnet ist, der der Phasenverschie- F i g. I eine erste Ausführungsform eines erfin-

bung (/.. B. 90') der von den beiden Wandler- dungsgemäßen Wechselstrom-Drehmelders,

paaren abgenoii.iuenen Spannungen entspricht. F i g. 2 eine zweite Ausführungsform ähnlich

10. Wechselstrom-Drehmelder nach einem der Fig. 1, jedoch mit anderer Anordnung der Wickvorhergelinuien Ansprüche, dadurch gekennzeich- 65 lungen und anderer Funktionsbeziehung,

•iet, daß die Wandler (12«, 12ft) jedes Wandler- F i g. 3 eine schematisch abgewickelte Darstellung

paart.- in einem derartigen Abstand voneinander des Drehmelders nach F i g. I mit stark vergrößerten

nnocciriiiiet sind, daß ihnen jeweils gleiche Span- lunktionswerten,