DE2221099A1

DE2221099A1 - Elektromagnetische Vorrichtung zur Bestimmung der Laeuferstellung

Info

Publication number: DE2221099A1
Application number: DE19722221099
Authority: DE
Inventors: Bruno Leon
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1972-11-02
Also published as: NL7205565A; FR2135800A5; IT953788B; BE782292A; GB1382670A

Description

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DR. MOLLER-BORi-· DH. Fv'ANITZ - DR. DEUFEL L 2 5 Z 7

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TELEFOW 225110

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, 75-PARIS 8e, (Frankreich)

ELEKTROMAGNETISCHE VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER LaUFERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung zur Bestimmung der Läuferstellung, insbesondere der Stellung des Läufers eines Gleichstrominduktions-Synchronmotors.

Bekanntlich wird bei solchen Motoren die Ständerwicklung mit einem Dreiphasenwechselstrom gespeist, dessen Grundfrequenz entsprechend der Drehzahl des Läufers geregelt wird. Der Läufer derartiger Motoren dreht sich mit synchroner Drehzahl, und die Wirkung des Drehsektors der Induktion hält diese Bewegung aufrecht. Auf diese Weise wird ein Feld erzeugt, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Welle dreht,

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und zwar ganz gleich, welche Geschwindigkeit diese aufweist. Mit fortschreitender Drehung des Läufers muss der Läufer Schalttransistoren in einer derartigen Kadenz auslösen, dass der die Ständerwicklungen speisende Strom in Form von Wechselstrom mit synchroner Frequenz und entsprechender Phasenverschiebung zugeführt wird.

Es muss daher mit grosser Genauigkeit die Rotorstellung bekannt sein, damit das von den Ständerwicklungen erzeugte Drehfeld gesteuert werden kann. Hierzu werden in der Regel feststehende Kollektoren auf 4er Welle angebracht, die den Nulldurchgang des Läufers bestimmen.

Für diese Kollektoren sind Kohlebürsten erforderlich, die den Nachteil haben, sich unvermeidlich abzunutzen und infolge der ira elektrischen Stromkreis erfolgenden Unterbrechungen Funken zu erzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektromagnetische Vorrichtung zur Bestimmung der Stellung eines Läufers, insbesondere eines zweipoligen oder sechspoligen Läufers mit mindestens einem Differenzmesser, bestehend aus mit Wechselstrom gespeisten Erregerspulen und aus einer Detektorspule, welche die während des Vorbeirückens einer Magnetnocke vor den Erregerspulen erzeugten Magnetflussänderungen ermitteln, und die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Differenzmessern aufweist, die auf dem die Läuferwelle umgebenden Ständer angeordnet sind, und dass der Ständer eine Reihe ron durch Zähne getrennten Nuten aufweist, in dtnen di·

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•Erregerspulen und Detektorspulen untergebracht sind, und dass die auf der Welle angeordnete Nocke in jeder der Detektorspulen einen Strom erzeugt, der von der jeweiligen Stellung des Läufers in bezug auf die Pole des Ständers des Motors abhängt.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, in der gleiche Teile mit gleichen Ziffern versehen sind.

In Fig. 1 sind die kreisförmig angeordneten Differenzmesser für einen zweipoligen Läufer in einer Geraden abgewickelt gezeigt.

Fig. 2 zeigt schematisch die Erregerspulen der Differenzmesser.

Fig. 3 zeigt schematisch die Detektorspülen bei einem sechspoligen Läufer.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht der Nocke bei einem sechspoligen Läufer.

In Fig. 1 ist als Gerade abgewickelt ein kreisförmiger Ständer mit 24 durch Zähne getrennte Nuten 1 bis 24 gezeigt. In den Nuten und an deren Ende sind Erregerspulen angeordnet, deren Wicklungssinn mit einem Pluszeichen im Falle von in die Zeichnungsebene weisenden Drähten und mit einem Minuszeichen ini Falle von aus der Zeichnungsebene herausführenden Drähten eingegeben ist. Zwölf Detektorspulen Dl bis D12 sind in den Nuten 1 bis 24 derart gewickelt, dass die Spule Dl aus einer

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Wicklung besteht, die in die Nuten 2 und 3, die Spule D2 in die Nuten 4 und 5 eingreift usw. Eine Nocke 25 aus magnetischem Stoff, beispielsweise Weicheisen, die aus einer runden Scheibe mit einer Auszackung besteht, verschiebt sich vor den Erregerspulen. Diese Nocke wird von der Motorwelle betätigt. Das Ganze bildet eine Reihe von Differential-Transformatoren wie beispielsweise der Transformator zwischen den Nuten 1 und 4, und jeder Differential-Transformator besteht aus zwei Erregerspnlen und einer Detektorspule.

Durch die Erregerspulen fliesst ein Wechselstrom einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz. Wenn sich die Nocke 25 in der in der Fig. gezeigten Stellung befindet, ist der Magnetfluss im zwischen den Nuten 2 und 3 befindlichen Kern gleich Null, und in der Wicklung Dl wird keine Spannung induziert. Wenn sich die Nocke nach rechts bewegt und eine Stellung gegenüber der Nute 2 einnimmt, verringert sich der magnetische Widerstand des Kreises um die Nocke 2 herum, und der Magnetfluss im zwischen.den Nuten 2 und 3 befindlichen Vorsprung nimmt zu. Eine in der Wicklung Dl induzierte Wechselspannung nimmt ab. Wenn sich die Nocke noch weiter nach rechts in die Stellung gegenüber Nute 3 bewegt, sind die von den in den Nuten 2 und 3 befindlichen Erregerspulen erzeugten Magnetflüsse gleich, und in der Wicklung Dl wird keine Spannung induziert. Bei einer bestimmten Stellung der Nocke 25 besteht ein Höchstwert des Magnetflusses, und die in den Detektorspulen induzierte Spannung richtet sich nach den Magnetfluss-

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änderungen. Die Form des Impulses hängt nicht von der Geschwindigkeit der Nocke ab, i_o dass die Ermittlung der betreffenden Stellung, selbst bei Stillstand, möglich ist. Die von den zwölf Detektorspulen,Dl bis D12 kommenden veränderlichen Spannungen werden durch eine Schaltmatrix zur Speisung der Träger von zwölf Thyristoren gesteuert. Diese Thyristoren steuern den Übergang des Stromes zu den drei Ständerspuleri des Motors, die ein Drehfeld synchron zur Drehzahl der Welle er-.zeugen.

Fig. 2 zeigt die Wicklungsweise der Erregerspolen der Fig. 1.

Sechs Spulen sind in den geradzahligen Nuten 24,2 4,6 - 8,10 usw. angeordnet und hintereinander in Reihe geschaltet. Sie sind mit sechs anderen Spulen verschachtelt, die im gleichen Sinn gewickelt und in den ungeradzahligen Nuten 1,3 - 5,7 - 9,11 usw. angeordnet sind. Die zuletzt genannten Spulen sind gestrichelt dargestellt, und beide Spulengruppen werden durch einen Sinusspannungs-Generator der Frequenz 100 kHz gespeist.

Diese Vorrichtung dient zur elektromagnetischen Ermittlung der Stellung eines zweipoligen Läufers aus einem einzigen Magneten bzw. einer Spule. Bei dieser Ausführungsart muss die Ermittlung der Stellung auf dem gesamten Umfang des Ständers erfolgen, und die zwölf Detektorspulen sind in regelmassigen Abständen auf dem Umfang angeordnet.

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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsart handelt es sich um einen sechspoligen Läufer, der aus drei Magneten bzw. drei Spulen besteht, die jeweils im Winkel iron 120° zueinander angeordnet sind. In diesem Fall müssen die zwölf Detektorspulen in einem Sektor von 120° angeordnet sein, damit sie die Lauferstellung ermitteln können.

Fig. 3 zeigt 36 Detektorspulen Dl bis D36. Der Ständer weist 72 Nuten auf, in denen die Erregerspulen nach dem gleichen Prinzip wie bei einem zweipoligen Läufer untergebracht sind, d.h. eine Gruppe von 18 Spulen befindet sich in den geradzahligen Nuten, und eine Gruppe 18 weiteren Spulen befindet sich in den ungeradzahligen Nuten.

Der Anschluss der Detektorspulen erfolgt nach besonderen Regeln. Es gibt zwölf Gruppen von drei Spulen, die miteinander verbunden und jeweils um 120° versetzt sind, so dass beispielsweise der Anschluss von Dl, D13, D25, - D2, D14, D26, - D3, D15, D27 usw. erfolgt.

In Fig. 4 ist eine Nocke mit drei Auszackungen 26, 27, 28 zur Verwendung bei einem sechspoligen Läufer gezeigt. Die vor den drei Detektorspulengruppen vorbeigeführten Auszackungen induzieren in Phase befindliche Spannungen. Es können drei Detektorspulen in Reihe oder parallel geschaltet werden, je nachdem ob eine verdreifachte Spannung oder ein durch drei geteilter Innenwiderstand erzielt werden soll.

Ebenso wie beim zweipoligen Läufer dienen die zwölf

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von den Detektorspulen abgegriffenen Spannungen zur Betätigung von zwölf Thyristoren, die aus einer Gleichspannung Wechselstrom erzeugen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich für alle Fälle, in denen die Stellung einer sich um ihre Achse drehenden Welle zu bestimmen ist, und ganz besonders, wenn die Drehung eines Läufers mit einem Drehfeld in Übereinstimmung gebracht werden soll.

Sie eignet sich insbesondere bei Induktions-Synchronmotoren, deren Ständer mit Wechselstrom einer Frequenz gesteuert wird, die von der Drehzahl der Welle abhängig ist.

- Patentansprüche 209845/0934

Claims

PATENTANSPRÜCHE

A Elektromagnetische Vorrichtung zur Ermittlung der Stellung eines Läufers, insbesondere eines zweipoligen oder sechspoligen Läufers eines Motors mit mindestens einem Differenzmesser, bestehend aus mit Wechselstrom gespeisten Erregerspulen und aus einer Detektorspule, welche die während des Vorbeirückens einer Magnetnocke vor den Erregerspulen erzeugten Magnetflussänderungen ermitteln, wobei die auf der läuferwelle angeordnete Nooke in jeder Detektorspule einen Strom erzeugt, der von der jeweiligen Stellung des Läufers in bezug auf die Ständerpole des Motors abhängt, und die Differenzmesser auf einem Ständer angebracht sind, der die Welle des Läufers umgibt und durch Zähne voneinander getrennte Nuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorspulen (D1 bis D12) in den Nocken (1 bis 24) und die Erregerspulen an den dem Läufer am nächsten liegenden Ende der Nuten angeordnet sind.

2, Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwölf Differenzmesser, Detektorspulen bzw. Erregerspulen vorgesehen sind, und dass eine· erste Gruppe von sechs Erregerspulen, die miteinander in Reihe geschaltet und in den geradzahligen Nuten (24,2 - 4,6, - 8,10) angeordnet sind, mit einer zweiten Gruppe von sechs Spulen verschachtelt ist, die

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mite inander in Reihe geschaltet und in den ungeradzahligen Nuten (1,3 - 5,7 - 9,10) untergebracht sind, wobei die Noeke (25) als Scheibe mit einer einzigen Auszackung ausgebildet ist,

3. Elektromagnetische Vorrichtung zur Ermittlung der Stellung eines sechspoligen Läufers nach ,Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils 36 Differenzmesser, Detektorspulen und Erregerspulen vorgesehen sind und dass eine erste Gruppe von 18 Erregerspulen, die miteinander in Reihe geschaltet und in den geradzahligen Nuten untergebracht sind, mit einer zweiten Gruppe von 18 Spulen verschachtelt ist, die miteinander in Reihe geschaltet und in den ungeradzahligen Nuten untergebracht sind, und dass die Detektorspulen zwölf Gruppen von jeweils drei Detektorspulen (D1, D13, D25) bilden, die in Reihe geschaltet und, jeweils in bezug auf die nächste um 120° versetzt, auf dem Ständer angeordnet sind, wobei die Nocke als Scheibe mit drei Auszackungen (26, 27, 28), die jeweils um 120° voneinander versetzt sind, ausgebildet ist.

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