DE2222912C3 - Anordnung zur Erzeugung von Signalen mittels eines induktiven Drehmelders - Google Patents

Description

Für verschiedene Zwecke der Steuer- und Regeltechnik ist es bekannt, lageabhängige elektrische Größen mittels eines induktiven Drehmelders als Signale oder Impulse /u erzeugen, die in bestimmter Beziehung /u der Rotation eines Körpers stehen. So ist aus der DT-AS 10 54 354 eine Anordnung zur Erzeugung von lageabhängigen elektrischen Signalen mittels eines induktiven Drehmelders bekannt, die aus einem rotierenden, wicklungslosen, gezahnten Läufer besteht und einem Ständer, an dessen Umfang Zähne mit aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Primärwicklungen und Zähne mit zu verschiedenen Klemmen führenden Sekundärwicklungen abwechseln. Diese bekannte Anordnung dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals,, nämlich einer von den Sekundärwicklungen direkt abgreifbaren Spannung, die positive und negative Werte durchläuft und deren jeweilige Amplitude ein genaues Maß für die relative Lage des Rotors zum Stator ist. Rr diesen Zweck sind die gegenüberliegenden Sekundärwicklungen paarweise gegensinnig in Reihe geschaltet und die in ihnen induzierte Spannung ist bereits das gewünschte elektrische Signal, das unmittelbar verwertet wird.

Außerdem ist in der FR-PS 11 96 739 eine Anordnung beschrieben, bei welcher die schwingende oder rotierende Bewegung eines magnetischen Körpers um eine Mittellage in eine Wechselspannung umgewandelt werden soll, deren Amplitude proportional der während der Bewegung jeweils zurückgelegten Strecke und deren Phase je nach Richtung der Bewegung um 180°el wechselt. Zu diesem Zweck sind um den schwingenden bzw. rotierenden magnetischen Körper symmetrisch zu seiner Mittellage zwei Magnetkerne angeordnet, in deren Luftspalt sich der Körper bewegt. Diese Magnetkerne tragen jeweils eine Primärwicklung, die hintereinander geschaltet mit Wechselstrom gespeist werden. Außerdem trägt jeder Kern eine gleich ausgebildete Sekundärwicklung. Die Ausgänge der Sekundärwicklungen sind jeweils zu einem Gleichrichter geführt, deren andere Anschlüsse jeweils mit einer Mittelanzapfung einmal direkt und einmal über zwei Widerstände untereinander verbunden sind. Die beiden Mittelanzapfungen sind miteinander verbunden und parallel zu den beiden Widerständen liegt ein Potentiometer, an dem eine pulsierende Gleichspannung abgenommen wird, Δ V, deren Größe proportional der Bewegung des Körpers aus der Mittellage ist und deren Vorzeichen in Beziehung zur Bewegungsrichtung steht. Befindet sich der sich bewegende Körper in seiner neutralen Mittellage, so ist die Spannungsdifferenz gleich Null. Diese bekannte Anordnung hat somit eine andere Aufgabenstellung, da nicht ein Impuls mit einem eindeutigen Nulldurchgang erzeugt wird, der Nulldurchgang ist bei der bekannten Anordnung von vornherein festgelegt, sondern eine Spannungsdifferenz, deren Größe ein Maß für die /u messende Bewegung aus der Mittellage ist.

Der vorliegenden Erfindung hegt dagegen die Aufgabe zugrunde, mit einer möglichst einfach aufgebauten Anordnung einen durch äußere störende Einflüsse unverfälschten, nur von der Läuferstellung des Drehmelders abhängigen Impuls mit eindeutigem Nulldurchgang /u erzeugen. Derartige Impulse werden für die Regelung elektrischer Maschinen für Thyristoren als Steuerimpulse für diese Thyristoren benötigt, wobei diese in bestimmte Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Maschine, insbesondere in Abhängigkeit \on der Läuferstellung, stehen müssen. Da jedoch beim Betrieb elektrischer Maschinen Störfelder auftreten, dürfen die Impulse dadurch nicht verfälscht werden.

Zur Lösung der genannten Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Anordnung zur Erzeugung von lagedbhängigen elektrischen Signalen mittels eines induktiven Drehmelders, bestehend aus einem rotierenden, wicklungslosen, gezahnten Läufer und einem Ständer, an dessen Umfang Zähne mit aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Primärwicklungen und Zähne mit zu verschiedenen Klemmen führenden Sekundärwicklungen abwechseln. Gemäß der Erfindung sind die Primärwicklungen an eine hochfrequente Spannungsquelle angeschlossen, und jeweils zwei um 180°el der Läuferzahnteilung auseinanderliegende Sekundärwicklungen sind über Gleichrichterbrücken verbunden, von deren Ausgangsklemmen jeweils die erste mit einer der beiden Klemmen des Differenzimpuls-Ausganges direkt und jeweils die zweite mit der zweiten Klemme des Differenzimpuls-Ausganges über einen Widerstand verbunden ist. Durch die Erregung der Primärwicklungen mit einem hochfrequenten Wechselstrom wird in den Sekundärwicklungen eine modulierte Wechselspannung induziert, deren Größe in Abhängigkeit von der Läuferstellung zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert schwankt, weil sich durch den rotierenden gezahnten Läufer jeweils die Größe des Luftspaltes ändert, den das von der Primärwicklung erzeugte Feld überwinden muß, um sich über den Zahn mit der Sekundärwicklung zu schließen. Die vorgenommene Gleichrichterschaltung ergibt eine Differenzbildung zwischen den beiden in zwei um 180°el, bezogen auf die Läuferzahnteilung, auseinanderliegenden Sekundärspulen induzierten Spannungen nach deren Gleichrichtung, wodurch man einen Impuls mit einem

eindeutigen, sehr steilen Nulldurchgang in Abhängigkeit von der Läuferstellung erhält. Da jede Sekundärwicklung jeweils zwischen zwei Primärwicklungen liegt, herrschen auf beiden Seiten gleiche Feldverhältnisse, unabhängig davon, in welcher Richtung der Läufer sich dreht.

Es ist vorteilhaft für die Genauigkeit des Impulses, wenn die Breite der von den Sekundärwicklungen umfaßten Zähne des Ständers klein gegenüber der Zahnteilung des Läufers ist. Da der zur impulshildung ausgenutzte Anstieg der in der Sekundärwicklung erzeugten Spannungswerte nur dann stattfindet, wenn der Zahn mit der Sekundärwicklung in den Bereich des Läuferzahnes ein- bzw. austritt, so kann man auf diese Weise den Bereich des Spannungsanstieges so eng wie möglich wählen. Dadurch wird der Spannungsanstieg sehr steil und der Bereich einer möglichen Verlagerung des Nulldurchtritts weitgehend eingeengt. Eine λ eitere vorteilhafte Maßnahme zur Erhöhung der Impulsgenauigkeit besteht darin, jeweils zwischen den die Sekundär- bzw. Primärwicklungen tragenden Zähnen einen weiteren, wicklungsfreien Zahn anzuordnen. Dieser Zahn liegt also nahe bei dem die Sekundärw icklung tragenden Zahn und entlastet ihn von eventuellen sich über den Luftspalt direkt schließenden Sireuflüssen, da er für diese den bequemeren Weg bildet. Somit ist der Spannungsanstieg genau auf das Gebiet des Eintritts des Zahnes mit der Sekundärwicklung in den Bereich des Läuferzahnes beschränkt

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfi hrungsbcispicK näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Abwicklung des Standers des induktiven Impulsgebers und eines Teils des Läufers. In F i g. 2 ist das elektrische Schaltbild der Anordnung /ur Erzeugung von Impulsen dargestellt und die an den einzelnen Stellen auftretenden Spannungen und ihre Umbildung zu dem gewünschten I mpuls.

Der als Impulsgeber dienende induktive Drehmelder 1 besteht aus dem wicklungslosen, gezahnten Läufer 2 und dem genuteten Ständer 3. Entlang der dem Luftspalt 4 zugewandten Oberfläche des Ständers 3 wechseln sich jeweils eine Primärwicklung 5 tragende Zähne 6, wicklungslose Zähne 7 und eine Sekundärwicklung 8 tragende Zähne 9 ab. Die Breite der Ständerzähne kann untereinander gleich ausgebildet sein; es ist aber wichtig, daß die Breite der die Sekundärwicklung 8 tragenden Standerzähne 9 klein gegenüber der aus der Breite eines Läuferzahnes 10 und einer Zahnlücke 11 bestehenden Polteilung des Läufe rs 2 ist.

Zur Erzeugung eines Impulses werden jeweils zwei im Hinblick auf die Läuferzahnteilurig um 180°el auseinanderliegende Sekundärwicklungen 8a und Sb benötigt. Die Primärwicklungen 5 sind mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist, wodurch in der Sekundärwicklung 8a die modulierte Spannung n\ und in der Sekundärwicklung Sb die modulierte Spannung 1/2 induziert wird. Diese modulierten Spannungen haben jeweils einen Maximalwert, wenn sich der Läuferzahn 10 unter dem die Sekundärwicklung Su bzw. Sb tragenden Zahn 9 befindet und einen Minimalwert, wenn dem Zahn 9 die Pollücke 11 des Läufers 2 gegenübersteht. Die Ausgänge der Sekundärwicklungen 8,a bzw. Sb sind nun jeweils mit Gleichrichtern 12 bzw. 13 verbunden, damit die induzierten Spannungen gleichgerichtet werden. Um die in den beiden Sekundärwicklungen 8a bzw. Sb jeweils induzierten, um 180°el entgegengesetzten Spannungen miteinander zu vergleichen, ist der Ausgang 14 des Gleichrichters 12 mit dem Ausgang 15 des Gleichrichters 13 über die Klemme 16 direkt verbunden. Die anderen Ausgänge 17 des Gleichrichters 12 und 18 des Gleichrichters 13 sind dagegen über die beiden ungefähr gleich großen Widerstände 19 und 20 mit der Klemme 21 verbunden. Diese beiden Klemmen 16 und 21 bilden die Ausgänge für die Abnahme des DifferenzimpulEes.

Durch diese besondere Schaltung kann nämlich zwischen den Klemmen 16 und 21 ein Impuls abgenommen werden, der sich aus der Differenz zwischen den beiden in den Sekundärwicklungen 8;( und Sb induzierten gleichgerichteten Spannungen u\ und u; ergibt. Diese Differenzspannung U] hat im Bereich des Spannungsanstieges bzw. -ablalls, d. h. in dem Gebiet, an dem die Zähne 9 in den Bereich des Läuferzahnes IO ein- bzw. austreten, einen eindeutigen Nulldurchgang. Je kleiner die Breite des Zahnes 9 gegenüber der Läuferpolteilung gewählt ist, desto enger ist der Bereich des Spannungsanstiegs bzw. -abfalls und somit der Bereich, in dem der Nulldurchgang seine Lage verändern kann. Da außerdem durch die unbcwickelten Zähne 7 zusätzliche, sich direkt über den Luftspalt 4 schließende Streiiflüssc von den die Sekundärwicklungen 8 tragenden Zähnen 9 ferngehalten werden, erreicht man auf diese Weise einen scharfen Impuls iij. der in eindeutiger Weise der jeweiligen Stellung des Läufers 2 des Drehmelders 1 zugeordnet ist. Man kann diese zwischen den Klemmen 16, 21 abgenommene Spannung U) dann über einen weiteren Widerstand 22 einem elektronischen Verstärker 23 zuführen, durch den der Impuls in eine reine Rechteckform 1/4 umgewandelt wird.

Mit dieser gemäß der Erfindung ausgebildeten Anordnung zur Erzeugung von Impulsen mittels eines induktiven Impulsgebers lassen sich je nach Gestaltung des Ständers 3 des induktiven Drehmelders 1 auch gleichzeitig mehrere, einander um einen bestimmten elektrischen Winkel zugeordnete Impulse abnehmen. So ist die in F i g. 1 dargestellte Ausbildung des Ständers 3 in der Lage, jeweils drei um 120" el zueinander verschobene Impulse zu erzeugen, wie sie z. B. notwendig sind, um eine mit Drehstrom betriebene elektrische Maschine über Thyristoren zu steuern. Jede andere Anzahl und Zuordnung von Impulsen läßt sich aber durch einfache Abänderung des Ständers erzeugen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von lageabhängigen elektrischen Signalen mittels eines induktiven Drehmelders, bestehend aus einem rotierenden, wicklungslosen, gezahnten Läufer und einem Ständer, an dessen Umfang Zähne mit aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Primärwicklungen und Zähne mit zu verschiedenen Klemmen führen- ic den Sekundärwicklungen abwechseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (5) an eine hochfrequente Spannungsquelle angeschlossen sind und daß jeweils zwei um 180°el der Läuferzahnteilung auseinanderliegende Sekundärwicklungen (8a, Sb) über Gleichrichterbrücken (12, 13) verbunden sind, von deren Ausgangsklemmen (14, 15,17,18) jeweils die erste (14,15) mit einer (16) der beiden Klemmen des Differenzimpuls-Ausganges direkt und jeweils die zweite (17,18) mit der zweiten Klemme (21) des Differenzimpuls-Ausganges über einen Widerstand (19,20) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der von den Sekundärwicklungen (8) umfaßten Ständerzähne (9) klein gegen- 2« über der Zahnteilung des Läufers (2) ist.

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den die Sekundär- (8) b/w. Primärwicklungen (5) tragenden Zähnen (6, 9) ein weiterer wicklungsfreier Zahn (7) angeordnet ist.